JP6734206B2

JP6734206B2 - Fuel cell device, fuel cell system, and control device

Info

Publication number: JP6734206B2
Application number: JP2017007938A
Authority: JP
Inventors: 尚伸西海
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: JP2018116873A

Description

本発明は、燃料電池装置、燃料電池システム、および燃料電池装置を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device, a fuel cell system, and a control device that controls the fuel cell device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを備える燃料電池装置が提唱されている。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell device including a fuel cell that can obtain electric power by using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air) has been proposed.

このような、燃料電池装置では、発電を行う燃料電池から排気される高温の排ガスによって水道水等を加熱して湯水を生成し、給湯している。一方、水道水等によって排ガスが冷却されて水分が凝縮し、得られた凝縮水を改質反応等に再利用している。 In such a fuel cell device, tap water or the like is heated by hot exhaust gas discharged from a fuel cell that generates power to generate hot water, and hot water is supplied. On the other hand, the exhaust gas is cooled by tap water or the like to condense water, and the obtained condensed water is reused for reforming reaction and the like.

特許文献１記載のコンバインシステムは、エネルギー効率を向上させるために、凝縮水タンクの水位、給湯量、貯湯層の水温などを検出し、検出結果に基づいてシステムの動作を制御している。 In order to improve energy efficiency, the combine system described in Patent Document 1 detects the water level of the condensed water tank, the amount of hot water supplied, the water temperature of the hot water storage layer, and controls the operation of the system based on the detection result.

特開２００１−３２５９８２号公報JP 2001-325982 A

大規模な電力消費施設に複数の燃料電池装置を設置する場合は、要求される発電電力に対して、複数の燃料電池装置にそれぞれ発電電力を割り当てるように制御している。このような制御においてもエネルギー効率の向上が求められているが、単に均等割りなどの割り当てを行うと、熱媒体の冷却ユニットにおいて、熱媒体の凍結などが発生してしまう When a plurality of fuel cell devices are installed in a large-scale power consumption facility, the generated power is controlled so as to be allocated to the plurality of fuel cell devices with respect to the required generated power. Even in such control, improvement of energy efficiency is required, but if the allocation is simply made evenly, the heat medium is frozen in the heat medium cooling unit.

本実施形態に係る燃料電池装置は、燃料電池セルを含む燃料電池セルユニットと、他の燃料電池装置の周囲の温度を取得する温度取得ユニットと、生じた排ガスからの熱を受けた媒体を冷却する冷却ユニットを有する他の燃料電池装置の周囲温度が、所定の温度より低い場合、前記冷却ユニットが駆動しないように制御する、少なくとも１つのプロセッサと、を含む。 The fuel cell device according to the present embodiment includes a fuel cell unit including a fuel cell, a temperature acquisition unit that acquires the ambient temperature of another fuel cell device, and a medium that receives heat from the generated exhaust gas. If the ambient temperature of the other fuel cell device having a cooling unit is lower than a predetermined temperature, the cooling unit is controlled so as not to operate, and at least one processor is included.

本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池セルを含む燃料電池セルユニットと、周囲の温度を測定する温度検出ユニットと、生じた排ガスからの熱を受けた媒体を冷却する冷却ユニットと、を備える燃料電池装置の複数個と、複数個のうちのいずれかの燃料電池装置の周囲温度が、所定の温度より低い場合、当該燃料電池装置の前記冷却ユニットが駆動しないように制御する、少なくとも１つのプロセッサと、を含む。 The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell unit including a fuel cell, a temperature detection unit that measures the ambient temperature, and a cooling unit that cools the medium that receives heat from the generated exhaust gas. When the ambient temperature of the plurality of fuel cell devices provided and one of the plurality of fuel cell devices is lower than a predetermined temperature, the cooling unit of the fuel cell device is controlled so as not to be driven, at least 1. And one processor.

本実施形態に係る制御装置は、第１の燃料電池装置の周囲温度を取得する、温度取得ユニットと、生じた排ガスからの熱を受けた媒体を冷却する冷却ユニットを有する第１の燃料電池装置の周囲温度が、所定の温度よりも低い場合、前記冷却ユニットが駆動しないように制御する、少なくとも１つのプロセッサと、を含む。 The control device according to the present embodiment includes a temperature acquisition unit that acquires the ambient temperature of the first fuel cell device, and a first fuel cell device that includes a cooling unit that cools a medium that receives heat from the generated exhaust gas. At least one processor that controls the cooling unit not to operate if the ambient temperature of the is lower than a predetermined temperature.

本実施形態に係る燃料電池装置は、他の燃料電池装置の周囲の温度が低い場合に、他の燃料電池装置の冷却ユニットを駆動しないように制御することで、他の燃料電池装置の熱媒体の凍結を抑制することができる。 The fuel cell device according to the present embodiment controls the cooling unit of another fuel cell device so as not to be driven when the temperature around the other fuel cell device is low, so that the heat medium of the other fuel cell device is not heated. Can be suppressed.

本実施形態に係る燃料電池システムは、複数個の燃料電池装置のうちの他の燃料電池装置の周囲の温度が低い場合に、他の燃料電池装置の冷却ユニットを駆動しないように制御することで、他の燃料電池装置の熱媒体の凍結を抑制することができる。 The fuel cell system according to the present embodiment controls the cooling unit of another fuel cell device so as not to be driven when the ambient temperature of the other fuel cell device among the plurality of fuel cell devices is low. It is possible to suppress freezing of the heat medium of other fuel cell devices.

本実施形態に係る制御装置は、周囲の温度が低い燃料電池装置に対して冷却ユニットを駆動しないように制御することで、燃料電池装置の熱媒体の凍結を抑制することができる。 The control device according to the present embodiment can prevent freezing of the heat medium of the fuel cell device by controlling the fuel cell device having a low ambient temperature so as not to drive the cooling unit.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of the fuel cell system concerning this embodiment. 燃料電池装置の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of a fuel cell apparatus. システム制御装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of a system control device. 発電電力と排ガス温度との関係を示すグラフの一例である。It is an example of a graph showing the relationship between the generated power and the exhaust gas temperature. 発電電力と排ガス温度との関係および発電電力と循環水温度との関係を示すグラフの一例である。It is an example of a graph showing the relationship between the generated power and the exhaust gas temperature and the relationship between the generated power and the circulating water temperature. 燃料電池システムの制御を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for explaining control of the fuel cell system. 変形例の燃料電池システムの制御を説明するためのフローチャートである。9 is a flowchart for explaining control of a fuel cell system of a modified example. 他の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on other embodiment.

図１は、燃料電池システムの構成を示すブロック図であり、図２は、燃料電池装置の機能を示すブロック図である。燃料電池システムＳは、複数の燃料電池装置１，２，…Ｎおよびシステム制御装置１００を含んでいる。複数の燃料電池装置１，２，…Ｎのそれぞれは、システム制御装置１００とデータ通信可能に接続されている。接続方法は、無線通信接続であってもよく、有線通信接続であってもよい。また、全ての燃料電池装置１，２，…Ｎが、同じ接続方法であってもよく、燃料電池装置ごとに、接続方法が異なっていてもよい。燃料電池システムＳの各燃料電池装置には、各燃料電池装置によって発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電力を統合して外部負荷２００への供給量を調整するためのパワーコンディショナ１０１が接続されている。パワーコンディショナ１０１は、システム制御装置１００とも接続されており、システム制御装置１００は、外部負荷２００への電力供給量に関連する情報を、パワーコンディショナ１０１から取得することができる。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system, and FIG. 2 is a block diagram showing the function of the fuel cell device. The fuel cell system S includes a plurality of fuel cell devices 1, 2,... N and a system control device 100. Each of the plurality of fuel cell devices 1, 2,... N is connected to the system control device 100 so as to be capable of data communication. The connection method may be wireless communication connection or wired communication connection. Further, all the fuel cell devices 1, 2,... N may have the same connection method, or the connection method may differ for each fuel cell device. Each fuel cell device of the fuel cell system S has a power for converting DC power generated by each fuel cell device into AC power, integrating the converted power, and adjusting a supply amount to the external load 200. The conditioner 101 is connected. The power conditioner 101 is also connected to the system control device 100, and the system control device 100 can acquire information related to the amount of power supplied to the external load 200 from the power conditioner 101.

各燃料電池装置は、同じ構成であるので、以下では、燃料電池装置１，２，…Ｎのうち、燃料電池装置１についてのみ説明し、燃料電池装置２，…Ｎについての説明は省略する。燃料電池装置１は、燃料電池本体３１と給湯装置５０とを含んでいるが、燃料電池装置は給湯装置を含まなくてもよい。 Since each fuel cell device has the same configuration, only the fuel cell device 1 of the fuel cell devices 1, 2,... N will be described below, and the description of the fuel cell devices 2,... N will be omitted. Although the fuel cell device 1 includes the fuel cell main body 31 and the hot water supply device 50, the fuel cell device may not include the hot water supply device.

燃料電池本体３１は、燃料電池セル３４および改質器３５を有する燃料電池セルユニット３６と、都市ガス等の原燃料を燃料電池セルユニット３６に供給する原燃料供給装置３２と、空気等の酸素含有ガスを燃料電池セルユニット３６に供給するための酸素含有ガス供給装置３３と、を備えている。また、図示していないが、燃料電池セル３４と改質器３５との間の空間には、燃料電池セル３４の発電に使用されなかった余剰の燃料ガスを燃焼させるための着火装置が配置された燃焼部を設けるほか、燃焼後の排ガスや燃料電池セル３４から排出される発電に使用されなかった排ガスを浄化するための浄化装置を設けることができる。なお、燃料電池セル３４としては、固体酸化物形の燃料電池セルを組み合わせてなる燃料電池セル３４とすることができるが、固体酸化物形に限定されない。 The fuel cell main body 31 includes a fuel cell unit 36 having a fuel cell 34 and a reformer 35, a raw fuel supply device 32 for supplying a raw fuel such as city gas to the fuel cell unit 36, and oxygen such as air. And an oxygen-containing gas supply device 33 for supplying the contained gas to the fuel cell unit 36. Although not shown, an ignition device for burning excess fuel gas that has not been used for power generation of the fuel cell 34 is arranged in the space between the fuel cell 34 and the reformer 35. In addition to providing the combustion unit, it is possible to provide a purifying device for purifying the exhaust gas after combustion and the exhaust gas discharged from the fuel cell unit 34 and not used for power generation. The fuel battery cell 34 may be a fuel battery cell 34 that is a combination of solid oxide fuel battery cells, but is not limited to a solid oxide battery.

また、図２に示す燃料電池本体３１においては、燃料電池セル３４の発電により生じた排ガスと熱交換のための媒体である熱媒水との間で熱交換を行なう熱交換器３７（熱交換ユニット）を備えている。熱交換器３７において、熱媒水は、排ガスからの熱を受けて温度が上昇する。さらに、熱交換器３７において熱媒水により排ガスが冷却されて生成した凝縮水を純水に処理するための水処理装置３８、水処理装置３８にて処理された水（純水）を貯水するための凝縮水タンク３９が設けられており、凝縮水タンク３９と熱交換器３７との間が凝縮水導水管４０により接続されている。なお、水処理装置３８としては、例えばイオン交換樹脂を備えるイオン交換樹脂装置を用いることができる。図２に示す給湯装置５０においては、熱媒水を蓄える蓄熱タンク５１と、熱交換器３７と蓄熱タンク５１との間で熱媒水が循環する循環流路である循環部１３と、蓄熱タンク５１に接続されて水道水が供給される入水管５２と、蓄熱タンク５１に接続されて蓄熱タンク５１に貯留された湯水を出湯する出湯管５３と、を備えている。 Further, in the fuel cell main body 31 shown in FIG. 2, a heat exchanger 37 (heat exchange) for exchanging heat between the exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell 34 and the heat transfer water which is a medium for heat exchange. Unit). In the heat exchanger 37, the heat transfer water receives heat from the exhaust gas and its temperature rises. Further, a water treatment device 38 for treating the condensed water generated by cooling the exhaust gas with the heat transfer water in the heat exchanger 37 into pure water, and water (pure water) treated by the water treatment device 38 is stored. A condensed water tank 39 is provided for this purpose, and the condensed water tank 39 and the heat exchanger 37 are connected by a condensed water conduit 40. As the water treatment device 38, for example, an ion exchange resin device including an ion exchange resin can be used. In the hot water supply device 50 shown in FIG. 2, a heat storage tank 51 that stores the heat transfer water, a circulation unit 13 that is a circulation flow path for circulating the heat transfer water between the heat exchanger 37 and the heat storage tank 51, and the heat storage tank A water inlet pipe 52 connected to 51 for supplying tap water, and a hot water outlet pipe 53 connected to the heat storage tank 51 for tapping hot water stored in the heat storage tank 51 are provided.

凝縮水タンク３９に貯水された水は、凝縮水タンク３９と改質器３５とを接続する改質水供給管４１に備えられた水ポンプ４２により改質器３５に供給される。図２に示す燃料電池本体３１には、燃料電池装置１が備える各種機器の動作を制御するＦＣ制御部４３が設けられている。 The water stored in the condensed water tank 39 is supplied to the reformer 35 by a water pump 42 provided in a reformed water supply pipe 41 that connects the condensed water tank 39 and the reformer 35. The fuel cell main body 31 shown in FIG. 2 is provided with an FC controller 43 that controls the operation of various devices included in the fuel cell device 1.

さらに、燃料電池本体３１においては、循環部１３に設けられるラジエータ４５と、循環ポンプ４６と、入口温度センサ４７（循環温度取得ユニット）と、出口温度センサ４８と、を備えている。ラジエータ４５は、熱交換器３７に流入する熱媒水を冷却する冷却ユニットである。循環ポンプ４６は、ラジエータ４５と熱交換器３７との間に配設され、熱媒水を、蓄熱タンク５１、ラジエータ４５および熱交換器３７をこの順に循環させる調節ユニットである。さらに、入口温度センサ４７は、循環部１３の熱交換器３７の入口側に、熱交換器３７に流入する熱媒水の温度（循環温度）を測定するために設けられており、出口温度センサ４８は、熱交換器３７の出口側に、熱交換器３７より流出する熱媒水の温度を測定するために設けられている。 Further, the fuel cell main body 31 includes a radiator 45 provided in the circulation unit 13, a circulation pump 46, an inlet temperature sensor 47 (circulation temperature acquisition unit), and an outlet temperature sensor 48. The radiator 45 is a cooling unit that cools the heat transfer water flowing into the heat exchanger 37. The circulation pump 46 is a control unit which is disposed between the radiator 45 and the heat exchanger 37 and circulates the heat transfer water through the heat storage tank 51, the radiator 45 and the heat exchanger 37 in this order. Further, the inlet temperature sensor 47 is provided on the inlet side of the heat exchanger 37 of the circulation unit 13 for measuring the temperature (circulation temperature) of the heat transfer water flowing into the heat exchanger 37, and the outlet temperature sensor 47 is provided. 48 is provided on the outlet side of the heat exchanger 37 for measuring the temperature of the heat transfer water flowing out from the heat exchanger 37.

ＦＣ制御部４３は、システム制御装置１００から通知される発電電力に応じて、原燃料供給装置３２、酸素含有ガス供給装置３３、水ポンプ４２の各装置の動作を制御するほか、入口温度センサ４７、出口温度センサ４８により測定された温度情報に基づいて、ラジエータ４５の動作、循環ポンプ４６の動作を制御する。なお、ＦＣ制御部４３は、マイクロコンピュータを有しており、入出力インターフェイス、少なくとも１つのプロセッサであるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ‐ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ‐ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）を備えている。なお、ＣＰＵは、燃料電池装置１の運転処理を実施するものであり、ＲＯＭは動作制御プログラム、通信プログラムなどの各種プログラムおよびプログラム実行時に参照される閾値（基準値）を記憶するものであり、ＲＡＭはプログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものである。 The FC control unit 43 controls the operations of the raw fuel supply device 32, the oxygen-containing gas supply device 33, and the water pump 42 according to the generated power notified from the system control device 100, and also the inlet temperature sensor 47. The operation of the radiator 45 and the operation of the circulation pump 46 are controlled based on the temperature information measured by the outlet temperature sensor 48. The FC control unit 43 has a microcomputer, and includes an input/output interface, at least one processor such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random-Access Memory), and a ROM (Read-Only Memory). ing. The CPU executes the operation processing of the fuel cell device 1, and the ROM stores various programs such as an operation control program and a communication program and a threshold value (reference value) referred to when the program is executed. The RAM temporarily stores variables necessary for executing the program.

ＦＣ制御部４３は、さらにシステム制御装置１００とデータ通信可能に構成されている。データ通信に用いられる通信方式は、どのようなものであってもよい。 The FC control unit 43 is further configured to be capable of data communication with the system control device 100. Any communication method may be used for data communication.

ここで、燃料電池装置１の運転方法について説明する。燃料電池装置を運転させるにあたり、システム制御装置１００から、燃料電池装置ごとに発電量が通知される。ＦＣ制御部４３は、システム制御装置１００から通知された発電量に応じて、自装置の運転条件を決定する。 Here, a method of operating the fuel cell device 1 will be described. When operating the fuel cell device, the system control device 100 notifies the power generation amount for each fuel cell device. The FC control unit 43 determines the operating conditions of its own device according to the power generation amount notified from the system control device 100.

燃料電池セル３４の発電に必要な燃料ガスを生成するにあたり、ＦＣ制御部４３は原燃料供給装置３２、水ポンプ４２を動作させる。それにより、改質器３５に原燃料（天然ガス、灯油等）と水とが供給され、改質器３５で水蒸気改質を行なうことにより、水素を含む改質燃料ガスが生成されて燃料電池セルの燃料極層側に供給される。 When generating the fuel gas required for power generation of the fuel cell unit 34, the FC control unit 43 operates the raw fuel supply device 32 and the water pump 42. As a result, the raw fuel (natural gas, kerosene, etc.) and water are supplied to the reformer 35, and steam reforming is performed in the reformer 35, whereby reformed fuel gas containing hydrogen is generated and the fuel cell is produced. It is supplied to the fuel electrode layer side of the cell.

一方、ＦＣ制御部４３は酸素含有ガス供給装置３３を動作させることにより、燃料電池セルの酸素極層側に酸素含有ガス（空気）を供給する。 On the other hand, the FC controller 43 operates the oxygen-containing gas supply device 33 to supply the oxygen-containing gas (air) to the oxygen electrode layer side of the fuel cell.

なお、ＦＣ制御部４３は燃料電池セルユニット３６において着火装置を作動させることにより、燃料電池セル３４の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることができる。それにより、燃料電池セルユニット３６の温度（燃料電池セル３４や改質器３５の温度）が上昇し、エネルギー効率のよい発電を行なうことができる。 The FC control unit 43 can burn the fuel gas not used for power generation of the fuel cell unit 34 by operating the ignition device in the fuel cell unit 36. As a result, the temperature of the fuel cell unit 36 (the temperature of the fuel cell 34 and the reformer 35) rises, and energy-efficient power generation can be performed.

燃料電池セル３４の発電に伴って生じた排ガスは、浄化装置にて浄化された後、熱交換器３７に供給され、循環部１３を流れる熱媒水との間で熱交換される。熱交換器３７での熱交換により燃料電池セルユニット３６より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水導水管４０を介して、水処理装置３８に供給される。凝縮水は、水処理装置３８にて純水とされて、凝縮水タンク３９に貯水される。凝縮水タンク３９に貯水された水は、水ポンプ４２により改質水供給管４１を介して改質器３５に供給される。このように、凝縮水を有効利用することにより、水自立運転を行なうことができる。 The exhaust gas generated by the power generation of the fuel cell unit 34 is purified by the purifying device and then supplied to the heat exchanger 37, where heat is exchanged with the heat transfer water flowing through the circulation unit 13. Water contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell unit 36 becomes condensed water by heat exchange in the heat exchanger 37, and is supplied to the water treatment device 38 via the condensed water conduit 40. The condensed water is made into pure water by the water treatment device 38 and stored in the condensed water tank 39. The water stored in the condensed water tank 39 is supplied to the reformer 35 by the water pump 42 via the reforming water supply pipe 41. In this way, the water self-sustaining operation can be performed by effectively utilizing the condensed water.

給湯装置５０では、入口温度センサ４７、出口温度センサ４８により測定された温度情報に基づいてＦＣ制御部４３が、循環ポンプ４６を制御し、循環部１３を流れる循環水の流量を制御している。給湯に使用されるなどして蓄熱タンク５１に蓄えられた給湯用の熱媒水の温度が低下すると、入口温度センサ４７で測定された温度に基づいて、循環水を加熱するために、熱交換器３７における熱交換効率を上げるべく、循環水の流量を減少させる。熱交換器３７に流入する前の循環水である熱交換前媒体の温度が、予め定める基準液温よりも高いときには、熱交換器３７において排ガス中水分が凝縮しない場合があるので、ラジエータ４５を動作させ、冷却された循環水を熱交換器３７に流入させる。 In the water heater 50, the FC control unit 43 controls the circulation pump 46 based on the temperature information measured by the inlet temperature sensor 47 and the outlet temperature sensor 48 to control the flow rate of the circulating water flowing through the circulating unit 13. .. When the temperature of the heat transfer water stored in the heat storage tank 51 decreases, such as when it is used for hot water supply, based on the temperature measured by the inlet temperature sensor 47, heat exchange is performed to heat the circulating water. In order to increase the heat exchange efficiency in the vessel 37, the flow rate of circulating water is reduced. When the temperature of the medium before heat exchange, which is the circulating water before flowing into the heat exchanger 37, is higher than the predetermined reference liquid temperature, the moisture in the exhaust gas may not be condensed in the heat exchanger 37. The circulating water that is operated and cooled is flowed into the heat exchanger 37.

なお、上述の例においては熱交換器３７にて生成される凝縮水のみを改質器３５に供給する構成の燃料電池装置１について説明したが、改質器３５に供給する水として水道水を利用することもできる。この場合、水道水に含まれる不純物を処理するための水処理装置として、例えば、活性炭フィルター、逆浸透膜装置、イオン交換樹脂装置等を、この順に接続することで、純水を効率よく精製することができる。なお、水道水を用いる場合においても、水処理装置３８にて生成した純水が、凝縮水タンク３９に貯水されるよう各装置を接続する。 In addition, in the above-mentioned example, the fuel cell device 1 configured to supply only the condensed water generated in the heat exchanger 37 to the reformer 35 has been described, but tap water is supplied to the reformer 35. It can also be used. In this case, as a water treatment device for treating impurities contained in tap water, for example, an activated carbon filter, a reverse osmosis membrane device, an ion exchange resin device, etc. are connected in this order to efficiently purify pure water. be able to. Even when tap water is used, each device is connected so that the pure water generated in the water treatment device 38 is stored in the condensed water tank 39.

本実施形態の燃料電池装置１は、燃料電池装置１が設置されている周囲温度を検出する温度検出ユニットである温度センサ４４をさらに備えている。温度センサ４４は、燃料電池装置１の周囲の雰囲気温度を検出可能に設けられている。温度センサ４４は、検出結果をＦＣ制御部４３に出力可能に構成されていればよい。温度センサ４４は、特にラジエータ４５により近い位置で周囲温度を測定可能であればよい。ＦＣ制御部４３に入力された検出結果である周囲温度は、ＦＣ制御部４３からシステム制御装置１００に送信される。 The fuel cell device 1 of the present embodiment further includes a temperature sensor 44 that is a temperature detection unit that detects the ambient temperature in which the fuel cell device 1 is installed. The temperature sensor 44 is provided so as to detect the ambient temperature around the fuel cell device 1. The temperature sensor 44 may be configured to be able to output the detection result to the FC control unit 43. The temperature sensor 44 is only required to be able to measure the ambient temperature at a position closer to the radiator 45. The ambient temperature, which is the detection result input to the FC controller 43, is transmitted from the FC controller 43 to the system controller 100.

システム制御装置１００は、以下にさらに詳細に述べられるように、種々の機能を実行するための制御および処理能力を提供するために、少なくとも１つのプロセッサ１１０を含む。種々の実施形態によれば、少なくとも１つのプロセッサ１１０は、単一の集積回路（ＩＣ）として、又は複数の通信可能に接続された集積回路及び／又はディスクリート回路（discrete circuits）として実行されてもよい。少なくとも１つのプロセッサ１１０は、種々の既知の技術に従って実行されることが可能である。ある実施形態において、プロセッサ１１０は、１以上のデータ計算手続又は処理を実行するために構成された１以上の回路又はユニットを含む。例えば、プロセッサ１１０は、１以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ASIC）、デジタル信号処理装置、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらのデバイス若しくは構成の任意の組み合わせ、又は他の既知のデバイスおよび構成の組み合わせを含み、以下に説明される機能を実行してもよい。 The system controller 100 includes at least one processor 110 to provide control and processing power to perform various functions, as described in further detail below. According to various embodiments, at least one processor 110 may be implemented as a single integrated circuit (IC), or as multiple communicatively connected integrated circuits and/or discrete circuits. Good. At least one processor 110 can be implemented according to various known techniques. In some embodiments, processor 110 includes one or more circuits or units configured to carry out one or more data calculation procedures or processes. For example, processor 110 may include one or more processors, controllers, microprocessors, microcontrollers, application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors, programmable logic devices, field programmable gate arrays, or any of these devices or configurations. Or other known device and configuration combinations to perform the functions described below.

システム制御装置１００は、図３のブロック図に示すように、ＣＰＵ１１０、ＲＡＭ１１１、ＲＯＭ１１２および通信インターフェイス１１３を備える。ＣＰＵ１１０は、各燃料電池装置の動作制御を実施するものであり、ＲＯＭは動作制御プログラム、通信プログラムなどの各種プログラムおよびプログラム実行時に参照される閾値（基準値）を記憶する記憶ユニットであり、ＲＡＭはプログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものである。システム制御装置１００は、例えば、汎用のパーソナルコンピュータまたはサーバコンピュータなどの情報処理装置で実現されてもよい。温度取得ユニットである通信インターフェイス１１３を介してシステム制御装置１００は、燃料電池装置１〜Ｎとデータ通信を行い、少なくとも各燃料電池装置からは、温度センサ４４で検出された周囲温度を取得し、各燃料電池装置に対しては、燃料電池装置ごとに出力すべき発電電力を通知することで各燃料電池装置の動作を制御する。なお、システム制御装置１００は、周囲温度以外に各燃料電池装置から装置動作に関連する各種情報を取得してもよい。 As shown in the block diagram of FIG. 3, the system control device 100 includes a CPU 110, a RAM 111, a ROM 112, and a communication interface 113. The CPU 110 controls the operation of each fuel cell device, and the ROM is a storage unit that stores various programs such as an operation control program and a communication program and a threshold value (reference value) referred to when the program is executed. Is a temporary storage for variables required for program execution. The system control device 100 may be realized by an information processing device such as a general-purpose personal computer or a server computer. The system control device 100 performs data communication with the fuel cell devices 1 to N via the communication interface 113, which is a temperature acquisition unit, acquires the ambient temperature detected by the temperature sensor 44 from at least each fuel cell device, The operation of each fuel cell device is controlled by notifying each fuel cell device of the generated power to be output for each fuel cell device. In addition to the ambient temperature, the system control device 100 may acquire various information related to device operation from each fuel cell device.

システム制御装置１００は、通信インターフェイス１１３を介してパワーコンディショナ１０１ともデータ通信を行い、外部負荷２００に供給すべき電力（供給電力）を取得する。システム制御装置１００は、取得した供給電力および予め定める割り当て条件に基づいて、各燃料電池装置に設定すべき発電電力を決定し、決定した発電電力を各燃料電池装置に対して通知する。通知を受けた各燃料電池装置は、通知された発電電力を出力できるように、ＦＣ制御部４３が燃料電池装置の動作を制御する。以下では、予め定める割り当て条件について説明する。 The system control device 100 also performs data communication with the power conditioner 101 via the communication interface 113 to acquire the power (supply power) to be supplied to the external load 200. The system control device 100 determines the generated power to be set in each fuel cell device based on the acquired supply power and the predetermined allocation condition, and notifies the determined generated power to each fuel cell device. In each of the fuel cell devices that have received the notification, the FC control unit 43 controls the operation of the fuel cell device so that the notified generated power can be output. Below, the predetermined allocation conditions will be described.

例えば、従来では、各燃料電池装置に対して、発電電力を均等に割り当てるという割り当て条件を用いている。これは、供給電力をＡとし、燃料電池装置の台数をＮとしたとき、各燃料電池装置に設定すべき発電電力を、一律にＡ／Ｎに決定する。しかしながら、各燃料電池装置が設置される環境は全て同一とは限らない。例えば、燃料電池装置の中には、周囲温度が比較的低い第１の燃料電池装置と比較的高い第２の燃料電池装置とが存在する。 For example, conventionally, the allocation condition that the generated power is evenly allocated to each fuel cell device is used. When the supplied power is A and the number of fuel cell devices is N, the generated power to be set in each fuel cell device is uniformly determined as A/N. However, the environment in which each fuel cell device is installed is not always the same. For example, among fuel cell devices, there are a first fuel cell device having a relatively low ambient temperature and a second fuel cell device having a relatively high ambient temperature.

燃料電池装置１は、発電電力が多いほど、排ガスの温度が高くなり、熱交換器３７に流入する循環水の温度が高くなるので、水自立運転を行うために、前述のようにラジエータ４５を駆動させて循環水の温度を低下させている。燃料電池装置１が設置されている環境によっては、該装置の周囲温度が予め定める基準温度よりも低いような低温環境となる場合もある。この場合にラジエータ４５が駆動すると、循環水が過剰に冷却され、ラジエータ４５内で循環水が凍結する場合がある。凍結が生じないようにするために、例えば、周囲温度が低い燃料電池装置（低温装置）については、設定する発電電力を、他の燃料電池装置よりも小さくして、熱交換前の循環水の温度を低くし、ラジエータ４５が駆動しないように制御する。割り当て条件としては、例えば、低温装置の発電電力を、ラジエータ４５が駆動しない程度の低発電電力とし、外部負荷２００への供給電力から低発電電力を除いた残余の電力を、低温装置以外の他の燃料電池装置に均等に割り当てて各燃料電池装置に設定する発電電力を決定する。または、低温装置以外の他の燃料電池装置の発電電力を、最大の発電電力とし（例えば３ｋＷ）、外部負荷２００への供給電力から（最大の発電電力×最大の発電電力で発電する他の燃料電池装置の台数）を除いた残余の発電電力が、低発電電力の範囲内であれば、低温装置の発電電力として決定する。これにより、外部負荷２００への供給電力を確保できるとともに、ラジエータ４５駆動による循環水の凍結を抑制することができる。 In the fuel cell device 1, since the temperature of the exhaust gas becomes higher and the temperature of the circulating water flowing into the heat exchanger 37 becomes higher as the generated electric power increases, the radiator 45 as described above is used to perform the water self-sustaining operation. It is driven to lower the temperature of the circulating water. Depending on the environment in which the fuel cell device 1 is installed, there may be a low temperature environment in which the ambient temperature of the device is lower than a predetermined reference temperature. In this case, when the radiator 45 is driven, the circulating water may be excessively cooled, and the circulating water may be frozen in the radiator 45. In order to prevent freezing, for example, for a fuel cell device (low temperature device) having a low ambient temperature, the power generation power to be set is set smaller than that of other fuel cell devices, and circulating water before heat exchange is set. The temperature is lowered and the radiator 45 is controlled so as not to be driven. As the allocation condition, for example, the generated power of the low-temperature device is set to low generated power that does not drive the radiator 45, and the remaining power obtained by removing the low-generated power from the power supplied to the external load 200 is set to a value other than the low-temperature device. The fuel cell devices are evenly allocated to determine the generated power to be set in each fuel cell device. Alternatively, the generated electric power of the fuel cell device other than the low temperature device is set to the maximum generated electric power (for example, 3 kW), and the other electric power is generated from the electric power supplied to the external load 200 (the maximum generated electric power×the maximum generated electric power). If the remaining generated power excluding the number of battery devices) is within the low generated power range, it is determined as the generated power of the low temperature device. As a result, the power supplied to the external load 200 can be secured, and freezing of the circulating water due to the driving of the radiator 45 can be suppressed.

このような制御は、例えば、予め発電電力と排ガス温度との関係を示すグラフまたはテーブル（対応表）などをＲＯＭ１１２に記憶させておき、これを参照することで容易に可能となる。図４は、発電電力と排ガス温度との関係を示すグラフの一例である。図４に示す例によれば、燃料電池装置の発電電力が０．５〜２．０ｋｗの範囲内では、排ガス温度が比較的低温となり、ラジエータ４５を駆動しないようにすることができる。低温装置に対しては、発電電力を０．５〜２．０ｋｗの範囲内に決定すれば、低温装置ではラジエータ４５が駆動しないので、循環水の凍結を抑制することができる。本例では、３台の燃料電池装置１〜３を制御し、そのうちの燃料電池装置３が低温装置であり、外部負荷２００への供給電力が７．２ｋｗの場合を示している。低温装置ではない燃料電池装置１，２については、最大の発電電力である３ｋｗとし、低温装置については、０．５〜２．０ｋｗの範囲内である１．２ｋｗ（＝７．２−３×２）とする。これにより、低温装置の燃料電池装置３は、ラジエータ４５を駆動しないように制御することで、循環水の凍結を抑制し、外部負荷２００への供給電力を満足することができる。従来のように、７．２ｋｗを３台の燃料電池装置で均等割りした場合、それぞれの発電電力が２．４ｋｗとなり、低温装置である燃料電池装置３において、ラジエータ４５が駆動し、循環水が凍結してしまう可能性が高い。 Such control can be easily performed by, for example, storing a graph or a table (correspondence table) indicating the relationship between the generated power and the exhaust gas temperature in the ROM 112 in advance and referring to the graph. FIG. 4 is an example of a graph showing the relationship between generated power and exhaust gas temperature. According to the example shown in FIG. 4, when the generated power of the fuel cell device is in the range of 0.5 to 2.0 kw, the exhaust gas temperature becomes relatively low, and the radiator 45 can be prevented from being driven. For the low temperature device, if the generated power is determined to be within the range of 0.5 to 2.0 kw, the radiator 45 is not driven in the low temperature device, so that the freezing of the circulating water can be suppressed. In this example, three fuel cell devices 1 to 3 are controlled, and the fuel cell device 3 among them is a low-temperature device, and the power supplied to the external load 200 is 7.2 kw. For the fuel cell devices 1 and 2 that are not low-temperature devices, the maximum generated power is 3 kW, and for the low-temperature devices, 1.2 kw (=7.2-3×), which is within the range of 0.5 to 2.0 kw. 2). As a result, the fuel cell device 3 of the low-temperature device can suppress freezing of the circulating water and satisfy the power supplied to the external load 200 by controlling the radiator 45 so as not to be driven. As in the conventional case, when 7.2 kw is equally divided by the three fuel cell devices, the generated power of each is 2.4 kw, and in the fuel cell device 3 which is a low temperature device, the radiator 45 is driven and circulating water is generated. It is likely to freeze.

なお、発電電力と排ガス温度との関係は、燃料電池装置の構成、仕様などによって異なるので、予め実験などによりグラフまたはテーブルなどを作成しておき、ＲＯＭ１１２に記憶させておけばよい。 Note that the relationship between the generated power and the exhaust gas temperature differs depending on the configuration, specifications, etc. of the fuel cell device, so graphs or tables may be created in advance by experiments or the like and stored in the ROM 112.

上記の制御は、外部負荷２００への供給電力が比較的小さい場合、すなわち、供給電力が予め定める基準電力以下である場合の制御である。この場合には、燃料電池システムＳにおいて、上記のような割り当て条件で動作させることができる。これに対して、外部負荷２００への供給電力が比較的大きい場合、すなわち、供給電力が予め定める基準電力よりも大きい場合には、燃料電池システムＳにおいて、供給電力の確保と循環水の凍結抑制とを両立することが難しい。 The above control is control when the power supplied to the external load 200 is relatively small, that is, when the power supplied is equal to or lower than a predetermined reference power. In this case, the fuel cell system S can be operated under the above allocation conditions. On the other hand, when the power supplied to the external load 200 is relatively large, that is, when the power supplied is larger than the predetermined reference power, the fuel cell system S secures the supplied power and suppresses the freezing of circulating water. It is difficult to achieve both.

そこで、供給電力が比較的大きい場合には、低温装置の発電電力を、ラジエータ４５が駆動しない程度の低発電電力（第１低電力）よりも大きい低発電電力（第２低電力）とする。ただし、このままでは、低温装置において、ラジエータ４５が駆動して循環水の凍結が生じてしまう可能性があるので、第２発電電力で通常設定されている循環ポンプの制御の値よりも回転数を増やすなどして循環水の流量を大きくしてもよい。また、循環水の流量を低温装置以外の燃料電池装置の循環水の流量よりも大きくしてもよい。循環水の流量を大きくすることで、熱交換器３７内に循環水が滞留する時間が短縮され、熱交換効率が低下する。熱交換効率が低下すると循環水の温度が上昇しにくくなるので、発電電力を第２低電力に設定しても、循環水の凍結を抑制することができる。 Therefore, when the supplied power is relatively large, the power generated by the low-temperature device is set to low generated power (second low power) that is larger than low generated power (first low power) that does not drive the radiator 45. However, if left as it is, the radiator 45 may be driven to freeze the circulating water in the low temperature device. Therefore, the rotation speed is set to be higher than the value of the control of the circulation pump that is normally set by the second generated power. The flow rate of the circulating water may be increased by increasing the flow rate. Further, the flow rate of the circulating water may be larger than the flow rate of the circulating water of the fuel cell device other than the low temperature device. By increasing the flow rate of the circulating water, the time during which the circulating water stays in the heat exchanger 37 is shortened, and the heat exchange efficiency is reduced. When the heat exchange efficiency is reduced, the temperature of the circulating water is less likely to rise, and therefore even if the generated power is set to the second low power, the freezing of the circulating water can be suppressed.

このような制御は、例えば、予め発電電力と排ガス温度との関係および発電電力と循環水温度との関係を示すグラフまたはテーブル（対応表）などをＲＯＭ１１２に記憶させておき、これを参照することで容易に可能となる。図５は、発電電力と排ガス温度との関係および発電電力と循環水温度との関係を示すグラフの一例である。図５に示す例によれば、通常時の循環水温度に比べて、流量を増加させたときの循環水温度は、低く抑えられており、ラジエータ４５を駆動しないようにすることができる。低温装置に対しては、発電電力を０．５〜２．０ｋｗの範囲内に決定すれば、低温装置ではラジエータ４５が駆動しないので、循環水の凍結を抑制することができる。 For such control, for example, a graph or a table (correspondence table) showing the relationship between the generated power and the exhaust gas temperature and the relationship between the generated power and the circulating water temperature is stored in the ROM 112 in advance, and the control can be referred to. It is easily possible with. FIG. 5 is an example of a graph showing the relationship between the generated power and the exhaust gas temperature and the relationship between the generated power and the circulating water temperature. According to the example shown in FIG. 5, the circulating water temperature when the flow rate is increased is kept low compared to the circulating water temperature at the normal time, and it is possible to prevent the radiator 45 from being driven. For the low temperature device, if the generated power is determined to be within the range of 0.5 to 2.0 kw, the radiator 45 is not driven in the low temperature device, so that the freezing of the circulating water can be suppressed.

本例では、３台の燃料電池装置１〜３を制御し、そのうちの燃料電池装置３が低温装置であり、外部負荷２００への供給電力が８．４ｋｗの場合を示している。供給電力の基準電力は、例えば７．９ｋｗであり、本例は、基準電力を超えている。低温装置ではない燃料電池装置１，２については、最大の発電電力である３ｋｗとし、低温装置については、０．５〜２．０ｋｗの範囲内である１．９ｋｗとする。これにより、低温装置の燃料電池装置３は、ラジエータ４５を駆動しないように制御することで、循環水の凍結を抑制し、外部負荷２００への実際の供給可能な電力を、３＋３＋１．９＝７．９ｋｗとし、供給電力にできるだけ近い電力とする。 In this example, three fuel cell devices 1 to 3 are controlled, the fuel cell device 3 among them is a low temperature device, and the power supplied to the external load 200 is 8.4 kw. The reference power of the supplied power is, for example, 7.9 kw, and this example exceeds the reference power. For the fuel cell devices 1 and 2 that are not low-temperature devices, the maximum generated power is 3 kw, and for the low-temperature devices, it is 1.9 kw, which is within the range of 0.5 to 2.0 kw. As a result, the fuel cell device 3 of the low-temperature device controls the radiator 45 not to be driven, thereby suppressing the freezing of the circulating water and reducing the actual power that can be supplied to the external load 200 to 3+3+1.9=7. The electric power is set to be as close as possible to the supplied electric power.

従来のように、８．４ｋｗを３台の燃料電池装置で均等割りした場合、それぞれの発電電力が２．８ｋｗとなり、供給電力は満足するが、低温装置である燃料電池装置３において、ラジエータ４５が駆動し、循環水が凍結してしまう可能性が高い。 When the 8.4 kW is equally divided by the three fuel cell devices as in the conventional case, the generated power of each is 2.8 kW and the supplied power is satisfied, but in the fuel cell device 3 which is the low temperature device, the radiator 45 is used. There is a high possibility that the circulating water will freeze and the circulating water will freeze.

図６は、燃料電池システムの制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１において、システム制御装置１００は、燃料電池装置１〜Ｎにおいて検出された周囲温度を各燃料電池装置から取得する。燃料電池装置１〜Ｎは、システム制御装置１００からの要求に応じて温度センサ４４で周囲温度を検出し、検出結果をＦＣ制御部４３からシステム制御装置１００に送信してもよい。または、燃料電池装置１〜Ｎは、予め定めるタイミング（一定時間間隔、定時刻など）で、温度センサ４４で周囲温度を検出し、検出結果をＦＣ制御部４３からシステム制御装置１００に送信してもよい。 FIG. 6 is a flowchart for explaining the control of the fuel cell system. In step S1, the system control device 100 acquires the ambient temperature detected in each of the fuel cell devices 1 to N from each fuel cell device. In the fuel cell devices 1 to N, the ambient temperature may be detected by the temperature sensor 44 in response to a request from the system control device 100, and the detection result may be transmitted from the FC control unit 43 to the system control device 100. Alternatively, the fuel cell devices 1 to N detect the ambient temperature with the temperature sensor 44 at a predetermined timing (a constant time interval, a constant time, etc.), and transmit the detection result from the FC control unit 43 to the system control device 100. Good.

ステップＳ２において、システム制御装置１００は、パワーコンディショナ１０１から外部負荷２００に供給すべき供給電力を取得する。パワーコンディショナ１０１は、システム制御装置１００からの要求に応じて、要求時点での供給電力をシステム制御装置１００に送信してもよい。または、パワーコンディショナ１０１は、予め定めるタイミング（一定時間間隔、定時刻など）で、供給電力をシステム制御装置１００に送信してもよい。 In step S<b>2, the system control device 100 acquires the supply power to be supplied to the external load 200 from the power conditioner 101. The power conditioner 101 may transmit the supplied power at the time of request to the system control device 100 in response to a request from the system control device 100. Alternatively, the power conditioner 101 may transmit the supplied power to the system control device 100 at a predetermined timing (a fixed time interval, a fixed time, etc.).

ステップＳ３において、システム制御装置１００の抽出部が、ステップＳ１で取得した周囲温度と、予め定める基準温度とを比較し、基準温度よりも周囲温度が低い燃料電池装置を低温装置として抽出する。基準温度は、ＲＯＭ１１２に予め記憶しておけばよい。 In step S3, the extraction unit of the system control device 100 compares the ambient temperature acquired in step S1 with a predetermined reference temperature, and extracts a fuel cell device having an ambient temperature lower than the reference temperature as a low temperature device. The reference temperature may be stored in the ROM 112 in advance.

ステップＳ４では、低温装置が抽出されたかどうかを判断する。ステップＳ３において、燃料電池装置１〜Ｎのうち、周囲温度が基準温度よりも低い燃料電池装置が存在したかどうかを判断すればよい。低温装置が抽出されていればステップＳ５に進む。低温装置が抽出されていなければ、現時点での動作を継続してもよく、従来の割り当て条件（均等割り）に従って、供給電力を各燃料電池装置に割り当てた発電電力を決定するようにしてもよい。 In step S4, it is determined whether the low temperature device has been extracted. In step S3, it may be determined whether or not there is a fuel cell device having an ambient temperature lower than the reference temperature among the fuel cell devices 1 to N. If the low temperature device is extracted, the process proceeds to step S5. If the low-temperature device is not extracted, the operation at the present time may be continued, and the generated power in which the supply power is allocated to each fuel cell device may be determined according to the conventional allocation condition (equal allocation). ..

ステップＳ５では、ステップＳ２で取得した供給電力が、予め定める基準電力以下であるかどうかを判断する。基準電力以下であれば、ステップＳ６に進み、基準電力よりも大きければ、ステップＳ７に進む。基準電力は、ＲＯＭ１１２に予め記憶しておけばよい。 In step S5, it is determined whether or not the supplied power acquired in step S2 is less than or equal to a predetermined reference power. If it is less than the reference power, the process proceeds to step S6, and if it is greater than the reference power, the process proceeds to step S7. The reference power may be stored in the ROM 112 in advance.

ステップＳ６では、システム制御装置１００の電力決定部が、低温装置の発電電力を、第１低電力に決定する。第１低電力は、低温装置以外の他の燃料電池装置に設定する発電電力よりも小さい発電電力であって、低温装置のラジエータ４５が動作しない発電電力である。低温装置に対して発電電力を第１低電力に決定するとともに、低温装置以外の他の燃料電池装置の発電電力としては、供給電力の残余の電力を均等割りした発電電力に決定してもよく、最大発電電力としてもよく、その他の割り当てをしてもよい。低温装置を含む燃料電池装置１〜Ｎの全てに対して発電電力を決定すると、決定した発電電力を各燃料電池装置に送信して通知する。 In step S6, the power determination unit of the system control device 100 determines the generated power of the low temperature device to be the first low power. The first low power is generated power that is smaller than the generated power set in the fuel cell device other than the low temperature device, and is the generated power at which the radiator 45 of the low temperature device does not operate. The generated power may be determined to be the first low power for the low temperature device, and the generated power of the fuel cell devices other than the low temperature device may be determined to be the generated power obtained by evenly dividing the remaining power of the supplied power. , Maximum generated power may be used, or other allocation may be performed. When the generated power is determined for all of the fuel cell devices 1 to N including the low-temperature device, the determined generated power is transmitted to each fuel cell device and notified.

各燃料電池装置では、通知された発電電力に応じてＦＣ制御部４３が燃料電池装置の動作を制御する。 In each fuel cell device, the FC control unit 43 controls the operation of the fuel cell device according to the notified generated power.

ステップＳ７では、システム制御装置１００の電力決定部が、低温装置の発電電力を、第２低電力（＞第１低電力）に決定する。第２低電力は、第１低電力と同様に、低温装置以外の他の燃料電池装置に設定する発電電力よりも小さい発電電力であって、第１低電力よりも大きい発電電力である。低温装置に対して発電電力を第２低電力に決定するとともに、低温装置以外の他の燃料電池装置の発電電力としては、上記のように供給電力の残余の電力を均等割りした発電電力に決定してもよく、最大発電電力としてもよく、その他の割り当てをしてもよいが、他の燃料電池装置が発電可能な最大電力を超えて割り当てることはできないので、均等割りした結果、最大電力を超えてしまう場合は、他の燃料電池装置の発電電力を最大発電電力に決定する。低温装置を含む燃料電池装置１〜Ｎの全てに対して発電電力を決定すると、決定した発電電力を各燃料電池装置に送信して通知する。 In step S7, the power determination unit of the system control device 100 determines the generated power of the low temperature device to be the second low power (>the first low power). Similar to the first low power, the second low power is generated power smaller than the power generated in the fuel cell device other than the low temperature device, and is larger than the first low power. The generated power for the low-temperature device is determined to be the second low power, and the generated power for the fuel cell devices other than the low-temperature device is determined to be the generated power obtained by evenly dividing the remaining power of the supplied power as described above. The maximum power output may be the maximum power output, or other allocations may be made.However, since the maximum power that can be generated by other fuel cell devices cannot be allocated, the maximum power output is If it exceeds, the generated power of the other fuel cell device is determined as the maximum generated power. When the generated power is determined for all of the fuel cell devices 1 to N including the low-temperature device, the determined generated power is transmitted to each fuel cell device and notified.

ステップＳ８では、システム制御装置１００の流量制御部が、低温装置の給湯装置５０において、循環水の流量を増加させるために、第２発電電力で通常設定されている循環ポンプの制御の値よりも回転数を増やしてもよい。また、循環水の流量を低温装置以外の燃料電池装置の循環水の流量よりも大きくしてもよい。ここでの流量は、低温装置の発電電力をステップＳ７で決定した発電電力としたときに、ラジエータ４５が駆動しない流量とする。循環水の流量は、給湯装置５０の循環ポンプ４６を制御すればよい。 In step S8, in order to increase the flow rate of the circulating water in the water heater 50 of the low temperature device, the flow rate control unit of the system control device 100 has a value higher than the control value of the circulation pump that is normally set by the second generated power. The number of rotations may be increased. Further, the flow rate of the circulating water may be larger than the flow rate of the circulating water of the fuel cell device other than the low temperature device. The flow rate here is a flow rate at which the radiator 45 is not driven when the generated power of the low temperature device is the generated power determined in step S7. The flow rate of the circulating water may be controlled by the circulating pump 46 of the water heater 50.

各燃料電池装置に設定した第２低電力と最大電力との総和が、供給電力に満たない場合であっても、供給電力は変動することもあり、一時的に不足しても燃料電池システムＳ全体として大きな不具合とはならない可能性が高い。これに対して、ラジエータ４５が動作することによって循環水が循環部１３において凍結すると、配管が破損するなど修復困難な不具合が発生する可能性が高いので、低温装置に対しては、設定すべき発電電力を、第１低温電力よりもなるべく大きい電力とし、ラジエータ４５を動作させないように、循環水の流量を増加させている。 Even if the sum of the second low power and the maximum power set for each fuel cell device is less than the supplied power, the supplied power may fluctuate, and even if it temporarily becomes insufficient, the fuel cell system S There is a high possibility that it will not be a major problem as a whole. On the other hand, if the circulating water freezes in the circulation part 13 due to the operation of the radiator 45, there is a high possibility that a trouble that is difficult to repair such as breakage of the pipe will occur, so it should be set for the low temperature device. The generated power is set to be as large as possible than the first low-temperature power, and the flow rate of the circulating water is increased so that the radiator 45 is not operated.

上記の抽出部、電力決定部および流量制御部は、例えばＲＯＭ１１２に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０およびＲＡＭ１１１が実行することによって実現される。 The extraction unit, the power determination unit, and the flow rate control unit described above are realized by the CPU 110 and the RAM 111 executing the programs stored in the ROM 112, for example.

以上の動作により、循環水の凍結を抑制して、長期にわたり安定して発電を継続可能とすることにより、エネルギー効率を向上させることができる。 By the above operation, it is possible to improve the energy efficiency by suppressing the freezing of the circulating water and enabling the stable power generation for a long period of time.

次に、本実施形態の変形例について説明する。上記では、低温装置において、ラジエータ４５が駆動しないような制御として、低温装置の発電電力を比較的小さく設定する、または低温装置の発電電力を比較的小さくするとともに循環水の流量を比較的大きく設定する、としている。これに限らず、システム制御装置１００が、低温装置に対して、ラジエータ４５の駆動を停止するように、停止指示を送信してもよい。低温装置が停止指示を受信すると、ＦＣ制御部４３は、ラジエータ４５の駆動を停止する。ラジエータ４５が停止するので、循環水が凍結することを抑制できる。 Next, a modified example of the present embodiment will be described. In the above description, in the low temperature device, the power generation of the low temperature device is set to be relatively small, or the power generation of the low temperature device is set to be relatively small and the flow rate of the circulating water is set to be relatively large, as the control so that the radiator 45 is not driven. I'm going to. Not limited to this, the system control device 100 may transmit a stop instruction to the low temperature device so as to stop driving the radiator 45. When the low temperature device receives the stop instruction, the FC control unit 43 stops driving the radiator 45. Since the radiator 45 is stopped, it is possible to prevent the circulating water from freezing.

図７は、変形例の燃料電池システムの制御を説明するためのフローチャートである。ステップＡ１〜Ａ４は、図６に示したステップＳ１〜Ｓ４と同じであるので、説明を省略する。ステップＡ５では、低温装置のラジエータ４５を停止させるために、システム制御装置１００は、低温装置に対してラジエータ４５の停止指示を送信する。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the control of the fuel cell system of the modified example. Steps A1 to A4 are the same as steps S1 to S4 shown in FIG. 6, so description thereof will be omitted. In step A5, in order to stop the radiator 45 of the low temperature device, the system control device 100 transmits a stop instruction of the radiator 45 to the low temperature device.

他の変形例について説明する。上記では、ラジエータ４５が駆動しないように制御する制御対象の低温装置を、周囲温度が基準温度よりも低い燃料電池装置としている。これに対して本変形例では、複数の燃料電池装置において、最も周囲温度が低い燃料電池装置を低温装置として抽出する。燃料電池装置が２台の構成であれば、いずれか周囲温度が低い方の燃料電池装置を低温装置とし、３台以上の構成であれば、その中で周囲温度が最も低い燃料電池装置を低温装置とする。本変形例では、例えば、図６のステップＳ３および図７のステップＡ３において、低温装置を抽出する方法が前述の方法と異なるだけであり、低温装置が抽出される前の処理および抽出された後の処理は同じであるので、詳細な説明は省略する。 Another modification will be described. In the above description, the low-temperature device to be controlled that does not drive the radiator 45 is a fuel cell device whose ambient temperature is lower than the reference temperature. On the other hand, in this modification, the fuel cell device having the lowest ambient temperature among the plurality of fuel cell devices is extracted as the low temperature device. If the number of fuel cell devices is two, the fuel cell device with the lower ambient temperature is the low temperature device, and if there are three or more fuel cell devices, the fuel cell device with the lowest ambient temperature is the lower temperature device. The device. In this modification, for example, in step S3 of FIG. 6 and step A3 of FIG. 7, the method of extracting the low temperature device is only different from the above-described method, and the process before the low temperature device is extracted and after the extraction is performed. The processing is the same, so detailed description will be omitted.

次に、他の実施形態について説明する。図８は、他の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システムＳＡは、複数の燃料電池装置１ｍ，２ｓ，…Ｎｓを含む。上記の実施形態とは、システム制御装置１００を含まない点で異なっている。また、複数の燃料電池装置１ｍ，２ｓ，…Ｎｓは、燃料電池装置１ｍをマスター装置とし、その他の燃料電池装置２ｓ，…Ｎｓをスレーブ装置とするマスター／スレーブ方式のネットワークを形成している。 Next, another embodiment will be described. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system according to another embodiment. The fuel cell system SA of this embodiment includes a plurality of fuel cell devices 1m, 2s,... Ns. It differs from the above embodiment in that the system control device 100 is not included. Further, the plurality of fuel cell devices 1m, 2s,... Ns form a master/slave system network in which the fuel cell device 1m is a master device and the other fuel cell devices 2s,... Ns are slave devices.

燃料電池装置１ｍのＦＣ制御部４３が、上記のシステム制御装置１００と同等の機能をさらに有しており、ＦＣ制御部４３のＣＰＵが、少なくとも１つのプロセッサとして機能し、ＦＣ制御部４３のＲＯＭが記憶ユニットとして機能する。例えば、燃料電池装置１ｍが、燃料電池装置２ｓ，…Ｎｓから周囲温度を取得し、自装置の周囲温度を加え、基準温度に基づいて、自装置を含む燃料電池装置１ｍ，２ｓ，…Ｎｓの中から、低温装置を抽出する。本実施形態では、複数の燃料電池装置のうちの１つの装置が、主装置として、その他の副装置を制御するので、システム制御装置１００のように別途ハードウェアを準備する必要が無い。また、システム制御装置１００に不具合が発生した場合、システムの動作が続行不可能となるが、本実施形態では、公知のマスター／スレーブ方式を採用することにより、マスター装置に不具合が発生したときには、スレーブ装置の中から新たにマスター装置を定めてシステムの動作を続行することが可能である。 The FC control unit 43 of the fuel cell device 1m further has a function equivalent to that of the system control device 100 described above, and the CPU of the FC control unit 43 functions as at least one processor and the ROM of the FC control unit 43. Functions as a storage unit. For example, the fuel cell device 1m acquires the ambient temperature from the fuel cell devices 2s,... Ns, adds the ambient temperature of its own device, and based on the reference temperature, the fuel cell devices 1m, 2s,. From the inside, extract the cryogenic device. In the present embodiment, one of the plurality of fuel cell devices controls the other sub device as the main device, so that it is not necessary to separately prepare hardware unlike the system control device 100. Further, when a problem occurs in the system control device 100, the operation of the system cannot be continued. However, in the present embodiment, by adopting a known master/slave system, when a problem occurs in the master device, It is possible to newly define the master device from the slave devices and continue the operation of the system.

本実施形態の燃料電池システムＳＡにおける制御について、例えば、マスター装置である燃料電池装置１ｍとスレーブ装置である燃料電池装置２ｓとの２台でシステムが構成されている場合について説明する。燃料電池装置１ｍは、自装置の温度センサ４４によって自装置の周囲温度を取得し、燃料電池装置２ｓから燃料電池装置２ｓの周囲温度を取得する。ＦＣ制御部４３は、周囲温度と基準温度とを比較し、基準温度よりも周囲温度が低い燃料電池装置を低温装置とする。自装置の周囲温度が基準温度よりも低い場合は、自装置を低温装置とし、ＦＣ制御部４３は、自装置のラジエータ４５が駆動しないように自装置を制御する。自装置のラジエータ４５が駆動しない制御は、上記の実施形態と同様に、自装置の発電電力を比較的小さく設定する、自装置の発電電力を比較的小さくするとともに循環水の流量を比較的大きく設定する、またはラジエータ４５の駆動を停止する。 Control in the fuel cell system SA of the present embodiment will be described, for example, in the case where the system is configured by two fuel cell devices 1m that are master devices and fuel cell devices 2s that are slave devices. The fuel cell device 1m acquires the ambient temperature of its own device by the temperature sensor 44 of its own device, and acquires the ambient temperature of the fuel cell device 2s from the fuel cell device 2s. The FC control unit 43 compares the ambient temperature with the reference temperature and sets the fuel cell device having the ambient temperature lower than the reference temperature as the low temperature device. When the ambient temperature of the own device is lower than the reference temperature, the own device is set as the low temperature device, and the FC control unit 43 controls the own device so that the radiator 45 of the own device is not driven. In the control in which the radiator 45 of the own device is not driven, similarly to the above embodiment, the generated power of the own device is set to be relatively small, the generated power of the own device is set to be relatively small, and the flow rate of the circulating water is set to be relatively large. Set or stop driving the radiator 45.

また、燃料電池装置２ｓの周囲温度が基準温度よりも低い場合は、燃料電池装置２ｓを低温装置とし、ＦＣ制御部４３は、燃料電池装置２ｓのラジエータ４５が駆動しないように制御する。燃料電池装置２ｓのラジエータ４５が駆動しない制御は、上記の実施形態と同様に、燃料電池装置２ｓの発電電力を比較的小さく設定して燃料電池装置２ｓに通知する、燃料電池装置２ｓの発電電力を比較的小さくするとともに循環水の流量を比較的大きく設定して燃料電池装置２ｓに通知する、またはラジエータ４５の駆動を停止するよう燃料電池装置２ｓに停止指示を送信する。 When the ambient temperature of the fuel cell device 2s is lower than the reference temperature, the fuel cell device 2s is set as a low temperature device, and the FC control unit 43 controls the radiator 45 of the fuel cell device 2s so as not to be driven. In the control in which the radiator 45 of the fuel cell device 2s is not driven, similarly to the above embodiment, the generated power of the fuel cell device 2s is set such that the generated power of the fuel cell device 2s is set to be relatively small and the fuel cell device 2s is notified of the generated power. Is set to be relatively small and the flow rate of the circulating water is set to be relatively large to notify the fuel cell device 2s, or a stop instruction is transmitted to the fuel cell device 2s to stop driving of the radiator 45.

変形例として、燃料電池装置１ｍは、自装置の温度センサ４４によって自装置の周囲温度を取得し、燃料電池装置２ｓから燃料電池装置２ｓの周囲温度を取得し、ＦＣ制御部４３が、周囲温度が低い方の燃料電池装置を低温装置とする。自装置の周囲温度が燃料電池装置２ｓの周囲温度よりも低い場合は、自装置を低温装置とし、ＦＣ制御部４３が、自装置のラジエータ４５が駆動しないように自装置を制御する。自装置のラジエータ４５が駆動しない制御は、上記と同様である。 As a modified example, the fuel cell device 1m acquires the ambient temperature of its own device by the temperature sensor 44 of its own device, obtains the ambient temperature of the fuel cell device 2s from the fuel cell device 2s, and the FC control unit 43 determines the ambient temperature. The fuel cell device with the lower one is the low temperature device. When the ambient temperature of the own device is lower than the ambient temperature of the fuel cell device 2s, the own device is set as the low temperature device, and the FC control unit 43 controls the own device so that the radiator 45 of the own device is not driven. The control in which the radiator 45 of the own device is not driven is the same as above.

また、燃料電池装置２ｓの周囲温度が燃料電池装置１ｍよりも低い場合は、燃料電池装置２ｓを低温装置とし、ＦＣ制御部４３が、燃料電池装置２ｓのラジエータ４５が駆動しないように制御する。燃料電池装置２ｓのラジエータ４５が駆動しない制御は、上記と同様である。 When the ambient temperature of the fuel cell device 2s is lower than that of the fuel cell device 1m, the fuel cell device 2s is a low temperature device, and the FC control unit 43 controls the radiator 45 of the fuel cell device 2s so as not to be driven. The control in which the radiator 45 of the fuel cell device 2s is not driven is the same as above.

なお、上記では燃料電池本体３１が備えるとしている、ラジエータ４５、循環ポンプ４６、入口温度センサ４７および出口温度センサ４８については、これらのうちの少なくとも１つが、給湯装置５０に備えられていてもよい。 Regarding the radiator 45, the circulation pump 46, the inlet temperature sensor 47, and the outlet temperature sensor 48, which the fuel cell main body 31 is provided with above, at least one of them may be provided in the hot water supply device 50. ..

なお、複数の燃料電池装置のうちの１つの装置が、主装置として機能するシステムであれば、マスター／スレーブ方式に限らず、サーバ／クライアント方式などを採用することもできる。 Note that if one of the plurality of fuel cell devices is a system that functions as a main device, not only the master/slave system but also a server/client system or the like can be adopted.

１，２，…，Ｎ；１ｍ，２ｓ，…，Ｎｓ燃料電池装置
１３循環部
３１燃料電池本体
３２原燃料供給装置
３３酸素含有ガス供給装置
３４燃料電池セル
３５改質器
３６燃料電池
３７熱交換器
３８水処理装置
３９凝縮水タンク
４０凝縮水導水管
４１改質水供給管
４２水ポンプ
４３ＦＣ制御部
４４温度センサ
４５ラジエータ
４６循環ポンプ
４７入口温度センサ
４８出口温度センサ
５０給湯装置
５１蓄熱タンク
５２入水管
５３出湯管
１００システム制御装置
１０１パワーコンディショナ
１１０ＣＰＵ
１１１ＲＡＭ
１１２ＲＯＭ
１１３通信インターフェイス
２００外部負荷
Ｓ，ＳＡ燃料電池システム 1, 2,..., N; 1m, 2s,..., Ns Fuel cell device 13 Circulation part 31 Fuel cell body 32 Raw fuel supply device 33 Oxygen-containing gas supply device 34 Fuel cell 35 Reformer 36 Fuel cell 37 Heat exchange 38 Water treatment device 39 Condensed water tank 40 Condensed water conduit 41 Reformed water supply pipe 42 Water pump 43 FC control unit 44 Temperature sensor 45 Radiator 46 Circulation pump 47 Inlet temperature sensor 48 Outlet temperature sensor 50 Hot water supply device 51 Heat storage tank 52 Water inlet pipe 53 Hot water outlet pipe 100 System control device 101 Power conditioner 110 CPU
111 RAM
112 ROM
113 Communication interface 200 External load S, SA Fuel cell system

Claims

A fuel cell unit including a fuel cell;
A temperature acquisition unit that acquires the ambient temperature of another fuel cell device;
A power determination unit that determines the total power generated with the other fuel cell device;
At least one processor that controls so that the cooling unit is not driven when the ambient temperature of another fuel cell device having a cooling unit that cools the medium that receives heat from the generated exhaust gas is lower than a predetermined temperature. , only including,
When the ambient temperature of the other fuel cell device is lower than a predetermined temperature, the power determination unit is configured to generate electric power associated with a temperature lower than a temperature at which the cooling unit operates. A fuel cell device that determines the power generated by the fuel cell device.

Further seen including a storage unit for storing the relationship between the temperature of the generated power and the medium relating thereto in the other fuel cell device,
The power determination unit, based on said stored relationship in the storage unit, determines the total generated power, the fuel cell apparatus according to claim 1.

The medium further includes a heat exchange unit that exchanges heat with the exhaust gas to receive heat,
The at least one processor is
When the generated power of the other fuel cell device is larger than a predetermined reference power,
The flow rate of the medium flowing through the heat exchange unit, so as to be larger than the flow rate of the medium in the following the reference power, controlling the other fuel cell, a fuel cell device according to claim 1.

Further comprising a temperature detection unit for measuring the ambient temperature, the fuel cell device according to any one of claims 1 to 3.

The resulting further comprising a cooling unit for cooling the medium which receives heat from the exhaust gas, a fuel cell device according to any one of claims 1 to 4.

A fuel cell unit including a fuel cell;
A temperature detection unit that measures the ambient temperature,
A cooling unit that cools the medium that receives heat from the generated exhaust gas,
A plurality of fuel cell devices including
A power determination unit that determines the total power generated by the plurality of fuel cell devices;
Ambient temperature of any of the fuel cell device of the plurality is lower than a predetermined temperature, the cooling unit is controlled so as not to drive of the fuel cell system, seen including at least one processor,
When the ambient temperature of any one of the plurality of fuel cell devices is lower than a predetermined temperature, the power determination unit provides generated power related to a temperature lower than a temperature at which the cooling unit operates, A fuel cell device system that determines the power generated by a fuel cell device whose ambient temperature is lower than a predetermined temperature .

A temperature acquisition unit for acquiring the ambient temperature of the first fuel cell device and the ambient temperature of the second fuel cell device ;
A power determination unit that determines a total generated power of the first fuel cell device and the second fuel cell device;
When the ambient temperature of the first fuel cell device having a cooling unit that cools the medium that has received heat from the generated exhaust gas is lower than a predetermined temperature, the cooling unit is controlled so as not to be driven, at least one A processor,
Only including,
When the ambient temperature of the first fuel cell device is lower than a predetermined temperature, the power determination unit provides the first fuel so as to generate electric power related to a temperature lower than a temperature at which the cooling unit operates. A control device that determines the power generated by the battery device .

A first relationship between the generated power in the first fuel cell device and the temperature of the medium related thereto is stored, and a second relationship between the generated power in the second fuel cell device and the temperature of the medium related thereto is stored. for storing, further only including a storage unit, the,
The control device according to claim 7 , wherein the power determination unit determines the total generated power based on the first relationship and the second relationship stored in the storage unit .

The medium further includes a heat exchange unit that exchanges heat with the exhaust gas to receive heat,
The at least one processor is
When the generated electric power of the first fuel cell device is larger than a predetermined reference electric power,
The control device according to claim 7 , wherein the first fuel cell device is controlled such that a flow rate of the medium flowing through the heat exchange unit is greater than a flow rate of the medium at the reference power or less.