JP6810627B2 - Fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device.
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス（燃料ガス）と酸素含有ガス（通常は空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池装置の開発が進められている。燃料電池装置においては、発電に伴って発生する排熱を利用して生成した温水を貯湯槽に蓄積し、温水需要に対する供給を行っている（例えば、特許文献１を参照）。 In recent years, as next-generation energy, the development of a fuel cell device capable of obtaining electric power by using a hydrogen-containing gas (fuel gas) and an oxygen-containing gas (usually air) has been promoted. In the fuel cell device, hot water generated by utilizing the exhaust heat generated by power generation is stored in a hot water storage tank and supplied to meet the demand for hot water (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、貯湯槽に蓄積する温水がその上限に達した場合は、燃料電池装置における発電を停止するか、発電を維持する（すなわち、燃料電池発電に付随する熱交換を維持する）ために、貯湯槽から温水を廃棄する必要があった。 However, when the hot water stored in the hot water tank reaches the upper limit, the hot water is stored in order to stop the power generation in the fuel cell device or maintain the power generation (that is, maintain the heat exchange associated with the fuel cell power generation). It was necessary to dispose of hot water from the tank.
また、発電の停止および再稼動には数時間から半日程度を要し、その間は、温水需要への対応が不十分となる。このため、燃料電池装置においては、エネルギーの利用効率の点および使い勝手の点でさらなる改善が求められている。 In addition, it takes several hours to half a day to stop and restart power generation, and during that time, it becomes insufficient to meet the demand for hot water. Therefore, in the fuel cell device, further improvement is required in terms of energy utilization efficiency and usability.
そこで、本発明は、エネルギーの利用効率を改善しつつ、使い勝手の良い燃料電池装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell device that is easy to use while improving energy utilization efficiency.
本開示の燃料電池装置は、発電ユニットと、前記発電ユニットの発電にともなって排出される排ガスからの熱により温水を生成する温水生成ユニットと、前記温水を貯湯装置へ送る温水供給ユニットと、前記貯湯装置の貯湯量の水位を前記貯湯装置から受信する第１の受信ユニットと、前記貯湯装置から出された温水使用量を前記貯湯装置から受信する第２の受信ユニットと、前記貯湯装置へ供給する温水供給量を検出する検出ユニットと、前記貯湯量と前記第温水使用量と前記温水供給量に応じて、複数の動作のなかから１つの動作を選択して制御する、少なくとも１つのプロセッサと、を有することを特徴とする。 The fuel cell device of the present disclosure includes a power generation unit, a hot water generation unit that generates hot water by heat from exhaust gas discharged from the power generation of the power generation unit, a hot water supply unit that sends the hot water to a hot water storage device, and the above. A first receiving unit that receives the water level of the hot water storage amount of the hot water storage device from the hot water storage device, a second receiving unit that receives the hot water usage amount output from the hot water storage device from the hot water storage device, and a hot water storage device. A detection unit that detects the amount of hot water supplied, and at least one processor that selects and controls one operation from a plurality of operations according to the amount of hot water stored, the amount of hot water used, and the amount of hot water supplied. It is characterized by having.
本開示の燃料電池装置によれば、エネルギーの利用効率を改善しつつ、使い勝手のよい燃料電池装置を提供することが可能となる。 According to the fuel cell device of the present disclosure, it is possible to provide a fuel cell device that is easy to use while improving the energy utilization efficiency.
本実施形態に係る燃料電池装置について、添付の図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池装置の構成例の概略を示すブロック図である。 The fuel cell device according to this embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration example of a fuel cell device according to the present embodiment.
燃料電池装置１００は、燃料電池による発電時に発生する熱量を利用して給湯を行う装置であり、少なくとも、貯湯量と温水使用量と温水供給量のうちの１つに基づいて、温水の廃棄を抑制するとともに、給湯需要に好適に対応し得る発電給湯システムである。燃料電池装置１００は、燃料電池ユニット１０、貯湯ユニット２０、センサユニット３０、ヒートポンプ４０および制御装置５０を備える。なお、ヒートポンプ４０を備えずに本装置１００を構成することも可能である。 The fuel cell device 100 is a device that supplies hot water by utilizing the amount of heat generated during power generation by the fuel cell, and disposes of hot water based on at least one of the amount of hot water stored, the amount of hot water used, and the amount of hot water supplied. It is a power generation hot water supply system that can suppress hot water supply demand and respond appropriately. The fuel cell device 100 includes a fuel cell unit 10, a hot water storage unit 20, a sensor unit 30, a heat pump 40, and a control device 50. It is also possible to configure the present device 100 without the heat pump 40.
燃料電池ユニット１０は、セルスタック１１、熱交換器１２および燃料電池（Fuel Cell）制御部（以下、「ＦＣ制御部」で略称する）１３等を備えるユニットであり、発電時に生成される排熱を利用して温水を生成して貯湯ユニット２０に供給する。セルスタック１１は、都市ガス等の燃料ガスを利用する電気化学反応に基づいて発電を行う発電ユニットである。熱交換器１２は、燃料電池セルから排出される排ガスと熱媒体（例えば、水）との間で熱交換を行う。ＦＣ制御部１３は、燃料電池ユニット１０における全体の動作を制御する。具体的には、燃料電池ユニット１０における発電または給湯についての制御を行う。 The fuel cell unit 10 is a unit including a cell stack 11, a heat exchanger 12, a fuel cell control unit (hereinafter abbreviated as “FC control unit”) 13, and the like, and exhaust heat generated during power generation. Is used to generate hot water and supply it to the hot water storage unit 20. The cell stack 11 is a power generation unit that generates power based on an electrochemical reaction that uses a fuel gas such as city gas. The heat exchanger 12 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell and the heat medium (for example, water). The FC control unit 13 controls the overall operation of the fuel cell unit 10. Specifically, it controls power generation or hot water supply in the fuel cell unit 10.
燃料電池装置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（ＦＣ制御部１３）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ＩＣ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。 The fuel cell device 100 includes at least one processor (FC control unit 13) to provide control and processing power to perform various functions, as described in more detail below. According to various embodiments, at least one processor may be run as a single integrated circuit (IC) or as a plurality of communicably connected integrated circuit ICs and / or discrete circuits. Good. At least one processor can be run according to various known techniques.
ある実施形態において、プロセッサは、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（Application Specific Integrated Circuit：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。 In certain embodiments, the processor comprises one or more circuits or units configured to perform one or more data computation procedures or processes. For example, the processor may be one or more processors, controllers, microprocessors, microcontrollers, application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processing devices, programmable logic devices, field programmable gate arrays, or devices thereof. Alternatively, any combination of configurations, or other known device and configuration combinations, may be included to perform the functions described below.
なお、上記のセルスタック１１は、例えば、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）のセルスタックであるが、必ずしもスタック構造でなくてもよい。 The cell stack 11 is, for example, a cell stack of a solid oxide fuel cell (SOFC), but does not necessarily have a stack structure.
貯湯ユニット２０は、燃料電池ユニット１０またはヒートポンプ４０によって生成された温水を保持する給湯装置であり、貯湯タンク２１等を備える。なお、貯湯ユニット２０は、本開示に係る貯湯装置の一例である。 The hot water storage unit 20 is a hot water supply device that holds hot water generated by the fuel cell unit 10 or the heat pump 40, and includes a hot water storage tank 21 and the like. The hot water storage unit 20 is an example of the hot water storage device according to the present disclosure.
センサユニット３０は、本装置１００の給湯に関する各種のセンサを備えている。具体例としては、汎用の流量センサ３１（例えば、超音波式流量センサ）によって、貯湯タンク２１から出された温水の使用量を検出してもよい。なお、他の流量センサ（図示せず）では、燃料電池ユニット１０，ヒートポンプ４０から貯湯タンク２１に供給される温水の供給量を検出してもよい。流量センサは、温水が流れている流量を検出し、流量の合計量は制御装置５０で算出してもよい。さらに、水位センサ３２（例えば、圧力式水位センサ）によって貯湯タンク２１における貯湯量を検出するとともに、温度センサ３３によって貯湯タンク２１における水温を検出する。さらに、センサユニット３０は、これらの各センサにおいて計測されたアナログデータをデジタルデータに変換（以下、「Ａ／Ｄ変換」と略称する）して制御装置５０に送信する。なお、センサユニット３０は、上記の各センサが個別にＡ／Ｄ変換を行い、制御装置５０に送信する構成としてもよい。なお、センサユニット３０は、本開示に係る検出ユニットの一例である。なお、図１としてセンサユニット３０は、貯湯ユニットおよび燃料電池ユニットとは別体として記載されているが、貯湯ユニットおよび燃料電池ユニットのいずれか又はいずれにも含まれていてもよい。 The sensor unit 30 includes various sensors related to hot water supply of the present device 100. As a specific example, a general-purpose flow rate sensor 31 (for example, an ultrasonic flow rate sensor) may be used to detect the amount of hot water used from the hot water storage tank 21. In addition, another flow rate sensor (not shown) may detect the supply amount of hot water supplied from the fuel cell unit 10 and the heat pump 40 to the hot water storage tank 21. The flow rate sensor may detect the flow rate at which hot water is flowing, and the total amount of the flow rate may be calculated by the control device 50. Further, the water level sensor 32 (for example, a pressure type water level sensor) detects the amount of hot water stored in the hot water storage tank 21, and the temperature sensor 33 detects the water temperature in the hot water storage tank 21. Further, the sensor unit 30 converts the analog data measured by each of these sensors into digital data (hereinafter, abbreviated as “A / D conversion”) and transmits the analog data to the control device 50. The sensor unit 30 may be configured such that each of the above sensors individually performs A / D conversion and transmits the A / D conversion to the control device 50. The sensor unit 30 is an example of the detection unit according to the present disclosure. Although the sensor unit 30 is described as a separate body from the hot water storage unit and the fuel cell unit in FIG. 1, it may be included in any or any of the hot water storage unit and the fuel cell unit.
ヒートポンプ４０は、ＦＣ制御部１３または制御装置５０の指示によって稼動して温水を生成し、生成した温水を貯湯ユニット２０に供給する。 The heat pump 40 operates according to the instructions of the FC control unit 13 or the control device 50 to generate hot water, and supplies the generated hot water to the hot water storage unit 20.
制御装置５０は、当該装置１００における各装置の動作を制御する装置であり、プロセッサ、マイクロコンピュータ、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。プロセッサは前述した内容と同等でよい。制御装置５０は、上記の流量センサ、水位センサまたは温度センサ等のデータに基づいて、予め規定した期間に一定量の給湯の需要がない場合は本装置における発電を停止し（または低出力の発電を行う）、また燃料電池ユニット１０の給湯能力を超える給湯の需要がある場合は、ヒートポンプ４０を稼動して温水の生成を行う。 The control device 50 is a device that controls the operation of each device in the device 100, and includes a processor, a microcomputer, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The processor may be the same as described above. Based on the data of the flow rate sensor, water level sensor, temperature sensor, etc., the control device 50 stops the power generation in the device (or low output power generation) when there is no demand for a certain amount of hot water supply in a predetermined period. If there is a demand for hot water supply that exceeds the hot water supply capacity of the fuel cell unit 10, the heat pump 40 is operated to generate hot water.
図２は、本実施形態に係る制御装置の構成の一例を示すブロック図である。制御装置５０は、コンバータ５１、インバータ５２、第１リレースイッチ５３、第２リレースイッチ５４、電力計測部５５、通信部５６、操作部５７、システム制御部５８を備える。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device according to the present embodiment. The control device 50 includes a converter 51, an inverter 52, a first relay switch 53, a second relay switch 54, a power measurement unit 55, a communication unit 56, an operation unit 57, and a system control unit 58.
コンバータ５１は、燃料電池ユニット１０において発電された直流電圧（例えば、４０Ｖ）を昇圧する（例えば、３５０Ｖ）ＤＣ／ＤＣコンバータである。 The converter 51 is a DC / DC converter that boosts the DC voltage (for example, 40V) generated in the fuel cell unit 10 (for example, 350V).
インバータ５２は、コンバータ５１において変換された直流電圧を交流電圧（例えば、１００Ｖまたは２００Ｖ）に変換するＤＣ／ＡＣコンバータである。 The inverter 52 is a DC / AC converter that converts the DC voltage converted in the converter 51 into an AC voltage (for example, 100V or 200V).
第１リレースイッチ５３は、システム制御部５８の指示によって、インバータ５２において変換された交流電力または系統電源の電力の何れかをヒートポンプ４０に供給するように切換えを行う。なお、ヒートポンプ４０には、インバータを通さずに電力が供給されてもよい。 The first relay switch 53 switches so as to supply either the AC power converted by the inverter 52 or the power of the system power supply to the heat pump 40 according to the instruction of the system control unit 58. Electric power may be supplied to the heat pump 40 without passing through an inverter.
第２リレースイッチ５４は、システム制御部５８の指示によって、インバータ５２において変換された交流電圧を切り換える。 The second relay switch 54 switches the AC voltage converted in the inverter 52 according to the instruction of the system control unit 58.
電力計測部５５は、予め規定した箇所（例えば、ヒートポンプ４０）の消費電力を計測し、システム制御部５８に送信する。 The power measurement unit 55 measures the power consumption of a predetermined location (for example, the heat pump 40) and transmits it to the system control unit 58.
通信部５６は、センサユニット３０等から受信したデータをシステム制御部５８に送信する。 The communication unit 56 transmits the data received from the sensor unit 30 and the like to the system control unit 58.
操作部５７は、ボタンまたはタッチパネル等を備え、ユーザからの指示を受け付け、その指示を表すデータをシステム制御部５８に送信する。 The operation unit 57 is provided with a button, a touch panel, or the like, receives an instruction from the user, and transmits data representing the instruction to the system control unit 58.
システム制御部５８は、本装置１００における各ユニットまたは装置の動作を制御する制御回路であり、例えば、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータ、または少なくとも１つのプロセッサである。この場合、マイクロコンピュータなどにおけるＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサは、ＲＯＭに格納されている制御プログラムに基づいて、上記の制御を実行する。さらに、システム制御部５８は、本装置１００における複数の動作モード（例えば、高出力モード、定格モード、低出力モード、保温モードおよび待機モード）間の遷移、および各動作モードにおける各ユニットなどの動作を制御する。 The system control unit 58 is a control circuit that controls the operation of each unit or device in the device 100, and is, for example, a microcomputer provided with a ROM, RAM, or the like, or at least one processor. In this case, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) in a microcomputer or the like executes the above control based on a control program stored in the ROM. Further, the system control unit 58 makes a transition between a plurality of operation modes (for example, high output mode, rated mode, low output mode, heat retention mode and standby mode) in the apparatus 100, and operates each unit in each operation mode. To control.
さらに、システム制御部５８は、電力計測部５５またはＦＣ制御部１３から受信した消費電力を示すデータを受信し、これらのデータに基づいて系統電源を制御する。ここで、燃料電池ユニット１０において計測された補機（図示せず）の消費電力を、ＦＣ制御部１３を介してシステム制御部５８が受信してもよい。なお、通信部５６は、本開示に係る第１の受信ユニットおよび第２の受信ユニットの一例である。 Further, the system control unit 58 receives data indicating the power consumption received from the power measurement unit 55 or the FC control unit 13, and controls the system power supply based on these data. Here, the system control unit 58 may receive the power consumption of the auxiliary machine (not shown) measured in the fuel cell unit 10 via the FC control unit 13. The communication unit 56 is an example of the first receiving unit and the second receiving unit according to the present disclosure.
図３は、本実施形態に係る給湯状況モデルの一例を示すチャートである。図３には、１週間における貯湯タンク２１内の温水の貯蓄量の変化を実線で示し、温度の変化を破線で示している。 FIG. 3 is a chart showing an example of a hot water supply status model according to the present embodiment. In FIG. 3, the change in the amount of hot water stored in the hot water storage tank 21 during one week is shown by a solid line, and the change in temperature is shown by a broken line.
図３に示されるモデルの場合は、１日目の「６時−９時の間に３０％」、「１８時−２１時の間に５０％」および「２１時−２４時の間に１０％」の温水を使用し、２日目の「６時−９時の間に２５％」、「６時−９時の間に５％」の温水を使用している。さらに、「２日目の１２時−６日目の１８時」の間は温水の使用がなく、７日目の「６時−９時の間に３０％」の温水を使用している。そして、温水の温度の変化がこの時間経過に従って変化する様子が示されている。なお、４日目の１２時（全体では８４時間目）においては、発電を停止して各センサによる監視のみを行う「待機モード」に遷移している。この待機モードでは、保温も行わないため、徐々に温水の温度が下がり、４日目の２１時頃（全体では９３時間目頃）には３０［℃］になっている。 In the case of the model shown in FIG. 3, hot water of "30% between 6:00 and 9:00", "50% between 18:00 and 21:00" and "10% between 21:00 and 24:00" was used on the first day. However, on the second day, "25% between 6:00 and 9:00" and "5% between 6:00 and 9:00" are used. Furthermore, there is no use of hot water during "12:00 on the second day to 18:00 on the sixth day", and "30%" of hot water is used between "6:00 to 9:00 on the seventh day". Then, it is shown that the change in the temperature of the hot water changes with the passage of time. At 12:00 on the 4th day (84th hour in total), the mode shifts to the "standby mode" in which power generation is stopped and only monitoring by each sensor is performed. In this standby mode, since heat retention is not performed, the temperature of the hot water gradually decreases to 30 [° C.] around 21:00 on the 4th day (around 93 hours in total).
本実施形態における前提条件（初期状態）は、満蓄状態の７５℃の温水が貯湯タンク２１に保持され、温水の保温のみを行う「保温モード」（ヒートポンプ４０は停止）で本装置１００が運用されているものとする。 The precondition (initial state) in the present embodiment is that the apparatus 100 operates in a "heat retention mode" (heat pump 40 is stopped) in which hot water at 75 ° C. in a fully stored state is held in the hot water storage tank 21 and only keeps the hot water warm. It is assumed that it has been done.
図４Ａおよび図４Ｂは、システム制御部５８における制御の内容を示すフローチャートである。なお、以下はシステム制御部５８による制御を記載しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＦＣ制御部１３により以下が制御されてもよい。最初に、システム制御部５８は、初期設定を行い（Ｓ１００）、計時および各センサによる計測を開始する（Ｓ１０２）。 4A and 4B are flowcharts showing the contents of control in the system control unit 58. Although the following describes the control by the system control unit 58, the present invention is not limited to this, and for example, the following may be controlled by the FC control unit 13. First, the system control unit 58 makes initial settings (S100), and starts timing and measurement by each sensor (S102).
初期設定としては、以下の各値が設定される。例えば、制御開始後の第１の経過時間Ｔ１＝１０［ｓ］、同じく第２の経過時間Ｔ２＝２［ｍｉｎ］、同じく第３の経過時間Ｔ３＝４８［ｈ］、貯湯タンク２１における第１の水位Ｈ１＝（貯湯タンク２１における満蓄状態の高さを１００％とした場合の）４０％、貯湯タンクにおける第２の水位Ｈ２＝６０％、貯湯タンクにおける第３の水位Ｈ３＝８０％、第１の給湯量Ｌ１＝０．５［Ｌ／１０ｓ］、第２の給湯量Ｌ２＝２［Ｌ／１０ｓ］、給湯能力に関する係数Ａ＝１．５および給湯能力に関する係数Ｂ＝０．５とする。 The following values are set as the initial settings. For example, the first elapsed time T 1 = 10 [s] after the start of control, the second elapsed time T 2 = 2 [min], the third elapsed time T 3 = 48 [h], and the hot water storage tank 21. 1st water level H 1 = 40% (assuming the height of the fully stored state in the hot water storage tank 21 is 100%), the second water level H 2 = 60% in the hot water storage tank, and the third water level in the hot water storage tank H 3 = 80%, first hot water supply amount L 1 = 0.5 [L / 10s], second hot water supply amount L 2 = 2 [L / 10s], coefficient A = 1.5 regarding hot water supply capacity, and hot water supply capacity The coefficient B = 0.5 for.
システム制御部５８は、予め規定した時間Ｔ３および時間Ｔ２が経過しておらず（ステップＳ（以下、「Ｓ」で略称する）１０４およびＳ１０６でいずれもＮｏ）、時間Ｔ１が経過した時点（Ｓ１０８でＹｅｓ）で温水の使用量Ｖ１および水位Ｗ１を計測し（Ｓ１１０）、使用量Ｖ１が０か否かを判定する（Ｓ１１２）。ここで、「温水の使用量」とは、所定時間における温水の流量の積算値をいう。 In the system control unit 58, the predetermined time T 3 and time T 2 have not elapsed (No in steps S (hereinafter abbreviated as “S”) 104 and S106), and time T 1 has elapsed. At the time point (Yes in S108), the hot water usage amount V 1 and the water level W 1 are measured (S110), and it is determined whether or not the usage amount V 1 is 0 (S112). Here, the "warm water usage amount" means an integrated value of the flow rate of hot water in a predetermined time.
ここで、水位Ｗ１が高さ「Ｈ１」未満で（Ｓ１１４でＹｅｓ）、使用量Ｖ１が、給湯量「Ｌ２」を超える場合は（Ｓ１１６でＹｅｓ）、「大量の給湯需要あり」と判定して、ヒートポンプ４０を稼動して（Ｓ１２０）、本装置１００における最大の給湯量を生成する「高出力モード」で運用する（Ｓ１２２）。ここで、システム制御部５８は、燃料電池ユニット１０による発電だけでは、電力量が不足する場合は、系統電源も使用するように、第１リレースイッチ５３および第２リレースイッチ５４を制御してもよい。 Here, if the water level W 1 is less than the height "H 1 " (Yes at S114) and the usage amount V 1 exceeds the hot water supply amount "L 2 " (Yes at S116), "there is a large demand for hot water supply". The heat pump 40 is operated (S120), and is operated in the "high output mode" that generates the maximum amount of hot water supplied by the apparatus 100 (S122). Here, the system control unit 58 may control the first relay switch 53 and the second relay switch 54 so that the system power supply is also used when the amount of power is insufficient only by the power generation by the fuel cell unit 10. Good.
一方、システム制御部５８は、上記の水位Ｗ１が、高さ「Ｈ１」以上で（Ｓ１１４でＮｏ）、「Ｈ２」未満の場合は（Ｓ１２４でＹｅｓ）、「一定の給湯需要あり」と判定し、ヒートポンプ４０を稼動して（Ｓ１２８）、本装置１００における定格の給湯量を生成する「定格モード」で運用する（Ｓ１３０）。 On the other hand, when the water level W 1 is higher than the height "H 1 " (No in S114) and less than "H 2 " (Yes in S124), the system control unit 58 states that "there is a constant demand for hot water supply". (S128), the heat pump 40 is operated (S128), and the heat pump 40 is operated in the "rated mode" to generate the rated hot water supply amount in the apparatus 100 (S130).
さらに、上記の水位Ｗ１が高さ「Ｈ２」以上で（Ｓ１２４でＮｏ）、上記の使用量Ｖ１が給湯量「Ｌ１」未満の場合（Ｓ１３２でＹｅｓ）、かつ、水位Ｗ１が、高さ「Ｈ３」以上の場合は（Ｓ１３３でＹｅｓ）、「給湯需要は小さく貯湯量に余裕がある」と判定し、ヒートポンプ４０を停止して（Ｓ１３６）、本装置１００における最低の給湯量を生成する「低出力モード」で運用する（Ｓ１３８）。一方、上記の使用量Ｖ１が給湯量「Ｌ１」未満であるが（Ｓ１３２でＹｅｓ）、水位Ｗ１が、高さ「Ｈ３」未満の場合は（Ｓ１３３でＮｏ）、「給湯需要は小さいが、貯湯量に大きな余裕はない」と判定し、ヒートポンプ４０を停止して（Ｓ１３７）、「定格モード」で運用する（Ｓ１３９）。なお、上記の使用量Ｖ１が給湯量「Ｌ１」以上の場合は（Ｓ１３２でＮｏ）、「一定の給湯需要がある」と判定して、上述の「定格モード」で運用する（Ｓ１３０）。 Further, when the water level W 1 is higher than the height "H 2 " (No in S124), the amount used V 1 is less than the hot water supply amount "L 1 " (Yes in S132), and the water level W 1 is If the height is "H 3 " or higher (Yes in S133), it is determined that "the demand for hot water supply is small and there is a margin in the amount of hot water stored", the heat pump 40 is stopped (S136), and the lowest hot water supply in the apparatus 100 is performed. It is operated in the "low output mode" that generates the amount (S138). On the other hand, if the amount of water used V 1 is less than the amount of hot water supply "L 1 " (Yes in S132), but the water level W 1 is less than the height "H 3 " (No in S133), "the demand for hot water supply is Although it is small, there is no large margin in the amount of hot water stored. ”The heat pump 40 is stopped (S137) and operated in the“ rated mode ”(S139). If the amount of water used V 1 is equal to or greater than the amount of hot water supplied “L 1 ” (No in S132), it is determined that “there is a constant demand for hot water supply” and the operation is performed in the above-mentioned “rated mode” (S130). ..
その後、システム制御部５８は、時間Ｔ２が経過した時点で（Ｓ１０６でＹｅｓ）、温水の使用量Ｖ２および水位Ｗ２を計測し（Ｓ１４０）、使用量Ｖ２が０か否かを判定する（Ｓ１４２）。使用量Ｖ２が０の場合は（Ｓ１４２でＹｅｓ）、Ｓ１０４に戻る。 After that, when the time T 2 elapses (Yes in S106), the system control unit 58 measures the hot water usage amount V 2 and the water level W 2 (S140), and determines whether or not the usage amount V 2 is 0. (S142). If the usage amount V 2 is 0 (Yes in S142), the process returns to S104.
一方、使用量Ｖ２が０以外で（Ｓ１４２でＮｏ）、水位Ｗ２が高さＨ３以上の場合は（Ｓ１４４でＹｅｓ）、保温モード（Ｓ１５６）で運用し、水位Ｗ２が高さＨ3未満であり（Ｓ１４４でＮｏ）、使用量Ｖ２が、燃料電池ユニット１０の給湯能力のＡ倍を超える場合は（Ｓ１４６でＹｅｓ）、高出力モード（Ｓ１２２）で運用し、給湯能力のＢ倍未満の場合は（Ｓ１４８でＹｅｓ）、低出力モード（Ｓ１３８）で運用し、給湯能力のＢ倍以上の場合は（Ｓ１４８でＮｏ）、定格モード（Ｓ１３０）で運用する。 On the other hand, when the usage amount V 2 is other than 0 (No in S142) and the water level W 2 is height H 3 or more (Yes in S144), the operation is performed in the heat retention mode (S156), and the water level W 2 is the height H. If it is less than 3 (No in S144) and the usage amount V 2 exceeds A times the hot water supply capacity of the fuel cell unit 10 (Yes in S146), it is operated in the high output mode (S122) and the hot water supply capacity is B. If it is less than double (Yes in S148), it is operated in the low output mode (S138), and if it is B times or more of the hot water supply capacity (No in S148), it is operated in the rated mode (S130).
さらにまた、システム制御部５８は、時間Ｔ３が経過した時点で（Ｓ１０４でＹｅｓ）、温水の使用量Ｖ３および水位Ｗ３を計測し（Ｓ１５０）、使用量Ｖ３が、０か否かを判定する（Ｓ１５２）。使用量Ｖ３が０の場合は（Ｓ１５２でＹｅｓ）、待機モードで運用する（Ｓ１６０）。 Furthermore, the system control unit 58 measures the hot water usage amount V 3 and the water level W 3 (S150) when the time T 3 elapses (Yes in S104), and whether or not the usage amount V 3 is 0 or not. Is determined (S152). When the usage amount V 3 is 0 (Yes in S152), the operation is performed in the standby mode (S160).
一方、使用量Ｖ３が０以外で（Ｓ１５２でＮｏ）、水位Ｗ３が高さ「Ｈ３」以上の場合は（Ｓ１５４でＹｅｓ）、保温モード（Ｓ１５６）で運用し、水位Ｗ３が高さ「Ｈ３」未満の場合は（Ｓ１５４でＮｏ）、低出力モード（Ｓ１３８）で運用する。 On the other hand, if the usage amount V 3 is other than 0 (No in S152) and the water level W 3 is higher than the height "H 3 " (Yes in S154), it is operated in the heat retention mode (S156) and the water level W 3 is high. If it is less than "H 3 " (No in S154), it is operated in the low output mode (S138).
上記の構成により、ユーザの給湯需要に応じて燃料電池装置の運用モードを変更しつつ、長期間の給湯需要がない場合は燃料電池装置の発電を停止するので、エネルギーの利用効率を改善し得る燃料電池装置を実現することが可能となる。 With the above configuration, the operation mode of the fuel cell device is changed according to the user's hot water supply demand, and the power generation of the fuel cell device is stopped when there is no long-term hot water supply demand, so that the energy utilization efficiency can be improved. It becomes possible to realize a fuel cell device.
以上、各実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。 Although each embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes, improvements, and the like can be made without departing from the gist of the present invention.
１０ 燃料電池ユニット
１１ セルスタック
１２ 熱交換器
１３ ＦＣ制御部
２０ 貯湯ユニット
２１ 貯湯タンク
３０ センサユニット
４０ ヒートポンプ
５０ 制御装置
５１ コンバータ
５２ インバータ
５３ 第１リレースイッチ
５４ 第２リレースイッチ
５５ 電力計測部
５６ 通信部
５７ 操作部
５８ システム制御部
１００ 燃料電池装置
10 Fuel cell unit 11 Cell stack 12 Heat exchanger 13 FC control unit 20 Hot water storage unit 21 Hot water storage tank 30 Sensor unit 40 Heat pump 50 Control device 51 Converter 52 Inverter 53 1st relay switch 54 2nd relay switch 55 Power measurement unit 56 Communication unit 57 Operation unit 58 System control unit 100 Fuel cell device
Claims (5)
前記発電ユニットの発電にともなって排出される排ガスからの熱により温水を生成する温水生成ユニットと、
前記温水を貯湯装置へ送る温水供給ユニットと、
前記貯湯装置の貯湯量の水位を前記貯湯装置から受信する第１の受信ユニットと、
前記貯湯装置から出された前記温水の流量の積算値である温水使用量を前記貯湯装置から受信する第２の受信ユニットと、
前記貯湯装置へ供給する温水供給量を検出する検出ユニットと、
少なくとも、前記貯湯量と前記温水使用量と前記温水供給量とのうちの１つに応じて、複数の温水供給に関連する動作のなかから１つの動作を選択して制御する、少なくとも１つのプロセッサと、
を有し、
前記複数の動作は、前記温水の生成量が異なる複数の運用モードおよび前記発電ユニットの稼働を停止させる待機モードを含む燃料電池装置。 Power generation unit and
A hot water generation unit that generates hot water by heat from the exhaust gas discharged from the power generation of the power generation unit, and
A hot water supply unit that sends the hot water to the hot water storage device,
A first receiving unit that receives the water level of the amount of hot water stored in the hot water storage device from the hot water storage device, and
A second receiving unit that receives the amount of hot water used, which is an integrated value of the flow rate of the hot water discharged from the hot water storage device, from the hot water storage device.
A detection unit that detects the amount of hot water supplied to the hot water storage device, and
At least one processor that selects and controls one operation from a plurality of operations related to hot water supply according to one of the hot water storage amount, the hot water usage amount, and the hot water supply amount. When,
Have a,
The plurality of operations are fuel cell devices including a plurality of operation modes in which the amount of hot water generated is different and a standby mode in which the operation of the power generation unit is stopped .
第一の期間内に前記温水使用量の変化がないと判断された場合に、前記複数の動作のなかから、前記待機モードを選択して制御する、請求項１記載の燃料電池装置。 The at least one processor
If it is determined that there is no change in the hot water usage in the first period, from the multiple operation, and controls to select the standby mode, the fuel cell apparatus according to claim 1.
前記第一の期間よりも短い第二の期間内に、前記温水使用量が所定以上であり且つ前記水位が所定未満である場合に、前記複数の動作のなかから、前記複数の運用モードのうちで最も温水を生成する高出力モードを選択して制御する、請求項２記載の燃料電池装置。 The at least one processor
The first short in the second period than the when hot water usage is at a predetermined or higher and the water level is less than the predetermined, from the multiple operation, among the plurality of operation modes The fuel cell device according to claim 2 , wherein the high output mode that produces the hottest water is selected and controlled.
前記高出力モードにて制御する場合は、前記ヒートポンプを稼働させる、請求項３記載の燃料電池装置。 Including a heat pump
The fuel cell device according to claim 3, wherein the heat pump is operated when the control is performed in the high output mode.
第一の期間内に前記温水使用量の変化がないと判断された場合に、前記複数の動作のなかから、前記待機モードを選択して制御するとともに、前記検出ユニットは稼働させる、請求項１記載の燃料電池装置。 The at least one processor
If it is determined that the no change of the hot water usage in the first period, from the multiple operation, and controls to select the previous SL standby mode, the detection unit is to operate, claims 1. The fuel cell device according to 1.
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