JP7195193B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
燃料電池装置Xは、運転により発生した電力を電力負荷部3に供給すると共に運転により発生した熱を熱負荷部4に供給する固体酸化物形燃料電池1と、固体酸化物形燃料電池1を含む燃料電池装置Xの運転を制御する運転制御装置C(運転制御部の一例)と、外気温を計測する外気温度センサT1とを備える。電力負荷部3は、固体酸化物形燃料電池1から供給される電力に加えて、商用電源15から供給される電力も消費することが可能である。また、熱負荷部4は、固体酸化物形燃料電池1から発生する熱に加えて、原燃料を燃焼して熱を発生する補助熱源装置11から供給される熱を消費することもできる。運転制御装置Cは、情報処理機能,情報記憶機能及び情報通信機能(通信機構の一例)等を有するハードウェア及びソフトウェアで構成される。
固体酸化物形燃料電池1の発電電力はインバータ12に供給される。インバータ12は、固体酸化物形燃料電池1の発電電力を商用電源15から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。インバータ12の動作は運転制御装置Cが制御する。インバータ12は、発電電力供給ライン13を介して受電電力供給ライン14に電気的に接続される。そして、固体酸化物形燃料電池1からの発電電力がインバータ12,発電電力供給ライン13及び受電電力供給ライン14を介して電力負荷部3に供給される。この受電電力供給ライン14は商用電源15に接続されている。つまり、電力負荷部3には、固体酸化物形燃料電池1及び商用電源15の少なくとも何れか一方から電力が供給される。
貯湯タンク2には、固体酸化物形燃料電池1で発生した熱が湯水の形態で蓄えられる。つまり、貯湯タンク2は、固体酸化物形燃料電池1の運転により発生した熱を用いて加温された湯水が貯留される。貯湯タンク2の下部には、給水路17を介して上水が供給される。この給水路17には、上水温度を計測する上水温度センサT2が設けられている。本実施形態における貯湯タンク2には、温度成層を形成する状態で湯水が貯えられる。つまり、貯湯タンク2の内部では、相対的に低温の湯水がその下部に貯えられ、相対的に高温の湯水がその上部に貯えられるように構成されている。貯湯タンク2に貯えられている湯水は、排熱回収路6を通って固体酸化物形燃料電池1の燃焼排ガスが流通する熱交換器Eと貯湯タンク2との間で循環する。排熱回収路6における湯水の流動は、排熱回収用ポンプ7によって行われる。排熱回収用ポンプ7の動作は運転制御装置Cが制御する。例えば、運転制御装置Cは、固体酸化物形燃料電池1の運転を開始して、固体酸化物形燃料電池1から排出される熱の回収を行う必要が生じると、排熱回収用ポンプ7を動作させて、貯湯タンク2の下部に貯えられている相対的に低温の湯水を排熱回収路6に流す。そして、排熱回収路6を流れる相対的に低温の湯水は、固体酸化物形燃料電池1から排出される熱を回収し(固体酸化物形燃料電池1の排熱によって湯水は昇温され)、相対的に高温の湯水となって貯湯タンク2の上部へと流入する。
燃料計Yは、固体酸化物形燃料電池1に原燃料流路L1(燃料供給路の一例)を介して供給される原燃料(燃料)、及び、補助熱源装置11やガスコンロK等で構成される他の燃料消費機器に原燃料流路L6(燃料供給路の一例)を介して供給される原燃料(燃料)の合計体積(合計流量の一例、固体酸化物形燃料電池1及び他の燃料消費機器で消費される原燃料の体積流量の合計値、以下単に「合計体積」と言う)を計測する体積流量計Fb(計測部の一例)を備える。この体積流量計Fbは、少なくとも「所定時間ガスが流れ続けたときに警報を発する機能」を含む安全機能を有するマイコンメータで構成される。この安全機能の1つとして、所定の期間中(例えば30日間)に、ごく微量以下の流量(合計体積)となる累積時間が所定の時間(例えば1時間)に達していないときに警報を発し、所定の時間に達していれば累積時間をリセットする(累積時間をゼロにする)機能を備えている。また、安全機能の1つとして、所定の期間中(例えば30日間)に、口火登録可能な範囲内で設定された設定流量(例えば、30L/h)に対して所定の範囲(例えば、±10%)にある流量(合計体積)となる累積時間が所定の時間(例えば1時間)に達していないときに警報を発し、所定の時間に達していれば累積時間をリセットする(累積時間をゼロにする)機能を備えている。
上述したように運転制御装置Cは、複数の運転モード(負荷追従運転モード、定格出力運転モード、アイドリング運転モード等)を実行可能に構成されている。本実施形態における運転制御装置Cは、何れの運転モードを実行しているかに関らず、実行している運転モードに代えて、固体酸化物形燃料電池1に原燃料流路L1を介して所定量(例えば45L/h)の原燃料を供給する異常判定運転モードを強制的に実行する(図3参照)。つまり、運転制御装置Cは、何れかの運転モードに代えて、原燃料流路L1を流れる原燃料が所定量となるように原燃料ブロアB等の動作を制御する。この所定量の設定にあたっては、口火登録可能な範囲内(50L/h以下)で、ユーザー又はガス供給事業者が任意に設定できるように構成しても良いし、固体酸化物形燃料電池1の運転実績に基づいて機械学習した人工知能により設定しても良い。
<1>
図1に示すように、燃料計Yは、運転制御装置Cに設けられた通信インターフェース(通信機構の一例)と有線又は無線で各種データを送受信可能な通信部I(通信機構の一例)を備えたスマートメータで構成されていても良い。この場合、異常判定部Hは、通信部Iを介して異常判定運転モードを検出する。このように、燃料電池装置Xと燃料計Yとの間で通信機構を備えれば、燃料電池装置Xの流量情報を燃料計Yで取得することが可能となり、異常判定運転モードをリアルタイムに検出できる。その結果、燃料計Yは、燃料電池装置Xが異常判定運転モードであるときに異常判定部Hを機能させることにより、原燃料流路L1,L6からのガス漏れをより確実に検出することができる。
運転制御装置Cは、上記通信機構を介して異常判定部Hによる判定結果を取得し、運転制御装置Cは、所定期間中(例えば30日間)に所定時間(例えば1時間)以上である所定の条件を満足した肯定結果を取得したとき、異常判定運転モードを解除しても良い。本実施形態のように、所定の条件を満足した肯定結果を取得した時点で燃料電池装置Xの異常判定運転モードを解除すれば、解除時から次回の判定までの間は通常運転が可能となり、燃料電池装置Xの効率的な運転を実現できる。
燃料計Yの体積流量計Fbで計測される原燃料の合計体積は、温度や装置劣化等に応じて変動する。このため、燃料電池装置Xの質量流量計Faで計測される所定量と、燃料計Yの体積流量計Fbで計測される所定量との間で誤差が生じるおそれがある。そこで、異常判定運転モードの所定量として、原燃料の流量が異なる複数の流量パターンを組み合わせても良い。図4には、複数の流量パターンとして45L/h,45L/h×1.08及び45L/h×0.92を組み合わせ、複数の流量パターンを1時間毎に切替える一例が示されている。これにより、固体酸化物形燃料電池1に供給された原燃料の体積が所定範囲内となる確率が高まり、燃料計Yで計測された原燃料の合計体積の変動誤差を吸収することができる。よって、原燃料流路L1,L6からのガス漏れをより確実に検出することができる。なお、外気温度センサT1で計測される外気温に基づいて、複数の流量パターンを変更しても良い。
上記実施形態では、具体的な数値を挙げて燃料電池システムで行われる制御例について説明したが、それらの数値は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。
3 :電力負荷部
4 :熱負荷部
11 :補助熱源装置(他の燃料消費機器)
C :運転制御装置(運転制御部、通信機構)
Fb :体積流量計(計測部)
H :異常判定部(判定部)
I :通信部(通信機構)
K :ガスコンロ(他の燃料消費機器)
L1 :原燃料流路(燃料供給路)
L6 :原燃料流路(燃料供給路)
X :燃料電池装置
Y :燃料計
Claims (5)
- 運転により発生した電力を電力負荷部に供給できると共に、運転により発生した熱を熱負荷部に供給できる固体酸化物形燃料電池と、当該固体酸化物形燃料電池の運転を制御する運転制御部と、を有する燃料電池装置と、
前記固体酸化物形燃料電池及び他の燃料消費機器に燃料供給路を介して供給される燃料の合計流量を計測する計測部と、当該計測部で計測された前記合計流量に基づいて前記燃料供給路の異常の有無を判定する判定部と、を有する燃料計と、を備え、
前記運転制御部は、複数の運転モードを実行可能に構成されており、何れの前記運転モードを実行しているかに関らず、前記運転モードに代えて前記固体酸化物形燃料電池に所定量の燃料を供給する異常判定運転モードを実行し、
前記判定部は、前記合計流量が所定範囲内にある累積時間が所定期間中に所定時間以上であるとき、前記累積時間をリセットし、前記累積時間が前記所定期間中に前記所定時間未満であるとき、前記燃料供給路が異常であると判定する燃料電池システム。 - 前記運転制御部は、前記所定量として、燃料の流量が異なる複数の流量パターンを組み合わせて前記異常判定運転モードを実行する請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記運転制御部は、設定された運転時間に基づいて前記異常判定運転モードを実行する請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
- 前記運転制御部と前記判定部との間で通信する通信機構をさらに備え、
前記運転制御部は、前記通信機構を介して前記判定部による判定結果を取得し、
前記運転制御部は、前記累積時間が前記所定期間中に前記所定時間以上であるとき、前記異常判定運転モードを解除する請求項1~3の何れか一項に記載の燃料電池システム。 - 前記判定部は、前記通信機構を介して前記異常判定運転モードを検出する請求項4に記載の燃料電池システム。
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