JP7138777B2 - fuel cell device - Google Patents

fuel cell device Download PDF

Info

Publication number
JP7138777B2
JP7138777B2 JP2021511306A JP2021511306A JP7138777B2 JP 7138777 B2 JP7138777 B2 JP 7138777B2 JP 2021511306 A JP2021511306 A JP 2021511306A JP 2021511306 A JP2021511306 A JP 2021511306A JP 7138777 B2 JP7138777 B2 JP 7138777B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
shutdown
pump
temperature
cell device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021511306A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2020203059A1 (en
Inventor
亨祐 山内
光隆 嶌田
高志 重久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Dainichi Co Ltd
Original Assignee
Kyocera Corp
Dainichi Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp, Dainichi Co Ltd filed Critical Kyocera Corp
Publication of JPWO2020203059A1 publication Critical patent/JPWO2020203059A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7138777B2 publication Critical patent/JP7138777B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本開示は、燃料電池装置に関する。 The present disclosure relates to fuel cell devices.

従来技術の一例は、特許文献１に記載されている。 An example of the prior art is described in US Pat.

特許第６０４８６６２号公報Japanese Patent No. 6048662

本開示の燃料電池装置は、筐体内に、燃料電池と、該燃料電池の運転に必要な複数の補機と、制御装置と、を備え、前記複数の補機が、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスポンプと、前記燃料電池に水を供給する水ポンプと、前記燃料電池に空気を供給するブロワと、前記燃料電池からの排ガスと熱交換するための熱交換器に、熱媒を循環させる熱媒ポンプと、前記筐体内を換気する換気ファンと、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池のシャットダウンを実行する際に、シャットダウンの種類に応じて、前記補機のうち、稼動させる補機と稼動停止する補機とを設定してシャットダウンを実行し、前記燃料電池に関連する温度が第１の所定温度以下を満たさない場合に、前記シャットダウンにおいて、上記燃料ガスポンプ、前記水ポンプ、前記ブロワ、前記熱媒ポンプおよび前記換気ファンに異常が生じていない場合には、すべてを稼動させつつシャットダウンを実行するとともに、前記燃料電池に関連する温度が第２の所定温度以下を満たした場合に、前記燃料ガスポンプ、前記ブロワ、前記熱媒ポンプおよび前記換気ファンを第２の所定時間稼動させて、前記シャットダウンを継続する構成である。
A fuel cell device according to the present disclosure includes a fuel cell, a plurality of auxiliary devices necessary for operating the fuel cell, and a control device in a housing, and the plurality of auxiliary devices supply fuel gas to the fuel cell. a water pump that supplies water to the fuel cell; a blower that supplies air to the fuel cell; and a heat exchanger for exchanging heat with exhaust gas from the fuel cell. A heat medium pump for circulating and a ventilation fan for ventilating the inside of the housing are provided, and the control device, when executing shutdown of the fuel cell, selects which of the auxiliary machines to operate according to the type of shutdown. The auxiliary equipment to be activated and the auxiliary equipment to be stopped are set and shutdown is executed , and when the temperature related to the fuel cell does not satisfy a first predetermined temperature or less, the fuel gas pump and the water pump are performed in the shutdown. , when there is no abnormality in the blower, the heat medium pump and the ventilation fan, shutdown is performed while all are operating, and the temperature related to the fuel cell satisfies a second predetermined temperature or less. case, the fuel gas pump, the blower, the heat medium pump, and the ventilation fan are operated for a second predetermined time to continue the shutdown .

本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。 Objects, features and advantages of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description and drawings.

本開示の実施形態の燃料電池装置のブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell device according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 実施形態の燃料電池装置の斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell device according to an embodiment; FIG. 実施形態のシャットダウンの過程を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the shutdown process of the embodiment; 実施形態のシャットダウンの過程を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the shutdown process of the embodiment; 実施形態のシャットダウンの過程を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the shutdown process of the embodiment; 実施形態のシャットダウンの過程を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the shutdown process of the embodiment; 実施形態のシャットダウンの過程を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the shutdown process of the embodiment; 実施形態のシャットダウンの過程を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the shutdown process of the embodiment;

まず、本開示の燃料電池装置が基礎とする構成の燃料電池装置について説明する。 First, a fuel cell device having a configuration on which the fuel cell device of the present disclosure is based will be described.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数積層したセルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。 In recent years, as a next-generation energy source, a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells, which can obtain electric power using fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas), is stored in a storage container. Various types of fuel cell devices have been proposed in which a battery module or a fuel cell module is housed in an exterior case.

燃料電池装置の動作中に何らかの不具合が生じた場合、あるいは、燃料電池装置のメンテナンス等で燃料電池装置を短時間停止させたい場合には、半強制的に装置の作動を停止させるシャットダウンを実行することがある。 If some trouble occurs during the operation of the fuel cell device, or if it is desired to stop the fuel cell device for a short period of time for maintenance of the fuel cell device, etc., a shutdown that semi-forcibly stops the operation of the fuel cell device is executed. Sometimes.

しかしながら、シャットダウン動作をする場合に、燃料電池装置の状態はさまざまであり、燃料電池装置の状態に関わらず一律のシャットダウン動作を行うと、スタックの破損、燃料電池装置の降温の遅延および熱媒の沸騰などの不具合が起こるおそれがある。 However, when the shutdown operation is performed, the state of the fuel cell device varies. If the shutdown operation is performed uniformly regardless of the state of the fuel cell device, the stack may be damaged, the temperature drop of the fuel cell device may be delayed, and the heat medium may be depleted. Problems such as boiling may occur.

以下、図面を用いて本開示の実施形態の燃料電池装置について説明する。
図１は、実施形態の燃料電池装置のブロック図である。また、図２は、実施形態の燃料電池装置の斜視図である。A fuel cell device according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of the fuel cell device of the embodiment. Also, FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell device of the embodiment.

実施形態の燃料電池装置１００は、天然ガス等の原燃料ガスと空気とを使用して発電を行う燃料電池モジュール１と、第１熱交換器２、蓄熱タンク３、熱媒ポンプＰ２およびこれらをつなぐ循環流路等を有する排熱回収システムを備える。排熱回収システムである第１の熱循環系（ヒートサイクル）は、図１中に符号ＨＣ１で表記されている。 The fuel cell device 100 of the embodiment includes a fuel cell module 1 that generates power using a raw fuel gas such as natural gas and air, a first heat exchanger 2, a heat storage tank 3, a heat medium pump P2, and these. It is equipped with an exhaust heat recovery system that has a circulation channel etc. to connect. A first thermal circulation system (heat cycle), which is an exhaust heat recovery system, is denoted by symbol HC1 in FIG.

また、燃料電池装置１００は、符号ＨＣ２で示すように、前述の蓄熱タンク３に貯留された高温の熱媒を用いて、外部から供給された水道水等の水を加温し、加温された水を外部の給湯器（図示せず）等の再加熱装置に向けて送給する、第２の熱循環系ＨＣ２を備える。第２の熱循環系ＨＣ２は、第２熱交換器４（上水熱交換器ともいう）と、前述の蓄熱タンク３から熱媒を循環させる循環ポンプＰ３およびこれらをつなぐ流路配管とを備える。 Further, the fuel cell device 100 uses the high-temperature heat medium stored in the heat storage tank 3 to heat water such as tap water supplied from the outside, as indicated by symbol HC2. A second thermal cycle system HC2 is provided to deliver the heated water to a reheating device such as an external water heater (not shown). The second heat circulation system HC2 includes a second heat exchanger 4 (also referred to as a tap water heat exchanger), a circulation pump P3 that circulates the heat medium from the heat storage tank 3, and a flow path pipe that connects them. .

燃料電池モジュール１は、収納容器１０に収容されたセルスタック１１と改質器１２とを含む。燃料電池モジュール１から排出された排ガスは、第１熱交換器２で、排ガスと第１熱交換器２内を流れる水等の熱媒または冷媒との間で熱交換が行われる。この際、排ガスに含まれる水分が結露して凝縮水が生じる。生じた凝縮水は、凝縮水流路Ｃを経由して回収され、改質水タンク６に貯留される。 The fuel cell module 1 includes a cell stack 11 housed in a housing container 10 and a reformer 12 . Exhaust gas discharged from the fuel cell module 1 undergoes heat exchange in the first heat exchanger 2 between the exhaust gas and a heat medium such as water or a refrigerant flowing through the first heat exchanger 2 . At this time, water contained in the exhaust gas is condensed to produce condensed water. The generated condensed water is collected through the condensed water flow path C and stored in the reformed water tank 6 .

水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Ｅを介して、燃料電池装置１００の外に排気される。また、改質水タンク６に貯水された改質水は、改質水流路Ｒおよび水ポンプである改質水ポンプＰ１を介して、燃料電池モジュール１内の改質器１２に供給され、原燃料ガスの水蒸気改質に利用される。 The exhaust gas from which moisture has been removed is discharged outside the fuel cell device 100 through the exhaust gas passage E. FIG. The reformed water stored in the reformed water tank 6 is supplied to the reformer 12 in the fuel cell module 1 via the reformed water flow path R and the reformed water pump P1, which is a water pump. Used for steam reforming of fuel gas.

燃料電池モジュール１での発電に用いられる空気は、ブロワＢ２を含む空気流路である配管Ｆを介してセルスタック１１に導入される。原燃料ガスは、燃料ガスポンプＢ１を含む原燃料ガス流路である配管Ｇを介して、改質水流路Ｒを経由した改質水とともに、改質器１２に導入される。 Air used for power generation in the fuel cell module 1 is introduced into the cell stack 11 through a pipe F, which is an air flow path including the blower B2. The raw fuel gas is introduced into the reformer 12 together with the reforming water passing through the reforming water flow channel R through the pipe G, which is the raw fuel gas flow channel including the fuel gas pump B1.

燃料電池装置１００は、前述の燃料電池モジュール１等の他、その発電運転を補助する補機として、第１熱交換器２、蓄熱タンク３、第２熱交換器４、改質水タンク６、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、循環ポンプＰ３、換気ファン６０、パワーコンディショナ２０、制御装置３０、表示装置や操作パネルを含む操作基板４０等を備える。そして、燃料電池装置１００は、図２に示すような、各フレーム５１と各外装パネル５２とからなるケース５０の中に配設されている。このケース５０の中の、燃料電池モジュール１および各補機の周りや流路、配管等に、複数の計測機器やセンサ等が設けられている。 In addition to the above-described fuel cell module 1 and the like, the fuel cell device 100 includes a first heat exchanger 2, a heat storage tank 3, a second heat exchanger 4, a reforming water tank 6, a It has a fuel gas pump B1, a blower B2, a reformed water pump P1, a heat medium pump P2, a circulation pump P3, a ventilation fan 60, a power conditioner 20, a control device 30, an operation board 40 including a display device and an operation panel, and the like. The fuel cell device 100 is arranged in a case 50 composed of frames 51 and exterior panels 52 as shown in FIG. In this case 50, a plurality of measuring instruments, sensors, and the like are provided around the fuel cell module 1 and each auxiliary device, along flow paths, pipes, and the like.

改質器１２内は、原燃料と改質水とを混合して加熱する気化部と、原燃料と改質水を気化させて生成した水蒸気とを反応させて原燃料を改質する改質部とに分かれており、気化部の改質部に接続する部分の温度である改質入口温度Ｔ１を計測するための温度計ＴＣ１が取り付けられている。また、セルスタック１１上部に燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２を計測するための温度計ＴＣ２が取り付けられている。制御装置３０は温度計ＴＣ１およびＴＣ２から改質入口温度Ｔ１および燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２を取得することが可能である。In the reformer 12, there are a vaporization unit that mixes and heats the raw fuel and reforming water, and a reforming unit that reforms the raw fuel by reacting steam generated by vaporizing the raw fuel and reforming water. A thermometer TC1 is attached to measure the reforming inlet temperature T1, which is the temperature of the portion of the vaporizing section connected to the reforming section. A thermometer TC 2 for measuring the central temperature T 2 of the fuel cell module 1 is attached to the top of the cell stack 11 . The controller 30 can obtain the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 from the thermometers TC1 and TC2.

そして、燃料電池装置１００は、以下に詳細に述べるように、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つのプロセッサおよび記憶装置等を含む制御装置３０を備える。 The fuel cell system 100 then includes a controller 30, including at least one processor and memory devices, etc., to provide control and processing power to perform various functions, as described in detail below.

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、単一の集積回路として、または、複数の通信可能に接続された集積回路および／もしくはディスクリート回路として、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したがって実行されることが可能である。 According to various embodiments, at least one processor may be implemented as a single integrated circuit or as multiple communicatively coupled integrated and/or discrete circuits. The at least one processor can be implemented according to various known techniques.

１つの実施形態において、プロセッサは、たとえば、関連するメモリに記憶された指示を実行することによって１以上のデータ計算手続または処理を実行するように構成された、１以上の回路またはユニットを含む。他の実施形態において、プロセッサは、１以上のデータ計算手続または処理を実行するように構成された、ファームウェア、たとえばディスクリートロジックコンポーネントであってもよい。 In one embodiment, a processor includes one or more circuits or units configured to perform one or more data computing procedures or processes, such as by executing instructions stored in associated memory. In other embodiments, the processor may be firmware, eg, discrete logic components, configured to perform one or more data computing procedures or processes.

種々の実施形態によれば、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、デジタル信号処理部、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、または、これらのデバイスもしくは構成の任意の組合わせ、または、他の既知のデバイスおよび構成の組合わせ、を含み、以下に説明される機能を実行してもよい。 According to various embodiments, a processor is one or more processors, controllers, microprocessors, microcontrollers, application specific integrated circuits, digital signal processors, programmable logic devices, field programmable gate arrays, or any of these devices or Any combination of configurations or combinations of other known devices and configurations may be included to perform the functions described below.

制御装置３０は、記憶装置および表示装置（ともに図示省略）と、燃料電池装置１００を構成する各種構成部品および各種センサと接続され、これらの各機能部をはじめとして、燃料電池装置１００の全体を制御および管理する。制御装置３０は、それに付属する記憶装置に記憶されているプログラムを取得して、このプログラムを実行することによって、燃料電池装置１００の各部にかかる、種々の機能を実現する。 The control device 30 is connected to a storage device and a display device (both not shown), various components and various sensors that constitute the fuel cell device 100, and controls the entire fuel cell device 100 including these functional units. control and manage; The control device 30 obtains a program stored in a storage device attached thereto and executes the program, thereby realizing various functions of each part of the fuel cell device 100 .

制御装置３０から、他の機能部または装置に制御信号または各種の情報などを送信する場合、制御装置３０と他の機能部とは、有線または無線により接続されていればよい。制御装置３０が行う本実施形態に特徴的な制御については、後記で説明する。なお、本実施形態において、制御装置３０は特に、燃料電池装置１００につながる外部装置の指示、指令や、先に述べた各種センサの指示や計測値に基づいて、燃料ガスポンプＢ１等の原燃料供給装置を制御する。図１では、制御装置３０と、燃料電池を構成する各装置および各センサとを結ぶ接続線の図示を、省略している場合がある。 When transmitting control signals or various information from the control device 30 to other functional units or devices, the control device 30 and other functional units may be connected by wire or wirelessly. The control characteristic of this embodiment performed by the control device 30 will be described later. In this embodiment, the control device 30 particularly controls the supply of raw fuel from the fuel gas pump B1 or the like based on the instructions and commands from external devices connected to the fuel cell device 100, and the instructions and measured values from the various sensors described above. control the device. In FIG. 1, illustration of connection lines connecting the control device 30 and each device and each sensor constituting the fuel cell may be omitted.

図示しない記憶装置は、プログラムおよびデータを記憶できる。記憶装置は、処理結果を一時的に記憶する作業領域としても利用してもよい。記憶装置は、記録媒体を含む。記録媒体は、半導体記憶媒体、および磁気記憶媒体等の任意の非一時的（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）な記憶媒体を含んでよい。また、記憶装置は、複数の種類の記憶媒体を含んでいてもよい。記憶装置は、メモリカード、光ディスク、または光磁気ディスク等の可搬の記録媒体と、記憶の読み取り装置との組合せを含んでいてもよい。記憶装置は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の一時的な記憶領域として利用される記憶デバイスを含んでいてもよい。 A storage device (not shown) can store programs and data. The storage device may also be used as a work area for temporarily storing processing results. A storage device includes a recording medium. The recording medium may include any non-transitory storage medium such as semiconductor storage media and magnetic storage media. Also, the storage device may include multiple types of storage media. The storage device may include a combination of a portable recording medium such as a memory card, optical disk, or magneto-optical disk and a memory reader. The storage device may include a storage device such as RAM (Random Access Memory) that is used as a temporary storage area.

なお、燃料電池装置１００の制御装置３０および記憶装置は、燃料電池装置１００の外部に有する構成として実現することもできる。さらに、本開示に係る制御装置３０における特徴的な制御工程を含む制御方法として実現したり、上記工程をコンピュータに実行させるための制御プログラムとして実現したりすることも可能である。 Note that the control device 30 and the storage device of the fuel cell device 100 can also be implemented as a configuration provided outside the fuel cell device 100. FIG. Furthermore, it is also possible to implement as a control method including characteristic control steps in the control device 30 according to the present disclosure, or as a control program for causing a computer to execute the above steps.

なお、以下のフローは、前述の給湯先での温水の利用開始により、水道水流路Ｌの一部を構成する上水配管Ｊを通ってケース５０内に供給された比較的低温の水道水が、第２熱交換器４を経由して温められ、水温の上昇した加温水として、水道水流路Ｌの一部である給湯配管Ｋを経由して給湯器等の外部機器に送給および給湯される、排熱の間接的な利用を想定したものである。 In the following flow, relatively low-temperature tap water supplied into the case 50 through the tap water pipe J forming part of the tap water flow path L is supplied to the case 50 when hot water is started to be used at the hot water supply destination. , is heated through the second heat exchanger 4 and is supplied to and supplied to an external device such as a water heater through a hot water supply pipe K, which is a part of the tap water flow path L, as heated water with an increased water temperature. It is intended for indirect use of waste heat.

燃料電池装置１００における、排ガスから回収した凝縮水（改質水）を用いた発電運転（いわゆる、水自立運転）について簡単に説明する。 Power generation operation (so-called water independent operation) using condensed water (reforming water) collected from exhaust gas in the fuel cell device 100 will be briefly described.

発電運転中の燃料電池装置１００においては、燃料電池モジュール１に隣接して配置された第１熱交換器２で、モジュールから排出された排ガスと、第１熱交換器２内を流れる水等の熱媒との間で熱交換が行われ、排ガスに含まれる水分が結露して凝縮水が生じる。 In the fuel cell device 100 during power generation operation, the first heat exchanger 2 arranged adjacent to the fuel cell module 1 mixes the exhaust gas discharged from the module with water or the like flowing inside the first heat exchanger 2. Heat is exchanged with the heat medium, and moisture contained in the exhaust gas is condensed to produce condensed water.

生じた凝縮水は、気液分離器等により分離され、イオン交換樹脂等の浄化装置を経由して浄化された後、凝縮水流路Ｃを通じて、改質水タンク６に貯留される。一方、水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Ｅを介して、燃料電池装置１００の外に排気される。 The resulting condensed water is separated by a gas-liquid separator or the like, purified through a purification device such as an ion exchange resin, and then stored in the reformed water tank 6 through the condensed water flow path C. On the other hand, the exhaust gas from which moisture has been removed is discharged outside the fuel cell device 100 through the exhaust gas passage E. FIG.

改質水タンク６に貯留された改質水は、改質水流路Ｒおよび改質水ポンプＰ１を介して、燃料電池モジュール１内の改質器１２に供給され、改質水を用いた原燃料の水蒸気改質に利用される。 The reformed water stored in the reformed water tank 6 is supplied to the reformer 12 in the fuel cell module 1 through the reformed water flow path R and the reformed water pump P1, and the raw material using the reformed water is supplied. Used for steam reforming of fuel.

燃料電池装置１００を停止させるシャットダウンは、燃料電池装置１００の動作中に不具合が生じて正常な運転が困難である場合、あるいは、燃料電池装置のメンテナンス等で燃料電池装置を停止させる必要がある場合などに実行される。 Shutdown for stopping the fuel cell device 100 is performed when a problem occurs during operation of the fuel cell device 100 and normal operation is difficult, or when it is necessary to stop the fuel cell device for maintenance or the like. and so on.

燃料電池装置１００のシャットダウンにおいてすべての補機を停止させると、燃料電池装置１００の余熱によって、熱媒が沸騰したり、ファンが動作しないため降温に時間がかかったりして、シャットダウンによる燃料電池装置１００への熱による悪影響が大きくなるおそれがある。そこで、以下の本実施形態においては、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、および換気ファン６０に着目して、シャットダウン時におけるこれらの補機の稼動について説明する。 If all auxiliary devices are stopped during shutdown of the fuel cell device 100, the residual heat of the fuel cell device 100 causes the heat medium to boil, or the fan does not operate, so it takes time to lower the temperature. The adverse effects of heat on 100 may increase. Therefore, in the present embodiment below, focusing on the fuel gas pump B1, the blower B2, the reforming water pump P1, the heat medium pump P2, and the ventilation fan 60, the operation of these accessories during shutdown will be described.

シャットダウンの基本制御である、第１シャットダウン制御では、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、および換気ファン６０をすべて稼動させてシャットダウンを行う。それによりシステム内の冷却を速やかに行うことができる。 In the first shutdown control, which is the basic control of shutdown, the fuel gas pump B1, the blower B2, the reforming water pump P1, the heat medium pump P2, and the ventilation fan 60 are all operated for shutdown. As a result, cooling in the system can be performed quickly.

一方、燃料電池装置１００の稼動に必要である流体に関する異常である、第１異常判定基準を満たした場合は、第２シャットダウン制御を実行する。第２シャットダウン制御では、補機である燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１および換気ファン６０を動作させずにシャットダウンを行う。 On the other hand, when the first abnormality determination criterion, which is an abnormality related to the fluid necessary for the operation of the fuel cell device 100, is satisfied, the second shutdown control is executed. In the second shutdown control, shutdown is performed without operating the fuel gas pump B1, the blower B2, the reforming water pump P1, and the ventilation fan 60, which are auxiliary equipment.

また、第１の熱循環系ＨＣ１や第２の熱循環系ＨＣ２の熱媒体に関する異常である、第２異常判定基準を満たした場合は、第３のシャットダウン制御を実行する。第３のシャットダウン制御では、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２および換気ファン６０を動作させずにシャットダウンを行う。 Further, when the second abnormality determination criterion, which is an abnormality related to the heat medium of the first thermal circulation system HC1 or the second thermal circulation system HC2, is satisfied, the third shutdown control is executed. In the third shutdown control, the fuel gas pump B1, the blower B2, the reforming water pump P1, the heat medium pump P2 and the ventilation fan 60 are shut down without operating.

また、燃料電池装置１００のメンテナンスの場合に行う第４シャットダウン制御では、燃料電池装置１００の停止時間をできるだけ短くして燃料電池装置１００の稼動効率を高めるような方法が求められる。そこで、最低限の燃料電池モジュール１保護のため燃料ガスポンプＢ１を動作させずにシャットダウンを行う。 Further, in the fourth shutdown control performed during maintenance of the fuel cell device 100, a method is required to shorten the stop time of the fuel cell device 100 as much as possible to improve the operating efficiency of the fuel cell device 100. FIG. Therefore, in order to protect the fuel cell module 1 at a minimum, shutdown is performed without operating the fuel gas pump B1.

このように制御装置３０は、シャットダウンの種類に応じて、稼動させる補機と稼動停止する補機とを設定してシャットダウンを実行することによって、最適なシャットダウン工程を選択できる。それにより、燃料電池装置１００のシャットダウン時の燃料電池装置１００および周辺環境への悪影響を軽減することが可能になる。また、燃料電池装置１００を保護することができるので燃料電池装置１００の信頼性を高めることができる。また、燃料電池装置１００の稼動効率を高めることができる。 In this manner, the control device 30 can select the optimum shutdown process by setting the auxiliary machines to be activated and the auxiliary machines to be stopped according to the type of shutdown and executing the shutdown. As a result, it is possible to reduce adverse effects on the fuel cell device 100 and the surrounding environment when the fuel cell device 100 is shut down. Moreover, since the fuel cell device 100 can be protected, the reliability of the fuel cell device 100 can be improved. Also, the operating efficiency of the fuel cell device 100 can be enhanced.

以下、図３～図５を用いて第１シャットダウン制御の動作について説明する。これらの図３～図５では、「ステップ」を「Ｓ」と略称するとともに、チャート内においては、判断制御における「正」（フラグ＝１）を［Ｙｅｓ］で、「否」（フラグ＝０）を［Ｎｏ］で表している。 The operation of the first shutdown control will be described below with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. In these FIGS. 3 to 5, "step" is abbreviated as "S", and in the charts, "positive" (flag=1) in judgment control is indicated by "Yes", and "not" (flag=0). ) is represented by [No].

運転中にシャットダウンが発生した場合、シャットダウン制御を開始する（ステップＳ０）。なお、燃料電池装置１００においては、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が、温度計ＴＣ１と温度計ＴＣ２により連続して測定されている。When shutdown occurs during operation, shutdown control is started (step S0). In the fuel cell device 100, the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 are continuously measured by the thermometers TC1 and TC2.

次に、ステップＳ１で、改質入口温度Ｔ１および燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が第１の所定温度を超えているか判断する。第１の所定温度は、たとえば、シャットダウン制御における改質水ポンプＰ１、ブロワＢ２、燃料ガスポンプＢ１の稼動に伴って、改質器１２やセルスタック１１が破損することを抑制するための温度である。シャットダウン直前に発電を正常に行っている状態では、改質入口温度Ｔ１および燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２は第１の所定温度を超えている。この場合、ステップＳ２に移行する。また、起動直後にシャットダウンを行って改質入口温度Ｔ１および燃料電池モジュール１中心温度Ｔ２がともに第１の所定温度を超えていない場合には、ステップＳ５に移行する。なお、以降の説明において、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、および換気ファン６０の稼動時間、稼動量は燃料電池装置の大きさ等や各補機の能力等に応じて適宜設定することができる。 Next, in step S1, it is determined whether the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 exceed a first predetermined temperature. The first predetermined temperature is, for example, a temperature for suppressing damage to the reformer 12 and the cell stack 11 accompanying the operation of the reformed water pump P1, the blower B2, and the fuel gas pump B1 during shutdown control. . In the state of normal power generation immediately before shutdown, the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 exceed the first predetermined temperature. In this case, the process proceeds to step S2. Further, if the shutdown is performed immediately after starting and both the reforming inlet temperature T1 and the fuel cell module 1 center temperature T2 do not exceed the first predetermined temperature, the process proceeds to step S5. In the following description, the operating time and operating amount of the fuel gas pump B1, blower B2, reforming water pump P1, heat medium pump P2, and ventilation fan 60 are determined by the size of the fuel cell device, the capacity of each auxiliary device, and the like. can be set as appropriate.

ステップＳ２において、燃料電池装置１００を冷却するために、換気ファン６０、熱媒ポンプＰ２を動作させるとともに、改質水ポンプＰ１、ブロワＢ２を動作させて、配管Ｆから空気を供給する。このとき、燃料ガスポンプＢ１を停止させ、配管Ｇからの原燃料ガスの供給を停止する。この状態を第１所定時間ｔ１継続する。このように、第１シャットダウン制御では、換気ファン６０が動作しているので燃料電池装置１００内に可燃性ガスが滞留しないため安全性を高めることができる。また、熱媒ポンプＰ２を動作させているので、熱媒の沸騰を防止することができる。また、配管Ｆから空気を供給することによって、燃料電池装置１００内の排ガスを外部に放出することができる。また、改質水ポンプＰ１を動作させて改質水を供給して、配管Ｆからの空気が改質水流路Ｒに逆流しないようにすることができる。ステップＳ２によって燃料電池モジュール１内のオフガスが外部に排出される。 In step S2, in order to cool the fuel cell device 100, the ventilation fan 60 and the heat medium pump P2 are operated, the reforming water pump P1 and the blower B2 are operated, and air is supplied from the pipe F. At this time, the fuel gas pump B1 is stopped, and the supply of raw fuel gas from the pipe G is stopped. This state continues for the first predetermined time t1. As described above, in the first shutdown control, since the ventilation fan 60 is operating, the combustible gas does not stay in the fuel cell device 100, so safety can be improved. Moreover, since the heat medium pump P2 is operated, boiling of the heat medium can be prevented. Further, by supplying air from the pipe F, the exhaust gas in the fuel cell device 100 can be released to the outside. In addition, the reforming water pump P1 is operated to supply reforming water so that the air from the pipe F does not flow back into the reforming water flow path R. The off-gas in the fuel cell module 1 is discharged to the outside by step S2.

続いて、図４に示すステップＳ３において、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が第１の所定温度以下となったかを判定する。改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２のどちらかが、第１の所定温度を超えている場合には、ステップＳ４に進み、さらに燃料電池装置１００を冷却する。一方、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２がともに第１の所定温度に以下になっている場合には、ステップＳ５に進む。 Subsequently, in step S3 shown in FIG. 4, it is determined whether or not the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 have become equal to or lower than a first predetermined temperature. If either the reforming inlet temperature T1 or the core temperature T2 of the fuel cell module 1 exceeds the first predetermined temperature, the process proceeds to step S4 to cool the fuel cell device 100 further. On the other hand, if both the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 are below the first predetermined temperature, the process proceeds to step S5.

ステップＳ４においては、換気ファン６０および熱媒ポンプＰ２を動作させ、ブロワＢ２を停止して配管Ｆから空気の供給を停止し、燃料ガスポンプＢ１を停止して、配管Ｇからの原燃料ガスの供給を停止し、また、改質水ポンプＰ１を停止して改質水の供給を停止する。この状態を第２所定時間ｔ２継続する。なお、ステップＳ４においては、補機は間欠運転を繰り返すこともできる。この場合、たとえば、換気ファン６０は時間ｔ３間の動作および時間ｔ４間の待機を繰り返し、熱媒ポンプＰ２は、時間ｔ５間の作動後、時間ｔ６間の待機する動作を繰り返すことができる。なおｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６のそれぞれの時間は、適宜設定すればよい。 In step S4, the ventilation fan 60 and the heat medium pump P2 are operated, the blower B2 is stopped to stop the supply of air from the pipe F, the fuel gas pump B1 is stopped to supply the raw fuel gas from the pipe G. is stopped, and the reforming water pump P1 is stopped to stop the supply of reforming water. This state continues for the second predetermined time t2. In addition, in step S4, the auxiliary machine can also repeat the intermittent operation. In this case, for example, ventilation fan 60 repeats operation for time t3 and standby for time t4, and heat medium pump P2 repeats operation for time t5 and then standby for time t6. Each time of t3, t4, t5, and t6 may be set appropriately.

第２所定時間ｔ２経過後、ステップＳ３に戻り、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２がともに第１の所定温度に以下になっているか判断する。第１の所定温度以下の場合は次のステップＳ５に移行する。改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２の少なくとも一方が、第１の所定温度を超えている場合は、ステップＳ４に再度移行する。 After the second predetermined time t2 has elapsed, the process returns to step S3, and it is determined whether both the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 are below the first predetermined temperature. If the temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature, the process proceeds to step S5. When at least one of the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 exceeds the first predetermined temperature, the process proceeds to step S4 again.

続いて、図５に示すステップＳ５において、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２がともに第２の所定温度以下になったかを判定する。改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２がともに第２の所定温度以下になった時点で、次のステップＳ６に移行する。ステップＳ５では、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、および換気ファン６０をすべてが停止している。第２の所定温度は、たとえば、次のステップにて、改質器１２や燃料電池モジュール１内の水蒸気を排出すべく、燃料ガスポンプＢ１およびブロワＢ２を動作させた場合に、改質器１２やセルスタック１１に悪影響を及ぼさない温度で設定することができる。 Subsequently, in step S5 shown in FIG. 5, it is determined whether both the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 have become equal to or lower than the second predetermined temperature. When both the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 become equal to or lower than the second predetermined temperature, the process proceeds to the next step S6. In step S5, the fuel gas pump B1, blower B2, reforming water pump P1, heat medium pump P2, and ventilation fan 60 are all stopped. The second predetermined temperature is set, for example, when the fuel gas pump B1 and the blower B2 are operated in the next step to discharge water vapor from the reformer 12 and the fuel cell module 1. The temperature can be set at a temperature that does not adversely affect the cell stack 11 .

続いて、ステップＳ６において、換気ファン６０および熱媒ポンプＰ２を動作させたまま、燃料ガスポンプＢ１を動作させて配管Ｇから原燃料ガスを供給し、ブロワＢ２を動作させて配管Ｆから空気を供給する。また、改質水ポンプＰ１は停止している。ステップＳ６は第３所定時間ｔ７継続する。なお、ステップＳ６では、駆動時間が異なるように補機を動作させることもできる。たとえば、燃料ガスポンプを時間ｔ８だけ稼動させ、その後、燃料ガスポンプＢ１を停止して原燃料ガスの供給を停止する。原燃料ガスを供給することで燃料電池セル内部に改質水が結露することを防止することができる。また、ブロワＢ２は、ステップＳ２よりも多くの空気量が供給されるように動作させることもできる。この場合、配管Ｆから多量の空気を供給して燃料ガスを薄めて燃料電池の外に流出させることができる。 Subsequently, in step S6, the fuel gas pump B1 is operated to supply the raw fuel gas from the pipe G, and the blower B2 is operated to supply air from the pipe F while the ventilation fan 60 and the heat medium pump P2 are being operated. do. Also, the reforming water pump P1 is stopped. Step S6 continues for a third predetermined time t7. In step S6, it is also possible to operate the auxiliary machines so that the drive times are different. For example, the fuel gas pump is operated for time t8, and then the fuel gas pump B1 is stopped to stop the supply of the raw fuel gas. By supplying the raw fuel gas, it is possible to prevent the reforming water from condensing inside the fuel cell. Also, the blower B2 can be operated to supply a larger amount of air than in step S2. In this case, it is possible to dilute the fuel gas by supplying a large amount of air from the pipe F to flow it out of the fuel cell.

続いて、ステップＳ７において、換気ファン６０および熱媒ポンプＰ２を動作させるとともに、ブロワＢ２を駆動させて、配管Ｆから空気を供給して燃料電池装置１００を冷却する。また、改質水ポンプＰ１と燃料ガスポンプＢ１は停止している。ステップＳ７は第４所定時間ｔ９継続する。 Subsequently, in step S7, the ventilation fan 60 and the heat medium pump P2 are operated, the blower B2 is driven, air is supplied from the pipe F, and the fuel cell device 100 is cooled. Also, the reforming water pump P1 and the fuel gas pump B1 are stopped. Step S7 continues for the fourth predetermined time t9.

第４所定時間ｔ９が経過したらステップＳ８に移行し、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２とがともに第３の所定温度以下になっているか判断する。ここで第３の所定温度は、例えば、熱媒ポンプＰ２が停止しても熱媒の沸騰が発生しない温度や、メンテナンスを実行できる程度に十分冷却された温度に設定することができる。改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２とがともに第３の所定温度以下の場合は、ステップＳ９に移行する。改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２の少なくとも一方が、第３の所定温度を超えている場合は、ステップＳ７に再度移行する。 After the fourth predetermined time t9 has elapsed, the process proceeds to step S8, and it is determined whether both the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 are equal to or lower than the third predetermined temperature. Here, the third predetermined temperature can be set, for example, to a temperature at which boiling of the heat medium does not occur even if the heat medium pump P2 stops, or to a temperature sufficiently cooled to the extent that maintenance can be performed. If both the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 are equal to or lower than the third predetermined temperature, the process proceeds to step S9. When at least one of the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 exceeds the third predetermined temperature, the process proceeds to step S7 again.

続いて、ステップＳ９において、換気ファン６０、熱媒ポンプＰ２およびブロワＢ２を停止して配管Ｆから空気の供給を停止して、機器を停止させる。次に、ステップＳ１０で、燃料電池装置１００は、待機状態に移行する。 Subsequently, in step S9, the ventilation fan 60, the heat medium pump P2, and the blower B2 are stopped to stop the supply of air from the pipe F, and the equipment is stopped. Next, in step S10, the fuel cell device 100 shifts to a standby state.

次に、燃料電池装置１００の稼動に必要である流体に関する異常である、第１異常判定基準を満たした場合は、第２シャットダウン制御を実行する。このような異常としては、たとえば、燃料ガスに関する異常、改質水に関する異常、空気に関する異常、換気に関する異常等が例示できる。なお、第２シャットダウン制御は、直接的に流体の異常を検知できる補機動作、流量、濃度、電圧に関する異常だけでなく、間接的に流体の異常を推察できる温度、圧力に関する異常を含むなど、異常判定基準は適宜設定してよい。第２シャットダウン制御の動作を図６のフローチャートを用いて説明する。 Next, when the first abnormality determination criterion, which is an abnormality related to the fluid necessary for the operation of the fuel cell device 100, is satisfied, the second shutdown control is executed. Examples of such anomalies include fuel gas anomalies, reforming water anomalies, air anomalies, and ventilation anomalies. In addition, the second shutdown control includes not only abnormalities related to accessory operation, flow rate, concentration, and voltage that can directly detect fluid abnormalities, but also abnormalities related to temperature and pressure that can indirectly infer fluid abnormalities. Abnormality determination criteria may be set as appropriate. The operation of the second shutdown control will be explained using the flowchart of FIG.

ステップＳ２０において、燃料電池装置１００の稼動に必要である流体に異常が発生した場合は、燃料電池装置１００はシャットダウン制御を開始する。続いて、ステップＳ２１において、熱媒ポンプＰ２を動作させる。燃料ガスポンプＢ１を停止して燃料供給を停止し、また、ブロワＢ２を停止して空気の供給を停止する。また、改質水ポンプＰ１を停止して改質水の供給を停止する。さらに換気ファン６０を停止する。 In step S20, when an abnormality occurs in the fluid necessary for the operation of the fuel cell device 100, the fuel cell device 100 starts shutdown control. Subsequently, in step S21, the heat medium pump P2 is operated. The fuel gas pump B1 is stopped to stop the fuel supply, and the blower B2 is stopped to stop the air supply. Also, the reforming water pump P1 is stopped to stop the supply of reforming water. Furthermore, the ventilation fan 60 is stopped.

ステップＳ２２で示されるように、燃料電池装置１００は改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が第４の所定温度以下になるまで冷却を続ける。この場合の第４の所定温度は、たとえば、メンテナンスを実行できる程度に十分冷却された温度である。 As shown in step S22, the fuel cell device 100 continues cooling until the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 become equal to or lower than the fourth predetermined temperature. The fourth predetermined temperature in this case is, for example, a temperature sufficiently cooled to the extent that maintenance can be performed.

改質入口温度Ｔ１および燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が第４の所定温度以下になると、ステップＳ２３に移行して熱媒ポンプＰ２を停止する。次にステップＳ２４で機器を停止させ、ステップＳ２５にて燃料電池装置１００は待機状態に移行する。このように、熱媒ポンプＰ２を循環させることで燃料電池装置１００の冷却を促進する。さらに燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１および換気ファン６０を停止することにより、セルスタック１１や改質器１２の破損や、燃料電池モジュール１の排ガスや残留ガスの排出を抑制する。 When the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 become equal to or lower than the fourth predetermined temperature, the process proceeds to step S23 to stop the heat medium pump P2. Next, in step S24, the equipment is stopped, and in step S25, the fuel cell device 100 shifts to a standby state. Thus, cooling of the fuel cell device 100 is accelerated by circulating the heat medium pump P2. Furthermore, by stopping the fuel gas pump B1, the blower B2, the reformed water pump P1 and the ventilation fan 60, damage to the cell stack 11 and the reformer 12 and discharge of exhaust gas and residual gas from the fuel cell module 1 are suppressed.

次に、燃料電池装置１００は、第１異常判定基準と異なる第２判定基準を満たした場合、第３シャットダウン制御を実行する。このような異常としては、たとえば、第１の熱循環系ＨＣ１や第２の熱循環系ＨＣ２の熱媒体に関する異常が例示できる。たとえば、熱媒ポンプＰ２の回転異常が発生した場合は、第３シャットダウン制御を実行する。なお、第３シャットダウン制御は、直接的に熱媒体の異常を検知できる補機動作、流量、電圧に関する異常だけでなく、間接的に熱媒体の異常を推察できる温度、水位に関する異常を含むなど、異常判定基準は適宜設定してよい。第３シャットダウン制御の動作を図７のフローチャートを用いて説明する。 Next, the fuel cell device 100 executes third shutdown control when a second criterion different from the first abnormality criterion is satisfied. As such an abnormality, for example, an abnormality related to the heat medium of the first thermal circulation system HC1 and the second thermal circulation system HC2 can be exemplified. For example, when the heat medium pump P2 has a rotational abnormality, the third shutdown control is executed. In addition, the third shutdown control includes not only abnormalities related to auxiliary equipment operation, flow rate, and voltage that can directly detect abnormalities in the heat medium, but also abnormalities related to temperature and water level that can indirectly infer abnormalities in the heat medium. Abnormality determination criteria may be set as appropriate. The operation of the third shutdown control will be explained using the flowchart of FIG.

ステップＳ３０において、第１の熱循環系ＨＣ１や第２の熱循環系ＨＣ２の熱媒体に異常が発生した場合は、燃料電池装置１００はシャットダウン制御を開始する。続いて、ステップＳ３１において、熱媒ポンプＰ２を停止する。また、換気ファン６０を停止する。さらに、改質水ポンプＰ１を停止して、改質水の供給を停止し、また、燃料ガスポンプＢ１を停止して原燃料ガスの供給を停止し、ブロワＢ２を停止して空気の供給を停止する。 In step S30, when an abnormality occurs in the heat medium of the first thermal circulation system HC1 or the second thermal circulation system HC2, the fuel cell device 100 starts shutdown control. Subsequently, in step S31, the heat medium pump P2 is stopped. Also, the ventilation fan 60 is stopped. Further, the reforming water pump P1 is stopped to stop the reforming water supply, the fuel gas pump B1 is stopped to stop the raw fuel gas supply, and the blower B2 is stopped to stop the air supply. do.

ステップＳ３２で示されるように、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が第５の所定温度以下になるまで、補機である、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、および換気ファン６０を停止する。この場合の第５の所定温度は、たとえば、メンテナンスを実行できる程度に十分冷却された温度である。 As shown in step S32, until the reforming inlet temperature T1 and the central temperature T2 of the fuel cell module 1 become equal to or lower than the fifth predetermined temperature, the auxiliaries, the fuel gas pump B1, the blower B2, and the reforming water pump P1, are maintained. , the heating medium pump P2, and the ventilation fan 60 are stopped. The fifth predetermined temperature in this case is, for example, a temperature sufficiently cooled to the extent that maintenance can be performed.

改質入口温度Ｔ１および燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が第５の所定温度以下になると、ステップＳ３３に移行して機器を停止させ、ステップ３４にて燃料電池装置１００は待機状態に移行する。このように、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１を停止させることで、燃料電池モジュール１の高温排ガスや残留ガスが第１熱交換器２に流入することにより発生する熱媒体の過熱や沸騰を防止する。さらに、熱媒ポンプＰ２を停止させることで、熱媒体漏出時には漏れの拡大を防止するとともに、換気ファン６０を停止させることで、漏れた水の飛散を防止する。 When the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 become equal to or lower than the fifth predetermined temperature, the process proceeds to step S33 to stop the equipment, and in step S34 the fuel cell device 100 transitions to the standby state. By stopping the fuel gas pump B1, the blower B2, and the reforming water pump P1 in this way, the high-temperature exhaust gas and residual gas from the fuel cell module 1 flow into the first heat exchanger 2 to overheat the heat medium. or to prevent boiling. Further, by stopping the heat medium pump P2, expansion of the leak is prevented when the heat medium leaks, and by stopping the ventilation fan 60, scattering of the leaked water is prevented.

次にメンテナンスにより燃料電池装置１００を短時間停止させたい場合に実行する第４シャットダウン制御の動作を図８のフローチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the fourth shutdown control executed when the fuel cell device 100 is to be stopped for a short period of time for maintenance will be described with reference to the flowchart of FIG.

メンテナンスを行う操作者は、燃料電池装置１００が動作中に、操作基板４０より燃料電池装置１００をメンテナンスモードに移行させることができる。また、メンテナンスモードにおいて、操作基板４０の操作より、燃料電池装置１００は第４シャットダウン制御を開始することができる。 An operator performing maintenance can shift the fuel cell device 100 to the maintenance mode from the operation board 40 while the fuel cell device 100 is in operation. Further, in the maintenance mode, the operation of the operation board 40 allows the fuel cell device 100 to start the fourth shutdown control.

ステップ４０において、メンテナンスを行う操作者は、操作基板４０よりシャットダウン制御を開始する。次にステップＳ４１において、改質入口温度Ｔ１および燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２が第６の所定温度を超えているか判断する。この場合の第６の所定温度は、たとえば、改質器１２やセルスタック１１に悪影響を及ぼさない温度で設定することができる。 In step 40 , the operator who performs maintenance starts shutdown control from the operation board 40 . Next, in step S41, it is determined whether the reforming inlet temperature T1 and the core temperature T2 of the fuel cell module 1 exceed a sixth predetermined temperature. The sixth predetermined temperature in this case can be set, for example, at a temperature that does not adversely affect the reformer 12 and the cell stack 11 .

第６の所定温度以下の場合は、機器を停止するステップＳ４３に移行し、改質入口温度Ｔ１と燃料電池モジュール１の中心温度Ｔ２の少なくとも一方が、第６の所定温度を超えている場合は、ステップＳ４２に移行する。 If the temperature is equal to or lower than the sixth predetermined temperature, the process proceeds to step S43 to stop the equipment. , the process proceeds to step S42.

ステップＳ４２において、燃料電池装置１００を冷却するために、換気ファン６０、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２を動作させるとともに、ブロワＢ２を動作させて、配管Ｆから空気を供給する。このとき、燃料ガスポンプＢ１を停止させ、配管Ｇからの原燃料ガスの供給を停止する。ステップＳ４２は第５所定時間ｔ１０継続する。 In step S42, in order to cool the fuel cell device 100, the ventilation fan 60, the reforming water pump P1, and the heat medium pump P2 are operated, and the blower B2 is operated to supply air from the pipe F. At this time, the fuel gas pump B1 is stopped, and the supply of raw fuel gas from the pipe G is stopped. Step S42 continues for the fifth predetermined time t10.

第５所定時間ｔ１０を経過後、ステップＳ４３において、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、および換気ファン６０を停止して機器を停止させる。 After the lapse of the fifth predetermined time t10, in step S43, the blower B2, the reforming water pump P1, the heat medium pump P2, and the ventilation fan 60 are stopped to stop the equipment.

次にステップＳ４４において、燃料電池装置１００は待機状態に移行し、待機状態に移行した時刻Ｔａを記憶する。 Next, in step S44, the fuel cell device 100 shifts to the standby state, and stores the time Ta at which it transitioned to the standby state.

ステップＳ４５において、メンテナンス終了後等に再起動指示を受け付けると、ステップＳ４６に移行して、再起動指示を受け付けた時刻Ｔｂを取得する In step S45, when a restart instruction is received after maintenance is finished, etc., the process proceeds to step S46, and the time Tb at which the restart instruction is received is acquired.

次にステップＳ４７において、再起動指示を受け付けた時刻Ｔｂと待機状態に移行した時刻Ｔａより、再起動指示が第６所定時間ｔ１１以内に行われたか判定する。所定時間以内の場合は、ステップＳ４８に移行して再起動し、所定時間を超えている場合は、ステップＳ４９に移行して燃料電池装置１００が十分に冷却されるまで待機する。 Next, in step S47, it is determined whether or not the restart instruction has been issued within the sixth predetermined time t11 based on the time Tb when the restart instruction is accepted and the time Ta when the state shifts to the standby state. If it is within the predetermined time, the process proceeds to step S48 and restarts. If the predetermined time is exceeded, the process proceeds to step S49 and waits until the fuel cell device 100 is sufficiently cooled.

このように、シャットダウン動作をする場合に、燃料ガスポンプＢ１、ブロワＢ２、改質水ポンプＰ１、熱媒ポンプＰ２、および換気ファン６０の駆動、及び停止を適宜選択することで、燃料電池装置１００を保護することができ燃料電池装置１００の信頼性を高めることができる。さらに、メンテナンスの指示によるシャットダウンの場合、シャットダウン完了後の時間を計測し、第６所定時間ｔ１１以内であれば再起動を可能とすることによって、メンテナンスによる燃料電池装置１００の発電停止時間を短縮することができる。 In this manner, when the shutdown operation is performed, the fuel cell device 100 can be operated by appropriately selecting the driving and stopping of the fuel gas pump B1, the blower B2, the reforming water pump P1, the heat medium pump P2, and the ventilation fan 60. It can be protected and the reliability of the fuel cell device 100 can be improved. Furthermore, in the case of shutdown due to a maintenance instruction, the time after completion of shutdown is measured, and restarting is enabled within the sixth predetermined time t11, thereby shortening the power generation stop time of the fuel cell device 100 due to maintenance. be able to.

本開示は次の実施の形態が可能である。 The present disclosure enables the following embodiments.

本開示の燃料電池装置は、筐体内に、燃料電池と、該燃料電池の運転に必要な複数の補機と、制御装置と、を備え前記制御装置は、前記燃料電池のシャットダウンを実行する際に、シャットダウンの種類に応じて、前記補機のうち、稼動させる補機と稼動停止する補機とを設定してシャットダウンを実行する構成ある。 A fuel cell device of the present disclosure includes a fuel cell, a plurality of auxiliary devices necessary for operating the fuel cell, and a control device in a housing. (2) According to the type of shutdown, among the auxiliary machines, the auxiliary machines to be activated and the auxiliary machines to be stopped are set, and the shutdown is executed.

本開示の燃料電池装置によると、燃料電池装置のシャットダウン時に燃料電池装置を保護することができ、燃料電池装置の信頼性を高めることができる。 According to the fuel cell device of the present disclosure, the fuel cell device can be protected when the fuel cell device is shut down, and the reliability of the fuel cell device can be improved.

本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。 This disclosure can be embodied in various other forms without departing from its spirit or essential characteristics. Accordingly, the above-described embodiments are merely exemplary in all respects, and the scope of the present disclosure is indicated by the claims and not by any means of the specification. Furthermore, all modifications and changes within the scope of the claims are within the scope of the present disclosure.

１ 燃料電池モジュール
２ 第１熱交換器
３ 蓄熱タンク
４ 第２熱交換器
６ 改質水タンク
１０ 収納容器
１１ セルスタック
１２ 改質器
２０ パワーコンディショナ
３０ 制御装置
４０ 操作基板
５０ ケース
５１ フレーム
５２ 外装パネル
６０ 換気ファン
１００ 燃料電池装置
Ｂ１ 燃料ガスポンプ
Ｂ２ ブロワ1 Fuel Cell Module 2 First Heat Exchanger 3 Heat Storage Tank 4 Second Heat Exchanger 6 Reformed Water Tank 10 Storage Container 11 Cell Stack 12 Reformer 20 Power Conditioner 30 Control Device 40 Operation Board 50 Case 51 Frame 52 Exterior Panel 60 Ventilation fan 100 Fuel cell device B1 Fuel gas pump B2 Blower

Claims (7)

筐体内に、
燃料電池と、
該燃料電池の運転に必要な複数の補機と、
制御装置と、を備え、
前記複数の補機が、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスポンプと、
前記燃料電池に水を供給する水ポンプと、
前記燃料電池に空気を供給するブロワと、
前記燃料電池からの排ガスと熱交換するための熱交換器に、熱媒を循環させる熱媒ポンプと、
前記筐体内を換気する換気ファンと、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池のシャットダウンを実行する際に、シャットダウンの種類に応じて、前記補機のうち、稼動させる補機と稼動停止する補機とを設定してシャットダウンを実行し、
前記燃料電池に関連する温度が第１の所定温度以下を満たさない場合に、前記シャットダウンにおいて、上記燃料ガスポンプ、前記水ポンプ、前記ブロワ、前記熱媒ポンプおよび前記換気ファンに異常が生じていない場合には、すべてを稼動させつつシャットダウンを実行するとともに、
前記燃料電池に関連する温度が第２の所定温度以下を満たした場合に、前記燃料ガスポンプ、前記ブロワ、前記熱媒ポンプおよび前記換気ファンを第２の所定時間稼動させて、前記シャットダウンを継続する燃料電池装置。 in the housing,
a fuel cell;
a plurality of auxiliary machines necessary for the operation of the fuel cell;
a controller ;
the plurality of auxiliary machines,
a fuel gas pump that supplies fuel gas to the fuel cell;
a water pump that supplies water to the fuel cell;
a blower that supplies air to the fuel cell;
a heat medium pump for circulating a heat medium through a heat exchanger for exchanging heat with exhaust gas from the fuel cell;
and a ventilation fan for ventilating the inside of the housing,
wherein, when executing shutdown of the fuel cell, the control device sets auxiliary machines to be operated and auxiliary machines to be stopped among the auxiliary machines according to the type of shutdown, and executes the shutdown ;
When the temperature related to the fuel cell does not satisfy a first predetermined temperature or less, and no abnormality occurs in the fuel gas pump, the water pump, the blower, the heat medium pump, and the ventilation fan during the shutdown. to perform a shutdown while keeping everything running and
continuing the shutdown by operating the fuel gas pump, the blower, the heat medium pump, and the ventilation fan for a second predetermined time when the temperature associated with the fuel cell satisfies a second predetermined temperature or less; fuel cell device. 前記シャットダウンを実行して第１所定時間経過後に、前記燃料電池に関連する温度が第１の所定温度以下を満たさない場合に、前記燃料ガスポンプ、前記水ポンプおよび前記ブロワを停止して、シャットダウンを継続する請求項１記載の燃料電池装置。 When the temperature associated with the fuel cell does not satisfy a first predetermined temperature or less after a first predetermined time has passed since the shutdown is performed, the fuel gas pump, the water pump, and the blower are stopped to perform the shutdown. 2. The fuel cell system of claim 1 , continuing. 前記第２の所定時間経過後に、前記燃料ガスポンプを停止させる請求項１または請求項２記載の燃料電池装置。 3. The fuel cell system according to claim 1 , wherein said fuel gas pump is stopped after said second predetermined time has elapsed. 前記第２の所定時間経過後に、前記ブロワの稼動を増大させる請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池装置。 4. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the operation of said blower is increased after said second predetermined time has elapsed. 前記シャットダウンにおいて、第１異常判定基準を満たし、かつ前記燃料電池に関連する温度が第１の所定温度以下を満たさない場合に、前記熱媒ポンプを稼動させつつシャットダウンを実行する請求項１記載の燃料電池装置。 2. The method according to claim 1 , wherein, in said shutdown, said shutdown is executed while operating said heat medium pump when a first abnormality criterion is satisfied and a temperature related to said fuel cell does not satisfy a first predetermined temperature or lower. fuel cell device. 前記シャットダウンにおいて、前記第１異常判定基準とは異なる第２異常判定基準を満たし、かつ前記燃料電池に関連する温度が第１の所定温度以下を満たさない場合に、前記補機をすべて停止してシャットダウンを実行する請求項５記載の燃料電池装置。 In the shutdown, if a second abnormality criterion different from the first abnormality criterion is satisfied and the temperature related to the fuel cell does not satisfy a first predetermined temperature or less, all the auxiliary machines are stopped. 6. The fuel cell device according to claim 5 , wherein shutdown is performed. 前記シャットダウンが、メンテナンスの指示によるシャットダウンの場合、シャットダウン完了後の時間を計測し、第３の所定時間以内であれば、再起動を可能とする請求項１記載の燃料電池装置。 2. The fuel cell device according to claim 1 , wherein when the shutdown is due to a maintenance instruction, the time after completion of the shutdown is measured, and restart is enabled within a third predetermined time.
JP2021511306A 2019-03-29 2020-03-06 fuel cell device Active JP7138777B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019068634 2019-03-29
JP2019068634 2019-03-29
PCT/JP2020/009820 WO2020203059A1 (en) 2019-03-29 2020-03-06 Fuel cell apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020203059A1 JPWO2020203059A1 (en) 2020-10-08
JP7138777B2 true JP7138777B2 (en) 2022-09-16

Family

ID=72667682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021511306A Active JP7138777B2 (en) 2019-03-29 2020-03-06 fuel cell device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7138777B2 (en)
WO (1) WO2020203059A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009193936A (en) 2008-02-18 2009-08-27 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell power generation system
JP2013218811A (en) 2012-04-05 2013-10-24 Panasonic Corp Fuel cell system
JP2015185507A (en) 2014-03-26 2015-10-22 パナソニック株式会社 Fuel battery
JP2018125099A (en) 2017-01-30 2018-08-09 京セラ株式会社 Fuel cell device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010010029A (en) * 2008-06-30 2010-01-14 Panasonic Corp Fuel cell system and its control circuit
JP5008613B2 (en) * 2008-06-30 2012-08-22 アイシン精機株式会社 Fuel cell system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009193936A (en) 2008-02-18 2009-08-27 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell power generation system
JP2013218811A (en) 2012-04-05 2013-10-24 Panasonic Corp Fuel cell system
JP2015185507A (en) 2014-03-26 2015-10-22 パナソニック株式会社 Fuel battery
JP2018125099A (en) 2017-01-30 2018-08-09 京セラ株式会社 Fuel cell device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020203059A1 (en) 2020-10-08
JPWO2020203059A1 (en) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5150664B2 (en) FUEL CELL COGENERATION SYSTEM AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL COGENERATION SYSTEM
JP5170219B2 (en) Water heater abnormality detection device
WO2021120815A1 (en) Vehicle thermal management system and vehicle
JP6013129B2 (en) Fuel cell cogeneration system, control program and control method thereof
JP7138777B2 (en) fuel cell device
JP7101758B2 (en) Fuel cell device, control device and control program
JP2010266093A (en) Hot-water supply system
JP2009092330A (en) Abnormality detection device for hot water supplying apparatus
JP6942259B2 (en) Fuel cell device
JP7424794B2 (en) fuel cell system
JP2007155275A (en) Heat pump hot water feeder
JP7335798B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEM OPERATING METHOD
JP7306938B2 (en) fuel cell device
JP7290543B2 (en) fuel cell device
JP7431012B2 (en) Cogeneration system
JP7430991B2 (en) fuel cell device
JP7503896B2 (en) Fuel Cell Device
JP7461130B2 (en) fuel cell device
JP2006172961A (en) Fuel cell system
JP7325248B2 (en) fuel cell device
JP7436180B2 (en) fuel cell system
JP7306851B2 (en) fuel cell device
JP7388345B2 (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP7341734B2 (en) fuel cell device
JP2018142517A (en) Fuel battery device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210906

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220607

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220715

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220906

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7138777

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150