JP3682884B1 - Fuel cell power generation system provided with hydrogen storage device and fuel cell power generation method thereof - Google Patents

Fuel cell power generation system provided with hydrogen storage device and fuel cell power generation method thereof Download PDF

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Abstract

【課題】燃料改質器容量を低減して、システムの小型化、改質器の起動運転時の燃料低減を図ると共に、改質器を効率の良い範囲で運転することにより、水素貯蔵装置を備えた燃料電池発電システム提供する。
【解決手段】燃料電池と、改質器、発生した水素を燃料電池へ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池に供給する空気配管、前記水素配管の途中に水素貯蔵装置2を設置する。そして一日において、改質器1を一回だけ起動し一定期間定常運転した後完全停止する。改質器の起動開始時になれば起動を開始し、改質器の定常運転により、必要水素量を発生させて、燃料電池により電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵する。その後次の燃料改質器の起動開始時迄の間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うようにした燃料電池発電システム。
【選択図】図1
A hydrogen storage device is produced by reducing the capacity of a fuel reformer to reduce the size of the system, reducing fuel during start-up of the reformer, and operating the reformer in an efficient range. A fuel cell power generation system is provided.
SOLUTION: A fuel cell, a reformer, a hydrogen pipe for supplying generated hydrogen to the fuel cell, an air pipe for supplying oxygen in the air to the fuel cell, and a hydrogen storage device 2 in the middle of the hydrogen pipe. . In one day, the reformer 1 is started only once, is steadily operated for a certain period, and then completely stopped. When the start-up of the reformer starts, the start-up is started, and the required hydrogen amount is generated by steady-state operation of the reformer, the power demand is covered by the fuel cell, and hydrogen is stored in the hydrogen storage device. A fuel cell power generation system in which the power demand is covered with hydrogen stored in the hydrogen storage device until the start of the start of the next fuel reformer.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システム(排熱回収装置を備える場合、コージェネレーションシステムともいう。)において、水素貯蔵装置を設置した燃料電池発電システムおよび燃料電池発電方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation method in which a hydrogen storage device is installed in a fuel cell system (also referred to as a cogeneration system when an exhaust heat recovery device is provided).

燃料電池発電システムは、発電効率が高い発電システムとして注目されてきた。燃料電池発電システムから排出される排ガスの保有する熱エネルギーが排熱として回収される場合、燃料電池システムはさらにエネルギーの利用効率が高いコージェネレーションシステムとなる。また、燃料電池発電システムは、運転時に騒音が少ない発電システムでもあるという特徴をも有している。
従来の燃料電池発電システムでは、燃料電池スタックの発電出力に対応して燃料改質器において水素を発生させる為、燃料電池スタックの最大発電出力に対応した大容量の燃料改質器を備える必要があった。そして消費電力が少ないときは、大容量の燃料改質器は、少ない負荷で運転される。燃料電池スタックは低負荷運転においても効率を落とさずに運転が可能であるが、燃料改質器は定常で運転されるとき非常に効率が良く、低負荷運転では効率が低下し、システム全体については、一般には低負荷運転において効率が低下する。
The fuel cell power generation system has attracted attention as a power generation system with high power generation efficiency. When the thermal energy held by the exhaust gas discharged from the fuel cell power generation system is recovered as exhaust heat, the fuel cell system becomes a cogeneration system with higher energy utilization efficiency. The fuel cell power generation system is also characterized by being a power generation system with low noise during operation.
In the conventional fuel cell power generation system, in order to generate hydrogen in the fuel reformer corresponding to the power generation output of the fuel cell stack, it is necessary to provide a large capacity fuel reformer corresponding to the maximum power generation output of the fuel cell stack. there were. When the power consumption is low, the large-capacity fuel reformer is operated with a small load. The fuel cell stack can be operated without reducing the efficiency even in low-load operation, but the fuel reformer is very efficient when operated in a steady state, and the efficiency is lowered in low-load operation. In general, the efficiency decreases during low-load operation.

逆に、燃料改質器は高負荷運転でも効率が低下し、システム全体については、一般には高負荷運転でも効率が低下する。   On the contrary, the efficiency of the fuel reformer decreases even under high load operation, and the efficiency of the entire system generally decreases even under high load operation.

実開昭63−29853号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-29853 特開平9−266006号公報JP-A-9-266006 特開2000−294264号公報JP 2000-294264 A

このような燃料電池システムの場合、燃料改質器の水素製造能力は、燃料電池スタックの最大水素消費量に合わせる必要がある。燃料電池スタックの水素消費量は電力需要量の増減により変動する。電力需要量は、例えば、春夏秋冬の季節によって変動(季節変動)し、また一日のうち昼と夜によって変動(昼夜変動)する。それゆえに、燃料電池スタックの発電容量を電力負荷の最大電力需要量に合わせた場合、大容量の燃料改質器が必要になり、システム全体の大型化、設備投資の増加、燃料改質器の起動時に必要なウォーミングアップ運転時の燃料の増加という問題が発生する。また、燃料改質器は、大部分の時間において、効率が悪い低負荷で運転しなければならないという問題もある。 In such a fuel cell system, the hydrogen production capacity of the fuel reformer needs to match the maximum hydrogen consumption of the fuel cell stack. The hydrogen consumption of the fuel cell stack fluctuates due to the increase or decrease in power demand. The electric power demand varies, for example, depending on the season of spring, summer, autumn and winter (seasonal variation), and varies depending on the day and night of the day (day-night variation). Therefore, when the power generation capacity of the fuel cell stack is matched to the maximum power demand of the power load, a large-capacity fuel reformer is required, increasing the size of the entire system, increasing capital investment, There arises a problem of an increase in fuel during the warm-up operation necessary for startup. There is also a problem that the fuel reformer must be operated at a low load with low efficiency for most of the time.

本発明の課題は、燃料改質器容量を低減して、システムの小型化、設備投資の低減、燃料改質器のウォーミングアップ運転時の燃料低減を図ると共に、燃料改質器を効率の良い水素発生量の範囲で運転することにより、安価でコンパクトで高効率な水素貯蔵装置を備えた燃料電池発電システム及び燃料電池発電方法を提供することである。   The object of the present invention is to reduce the capacity of the fuel reformer to reduce the size of the system, reduce the capital investment, reduce the fuel during the warm-up operation of the fuel reformer, and make the fuel reformer efficient hydrogen. It is to provide a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation method provided with an inexpensive, compact and highly efficient hydrogen storage device by operating within the range of generation amount.

ここでは、本願明細書、特に各請求項記載発明に用いられる用語の解釈上の疑義を解消すべく、以下用語について説明する。
[用語の説明]
○燃料電池発電システムとは、電力負荷に電力を供給する燃料電池スタック、水素を発生させる燃料改質装置、水素を蓄える水素貯蔵装置、及び制御装置からなる。さらに、燃料電池スタックで発生する排熱を回収する排熱回収装置が用件に加重される場合がある。
○制御装置とは、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うように制御する装置である。
制御方法は、具体的には、以下の手順によって制御する。なお、下記制御方法は、例示であって、必ずしもこれに限定されるものではない。
<準備段階>
(1)時刻tの関数である想定電力需要量曲線W0(t)が予め用意して、メモリーMに記憶しておく。想定電力需要量曲線W0(t)は、一般には、前日までに予め用意して、メモリーMに記憶しておく。
実際上は、例えば、t1=0、t2=Δt…tn=(n−1)Δtとし、対応するW0(t1)、W0(t2)t…W0(tn)を予めメモリーMに記憶させておく。任意の時刻tの関数W0(t)を求める場合は、内挿法により算出する。
(2)次に、想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量の曲線H0(t)を、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出して、メモリーMに記憶しておく。
Here, the terminology will be explained below in order to eliminate the doubt on the interpretation of the terminology used in the present specification, particularly the claimed invention.
[Explanation of terms]
The fuel cell power generation system includes a fuel cell stack that supplies electric power to an electric power load, a fuel reformer that generates hydrogen, a hydrogen storage device that stores hydrogen, and a control device. Furthermore, there is a case where an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat generated in the fuel cell stack is weighted on the requirement.
○ A control device is a fuel cell power generation system that starts a fuel reformer only once during a day, stops it completely for a certain period of time, and then stops completely. Then, start of the fuel reformer is started, the hydrogen amount H00 is generated so as to satisfy Formula (2) by steady operation of the fuel reformer, and the power demand is covered by the fuel cell stack, After hydrogen is stored in the hydrogen storage device, when the fuel reformer is completely stopped te = ts + to, the operation of the fuel reformer is completely stopped, and the next fuel reforming is performed after the fuel reformer is completely stopped te. During the start-up time ts of the device, the device controls the electric power demand so as to be covered with hydrogen stored in the hydrogen storage device.
Specifically, the control method is controlled according to the following procedure. In addition, the following control method is an illustration, Comprising: It is not necessarily limited to this.
<Preparation stage>
(1) An assumed power demand curve W0 (t) that is a function of time t is prepared in advance and stored in the memory M. The assumed power demand curve W0 (t) is generally prepared in advance by the previous day and stored in the memory M.
In practice, for example, t1 = 0, t2 = Δt... Tn = (n−1) Δt, and the corresponding W0 (t1), W0 (t2) t... W0 (tn) are stored in the memory M in advance. . When obtaining the function W0 (t) at an arbitrary time t, it is calculated by interpolation.
(2) Next, a curve H0 (t) of an assumed hydrogen amount necessary to generate the estimated power demand W0 (t) is calculated by substituting W = W0 (t) into the equation (1). And stored in the memory M.

すなわち、以下の式が成立する。   That is, the following expression is established.

H0(t)=H(W0(t))=(W0(t)/η(W0(t)))/C ・・・・・数式(1’)
上記において、厳密には、W=W0(t)は、離散値の集合のデータとして与えられ、W0(t)に対応するH0(t)も離散値の集合のデータとして算出される。両データは、予めメモリーMに記憶される。
制御装置は、H0(t)の離散値の集合のデータに基づいて内挿法等の演算処理により、任意の時刻tが与えられた場合に、H0(t)を算出する。
(3)燃料改質器の起動開始時ts、燃料改質器の完全停止時te=ts+toを決定して、両者をメモリーMに記憶しておく。
H0 (t) = H (W0 (t)) = (W0 (t) / η (W0 (t))) / C Equation (1 ′)
In the above, strictly speaking, W = W0 (t) is given as data of a set of discrete values, and H0 (t) corresponding to W0 (t) is also calculated as data of a set of discrete values. Both data are stored in the memory M in advance.
The control device calculates H0 (t) when an arbitrary time t is given by arithmetic processing such as an interpolation method based on a set of discrete values of H0 (t).
(3) The fuel reformer start time ts and the fuel reformer complete stop time te = ts + to are determined, and both are stored in the memory M.

ここに、燃料改質器の起動開始時ts、燃料改質器の完全停止時teは、電力需要量W0(t)に対応するH0(t)を時間tによって積分して一日当りに必要なトータル水素量H0tを算出することができる。   Here, the start time ts of the fuel reformer and the complete stop time te of the fuel reformer are required per day by integrating H0 (t) corresponding to the power demand W0 (t) with time t. The total hydrogen amount H0t can be calculated.

ただし、燃料改質器の起動開始時tsから、定常運転に至るまでの時間を0と近似し、燃料改質器の停止開始時から燃料改質器の完全停止時teまでの時間も0と近似する。
かかる場合、次式からH00を算出することができる。
However, the time from the starting time ts of the fuel reformer to the steady operation is approximated to 0, and the time from the start of stopping the fuel reformer to the complete stop time te of the fuel reformer is also 0. Approximate.
In such a case, H00 can be calculated from the following equation.

H00×(te−ts)= H00×t0=H00t=Cs×H0t…数式(3)
(4)数式(2)を満足するように水素量H00を算出して、メモリーMに記憶しておく。
<実運転段階>
(5)燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵する。
(6)燃料改質器の完全停止時te=ts+toになれば、燃料改質器の運転を完全に停止する。
(7)燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄う。
(8)以下、(5)〜(7)の手順を繰り返す。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
○メモリーMとは、制御装置に設置された記憶装置である。
○燃料電池スタックとは、燃料改質器において発生した水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させて発電を行う、燃料電池発電システムの心臓部である。
○燃料改質器とは、都市ガス、ナフサ、またはメタノール等の燃料を原料として、水素を主成分とするガス(以下、単に水素ともいう。)を製造する装置をいう。一般には、燃料と水蒸気を改質して、水素を主成分とするガス(改質ガス)を製造する装置をいい、この場合の改質方法を水蒸気改質法という。
○バイパス配管とは、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管の途中から分岐した後再接続される配管であって、バイパス配管の途中に水素貯蔵装置を設ける。
○分岐配管とは、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管の途中から分岐した後燃料電池スタックに直接接続される配管であり、分岐配管の途中に水素貯蔵装置を設ける。
○水素貯蔵装置とは、水素を蓄えておくことができる装置をいい、例えば、圧力ボンベ、水素吸蔵合金等を組み込んだ装置が例示される。
H00 × (te−ts) = H00 × t0 = H00t = Cs × H0t Equation (3)
(4) A hydrogen amount H00 is calculated so as to satisfy Expression (2), and stored in the memory M.
<Operational stage>
(5) When the fuel reformer start-up time ts is reached, the fuel reformer start-up is started, and the hydrogen amount H00 is generated so as to satisfy Equation (2) by the steady operation of the fuel reformer. The fuel cell stack covers the power demand and stores hydrogen in the hydrogen storage device.
(6) When te = ts + to when the fuel reformer is completely stopped, the operation of the fuel reformer is completely stopped.
(7) Between the time te when the fuel reformer is completely stopped and the start time ts when the next fuel reformer is started, the power demand is covered by hydrogen stored in the hydrogen storage device.
(8) Hereinafter, the procedures (5) to (7) are repeated.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: Safety factor of 1 or more ○ Memory M is a storage device installed in the control device.
A fuel cell stack is the heart of a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated in a fuel reformer and oxygen in the air.
A fuel reformer refers to an apparatus for producing a gas containing hydrogen as a main component (hereinafter also simply referred to as hydrogen) using a fuel such as city gas, naphtha or methanol as a raw material. Generally, it refers to an apparatus for reforming fuel and steam to produce a gas containing hydrogen as a main component (reformed gas), and the reforming method in this case is referred to as a steam reforming method.
The bypass pipe is a pipe that is reconnected after branching from the middle of the hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, and a hydrogen storage device is provided in the middle of the bypass pipe.
○ Branch piping is piping that branches directly from the middle of the hydrogen piping that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, and then is directly connected to the fuel cell stack. A hydrogen storage device is installed in the middle of the branch piping. Provide.
The hydrogen storage device refers to a device that can store hydrogen, and examples thereof include a device incorporating a pressure cylinder, a hydrogen storage alloy, and the like.

例えば、圧力ボンベの場合、上限圧力、下限圧力が予め設定されており、貯蔵装置圧力が上限圧力を超えた場合には、改質器は停止されるように燃料電池発電システムはコントロールされる。また逆に、貯蔵装置圧力が下限圧力を下回った場合で、かつ改質器が運転中でない場合には、改質器を起動させるように燃料電池発電システムはコントロールされる。
○燃料とは、燃料改質装置に供給される燃料で、都市ガス、ナフサ、またはメタノール等が例示される。
○電力負荷とは、電力を消費する電気器具等をいう。電力負荷は、通常は交流であるが、直流の場合も考えられる。電力負荷に用いられる照明機器、AV機器、厨房機器、空調機器などに市販の交流機器を用いる場合、燃料電池発電システムで発電された直流電力は、インバータによって交流電力に変換され、電力負荷に供給される。なお、電力負荷が直流の場合は、直流電力のまま電力負荷に供給される。
○電力需要量とは、顧客が電力負荷により消費する電力量をいう。ここに、電力需要量とは、一般に単位時間当りに消費するエネルギー量をいうが、ある時間帯に消費するエネルギー量をいう場合もある。
○排熱回収装置とは、発電時に燃料電池スタックや燃料改質器から排出される熱を回収し、空調や給湯のエネルギーとして有効利用する装置をいう。排熱回収装置が、吸収式冷凍機と温水ボイラとを含み、吸収式冷凍機で得られた冷水と、温水ボイラで得られた温水とを用いて空調を行うことも可能である。かかる場合、冷房を必要とする期間は吸収冷凍機で排熱回収が行われ、ここで得られた冷水は冷房に用いられる。また暖房を必要とする期間は排熱回収が温水ボイラで行われ、ここで得られた温水は暖房に用いられる。これによって空調機器などに使う電力負荷は、冷温水の送水ポンプ、換気ファンなど僅かなものになる。なお吸収式冷凍機や温水ボイラの排ガスはさらに給湯機などで熱回収することができる。
[記号の説明]
○W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
なお、W0(t)は、時刻tの関数である想定電力需要量曲線で点の集合体である場合もある。
○H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
For example, in the case of a pressure cylinder, an upper limit pressure and a lower limit pressure are set in advance, and the fuel cell power generation system is controlled so that the reformer is stopped when the storage device pressure exceeds the upper limit pressure. Conversely, when the storage device pressure falls below the lower limit pressure and the reformer is not in operation, the fuel cell power generation system is controlled to start the reformer.
A fuel is a fuel supplied to a fuel reformer, and examples thereof include city gas, naphtha, or methanol.
○ Electric load refers to electric appliances that consume electric power. The power load is normally alternating current, but direct current is also conceivable. When using commercially available AC equipment for lighting equipment, AV equipment, kitchen equipment, air-conditioning equipment, etc. used for power loads, the DC power generated by the fuel cell power generation system is converted into AC power by an inverter and supplied to the power load. Is done. When the power load is direct current, the direct current power is supplied to the power load as it is.
○ Power demand refers to the amount of power consumed by customers due to power load. Here, the power demand amount generally refers to the amount of energy consumed per unit time, but may also refer to the amount of energy consumed in a certain time zone.
○ Waste heat recovery device refers to a device that recovers the heat discharged from the fuel cell stack or fuel reformer during power generation and effectively uses it as energy for air conditioning or hot water supply. The exhaust heat recovery device includes an absorption refrigerator and a hot water boiler, and air conditioning can be performed using cold water obtained by the absorption refrigerator and hot water obtained by the hot water boiler. In such a case, exhaust heat recovery is performed by an absorption refrigerator during a period in which cooling is required, and the cold water obtained here is used for cooling. Also, during the period when heating is required, exhaust heat recovery is performed with a hot water boiler, and the hot water obtained here is used for heating. As a result, the power load used for air-conditioning equipment and the like becomes small, such as a cold / hot water feed pump and a ventilation fan. The exhaust gas from the absorption chiller and the hot water boiler can be further recovered by a hot water heater.
[Explanation of symbols]
○ W0 (t): Assumed power demand at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t Note that W0 (t) is an aggregate of points in the assumed power demand curve that is a function of time t. Can be.
○ H0 (t): The assumed hydrogen amount at time t obtained from the assumed hydrogen amount curve necessary for generating the estimated power demand W0 (t), and substituting W = W0 (t) into Equation (1) calculate.

なお、W0(t)は、時刻tの関数である想定電力需要量曲線で点の集合体である場合もある。
○η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
○H0t:一日の間のトータル想定水素量、想定水素量曲線H0(t)を、時間tで一日当り積分して算出する。
○H00t::燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
○Cs:1以上の安全係数で設計上の数値であり予め設定する。
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本発明は、特許請求の範囲に記載された発明であり、具体的には以下の発明である。
Note that W0 (t) may be an aggregate of points in an assumed power demand curve that is a function of time t.
○ η (W): power generation efficiency when the power load W is generated by the fuel cell stack, and power generation efficiency calculated in advance as a function of the power load W ○ H0t: total assumed hydrogen amount during one day, assumed hydrogen amount The curve H0 (t) is calculated by integrating per day at time t.
○ H00t: Total amount of hydrogen generated between ts when starting the fuel reformer and te = ts + to when stopping
○ Cs: A design factor with a safety factor of 1 or more, set in advance.
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The present invention is the invention described in the claims, and specifically, is the following invention.

熱電併給システムには、エネルギー貯蔵タイプによって分類して、(1)電力エネルギーを貯蔵する電池等を備えた熱電併給システム(以下、電池タイプという。)と(2)水素を貯蔵する水素貯蔵装置を備えた熱電併給システム(以下、水素貯蔵タイプという)がある。   The combined heat and power system is classified according to the energy storage type. (1) A combined heat and power system (hereinafter referred to as a battery type) including a battery for storing electric energy and (2) a hydrogen storage device for storing hydrogen. There is a combined heat and power system (hereinafter referred to as a hydrogen storage type).

ともに、当業者の間では、電力需要量の日変動のピークカットに繋がり、熱電併給システム全体のコンパクト化が図れるものと考えられていた。   In both cases, it was considered by those skilled in the art that the peak of daily fluctuations in power demand was cut, and the entire combined heat and power system could be made compact.

しかしながら、発明者は、前者では燃料改質器、燃料電池スタックともコンパクト化が測れるが、後者では、燃料改質器のコンパクト化は図れるものの、燃料電池スタックのコンパクト化は図れない点に着目して、燃料電池スタックのコンパクト化が図れないというデメリットをコンパクト化とは異なる別のメリットを発揮させることはできないかという着想を得て、本発明を完成することができた。   However, the inventor paid attention to the fact that the fuel reformer and fuel cell stack can be made compact in the former, but the fuel reformer can be made compact in the latter, but the fuel cell stack cannot be made compact. Thus, the present invention has been completed with the idea that the demerit that the fuel cell stack cannot be made compact can exhibit another advantage different from the compact design.

すなわち、上記電池タイプと水素貯蔵タイプの共通点と相違点の事実把握により、水素貯蔵タイプでは燃料電池スタックのコンパクト化が図れないというデメリットを他の別のメリットで補うという着想を得ない限り、本発明の誕生は有り得なかったということができる。
[請求項1] 水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中から分岐した後再接続されるバイパス配管の途中に水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うように制御する制御装置からなることを特徴とする燃料電池発電システム。
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
本発明は、図1の一の実施形態の燃料電池発電システムに該当する発明である。
That is, by grasping the facts of the common points and differences between the above battery type and the hydrogen storage type, unless you get the idea that the hydrogen storage type cannot compensate for the disadvantage that the fuel cell stack cannot be made compact with another advantage, It can be said that the birth of the present invention was not possible.
[Claim 1] A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, and hydrogen that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack A hydrogen storage device is installed in the middle of the piping, the air piping that supplies oxygen in the air to the fuel cell stack, and the bypass piping that is reconnected after branching from the middle of the hydrogen piping. In the fuel cell power generation system which starts the massifier only once, stops for a certain period of time and then stops completely, when the fuel reformer starts to start, the fuel reformer starts to start and the fuel The steady operation of the reformer generates the hydrogen amount H00 so as to satisfy the formula (2), covers the power demand by the fuel cell stack, stores the hydrogen in the hydrogen storage device, and then reforms the fuel. At the time of complete stop te = ts + to, the operation of the fuel reformer is completely stopped, and the electric power demand is from the complete stop time te of the fuel reformer to the next start time ts of the fuel reformer. A fuel cell power generation system comprising: a control device that controls the hydrogen storage device to cover with hydrogen stored in the hydrogen storage device.
A fuel cell power generation system.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: safety factor of 1 or more ---------------------------------
The present invention is an invention corresponding to the fuel cell power generation system of one embodiment of FIG.

本発明の構成上の特徴は、前記水素配管の途中から分岐した後再接続されるバイパス配管の途中に水素貯蔵装置を設置したことである。   The structural feature of the present invention is that a hydrogen storage device is installed in the middle of a bypass pipe that is reconnected after branching from the middle of the hydrogen pipe.

交流電力の合流は、同期投入装置が必要となる等、制御方法が複雑でかつ高価になるのに対して、水素ガスの合流は、バルブの操作だけで行うことができるので装置の取り扱いが非常に簡単である。   The control method is complicated and expensive, such as the need for a synchronous input device for AC power confluence, whereas hydrogen gas confluence can be performed only by operating the valve, so handling of the device is very Easy to be.

さらに、本発明の制御上の特徴は、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うように制御する制御装置からなることである。   Furthermore, the control feature of the present invention is that in a fuel cell power generation system that starts the fuel reformer only once during a day, and after it has been steadily operated for a certain period of time, it completely stops. When the start-up time ts is reached, the fuel reformer starts to start, and the hydrogen amount H00 is generated so as to satisfy the formula (2) by the steady operation of the fuel reformer, and the electric power demand is generated by the fuel cell stack. After the hydrogen is stored in the hydrogen storage device, the operation of the fuel reformer is completely stopped at the time te = ts + to when the fuel reformer is completely stopped. During the start time ts of the next start of the fuel reformer, the control unit is configured to control the electric power demand so as to be covered with hydrogen stored in the hydrogen storage device.

上記のようにシステムを制御することにより、燃料改質器の運転を効率の良い水素発生量の範囲に限定して行うことが可能になる。また、水素をいつでも取り出せる状態で貯蔵しておくことにより、燃料改質器の水素製造能力以上の水素を燃料電池スタックに供給することが可能になり、燃料改質器を小容量化できる。   By controlling the system as described above, it becomes possible to limit the operation of the fuel reformer to a range of efficient hydrogen generation amount. Further, by storing hydrogen in a state where it can be taken out at any time, it becomes possible to supply hydrogen exceeding the hydrogen production capacity of the fuel reformer to the fuel cell stack, and the capacity of the fuel reformer can be reduced.

これにより、システム全体のエネルギー効率の向上を図ると共に、燃料改質器容量を低減して、安価でコンパクトで高効率な水素貯蔵装置を備えた燃料電池発電システム及び燃料電池発電方法を提供するという発明の課題が達成できる。
[請求項2] 水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中から分岐した後燃料電池スタックに直接接続される分岐配管の途中に水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された貯蔵された水素で賄うように制御する制御装置からなることを特徴とする燃料電池発電システム。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
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本発明は、図2の二の実施形態の燃料電池発電システムに該当する発明である。
本発明の特徴は、前記水素配管の途中から分岐した後燃料電池スタックに直接接続される分岐配管の途中に水素貯蔵装置を設置したことである。
その他については、請求項1に係る発明において記載された内容と同じである。
[請求項3] 水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中に水素貯蔵装置を設けて、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された貯蔵された水素で賄うように制御する制御装置からなることを特徴とする燃料電池発電システム。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
本発明は、図3の三の実施形態の燃料電池発電システムに該当する発明である。
本発明の特徴は、前記水素配管の途中に水素貯蔵装置を設置したことである。
本発明の構成のように、水素配管の途中に水素貯蔵装置をしたことにより、コンプレッサーとバルブの構成要素が少なくなり、コスト低減が図れると共に、本燃料電池発電システム運転方法が、請求項1に記載された発明よりも簡単になり、故障もしにくくなるという特徴を有する。
その他については、請求項1に係る発明において記載された内容と同じである。
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[請求項4] 水素貯蔵装置の水素圧力を計測し、数式(3)を具備する場合、燃料改質器の運転を停止し、数式(4)を具備する場合、燃料改質器の運転中かどうかを判断し、運転中でないで場合には、燃料改質器の起動を開始することを特徴とする請求項1〜3記載の燃料電池発電システム。
ここに、
PH>PC1 ・・・・・・数式(3)
PH<PC2 ・・・・・・数式(4)
PH:水素貯蔵装置の水素圧力
PC1:水素貯蔵装置の水素圧力の上限値
PC2:水素貯蔵装置の水素圧力の下限値
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請求項4記載発明(本発明)は、水素貯蔵装置の水素圧力を計測して、水素貯蔵装置の水素圧力PHが数式(3)又は数式(4)の何れかを充足する場合は、請求項1〜3に記載された運転モード(本願では、定常モードと定義する)以外の非定常モードで燃料改質器の運転停止、燃料改質器の起動の開始をすることを特徴とする発明である。
定常モードの運転と非定常モードの運転について、両者の差を明確化すべく以下図7又は図8に基づいて説明する。
図7は、本発明の一の実施形態の燃料電池システムの運転フロー図である。図8は、本発明の一の実施形態の燃料電池システムの運転フロー図(詳細)である。
<ステップ1>
ステップ1では、時刻tの関数である定電力需要量曲線W0(t)を予想して、その値を時間毎にメモリーMに予め記憶させておく。
実際上は、例えば、t1=0、t2=Δt…tn=(n−1)Δtとし、対応するW0(t1)、W0(t2)t…W0(tn)を予めメモリーMに記憶させておく。任意の時刻tの関数W0(t)を求める場合は、内挿法により算出する。
<ステップ2>
ステップ2では、燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量H00tを算出する。
トータル水素量H00tの算出は、数式(1)、数式(1’)’、数式(2)によって算出する。
<ステップ3>
ステップ3では、水素量H00tを燃料改質器の水素発生量の定格値で割れば、起動時tsから停止時teまでの時間toが求まる。
起動時tsか停止時teの何れかが決まれば、起動時ts、停止時teが自動的に決定され、燃料電池発電システムの定常運転モードは決定される。さらに、運転をシミュレーションして問題がないことを確認しておくことが望ましい。
<ステップS>
ステップSでは、時刻tが時刻tsになれば、燃料改質器の起動をスタートする。
<ステップ4>
ステップ4では、水素貯蔵装置の水素圧力PHを計測する。
<ステップ5>
ステップ5では、数式(3)を具備しているか否かを判断する。
PH>PC1 ・・・・・・数式(3)
数式(3)を具備している場合には、定常モード運転から脱して、<ステップ9>に移って、燃料改質器を停止する。
<ステップ6>
ステップ6では、数式(4)を具備しているか否かを判断する。
PH<PC2 ・・・・・・数式(4)
数式(4)を具備している場合には、定常モード運転から脱して、<ステップ7>に移る。
<ステップ7>
ステップ7では、燃料改質器の運転中か否かを判断し、運転中でない場合は、<ステップ8>に移って、燃料改質器を起動する。
<ステップ8>
ステップ8では、燃料改質器を起動する。
<ステップE>
ステップEでは、時刻tがteになると、燃料改質器の運転を停止する。
As a result, the energy efficiency of the entire system is improved, the fuel reformer capacity is reduced, and a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation method including an inexpensive, compact and highly efficient hydrogen storage device are provided. The object of the invention can be achieved.
[Claim 2] A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, and hydrogen that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack Piping, an air pipe that supplies oxygen in the air to the fuel cell stack, and a hydrogen storage device installed in the middle of the branch pipe that branches directly from the hydrogen pipe and then directly connects to the fuel cell stack. In the fuel cell power generation system that starts the fuel reformer only once, stops the fuel reformer for a certain period of time, and then stops completely, when the fuel reformer starts to start, the fuel reformer is started. Start and generate a hydrogen amount H00 to satisfy Equation (2) by steady operation of the fuel reformer, cover the power demand by the fuel cell stack, and store hydrogen in the hydrogen storage device After that, at the time te = ts + to when the fuel reformer is completely stopped, the operation of the fuel reformer is completely stopped. From the time te when the fuel reformer is completely stopped, the start time ts of the next fuel reformer is started. The fuel cell power generation system is characterized by comprising a control device that controls the power demand to be covered by the stored hydrogen stored in the hydrogen storage device.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: safety factor of 1 or more ---------------------------------
The present invention corresponds to the fuel cell power generation system of the second embodiment shown in FIG.
A feature of the present invention is that a hydrogen storage device is installed in the middle of the branch pipe that branches from the middle of the hydrogen pipe and is directly connected to the fuel cell stack.
Others are the same as those described in the first aspect of the invention.
[Claim 3] A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, and hydrogen that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack Piping, air piping for supplying oxygen in the air to the fuel cell stack, and a hydrogen storage device in the middle of the hydrogen piping, starting the fuel reformer only once during the day, In the fuel cell power generation system that stops completely after steady operation, when the start time ts of the fuel reformer is reached, the start of the fuel reformer is started, and the formula (2) is calculated by the steady operation of the fuel reformer. A hydrogen amount H00 is generated so as to satisfy the demand, and the fuel cell stack covers the power demand, and after storing hydrogen in the hydrogen storage device, the fuel reformer is operated when the fuel reformer is completely stopped te = ts + to. The operation of the mass device is completely stopped, and the stored hydrogen stored in the hydrogen storage device is stored in the hydrogen storage device during the time ts from the time when the fuel reformer is completely stopped to the time when the next fuel reformer is started. A fuel cell power generation system comprising a control device that performs control so as to cover the vehicle.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: safety factor of 1 or more ---------------------------------
The present invention corresponds to the fuel cell power generation system of the third embodiment of FIG.
A feature of the present invention is that a hydrogen storage device is installed in the middle of the hydrogen pipe.
Since the hydrogen storage device is provided in the middle of the hydrogen pipe as in the configuration of the present invention, the components of the compressor and the valve are reduced, the cost can be reduced, and the operation method of the fuel cell power generation system is claimed in claim 1. It is simpler than the described invention, and is less likely to fail.
Others are the same as those described in the first aspect of the invention.
----------------------------------
[Claim 4] When the hydrogen pressure of the hydrogen storage device is measured and the equation (3) is provided, the operation of the fuel reformer is stopped. When the equation (4) is provided, the fuel reformer is in operation. The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel reformer is started when the fuel reformer is not in operation.
here,
PH> PC1 ··· Formula (3)
PH <PC2 ··· Equation (4)
PH: hydrogen pressure of hydrogen storage device PC1: upper limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device PC2: lower limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device ------------------- ---------------
The invention according to claim 4 (the present invention) measures the hydrogen pressure of the hydrogen storage device, and when the hydrogen pressure PH of the hydrogen storage device satisfies either the formula (3) or the formula (4), The invention is characterized in that the operation of the fuel reformer is stopped and the start of the fuel reformer is started in an unsteady mode other than the operation modes described in 1 to 3 (defined as a steady mode in the present application). is there.
The operation in the steady mode and the operation in the unsteady mode will be described below with reference to FIG. 7 or FIG. 8 in order to clarify the difference between them.
FIG. 7 is an operation flowchart of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is an operation flowchart (details) of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
<Step 1>
In step 1, a constant power demand curve W0 (t) that is a function of time t is predicted, and the value is stored in the memory M in advance for each time.
In practice, for example, t1 = 0, t2 = Δt... Tn = (n−1) Δt, and the corresponding W0 (t1), W0 (t2) t... W0 (tn) are stored in the memory M in advance. . When obtaining the function W0 (t) at an arbitrary time t, it is calculated by interpolation.
<Step 2>
In step 2, the total hydrogen amount H00t generated between the start time ts of the fuel reformer and the stop time te = ts + to is calculated.
The total amount of hydrogen H00t is calculated by using the formula (1), the formula (1 ′) ′, and the formula (2).
<Step 3>
In step 3, the time to from the start time ts to the stop time te can be obtained by dividing the hydrogen amount H00t by the rated value of the hydrogen generation amount of the fuel reformer.
If either the starting time ts or the stopping time te is determined, the starting time ts and the stopping time te are automatically determined, and the steady operation mode of the fuel cell power generation system is determined. Furthermore, it is desirable to confirm that there is no problem by simulating driving.
<Step S>
In step S, when the time t reaches the time ts, the start of the fuel reformer is started.
<Step 4>
In step 4, the hydrogen pressure PH of the hydrogen storage device is measured.
<Step 5>
In step 5, it is determined whether or not equation (3) is provided.
PH> PC1 ··· Formula (3)
When the mathematical formula (3) is included, the routine mode operation is canceled, and the process proceeds to <Step 9> to stop the fuel reformer.
<Step 6>
In step 6, it is determined whether or not equation (4) is provided.
PH <PC2 ··· Equation (4)
When the mathematical formula (4) is provided, the routine mode operation is canceled and the process proceeds to <Step 7>.
<Step 7>
In Step 7, it is determined whether or not the fuel reformer is in operation. If not, the process proceeds to <Step 8> to start the fuel reformer.
<Step 8>
In step 8, the fuel reformer is started.
<Step E>
In step E, when the time t reaches te, the operation of the fuel reformer is stopped.

なお、定常運転モードでは、ステップ1〜ステップ3を経て、ステップSで燃料改質器の起動をスタートする。   In the steady operation mode, the fuel reformer starts to be started in step S after steps 1 to 3.

ステップ4で水素貯蔵装置の水素圧力PHを計測し続けるが、ステップ5〜6で数式(3)数式(4)を具備することはなく、時刻tがteになると燃料改質器の運転を停止することになる。   In Step 4, the hydrogen pressure PH of the hydrogen storage device is continuously measured, but in Steps 5 to 6, Equation (3) and Equation (4) are not provided, and the operation of the fuel reformer is stopped when time t reaches te. Will do.

すなわち、定常運転モードでは、ステップ1からステップSを経て、ステップEまで真下に移行するだけの単純なフローである。
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[請求項5] 燃料電池スタックからの排熱を回収する排熱回収装置を備えたことを特徴とする請求項1〜3記載の燃料電池発電システム。
That is, in the steady operation mode, the flow is a simple flow that moves from step 1 to step E to step E.
----------------------------------

[Claim 5] The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 3, further comprising an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat from the fuel cell stack.

本発明により、さらに燃料電池発電システムのエネルギー効率が向上する。
[請求項6] 水素貯蔵装置が圧力ボンベであることを特徴とする請求項1〜4記載の燃料電池発電システム。
The present invention further improves the energy efficiency of the fuel cell power generation system.
[Claim 6] The fuel cell power generation system according to claims 1 to 4, wherein the hydrogen storage device is a pressure cylinder.

本発明により、水素を圧力ボンベに圧力貯蔵することを明確化したものである。
[請求項7] 水素貯蔵装置が圧力ボンベであるとき、夜間電力を使って水素を圧力ボンベに蓄えることを特徴とする請求項1〜5記載の燃料電池発電システム。
According to the present invention, it is clarified that hydrogen is pressure-stored in a pressure cylinder.
[Claim 7] The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein when the hydrogen storage device is a pressure cylinder, hydrogen is stored in the pressure cylinder using nighttime electric power.

本発明により、さらに燃料電池発電システムの夜間電力を使用することにより、電力会社の夜間余剰電力を貯蔵すると共に、昼間の電力ピーク時に放出することにより、商用電力の平準化が可能となる。
[請求項8] 電力キャパシターを備えたことを特徴とする請求項1〜7記載の燃料電池発電システム。
According to the present invention, by using the nighttime power of the fuel cell power generation system, it is possible to store the surplus power of the power company at night and to release the power at the peak of the daytime, thereby leveling the commercial power.
[Claim 8] The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a power capacitor.

本発明により、突入電力等の瞬間的電力需要量に対して対応することが可能となる。
[請求項9] 金曜日の営業終了後一定時間燃料改質器の運転を行い、土曜日と日曜日の間に必要水素量を水素貯蔵装置に貯蔵した後、燃料改質器を停止し、燃料改質器を停止した後は、水素貯蔵装置からの水素量を燃料電池スタックに供給して電力負荷Wの消費電力を賄い、週明けの月曜日の営業開始前一定期間から燃料改質器の運転を行なうことを特徴とする請求項1〜8記載の燃料電池発電システム。
According to the present invention, it is possible to cope with instantaneous power demand such as inrush power.
[Claim 9] The fuel reformer is operated for a certain period of time after the end of business on Friday, the necessary hydrogen amount is stored in the hydrogen storage device between Saturday and Sunday, the fuel reformer is stopped, and the fuel reforming is performed. After stopping the reactor, the amount of hydrogen from the hydrogen storage device is supplied to the fuel cell stack to cover the power consumption of the power load W, and the fuel reformer is operated for a certain period before the start of business on Monday of the beginning of the week. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein:

電力負荷の電源スイッチを入れた場合、突入電力がアップする。電力キャパシターは、急激な電力負荷の変動に対処するために設けられている。   When the power switch of the power load is turned on, the inrush power increases. The power capacitor is provided in order to cope with a rapid fluctuation of the power load.

本発明では、
[請求項10]水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中から分岐した後再接続されるバイパス配管の途中に水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うことを特徴とする燃料電池発電方法。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
本発明は、請求項1、2、又は3記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項1、2、又は3記載発明の説明内容と同じである。
In the present invention,
[Claim 10] A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, and hydrogen that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack A hydrogen storage device is installed in the middle of the piping, the air piping that supplies oxygen in the air to the fuel cell stack, and the bypass piping that is reconnected after branching from the middle of the hydrogen piping. In the fuel cell power generation system which starts the massifier only once, stops for a certain period of time and then stops completely, when the fuel reformer starts to start, the fuel reformer starts to start and the fuel By generating a hydrogen amount H00 to satisfy Equation (2) through steady operation of the reformer, the fuel cell stack covers the power demand, and the hydrogen is stored in the hydrogen storage device. At the time of complete stop te = ts + to, the operation of the fuel reformer is completely stopped, and the power demand is reduced from the fuel reformer complete stop time te to the next start time ts of the fuel reformer. A fuel cell power generation method characterized by covering with hydrogen stored in a hydrogen storage device.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: safety factor of 1 or more ---------------------------------
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the invention of claim 1, 2, or 3 (fuel cell power generation system). Matters not described here are the same as those described in the first, second, or third aspect of the present invention.

本発明では、バイパス配管、分岐配管等の構成を限定としていない。本発明は、水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うことを特徴とするものである。   In the present invention, the configuration of bypass piping, branch piping, and the like is not limited. The present invention provides a fuel reformer in a fuel cell power generation system in which a hydrogen storage device is installed to start a fuel reformer only once during a day, and to stop after a certain period of time to steady operation. When the starting time ts of the fuel cell is reached, the start of the fuel reformer is started, the hydrogen amount H00 is generated so as to satisfy Equation (2) by steady operation of the fuel reformer, and the fuel cell stack generates power. After supplying the demand and storing hydrogen in the hydrogen storage device, when the fuel reformer is completely stopped te = ts + to, the operation of the fuel reformer is completely stopped. During the next start time ts of the fuel reformer, the electric power demand is covered with hydrogen stored in the hydrogen storage device.

かかる特徴的構成により、燃料改質器の運転を効率の良い水素発生量の範囲に限定して行うことが可能になる。また、水素をいつでも取り出せる状態で貯蔵しておくことにより、燃料改質器の水素製造能力以上の水素を燃料電池スタックに供給することが可能になり、燃料改質器を小容量化できる。   Such a characteristic configuration makes it possible to perform the operation of the fuel reformer by limiting it to a range of efficient hydrogen generation amount. Further, by storing hydrogen in a state where it can be taken out at any time, it becomes possible to supply hydrogen exceeding the hydrogen production capacity of the fuel reformer to the fuel cell stack, and the capacity of the fuel reformer can be reduced.

これにより、システム全体のエネルギー効率の向上を図ると共に、燃料改質器容量を低減して、安価でコンパクトな水素貯蔵装置を備えた燃料電池発電システム及び燃料電池発電方法を提供するという発明の課題が達成できる。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation method provided with an inexpensive and compact hydrogen storage device while improving the energy efficiency of the entire system and reducing the capacity of the fuel reformer. Can be achieved.

本発明は、請求項1、2、又は3記載発明(燃料電池発電システム)の上位概念に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項1、2、又は3記載発明の説明内容と同じである。

[請求項10]水素貯蔵装置が、水素配管の途中から分岐した後再接続されるバイパス配管の途中に水素貯蔵装置であることを特徴とする請求項9記載の燃料電池発電システム。
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the superordinate concept of the invention of claim 1, 2, or 3 (fuel cell power generation system). Matters not described here are the same as those described in the first, second, or third aspect of the present invention.

[10] The fuel cell power generation system according to [9], wherein the hydrogen storage device is a hydrogen storage device in the middle of a bypass pipe to be reconnected after branching from the middle of the hydrogen pipe.

本発明は、請求項1記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項1記載発明の説明内容と同じである。   The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the invention according to claim 1 (fuel cell power generation system). Matters not described here are the same as those described in the first aspect of the present invention.

[請求項1] 水素貯蔵装置が、燃料電池スタックに直接接続される分岐配管の途中に設置された水素貯蔵装置であることを特徴とする燃料電池発電方法。
本発明は、請求項2記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項2記載発明の説明内容と同じである。
[請求項1] 水素貯蔵装置が、水素配管の途中に設置された水素貯蔵装置であることを特徴とする燃料電池発電システム。
本発明は、請求項3記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項3記載発明の説明内容と同じである。
[請求項1] さらに、水素貯蔵装置の水素圧力を計測し、数式(3)を具備する場合、燃料改質器の運転を停止し、数式(4)を具備する場合、燃料改質器の運転中かどうかを判断し、運転中でないで場合には、燃料改質器を起動を開始することを特徴とする請求項10〜12記載の燃料電池発電方法。
ここに、
PH>PC1 ・・・・・・数式(3)
PH<PC2 ・・・・・・数式(4)
PH:水素貯蔵装置の水素圧力
PC1:水素貯蔵装置の水素圧力の上限値
PC2:水素貯蔵装置の水素圧力の下限値
本発明は、請求項4記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項4記載発明の説明内容と同じである。
[請求項1] 燃料電池スタックからの排熱を回収する排熱回収装置を備えたことを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。
本発明は、請求項5記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項5記載発明の説明内容と同じである
[請求項1] 水素貯蔵装置が圧力ボンベであることを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。
本発明は、請求項6記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項6記載発明の説明内容と同じである
[請求項1] 水素貯蔵装置が圧力ボンベであるとき、夜間電力を使って水素を圧力ボンベに蓄えることを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。
本発明は、請求項7記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。
[請求項1] 電力キャパシターを備えたことを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。
本発明は、請求項8記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。
[請求項1] 金曜日の営業終了後一定時間燃料改質器の運転を行い、土曜日と日曜日の間に必要水素量を水素貯蔵装置に貯蔵した後、燃料改質器を停止し、燃料改質器を停止した後は、水素貯蔵装置からの水素量Hを燃料電池スタックに供給して電力負荷Wの消費電力を賄い、週明けの月曜日の営業開始前一定期間から燃料改質器の運転を行なうことを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。
本発明は、請求項9記載発明(燃料電池発電システム)に対応した燃料電池発電方法の発明である。ここで説明しない事項については、請求項9記載発明の説明内容と同じである。
[Claim 1 1 ] The fuel cell power generation method, wherein the hydrogen storage device is a hydrogen storage device installed in the middle of a branch pipe directly connected to the fuel cell stack.
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the invention according to claim 2 (fuel cell power generation system). The matters not described here are the same as those described in the second aspect of the present invention.
[Claim 1 2] hydrogen storage device, a fuel cell power generation system which is a hydrogen storage device installed in the middle of the hydrogen piping.
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the invention described in claim 3 (fuel cell power generation system). Matters not described here are the same as those described in the third aspect of the present invention.
[Claim 1 3] In addition, to measure the hydrogen pressure in the hydrogen storage device, when having a formula (3), stops the operation of the fuel reformer, if having a formula (4), a fuel reformer The fuel cell power generation method according to any one of claims 10 to 12 , wherein it is determined whether or not the fuel reformer is in operation, and if it is not in operation, the fuel reformer is started.
here,
PH> PC1 ··· Formula (3)
PH <PC2 ··· Equation (4)
PH: Hydrogen pressure of hydrogen storage device PC1: Upper limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device PC2: Lower limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device The present invention is a fuel cell corresponding to the invention according to claim 4 (fuel cell power generation system) It is an invention of a power generation method. The matters not described here are the same as those described in the fourth aspect of the present invention.
[Claim 1 4] The fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 3, wherein further comprising a heat recovery device for recovering exhaust heat from the fuel cell stack.
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the invention according to claim 5 (fuel cell power generation system). For matters not described here, the same as the description contents of claim 5, wherein INVENTION claim 1 5] The fuel cell power generation according to claim 10 to 1 4, wherein the hydrogen storage device, characterized in that the pressure cylinder Method.
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the sixth aspect of the invention (fuel cell power generation system). The matters not described here are the same as those described in the invention described in claim 6. [Claim 16 ] When the hydrogen storage device is a pressure cylinder, hydrogen is stored in the pressure cylinder using nighttime power. fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 5 wherein the.
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the seventh aspect of the invention (fuel cell power generation system).
[Claim 17 ] The fuel cell power generation method according to any one of claims 10 to 16 , further comprising a power capacitor.
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the invention according to claim 8 (fuel cell power generation system).
[Claim 18 ] The fuel reformer is operated for a certain period of time after the end of business on Friday, the required hydrogen amount is stored in the hydrogen storage device between Saturday and Sunday, the fuel reformer is stopped, and the fuel reformer is stopped. After shutting down the device, supply the amount of hydrogen H from the hydrogen storage device to the fuel cell stack to cover the power consumption of the power load W, and operate the fuel reformer from a certain period before the start of business on Monday morning fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 7, wherein the performing.
The present invention is a fuel cell power generation method invention corresponding to the ninth aspect of the invention (fuel cell power generation system). The matters not described here are the same as those described in the ninth aspect of the invention.

以上のように本発明の構成により、本発明の課題全てを充分に達成することができた。すなわち、電力消費量が少なく、燃料改質器の水素製造能力に余裕があるときに、水素を水素貯蔵装置に蓄えておき、電力消費量が増加し燃料改質器の水素製造能力が不足したときに、水素貯蔵装置に蓄えておいた水素で水素製造能力の不足を補うことにより、最大電力需要量に対応した燃料改質器を必要とせず、システムのコンパクト化、設備投資の低減、燃料改質器のウォーミングアップ運転時の燃料の低減が可能になると共に、燃料改質器を効率の良い水素発生量の範囲に限定して運転することが可能になり、燃料電池発電システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。 As described above, according to the configuration of the present invention, all the problems of the present invention can be sufficiently achieved. That is, when the power consumption is low and the hydrogen production capacity of the fuel reformer is sufficient, hydrogen is stored in the hydrogen storage device, and the power consumption increases and the hydrogen production capacity of the fuel reformer is insufficient. Occasionally, hydrogen stored in the hydrogen storage device compensates for the shortage of hydrogen production capacity, eliminating the need for a fuel reformer corresponding to the maximum power demand, making the system more compact, reducing capital investment, and fuel It is possible to reduce the fuel during the warm-up operation of the reformer, and it is possible to operate the fuel reformer only within the range of efficient hydrogen generation amount, and the energy efficiency of the entire fuel cell power generation system Can be improved.

排熱回収装置を設置することにより、燃料電池スタックや燃料改質器の排熱も有効に利用できる。   By installing the exhaust heat recovery device, the exhaust heat of the fuel cell stack and the fuel reformer can be used effectively.

夜間電力でコンプレッサーを駆動して水素を圧力ボンベに圧縮貯蔵することにより、揚水発電代替類似の電力貯蔵が可能となり、昼間において、系統電力のピークカットが可能となる。   By driving the compressor with nighttime power and compressing and storing hydrogen in a pressure cylinder, it becomes possible to store power similar to that of pumped storage power generation, and it is possible to cut the system power peak during the daytime.

特に、蓄電池等のように電力貯蔵装置を備えた燃料電池発電システム(単に、前者という。)と水素貯蔵装置置を備えた本発明の燃料電池発電システム(本発明)とを比較した場合、以下のような当業者の予測不可能な顕著な効果がある。   In particular, when a fuel cell power generation system (simply called the former) having a power storage device such as a storage battery is compared with a fuel cell power generation system of the present invention (invention) having a hydrogen storage device, There are significant effects that cannot be predicted by those skilled in the art.

前者は、燃料改質器の発生水素量とその水素を用いて燃料電池スタックにより発電するので、燃料改質器の容量を本発明の燃料改質器よりコンパクトにできるというメリットが有る。   The former has the advantage that the capacity of the fuel reformer can be made more compact than that of the fuel reformer of the present invention because the amount of hydrogen generated in the fuel reformer and the hydrogen is used to generate power by the fuel cell stack.

本発明は、コンパクト性は劣るものの、図5のように、燃料電池スタックの発電効率は、低負荷運転の方が高いという特性を有する。   Although the present invention is inferior in compactness, the power generation efficiency of the fuel cell stack has a characteristic that the low load operation is higher as shown in FIG.

前者の場合、燃料改質器と燃料電池スタックのコンパクト化設計に力点が置かれるために、かなりの高負荷運転をせざるを得ないので、燃料電池スタックの発電効率は、本発明に比較して劣らざるを得ない。   In the former case, since the emphasis is placed on the compact design of the fuel reformer and the fuel cell stack, the power generation efficiency of the fuel cell stack is higher than that of the present invention. It must be inferior.

発明者は、前者と本発明の両方のシステム設計を行った結果、次のようなことに始めて気が付いた。   As a result of designing the system of both the former and the present invention, the inventor first noticed the following.

すなわち、本発明では、燃料改質器のコンパクト化は電池タイプの前者と同様可能であるが、燃料電池スタックは、前者に比較してどうしても設計容量が大きくならなければならないという点ではデメリットである。しかし、燃料電池スタックの発電効率という点に着目すると、下記のように、本発明の方が、前者より燃料電池スタックの発電効率は高いということが分かった。
本発明のように水素貯蔵タイプの燃料電池システムを一日一回起動し停止するという運転方法を採用する場合、かなりの低負荷運転とならざるを得ない(このことは定格運転の観点ではデメリットと考えられ易い。)が、低負荷運転をする方が、図5からも明らかなように、燃料電池スタックの発電効率が高いからである。
That is, in the present invention, the fuel reformer can be made compact in the same manner as the former of the battery type, but the fuel cell stack is disadvantageous in that the design capacity must be increased compared to the former. . However, paying attention to the power generation efficiency of the fuel cell stack, it has been found that the power generation efficiency of the fuel cell stack is higher than that of the former in the present invention as described below.
When the operation method of starting and stopping the hydrogen storage type fuel cell system once a day as in the present invention is adopted, it is unavoidable to have a considerably low load operation (this is a disadvantage in terms of rated operation). However, it is because the power generation efficiency of the fuel cell stack is higher in the low-load operation, as is apparent from FIG.

このように、本発明は、前者に比較して、燃料電池スタックのコンパクト化は劣るものの逆に、燃料電池システムを一日一回起動し停止するという運転方法を採用する場合、燃料電池スタックはかなりの時間帯低負荷運転をせざるを得ず、これが逆に働いて燃料電池スタックの発電効率が高くなるという当業者が予測し得ない顕著な効果を発揮することとなった。   As described above, the present invention is inferior in size to the fuel cell stack compared to the former, but conversely, when the operation method of starting and stopping the fuel cell system once a day is adopted, It was forced to perform low load operation for a considerable period of time, and this exerted a remarkable effect that could not be predicted by those skilled in the art that this would work in reverse and increase the power generation efficiency of the fuel cell stack.

水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中に水素貯蔵装置を設けた燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器で発生した水素の量に対して、電力需要量を賄う為に燃料電池スタックが消費する水素の量が少なく水素が余るとき、余った水素を水素貯蔵装置に蓄え、燃料改質器で発生した水素の量に対して、電力需要量を賄う為に燃料電池スタックが消費する水素の量が多く水素が不足するとき、蓄えておいた水素で不足する水素を補うようにシステムを制御する制御装置からなることを特徴とする燃料電池発電システムである。   A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, a hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, In a fuel cell power generation system in which a hydrogen storage device is provided in the middle of the air piping for supplying oxygen to the fuel cell stack and in the hydrogen piping, in order to cover the power demand for the amount of hydrogen generated in the fuel reformer When the amount of hydrogen consumed by the fuel cell stack is small and there is surplus hydrogen, the surplus hydrogen is stored in the hydrogen storage device, and the fuel cell stack is used to cover the power demand for the amount of hydrogen generated by the fuel reformer. A fuel cell power generation system comprising a control device that controls the system to compensate for the shortage of hydrogen that has been stored when the amount of hydrogen consumed by the fuel is large It is.

以下実施例1について説明する。図1は本発明に係る燃料電池発電システム100の一実施例を示すブロック図である。
水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタック3と、燃料Fを供給することにより水素を発生させる燃料改質器1、燃料改質器1において発生した水素Hを燃料電池スタック3へ供給する水素配管LH、空気A中の酸素を燃料電池スタック3に供給する空気配管LA、前記水素配管LHの途中から分岐した後再接続されるバイパス配管LBPの途中に設けられた水素貯蔵装置2、及び制御装置(図示せず)から構成されている。
そして、制御装置は、一日の間において、燃料改質器1を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システム100において、燃料改質器1の起動開始時tsになれば、燃料改質器1の起動を開始し、燃料改質器1の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタック3により電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置2に水素を貯蔵した後、燃料改質器1の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器1の運転を完全に停止し、燃料改質器1の完全停止時teから次の燃料改質器1の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置2に貯蔵された水素で賄うように制御する。
これにより、燃料改質器1は効率が良い範囲に限定して定常運転することができるようになり、エネルギー効率が従来以上に向上する。
一方、水素貯蔵装置2に水素をいつでも取り出せる状態で蓄えることにより、燃料電池スタック3の最大水素量を賄う大容量の燃料改質器1を必要とせず、システムのコンパクト化、設備投資の低減、燃料改質器1のウォーミングアップ運転時に要する燃料Fの低減が可能になる。
以上のような効果により、コンパクトで安価で高効率な水素貯蔵装置2を備えた燃料電池発電システム100を実現することができる。
以下、図1を参照して実施例1を詳細に説明する。図1は、本発明に係る燃料電池発電システム100の一実施例を示すブロック図である。
燃料電池発電システム100は、燃料改質器1、水素貯蔵装置2、燃料電池スタック3、制御装置(図示せず)から構成されている。さらに、排熱回収装置4を構成要素ともしている。燃料電池発電システム100によって発電した電力は、電力負荷11に、電力線LEPにより供給される。
燃料改質器1は燃料Fを原料として水素リッチガス(水素)を生成する。
燃料改質器1は、水素配管LHを通じて燃料電池スタック3と接続されている。水素配管LHの途中には、コンプレッサーC2とバルブV2が設けられている。コンプレッサーの上流地点から分岐したバイパス配管LBPが設けられ、バイパス配管LBPの途中に、順次、コンプレッサーC1、バルブV1、水素貯蔵装置2、バルブV3が設けられている。
《燃料電池発電方法(平日運転モード)》
以下、図7又は図8に基づいて、燃料電池発電方法(平日運転モード)を説明する。
<燃料改質器1の起動方法>
制御装置(図示せず)は、一日の間において、燃料改質器1を一回だけ起動する。燃料改質器1の起動開始時tsになれば、制御装置により、燃料改質器1の起動を開始し、燃料改質器1の定常運転を行う。
ここに、起動開始時tsは、予め設定され、メモリーMに記憶されている。
<燃料改質器の定常運転方法>
制御装置(図示せず)によって、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置2に水素を貯蔵した後、燃料改質器1の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器1の運転を完全に停止し、燃料改質器1の完全停止時teから次の燃料改質器1の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置2に貯蔵された水素で賄うように制御する。
Example 1 will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a fuel cell power generation system 100 according to the present invention.
A fuel cell stack 3 that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer 1 that generates hydrogen by supplying fuel F, and hydrogen H generated in the fuel reformer 1 is supplied to the fuel cell stack 3 A hydrogen pipe LH, an air pipe LA for supplying oxygen in the air A to the fuel cell stack 3, a hydrogen storage device 2 provided in the middle of a bypass pipe LBP that is reconnected after branching from the middle of the hydrogen pipe LH, And a control device (not shown).
Then, the control device starts starting the fuel reformer 1 in the fuel cell power generation system 100 that starts starting the fuel reformer 1 only once during a day, stops the fuel reformer 1 for a certain period of time, and then stops completely. At time ts, the fuel reformer 1 starts to be started, and the hydrogen amount H00 is generated by the steady operation of the fuel reformer 1 so as to satisfy Equation (2). After supplying the demand and storing hydrogen in the hydrogen storage device 2, the operation of the fuel reformer 1 is completely stopped at the time te = ts + to when the fuel reformer 1 is completely stopped. From the complete stop time te to the next start time ts of the fuel reformer 1, the electric power demand is controlled to be covered by the hydrogen stored in the hydrogen storage device 2.
As a result, the fuel reformer 1 can be operated steadily by limiting it to a high efficiency range, and the energy efficiency is improved more than before.
On the other hand, by storing hydrogen in the hydrogen storage device 2 in a state where it can be taken out at any time, a large-capacity fuel reformer 1 that covers the maximum amount of hydrogen in the fuel cell stack 3 is not required, making the system compact, reducing capital investment, The fuel F required during the warm-up operation of the fuel reformer 1 can be reduced.
Due to the above effects, the fuel cell power generation system 100 including the hydrogen storage device 2 that is compact, inexpensive, and highly efficient can be realized.
Hereinafter, the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a fuel cell power generation system 100 according to the present invention.
The fuel cell power generation system 100 includes a fuel reformer 1, a hydrogen storage device 2, a fuel cell stack 3, and a control device (not shown). Further, the exhaust heat recovery device 4 is also a component. The power generated by the fuel cell power generation system 100 is supplied to the power load 11 through the power line LEP.
The fuel reformer 1 generates hydrogen rich gas (hydrogen) using the fuel F as a raw material.
The fuel reformer 1 is connected to the fuel cell stack 3 through a hydrogen pipe LH. A compressor C2 and a valve V2 are provided in the middle of the hydrogen pipe LH. A bypass pipe LBP branched from an upstream point of the compressor is provided, and a compressor C1, a valve V1, a hydrogen storage device 2, and a valve V3 are sequentially provided in the middle of the bypass pipe LBP.
《Fuel cell power generation method (weekday operation mode)》
Hereinafter, the fuel cell power generation method (weekday operation mode) will be described with reference to FIG. 7 or FIG.
<Starting method of fuel reformer 1>
A control device (not shown) activates the fuel reformer 1 only once during a day. When the start time ts of the fuel reformer 1 is reached, the control device starts the fuel reformer 1 and performs steady operation of the fuel reformer 1.
Here, the activation start time ts is set in advance and stored in the memory M.
<Fuel reformer steady operation method>
A control device (not shown) generates a hydrogen amount H00 so as to satisfy Equation (2), covers the power demand by the fuel cell stack, stores hydrogen in the hydrogen storage device 2, and then changes the fuel. At the time te = ts + to when the mass device 1 is completely stopped, the operation of the fuel reformer 1 is completely stopped, and from the time te when the fuel reformer 1 is completely stopped to the time ts when starting the next fuel reformer 1 Controls the power demand to be covered by the hydrogen stored in the hydrogen storage device 2.

以下、本システムの燃料改質器1の定常運転方法について詳説する。   Hereinafter, the steady operation method of the fuel reformer 1 of this system will be described in detail.

図4に基づいて説明する。以下の説明にない内容は、実施例1の上述した内容と同じとする。
燃料改質器1の起動開始時tsになれば、制御装置は、燃料改質器1を自動的に起動させて、一定出力H00(燃料改質器1の改質水素量)で定常運転する。
This will be described with reference to FIG. The contents not described below are the same as those described in the first embodiment.
When the starting time ts of the fuel reformer 1 is reached, the control device automatically starts the fuel reformer 1 and performs a steady operation at a constant output H00 (reformed hydrogen amount of the fuel reformer 1). .

ここに、一定出力H00情報は、予め設定された数値であり、メモリーMに記憶さされている。   Here, the constant output H00 information is a numerical value set in advance and is stored in the memory M.

一定出力H00情報を用いて、制御装置は、以下の制御を行う。   The control apparatus performs the following control using the constant output H00 information.

燃料改質器1は定常水素発生量H00で水素を製造する。ただし、燃料改質器1の完全停止時teから起動開始時tsの間は、H00=0である。   The fuel reformer 1 produces hydrogen with a steady hydrogen generation amount H00. However, H00 = 0 between the complete stop time te and the start time ts of the fuel reformer 1.

時刻tにおける想定電力需要量W0(t)に対応する水素量H0(t)を予め記憶された水素量H0(t)と実際に燃料改質器1で製造される水素量H00を比較する。
三つの場合に場合分けされる。
The hydrogen amount H0 (t) stored in advance for the hydrogen amount H0 (t) corresponding to the assumed power demand W0 (t) at time t is compared with the hydrogen amount H00 actually produced by the fuel reformer 1.
Cases are divided into three cases.

すなわち、
(1)H0(t)>H00の場合
(2)H0(t)=H00の場合
(3)H0(t)<H00の場合
に分けて、以下、制御装置による制御方法について説明する。
<H0(t)>H00の場合>
<H0(t)<H00の場合(水素Hが余るとき)>
燃料改質器1で発生した水素量H(t)に対して、電力負荷11の消費電力を賄う為に燃料電池スタック3が消費する水素量H(t)が少なく水素が余るとき、燃料改質器1で生成された水素の内、余剰な分の水素はバルブV1を開、バルブV3を閉にして、コンプレッサーC1によって昇圧され、バイパス配管LBPを通じて水素貯蔵装置2に蓄えられる。発電に必要な分の水素はバルブV2を開にした上でコンプレッサーC2によって昇圧され、水素配管LHを通じて燃料電池スタック3に供給される。一方、空気AもコンプレッサーC4によって昇圧されて空気配管LAを通じて発電に必要な分だけ燃料電池スタック3に供給される。
<H0(t)=H00の場合>
燃料改質器1で発生した水素量H(t)と想定電力需要量W0(t)に相当する想定必要水素量H0(t)が同じとき、燃料改質器1で生成された水素はバルブV2を開にした上でコンプレッサーC2によって昇圧され、水素配管LHを通じて過不足なく燃料電池スタック3に供給される。一方、空気AもコンプレッサーC4によって昇圧されて空気配管LAを通じて発電に必要な分だけ燃料電池スタック3に供給される。
<H0(t)>H00の場合(水素Hが不足するとき)>
燃料改質器1で発生した水素量H(t)に対して、想定電力需要量W0(t)に相当する想定必要水素量H0(t)がH00より多く水素が不足するとき、燃料改質器1で生成された水素は全てバルブV2を開にした上でコンプレッサーC2によって昇圧され、水素配管LHを通じて燃料電池スタック3に供給される。不足な分の水素は、C1を閉にした上で、V3を開き、水素貯蔵装置2に蓄えられている水素を、バイパス配管LBPを通じて水素配管LHに合流させることにより賄われる。一方、空気AもコンプレッサーC4によって昇圧されて空気配管LAを通じて発電に必要な分だけ燃料電池スタック3に供給される。
That is,
(1) In the case of H0 (t)> H00 (2) In the case of H0 (t) = H00 (3) In the case of H0 (t) <H00, the control method by the control device will be described below.
<In the case of H0 (t)>H00>
<In the case of H0 (t) <H00 (when hydrogen H remains)>
When the amount of hydrogen H (t) consumed by the fuel cell stack 3 is small in order to cover the power consumption of the power load 11 with respect to the amount of hydrogen H (t) generated in the fuel reformer 1, the fuel reforming is performed. Of the hydrogen produced by the mass device 1, the surplus hydrogen is opened by the valve V1 and the valve V3 is closed, and the pressure is increased by the compressor C1, and is stored in the hydrogen storage device 2 through the bypass pipe LBP. Hydrogen necessary for power generation is boosted by the compressor C2 after opening the valve V2, and supplied to the fuel cell stack 3 through the hydrogen pipe LH. On the other hand, the air A is also pressurized by the compressor C4 and supplied to the fuel cell stack 3 through the air pipe LA as much as necessary for power generation.
<When H0 (t) = H00>
When the hydrogen amount H (t) generated in the fuel reformer 1 and the estimated required hydrogen amount H0 (t) corresponding to the assumed power demand W0 (t) are the same, the hydrogen generated in the fuel reformer 1 is a valve After V2 is opened, the pressure is increased by the compressor C2 and supplied to the fuel cell stack 3 through the hydrogen pipe LH without excess or deficiency. On the other hand, the air A is also pressurized by the compressor C4 and supplied to the fuel cell stack 3 through the air pipe LA as much as necessary for power generation.
<H0 (t)> H00 (when hydrogen H is insufficient)>
When the estimated required hydrogen amount H0 (t) corresponding to the estimated power demand W0 (t) is greater than H00 and the hydrogen is insufficient with respect to the hydrogen amount H (t) generated in the fuel reformer 1, the fuel reforming All the hydrogen produced in the vessel 1 is pressurized by the compressor C2 with the valve V2 opened, and supplied to the fuel cell stack 3 through the hydrogen pipe LH. The shortage of hydrogen is supplied by closing C1 and then opening V3 to join the hydrogen stored in the hydrogen storage device 2 to the hydrogen pipe LH through the bypass pipe LBP. On the other hand, the air A is also pressurized by the compressor C4 and supplied to the fuel cell stack 3 through the air pipe LA as much as necessary for power generation.

燃料電池スタック3において発電された直流電力は電力線LEの途中に設置されたインバータ(図示せず)を介して交流電力に変換されて電力負荷11に供給される。さらに、燃料電池スタック3から発生する排熱は排熱回収装置4によって回収されて熱負荷12に供給される。   The DC power generated in the fuel cell stack 3 is converted into AC power via an inverter (not shown) installed in the middle of the power line LE and supplied to the power load 11. Further, the exhaust heat generated from the fuel cell stack 3 is recovered by the exhaust heat recovery device 4 and supplied to the heat load 12.

この結果、燃料改質器1は、効率の良い水素発生量の範囲に限定して運転することが可能となる。また、水素貯蔵装置2を設けることにより、燃料改質器1における水素製造能力以上の燃料電池スタック3の水素需要にも対応することができ、燃料改質器1の小容量化が可能になる。
《燃料電池発電方法(休日運転モード)》
週末(土曜・日曜)に燃料改質器1を停止する場合について燃料電池発電システム100の運転方法(休日運転モード)について説明する。
図5に基づいて説明する。
週末(土曜・日曜)の間、電力負荷11の消費電力が少ない場合、燃料改質器1を停止し、水素貯蔵装置2に貯蔵された水素で、週末(土曜・日曜)の間の電力負荷11の消費電力を賄うことができる場合がある。
金曜日の例えば19時に営業を終了する。営業終了後一定時間燃料改質器1の運転を行い、週末(土曜・日曜)の間に必要な水素を水素貯蔵装置2に貯蔵し、燃料改質器1を時刻teに完全停止する。燃料改質器1を停止した後は、水素貯蔵装置2に貯蔵されている水素を燃料電池スタック3に供給して電力負荷11の消費電力を賄う。
週明けの朝方の時刻tsに燃料改質器1を運転開始し、週明けの電力負荷11の消費電力を賄う。燃料改質器1を運転開始後は、出来るだけ早期に水素発生量H00の定常運転を継続する。その後については、<燃料電池発電方法(平日運転モード)>で詳述した通りである。
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As a result, the fuel reformer 1 can be operated only within the range of the efficient hydrogen generation amount. In addition, by providing the hydrogen storage device 2, it is possible to meet the demand for hydrogen in the fuel cell stack 3 that exceeds the hydrogen production capacity of the fuel reformer 1, and the capacity of the fuel reformer 1 can be reduced. .
《Fuel cell power generation method (holiday operation mode)》
An operation method (holiday operation mode) of the fuel cell power generation system 100 when the fuel reformer 1 is stopped on a weekend (Saturday / Sunday) will be described.
This will be described with reference to FIG.
During the weekend (Saturday / Sunday), when the power consumption of the power load 11 is low, the fuel reformer 1 is stopped and the power stored during the weekend (Saturday / Sunday) with the hydrogen stored in the hydrogen storage device 2 11 power consumption may be covered.
For example, the business is closed on Friday at 19:00. The fuel reformer 1 is operated for a certain period of time after the end of business, the necessary hydrogen is stored in the hydrogen storage device 2 during the weekend (Saturday and Sunday), and the fuel reformer 1 is completely stopped at time te. After stopping the fuel reformer 1, the hydrogen stored in the hydrogen storage device 2 is supplied to the fuel cell stack 3 to cover the power consumption of the power load 11.
The fuel reformer 1 is started to operate at the time ts in the morning of the beginning of the week to cover the power consumption of the power load 11 at the beginning of the week. After starting the operation of the fuel reformer 1, the steady operation of the hydrogen generation amount H00 is continued as soon as possible. The subsequent steps are as described in detail in <Fuel Cell Power Generation Method (Weekday Operation Mode)>.
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以下実施例2について説明する。図2は本発明に係る燃料電池発電システム100の一実施例を示すブロック図である。 Example 2 will be described below. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the fuel cell power generation system 100 according to the present invention.

なお、実施例2について説明しない部分は、実施例1と同じである。   In addition, the part which is not demonstrated about Example 2 is the same as Example 1. FIG.

実施例1では、コンプレッサーC2の上流で、水素配管LHから分岐したバイパス配管LBPが再度バルブV2の下流で合流するのに対して、実施例2では、コンプレッサーC2の上流で、水素配管LHから分岐した分岐配管LBRが再度バルブV2の下流で合流することなく、バルブV3を通った後燃料電池スタック3に直接接続される点が相違する。   In the first embodiment, the bypass pipe LBP branched from the hydrogen pipe LH upstream of the compressor C2 joins again downstream of the valve V2. In the second embodiment, the bypass pipe LBP branches from the hydrogen pipe LH upstream of the compressor C2. The difference is that the branched pipe LBR is directly connected to the fuel cell stack 3 after passing through the valve V3 without joining again downstream of the valve V2.

その他の構成については、実施例1と実施例2とは同じである。   The other configurations are the same as those in the first and second embodiments.

以下実施例3について説明する。図3は本発明に係る燃料電池発電システム100の一実施例を示すブロック図である。   Example 3 will be described below. FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the fuel cell power generation system 100 according to the present invention.

なお、実施例3について説明しない部分は、実施例1と同じである。
実施例1では、バイパス配管LBPの途中に水素貯蔵装置が設置され、実施例2では、分岐配管LBRの途中に水素貯蔵装置が設置されるのに対して、実施例3では、水素配管LHの途中に水素貯蔵装置が設置される点が相違する。
実施例3の効果は、水素配管LHの途中にバイパス配管LBPや分岐配管LBRを設けることなく、またコンプレッサーやバルブの構成要素が減ってコストダウンに繋がり、燃料電池発電システムの運転が簡単になり、故障等が減少することである。
Parts that are not described in the third embodiment are the same as those in the first embodiment.
In the first embodiment, the hydrogen storage device is installed in the middle of the bypass pipe LBP. In the second embodiment, the hydrogen storage device is installed in the middle of the branch pipe LBR. In the third embodiment, the hydrogen storage device of the hydrogen pipe LH is used. The difference is that a hydrogen storage device is installed on the way.
The effect of the third embodiment is that the bypass piping LBP and the branch piping LBR are not provided in the middle of the hydrogen piping LH, and the components of the compressor and valves are reduced, leading to cost reduction, and the operation of the fuel cell power generation system is simplified. The failure is reduced.

以下実施例4について説明する。なお、実施例4について説明しない部分は、実施例1と同じである。実施例4では、電力線LEPに電力キャパシターEC(図示しない)が設置される。電力負荷11のスイッチが入れられ、突入電力が急激に上昇したが、急激な上昇分は電力キャパシターに蓄えられた電力で賄うことができた。
○ 本発明(水素貯蔵タイプ)、比較例(電池タイプ)の燃料電池スタックの発電効率の比較について
本発明(水素貯蔵タイプ)、比較例(電池タイプ)を比較することによって、本発明の効果をより具体的に説明しよう。
Example 4 will be described below. In addition, the part which is not demonstrated about Example 4 is the same as Example 1. FIG. In the fourth embodiment, a power capacitor EC (not shown) is installed on the power line LEP. The power load 11 was switched on and the inrush power increased rapidly, but the sudden increase could be covered by the power stored in the power capacitor.
○ Comparison of power generation efficiency of fuel cell stacks of the present invention (hydrogen storage type) and comparative example (battery type) By comparing the present invention (hydrogen storage type) and comparative example (battery type), the effect of the present invention can be obtained. Let me explain more specifically.

ここにおいて、
本発明とは、実施例1記載発明をいい、
比較例1とは、以下に記載以外は、実施例1と同じである。
(1)水素貯蔵タンクを電池で置換する。
(2)燃料電池スタックの容量を本発明(水素貯蔵タイプ)の1/2程度に設定する。
put it here,
The present invention refers to the invention described in Example 1,
Comparative Example 1 is the same as Example 1 except as described below.
(1) Replace the hydrogen storage tank with a battery.
(2) The capacity of the fuel cell stack is set to about ½ of the present invention (hydrogen storage type).

本発明と比較例1とは、1日当りの燃料電池スタックの平均発電効率について言えば、前者の平均発電効率が66.2%であるのに対して、後者の平均発電効率が38.4%である。
前者の平均発電効率が、後者の平均発電効率より遥かに大きいこと(66.2%/38.4%=約1.7倍)が分かる。この約1.7倍は省エネルギーの観点から言えば、非常に大きな効果であり、実際に燃料電池スタックの実際の運転で66.2%の発電効率を達成しうることを示したのは本発明が初めてである。
図9を参照すれば、時間毎の発電効率の推移が分かる。前者は、電力需要量が少ない時に発電効率が高いことが分かり、後者については、電力需要量の多寡に拘わらず一定である。この理由は、図4と図9を比較して見れば一目瞭然である。例えば、電力需要量が最少の時刻において、発電効率が最高で、逆に電力需要量が最多の時刻において、発電効率が最低を記録している。燃料電池スタックの発電効率は、燃料電池スタックの最大能力に対する電力負荷(電力負荷率ともいう)が少ない場合に、高くなる傾向がある。上記の電力需要量と発電効率の関係は、平均発電効率のみならず時々刻々の発電効率においても
したがって、前述したように水素貯蔵タイプの燃料電池発電システムは、燃料電池スタックの小型化が図れなかったので、電力貯蔵タイプの燃料電池発電システムに比較して、電力負荷率は圧倒的に低く、したがって、その分発電効率は高くなるという水素貯蔵タイプの特有の効果が発揮される。
In the present invention and Comparative Example 1, regarding the average power generation efficiency of the fuel cell stack per day, the former average power generation efficiency is 66.2%, while the latter average power generation efficiency is 38.4%. It is.
It can be seen that the former average power generation efficiency is much larger than the latter average power generation efficiency (66.2% / 38.4% = about 1.7 times). About 1.7 times this is a very large effect from the viewpoint of energy saving, and it has been shown that the power generation efficiency of 66.2% can be achieved in actual operation of the fuel cell stack. Is the first time.
If FIG. 9 is referred, transition of the power generation efficiency for every time will be understood. The former shows that the power generation efficiency is high when the power demand is small, and the latter is constant regardless of the amount of power demand. The reason for this is obvious when comparing FIG. 4 and FIG. For example, the power generation efficiency is the highest at the time when the power demand is minimum, and conversely, the power generation efficiency is the lowest at the time when the power demand is the highest. The power generation efficiency of the fuel cell stack tends to increase when the power load (also referred to as power load factor) with respect to the maximum capacity of the fuel cell stack is small. The relationship between the power demand and the power generation efficiency is not only the average power generation efficiency but also the power generation efficiency every moment. Therefore, as described above, the hydrogen storage type fuel cell power generation system cannot reduce the size of the fuel cell stack. Therefore, compared with a power storage type fuel cell power generation system, the power load factor is overwhelmingly low, and accordingly, the power storage efficiency is increased by a corresponding amount.

このことは、前述したような着想がなければ、本発明を想到することは有り得ず、当業者が予測できない顕著な効果を奏することができる。
水素貯蔵タイプの昇圧エネルギー効率と電力貯蔵タイプの充放電効率
エネルギー貯蔵装置に入ってから出て行く場合の効率を貯蔵効率とすると、水素貯蔵タイプの昇圧エネルギー効率と電力貯蔵タイプの充放電効率は、ともにエネルギー貯蔵装置の貯蔵効率ということができる。
If this is not the case, the present invention cannot be conceived without the idea described above, and a remarkable effect that cannot be predicted by those skilled in the art can be achieved.
Boosting energy efficiency of hydrogen storage type and charging / discharging efficiency of power storage type If storage efficiency is the efficiency when going out after entering the energy storage device, boosting energy efficiency of hydrogen storage type and charging / discharging efficiency of power storage type are Both can be referred to as the storage efficiency of the energy storage device.

水素貯蔵タイプの昇圧エネルギー効率と電力貯蔵タイプの充放電効率を比較すると、水素貯蔵タイプの昇圧エネルギー効率は、電力貯蔵タイプの充放電効率を一般的には上回る。本願明細書においては、水素貯蔵タイプの昇圧エネルギー効率と電力貯蔵タイプの充放電効率は略等しいとして論ずることとした。   Comparing the boosted energy efficiency of the hydrogen storage type and the charge / discharge efficiency of the power storage type, the boosted energy efficiency of the hydrogen storage type generally exceeds the charge / discharge efficiency of the power storage type. In the present specification, it is assumed that the boosted energy efficiency of the hydrogen storage type is substantially equal to the charge / discharge efficiency of the power storage type.

本発明の一の実施形態の燃料電池発電システム100のブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell power generation system 100 according to an embodiment of the present invention. 本発明の二の実施形態の燃料電池発電システム100のブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell power generation system 100 of 2 embodiment of this invention. 本発明の三の実施形態の燃料電池発電システム100のブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell power generation system 100 of three embodiment of this invention. 本発明の一の実施形態の燃料電池発電システム100の運転状況説明図である。It is an operation condition explanatory view of fuel cell power generation system 100 of one embodiment of the present invention. 燃料電池スタックの発電負荷による発電効率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the power generation efficiency by the power generation load of a fuel cell stack. 燃料改質器の運転負荷による改質効率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the reforming efficiency by the driving | operation load of a fuel reformer. 本発明の一の実施形態の燃料電池発電システム100の運転フロー図である。It is an operation | movement flowchart of the fuel cell power generation system 100 of one Embodiment of this invention. 本発明の一の実施形態の燃料電池発電システム100の運転フロー図(詳細)である。It is an operation | movement flowchart (detail) of the fuel cell power generation system 100 of one Embodiment of this invention. 本発明(水素貯蔵タイプ)と比較例(電力貯蔵タイプ)の発電効率の比較図である。It is a comparison figure of the power generation efficiency of this invention (hydrogen storage type) and a comparative example (electric power storage type).

符号の説明Explanation of symbols

100 燃料電池発電システム
1 燃料改質器
2 水素貯蔵装置
3 燃料電池スタック
4 排熱回収装置
11 電力負荷
12 熱負荷
C1、C2、C4 コンプレッサー
V1、V2、V3 バルブ
LA 空気配管
LH 水素配管
LBP バイパス配管
LBR 分岐配管
LEP 電力線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Fuel cell power generation system 1 Fuel reformer 2 Hydrogen storage device 3 Fuel cell stack 4 Waste heat recovery device 11 Electric load 12 Thermal load C1, C2, C4 Compressor V1, V2, V3 Valve LA Air piping LH Hydrogen piping LBP Bypass piping LBR Branch piping LEP Power line

Claims (18)

水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中から分岐した後再接続されるバイパス配管の途中に水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うように制御する制御装置からなることを特徴とする燃料電池発電システム。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, a hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, An air pipe that supplies oxygen to the fuel cell stack, a hydrogen storage device installed in the middle of the bypass pipe that is branched from the middle of the hydrogen pipe, and reconnected once a day during the day In a fuel cell power generation system that starts only for a certain period and then stops for a certain period of time and then stops completely, the fuel reformer starts to start when the fuel reformer starts to start, and the fuel reformer starts steady operation. The hydrogen amount H00 is generated so as to satisfy Equation (2), the power demand is covered by the fuel cell stack, the hydrogen is stored in the hydrogen storage device, and then the fuel reformer is completely stopped. At e = ts + to, the operation of the fuel reformer is completely stopped, and the electric power demand is transferred to the hydrogen storage device from the complete fuel stop time te to the start time ts of the next fuel reformer. A fuel cell power generation system comprising a control device that performs control so as to be covered with stored hydrogen.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: Safety factor of 1 or more
水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中から分岐した後燃料電池スタックに直接接続される分岐配管の途中に水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された貯蔵された水素で賄うように制御する制御装置からなることを特徴とする燃料電池発電システム。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, a hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, An air pipe that supplies oxygen to the fuel cell stack, a hydrogen storage device installed in the middle of the branch pipe that branches directly from the middle of the hydrogen pipe and then directly connected to the fuel cell stack, and fuel reforming throughout the day In the fuel cell power generation system in which the start of the reformer is started once and is stopped for a certain period of time and then stopped completely, when the start of the fuel reformer reaches ts, the start of the fuel reformer is started and the fuel reformer is started. The steady operation of the mass device generates the hydrogen amount H00 so as to satisfy the formula (2), covers the power demand by the fuel cell stack, stores hydrogen in the hydrogen storage device, At the time of te = ts + to when the mass device is completely stopped, the operation of the fuel reformer is completely stopped, and the power demand is between the complete time te of the fuel reformer and the start time ts of the next fuel reformer. A fuel cell power generation system comprising a control device for controlling the amount to be covered with stored hydrogen stored in a hydrogen storage device.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: Safety factor of 1 or more
水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中に水素貯蔵装置を設けて、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に、水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された貯蔵された水素で賄うように制御する制御装置からなることを特徴とする燃料電池発電システム。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, a hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, An air pipe for supplying oxygen to the fuel cell stack, a hydrogen storage device provided in the middle of the hydrogen pipe, and starting the fuel reformer only once during a day, after a constant period of time to steady operation, complete In the fuel cell power generation system to be stopped, when the fuel reformer start-up time ts is reached, the fuel reformer starts to start, and the hydrogen is so satisfied as to satisfy Equation (2) by the steady operation of the fuel reformer. After generating the amount H00 to cover the power demand by the fuel cell stack and storing the hydrogen in the hydrogen storage device, the fuel reformer is operated at the time te = ts + to when the fuel reformer is completely stopped. It is completely stopped, and the power demand is controlled to be covered with the stored hydrogen stored in the hydrogen storage device between the time te when the fuel reformer is completely stopped and the time ts when the next fuel reformer is started. A fuel cell power generation system comprising a control device.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: Safety factor of 1 or more
水素貯蔵装置の水素圧力を計測し、数式(3)を具備する場合、燃料改質器の運転を停止し、数式(4)を具備する場合、燃料改質器の運転中かどうかを判断し、運転中でないで場合には、燃料改質器の起動を開始することを特徴とする請求項1〜3記載の燃料電池発電システム。
ここに、
PH>PC1 ・・・・・・数式(3)
PH<PC2 ・・・・・・数式(4)
PH:水素貯蔵装置の水素圧力
PC1:水素貯蔵装置の水素圧力の上限値
PC2:水素貯蔵装置の水素圧力の下限値
Measure the hydrogen pressure of the hydrogen storage device, and if the formula (3) is provided, stop the operation of the fuel reformer, and if the formula (4) is provided, determine whether the fuel reformer is in operation. The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel reformer is started when not in operation.
here,
PH> PC1 ··· Formula (3)
PH <PC2 ··· Equation (4)
PH: Hydrogen pressure of hydrogen storage device PC1: Upper limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device PC2: Lower limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device
燃料電池スタックからの排熱を回収する排熱回収装置を備えたことを特徴とする請求項1〜4記載の燃料電池発電システム。 The fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat from the fuel cell stack. 水素貯蔵装置が圧力ボンベであることを特徴とする請求項1〜5記載の燃料電池発電システム。 6. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the hydrogen storage device is a pressure cylinder. 水素貯蔵装置が圧力ボンベであるとき、夜間電力を使って水素を圧力ボンベに蓄えることを特徴とする請求項1〜6記載の燃料電池発電システム。 The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein when the hydrogen storage device is a pressure cylinder, hydrogen is stored in the pressure cylinder using nighttime electric power. 電力キャパシターを備えたことを特徴とする請求項1〜7記載の燃料電池発電システム。 The fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising a power capacitor. 金曜日の営業終了後一定時間燃料改質器の運転を行い、土曜日と日曜日の間に必要水素量を水素貯蔵装置に貯蔵した後、燃料改質器を停止し、燃料改質器を停止した後は、水素貯蔵装置からの水素量を燃料電池スタックに供給して電力負荷Wの消費電力を賄い、週明けの月曜日の営業開始前一定期間から燃料改質器の運転を行なうことを特徴とする請求項1〜8記載の燃料電池発電システム。 After operating the fuel reformer for a certain period of time on Friday, after storing the required amount of hydrogen in the hydrogen storage device between Saturday and Sunday, after stopping the fuel reformer and stopping the fuel reformer Supplies the amount of hydrogen from the hydrogen storage device to the fuel cell stack to cover the power consumption of the power load W, and operates the fuel reformer from a certain period before the start of business on Monday of the beginning of the week. The fuel cell power generation system according to claim 1. 水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中から分岐した後再接続されるバイパス配管の途中に水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うことを特徴とする燃料電池発電方法。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, a hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, An air pipe that supplies oxygen to the fuel cell stack, a hydrogen storage device installed in the middle of the bypass pipe that is branched from the middle of the hydrogen pipe, and reconnected once a day during the day In a fuel cell power generation system that starts only for a certain period and then stops for a certain period of time and then stops completely, when the fuel reformer start-up time ts is reached, the start of the fuel reformer is started, and the steady state of the fuel reformer When the fuel reformer is completely stopped after operation, the hydrogen amount H00 is generated so as to satisfy the formula (2), the fuel cell stack covers the power demand, and the hydrogen is stored in the hydrogen storage device. At e = ts + to, the operation of the fuel reformer is completely stopped, and the electric power demand is transferred to the hydrogen storage device from the complete fuel stop time te to the start time ts of the next fuel reformer. A fuel cell power generation method characterized by being covered with stored hydrogen.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: Safety factor of 1 or more
水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中から分岐した後燃料電池スタックに直接接続される分岐配管の途中に水素貯蔵装置を設置して、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うことを特徴とする燃料電池発電方法。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, a hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, An air pipe that supplies oxygen to the fuel cell stack, a hydrogen storage device installed in the middle of the branch pipe that branches directly from the middle of the hydrogen pipe and then directly connected to the fuel cell stack , and fuel reforming throughout the day In the fuel cell power generation system in which the start of the reformer is started once and is stopped for a certain period of time and then stopped completely, when the start of the fuel reformer reaches ts, the start of the fuel reformer is started and the fuel reformer is started. The steady operation of the mass device generates a hydrogen amount H00 so as to satisfy Equation (2), covers the power demand by the fuel cell stack, stores the hydrogen in the hydrogen storage device, and then changes the fuel. At the time of complete stop te = ts + to, the operation of the fuel reformer is completely stopped, and the electric power demand is from the complete stop time te of the fuel reformer to the next start time ts of the fuel reformer. A fuel cell power generation method comprising: supplying hydrogen with hydrogen stored in a hydrogen storage device.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: Safety factor of 1 or more
水素及び酸素を供給することにより発電する燃料電池スタックと、燃料を供給して水素を発生させる燃料改質器、燃料改質器において発生した水素を燃料電池スタックへ供給する水素配管、空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気配管、前記水素配管の途中に水素貯蔵装置を設けて、一日の間において、燃料改質器を一回だけ起動を開始し一定期間to定常運転した後完全停止する燃料電池発電システムにおいて、燃料改質器の起動開始時tsになれば、燃料改質器の起動を開始し、燃料改質器の定常運転により、数式(2)を満足するように水素量H00を発生させて、燃料電池スタックにより電力需要量を賄うと共に水素貯蔵装置に水素を貯蔵した後、燃料改質器の完全停止時te=ts+toにおいて、燃料改質器の運転を完全に停止し、燃料改質器の完全停止時teから次の燃料改質器の起動開始時tsの間は、電力需要量を水素貯蔵装置に貯蔵された水素で賄うことを特徴とする燃料電池発電方法。
ここに、
H=H(W)=(W/η(W))/C ・・・・・・数式(1)
H00t=Cs×H0t ・・・・・・・・数式(2)
W0(t):時刻tの関数である想定電力需要量曲線から求まる時刻tにおける想定電力需要量
H0(t):想定電力需要量W0(t)を発電するのに必要な想定水素量曲線から求まる時刻tにおける想定水素量で、W=W0(t)を数式(1)に代入して算出する。
η(W):電力負荷Wを燃料電池スタックで発電する際の発電効率で、電力負荷Wの関数として予め算出された発電効率
C:単位体積当りの水素の発熱量
H0t:H0(t)を時刻tで積分することによって求まる一日の間のトータル想定水素量
H00t:燃料改質器の起動時tsから停止時te=ts+toの間に発生するトータル水素量、
Cs:1以上の安全係数
A fuel cell stack that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen, a fuel reformer that generates hydrogen by supplying fuel, a hydrogen pipe that supplies hydrogen generated in the fuel reformer to the fuel cell stack, An air pipe for supplying oxygen to the fuel cell stack, a hydrogen storage device provided in the middle of the hydrogen pipe, and starting the fuel reformer only once during a day, after a constant period of time to steady operation, complete In the fuel cell power generation system to be stopped, when the fuel reformer start-up time ts is reached, the fuel reformer starts to start, and the hydrogen is so satisfied as to satisfy Equation (2) by the steady operation of the fuel reformer. After generating the amount H00 to cover the power demand by the fuel cell stack and storing the hydrogen in the hydrogen storage device, the operation of the fuel reformer is completed when the fuel reformer is completely stopped te = ts + to. The fuel cell is characterized in that the electric power demand is covered by hydrogen stored in the hydrogen storage device between the time te when the fuel reformer is completely stopped and the time ts when the next fuel reformer is started. Power generation method.
here,
H = H (W) = (W / η (W)) / C (1)
H00t = Cs × H0t (2)
W0 (t): Assumed power demand H0 (t) at time t obtained from an assumed power demand curve that is a function of time t: From an assumed hydrogen quantity curve required to generate the assumed power demand W0 (t) Calculated by substituting W = W0 (t) into Equation (1) for the estimated hydrogen amount at the time t obtained.
η (W): power generation efficiency when power load W is generated by the fuel cell stack, power generation efficiency calculated in advance as a function of power load W C: heat generation amount of hydrogen per unit volume H0t: H0 (t) Total estimated hydrogen amount H00t for one day obtained by integrating at time t: Total hydrogen amount generated between the time ts when the fuel reformer is started and the time te = ts + to when it is stopped,
Cs: Safety factor of 1 or more
さらに、水素貯蔵装置の水素圧力を計測し、数式(3)を具備する場合、燃料改質器の運転を停止し、数式(4)を具備する場合、燃料改質器の運転中かどうかを判断し、運転中でないで場合には、燃料改質器を起動を開始することを特徴とする請求項10〜12記載の燃料電池発電方法。
ここに、
PH>PC1 ・・・・・・数式(3)
PH<PC2 ・・・・・・数式(4)
PH:水素貯蔵装置の水素圧力
PC1:水素貯蔵装置の水素圧力の上限値
PC2:水素貯蔵装置の水素圧力の下限値
Further, when the hydrogen pressure of the hydrogen storage device is measured and the equation (3) is provided, the operation of the fuel reformer is stopped, and when the equation (4) is provided, whether the fuel reformer is in operation. The fuel cell power generation method according to any one of claims 10 to 12 , wherein the fuel reformer is started when it is judged and not in operation.
here,
PH> PC1 ··· Formula (3)
PH <PC2 ··· Equation (4)
PH: Hydrogen pressure of hydrogen storage device PC1: Upper limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device PC2: Lower limit value of hydrogen pressure of hydrogen storage device
燃料電池スタックからの排熱を回収する排熱回収装置を備えたことを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。 Fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 3, wherein further comprising a heat recovery device for recovering exhaust heat from the fuel cell stack. 水素貯蔵装置が圧力ボンベであることを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。 Fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 4, wherein the hydrogen storage device is a pressure cylinder. 水素貯蔵装置が圧力ボンベであるとき、夜間電力を使って水素を圧力ボンベに蓄えることを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。 When the hydrogen storage device is a pressure cylinder, the fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 5, wherein using the night power is characterized by storing hydrogen pressure bomb. 電力キャパシターを備えたことを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。 Fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 6, wherein further comprising a power capacitor. 金曜日の営業終了後一定時間燃料改質器の運転を行い、土曜日と日曜日の間に必要水素量を水素貯蔵装置に貯蔵した後、燃料改質器を停止し、燃料改質器を停止した後は、水素貯蔵装置からの水素量を燃料電池スタックに供給して電力負荷Wの消費電力を賄い、週明けの月曜日の営業開始前一定期間から燃料改質器の運転を行なうことを特徴とする請求項10〜1記載の燃料電池発電方法。 After operating the fuel reformer for a certain period of time on Friday, after storing the required amount of hydrogen in the hydrogen storage device between Saturday and Sunday, after stopping the fuel reformer and stopping the fuel reformer Supplies the amount of hydrogen from the hydrogen storage device to the fuel cell stack to cover the power consumption of the power load W, and operates the fuel reformer from a certain period before the start of business on Monday of the beginning of the week. fuel cell power generation method according to claim 10 to 1 7, wherein.
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