JP4837265B2 - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
図16において、この燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池1と、原料燃料を水蒸気改質及び一酸化炭素変成して燃料ガスを発生させる燃料処理装置2と、燃料電池1に供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器5と、酸化剤の空気を燃料電池1に供給する空気供給装置6と、供給空気を加湿する酸化側加湿器7とを備えている。
前記燃料電池コージェネレーションシステムは、前記利用される外部熱輸送媒体の温度を検出する手段を備え、前記制御装置が、前記検知された利用される外部熱輸送媒体の温度が前記熱利用部である貯湯タンクの湯切れが発生したと判定できる温度以下となる頻度に応じて、前記所定の熱量を変更してもよい。
図1は本発明の実施の形態1に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。
次に、本実施の形態の変形例1を説明する。
次に、本実施の形態の変形例2を説明する。
次に、本実施の形態の変形例3を説明する。変形例2では、利用者の生活パターンを考慮して昇温手段選択判定における閾値QLTが設定されたが、具体的には起動時間帯利用熱量ESAとして前日の起動時間帯tAにおける利用熱量ES2が用いられている。しかし、個々の利用熱量ES2は日によって変動するため、特に、当日と前日との間における変動が大きい場合には、湯切れを適切に防止できない場合も生じる。本変形例は、この課題の解決を図ったものである。
実施の形態1の変形例2及び3では、利用者の生活パターンを考慮して昇温手段選択閾値OLTが設定されたが、この利用者の生活パターンは季節の変化に影響されて変動する。例えば、一般的に、朝方における給湯や暖房などに利用される熱量は、外気温が低いほど増加する。本発明の実施の形態2は、この季節の変化による起動時間帯の利用熱量の変化を見込んで昇温手段選択閾値OLTが設定される例を示す。
Q ≧ QF + QA + QH = QLT
である場合には、残存熱量Qにより燃料電池を昇温する(ステップS5)。
Q < QF + QA + QH =QLT
である場合には、冷却水ヒータ100により燃料電池を昇温する(ステップS6)。
次に、本実施の形態の変形例1を説明する。
Q ≧ QF + QA + QH = QLT
である場合には、残存熱量Qにより燃料電池を昇温する(ステップS5)。
Q < QF + QA + QH =QLT
である場合には、冷却水ヒータ100により燃料電池を昇温する(ステップS6)。
図13は本発明の実施の形態3に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。図13において、図8と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
Q ≧ QF + QA + QH・Kh = QLT
である場合には、残存熱量Qにより燃料電池を昇温する(ステップS5)。
Q < QF + QA + QH・Kh = QLT
である場合には、冷却水ヒータ100により燃料電池を昇温する(ステップS6)。
本発明の実施の形態4は、実施の形態1の変形例1をさらに変形したものである。本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムのハードウェアは、図8に示す実施の形態2の燃料電池コージェネレーションシステムと同様に構成されている。すなわち、実施の形態1の変形例1の燃料電池コージェネレーションシステムのハードウェアの構成(図1)に、さらに、外気温センサ106が付加されている。そして、制御装置201の演算部105が、外気温と貯湯水温度とを考慮して、昇温手段を選択する。その他の点は実施の形態1の変形例1と同様である。
本発明の実施の形態5は、実施の形態1〜3において、燃料電池1の昇温動作を以下のように変えたものである。
2 燃料処理装置
3 改質器
4 変成器
5 燃料側加湿器
6 空気供給装置
7 酸化ガス側加湿器
8 冷却水配管
9 冷却水ポンプ
12 熱交換器
13 流量調整弁
14 流量調整弁
15a,15b 配管
16 熱利用部(貯湯タンク)
17 循環方向切換手段(排熱輸送制御手段)
18 第1の熱交換温度センサ
19 第2の熱交換温度センサ
20 貯湯水ポンプ
21 第1の流路切換弁
22 第2の流路切換弁
23 吐出側分岐継手
24 吸入側分岐継手
31,32,33 配管
100 冷却水ヒータ
101A〜101C 第1〜3のタンク温度センサ
102 流量計(利用熱量検知手段)
103 計時部
104 記憶部
105 演算部
106 外気温センサ
107 給湯水温度センサ
201 制御装置
202 スタック温度センサ
Claims (12)
- 燃料電池と、前記燃料電池と内部熱輸送媒体とが熱交換するよう該内部熱輸送媒体を循環させる冷却システムと、前記内部熱輸送媒体を加熱する内部熱輸送媒体ヒータと、水である外部熱輸送媒体を利用者が利用可能に貯える貯湯タンクである熱利用部と、前記冷却システムの内部熱輸送媒体と外部熱輸送媒体とが熱交換するように前記熱利用部を通って該外部熱輸送媒体を循環させる排熱利用システムと、前記熱利用部の残存熱量を検知する残存熱量検知手段と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時に、前記検知された前記熱利用部の残存熱量が、前記燃料電池を運転温度までに昇温するのに必要な熱量である燃料電池昇温熱量以上のある閾値熱量以上であるか否か判定し、
前記残存熱量が前記閾値熱量以上である場合には、前記熱利用部の残存熱量を熱交換により前記内部熱輸送媒体に伝達して前記燃料電池を昇温する第1の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、前記残存熱量が前記閾値熱量未満である場合には、前記内部熱輸送媒体ヒータにより前記内部熱輸送媒体を加熱して前記燃料電池を昇温する第2の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させる、燃料電池コージェネレーションシステム。 - 燃料電池と、前記燃料電池と内部熱輸送媒体とが熱交換するよう該内部熱輸送媒体を循環させる冷却システムと、前記内部熱輸送媒体を加熱する内部熱輸送媒体ヒータと、水である外部熱輸送媒体を利用者が利用可能に貯える貯湯タンクである熱利用部と、前記冷却システムの内部熱輸送媒体と外部熱輸送媒体とが熱交換するように前記熱利用部を通って該外部熱輸送媒体を循環させる排熱利用システムと、前記熱利用部の残存熱量を検知する残存熱量検知手段と、前記熱利用部に貯えられた外部熱輸送媒体の温度を検知する手段と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時に、前記検知された前記熱利用部の残存熱量が、前記燃料電池を運転温度までに昇温するのに必要な熱量である燃料電池昇温熱量以上のある閾値熱量以上であるか否か判定し、
前記残存熱量が前記閾値熱量未満である場合には、前記内部熱輸送媒体ヒータにより前記内部熱輸送媒体を加熱して前記燃料電池を昇温する第2の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、
前記残存熱量が前記閾値熱量以上である場合には、前記検知された外部熱輸送媒体の温度が前記運転温度以上であるか否か判定し、前記外部熱輸送媒体の温度が前記運転温度以上である場合には、前記熱利用部の残存熱量を熱交換により前記内部熱輸送媒体に伝達して前記燃料電池を昇温する第1の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、前記外部熱輸送媒体の温度が前記運転温度未満である場合には、前記第2の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させる、燃料電池コージェネレーションシステム。 - 燃料電池と、前記燃料電池と内部熱輸送媒体とが熱交換するよう該内部熱輸送媒体を循環させる冷却システムと、前記内部熱輸送媒体を加熱する内部熱輸送媒体ヒータと、水である外部熱輸送媒体を利用者が利用可能に貯える貯湯タンクである熱利用部と、前記冷却システムの内部熱輸送媒体と外部熱輸送媒体とが熱交換するように前記熱利用部を通って該外部熱輸送媒体を循環させる排熱利用システムと、前記熱利用部の残存熱量を検知する残存熱量検知手段と、前記熱利用部に貯えられた外部熱輸送媒体の温度を検知する手段と、前記燃料電池の外部の気温を検知する手段と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時に、前記検知された前記熱利用部の残存熱量が、前記燃料電池を運転温度までに昇温するのに必要な熱量である燃料電池昇温熱量以上のある閾値熱量以上であるか否か判定し、
前記残存熱量が前記閾値熱量未満である場合には、前記内部熱輸送媒体ヒータにより前記内部熱輸送媒体を加熱して前記燃料電池を昇温する第2の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、
前記残存熱量が前記閾値熱量以上である場合には、前記検知された外部熱輸送媒体の温度が前記運転温度以上であるか否か判定し、
前記外部熱輸送媒体の温度が前記運転温度以上である場合には、前記熱利用部の残存熱量を熱交換により前記内部熱輸送媒体に伝達して前記燃料電池を昇温する第1の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、前記外部熱輸送媒体の温度が前記運転温度未満である場合には、前記外部熱輸送媒体の温度が前記検知された外部の気温以上であるか否か判定し、
前記外部熱輸送媒体の温度が前記検知された外部の気温以上である場合には、前記第1の昇温動作と前記第2の昇温動作とを組み合わせて前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、前記外部熱輸送媒体の温度が前記検知された外部の気温未満である場合には、前記第2の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させる、燃料電池コージェネレーションシステム。 - 燃料電池と、前記燃料電池と内部熱輸送媒体とが熱交換するよう該内部熱輸送媒体を循環させる冷却システムと、前記内部熱輸送媒体を加熱する内部熱輸送媒体ヒータと、水である外部熱輸送媒体を利用者が利用可能に貯える貯湯タンクである熱利用部と、前記冷却システムの内部熱輸送媒体と外部熱輸送媒体とが熱交換するように前記熱利用部を通って該外部熱輸送媒体を循環させる排熱利用システムと、前記熱利用部の残存熱量を検知する残存熱量検知手段と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池の起動時に、前記検知された前記熱利用部の残存熱量が、前記燃料電池を運転温度までに昇温するのに必要な熱量である燃料電池昇温熱量と所定の熱量とからなる閾値熱量以上であるか否か判定し、
前記残存熱量が前記閾値熱量以上である場合には、前記熱利用部の残存熱量を熱交換により前記内部熱輸送媒体に伝達して前記燃料電池を昇温する第1の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、前記残存熱量が前記閾値熱量未満である場合には、前記内部熱輸送媒体ヒータにより前記内部熱輸送媒体を加熱して前記燃料電池を昇温する第2の昇温動作を主として前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させる、燃料電池コージェネレーションシステム。 - 前記所定の熱量が、前記燃料電池の起動時における該起動時から所定の時間に渡る起動時間帯において利用者に利用されると想定された起動時間帯利用熱量である、請求項4記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 前記熱利用部に貯えられた外部熱輸送媒体の利用による利用熱量を検知する手段と、時刻を取得する手段と、
前記検知された利用熱量を前記取得した時刻とともに記憶する記憶手段とを備え、
前記制御装置が、前記時刻とともに記憶された前記利用熱量に基づいて前記起動時間帯利用熱量を算出する、請求項5記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 - 前記制御装置が、所定の期間に渡る平均値を取るようにして前記起動時間帯利用熱量を算出する、請求項6記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 前記所定の熱量が固定量と補正量とからなり、
前記制御装置が、前記算出した起動時間帯利用熱量に基づいて前記補正量を変更する、請求項6記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 - 前記燃料電池の外部の気温を検知する手段を備え、
前記制御装置が、前記検知された外部の気温に基づいて前記所定の熱量を変更する、請求項4記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 - 前記利用される外部熱輸送媒体の温度を検出する手段を備え、
前記制御装置が、前記検知された利用される外部熱輸送媒体の温度が、前記熱利用部である貯湯タンクの湯切れが発生したと判定できる温度以下となる頻度に応じて、前記所定の熱量を変更する、請求項4記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 - 前記熱利用部である貯湯タンクが積層沸き上げタイプのもので構成されている、請求項1乃至10のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 前記制御装置は、前記残存熱量が前記閾値量以上である場合には、前記第1の昇温動作のみで前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させ、前記残存熱量が前記閾値熱量未満である場合には、前記第2の昇温動作のみで前記燃料電池を前記運転温度まで昇温させる、請求項1及び4乃至10のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
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