JP4810786B2 - Fuel cell cogeneration system - Google Patents

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JP4810786B2 JP2003199252A JP2003199252A JP4810786B2 JP 4810786 B2 JP4810786 B2 JP 4810786B2 JP 2003199252 A JP2003199252 A JP 2003199252A JP 2003199252 A JP2003199252 A JP 2003199252A JP 4810786 B2 JP4810786 B2 JP 4810786B2
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気と熱とを発生させる燃料電池からの排熱により加熱された湯を貯湯タンクに蓄えるとともに、燃料電池の発電電力量を制御する制御手段とを備えて構成した家庭用燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池の発電電力に応じて発生する熱を貯湯タンクに一旦蓄え、給湯需要に応じて供給するようにしている。給湯需要が多くて、貯湯タンク内の畜熱量が不足した場合、別途設置したボイラーなどの補助加熱装置によって温水を補充していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムでは、補助加熱装置がない場合、貯湯タンク内の昇温された湯を使用者が消費してしまうと湯切れを起こし、使用勝手が悪いという欠点があった。
【0004】
また、従来一般に、使用電力に応じて発電電力量を制御する、いわゆる電主熱従運転が主体であり、給湯を主体に考える熱主電従運転ではないため、給湯需要に対しての快適性を優先するものではなかった。
【0005】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯需要に対する快適性を第一に制御し電力需要は二次的に考慮することで、湯切れを防止し、かつシステムの省エネルギー性を向上させる燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、
電力負荷を検出する電力負荷検出手段と、
水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電する電池スタックを有する燃料電池と、
前記燃料電池の排熱により加熱された温水を貯える循環積層沸き上げ方式の貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部に接続するとともに水を補給するための給水路と、
前記貯湯タンクの下部と上部とに接続し前記貯湯タンク内の水を循環させるための貯湯経路と、
前記貯湯経路内の水に前記燃料電池の排熱を伝える熱交換器と、
前記貯湯タンクの上部に接続する給湯路と、
前記貯湯タンク内の上部に設けられている貯湯タンク上部温度検出器と、
前記貯湯タンク内の下部に設けられている貯湯タンク下部温度検出器と、
前記給湯路の途中に設けられている水量検知器と、
前記貯湯タンク上部温度検出器と前記水量検知器とから熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、
検出された前記電力負荷及び前記熱負荷の情報に基づいて複数日に渡る一定期間における時刻帯別電力負荷及び時刻帯別熱負荷を記憶する記憶部と、
前記一定期間における計測結果を平均化し、1日の時刻帯別電力負荷及び時刻帯別熱負荷モデルパターンを決定し記憶部に記憶する電力負荷予測手段と熱負荷予測手段と、
運転開始当初は、前記電力負荷に対応して前記燃料電池の稼働率を制御して、前記燃料電池の運転を1回/日行う(以後、オンオフ1回制御、と呼ぶ)とともに、前記一定期間が経過した後は、予測された前記時刻帯別熱負荷モデルパターンによる1日の熱負荷量が、1日連続して定格能力の上限付近の稼働率で前記燃料電池を運転した場合の前記燃料電池の発電量より算出される排熱回収による熱量を上回る場合は、オンオフ1回制御を中止して1日連続して定格能力の上限付近の一定の稼働率で燃料電池を運転し、下回る場合はオンオフ1回制御を行い1日に必要な熱負荷量より算出される一定の稼働率で前記燃料電池を運転し、運転開始時刻は前記時間帯別熱負荷モデルパターンの熱負荷使用時刻より燃料電池の起動所要時間分早い時刻に決定し、運転停止時刻は前記時間帯別熱負荷モデルパターンの最終熱負荷使用時刻より前記燃料電池の停止所要時間分早い時刻に決定するようにした制御手段と、
を有している燃料電池コージェネレーションシステムである。
【0007】
上記発明によれば、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし(発電能力大)、電力需要に関わらず運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1記載の発明は、
電力負荷を検出する電力負荷検出手段と、
水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電する電池スタックを有する燃料電池と、
前記燃料電池の排熱により加熱された温水を貯える循環積層沸き上げ方式の貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部に接続するとともに水を補給するための給水路と、
前記貯湯タンクの下部と上部とに接続し前記貯湯タンク内の水を循環させるための貯湯経路と、
前記貯湯経路内の水に前記燃料電池の排熱を伝える熱交換器と、
前記貯湯タンクの上部に接続する給湯路と、
前記貯湯タンク内の上部に設けられている貯湯タンク上部温度検出器と、
前記貯湯タンク内の下部に設けられている貯湯タンク下部温度検出器と、
前記給湯路の途中に設けられている水量検知器と、
前記貯湯タンク上部温度検出器と前記水量検知器とから熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、
検出された前記電力負荷及び前記熱負荷の情報に基づいて複数日に渡る一定期間における時刻帯別電力負荷及び時刻帯別熱負荷を記憶する記憶部と、
前記一定期間における計測結果を平均化し、1日の時刻帯別電力負荷及び時刻帯別熱負荷モデルパターンを決定し記憶部に記憶する電力負荷予測手段と熱負荷予測手段と、
運転開始当初は、前記電力負荷に対応して前記燃料電池の稼働率を制御して、前記燃料電池の運転を1回/日行う(以後、オンオフ1回制御、と呼ぶ)とともに、前記一定期間が経過した後は、予測された前記時刻帯別熱負荷モデルパターンによる1日の熱負荷量が、1日連続して定格能力の上限付近の稼働率で前記燃料電池を運転した場合の前記燃料電池の発電量より算出される排熱回収による熱量を上回る場合は、オンオフ1回制御を中止して1日連続して定格能力の上限付近の一定の稼働率で燃料電池を運転し、下回る場合はオンオフ1回制御を行い1日に必要な熱負荷量より算出される一定の稼働率で前記燃料電池を運転し、運転開始時刻は前記時間帯別熱負荷モデルパターンの熱負荷使用時刻より燃料電池の起動所要時間分早い時刻に決定し、運転停止時刻は前記時間帯別熱負荷モデルパターンの最終熱負荷使用時刻より前記燃料電池の停止所要時間分早い時刻に決定するようにした制御手段と、
を有している燃料電池コージェネレーションシステムである。
【0009】
よって、1日の温水消費量(熱負荷量)が、1日連続して1日連続して定格能力の上限手前の稼働率で燃料電池を運転した場合の燃料電池の発電量より算出される排熱回収による温水貯湯量(熱量)を上回る場合は、温水が慢性的に不足し燃料電池の運転時間が長くなると予測されるので温水消費量(熱負荷量)と温水貯湯量(熱量)が等しくなるような燃料電池の定格能力の上限付近の一定の稼働率を設定し1日連続して燃料電池を運転する。これによって、湯切れが少なく給湯を快適に使用できる。
【0010】
また、通常はオンオフ1回制御を行うが冬季のような給湯負荷が大きくなる条件においてはオンオフ1回制御を中止して1日中連続運転を行うことによって燃料電池の起動回数を減らすことが出来、燃料電池の起動エネルギーロスを防止し、燃料電池の劣化に影響を及ぼす間欠運転をより少なくできることで燃料電池の耐久性を向上させることが出来る。また、1日の温水消費量(熱負荷量)が、1日連続して1日連続して定格能力の上限手前の稼働率で燃料電池を運転した場合の燃料電池の発電量より算出される排熱回収による温水貯湯量(熱量)を下回る場合はオンオフ1回制御を行い1日に必要な熱負荷量より算出される一定の稼働率で燃料電池を運転し、運転開始時刻は前記時間帯別熱負荷モデルパターンの熱負荷使用時刻より燃料電池の起動所要時間分早い時刻に決定し、運転停止時刻は最終熱負荷使用時刻より燃料電池の停止所要時間分早い時刻に決定するので、家庭における給湯使用開始時刻から給湯使用終了時刻まて湯切れを起こすことなく給湯を快適に使用できる。
【0011】
加えて、時刻帯別の給湯消費量(熱負荷量)で都度、燃料電池を運転するのではなく、1日当たりのトータルの給湯消費量(熱負荷量)を基に算出される一定の稼働率で1日の運転方法を決めるので、オンオフ1回制御の設定が簡素化され、制御が簡単にできる。
【0012】
本発明の請求項2記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、熱負荷への対応を最優先して制御した場合に余剰電力を電熱変換手段で熱に変換するので、燃料電池を熱負荷に優先して稼働させた場合に生ずるかもしれない余剰電力を熱に変換して温水供給に利用出来、熱負荷への対応を最優先できるとともに、燃料の無駄を省き、省エネルギー化を図れる。
【0013】
本発明の請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、数日の間、燃料電池が定格能力の上限の稼働率で運転しても燃料電池の発電量より算出される排熱回収による1日の熱量が時間帯別熱負荷モデルパターンより予測された1日の熱負荷量に満たない場合には、運転を停止又はリモコンで警告を発するようにしたものである。そして、数日の間、燃料電池が最大熱負荷出力(発電能力最大)で稼働してもその温水貯湯量(熱量)が予測された温水消費量(熱負荷量)に満たない場合とは、設置された燃料電池コージェネレーションシステムの能力が使用者の家庭における使用条件(温水消費量(熱負荷量))を満たしていない場合と、給湯栓が閉め忘れ等で湯が垂れ流し状態等になっている場合とが考えられるため、燃料電池の運転を停止又はリモコンで警告を発する。これにより、設置した燃料電池コージェネレーションシステムが能力不足であるとの情報や給湯の閉め忘れ等の異常を使用者に知らしめ、また運転を停止することができる。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0015】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図、図2は使用家庭における電力負荷・温水消費量パターンとそれに対応した燃料電池運転の稼働率・排熱回収量パターンを示す。
【0016】
図1において、1は、燃料電池で水素生成器2と電池スタック3よりなる。水素生成器2は都市ガスなどの燃料を水素に改質し電池スタック3に供給し、電池スタック3は水素と送風器等で供給される大気中の酸素で電気化学的に反応させ発電する。発電された電気はDC50V程度なのでインバータ4で昇圧交流化され、AC200Vとなり電力負荷検出手段5を経由して家庭内の電気器具等の電負荷に供給される。6は、排熱回収経路で、燃料電池1と熱交換器7との間は冷却水循環ポンプ8を有する冷却水経路9で接続され、熱交換器7と貯湯タンク10との間は貯湯循環ポンプ11を有する貯湯経路12で接続されている。貯湯タンク10の下部には給水路13が、貯湯タンク10の上部には給湯路14が接続され、給湯路14の途中には水量検知器15が、終端には給湯栓16(給湯負荷)が設けられている。貯湯タンク10の上部には貯湯タンク上部温度検知器17を、下部には貯湯タンク下部温度検知器18を設けてある。熱負荷検出手段19は給湯栓16で使用される熱負荷を検出するものであり、そのデータは温水消費量予測手段20に取り込まれ、電力負荷検出手段5は使用者の家庭における電力負荷を検出するものであり、電力負荷予測手段21に取り込まれ制御手段22に入力される。23はヒータである。24はリモコンである。
【0017】
次に一般的な動作、作用について説明する。燃料電池1で発電した電気は電力負荷検出手段5で検知された電力負荷に応じて発電量を制御し家庭内の電気機器に供給される。この時発生する熱は、冷却水循環ポンプ8による冷却水経路9内の水の循環で熱交換器7に伝えられ、さらに貯湯循環ポンプ11による貯湯経路12内の水の循環で貯湯タンク10へ伝えられる。貯湯タンク10内は常に水で満水になっており、貯湯タンク10下部から熱交換器7へ引き込まれた水が加熱され貯湯タンク10上部に戻されると、貯湯タンク10上部から順に熱い温水が層状に貯えられるいわゆる積層沸き上げが形成されるものである。この貯湯タンク10内に貯えられた温水が給湯栓16で使用されると、給水路13から貯湯タンク10内に水が補給され温水層は上へ押し上げられるが、常に貯湯タンク10上部には熱い温水があるため、貯湯タンク10全体が沸き上がっていなくても高い給湯温度を確保することができるものである。
【0018】
なお、熱負荷検出手段19は、貯湯タンク上部温度検知器17と水量検知器15により消費される温水の温度と瞬時流量が計測でき熱負荷を検出することが出来るので、新たに給湯回路に熱負荷を検出する手段を設ける必要もない。
【0019】
次に制御方法について説明する。図2(a)、(b)は使用者の家庭における電力負荷と熱負荷(温水消費量)を時刻帯別に検出して、例えば1週間連続で検出し電力負荷予測手段21と温水消費量予測手段20の記憶部に記憶し、平均化することで、1日の時刻帯別電力負荷モデルパターンと時刻帯別温水消費量モデルパターンを予測したものである。この各モデルパターンも記憶部に記憶している。なお、停電時においても記憶部を不揮発性メモリで構成することで停電等によるデータの消失がないので停電復帰後においても最初から各モデルパターンを予測する愚もなく運転を再開できる。そしてこの各モデルパターンに対応して燃料電池を運転し、時刻帯別の稼働率を表したのが図2(c)で、運転による排熱回収した温水量を表したのが図2(d)である。実際の燃料電池の稼働率制御は電力負荷を優先して稼働率を制御し、夕方等の最大温水消費量の時刻帯には温水消費量を加味した稼働率に制御する。燃料電池の運転は1回/日を基本とし、図2(c)では5:00に起動し23:00に停止するもので、電気・温水を使用する6:00より燃料電池の起動時間(1時間)を加算して1時間早く起動を開始、停止は電気・温水を使用し終わる23:30より燃料電池の停止時間(0.5時間)を減算して23:00としたものである。1回/日運転は、燃料電池の特性として連続運転よりもオンオフ運転の方が耐久性が悪くなるため、なるべく定格で連続運転するのが理想であり、使用者の生活パターンの最も基本的なサイクルとして1日という期間を選択したものである。また、起動時には水素生成器や電池スタック等の予熱が必要でエネルギーのロスを生じるとともに稼働開始から発電動作を行うまで1時間程度要し、停止時には水素生成器や電池スタックや配管内の水素を完全に消費するまで発電が持続するので電気を使用し終わる時刻の0.5時間程度前に稼働を停止する。
【0020】
このように、燃料電池を稼働した場合に、24:00の時点で次の日の1日の予測された温水消費量A(斜線部)が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量B(斜線部)より多いと判断した場合は電力負荷を優先した制御を中止し、熱負荷への対応を最優先して制御する。
【0021】
図3に、熱負荷への対応を最優先した運転モードの一例を示す。図3(a)は時刻帯別稼働率を示し、図3(b)に排熱回収による温水貯湯量C(斜線部)を示す。ここで、A<Cを満たす。この例は、燃料電池の稼働率を一定にした場合のもので、1日の熱負荷をトータルに考え、熱負荷に対応した時刻帯別に稼働率を設定するのではなく1日のトータルの熱負荷を起動時刻から停止時刻まで同じ稼働率で動かすようにしたものである。一定の稼働率で運転するため、燃料電池の耐久性を向上させることもできる。なお、時刻帯によっては余剰電力が生ずるが蓄電池を備え充電しておいたり、電力会社に電力を売電したり、貯湯タンク10内に配置したヒータ23によって熱に変換して貯湯タンク10内の水に供給しても良い。また、当然ながら、電力が不足した場合は商用電源より充足するものである。
【0022】
このように、給湯需要に対する快適性を第一に制御し電力需要は二次的に考慮することで、湯切れを防止しでき、1日の使用者の家庭の温水消費量を準備することが出来なくなり給湯使用中に湯切れを起こしシャワーの途中に水を浴びてしまうなどという非常に使用勝手の悪い給湯システムになることを防止できる。特に冬季のような給湯負荷が最大となる条件において効果を発揮できる制御方法である。また、貯湯タンク内の畜熱量が不足した場合に別途設けなければならないボイラー等の補助加熱装置を設置する必要がなく、使用者の設備コストを削減できる。また、燃料電池の発生する電力を無駄なく使用することでシステムの省エネルギー性を向上させ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【0023】
(実施例2)
図4、5に、熱負荷への対応を最優先した運転モードの他の実施例の運転条件と実際の運転モードを示す。図4は運転条件を表し、図4(a)は1日連続して稼働率80%で運転した場合を示し、図4(b)に稼働率80%運転における排熱回収による温水貯湯量D(斜線部)を示す。図5は実際の運転モードを示す。図5(a)は時刻帯別稼働率を示し、図5(b)に排熱回収による温水貯湯量E(斜線部)を示す。
【0024】
本実施例2において、実施例1と異なる点は制御方法で、構成は同一であり説明は省略する。図2(b)に示す温水消費量Aが燃料電池を1日連続して稼働率80%で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Dを上回る場合、或いは余剰電力をヒータ23で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Dを上回る場合は、燃料電池による温水作成能力が上限(80〜100%)に近いと考えられるので、オンオフ1回制御を中止して1日連続運転とし、温水消費量Aに対応する稼働率を設定するものである。オンオフ1回制御でも対応できるが、停止時間が短く、オンオフ運転の欠点である水素生成器や電池スタックの予熱エネルギーロス、水素生成器や電池スタックの劣化を防止できるので連続運転するものである。また、余剰電力は給湯に利用されるので、エネルギーの無駄もない。
【0025】
具体例で説明する。標準的な家族構成(大人2人・子供2人)の1日の温水消費量(熱負荷)は冬季の場合、入水温度が5℃で沸き上げ温度70℃で貯湯タンク350lが必要である。熱負荷は(70−5)×350=22750kcal(=26.5kw)である。一方、家庭用燃料電池の定格は発電能力1kw/h、排熱回収熱量は1.2kw/hが標準である。この条件に本実施例の制御方法を当てはめてみると1日当たりの燃料電池からの排熱回収量の80%は1.2×24×0.8=23kwであり、1日の熱負荷26.5kwより小さい。よってこの条件では、オンオフ1回制御を停止し、1日連続運転を行う。稼働率を26.5÷24÷1.2=0.92(92%)とすることにより1日連続運転する(A=E)。
【0026】
なお、オンオフ1回制御する場合は稼働率100%で熱負荷26.5kwを用意できるようにするには26.5÷1.2=22hとなり、例えば、2:00に起動し24:00に停止することになる。
【0027】
なお、本実施例では運転条件として稼働率を80%としたが、季節、その他の条件によって最適な値に設定するものである。
【0028】
よって本実施例の制御を行えば、燃料電池の運転において稼働率の高い80〜100%で1日連続運転を行うことが出来、オンオフ1回制御に比べて水素生成器や電池スタックの予熱ロスが生じることがなく省エネルギーにできるとともに、水素生成器や電池スタックのオンオフによる劣化を防止でき耐久性を高めることができる。加えて、時刻帯別の給湯消費量で都度、燃料電池を運転するのではなく、1日当たりのトータルの給湯消費量を基に1日の運転方法を決めるので、オンオフ1回制御の設定が簡素化され、制御が簡単にできる。そして、冬季のような給湯負荷が最大となる条件おいても湯切れを起こすことなく、給湯を快適に使用することができ、給湯機等の補助熱源を設置する必要もなく経済的である。
【0029】
なお、時刻帯によっては余剰電力が生ずるが蓄電池を備え充電しておいたり、電力会社に電力を売電したり、貯湯タンク10内に配置したヒータ23によって熱に変換して貯湯タンク10内の水に供給しても良い。余剰電力を貯湯タンク内の水に供給する場合はこの熱量を考慮して稼働率を引き下げるようにしても良い。また、当然ながら、電力が不足した場合は商用電源より充足するものである。
【0030】
また、図2(b)に示す温水消費量Aが燃料電池を1日連続して稼働率80%で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Dを下回る場合、或いは余剰電力をヒータ23で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Dを下回る場合は、実施例1と同様の制御を行う。
【0031】
(実施例3)
本実施例3において、実施例2と異なる点は制御方法で、構成は同一であり説明は省略する。実施例2において、図2(b)に示す温水消費量Aが燃料電池を1日連続して稼働率80%で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Dを上回る場合、或いは余剰電力をヒータ23で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Dを上回る場合は、燃料電池による温水作成能力が上限(80〜100%)に近いと考えられるので、オンオフ1回制御を中止して1日連続運転とし、温水消費量Aに対応する稼働率を設定するものであるが、その稼働率が100%で1日稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合が3日続くと燃料電池の運転を停止又はリモコン24で警告を発する。これは、設置された燃料電池コージェネレーションシステムの能力が使用者の家庭における使用条件(温水消費量)を満たしていない場合と、給湯栓が閉め忘れ等で湯が垂れ流し状態等になっている場合とが考えられるための対応であり、設置した燃料電池コージェネレーションシステムが能力不足であるとの情報を使用者に知らしめ、定格出力の大きいものに交換したり、給湯機等の補助熱源を設置して使用者の給湯の使い勝手を良くできる。また、給湯栓の閉め忘れ等の異常を使用者に知らしめ、また運転を停止することで、無駄なエネルギーを消費することを防止できる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、予測された温水消費量(熱負荷量)が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量(熱量)より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御するため、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし(発電能力大)、運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図
【図2】 (a)同システムの使用家庭における電力負荷パターンを示す図
(b)同システムの使用家庭における温水消費量(熱負荷量)パターンを示す図
(c)同システムの燃料電池稼働率パターンを示す図
(d)同システムの排熱回収による温水量(熱量)パターンを示す図
【図3】 (a)同システムの熱負荷への対応を最優先した燃料電池稼働率パターンを示す図
(b)同システムの熱負荷への対応を最優先した排熱回収による温水量(熱量)パターンを示す図
【図4】 (a)本発明の実施例2における燃料電池コージェネレーションシステムの燃料電池稼働率パターンを示す図
(b)同システムの排熱回収による温水量(熱量)パターンを示す図
【図5】 (a)同システムの燃料電池稼働率パターンを示す図
(b)同システムの排熱回収による温水量(熱量)パターンを示す図
【符号の説明】
1 燃料電池
5 電力負荷検出手段
10 貯湯タンク
12 貯湯経路(燃料電池往き循環路、燃料電池戻り循環路)
15 水量検知
17 貯湯タンク上部温度検出器
19 熱負荷検出手段
20 温水消費量予測手段
21 電力負荷予測手段
22 制御手段
23 ヒータ(電熱変換手段)
24 リモコン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a household fuel cell comprising a control means for storing hot water heated by exhaust heat from a fuel cell that generates electricity and heat in a hot water storage tank and controlling the amount of power generated by the fuel cell. It is about a cogeneration system.
[0002]
[Prior art]
In this type of conventional household fuel cell cogeneration system, heat generated according to the power generated by the fuel cell is temporarily stored in a hot water storage tank and supplied in accordance with hot water supply demand. When there was a lot of hot water supply and the amount of livestock heat in the hot water storage tank was insufficient, hot water was replenished with an auxiliary heating device such as a boiler installed separately.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional household fuel cell cogeneration system, there is a drawback in that if there is no auxiliary heating device, the user consumes the hot water in the hot water storage tank, causing the hot water to run out, resulting in poor usability. there were.
[0004]
Conventionally, so-called electric main heat slave operation is generally used to control the amount of generated power according to the electric power used, and it is not the heat main electric slave operation mainly considering hot water supply. Did not prioritize.
[0005]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, primarily controlling comfort for hot water supply demand and secondarily considering power demand, thereby preventing hot water shortage and improving system energy saving. An object of the present invention is to provide a fuel cell cogeneration system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention
A power load detecting means for detecting a power load;
A fuel cell having a battery stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen; and
A hot water storage tank of a circulating stacked boiling type that stores hot water heated by the exhaust heat of the fuel cell;
A water supply channel for connecting to the lower part of the hot water storage tank and supplying city water,
A hot water storage path for circulating water in the hot water storage tank connected to the lower and upper portions of the hot water storage tank ;
A heat exchanger for transferring waste heat of the fuel cell to water in the hot water storage path;
A hot water supply path connected to the upper part of the hot water storage tank;
A hot water storage tank upper temperature detector provided in the upper part of the hot water storage tank;
A hot water storage tank lower temperature detector provided at the lower part of the hot water storage tank;
A water amount detector provided in the middle of the hot water supply path;
Thermal load detection means for detecting a thermal load from the hot water storage tank upper temperature detector and the water amount detector;
A storage unit that stores a power load for each time zone and a heat load for each time zone in a certain period over a plurality of days based on the detected information on the power load and the heat load,
A power load prediction unit and a thermal load prediction unit that average the measurement results in the predetermined period and determine the power load for each time zone and the thermal load model pattern for each time zone and store them in the storage unit,
At the beginning of operation, the operation rate of the fuel cell is controlled corresponding to the power load, and the fuel cell is operated once / day (hereinafter referred to as on / off once control), and the predetermined period of time. When the fuel cell is operated at the operating rate near the upper limit of the rated capacity for one day according to the predicted heat load model pattern for each time zone after the elapse of time, the fuel When exceeding the amount of heat generated by exhaust heat recovery calculated from the amount of power generated by the battery, when the fuel cell is operated at a constant operating rate near the upper limit of the rated capacity for one day continuously after stopping the on / off control once and below, Performs on / off control once and operates the fuel cell at a constant operating rate calculated from the amount of heat load required for one day, and the operation start time is fuel from the heat load use time of the time-dependent heat load model pattern. When the battery startup time is early Determined, the shutdown time control means adapted to determine the final thermal load working times than the fuel cell of the stop time required amount earliest time of the time zone heat load model pattern,
This is a fuel cell cogeneration system.
[0007]
According to the above-described invention, the operating rate of the fuel cell is increased (maximum power generation capacity) under conditions where the hot water supply load is maximized, such as in winter, and the hot water supply is prevented by operating regardless of the power demand. It can be used comfortably.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention is
A power load detecting means for detecting a power load;
A fuel cell having a battery stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen; and
A hot water storage tank of a circulating stacked boiling type that stores hot water heated by the exhaust heat of the fuel cell;
A water supply channel for connecting to the lower part of the hot water storage tank and supplying city water,
A hot water storage path for circulating water in the hot water storage tank connected to the lower and upper portions of the hot water storage tank ;
A heat exchanger for transferring waste heat of the fuel cell to water in the hot water storage path;
A hot water supply path connected to the upper part of the hot water storage tank;
A hot water storage tank upper temperature detector provided in the upper part of the hot water storage tank;
A hot water storage tank lower temperature detector provided at the lower part of the hot water storage tank;
A water amount detector provided in the middle of the hot water supply path;
Thermal load detection means for detecting a thermal load from the hot water storage tank upper temperature detector and the water amount detector;
A storage unit that stores a power load for each time zone and a heat load for each time zone in a certain period over a plurality of days based on the detected information on the power load and the heat load,
A power load prediction unit and a thermal load prediction unit that average the measurement results in the predetermined period and determine the power load for each time zone and the thermal load model pattern for each time zone and store them in the storage unit,
At the beginning of operation, the operation rate of the fuel cell is controlled corresponding to the power load, and the fuel cell is operated once / day (hereinafter referred to as on / off once control), and the predetermined period of time. When the fuel cell is operated at the operating rate near the upper limit of the rated capacity for one day according to the predicted heat load model pattern for each time zone after the elapse of time, the fuel When exceeding the amount of heat generated by exhaust heat recovery calculated from the amount of power generated by the battery, when the fuel cell is operated at a constant operating rate near the upper limit of the rated capacity for one day continuously after stopping the on / off control once and below, Performs on / off control once and operates the fuel cell at a constant operating rate calculated from the amount of heat load required for one day, and the operation start time is fuel from the heat load use time of the time-dependent heat load model pattern. When the battery startup time is early Determined, the shutdown time control means adapted to determine the final thermal load working times than the fuel cell of the stop time required amount earliest time of the time zone heat load model pattern,
This is a fuel cell cogeneration system.
[0009]
Therefore, the daily hot water consumption (heat load amount) is calculated from the amount of power generated by the fuel cell when the fuel cell is operated at an operating rate before the upper limit of the rated capacity for one consecutive day. If above the hot water hot water storage amount (heat) by exhaust heat recovery, since hot water is predicted to be operating time of insufficient fuel cell chronic prolonged hot water consumption (heat load) and hot water hot water storage amount (heat) is The fuel cell is operated continuously for one day by setting a constant operating rate near the upper limit of the rated capacity of the fuel cell to be equal. As a result, hot water can be used comfortably with little hot water shortage.
[0010]
Normally, on / off control is performed once, but under conditions where the hot water supply load is large, such as in winter, the number of fuel cell startups can be reduced by stopping the on / off control once and performing continuous operation throughout the day. Further, it is possible to improve the durability of the fuel cell by preventing the start-up energy loss of the fuel cell and reducing the intermittent operation that affects the deterioration of the fuel cell. Further, the daily hot water consumption (heat load amount) is calculated from the power generation amount of the fuel cell when the fuel cell is operated at the operating rate before the upper limit of the rated capacity for one day continuously. When the amount of stored hot water is less than the amount of stored hot water ( heat amount ), the fuel cell is operated at a constant operating rate calculated from the heat load required per day by controlling on / off once. Since the time required for starting the fuel cell is determined to be earlier than the heat load use time of the different heat load model pattern, and the operation stop time is determined to be earlier than the final heat load use time by the time required for stopping the fuel cell. The hot water can be used comfortably without running out of hot water from the hot water use start time to the hot water use end time.
[0011]
In addition, rather than operating the fuel cell every time with hot water consumption (thermal load) by time of day, a constant operating rate calculated based on the total hot water consumption (thermal load) per day Since the operation method of the day is determined, the setting of the on / off once control is simplified and the control can be easily performed.
[0012]
In the fuel cell cogeneration system according to claim 1, the surplus power is converted into heat by the electrothermal conversion means in the fuel cell cogeneration system according to claim 1 when the response to the thermal load is controlled with the highest priority. , Surplus power that may be generated when the fuel cell is operated with priority over the heat load can be converted into heat and used for hot water supply, giving priority to the response to the heat load, and eliminating fuel waste, Energy saving can be achieved.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell cogeneration system according to the first or second aspect, even if the fuel cell is operated at an operating rate at the upper limit of the rated capacity for several days, the power generation of the fuel cell is performed. When the amount of heat per day by exhaust heat recovery calculated from the amount is less than the amount of heat load per day predicted by the heat load model pattern by time zone, the operation is stopped or a warning is issued by the remote control Is. Then, the case where a few days, the fuel cell is less than the hot water hot water storage amount running at maximum heat load output (power generation capacity up to) (quantity of heat) hot water consumption is predicted (thermal load), When the capacity of the installed fuel cell cogeneration system does not meet the usage conditions (warm water consumption (heat load)) in the user's home, and the hot water has run down due to forgetting to close the hot water tap etc. Therefore, the operation of the fuel cell is stopped or a warning is issued by the remote controller. As a result, the user can be informed of an abnormality such as information indicating that the installed fuel cell cogeneration system has insufficient capacity and forgetting to close the hot water supply, and the operation can be stopped.
[0014]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
(Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell cogeneration system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an electric power load / hot water consumption pattern in a user's home and a corresponding operation rate / exhaust heat recovery pattern of fuel cell operation. .
[0016]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell, which includes a hydrogen generator 2 and a battery stack 3. The hydrogen generator 2 reforms a fuel such as city gas into hydrogen and supplies it to the battery stack 3. The battery stack 3 generates electricity by electrochemically reacting with hydrogen and oxygen in the atmosphere supplied by a blower or the like. Generated electricity is boosted AC inverter 4 so about DC 50 V, is supplied to the power load of the appliance, such as in the home via the AC200V next power load detecting means 5. An exhaust heat recovery path 6 is connected between the fuel cell 1 and the heat exchanger 7 by a cooling water path 9 having a cooling water circulation pump 8, and between the heat exchanger 7 and the hot water storage tank 10 is a hot water storage circulation pump. 11 are connected by a hot water storage path 12 having 11. A hot water supply path 13 is connected to the lower part of the hot water storage tank 10, a hot water supply path 14 is connected to the upper part of the hot water storage tank 10, a water amount detector 15 is located in the middle of the hot water supply path 14, and a hot water tap 16 (hot water supply load) is connected to the end. Is provided. A hot water tank upper temperature detector 17 is provided at the upper part of the hot water tank 10, and a hot water tank lower temperature detector 18 is provided at the lower part. The thermal load detection means 19 detects the thermal load used in the hot water tap 16, the data is taken into the hot water consumption prediction means 20, and the power load detection means 5 detects the power load in the user's home. It is taken in by the power load prediction means 21 and input to the control means 22. Reference numeral 23 denotes a heater. Reference numeral 24 denotes a remote controller.
[0017]
Next, general operations and actions will be described. Electricity generated by the fuel cell 1 is supplied to electric appliances in the home by controlling the amount of electric power generated according to the electric power load detected by the electric power load detecting means 5. The heat generated at this time is transmitted to the heat exchanger 7 by circulation of water in the cooling water path 9 by the cooling water circulation pump 8, and further transmitted to the hot water storage tank 10 by circulation of water in the hot water storage path 12 by the hot water storage circulation pump 11. It is done. The hot water storage tank 10 is always filled with water, and when the water drawn into the heat exchanger 7 from the lower part of the hot water storage tank 10 is heated and returned to the upper part of the hot water storage tank 10, hot hot water is layered in order from the upper part of the hot water storage tank 10. The so-called laminated boiling is stored. When the hot water stored in the hot water storage tank 10 is used by the hot water tap 16, water is replenished from the water supply path 13 into the hot water storage tank 10 and the hot water layer is pushed up. Since there is hot water, a high hot water supply temperature can be secured even if the entire hot water storage tank 10 is not boiled.
[0018]
The thermal load detection means 19 can measure the temperature and instantaneous flow rate of the hot water consumed by the hot water storage tank upper temperature detector 17 and the water amount detector 15 , and can detect the thermal load. There is no need to provide means for detecting the thermal load.
[0019]
Next, a control method will be described. FIGS. 2A and 2B show the power load and heat load (hot water consumption) in the user's home for each time zone, for example, continuously detected for one week, and the power load prediction means 21 and the hot water consumption prediction. By storing and averaging in the storage unit of the means 20, the power load model pattern for each time zone and the hot water consumption model pattern for each time zone are predicted. Each model pattern is also stored in the storage unit. In addition, even when a power failure occurs, the storage unit is configured by a non-volatile memory so that no data is lost due to a power failure or the like. Therefore, even after the power failure is restored, the operation can be resumed without predicting each model pattern from the beginning. The fuel cell is operated corresponding to each model pattern, and the operation rate for each time zone is shown in FIG. 2C, and the amount of hot water recovered by exhaust heat from the operation is shown in FIG. ). In the actual fuel cell operation rate control, the operation rate is controlled with priority on the power load, and the operation rate is taken into account in consideration of the hot water consumption in the time zone of the maximum hot water consumption such as evening. The operation of the fuel cell is basically once a day, and in FIG. 2 (c), it starts at 5:00 and stops at 23:00. The start time of the fuel cell (from 6:00 using electricity / hot water) 1 hour) is added and start is started 1 hour earlier, and stop is subtracting the fuel cell stop time (0.5 hours) from 23:30 when electricity and hot water are used to 23:00 . Since the durability of ON / OFF operation is worse than continuous operation as a characteristic of the fuel cell, it is ideal to operate continuously at the rated rate as much as possible, and the most basic daily life pattern of the user. A period of one day is selected as the cycle. In addition, preheating of the hydrogen generator and battery stack is necessary at startup, which causes energy loss and takes about 1 hour from the start of operation until power generation operation is performed, and at the time of shutdown, hydrogen in the hydrogen generator, battery stack and piping is removed. Since power generation continues until it is completely consumed, the operation is stopped about 0.5 hours before the time when electricity is used.
[0020]
As described above, when the fuel cell is operated, the predicted hot water consumption A (shaded portion) on the next day at 24:00 is the hot water storage amount B (hatched portion) by the exhaust heat recovery of the fuel cell. Part)), the control giving priority to the electric power load is stopped, and the control to the heat load is given the highest priority.
[0021]
FIG. 3 shows an example of the operation mode in which the highest priority is given to the response to the heat load. FIG. 3 (a) shows the operating rate by time zone, and FIG. 3 (b) shows the hot water storage amount C (shaded portion) by exhaust heat recovery. Here, A <C is satisfied. In this example, the operating rate of the fuel cell is constant. Considering the total heat load of the day, the operating rate is not set for each time zone corresponding to the heat load, but the total heat of the day. The load is moved at the same operation rate from the start time to the stop time. Since the operation is performed at a constant operation rate, the durability of the fuel cell can be improved. Depending on the time of day, surplus power is generated, but the battery is charged with a storage battery, the power is sold to an electric power company, or converted into heat by the heater 23 disposed in the hot water storage tank 10 to be stored in the hot water storage tank 10. You may supply to water. Of course, when the power is insufficient, it is satisfied from the commercial power source.
[0022]
Thus, by controlling comfort for hot water demand first and considering power demand secondarily, it is possible to prevent hot water shortage and prepare the hot water consumption of the user's home for one day. It is possible to prevent a hot water supply system that is extremely inconvenient to use, such as running out of hot water while using hot water supply and bathing in the middle of the shower. In particular, this control method can be effective under conditions where the hot water supply load is maximized, such as in winter. In addition, it is not necessary to install an auxiliary heating device such as a boiler that must be provided separately when the amount of livestock heat in the hot water storage tank is insufficient, and the equipment cost of the user can be reduced. Further, by using the power generated by the fuel cell without waste, the energy saving performance of the system can be improved, and the durability of the fuel cell can be improved.
[0023]
(Example 2)
4 and 5 show the operation conditions and actual operation modes of another embodiment of the operation mode in which the highest priority is given to the response to the heat load. FIG. 4 shows operating conditions, FIG. 4 (a) shows a case where the operation rate is 80% continuously for one day, and FIG. 4 (b) shows a hot water storage amount D by exhaust heat recovery at an operation rate of 80%. (Shaded area) is shown. FIG. 5 shows an actual operation mode. FIG. 5 (a) shows the operation rate for each time zone, and FIG. 5 (b) shows the hot water storage amount E (shaded part) by exhaust heat recovery.
[0024]
The second embodiment is different from the first embodiment in the control method, the configuration is the same, and the description is omitted. When the hot water consumption A shown in FIG. 2B exceeds the hot water storage amount D in the exhaust heat recovery when the fuel cell is operated at an operation rate of 80% continuously for one day, or surplus power is converted into heat by the heater 23. If the hot water storage amount D converted and added to the exhaust heat recovery is exceeded, it is considered that the hot water production capacity by the fuel cell is close to the upper limit (80 to 100%). The operating rate corresponding to the hot water consumption A is set. Although one on / off control is possible, the stop time is short and the preheating energy loss of the hydrogen generator and the battery stack and the deterioration of the hydrogen generator and the battery stack, which are disadvantages of the on / off operation, can be prevented. Further, since the surplus power is used for hot water supply, there is no waste of energy.
[0025]
A specific example will be described. In the case of winter, the standard hot water consumption (heat load) for a standard family structure (two adults and two children) requires a hot water storage tank of 350 liters with an incoming water temperature of 5 ° C and a boiling temperature of 70 ° C. The heat load is (70−5) × 350 = 2227 kcal (= 26.5 kw). On the other hand, the standard rating of a household fuel cell is a power generation capacity of 1 kw / h, and the exhaust heat recovery heat quantity is 1.2 kw / h. When the control method of the present embodiment is applied to this condition, 80% of the exhaust heat recovery amount from the fuel cell per day is 1.2 × 24 × 0.8 = 23 kW, and the daily heat load 26. Less than 5kw. Therefore, on this condition, the on / off control is stopped once and continuous operation is performed for one day. The operation rate is set to 26.5 ÷ 24 ÷ 1.2 = 0.92 (92%), thereby operating continuously for one day (A = E).
[0026]
In addition, in the case of controlling on / off once, in order to be able to prepare a heat load of 26.5 kw at an operation rate of 100%, 26.5 ÷ 1.2 = 22 h, for example, starting at 2:00 and at 24:00 Will stop.
[0027]
In this embodiment, the operating rate is set to 80% as the operating condition, but it is set to an optimum value depending on the season and other conditions.
[0028]
Therefore, if the control of the present embodiment is performed, the fuel cell can be operated continuously at a high operation rate of 80 to 100% for one day, and the preheat loss of the hydrogen generator and the battery stack compared to the one-on-off control. In addition, energy can be saved without being generated, and deterioration due to on / off of the hydrogen generator and the battery stack can be prevented and durability can be enhanced. In addition, instead of operating the fuel cell each time with hot water consumption by time zone, the daily operation method is determined based on the total hot water consumption per day, so the on / off once control setting is simple. And easy control. And even under conditions where the hot water supply load is maximized as in winter, hot water can be used comfortably without running out of hot water, and there is no need to install an auxiliary heat source such as a water heater.
[0029]
Depending on the time of day, surplus power is generated, but the battery is charged with a storage battery, the power is sold to an electric power company, or converted into heat by the heater 23 disposed in the hot water storage tank 10 to be stored in the hot water storage tank 10. You may supply to water. When surplus power is supplied to the water in the hot water storage tank, the operating rate may be lowered in consideration of this amount of heat. Of course, when the power is insufficient, it is satisfied from the commercial power source.
[0030]
In addition, when the hot water consumption A shown in FIG. 2B is lower than the hot water storage amount D in the exhaust heat recovery when the fuel cell is operated at an operation rate of 80% continuously for one day, or surplus power is supplied by the heater 23. When it is below the hot water storage amount D converted into heat and added to the exhaust heat recovery, the same control as in the first embodiment is performed.
[0031]
(Example 3)
The third embodiment is different from the second embodiment in the control method, the configuration is the same, and the description is omitted. In Example 2, when the hot water consumption A shown in FIG. 2 (b) exceeds the hot water storage amount D in the exhaust heat recovery when the fuel cell is operated at an operation rate of 80% continuously for one day, or the surplus power is When the amount of hot water stored in the heater 23 exceeds the hot water storage amount D, which is added to the exhaust heat recovery, it is considered that the hot water production capacity of the fuel cell is close to the upper limit (80 to 100%). The operation rate corresponding to the hot water consumption A is set for one day, but even if the operation rate is 100%, the hot water storage amount will meet the predicted hot water consumption. If there is no case for 3 days, the operation of the fuel cell is stopped or a warning is issued by the remote controller 24. This is when the capacity of the installed fuel cell cogeneration system does not meet the usage conditions (warm water consumption) in the user's home, and when hot water is flowing down due to forgetting to close the hot water tap etc. Inform the user that the installed fuel cell cogeneration system has insufficient capacity, replace it with one with a higher rated output, or install an auxiliary heat source such as a water heater. And user convenience of hot water supply can be improved. In addition, it is possible to prevent the user from consuming wasteful energy by notifying the user of an abnormality such as forgetting to close the hot-water tap and stopping the operation.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when it is determined that the predicted hot water consumption (heat load amount) is larger than the hot water storage amount ( heat amount ) due to the recovery of exhaust heat from the fuel cell, the response to the heat load is the best. Because priority is given to control, the operating rate of the fuel cell is increased (high power generation capacity) under conditions where the hot water supply load is maximized, such as in winter, and the hot water is prevented from running out and the hot water supply is used comfortably. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell cogeneration system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an electric power load pattern in a household using the system. FIG. (C) Diagram showing fuel cell operation rate pattern of the system (d) Diagram showing warm water amount ( heat amount ) pattern by exhaust heat recovery of the system [FIG. 3] (a) Fig. 4 shows the fuel cell operation rate pattern that gives top priority to the system's thermal load. Fig. 4 (b) shows the hot water volume ( heat amount ) pattern by exhaust heat recovery that gives the top priority to the system's thermal load. indicating the amount of hot water (heat) pattern by (a) a waste heat recovery in FIG (b) the system of a fuel cell operating rate pattern of the fuel cell cogeneration system according to a second embodiment of the present invention 5 (a) Fig. [Description of symbols] indicating the amount of hot water (heat) pattern by heat recovery in FIG (b) the system of a fuel cell operating rate pattern of the system
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 5 Electric power load detection means 10 Hot water storage tank 12 Hot water storage path (Fuel cell going-out circuit, fuel cell return circuit)
15 water detector 17 hot water storage tank upper temperature detector 19 heat load detecting means 20 hot water consumption prediction means 21 load forecasting means 22 control means 23 a heater (electrothermal converter)
24 remote control

Claims (3)

電力負荷を検出する電力負荷検出手段と、
水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電する電池スタックを有する燃料電池と、
前記燃料電池の排熱により加熱された温水を貯える循環積層沸き上げ方式の貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部に接続するとともに水を補給するための給水路と、
前記貯湯タンクの下部と上部とに接続し前記貯湯タンク内の水を循環させるための貯湯経路と、
前記貯湯経路内の水に前記燃料電池の排熱を伝える熱交換器と、
前記貯湯タンクの上部に接続する給湯路と、
前記貯湯タンク内の上部に設けられている貯湯タンク上部温度検出器と、
前記貯湯タンク内の下部に設けられている貯湯タンク下部温度検出器と、
前記給湯路の途中に設けられている水量検知器と、
前記貯湯タンク上部温度検出器と前記水量検知器とから熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、
検出された前記電力負荷及び前記熱負荷の情報に基づいて複数日に渡る一定期間における時刻帯別電力負荷及び時刻帯別熱負荷を記憶する記憶部と、
前記一定期間における計測結果を平均化し、1日の時刻帯別電力負荷及び時刻帯別熱負荷モデルパターンを決定し記憶部に記憶する電力負荷予測手段と熱負荷予測手段と、
運転開始当初は、前記電力負荷に対応して前記燃料電池の稼働率を制御して、前記燃料電池の運転を1回/日行う(以後、オンオフ1回制御、と呼ぶ)とともに、前記一定期間が経過した後は、予測された前記時刻帯別熱負荷モデルパターンによる1日の熱負荷量が、1日連続して定格能力の上限付近の稼働率で前記燃料電池を運転した場合の前記燃料電池の発電量より算出される排熱回収による熱量を上回る場合は、オンオフ1回制御を中止して1日連続して定格能力の上限付近の一定の稼働率で燃料電池を運転し、下回る場合はオンオフ1回制御を行い1日に必要な熱負荷量より算出される一定の稼働率で前記燃料電池を運転し、運転開始時刻は前記時間帯別熱負荷モデルパターンの熱負荷使用時刻より燃料電池の起動所要時間分早い時刻に決定し、運転停止時刻は前記時間帯別熱負荷モデルパターンの最終熱負荷使用時刻より前記燃料電池の停止所要時間分早い時刻に決定するようにした制御手段と、
を有している燃料電池コージェネレーションシステム。
A power load detecting means for detecting a power load;
A fuel cell having a battery stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen; and
A hot water storage tank of a circulating stacked boiling type that stores hot water heated by the exhaust heat of the fuel cell;
A water supply channel for connecting to the lower part of the hot water storage tank and supplying city water,
A hot water storage path for circulating water in the hot water storage tank connected to the lower and upper portions of the hot water storage tank ;
A heat exchanger for transferring waste heat of the fuel cell to water in the hot water storage path;
A hot water supply path connected to the upper part of the hot water storage tank;
A hot water storage tank upper temperature detector provided in the upper part of the hot water storage tank;
A hot water storage tank lower temperature detector provided at the lower part of the hot water storage tank;
A water amount detector provided in the middle of the hot water supply path;
Thermal load detection means for detecting a thermal load from the hot water storage tank upper temperature detector and the water amount detector;
A storage unit that stores a power load for each time zone and a heat load for each time zone in a certain period over a plurality of days based on the detected information on the power load and the heat load,
A power load predicting means and a thermal load predicting means for averaging the measurement results in the predetermined period and determining a power load for each time zone and a heat load model pattern for each time zone and storing them in a storage unit
At the beginning of operation, the operation rate of the fuel cell is controlled corresponding to the power load, and the fuel cell is operated once / day (hereinafter referred to as on / off once control), and the predetermined period of time. When the fuel cell is operated at the operating rate near the upper limit of the rated capacity for one day according to the predicted heat load model pattern for each time zone after the elapse of time, the fuel When exceeding the amount of heat generated by exhaust heat recovery calculated from the amount of power generated by the battery, when the fuel cell is operated at a constant operating rate near the upper limit of the rated capacity for one day continuously after stopping the on / off control once and below, Performs on / off control once and operates the fuel cell at a constant operating rate calculated from the amount of heat load required for one day, and the operation start time is fuel from the heat load use time of the time-dependent heat load model pattern. When the battery startup time is early Determined, the shutdown time control means adapted to determine the final thermal load working times than the fuel cell of the stop time required amount earliest time of the time zone heat load model pattern,
A fuel cell cogeneration system.
余剰電力を貯湯タンク内に設置した電熱変換手段で熱に変換する請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。  The fuel cell cogeneration system according to claim 1, wherein surplus power is converted into heat by electrothermal conversion means installed in a hot water storage tank. 数日の間、燃料電池が定格能力の上限の稼働率で運転しても燃料電池の発電量より算出される排熱回収による1日の熱量が時間帯別熱負荷モデルパターンより予測された1日の熱負荷量に満たない場合には、運転を停止又はリモコンで警告を発するようにした請求項1〜2のいずれか1項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。  For several days, even if the fuel cell is operated at the maximum operating capacity of the rated capacity, the amount of heat generated by exhaust heat recovery calculated from the amount of power generated by the fuel cell is predicted from the heat load model pattern for each time zone1 3. The fuel cell cogeneration system according to claim 1, wherein the operation is stopped or a warning is issued by a remote controller when the amount of heat load of the day is not reached. 4.
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