JP5418529B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
また請求項2に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、貯湯水を貯湯する貯湯槽であって水が直接補給される密閉式である貯湯槽と、貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、を備え、貯湯水循環回路上において燃料電池および改質器にて発生する排熱を回収して貯湯水を加熱する燃料電池システムにおいて、貯湯水循環回路とは独立して設けられ、燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れかの排熱と、燃料電池の発電で発生する排熱を回収した熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、貯湯水と熱媒体との間で熱交換が行われる熱交換器と、熱媒体循環回路上に設けられ、改質器および燃料電池の何れか一方を流通する高温かつ水蒸気を含んだ気体から熱量を回収して同水蒸気を凝縮する凝縮器と、凝縮器が設けられている熱媒体循環回路上に設けられ、同熱媒体循環回路を循環する熱媒体を冷却する冷却手段と、貯湯水循環回路上に設けられ貯湯槽の出口から流出する貯湯水の温度を検出する貯湯槽出口温度検出手段と、該貯湯槽出口温度検出手段によって検出された貯湯槽出口温度と、該貯湯槽出口温度と燃料電池の発電出力制限値との相関関係を示す第1マップまたは演算式とに基づいて発電出力制限値を導出する第1発電出力制限値導出手段と、該第1発電出力制限値導出手段によって導出された発電出力制限値に基づいて燃料電池の発電出力を制御する第1発電制御手段と、を備え、第1発電制御手段は、ユーザ負荷電力を検出するユーザ負荷電力検出手段と、該ユーザ負荷電力検出手段によって検出されたユーザ負荷電力に応じた燃料電池の発電出力を導出する発電出力導出手段と、第1発電出力制限値導出手段によって導出された発電出力制限値が、発電出力導出手段によって導出された発電出力以上であるか否かを判定する判定手段と、判定手段によって発電出力制限値が発電出力未満であると判定された場合には、燃料電池の発電出力を発電出力制限値に制限するように制御する制限制御手段と、を備え、第1マップまたは演算式は、貯湯水の温度毎の燃料電池の発電出力に対する当該燃料電池システムの必要冷却能力の相関関係を示す第2マップまたは演算式と、冷却手段の冷却能力と、に基づいて、貯湯水の各温度における冷却手段の冷却能力に相当する燃料電池の発電出力を導出することにより作成されることである。
以下、上述した燃料電池システムの第1制御例について図5および図6を参照して説明する。制御装置90は、図示しない起動スイッチがオンされて燃料電池システムを起動して起動運転が完了し発電可能な定常運転となると、図5に示すプログラムを所定の短時間毎に実行する。制御装置90は、ステップ102において、第4温度センサ72aによって貯湯水貯湯槽出口温度(貯湯槽出口温度)T4を検出する。そして、ステップ104において、ステップ102にて検出された貯湯槽出口温度T4と、この貯湯槽出口温度T4と燃料電池10の発電出力制限値ELとの相関関係を示す第1マップまたは演算式とに基づいて発電出力制限値ELを導出する(第1発電出力制限値導出手段)。
以下、上述した燃料電池システムの第2制御例について図7〜図9を参照して説明する。制御装置90は、図示しない起動スイッチがオンされて燃料電池システムを起動して起動運転が完了し発電可能な定常運転となり、燃料ガスFC入口温度T7が所定温度Taを超えると、図7に示すプログラムを所定時間TMa毎に実行する。制御装置90は、ステップ202において、第7温度センサ64aによって燃料電池10の燃料極入口に流入する燃料ガスの温度(燃料ガスFC入口温度)T7を検出する。なお、燃料ガスFC入口温度T7の代わりにこの燃料ガスの温度T7に相関するものの温度例えば凝縮冷媒の改質ガス用凝縮器31の出口温度(凝縮冷媒改質ガス用凝縮器出口温度)T3を第3温度センサ75aによって検出するようにしてもよい。そして、その検出値を使用して以降の処理を実行するようにしてもよい。
Claims (6)
- 燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、
貯湯水を貯湯する貯湯槽であって水が直接補給される密閉式である貯湯槽と、前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、を備え、
前記貯湯水循環回路上において前記燃料電池および改質器にて発生する排熱を回収して前記貯湯水を加熱する燃料電池システムにおいて、
前記貯湯水循環回路とは独立して設けられ、前記燃料電池から排出されるオフガスの排熱、前記改質器にて発生する排熱の少なくとも何れかの排熱と、前記燃料電池の発電で発生する排熱を回収した熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、
前記貯湯水と前記熱媒体との間で熱交換が行われる熱交換器と、
前記熱媒体循環回路上に設けられ、前記改質器および燃料電池の何れか一方を流通する高温かつ水蒸気を含んだ気体から熱量を回収して同水蒸気を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器が設けられている前記熱媒体循環回路上に設けられ、同熱媒体循環回路を循環する熱媒体を冷却する冷却手段と、
前記貯湯水循環回路上に設けられ前記貯湯槽の出口から流出する貯湯水の温度を検出する貯湯槽出口温度検出手段と、
該貯湯槽出口温度検出手段によって検出された貯湯槽出口温度と、該貯湯槽出口温度と前記燃料電池の発電出力制限値との相関関係を示す第1マップまたは演算式とに基づいて前記発電出力制限値を導出する第1発電出力制限値導出手段と、
該第1発電出力制限値導出手段によって導出された発電出力制限値に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御する第1発電制御手段と、
を備え、
前記第1マップまたは演算式は、貯湯水の温度毎の燃料電池の発電出力に対する当該燃料電池システムの必要冷却能力の相関関係を示す第2マップまたは演算式と、前記冷却手段の冷却能力と、に基づいて、前記貯湯水の各温度における前記冷却手段の冷却能力に相当する前記燃料電池の発電出力を導出することにより作成されることを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、
貯湯水を貯湯する貯湯槽であって水が直接補給される密閉式である貯湯槽と、前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、を備え、
前記貯湯水循環回路上において前記燃料電池および改質器にて発生する排熱を回収して前記貯湯水を加熱する燃料電池システムにおいて、
前記貯湯水循環回路とは独立して設けられ、前記燃料電池から排出されるオフガスの排熱、前記改質器にて発生する排熱の少なくとも何れかの排熱と、前記燃料電池の発電で発生する排熱を回収した熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、
前記貯湯水と前記熱媒体との間で熱交換が行われる熱交換器と、
前記熱媒体循環回路上に設けられ、前記改質器および燃料電池の何れか一方を流通する高温かつ水蒸気を含んだ気体から熱量を回収して同水蒸気を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器が設けられている前記熱媒体循環回路上に設けられ、同熱媒体循環回路を循環する熱媒体を冷却する冷却手段と、
前記貯湯水循環回路上に設けられ前記貯湯槽の出口から流出する貯湯水の温度を検出する貯湯槽出口温度検出手段と、
該貯湯槽出口温度検出手段によって検出された貯湯槽出口温度と、該貯湯槽出口温度と前記燃料電池の発電出力制限値との相関関係を示す第1マップまたは演算式とに基づいて前記発電出力制限値を導出する第1発電出力制限値導出手段と、
該第1発電出力制限値導出手段によって導出された発電出力制限値に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御する第1発電制御手段と、
を備え、
前記第1発電制御手段は、
ユーザ負荷電力を検出するユーザ負荷電力検出手段と、
該ユーザ負荷電力検出手段によって検出されたユーザ負荷電力に応じた前記燃料電池の発電出力を導出する発電出力導出手段と、
前記第1発電出力制限値導出手段によって導出された発電出力制限値が、前記発電出力導出手段によって導出された発電出力以上であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記発電出力制限値が前記発電出力未満であると判定された場合には、前記燃料電池の発電出力を前記発電出力制限値に制限するように制御する制限制御手段と、を備え、
前記第1マップまたは演算式は、貯湯水の温度毎の燃料電池の発電出力に対する当該燃料電池システムの必要冷却能力の相関関係を示す第2マップまたは演算式と、前記冷却手段の冷却能力と、に基づいて、前記貯湯水の各温度における前記冷却手段の冷却能力に相当する前記燃料電池の発電出力を導出することにより作成されることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2において、前記冷却手段の冷却能力は、前記第2マップまたは演算式による前記貯湯水の最高温度における前記燃料電池の発電出力に対する当該燃料電池システムの必要冷却能力の相関関係に基づいて、前記貯湯槽の湯満水時の前記燃料電池の最低発電出力に相当する当該燃料電池システムの必要冷却能力であることを特徴とする燃料電池システム。
- 燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、
貯湯水を貯湯する貯湯槽であって水が直接補給される密閉式である貯湯槽と、前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、を備え、
前記貯湯水循環回路上において前記燃料電池および改質器にて発生する排熱を回収して前記貯湯水を加熱する燃料電池システムにおいて、
前記貯湯水循環回路とは独立して設けられ、前記燃料電池から排出されるオフガスの排熱、前記改質器にて発生する排熱の少なくとも何れかの排熱と、前記燃料電池の発電で発生する排熱を回収した熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、
前記貯湯水と前記熱媒体との間で熱交換が行われる熱交換器と、
前記熱媒体循環回路上に設けられ、前記改質器および燃料電池の何れか一方を流通する高温かつ水蒸気を含んだ気体から熱量を回収して同水蒸気を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器が設けられている前記熱媒体循環回路上に設けられ、同熱媒体循環回路を循環する熱媒体を冷却する冷却手段と、を備え、
前記熱媒体循環回路上には、前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガスから水蒸気を凝縮する凝縮器が設けられ、
前記燃料電池の入口に流入する燃料ガスの温度または該燃料ガスの温度に相関するものの温度を検出する燃料ガス燃料電池入口温度検出手段と、
該燃料ガス燃料電池入口温度検出手段によって検出された温度と所定温度とを比較し、その比較結果に基づいて前記燃料電池の発電出力制限値を導出する第2発電出力制限値導出手段と、
該第2発電出力制限値導出手段によって導出された発電出力制限値に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御する第2発電制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項4において、前記第2発電出力制限値導出手段は、前記温度が前記所定温度より大きい場合には、前回の発電出力制限値から所定量だけ減算して今回の発電出力制限値を算出し、前記温度が前記所定温度より小さい場合には、前回の発電出力制限値から所定量だけ加算して今回の発電出力制限値を算出することを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項4または請求項5において、前記第2発電制御手段は、
ユーザ負荷電力を検出するユーザ負荷電力検出手段と、
該ユーザ負荷電力検出手段によって検出されたユーザ負荷電力に応じた前記燃料電池の発電出力を導出する発電出力導出手段と、
前記第2発電出力制限値導出手段によって導出された発電出力制限値が、前記発電出力導出手段によって導出された発電出力以上であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記発電出力制限値が前記発電出力未満であると判定された場合には、前記燃料電池の発電出力を前記発電出力制限値に制限するように制御する制限制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
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