JP4050919B2 - Fuel cell system and operation method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を用いて発電と排熱の回収を行う燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の燃料電池を用いた発電装置について、図5を参照しながら説明する。
この発電装置は、燃料電池1、天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、水素を主成分とするガスを生成して燃料電池1に供給する燃料処理装置2、および酸化剤の空気を燃料電池1に供給するための空気供給装置6を有する。燃料処理装置2は、改質ガスを生成する改質器3と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にするための一酸化炭素変成器4からなる。燃料電池1と燃料処理装置2の間には、燃料電池1に供給する燃料ガスを加湿する燃料加湿器5が備えられ、空気供給装置6と燃料電池1との間には、供給する空気を加湿する酸化側加湿器7が備えられている。燃料電池1には、発電により生じた熱を回収する冷却水を循環させる冷却配管8が接続され、冷却配管8には、冷却配管8内の冷却水を熱交換器10に通すポンプ9が設けられている。熱交換器10に排熱回収配管12が接続され、冷却水が回収した熱を貯湯タンク13内の水に移動させる。排熱回収配管12は、一端が貯湯タンク13の上部に、他端が貯湯タンク13の底部に接続され、循環ポンプ11により、貯湯タンク内の底面近くの水を熱交換器10を通して貯湯タンク13の上部に戻す。
【0003】
従来の燃料電池システムの動作について説明する。
燃料処理装置2は、天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、水素を主成分とするガスを生成する。そして、このガスは、燃料側加湿器5で加湿された後、燃料電池1に供給される。一方、空気供給装置6により、酸化剤ガスは酸化側加湿器7で加湿され、燃料電池1に供給される。燃料電池1は、上記のようにして供給される燃料と酸化剤とを反応させて発電する。
燃料電池1は、発電と同時に熱を発生する。この熱は、冷却配管8内の冷却水に回収され、ポンプ9により熱交換器10へ供給される。そして、この熱は熱交換器10より排熱回収配管12を経由し、貯湯タンク13へ回収される。排熱回収配管12内の水の流量は、燃料電池1の発電量に応じて増減する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の構成では、熱交換器10において、熱交換時の水蒸気や気泡の発生などにより排熱回収配管12内の圧力損失に変化が生じる。一方、発電量が低下する場合は、貯湯タンク13の水を高温で維持するために、循環ポンプ11の出力を低下させて、排熱回収配管12内の水の流量を低下させることが必要となる。この場合にも、水蒸気、気泡の発生および気泡の滞留などにより排熱回収配管12内の圧力損失が増加し、流量変動が起こりやすくなる。
【0005】
排熱回収配管12は、市水が循環するため、配管中のごみや錆等の詰まり等により配管内の圧力損失が増加する可能性がある。このような場合、循環ポンプ11の出力を増大させても、流量は増加せず、熱が充分に回収されないため、冷却配管8内の冷却水の温度が上昇し、燃料電池1の発電に支障をきたすという問題点がある。
また、循環ポンプ11の故障や排熱回収配管12の詰まり、漏れ、排熱回収不良等による異常を常時監視し、異常時には速やかに対処できることが望まれている。
【0006】
さらに、排熱回収配管12内のごみや錆等による詰まり等によって圧力損失が増加し、排熱回収配管12内の水の流量が低下するのを避けるため、循環ポンプ11の出力を一定値以上に保つように制御することが考えられる。しかし、このように制御すると、貯湯タンク13へ送られる水の温度が低下するため、貯湯タンク13内上層部の水の温度が低下する。よって、貯湯タンク13内の水が全量沸き上がらなければ、給湯利用できないなど利便性が損なわれるという問題点がある。
【0007】
本発明は、上記の従来の課題を解決するため、燃料電池で発生した熱を回収する冷却配管と熱交換する排熱回収配管の圧力損失による燃料電池の異常な温度上昇がなく、高温の水を安定して供給することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、燃料電池で発生した熱を回収するための冷却水を循環させる冷却配管と、外部給湯負荷に供給するための湯水を貯える貯湯タンクと、前記冷却水が回収した熱を前記貯湯タンク内の水に移動させる熱交換器と、一端が前記貯湯タンクの上部に、他端が貯湯タンクの底部にそれぞれ連結され、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器に循環させる排熱回収配管と、排熱回収配管に設けられ、貯湯タンク内の水を熱交換器を通して貯湯タンクに戻す循環ポンプと、前記燃料電池の温度または前記冷却水の温度を検出する電池温度検出器と、前記循環ポンプの出力を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第1の所定温度よりも低い第2の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、前記電池温度検出器により検出された温度が前記第2の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする。
【0009】
また、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、燃料電池で発生した熱を回収するための冷却水を循環させる冷却配管と、外部給湯負荷に供給するための湯水を貯える貯湯タンクと、前記冷却水が回収した熱を前記貯湯タンク内の水に移動させる熱交換器と、一端が前記貯湯タンクの上部に、他端が貯湯タンクの底部にそれぞれ連結され、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器に循環させる排熱回収配管と、排熱回収配管に設けられ、貯湯タンク内の水を熱交換器を通して貯湯タンクに戻す循環ポンプと、前記燃料電池の温度または前記冷却水の温度を検出する電池温度検出器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第1の所定温度よりも低い第2の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、前記電池温度検出器により検出された温度が前記第2の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【0011】
《実施例1》
図1は本発明の実施例1における燃料電池システムの構成図である。
図1において、図5で示した従来の燃料電池システムと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図5のものに準ずるものとして説明を省略する。
【0012】
14は、燃料電池1より生じた熱を回収する冷却水の温度を検出するサーミスタ等の電池温度検出器であり、冷却配管8の燃料電池1からの出口側に設置されている。15は、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満の時は、燃料電池1の発電量に応じて排熱回収配管12内の水の流量が所定流量になるように循環ポンプ11の出力を制御し、この温度が運転温度の上限値以上になると燃料電池1の発電量に関係なく循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する制御装置である。
【0013】
次に動作および作用について説明する。
燃料電池システムの運転時には、燃料処理装置2は天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、水素を主成分とするガスを生成して燃料電池1に供給する。また、空気供給装置6により、酸化剤ガスは酸化側加湿器7で加湿され、燃料電池1に供給される。一方、燃料電池1の発電により生じた熱は、冷却配管8内を流れる冷却水に回収される。冷却水はポンプ9により循環し、冷却水に回収された熱は、熱交換器10を介して排熱回収配管12内を循環する水に移動する。
【0014】
制御装置15は、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満であるときは、燃料電池1の発電量に応じて熱回収配管12内の水の流量が所定流量となるように循環ポンプ11の出力を制御する。
また、制御装置15は、冷却水の温度が運転温度の上限値以上になると、循環ポンプの出力を強制的に冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。
【0015】
例えば、高分子電解質型燃料電池を用いて、70〜85℃で通常運転している場合であれば、運転温度が上限値の90℃以上になった時、循環ポンプ11の出力を強制的に増加させ、冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる100℃付近にまで到達しない値に制御し、かつ迅速に通常運転温度に復帰させる。
【0016】
このような構成にすることにより、排熱回収配管12での気泡の発生やごみの詰まり等による圧力損失の増大を防ぐことができ、それにともなう燃料電池1の温度上昇を阻止できる。また、燃料電池1の温度上昇による緊急停止等の運転停止動作をしなくてすむため、長時間に渡り安定した発電を継続できる。
【0017】
なお、上記実施例では、電池温度検出器14は、燃料電池1より熱を回収した冷却水の温度を検出する構成としているが、燃料電池1自身の内部または表面温度等を検出する構成としてもよい。
【0018】
《参考例1》
参考例1は、図1における制御装置15の機能が実施例1と異なる。
すなわち、参考例1における制御装置15は以下のような機能を有する。
循環ポンプ11の出力の単位時間当たりの変化をΔWとし、電池温度検出器14が検出する冷却水温度の単位時間当たりの変化をΔTとする。この循環ポンプ11の出力変化ΔWと冷却水の温度変化ΔTの比ΔT/ΔWは、燃料電池1の通常運転時には、一定範囲内に収まる。しかし、排熱回収配管12内の気泡の発生やゴミの詰まり等により圧力損失が増大し、冷却水温度が上昇すると、ΔT/ΔW値は通常運転時の上限値を超える。このようにΔT/ΔWが、通常運転時の上限値以上である状態がΔT/ΔWが上限値を超えてから冷却水の温度が運転温度の上限値に達する程度の所定時間継続すると、循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。また、ΔT/ΔWが通常運転時の下限値以下である状態が、ΔT/ΔW値が下限値以下となってから冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度に達する程度の所定時間継続すると、循環ポンプ11の出力を強制的に運転温度の下限値を下回らない値に制御する。
【0019】
次に、動作および作用について説明する。
制御装置15は、燃料電池1の発電量に応じて排熱回収配管12内の水の流量が所定流量となるように循環ポンプ11の出力を制御するとともに、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度を監視する。循環ポンプ11の出力が発電量の増加に応じて連続的に増加するとともに、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が連続的に上昇する場合がある。この時、上記ΔT/ΔWが通常運転時の上限値以上である状態が、ΔT/ΔW値が上限値を超えてから冷却水の温度が運転温度の上限値に達する程度の所定時間継続すると、制御装置15は、循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。
【0020】
また、循環ポンプ11の出力が発電量の減少に応じて連続的に減少するとともに、排熱回収配管12内の水の温度が連続的に低下する場合がある。このとき、ΔT/ΔWが通常運転時の下限値以下である状態が、ΔT/ΔW値が下限値以下となってから冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度に低下する程度の所定時間継続すると、制御装置15は、循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水の温度が運転温度の下限値を下回らない値に制御する。
【0021】
このような構成にすることにより、実施例1と同様の効果が得られるだけでなく、燃料電池1の温度が連続的に低下した時に、循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水の温度が運転温度の下限値を下回らない値に制御しても燃料電池1の温度に変化がなければ、循環ポンプ11や電池温度検出器14の故障等のような発電装置における排熱回収系の故障として検出でき、異常発生時には迅速に対処できる。
【0022】
《参考例2》
図2は本参考例における燃料電池システムの構成図である。
図2において、図1で示した燃料電池システムと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の説明は省略する。
【0023】
17は、熱交換器10で排熱を回収した排熱回収配管12内の水の温度を検出するサーミスタ等の排熱回収温度検出器であり、排熱回収配管12の熱交換器10からの出口側に設置されている。
18は、実施例1の制御装置15と同様に、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満の時は、燃料電池1の発電量に応じて排熱回収配管12内の水の流量が所定流量になるように循環ポンプ11の出力を制御し、この温度が運転温度の上限値以上になると燃料電池1の発電量に関係なく循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する機能を有する制御装置である。
【0024】
また、制御装置18は、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度がほぼ一定となるように循環ポンプ11の出力を制御する機能を有する。すなわち、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ11の出力を上げて、排熱回収配管12内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下となると、その温度を上げるために循環ポンプ11の出力を下げて、排熱回収配管12内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管12内の水の温度をほぼ一定に維持する。
【0025】
次に動作および作用について説明する。
制御装置18は、実施例1と同様に、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満の時は、燃料電池1の発電量に応じて排熱回収配管12内の水の流量が所定流量になるように循環ポンプ11の出力を制御し、この温度が運転温度の上限値以上になると燃料電池1の発電量に関係なく循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。
【0026】
また、制御装置18は、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ11の出力を上げて、排熱回収配管12内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ11の出力を下げて、排熱回収配管12内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管12内の水の温度をほぼ一定に制御する。
【0027】
特に、発電量が少ない時には、排熱回収配管12内の水の流量が低下するため、循環ポンプ11の出力を低下させて排熱回収配管12内の水の温度を所定温度に維持する。このとき、排熱回収配管12での気泡の発生やごみの詰まり等により圧力損失が増加する。しかし、制御装置18は、気泡の発生やゴミの詰まり等による排熱回収配管12内の圧力損失の増大により、電池温度が運転温度の上限値以上に上昇した場合に、循環ポンプ11の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池1または冷却配管8に配したポンプ9や電池温度検出器14等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する機能を有している。また、燃料電池の温度上昇による緊急停止等の運転停止動作をしなくてすむため、長時間に渡り安定した発電を継続できる。
【0028】
なお、本参考例の制御装置は実施例1の制御装置の機能を含んでいるが、その代わりに参考例1の制御装置の機能を具備してもよい。
【0029】
《参考例3》
図3は本参考例における燃料電池システムの構成図である。
図3において、図2で示した参考例2の燃料電池システムと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の説明は、省略する。
【0030】
19は、循環ポンプ11の出口側から熱交換器10の入口側への排熱回収配管12から分岐し、電磁弁等の弁20を介して貯湯タンク13に接続されたバイパス配管である。
21は、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度がほぼ一定となるように循環ポンプ11の出力を制御する機能を有する制御装置である。すなわち、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ11の出力を上げて、排熱回収配管12内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ11の出力を下げて、排熱回収配管12内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管12内の水の温度をほぼ一定に維持する。
【0031】
さらに、制御装置21は、燃料電池の発電量が低下し、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下となると、弁20を開いて、バイパス配管19を開放する機能を有する。
【0032】
次に動作および作用について説明する。
制御装置21は、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、温度を下げるために循環ポンプ11の出力を上げて、排熱回収配管12内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ11の出力を下げて、排熱回収配管12内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管12内の水の温度をほぼ一定に制御する。
また、発電量が低下し、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下になると弁20を開いて、バイパス配管19を開放する。
【0033】
弁20が開いてバイパス配管19が開放されると、循環ポンプ11により供給された水の一部がバイパス配管19を経由して貯湯タンク13内に戻るため、熱交換器10へ供給される水が減少する。従って、発電量が低下した場合でも熱交換器10により熱を回収した排熱回収配管12内の水の温度を高温に維持できる。
【0034】
よって、貯湯タンク13に高温の水が安定して供給され、貯湯タンク13内の水が全量沸き上がるまで待たずに、必要量沸き上がった段階で給湯利用できる。
また、本参考例の制御装置の機能と実施例1または参考例1の制御装置の機能とを組み合わせた制御装置を用いてもよい。
なお、上記参考例では、制御装置は、発電量を監視する方法として、電池温度検出器が検出する冷却水の温度を監視する構成としたが、燃料電池の発電量を直接監視する構成としてもよい。
【0035】
《参考例4》
図4は本参考例における燃料電池システムの構成図である。
図4において、図3で示した参考例3の燃料電池システムと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の説明は、省略する。
【0036】
22は、循環ポンプ11の出口側から熱交換器10の入口側への排熱回収配管12より分岐し、貯湯タンク13に接続するバイパス配管19に設けられた弁であり、バイパス配管19を経由する水の流量を調整することができる。
23は、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度がほぼ一定となるように循環ポンプ11の出力を制御する機能を有する制御装置である。すなわち、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の上限値に関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ11の出力を上げて、排熱回収配管12内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ11の出力を下げて、排熱回収配管12内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管12内の水の温度をほぼ一定に維持する。
【0037】
また、制御装置23は、燃料電池1の発電量が低下して、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下になると、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が低くなるにつれて、バイパス配管19の水の流量が増加するように弁22を制御する。
【0038】
次に動作および作用について説明する。
制御装置23は、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、温度を下げるために循環ポンプ11の出力を上げて、排熱回収配管12内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器17が検出する排熱回収配管12内の水の温度が燃料電池1の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ11の出力を下げて、排熱回収配管12内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管12内の水の温度をほぼ一定に制御する。
【0039】
また、制御装置23は、燃料電池1の発電量が低下して、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下になると、電池温度検出器14が検出する冷却水の温度が低くなるにつれて、バイパス配管19の水の流量が増加するように弁22を制御する。
このとき、循環ポンプ11により供給された水の一部は、バイパス配管19を経由して貯湯タンク13内に戻るため、熱交換器10へ供給される水の流量が減少する。従って、発電量が低下した場合でも熱交換器10により熱を回収した水の排熱回収配管12内の水の温度を高温に維持できる。
【0040】
よって、貯湯タンク13に高温の水が安定して供給され、貯湯タンク13内の水が全量沸き上がるまで待たずに、必要量沸き上がった段階で給湯利用できる。
なお、図1〜4中のポンプ9は、制御装置15、18、21、または23により発電時に作動するように制御され、作動中は一定に出力される。
【0041】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、燃料電池で発生した熱を回収する冷却配管と熱交換する排熱回収配管の圧力損失による燃料電池の異常な温度上昇がなく、高温の水を安定して供給することができる燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1および参考例1における燃料電池システムのブロック構成図。
【図2】 参考例2における燃料電池システムのブロック構成図。
【図3】 参考例3における燃料電池システムのブロック構成図。
【図4】 参考例4における燃料電池システムのブロック構成図。
【図5】 従来の燃料電池システムのブロック構成図。
【符号の説明】
1 燃料電池
2 燃料処理装置
3 改質器
4 一酸化炭素変成器
5 燃料加湿器
6 空気供給装置
7 酸化側加湿器
8 冷却配管
9 ポンプ
10 熱交換器
11 循環ポンプ
12 排熱回収配管
13 貯湯タンク
14 電池温度検出器
15、18、21、23 制御装置
17 排熱回収温度検出器
19 バイパス配管
20、22 弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system that generates power and recovers exhaust heat using a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
A power generation apparatus using a conventional fuel cell will be described with reference to FIG.
This power generator includes a
[0003]
The operation of the conventional fuel cell system will be described.
The
The
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional configuration as described above, in the
[0005]
Since the city water circulates in the exhaust
Also, it is desired that abnormalities such as a failure of the
[0006]
Further, in order to avoid an increase in pressure loss due to clogging due to dirt or rust in the exhaust
[0007]
In order to solve the above-described conventional problems, the present invention does not cause an abnormal temperature rise of the fuel cell due to pressure loss of the cooling pipe for recovering heat generated in the fuel cell and the exhaust heat recovery pipe for heat exchange, and the high temperature water. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can stably supply the fuel.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Fuel cell system includes: a fuel cell for generating electric power and heat using fuel gas and oxidant gas, and cooling pipes for circulating cooling water for recovering heat generated by the fuel cell, an external water heater A hot water storage tank for storing hot water to be supplied to the load, a heat exchanger for transferring the heat recovered by the cooling water to the water in the hot water storage tank, one end at the top of the hot water storage tank, and the other at the hot water storage tank An exhaust heat recovery pipe connected to the bottom part for circulating the water in the hot water storage tank to the heat exchanger, and a circulation pump provided in the exhaust heat recovery pipe for returning the water in the hot water storage tank to the hot water storage tank through the heat exchanger If, with the battery temperature detector for detecting the temperature of the temperature or before Kihiya却水of the fuel cell, and a controller for controlling the output of the circulation pump, wherein the control device is detected by the battery temperature detector Is When the temperature is lower than a second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature at which the operation stop operation is performed due to the temperature increase of the fuel cell, the output of the circulation pump is controlled according to the power generation amount of the fuel cell. When the temperature detected by the battery temperature detector becomes equal to or higher than the second predetermined temperature, the output of the circulation pump is forcibly controlled to be equal to or higher than a predetermined value.
[0009]
The present invention also provides a fuel cell that generates electric power and heat using fuel gas and oxidant gas, a cooling pipe that circulates cooling water for recovering the heat generated in the fuel cell, and an external hot water supply load. A hot water storage tank for storing hot water, a heat exchanger for transferring the heat recovered by the cooling water to the water in the hot water storage tank, one end at the top of the hot water storage tank, and the other end at the bottom of the hot water storage tank, respectively An exhaust heat recovery pipe connected to circulate the water in the hot water storage tank to the heat exchanger; and a circulation pump provided in the exhaust heat recovery pipe for returning the water in the hot water storage tank to the hot water storage tank through the heat exchanger; A fuel cell system operating method comprising: a battery temperature detector that detects a temperature of the fuel cell or a temperature of the cooling water, wherein the temperature detected by the cell temperature detector is an increase in the temperature of the fuel cell. Therefore, when the temperature is lower than the second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature at which the operation is stopped, the output of the circulation pump is controlled according to the power generation amount of the fuel cell, and is detected by the battery temperature detector. The output of the circulating pump is forcibly controlled to a predetermined value or higher when the temperature reaches the second predetermined temperature or higher.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
Example 1
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to
1, those having the same functions as those of the conventional fuel cell system shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and the details of those functions are the same as those in FIG. .
[0012]
[0013]
Next, the operation and action will be described.
During operation of the fuel cell system, the
[0014]
When the temperature of the cooling water detected by the
In addition, when the temperature of the cooling water becomes equal to or higher than the upper limit value of the operating temperature, the
[0015]
For example, if a normal operation is performed at 70 to 85 ° C. using a polymer electrolyte fuel cell, the output of the
[0016]
By adopting such a configuration, it is possible to prevent an increase in pressure loss due to generation of bubbles in the exhaust
[0017]
In the above embodiment, the
[0018]
<< Reference Example 1 >>
The reference example 1 is different from the first embodiment in the function of the
That is, the
A change per unit time in the output of the
[0019]
Next, the operation and action will be described.
The
[0020]
Moreover, while the output of the
[0021]
By adopting such a configuration, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also when the temperature of the
[0022]
<< Reference Example 2 >>
FIG. 2 is a configuration diagram of the fuel cell system in this reference example.
2, components having the same functions as those of the fuel cell system shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions of these functions are omitted.
[0023]
18, as in the
[0024]
Further, the
[0025]
Next, the operation and action will be described.
As in the first embodiment, the
[0026]
When the temperature of the water in the exhaust
[0027]
In particular, when the amount of power generation is small, the flow rate of water in the exhaust
[0028]
In addition, although the control apparatus of this reference example includes the function of the control apparatus of Example 1, you may comprise the function of the control apparatus of Reference example 1 instead.
[0029]
<< Reference Example 3 >>
FIG. 3 is a configuration diagram of the fuel cell system in the present reference example.
3, components having the same functions as those of the fuel cell system of Reference Example 2 shown in FIG. 2 are given the same reference numerals, and descriptions of those functions are omitted.
[0030]
A
A
[0031]
Further, when the power generation amount of the fuel cell decreases and the temperature of the cooling water detected by the
[0032]
Next, the operation and action will be described.
The
Further, when the amount of power generation decreases and the temperature of the cooling water detected by the
[0033]
When the
[0034]
Therefore, hot water can be stably supplied to the hot
Further, a control device that combines the function of the control device of the present reference example and the function of the control device of the first embodiment or the reference example 1 may be used.
In the above reference example, the control device is configured to monitor the temperature of the cooling water detected by the battery temperature detector as a method of monitoring the power generation amount, but may be configured to directly monitor the power generation amount of the fuel cell. Good.
[0035]
<< Reference Example 4 >>
FIG. 4 is a configuration diagram of the fuel cell system in this reference example.
4, components having the same functions as those of the fuel cell system of Reference Example 3 shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions of those functions are omitted.
[0036]
A
23 is a control device having a function of controlling the output of the
[0037]
Further, when the power generation amount of the
[0038]
Next, the operation and action will be described.
The
[0039]
Further, when the power generation amount of the
At this time, part of the water supplied by the
[0040]
Therefore, hot water can be stably supplied to the hot
In addition, the
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is no abnormal temperature rise of the fuel cell due to pressure loss of the cooling pipe for recovering the heat generated in the fuel cell and the exhaust heat recovery pipe for heat exchange, and the high-temperature water is stabilized. The fuel cell system can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block configuration diagram of a fuel cell system in Example 1 and Reference Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a fuel cell system in Reference Example 2 .
3 is a block diagram of a fuel cell system in Reference Example 3. FIG.
4 is a block diagram of a fuel cell system in Reference Example 4. FIG.
FIG. 5 is a block diagram of a conventional fuel cell system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記制御装置は、
前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第1の所定温度よりも低い第2の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、
前記電池温度検出器により検出された温度が前記第2の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell that generates electric power and heat using fuel gas and an oxidant gas, a cooling pipe that circulates cooling water for recovering the heat generated in the fuel cell, and hot water for supply to an external hot water supply load are stored. A hot water storage tank, a heat exchanger for transferring heat recovered by the cooling water to the water in the hot water storage tank, one end connected to the upper part of the hot water storage tank, and the other end to the bottom part of the hot water storage tank, An exhaust heat recovery pipe that circulates the water in the heat exchanger to the heat exchanger; a circulation pump that is provided in the exhaust heat recovery pipe and returns the water in the hot water storage tank to the hot water storage tank through the heat exchanger; includes a battery temperature detector for detecting the temperature of Kihiya却水, and a controller for controlling the output of the circulation pump,
The controller is
When the temperature detected by the battery temperature detector is lower than a second predetermined temperature that is lower than a first predetermined temperature at which the operation stop operation is performed due to the temperature increase of the fuel cell, depending on the power generation amount of the fuel cell To control the output of the circulation pump,
When the temperature detected by the battery temperature detector becomes equal to or higher than the second predetermined temperature, the output of the circulation pump is forcibly controlled to be equal to or higher than a predetermined value.
前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第1の所定温度よりも低い第2の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、When the temperature detected by the battery temperature detector is lower than a second predetermined temperature that is lower than a first predetermined temperature at which the operation stop operation is performed due to the temperature increase of the fuel cell, depending on the power generation amount of the fuel cell To control the output of the circulation pump,
前記電池温度検出器により検出された温度が前記第2の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。An operating method of a fuel cell system, wherein when the temperature detected by the battery temperature detector becomes equal to or higher than the second predetermined temperature, the output of the circulation pump is forcibly controlled to be equal to or higher than a predetermined value.
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