JP7345388B2 - fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池部のアノードから排出されるアノード排ガス中の燃料成分を燃焼させて得られる燃焼排ガス中から水を回収し、その回収した水が、改質部での原燃料の水蒸気改質に用いられる燃料電池システムに関する。 The present invention recovers water from the combustion exhaust gas obtained by burning fuel components in the anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell section, and the recovered water is used for steam reforming of raw fuel in the reforming section. The present invention relates to fuel cell systems used in quality.
特許文献1(特開2016-177998号公報)には、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、アノード及びカソードを有する燃料電池部と、アノードから排出されるアノード排ガス中の燃料成分を燃焼させる燃焼部とを備える燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムは、燃焼部から排出される燃焼排ガスが供給される熱交換部、及び、湯水を貯える貯湯タンクを有し、貯湯タンクの下部から取り出した湯水を熱交換部に供給し、熱交換部を流れた湯水を貯湯タンクの上部に戻す構成で湯水を循環させることで、熱交換部において燃焼排ガスの熱を貯湯タンクで回収するように構成される。また、この燃料電池システムは、燃焼部から排出される燃焼排ガスを、貯湯タンクに貯えている水を用いて冷却することでその燃焼排ガス中から回収した回収水を貯える水タンクを備え、水タンクに貯えられている水が、改質部での原燃料の水蒸気改質に用いられる。そして、水タンクに水を補充しなくても燃料電池部の運転を継続できるように、即ち、いわゆる水自立を達成するために、燃料電池部の出力を制御して、水タンクで回収できる水の量を調節している。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-177998) describes a reforming section that steam-reforms raw fuel to generate fuel gas, a fuel cell section that has an anode and a cathode, and an anode exhaust gas discharged from the anode. A fuel cell system is described that includes a combustion section for combusting fuel components therein. This fuel cell system has a heat exchange section to which combustion exhaust gas discharged from the combustion section is supplied, and a hot water storage tank for storing hot water.The hot water taken out from the bottom of the hot water storage tank is supplied to the heat exchange section, and the By circulating the hot water that has flown through the exchange section and returning it to the upper part of the hot water storage tank, the heat exchange section is configured to recover the heat of the combustion exhaust gas in the hot water storage tank. In addition, this fuel cell system is equipped with a water tank that stores recovered water recovered from the combustion exhaust gas by cooling the combustion exhaust gas discharged from the combustion section using water stored in the hot water storage tank. The water stored in the reactor is used for steam reforming of raw fuel in the reforming section. In order to allow the fuel cell unit to continue operating without refilling the water tank, in other words, to achieve so-called water independence, the output of the fuel cell unit is controlled so that the water that can be collected in the water tank is The amount is adjusted.
断水が発生していない場合、貯湯タンクの内部には給水路を介して上水の給水圧が加わっているため、貯湯タンクに貯えられている湯水が台所や浴室等の給湯用途などで使用されると、その分だけ上水が貯湯タンクに補給される。ところが、断水が発生した場合、貯湯タンクの内部に上水の給水圧が加わらなくなるため、ユーザが給湯栓などを開いても貯湯タンクから給湯栓へと湯水が出湯されず、貯湯タンクに水が補給されない状態になる。このような状態で燃料電池部の運転を継続した場合、即ち、貯湯タンクに貯えられている湯水を用いて燃焼排ガスからの熱回収を継続した場合、貯湯タンク内に高温の湯水が貯まる一方になり、貯湯タンクに低温の上水が新たに供給されることがなくなる。そして、最終的には、貯湯タンクに貯えられている湯水の温度が全体的に上昇することで、燃焼排ガスを十分に冷却できる低温の水が貯湯タンクには無くなる。その結果、燃焼排ガス中から回収できる水の量が減少して、水蒸気改質を行うための水が不足してしまう可能性がある。 If there is no water outage, the water supply pressure is applied to the inside of the hot water storage tank via the water supply channel, so the hot water stored in the hot water storage tank is used for hot water purposes such as the kitchen and bathroom. Then, that amount of clean water is replenished into the hot water tank. However, if a water outage occurs, the water supply pressure is no longer applied inside the hot water storage tank, so even if the user opens the hot water tap, hot water will not flow from the hot water storage tank to the hot water tap, and water will not flow into the hot water storage tank. It will not be replenished. If the fuel cell section continues to operate in this condition, that is, if heat recovery from the combustion exhaust gas continues using the hot water stored in the hot water storage tank, the hot water will continue to accumulate in the hot water storage tank. As a result, low-temperature water is no longer supplied to the hot water tank. Eventually, the overall temperature of the hot water stored in the hot water storage tank will rise, and the hot water storage tank will no longer have low-temperature water that can sufficiently cool the combustion exhaust gas. As a result, the amount of water that can be recovered from the combustion exhaust gas decreases, potentially resulting in a shortage of water for steam reforming.
このように、断水が発生している状態で燃料電池部の運転を継続した場合、特許文献1に記載の燃料電池システムのように燃料電池部の出力を調節したとしても、最終的には、水蒸気改質を行うための水が不足して、燃料電池部の運転を継続できなくなる可能性がある。 In this way, if the fuel cell section continues to operate while a water outage occurs, even if the output of the fuel cell section is adjusted as in the fuel cell system described in Patent Document 1, eventually, There is a possibility that there will be a shortage of water for steam reforming, making it impossible to continue operating the fuel cell section.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、断水が発生しても燃料電池部の運転を継続できる燃料電池システムを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system in which the operation of the fuel cell section can be continued even if a water cutoff occurs.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスが供給されるアノード、及び、酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料電池部と、前記燃料電池部での発電反応で用いられた後に前記アノードから排出されるアノード排ガス中の燃料成分を燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスが供給される熱交換部、及び、湯水を貯える貯湯タンクを有し、前記貯湯タンクの下部から取り出した湯水を前記熱交換部に供給し、前記熱交換部を流れた湯水を前記貯湯タンクの上部に戻す構成で湯水を循環させることで、前記熱交換部で回収した前記燃焼排ガスの熱を前記貯湯タンクで蓄えるように構成される熱回収装置と、前記熱回収装置で前記燃焼排ガスを冷却することで当該燃焼排ガス中から回収した回収水を貯える水タンクと、運転を制御する運転制御部とを備え、前記水タンクに貯えられている水が、前記改質部での前記原燃料の水蒸気改質に用いられる燃料電池システムであって、
前記貯湯タンクには、前記貯湯タンクの外部に湯水を排出する出湯路、及び、前記貯湯タンクの下部に接続される給水路が接続され、前記給水路により前記貯湯タンクの内部の湯水に対して所定の給水圧が加わることで、前記出湯路から湯水が排出されるのに対応して前記給水路から水が貯湯タンク内に供給されるように構成され、
前記燃料電池部が設置されている地区での、前記給水路から前記貯湯タンク内に水が供給されなくなる断水の発生及び発生予測時刻を予測する断水可能性予測部を備え、
前記運転制御部は、断水の発生が予測され、且つ、断水の前記発生予測時刻以降に前記水タンクでの回収水の量が不足傾向になることを示す回収水不足条件が満たされる場合、断水の前記発生予測時刻までの間に前記貯湯タンクから前記出湯路を介して設定量以上の湯水を排出する強制出湯を行い、
前記運転制御部は、断水の前記発生予測時刻から所定時間経過後までの間の予測最高気温が設定温度以上であり、且つ、断水の前記発生予測時刻で前記貯湯タンクに蓄えられていると予測される予測蓄熱量が設定蓄熱量以上の場合に、前記回収水不足条件が満たされると判定する点にある。
The characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention for achieving the above object includes a reforming section that steam-reforms raw fuel to generate fuel gas, and a supply of the fuel gas generated in the reforming section. a fuel cell section having an anode and a cathode to which oxygen gas is supplied, and a combustion section that burns fuel components in anode exhaust gas discharged from the anode after being used in a power generation reaction in the fuel cell section. and a heat exchange section to which combustion exhaust gas discharged from the combustion section is supplied, and a hot water storage tank for storing hot water, the hot water taken out from the lower part of the hot water storage tank is supplied to the heat exchange section, and the hot water is A heat recovery device configured to store heat of the combustion exhaust gas recovered in the heat exchange section in the hot water storage tank by circulating hot water so that the hot water flowing through the exchange section is returned to the upper part of the hot water storage tank. , a water tank for storing recovered water recovered from the combustion exhaust gas by cooling the combustion exhaust gas with the heat recovery device, and an operation control unit for controlling operation, wherein the water stored in the water tank is , a fuel cell system used for steam reforming of the raw fuel in the reforming section,
The hot water storage tank is connected to a hot water outlet that discharges hot water to the outside of the hot water storage tank, and a water supply channel that is connected to the lower part of the hot water storage tank, and the hot water inside the hot water storage tank is connected to the water supply channel through the water supply channel. When a predetermined water supply pressure is applied, water is supplied from the hot water supply channel into the hot water storage tank in response to hot water being discharged from the hot water supply channel,
comprising a water outage possibility prediction unit that predicts the occurrence and predicted time of occurrence of a water outage in which water will not be supplied from the water supply channel to the hot water storage tank in a district where the fuel cell unit is installed;
The operation control unit is configured to perform a water outage when a water outage is predicted to occur and a recovered water shortage condition indicating that the amount of recovered water in the water tank will tend to be insufficient after the predicted time of occurrence of the water outage is satisfied. Performing forced hot water discharging to discharge more than a set amount of hot water from the hot water storage tank through the hot water outlet path until the predicted occurrence time,
The operation control unit predicts that the predicted maximum temperature from the predicted time of occurrence of the water outage until after a predetermined period of time has passed is equal to or higher than the set temperature, and that the hot water is stored in the storage tank at the predicted time of occurrence of the water outage. The point is that it is determined that the recovered water shortage condition is satisfied when the predicted amount of heat storage is greater than or equal to the set amount of heat storage .
上記特徴構成によれば、運転制御部が、断水の発生予測時刻までの間に貯湯タンクから出湯路を介して設定量以上の湯水を排出する強制出湯を行うことで、設定量以上の低温の上水が貯湯タンクに新たに貯えられる。その結果、貯湯タンクでは、燃焼排ガスを十分に冷却するのに必要な低温の湯水の量が増加するので、実際に断水が発生したとしても、燃料電池部の運転が行われている間、燃焼排ガスの冷却を継続的に行うことができる。
燃料電池システムでは、気温が高くなるほど燃焼排ガスに対する冷却性能が低下して、燃焼排ガス中から回収できる水の量が少なくなる。また、貯湯タンクに蓄えられている蓄熱量が多いほど貯湯タンクに貯えられている湯水を用いて燃焼排ガスを冷却する余力が小さくなる。そこで本特徴構成では、運転制御部は、断水の発生予測時刻から所定時間経過後までの間の予測最高気温が設定温度以上であり、且つ、断水の発生予測時刻で貯湯タンクに蓄えられていると予測される予測蓄熱量が設定蓄熱量以上の場合に回収水不足条件が満たされると判定して、上記強制出湯を行う。その結果、貯湯タンクでは、燃焼排ガスを十分に冷却するのに必要な低温の湯水の量が増加するので、実際に断水が発生したとしても、燃料電池部の運転が行われている間、燃焼排ガスの冷却を継続的に行うことができる。
従って、断水が発生しても燃料電池部の運転を継続できる燃料電池システムを提供できる。
According to the characteristic configuration described above, the operation control unit performs forced hot water discharging, which discharges hot water of a set amount or more from the hot water storage tank via the hot water outlet path, until the predicted time of occurrence of water outage. Clean water is newly stored in the hot water storage tank. As a result, the amount of low-temperature hot water required to sufficiently cool the combustion exhaust gas increases in the hot water storage tank, so even if a water outage actually occurs, combustion will continue while the fuel cell unit is operating. Exhaust gas can be continuously cooled.
In a fuel cell system, as the temperature rises, the cooling performance for combustion exhaust gas decreases, and the amount of water that can be recovered from the combustion exhaust gas decreases. Furthermore, the greater the amount of heat stored in the hot water storage tank, the smaller the remaining capacity for cooling the combustion exhaust gas using the hot water stored in the hot water storage tank. Therefore, in this characteristic configuration, the operation control unit determines that the predicted maximum temperature from the predicted time of occurrence of water outage until after a predetermined period of time has passed is equal to or higher than the set temperature, and that the hot water is stored in the storage tank at the predicted time of occurrence of water outage. When the predicted amount of heat storage is greater than or equal to the set amount of heat storage, it is determined that the recovered water shortage condition is satisfied, and the forcible hot water extraction is performed. As a result, the amount of low-temperature hot water required to sufficiently cool the combustion exhaust gas increases in the hot water storage tank, so even if a water outage actually occurs, combustion will continue while the fuel cell unit is operating. Exhaust gas can be continuously cooled.
Therefore, it is possible to provide a fuel cell system in which the fuel cell section can continue to operate even if a water outage occurs.
本発明に係る燃料電池システムの別の特徴構成は、前記運転制御部は、断水の前記発生予測時刻までの間に前記貯湯タンク内の湯を前記出湯路を介して浴槽へ湯張りすると予測される場合、断水の前記発生予測時刻での前記貯湯タンクの前記予測蓄熱量が前記設定蓄熱量未満であると予測する点にある。 Another characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is that the operation control unit predicts that hot water in the hot water storage tank will be filled into the bathtub via the hot water outlet path until the predicted time of occurrence of water outage. In this case, the predicted amount of heat storage in the hot water storage tank at the predicted time of occurrence of water outage is predicted to be less than the set amount of heat storage.
貯湯タンク内の湯が出湯路を介して浴槽へ湯張りされると、貯湯タンクの蓄熱量が大幅に減少する。
そこで本特徴構成では、運転制御部は、断水の前記発生予測時刻までの間に前記貯湯タンク内の湯を前記出湯路を介して浴槽へ湯張りすると予測される場合、断水の前記発生予測時刻での前記貯湯タンクの前記予測蓄熱量が前記設定蓄熱量未満であると予測する。
When the hot water in the hot water storage tank is filled into the bathtub via the hot water outlet, the amount of heat stored in the hot water storage tank is significantly reduced.
Therefore, in the present characteristic configuration, if it is predicted that hot water in the hot water storage tank will be filled into the bathtub via the hot water outlet path before the predicted time of occurrence of water outage, the operation control unit may be configured to It is predicted that the predicted heat storage amount of the hot water storage tank at is less than the set heat storage amount.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御部は、前記強制出湯として、前記設定量の湯水を前記貯湯タンクから浴槽へ排出する点にある。 Yet another feature of the fuel cell system according to the present invention is that the operation control section discharges the set amount of hot water from the hot water storage tank into the bathtub as the forced hot water discharge.
上記特徴構成によれば、浴槽へ湯水を排出する強制出湯により、浴槽への湯張りが併せて行われる。 According to the above characteristic configuration, the bathtub is filled with hot water at the same time as the forced hot water discharge into the bathtub.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記断水可能性予測部は、前記燃料電池部が設置されている地区での気圧データに基づいて、断水の発生及び発生予測時刻を予測する点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is that the water outage possibility prediction unit predicts the occurrence and predicted time of occurrence of the water outage based on atmospheric pressure data in the area where the fuel cell unit is installed. It is in the point of doing.
燃料電池部が設置されている地区に台風が接近している場合、その地区では、気圧が低くなり、気圧値の減少速度が速くなる。そして、台風が接近すると断水の発生が予測されると言ってもよい。
そこで本特徴構成では、断水可能性予測部は、燃料電池部が設置されている地区での気圧データに基づいて、断水の発生及び発生予測時刻を予測できる。
When a typhoon approaches an area where the fuel cell unit is installed, the atmospheric pressure in that area becomes lower and the rate of decrease in the atmospheric pressure value becomes faster. And it can be said that water outages are predicted to occur when a typhoon approaches.
Therefore, in this characteristic configuration, the water outage possibility predicting section can predict the occurrence and predicted time of occurrence of a water outage based on atmospheric pressure data in the area where the fuel cell section is installed.
以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
図1は、燃料電池システムの構成を示す図である。図示するように、燃料電池システムは、改質部1と、燃料電池部FCと、燃焼部5と、熱回収装置Hと、水タンク10と、運転を制御する運転制御部Cとを備える。そして、水タンク10に貯えられている水が、改質部1での原燃料の水蒸気改質に用いられる。
A fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a fuel cell system. As illustrated, the fuel cell system includes a reforming section 1, a fuel cell section FC, a combustion section 5, a heat recovery device H, a
改質部1は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する。図1に示した燃料電池システムでは、改質部1には、炭化水素を含む原燃料ガス(例えば、メタンを含む都市ガスなど)が供給され、水タンク10に貯えられている水がポンプ11によって供給される。そして、改質部1は、後述する燃焼部5から与えられる燃焼熱を利用して、原燃料の水蒸気改質を行う。改質部1での水蒸気改質により得られた水素を主成分とする燃料ガスは、燃料電池部FCのアノード2に供給される。
The reformer 1 steam-reforms raw fuel to generate fuel gas. In the fuel cell system shown in FIG. 1, raw fuel gas containing hydrocarbons (for example, city gas containing methane) is supplied to the reforming unit 1, and water stored in a
燃料電池部FCは、改質部1で生成された燃料ガスが供給されるアノード2、及び、酸素ガス(空気)が供給されるカソード3を有する。具体的には、燃料電池部FCは、アノード2とカソード3との間に電解質4を挟んで構成されるセルを複数積層して形成される。燃料電池部FCで発電された電力は電力変換部(図示せず)を介して電力負荷装置(図示せず)に供給される。尚、アノード2では、供給された全ての燃料ガスが発電反応で消費される訳ではなく、アノード2から排出されるアノード排ガスの中には水素等の燃料ガスの成分が残存している。 The fuel cell section FC includes an anode 2 to which fuel gas generated in the reforming section 1 is supplied, and a cathode 3 to which oxygen gas (air) is supplied. Specifically, the fuel cell section FC is formed by stacking a plurality of cells each having an anode 2 and a cathode 3 with an electrolyte 4 interposed between them. Electric power generated by the fuel cell unit FC is supplied to a power load device (not shown) via a power conversion unit (not shown). Note that in the anode 2, not all the supplied fuel gas is consumed in the power generation reaction, and fuel gas components such as hydrogen remain in the anode exhaust gas discharged from the anode 2.
燃焼部5は、燃料電池部FCでの発電反応で用いられた後にアノード2から排出されるアノード排ガス中の燃料ガス成分を燃焼させる。そして、その燃焼熱は上記改質部1で利用される。燃焼部5から排出される燃焼排ガスは、熱回収装置Hの熱交換部6に供給される。 The combustion section 5 burns the fuel gas component in the anode exhaust gas discharged from the anode 2 after being used in the power generation reaction in the fuel cell section FC. The combustion heat is then utilized in the reforming section 1. The combustion exhaust gas discharged from the combustion section 5 is supplied to the heat exchange section 6 of the heat recovery device H.
熱回収装置Hは、燃焼部5から排出される燃焼排ガスが供給される熱交換部6、及び、湯水を貯える貯湯タンク7を有する。貯湯タンク7には、貯湯タンク7の下部から取り出した湯水が貯湯タンク7の上部に戻される間に流れる排熱回収路8が接続される。排熱回収路8の途中には湯水を流すためのポンプ9と、熱交換部6とが設けられる。つまり、熱回収装置Hは、貯湯タンク7の下部から取り出した湯水を熱交換部6に供給し、熱交換部6を流れた湯水を貯湯タンク7の上部に戻す構成で湯水を循環させることで、熱交換部6で回収した燃焼排ガスの熱を貯湯タンク7で蓄えるように構成される。このようにして、貯湯タンク7には、熱が湯水の形態で蓄えられる。
The heat recovery device H includes a heat exchange section 6 to which combustion exhaust gas discharged from the combustion section 5 is supplied, and a hot
燃焼排ガスには水分が含まれているため、熱交換部6で燃焼排ガスからの熱回収が行われると、即ち、燃焼排ガスの冷却が行われると、含まれている水分が凝縮する。その凝縮水は、水タンク10で回収される。つまり、水タンク10は、熱回収装置Hで燃焼排ガスを冷却することで当該燃焼排ガス中から回収した回収水を貯える役割を担う。尚、水タンク10で回収した水に含まれる電解質4や水に溶解しない不純物などを除去する水精製部などを設けてもよい。
Since the combustion exhaust gas contains moisture, when heat is recovered from the combustion exhaust gas in the heat exchange section 6, that is, when the combustion exhaust gas is cooled, the moisture contained therein is condensed. The condensed water is collected in a
貯湯タンク7には、温度成層を形成する状態で湯水が貯えられる。具体的には、貯湯タンク7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7に貯えられている湯水の温度は、温度センサT1,T2,T3,T4を用いて測定される。この温度センサT1~T4の測定結果は運転制御部Cに伝達される。例えば、温度センサT1,T2,T3,T4のそれぞれが、貯湯タンク7内で上方から下方にかけて貯えられている4つの湯水部分の温度を検出していると見なすと、運転制御部Cは、各温度センサが検出した温度と、各温度センサが検出する湯水部分の量とに基づいて、貯湯タンク7の現在の蓄熱量を導出できる。このようにして、貯湯タンク7の下部から排熱回収路8へと取り出された相対的に低温の湯水は、熱交換部6での熱交換により、燃焼部5から排出される燃焼排ガスが保有する熱を回収し(即ち、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7の上部へと流入する。
Hot water is stored in the hot
貯湯タンク7に貯えられている湯水は、熱負荷部Lhへ供給できる。熱負荷部Lhは、浴槽14、シャワーやカランなどの給湯用途15などである。貯湯タンク7には、貯湯タンク7の外部に湯水を排出する出湯路12、及び、貯湯タンク7の下部に接続される給水路13が接続される。そして、給水路13により貯湯タンク7の内部の湯水に対して所定の給水圧が加わることで、出湯路12から熱負荷部Lhに湯水が排出されるのに対応して給水路13から水が貯湯タンク7内に供給されるように構成される。
Hot water stored in the hot
浴槽14への湯水の供給は出湯路12の途中に設けられる電磁弁17を介して行われる。この電磁弁17の開閉動作は運転制御部Cが制御する。
Hot water is supplied to the
熱負荷部Lhでの負荷熱量は熱負荷計測部16で計測され、その計測結果は運転制御部Cに伝達される。例えば、熱負荷計測部16は、熱負荷部Lhに供給される湯水の流量を計測する流量計及びその温度を計測する温度計とで構成される。熱負荷部Lhの負荷熱量を熱負荷計測部16で継続的に計測する場合、その計測結果は負荷熱量の時間的推移が分かる形態で記憶部25に記憶される。
The heat load at the heat load section Lh is measured by the heat
情報入出力装置20は、ユーザに対して情報の出力を行う出力部21と、ユーザによる情報の入力を受け付ける複数のスイッチを有する入力受付部22とを備える。例えば、情報入出力装置20は、給湯用のリモコン装置を用いて実現できる。情報入出力装置20は、運転制御部Cとの間で情報の送受信を行うことができる。出力部21による情報の出力方法には、音声情報の出力や、文字及び記号などの画像情報の出力などがある。また、出力部21と入力受付部22とがタッチパネル式の表示装置を用いて一体で設けられていてもよい。図示する例では、入力受付部22は、給湯機能の実行・停止を切り替えるための「運転入/切」スイッチ22aと、浴槽14に湯を貯める風呂湯張りの開始を指令するための「ふろ自動」スイッチ22bと、浴槽14に貯えられている湯を設定温度まで加熱する風呂追焚きの開始を指令するための「追いだき」スイッチ22cとを有する。
The information input/
ユーザが「ふろ自動」スイッチ22bをオン操作した場合、運転制御部Cは、電磁弁17を開弁して、貯湯タンク7に貯えられている湯水を浴槽14へ排出することで浴槽14への湯張りを行う。この場合、運転制御部Cは、ユーザが「ふろ自動」スイッチ22bをオン操作した時刻を記憶部25に記憶しておいてもよい。
When the user turns on the "bath automatic"
燃料電池システムは、燃料電池部FCが設置されている地区での、給水路13から貯湯タンク7内に水が供給されなくなる断水の発生及び発生予測時刻を予測する断水可能性予測部26を備える。例えば、断水可能性予測部26は、通信回線28に接続されるコンピュータ装置などによって実現される。情報提供サーバ装置27は、例えば気象、災害、工事、イベントなどに関する情報を収集し、それらの情報を断水可能性予測部26及び運転制御部Cなどの外部の装置に対して提供する。
The fuel cell system includes a water outage
断水可能性予測部26は、情報提供サーバ装置27から情報の伝達を受ける。そして、断水可能性予測部26は、例えば正時や情報提供サーバ装置27から情報を受信したタイミングなどの所定のタイミングで、燃料電池部FCが設置されている地区での断水の発生や、断水の発生予測時刻などを予測する。
The water outage
例えば、燃料電池部FCが設置されている地区に台風が接近している場合、その地区では、気圧が低くなり、気圧値の減少速度が速くなる。そして、台風が接近すると断水の発生が予測されると言ってもよい。そこで、断水可能性予測部26は、燃料電池部FCが設置されている地区での気象情報としての気圧データに基づいて、断水の発生及び発生予測時刻を予測する。この場合、断水可能性予測部26は、燃料電池部FCが設置されている地区での気圧値の時間的な変化が分かる気圧データの伝達を情報提供サーバ装置27から受ける。そして、断水可能性予測部26は、気圧値及びその減少速度が、台風が接近している場合と同様である場合、燃料電池部FCが設置されている地区が台風の暴風域に将来含まれると予測して、断水の発生が予測されると判定する。それに対して、断水可能性予測部26は、台風の暴風域に将来含まれないと予測される場合には断水の発生が予測されないと判定する。尚、情報提供サーバ装置27から断水可能性予測部26に対してどのような情報が提供されるのか、断水可能性予測部26がどのよう手法で断水の発生が予測されると判定するのかについては適宜設定可能である。
For example, if a typhoon is approaching the area where the fuel cell unit FC is installed, the atmospheric pressure in that area will be low and the rate of decrease in the atmospheric pressure value will be faster. And it can be said that water outages are predicted to occur when a typhoon approaches. Therefore, the water outage
そして、断水可能性予測部26は、燃料電池部FCが設置されている地区での断水の発生が予測される場合、その旨の情報を運転制御部Cに伝達する。加えて、断水可能性予測部26は、断水の発生予測時刻を運転制御部Cに伝達する。或いは、断水可能性予測部26は、燃料電池部FCが設置されている地区での断水の発生が予測される場合及び断水の発生が予測されない場合の両方で、その旨の情報を運転制御部Cに伝達してもよい。
Then, when a water outage is predicted to occur in the area where the fuel cell unit FC is installed, the water outage
以上のような構成の燃料電池システムでは、断水が発生していない場合、貯湯タンク7の内部には給水路13を介して上水の給水圧が加わっているため、貯湯タンク7に貯えられている湯水が浴槽14への湯張り、台所や浴室等の給湯用途15などで使用されると、その分だけ上水が貯湯タンク7に補給される。ところが、断水が発生した場合、貯湯タンク7の内部に上水の給水圧が加わらなくなるため、ユーザが給湯栓を開いても貯湯タンク7から給湯栓へと湯水が出湯されず、貯湯タンク7に水が補給されない状態になる。このような状態で燃料電池部FCの運転を継続した場合、即ち、貯湯タンク7に貯えられている湯水を用いて燃焼排ガスからの熱回収を継続した場合、貯湯タンク7に降温の湯水が貯まる一方になり、貯湯タンク7に低温の上水が新たに供給されることがなくなる。そして、最終的には、貯湯タンク7に貯えられている水の温度が全体的に上昇することで、燃焼排ガスを十分に冷却できる低温の水が貯湯タンク7には無くなる。その結果、燃焼排ガス中から回収できる水の量が減少して、水蒸気改質を行うための水が不足してしまう可能性がある。
In the fuel cell system configured as described above, when there is no water outage, water supply pressure is applied to the inside of the hot
このように、断水が発生している状態で燃料電池部FCの運転を継続した場合、最終的には、水蒸気改質を行うための水が不足して、燃料電池部FCの運転を継続できなくなる可能性がある。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、運転制御部Cは、断水の発生が予測され、且つ、断水の発生予測時刻以降に水タンク10での回収水の量が不足傾向になることを示す回収水不足条件が満たされる場合、断水の発生予測時刻までの間に貯湯タンク7から出湯路12を介して設定量以上の湯水を排出する強制出湯を行う。
In this way, if the operation of the fuel cell section FC is continued during a water outage, there will eventually be a shortage of water for steam reforming, and the operation of the fuel cell section FC will not be able to continue. There is a possibility that it will disappear. Therefore, in the fuel cell system of this embodiment, the operation control unit C indicates that a water outage is predicted to occur and that the amount of recovered water in the
図2は、強制出湯を行うか否かを判定するための強制出湯決定処理を説明するフローチャートである。運転制御部Cは、例えば正時や断水可能性予測部26から情報(断水の発生が予測されることを示す情報)を受信したタイミングなどの所定のタイミングで、図2に示す制御モード設定処理を行う。
FIG. 2 is a flowchart illustrating forced hot water tap determination processing for determining whether to perform forced hot water tap. The operation control unit C performs the control mode setting process shown in FIG. 2 at a predetermined timing, such as on the hour or when information (information indicating that a water outage is predicted to occur) is received from the water outage
工程#10において運転制御部Cは、断水可能性予測部26から伝達される情報に基づいて、断水の発生が予測されるか否かを判定する。そして、運転制御部Cは、断水の発生が予測されると判定した場合(工程#10で「Yes」の場合)には工程#11に移行し、断水の発生が予測されないと判定した場合(工程#10で「No」の場合)には工程#14に移行する。
In
工程#11及び工程#12において運転制御部Cは、断水の発生予測時刻以降に水タンク10での回収水の量が不足傾向になることを示す回収水不足条件が満たされるか否かを判定する。例えば、気温が高くなるほど、燃料電池システムにおいて燃焼排ガスを冷却する性能が低くなるため、水タンク10での回収水の量が不足傾向になる可能性が高いと言える。また、貯湯タンク7の蓄熱量が多くなるほど、追加で貯湯タンク7へと蓄えることができる熱量(蓄熱余力)は少なくなるため、燃料電池部FCの運転を継続した場合に水タンク10での回収水の量が不足傾向になる可能性が高いと言える。そこで本実施形態では、運転制御部Cは、断水の発生予測時刻から所定時間経過後までの間の予測最高気温が設定温度以上であり(工程#11において「Yes」)、且つ、断水の発生予測時刻で貯湯タンク7に蓄えられていると予測される予測蓄熱量が設定蓄熱量以上の場合に(工程#12において「Yes」)、回収水不足条件が満たされると判定する。
In
例えば、工程#11において運転制御部Cは、情報提供サーバ装置27から提供される気象情報に基づいて、断水の発生予測時刻から所定時間経過後までの間の予測最高気温が設定温度以上であるか否かを判定する。
For example, in
また、工程#12において運転制御部Cは、断水の発生予測時刻以後に追加で貯湯タンク7へと蓄えることができる熱量(蓄熱余力)が十分にあるか否かを判定する。例えば、運転制御部Cは、温度センサT1,T2,T3,T4のそれぞれが検出した温度に基づいて、貯湯タンク7の現在の蓄熱量を導出できる。加えて、運転制御部Cは、記憶部25に記憶している情報に基づいて、現在から断水の発生予測時刻までの間にユーザが消費すると予測される湯水量を導出できる。その結果、運転制御部Cは、断水の発生予測時刻での貯湯タンク7の予測蓄熱量を導出できる。よって、運転制御部Cは、導出した予測蓄熱量が設定蓄熱量以上であれば蓄熱余力が少ないと判定でき、導出した予測蓄熱量が設定蓄熱量未満であれば蓄熱余力が多いと判定できる。
Further, in
尚、工程#12で行われる、現在から断水の発生予測時刻までの間にユーザが消費すると予測される湯水量の導出手法は様々である。例えば、運転制御部Cは、記憶部25に記憶している、過去にユーザが「ふろ自動」スイッチ22bをオン操作した時刻についての情報に基づいて、現在から断水の発生予測時刻までの間にユーザが浴槽14への湯張りを行うか否かを予測できる。そして、運転制御部Cは、ユーザが湯張りを行うのであれば、その湯張りに要する湯量を、現在から断水の発生予測時刻までの間にユーザが消費すると予測する。
また、運転制御部Cは、記憶部25に記憶している、過去の熱負荷部Lhの負荷熱量の時間的推移に基づいて、現在から断水の発生予測時刻までの間にユーザが消費すると予測される熱量を予測できる。
Note that there are various methods of deriving the amount of hot water that is predicted to be consumed by the user between the current time and the predicted time of occurrence of water outage, which is performed in
In addition, the operation control unit C predicts that the user will consume the heat between the current time and the predicted time of occurrence of the water outage, based on the past temporal changes in the load heat amount of the heat load unit Lh stored in the
以上のようにして、運転制御部Cは、断水の発生が予測され、且つ、上述したような回収水不足条件が満たされたと判定すると、工程#13に移行する。工程#13において運転制御部Cは、設定量の湯水を貯湯タンク7から浴槽14へ排出する強制出湯を行う。例えば、運転制御部Cは、電磁弁17を設定期間だけ開弁することで貯湯タンク7に貯えられている湯水を設定量だけ浴槽14へ排出する。これにより、貯湯タンク7から浴槽14に排出されたのと同じ量の低温の上水が貯湯タンク7に補給される。つまり、貯湯タンク7の蓄熱量が減少する。
As described above, when the operation control unit C determines that the occurrence of water outage is predicted and the above-mentioned conditions for insufficient recovered water are satisfied, the operation control unit C moves to step #13. In
尚、運転制御部Cは、設定時間内での断水の発生が予測されない場合(工程#10で「No」の場合)、断水の発生予測時刻以後の気温が設定温度未満の場合(工程#11で「No」の場合)、断水の発生予測時刻での予測蓄熱量が設定蓄熱量未満の場合(工程#12で「No」の場合)、工程#14に移行し、強制出湯を行わないと決定する。 The operation control unit C determines whether the water outage is not predicted to occur within the set time (No in step #10) or if the temperature after the predicted time of the water outage is less than the set temperature (step #11). If the predicted amount of heat storage at the predicted time of water outage is less than the set amount of heat storage (if “No” in step #12), proceed to step #14 and force hot water extraction. decide.
以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、運転制御部Cが、断水の発生予測時刻までの間に貯湯タンク7から出湯路12を介して設定量以上の湯水を排出する強制出湯を行うことで、設定量以上の低温の上水が貯湯タンク7に新たに貯えられる。その結果、貯湯タンク7では、燃焼排ガスを十分に冷却するのに必要な低温の湯水の量が増加するので、実際に断水が発生したとしても、燃料電池部FCの運転が行われている間、燃焼排ガスの冷却を継続的に行うことができる。従って、断水が発生しても燃料電池部FCの運転を継続できる燃料電池システムを提供できる。
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the operation control unit C performs forced hot water discharging to discharge more than a set amount of hot water from the hot
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、充放電システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、水タンク10には、燃焼排ガス中から回収した回収水のみが貯えられる構成を説明したが、他の回収水を水タンク10で貯えても構わない。例えば、カソード3から排出されるカソード排ガスに含まれる水分を熱交換部6で冷却することで凝縮させ、その凝縮水を水タンク10で貯えても構わない。
<Another embodiment>
<1>
In the above embodiment, the configuration of the charging/discharging system has been described using a specific example, but the configuration can be changed as appropriate.
For example, in the above embodiment, the
<2>
上記実施形態では、回収水不足条件について例を挙げて説明したが、他の条件を回収水不足条件としてもよい。
例えば、運転制御部Cは、燃料電池部FCが設置されている地区での、断水の発生予測時刻から所定時間経過後までの間の予測最高気温が設定温度以上である場合、回収水不足条件が満たされると判定することでも構わない。
<2>
In the above embodiment, the recovered water shortage condition has been explained by giving an example, but other conditions may be used as the recovered water shortage condition.
For example, if the predicted maximum temperature in the area where the fuel cell unit FC is installed from the predicted time of water outage to after a predetermined period of time has passed is equal to or higher than the set temperature, the operation control unit C determines that the recovered water shortage condition is It is also possible to determine that the conditions are satisfied.
<3>
上記実施形態において、情報提供サーバ装置27から断水可能性予測部26に対してどのような情報が提供されるのか、断水可能性予測部26がどのよう手法で断水の発生が予測されるか否かを判定するのかについては適宜設定可能である。
例えば、断水可能性予測部26は、災害に関する情報としての火災や地震などに関する情報の伝達を情報提供サーバ装置27から受けることができる。断水可能性予測部26は、伝達された火災の予測範囲の情報を参照して、燃料電池部FCに上水を供給するための配水設備が火災の予測範囲に含まれる場合に、その火災発生予測時間帯での断水の発生が予測されると判定できる。また、断水可能性予測部26は、伝達された地震に関する情報を参照して、燃料電池部FCが設置されている地区での強い地震の発生予測時間帯が発表された場合、又は、配水設備が設置されている地区での強い地震の発生予測時間帯が発表された場合に、その地震発生予測時間帯での断水の発生が予測されると判定できる。
他にも、断水可能性予測部26は、配水管などの工事に関する情報や、計画停電などのイベントに関する情報の伝達を情報提供サーバ装置27から受けることができる。例えば、断水可能性予測部26は、伝達された配水管工事の情報を参照して、燃料電池部FCが設置されている地区がその配水管工事の範囲に含まれる場合に、その工事時間帯での断水の発生が予測されると判定できる。また、断水可能性予測部26は、計画停電の情報を参照して、燃料電池部FCに上水を供給するための配水設備の設置場所がその計画停電の範囲に含まれる場合に、その計画停電時間帯での断水の発生が予測されると判定できる。
<3>
In the above embodiment, what kind of information is provided from the information providing
For example, the water outage
In addition, the water outage
<4>
上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。
<4>
The configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments, unless a contradiction occurs, and the configuration disclosed in this specification can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments. The embodiments are illustrative, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the purpose of the present invention.
本発明は、断水が発生しても燃料電池部の運転を継続できる燃料電池システムに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the fuel cell system which can continue operation of a fuel cell part even if a water outage occurs.
1 改質部
2 アノード
3 カソード
5 燃焼部
6 熱交換部
7 貯湯タンク
10 水タンク
12 出湯路
13 給水路
14 浴槽
26 断水可能性予測部
C 運転制御部
FC 燃料電池部
H 熱回収装置
1 Reforming section 2 Anode 3 Cathode 5 Combustion section 6
Claims (4)
前記貯湯タンクには、前記貯湯タンクの外部に湯水を排出する出湯路、及び、前記貯湯タンクの下部に接続される給水路が接続され、前記給水路により前記貯湯タンクの内部の湯水に対して所定の給水圧が加わることで、前記出湯路から湯水が排出されるのに対応して前記給水路から水が貯湯タンク内に供給されるように構成され、
前記燃料電池部が設置されている地区での、前記給水路から前記貯湯タンク内に水が供給されなくなる断水の発生及び発生予測時刻を予測する断水可能性予測部を備え、
前記運転制御部は、断水の発生が予測され、且つ、断水の前記発生予測時刻以降に前記水タンクでの回収水の量が不足傾向になることを示す回収水不足条件が満たされる場合、断水の前記発生予測時刻までの間に前記貯湯タンクから前記出湯路を介して設定量以上の湯水を排出する強制出湯を行い、
前記運転制御部は、断水の前記発生予測時刻から所定時間経過後までの間の予測最高気温が設定温度以上であり、且つ、断水の前記発生予測時刻で前記貯湯タンクに蓄えられていると予測される予測蓄熱量が設定蓄熱量以上の場合に、前記回収水不足条件が満たされると判定する燃料電池システム。 a fuel cell section having a reforming section that steam-reforms raw fuel to produce fuel gas; an anode to which the fuel gas generated in the reforming section is supplied; and a cathode to which oxygen gas is supplied. a combustion section that burns fuel components in anode exhaust gas discharged from the anode after being used in the power generation reaction in the fuel cell section; and a heat exchange section to which the combustion exhaust gas discharged from the combustion section is supplied. and a hot water storage tank for storing hot water, the hot water taken out from the lower part of the hot water storage tank is supplied to the heat exchange part, and the hot water flowing through the heat exchange part is returned to the upper part of the hot water storage tank, so that the hot water is circulated. A heat recovery device configured to store the heat of the combustion exhaust gas recovered in the heat exchange section in the hot water storage tank; A fuel cell comprising a water tank for storing collected recovered water and an operation control section for controlling operation, wherein the water stored in the water tank is used for steam reforming of the raw fuel in the reforming section. A system,
The hot water storage tank is connected to a hot water outlet that discharges hot water to the outside of the hot water storage tank, and a water supply channel that is connected to the lower part of the hot water storage tank, and the hot water inside the hot water storage tank is connected to the water supply channel through the water supply channel. When a predetermined water supply pressure is applied, water is supplied from the hot water supply channel into the hot water storage tank in response to hot water being discharged from the hot water supply channel,
comprising a water outage possibility prediction unit that predicts the occurrence and predicted time of occurrence of a water outage in which water will not be supplied from the water supply channel to the hot water storage tank in a district where the fuel cell unit is installed;
The operation control unit is configured to perform a water outage when a water outage is predicted to occur and a recovered water shortage condition indicating that the amount of recovered water in the water tank will tend to be insufficient after the predicted time of occurrence of the water outage is satisfied. Performing forced hot water discharging to discharge more than a set amount of hot water from the hot water storage tank through the hot water outlet path until the predicted occurrence time,
The operation control unit predicts that the predicted maximum temperature from the predicted time of occurrence of the water outage until after a predetermined period of time has passed is equal to or higher than the set temperature, and that the hot water is stored in the storage tank at the predicted time of occurrence of the water outage. A fuel cell system that determines that the recovered water shortage condition is satisfied when a predicted amount of heat storage is equal to or greater than a set amount of heat storage .
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