JP7494730B2 - Fuel Cell Systems - Google Patents

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JP7494730B2 JP2020216154A JP2020216154A JP7494730B2 JP 7494730 B2 JP7494730 B2 JP 7494730B2 JP 2020216154 A JP2020216154 A JP 2020216154A JP 2020216154 A JP2020216154 A JP 2020216154A JP 7494730 B2 JP7494730 B2 JP 7494730B2
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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

従来、室内に設置された床暖房パネルと、温水を生成する熱源機と、熱源機と床暖房パネルとを接続する温水通路を開閉する熱動弁と、熱源機および熱動弁の動作を制御する制御部と、を備える温水床暖房装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置は、室内の目標温度を設定する操作ボタンや室内温度を検知する室温センサを含むリモコンを備え、制御部は、室内温度が目標温度となるように、熱動弁を開状態としたまま温水を床暖房パネルに供給する運転状態と動熱弁を開閉させながら温水を供給する運転状態とを切り替えて熱動弁を制御する。 A hot water floor heating device has been proposed that includes a floor heating panel installed indoors, a heat source unit that generates hot water, a thermal valve that opens and closes a hot water passage that connects the heat source unit and the floor heating panel, and a control unit that controls the operation of the heat source unit and the thermal valve (see, for example, Patent Document 1). This device includes a remote control that includes an operation button for setting a target temperature in the room and a room temperature sensor that detects the room temperature, and the control unit controls the thermal valve by switching between an operating state in which hot water is supplied to the floor heating panel with the thermal valve open and an operating state in which hot water is supplied while opening and closing the thermal valve so that the room temperature becomes the target temperature.

特開2013-40737号公報JP 2013-40737 A

上述した装置では、専用の熱源機を用いて暖房するため、エネルギ効率の向上を図るには不利である。 The above-mentioned device uses a dedicated heat source for heating, which is disadvantageous in terms of improving energy efficiency.

本発明は、快適性を維持しつつ、エネルギ効率の向上を図ることを主目的とする。 The main objective of this invention is to improve energy efficiency while maintaining comfort.

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The present invention takes the following measures to achieve the above-mentioned main objective.

本発明の第1の燃料電池システムは、
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
熱交換液体との熱交換により前記燃料電池の排熱を回収する排熱回収用熱交換器と、
温水暖房装置において暖房用液体が循環する暖房用配管に接続され、前記熱交換液体との熱交換により前記暖房用液体を加熱する加熱用熱交換器と、
前記排熱回収用熱交換器と前記加熱用熱交換器とを接続する循環配管と、
前記循環配管内で熱交換液体を循環させるポンプと、
前記循環配管に設けられ、前記熱交換液体を加熱するヒータと、
前記燃料電池が発電している場合には、前記燃料電池の排熱を少なくとも用いて前記暖房用液体が加熱されるよう少なくとも前記ポンプを制御し、前記燃料電池が発電していない場合には、前記ヒータの熱により前記暖房用液体が加熱されるよう前記ヒータと前記ポンプとを制御する制御装置と、
ことを要旨とする。
The first fuel cell system of the present invention comprises:
A fuel cell system including a fuel cell,
a heat exchanger for recovering exhaust heat from the fuel cell by heat exchange with a heat exchange liquid;
a heating heat exchanger connected to a heating pipe in which a heating liquid circulates in the hot water heating device and configured to heat the heating liquid by heat exchange with the heat exchange liquid;
a circulation pipe connecting the exhaust heat recovery heat exchanger and the heating heat exchanger;
A pump that circulates a heat exchange liquid in the circulation pipe;
a heater provided in the circulation pipe for heating the heat exchange liquid;
a control device that controls at least the pump so that the heating liquid is heated at least using exhaust heat from the fuel cell when the fuel cell is generating power, and controls the heater and the pump so that the heating liquid is heated by heat from the heater when the fuel cell is not generating power;
The gist of the present invention is as follows.

この本発明の第1の燃料電池システムでは、燃料電池が発電しているときには、発電に伴って生じる燃料電池からの排熱を少なくとも用いて暖房用液体を加熱するため、専用の熱源装置を用いて暖房用液体を加熱するものに比して、エネルギ効率をより向上させることができる。また、燃料電池が発電していないときには、ヒータの熱を用いて暖房用液体を加熱するため、燃料電池の発電状態に拘わらず、暖房することができる。この結果、快適性を維持しつつ、エネルギ効率をより向上させることができる。 In the first fuel cell system of the present invention, when the fuel cell is generating electricity, the heating liquid is heated using at least the exhaust heat from the fuel cell that is generated during power generation, so energy efficiency can be improved compared to systems that use a dedicated heat source device to heat the heating liquid. Also, when the fuel cell is not generating electricity, the heating liquid is heated using heat from the heater, so heating is possible regardless of the power generation state of the fuel cell. As a result, energy efficiency can be improved while maintaining comfort.

こうした本発明の第1の燃料電池システムにおいて、前記加熱用熱交換器の暖房用液体の出口部における温度を検出する第1温度センサを備え、前記制御装置は、前記燃料電池が発電している場合には、暖房強度が強いほど高くなるように温度目標値を設定し、前記第1温度センサにより検出される温度が前記温度目標値に一致するように前記ポンプを制御するものとしてもよい。こうすれば、暖房強度に応じて暖房用液体を適切な温度に加熱することができ、快適性をより向上させることができる。 In the first fuel cell system of the present invention, a first temperature sensor is provided to detect the temperature at the outlet of the heating liquid of the heating heat exchanger, and the control device may set a temperature target value that is higher as the heating intensity is stronger when the fuel cell is generating electricity, and control the pump so that the temperature detected by the first temperature sensor matches the temperature target value. In this way, the heating liquid can be heated to an appropriate temperature according to the heating intensity, further improving comfort.

この場合、前記加熱用熱交換器の暖房用液体の入口部における温度を検出する第2温度センサを備え、前記制御装置は、前記第1温度センサにより検出される温度と前記第2温度センサにより検出される温度との温度差が大きいほど高くなるように前記温度目標値を設定してもよい。こうすれば、温水暖房装置の運転状態を適正状態に素早く収束させることができる。 In this case, a second temperature sensor may be provided to detect the temperature at the inlet of the heating liquid of the heating heat exchanger, and the control device may set the temperature target value so that the target value increases as the temperature difference between the temperature detected by the first temperature sensor and the temperature detected by the second temperature sensor increases. In this way, the operating state of the hot water heating device can be quickly converged to an appropriate state.

さらに、この場合、前記制御装置は、前記温度差が所定値未満である場合には、前記燃料電池の排熱により前記第1温度センサにより検出される温度が前記温度目標値に一致するように前記ポンプを制御し、前記温度差が前記所定値以上である場合には、前記燃料電池の排熱と前記ヒータの熱とにより前記第1温度センサにより検出される温度が前記温度目標値に一致するように前記ヒータと前記ポンプとを制御してもよい。こうすれば、暖房運転に必要な熱量に不足が生じるのを抑制することができる。 Furthermore, in this case, the control device may control the pump so that the temperature detected by the first temperature sensor due to the exhaust heat of the fuel cell coincides with the temperature target value when the temperature difference is less than a predetermined value, and control the heater and the pump so that the temperature detected by the first temperature sensor due to the exhaust heat of the fuel cell and the heat of the heater coincides with the temperature target value when the temperature difference is equal to or greater than the predetermined value. In this way, it is possible to prevent a shortage of the amount of heat required for heating operation.

また、本発明の第1の燃料電池システムにおいて、前記循環配管における、前記加熱用熱交換器の熱交換液体の出口部と前記排熱回収用熱交換器の熱交換液体の入口部との間に配置されたラジエータと、前記ラジエータに送風する送風器と、前記排熱回収用熱交換器の熱交換液体の入口部における温度を検出する第3温度センサと、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池が発電している場合には、前記第3温度センサにより検出される温度が所定温度を超えないように前記送風器を制御してもよい。こうすれば、必要量の凝縮水を生成すると共に、温水暖房装置からの温水が過剰に加熱されるのを抑制することができる。 The first fuel cell system of the present invention further includes a radiator disposed in the circulation piping between the outlet of the heat exchange liquid of the heating heat exchanger and the inlet of the heat exchange liquid of the exhaust heat recovery heat exchanger, a blower for blowing air to the radiator, and a third temperature sensor for detecting the temperature at the inlet of the heat exchange liquid of the exhaust heat recovery heat exchanger, and the control device may control the blower so that the temperature detected by the third temperature sensor does not exceed a predetermined temperature when the fuel cell is generating electricity. In this way, the necessary amount of condensed water can be generated and the hot water from the hot water heating device can be prevented from being excessively heated.

本発明の第2の燃料電池システムは、
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
熱交換液体との熱交換により前記燃料電池の排熱を回収する排熱回収用熱交換器と、
温水暖房装置において暖房用液体が循環する暖房用配管に接続され、前記熱交換液体との熱交換により前記暖房用液体を加熱する加熱用熱交換器と、
前記排熱回収用熱交換器と前記加熱用熱交換器とを接続する循環配管と、
前記循環配管内で熱交換液体を循環させるポンプと、
前記燃料電池システムとは別に設置されて前記暖房用液体を加熱可能な熱源装置と通信可能に接続され、前記燃料電池が発電している場合には、前記燃料電池の排熱を少なくとも用いて前記暖房用液体が加熱されるよう少なくとも前記ポンプを制御し、前記燃料電池が発電していない場合には、前記熱源装置に前記暖房用液体の加熱を指示する制御装置と、
を備えることを要旨とする。
The second fuel cell system of the present invention comprises:
A fuel cell system including a fuel cell,
a heat exchanger for recovering exhaust heat from the fuel cell by heat exchange with a heat exchange liquid;
a heating heat exchanger connected to a heating pipe in which a heating liquid circulates in the hot water heating device and configured to heat the heating liquid by heat exchange with the heat exchange liquid;
a circulation pipe connecting the exhaust heat recovery heat exchanger and the heating heat exchanger;
A pump that circulates a heat exchange liquid in the circulation pipe;
a control device that is installed separately from the fuel cell system and communicatively connected to a heat source device capable of heating the heating liquid, and that controls at least the pump so that the heating liquid is heated at least using exhaust heat from the fuel cell when the fuel cell is generating power, and instructs the heat source device to heat the heating liquid when the fuel cell is not generating power;
The gist of the invention is to provide the following:

この本発明の第2の燃料電池システムでは、燃料電池が発電しているときには、発電に伴って生じる燃料電池からの排熱を少なくとも用いて暖房用液体を加熱するため、熱源装置を停止することができ、エネルギ効率をより向上させることができる。また、燃料電池が発電していないときには、熱源装置に対して暖房用液体の加熱を指示するため、燃料電池の発電状態に拘わらず、暖房することができる。この結果、快適性を維持しつつ、エネルギ効率をより向上させることができる。 In the second fuel cell system of the present invention, when the fuel cell is generating electricity, the heating liquid is heated using at least the exhaust heat from the fuel cell that is generated during power generation, so the heat source device can be stopped and energy efficiency can be further improved. Also, when the fuel cell is not generating electricity, an instruction is given to the heat source device to heat the heating liquid, so heating can be performed regardless of the power generation state of the fuel cell. As a result, energy efficiency can be further improved while maintaining comfort.

第1実施形態の燃料電池システムを含む床暖房システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a floor heating system including a fuel cell system according to a first embodiment. 燃料電池システムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system. ラジエータファン運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of a radiator fan operation control routine. 温度TH1とファンデューティDfとの関係を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between temperature TH1 and fan duty Df. 暖房制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a heating control routine. 発電時暖房制御処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of heating control processing during power generation. 制御範囲内用の暖房強度と目標温度TH8tagとの関係と、低温範囲内用の暖房強度と目標温度TH8tagとの関係と、高温範囲内用の暖房強度と目標温度TH8tagとの関係と、を示す説明図である。11 is an explanatory diagram showing the relationship between the heating intensity and the target temperature TH8tag for within the control range, the relationship between the heating intensity and the target temperature TH8tag for within the low temperature range, and the relationship between the heating intensity and the target temperature TH8tag for within the high temperature range. FIG. 非発電時暖房制御処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a heating control process during non-power generation. 第2実施形態の床暖房システムの概略構成図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a floor heating system according to a second embodiment. 燃料電池システムと給湯器と床暖房装置との接続関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the connection relationship between a fuel cell system, a water heater, and a floor heating device. 第2実施形態における暖房制御ルーチンを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a heating control routine in a second embodiment.

本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 The embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、第1実施形態の燃料電池システムを含む床暖房システムの概略構成図であり、図2は、燃料電池システムの概略構成図である。第1実施形態の床暖房システムは、図1に示すように、温水式の床暖房システムであり、床下に温水が循環する暖房配管101が敷設された温水床暖房装置100と、暖房配管101内を循環する温水を加熱する温水加熱装置60を含む本実施形態の燃料電池システム10と、を備える。 Figure 1 is a schematic diagram of a floor heating system including a fuel cell system of the first embodiment, and Figure 2 is a schematic diagram of the fuel cell system. As shown in Figure 1, the floor heating system of the first embodiment is a hot water floor heating system, and includes a hot water floor heating device 100 in which heating piping 101 is laid under the floor through which hot water circulates, and a fuel cell system 10 of this embodiment including a hot water heating device 60 that heats the hot water circulating in the heating piping 101.

燃料電池システム10は、図2に示すように、筐体12と、アノードガス(燃料ガス)中の水素とカソードガス(酸化剤ガス)中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池スタック21を含む発電モジュール20と、発電モジュール20にアノードガスの原料となる原燃料ガス(例えば天然ガスやLPガス)を供給する原燃料ガス供給装置30と、発電モジュール20に原燃料ガスからアノードガスへの改質(水蒸気改質)に必要な改質水を供給する改質水供給装置40と、発電モジュール20(燃料電池スタック21)にカソードガスとしてのエアを供給するエア供給装置50と、発電モジュール20において発生した燃焼排ガスの熱(排熱)を用いて温水床暖房装置100からの温水を加熱する温水加熱装置60と、を備える。筐体12には、吸気口12aと排気口12bとが形成されており、吸気口12aの近傍には、外気を取り込んで筐体12の内部を換気するための換気ファン14が設置されている。 As shown in FIG. 2, the fuel cell system 10 includes a housing 12, a power generation module 20 including a fuel cell stack 21 that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen in an anode gas (fuel gas) and oxygen in a cathode gas (oxidizer gas), a raw fuel gas supply device 30 that supplies raw fuel gas (e.g., natural gas or LP gas) that is the raw material for the anode gas to the power generation module 20, a reforming water supply device 40 that supplies reforming water required for reforming (steam reforming) the raw fuel gas to the power generation module 20, an air supply device 50 that supplies air as a cathode gas to the power generation module 20 (fuel cell stack 21), and a hot water heating device 60 that heats hot water from a hot water floor heating device 100 using heat (exhaust heat) from the combustion exhaust gas generated in the power generation module 20. The housing 12 is formed with an intake port 12a and an exhaust port 12b, and a ventilation fan 14 is installed near the intake port 12a to take in outside air and ventilate the inside of the housing 12.

発電モジュール20は、燃料電池スタック21や、気化器22、2つの改質器23を含み、これらは、断熱性を有するモジュールケース29に収容されている。本実施形態では、発電モジュール20は、2つの燃料電池スタック21を有し、2つの燃料電池スタック21は、間隔をおいて互いに対向するようにモジュールケース29内に配置されたマニホールド24上に設置される。 The power generation module 20 includes a fuel cell stack 21, a vaporizer 22, and two reformers 23, which are housed in a thermally insulating module case 29. In this embodiment, the power generation module 20 has two fuel cell stacks 21, which are installed on a manifold 24 arranged in the module case 29 so as to face each other with a gap between them.

各燃料電池スタック21は、酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とをそれぞれ有すると共に図2中、左右方向(水平方向)に配列された複数の固体酸化物形の単セルを有する。各単セルのアノード電極内には、図示しないアノードガス通路が単セルの配列方向と直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。また、各単セルのカソード電極の周囲には、カソードガスを流通させる図示しないカソードガス通路が単セルの配列方向に直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。各単セルのアノードガス通路は、マニホールド24に接続され、各単セルのカソードガス通路は、モジュールケース29内のエア通路に接続される。更に、2つの燃料電池スタック21の間(近傍)には、両者との距離が同一となるように温度センサ82が設置されている。温度センサ84は、各燃料電池スタック21の温度に相関する温度(スタック温度)T4を検出する。 Each fuel cell stack 21 has an electrolyte such as zirconium oxide, an anode electrode and a cathode electrode that sandwich the electrolyte, and has multiple solid oxide type single cells arranged in the left-right direction (horizontal direction) in FIG. 2. An anode gas passage (not shown) is formed in the anode electrode of each single cell so as to extend in a direction perpendicular to the arrangement direction of the single cells, i.e., in the vertical direction. In addition, a cathode gas passage (not shown) for circulating cathode gas is formed around the cathode electrode of each single cell so as to extend in a direction perpendicular to the arrangement direction of the single cells, i.e., in the vertical direction. The anode gas passage of each single cell is connected to the manifold 24, and the cathode gas passage of each single cell is connected to the air passage in the module case 29. Furthermore, a temperature sensor 82 is installed between (near) the two fuel cell stacks 21 so that the distance between them is the same. The temperature sensor 84 detects a temperature (stack temperature) T4 that correlates with the temperature of each fuel cell stack 21.

発電モジュール20の気化器22および改質器23は、モジュールケース29内の2つの燃料電池スタック21の上方に両者と間隔をおいて配設される。本実施形態では、一方の燃料電池スタック21の上方に気化器22および一方の改質器23が配置され、他方の燃料電池スタック21の上方に他方の改質器23が配置される。更に、一方の燃料電池スタック21と気化器22および一方の改質器23との間、並びに他方の燃料電池スタック21と他方の改質器23との間には、燃料電池スタック21の作動や、気化器22および改質器23での反応に必要な熱を発生させる燃焼部25が画成されている。各燃焼部25には、着火ヒータ26が設置されている。 The vaporizer 22 and reformer 23 of the power generation module 20 are disposed above the two fuel cell stacks 21 in the module case 29 at a distance from each other. In this embodiment, the vaporizer 22 and one reformer 23 are disposed above one fuel cell stack 21, and the other reformer 23 is disposed above the other fuel cell stack 21. Furthermore, between the one fuel cell stack 21 and the vaporizer 22 and one reformer 23, and between the other fuel cell stack 21 and the other reformer 23, combustion sections 25 are defined to generate heat required for the operation of the fuel cell stack 21 and the reactions in the vaporizer 22 and reformer 23. An ignition heater 26 is installed in each combustion section 25.

気化器22は、燃焼部25からの熱により原燃料ガス供給装置30からの原燃料ガスと改質水供給装置40からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器22により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、その混合ガスは、当該気化器22から改質器23に流入する。また、改質器23には、当該改質器23に流入する混合ガスの温度(気化器温度)T1を検出する温度センサ81が設置されている。 The vaporizer 22 heats the raw fuel gas from the raw fuel gas supply device 30 and the reforming water from the reforming water supply device 40 using heat from the combustion section 25, preheating the raw fuel gas and evaporating the reforming water to generate steam. The raw fuel gas preheated by the vaporizer 22 is mixed with steam, and the mixed gas flows from the vaporizer 22 into the reformer 23. The reformer 23 is also provided with a temperature sensor 81 that detects the temperature (vaporizer temperature) T1 of the mixed gas flowing into the reformer 23.

改質器23は、その内部に充填された例えばRu系またはNi系の改質触媒を有し、燃焼部25からの熱の存在下で、改質触媒による気化器22からの混合ガスの反応(水蒸気改質反応)によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、改質器23は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応(一酸化炭素シフト反応)によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質器23によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質器23により生成されたアノードガスは、配管やマニホールド24を介して各単セルのアノードガス通路へ流入し、アノード電極に供給される。 The reformer 23 has a Ru-based or Ni-based reforming catalyst filled therein, and generates hydrogen gas and carbon monoxide by a reaction (steam reforming reaction) of the mixed gas from the vaporizer 22 with the reforming catalyst in the presence of heat from the combustion section 25. Furthermore, the reformer 23 generates hydrogen gas and carbon dioxide by a reaction (carbon monoxide shift reaction) between the carbon monoxide generated in the steam reforming reaction and steam. As a result, the reformer 23 generates anode gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed raw fuel gas, etc. The anode gas generated by the reformer 23 flows into the anode gas passage of each single cell via the piping and manifold 24 and is supplied to the anode electrode.

また、燃料電池スタック21の各単セルのカソード電極には、モジュールケース29内に形成されたエア通路を介してカソードガスとしてのエアが供給される。各単セルのカソード電極では、酸化物イオン(O2-)が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノード電極で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。各単セルにおいて電気化学反応(発電)に使用されなかったアノードガス(以下、「アノードオフガス」という)およびカソードガス(以下、「カソードオフガス」という)は、各単セルのアノードガス通路やカソードガス通路から上方の燃焼部25へと流出する。 Air is supplied as a cathode gas to the cathode electrode of each unit cell of the fuel cell stack 21 through an air passage formed in the module case 29. Oxide ions (O 2- ) are generated at the cathode electrode of each unit cell, and the oxide ions pass through the electrolyte and react with hydrogen and carbon monoxide at the anode electrode to generate electric energy. The anode gas (hereinafter referred to as "anode off-gas") and cathode gas (hereinafter referred to as "cathode off-gas") that are not used in the electrochemical reaction (power generation) in each unit cell flow out from the anode gas passage and cathode gas passage of each unit cell to the combustion section 25 above.

各単セルから燃焼部25に流入したアノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、各単セルから燃焼部25に流入した酸素を含むカソードオフガスと混合される。以下、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを「オフガス」という。そして、着火ヒータ26により点火させられて燃焼部25でオフガスが着火すると、当該オフガスの燃焼により、燃料電池スタック21の作動や、気化器22での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、改質器23での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。また、燃焼部25では、未燃燃料や水蒸気を含む燃焼排ガスが生成され、当該燃焼排ガスは、燃焼触媒27を介して凝縮用熱交換器62へ供給される。燃焼触媒27は、燃焼排ガス中の未燃燃料を再燃焼させるための酸化触媒である。 The anode offgas that flows into the combustion section 25 from each unit cell is a combustible gas containing fuel components such as hydrogen and carbon monoxide, and is mixed with the cathode offgas that contains oxygen that flows into the combustion section 25 from each unit cell. Hereinafter, the mixed gas of the anode offgas and the cathode offgas is referred to as "offgas". When the offgas is ignited by the ignition heater 26 and ignited in the combustion section 25, the combustion of the offgas generates heat required for the operation of the fuel cell stack 21, preheating the raw fuel gas in the vaporizer 22, generating steam, and the steam reforming reaction in the reformer 23. In addition, in the combustion section 25, a combustion exhaust gas containing unburned fuel and steam is generated, and the combustion exhaust gas is supplied to the condensation heat exchanger 62 via the combustion catalyst 27. The combustion catalyst 27 is an oxidation catalyst for reburning the unburned fuel in the combustion exhaust gas.

原燃料ガス供給装置30は、原燃料ガスを供給する原燃料供給源1と気化器22とを接続する原燃料ガス供給管31と、当該原燃料ガス供給管31に設置された開閉弁(2連弁)32,33、オリフィス34、ガスポンプ35および脱硫器36とを有する。原燃料ガスは、ガスポンプ35を作動させることで、原燃料供給源1から脱硫器36を介して気化器22へと圧送(供給)される。脱硫器36は、例えば常温脱硫式の脱硫器として構成される。また、原燃料ガス供給管31の開閉弁33とオリフィス34との間には、原燃料ガス供給管31内の圧力を検出する圧力センサ37や、原燃料ガス供給管31を流れる原燃料ガスの単位時間当りの流量(ガス流量Qg)を検出する流量センサ38が設置されている。 The raw fuel gas supply device 30 has a raw fuel gas supply pipe 31 that connects the raw fuel supply source 1 that supplies the raw fuel gas to the vaporizer 22, and on-off valves (two valves) 32, 33, an orifice 34, a gas pump 35, and a desulfurizer 36 installed in the raw fuel gas supply pipe 31. By operating the gas pump 35, the raw fuel gas is pressure-fed (supplied) from the raw fuel supply source 1 to the vaporizer 22 via the desulfurizer 36. The desulfurizer 36 is configured as, for example, a room temperature desulfurization type desulfurizer. In addition, between the on-off valve 33 and the orifice 34 of the raw fuel gas supply pipe 31, a pressure sensor 37 that detects the pressure inside the raw fuel gas supply pipe 31 and a flow rate sensor 38 that detects the flow rate per unit time of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply pipe 31 (gas flow rate Qg) are installed.

改質水供給装置40は、改質水を貯留する改質水タンク42と、改質水タンク42と気化器22とを接続する改質水供給管41と、改質水供給管41に設置された改質水ポンプ43とを有する。改質水タンク42内の改質水は、改質水ポンプ43を作動させることで、当該改質水ポンプ43により気化器22へと圧送(供給)される。 The reforming water supply device 40 has a reforming water tank 42 that stores reforming water, a reforming water supply pipe 41 that connects the reforming water tank 42 and the vaporizer 22, and a reforming water pump 43 installed in the reforming water supply pipe 41. By operating the reforming water pump 43, the reforming water in the reforming water tank 42 is pumped (supplied) by the reforming water pump 43 to the vaporizer 22.

エア供給装置50は、モジュールケース29内に形成されたエア通路に接続されるエア供給管51と、エア供給管51の入口に設けられたエアフィルタ52と、エア供給管51に設置されたエアポンプ53とを有する。エアポンプ53を作動させることで、カソードガスとしてのエアは、エアフィルタ52を介してエア供給管51に吸引され、モジュールケース29内のエア通路を経て各燃料電池スタック21(カソード電極)へと圧送(供給)される。 The air supply device 50 has an air supply pipe 51 connected to an air passage formed in the module case 29, an air filter 52 provided at the inlet of the air supply pipe 51, and an air pump 53 installed in the air supply pipe 51. By operating the air pump 53, air as cathode gas is sucked into the air supply pipe 51 through the air filter 52, and is pumped (supplied) to each fuel cell stack 21 (cathode electrode) via the air passage in the module case 29.

温水加熱装置60は、発電モジュール20の燃焼部25で生成された燃焼排ガスと熱交換液体(例えばロングライフクーラント)とを熱交換する凝縮用熱交換器62と、熱交換液体と温水床暖房装置100からの温水とを熱交換する加熱用熱交換器63と、凝縮用熱交換器62と加熱用熱交換器63とに接続され両者間で熱交換液体が循環する循環配管61と、加熱用熱交換器63から凝縮用熱交換器62へ向かう循環配管61に設置された循環ポンプ65と、を有する。さらに、温水加熱装置60は、循環配管61に設置されたリザーバタンク64と、循環配管61の凝縮用熱交換器62と循環ポンプ65との間に設置されたラジエータ66と、ラジエータ66に送風するラジエータファン67と、循環配管61のラジエータ66と循環ポンプ65との間に設置されたヒータ68と、を有する。 The hot water heating device 60 has a condensing heat exchanger 62 that exchanges heat between the combustion exhaust gas generated in the combustion section 25 of the power generation module 20 and a heat exchange liquid (e.g., long-life coolant), a heating heat exchanger 63 that exchanges heat between the heat exchange liquid and hot water from the hot water floor heating device 100, a circulation pipe 61 that is connected to the condensing heat exchanger 62 and the heating heat exchanger 63 and circulates the heat exchange liquid between them, and a circulation pump 65 installed in the circulation pipe 61 that runs from the heating heat exchanger 63 to the condensing heat exchanger 62. The hot water heating device 60 further has a reservoir tank 64 installed in the circulation pipe 61, a radiator 66 installed between the condensing heat exchanger 62 and the circulation pump 65 of the circulation pipe 61, a radiator fan 67 that blows air to the radiator 66, and a heater 68 installed between the radiator 66 and the circulation pump 65 of the circulation pipe 61.

凝縮用熱交換器62は、例えば伝熱プレートを隔てて燃焼排ガスと熱交換液体とがそれぞれ流動するよう流路が形成されたプレート式の熱交換器として構成されている。凝縮用熱交換器62の熱交換液体側の流路は循環配管61に接続され、当該循環配管61内の熱交換液体は、循環ポンプ65を作動させることで、凝縮用熱交換器62へと導入され、凝縮用熱交換器62で燃焼排ガスとの熱交換によって昇温させられた後、加熱用熱交換器63へと送られる。凝縮用熱交換器62で熱交換液体との熱交換によって燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮し、これにより凝縮水が生成される。凝縮用熱交換器62の燃焼排ガス側の流路は、凝縮水配管44を介して改質水タンク42に接続されており、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮することにより生成された凝縮水は、当該凝縮水配管44を介して改質水タンク42内へと導入される。凝縮用熱交換器62の熱交換液体側の流路における入口付近には、凝縮用熱交換器62に導入される直前の熱交換液体の温度TH1を検出する温度センサ83が設置され、熱交換液体側の流路における出口付近には、凝縮用熱交換器62を通過した直後の熱交換液体の温度TH3を検出する温度センサ84が設置されている。なお、凝縮水配管44には、図示しない水精製器が設置され、凝縮用熱交換器62で生成された凝縮水は、改質水タンク42へ導入される前に当該水精製器により精製される。更に、凝縮用熱交換器62の燃焼排ガス側の流路は、燃焼排ガス排出管45に接続されている。発電モジュール20の燃焼部25から排出されて凝縮用熱交換器62で水分が除去された排気ガスは、燃焼排ガス排出管45を介して大気中に排出される。 The condensing heat exchanger 62 is configured as a plate-type heat exchanger in which a flow path is formed so that the combustion exhaust gas and the heat exchange liquid flow, for example, across a heat transfer plate. The flow path on the heat exchange liquid side of the condensing heat exchanger 62 is connected to the circulation pipe 61, and the heat exchange liquid in the circulation pipe 61 is introduced into the condensing heat exchanger 62 by operating the circulation pump 65, and is heated by heat exchange with the combustion exhaust gas in the condensing heat exchanger 62, and then sent to the heating heat exchanger 63. The water vapor in the combustion exhaust gas is condensed by heat exchange with the heat exchange liquid in the condensing heat exchanger 62, thereby generating condensed water. The flow path on the combustion exhaust gas side of the condensing heat exchanger 62 is connected to the reforming water tank 42 via the condensed water pipe 44, and the condensed water generated by condensing the water vapor in the combustion exhaust gas is introduced into the reforming water tank 42 via the condensed water pipe 44. A temperature sensor 83 is installed near the inlet of the flow path on the heat exchange liquid side of the condensation heat exchanger 62 to detect the temperature TH1 of the heat exchange liquid immediately before being introduced into the condensation heat exchanger 62, and a temperature sensor 84 is installed near the outlet of the flow path on the heat exchange liquid side to detect the temperature TH3 of the heat exchange liquid immediately after passing through the condensation heat exchanger 62. A water purifier (not shown) is installed in the condensed water pipe 44, and the condensed water generated in the condensation heat exchanger 62 is purified by the water purifier before being introduced into the reforming water tank 42. Furthermore, the flow path on the combustion exhaust gas side of the condensation heat exchanger 62 is connected to the combustion exhaust gas exhaust pipe 45. The exhaust gas discharged from the combustion section 25 of the power generation module 20 and from which moisture has been removed by the condensation heat exchanger 62 is discharged into the atmosphere through the combustion exhaust gas exhaust pipe 45.

加熱用熱交換器63は、例えば伝熱プレートを隔てて熱交換液体と温水とがそれぞれ流動するよう流路が形成されたプレート式の熱交換器として構成されている。加熱用熱交換器63の温水側の流路は入水ポート16aおよび出水ポート16bを介して温水床暖房装置100の暖房配管101に接続される加熱配管69に接続されており、温水床暖房装置100から入水ポート16aを介して導入された温水は、凝縮用熱交換器62から加熱用熱交換器63に導入された熱交換液体との熱交換によって加熱させられた後、出水ポート16bへ送られる。これにより、温水床暖房装置100へ加熱した温水を送ることができる。加熱用熱交換器63の熱交換液体側の流路における入口付近には、加熱用熱交換器63に導入される直前の熱交換液体の温度TH6を検出する温度センサ86が設置され、熱交換液体側の流路における出口付近には、加熱用熱交換器63を通過した直後の熱交換液体の温度TH4を検出する温度センサ85が設置されている。また、加熱用熱交換器63の温水側の流路における入口付近には、加熱用熱交換器63に導入される直前の温水の温度TH7を検出する温度センサ87が設置され、温水側の流路における出口付近には、加熱用熱交換器63を通過した直後の温水の温度TH8を検出する温度センサ88が設置されている。 The heating heat exchanger 63 is configured as a plate-type heat exchanger in which a flow path is formed so that the heat exchange liquid and the hot water flow through, for example, a heat transfer plate. The hot water side flow path of the heating heat exchanger 63 is connected to the heating pipe 69 connected to the heating pipe 101 of the hot water floor heating device 100 via the water inlet port 16a and the water outlet port 16b, and the hot water introduced from the hot water floor heating device 100 through the water inlet port 16a is heated by heat exchange with the heat exchange liquid introduced from the condensing heat exchanger 62 to the heating heat exchanger 63, and then sent to the water outlet port 16b. This allows heated hot water to be sent to the hot water floor heating device 100. A temperature sensor 86 is provided near the entrance of the flow path on the heat exchange liquid side of the heating heat exchanger 63 to detect the temperature TH6 of the heat exchange liquid immediately before it is introduced into the heating heat exchanger 63, and a temperature sensor 85 is provided near the exit of the flow path on the heat exchange liquid side to detect the temperature TH4 of the heat exchange liquid immediately after it has passed through the heating heat exchanger 63. In addition, a temperature sensor 87 is provided near the entrance of the flow path on the hot water side of the heating heat exchanger 63 to detect the temperature TH7 of the hot water immediately before it is introduced into the heating heat exchanger 63, and a temperature sensor 88 is provided near the exit of the flow path on the hot water side to detect the temperature TH8 of the hot water immediately after it has passed through the heating heat exchanger 63.

燃料電池スタック21の出力端子には、パワーコンディショナ95の入力端子が接続され、当該パワーコンディショナ95の出力端子には、図示しないリレーを介して電力系統2から負荷4への電力ライン3に接続される。パワーコンディショナ95は、燃料電池スタック21から出力された直流電圧を所定電圧(例えば、DC250V~300V)に変換するDC/DCコンバータや、変換された直流電圧を電力系統2と連系可能な交流電圧(例えば、AC200V)に変換するインバータを有する。燃料電池スタック21の出力端子には、当該燃料電池スタック21から出力される電流Iを検出する図示しない電流センサが設けられ、燃料電池スタック21の出力端子間には、燃料電池スタック21の端子間電圧を検出する図示しない電圧センサが設けられている。 An input terminal of a power conditioner 95 is connected to the output terminal of the fuel cell stack 21, and an output terminal of the power conditioner 95 is connected to a power line 3 from the power system 2 to the load 4 via a relay (not shown). The power conditioner 95 has a DC/DC converter that converts the DC voltage output from the fuel cell stack 21 to a predetermined voltage (e.g., DC 250V to 300V), and an inverter that converts the converted DC voltage to an AC voltage (e.g., AC 200V) that can be connected to the power system 2. A current sensor (not shown) that detects the current I output from the fuel cell stack 21 is provided at the output terminal of the fuel cell stack 21, and a voltage sensor (not shown) that detects the terminal-to-terminal voltage of the fuel cell stack 21 is provided between the output terminals of the fuel cell stack 21.

パワーコンディショナ95から分岐した電力ラインには電源基板96が接続されている。電源基板96は、燃料電池スタック21からの直流電圧や電力系統2からの交流電圧を補機類の作動に適した直流電圧に変換して当該補機類に供給するものである。実施形態では、補機類としては、換気ファン14や開閉弁32,33、ガスポンプ35、改質水ポンプ43、エアポンプ53、循環ポンプ65、ラジエータファン67、ヒータ68などを挙げることができる。 A power supply board 96 is connected to the power line branched off from the power conditioner 95. The power supply board 96 converts the DC voltage from the fuel cell stack 21 and the AC voltage from the power system 2 into a DC voltage suitable for the operation of the auxiliary equipment and supplies it to the auxiliary equipment. In the embodiment, examples of the auxiliary equipment include the ventilation fan 14, the on-off valves 32 and 33, the gas pump 35, the reforming water pump 43, the air pump 53, the circulation pump 65, the radiator fan 67, and the heater 68.

制御装置70は、CPU71を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPU71の他に処理プログラムを記憶するROM72と、データを一時的に記憶するRAM73と、計時を行なうタイマ74と、図示しない不揮発性メモリと、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置70には、圧力センサ37や流量センサ38、温度センサ81~88などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置70からは、換気ファン14のファンモータや開閉弁32,33のソレノイド、ガスポンプ35のポンプモータ、改質水ポンプ43のポンプモータ、エアポンプ53のポンプモータ、循環ポンプ65のポンプモータ、ラジエータファン67のファンモータ、ヒータ68のヒータスイッチ、パワーコンディショナ95のDC/DCコンバータやインバータ、電源基板96、着火ヒータ26などへの各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、制御装置70は、屋内に設置されたリモートコントローラ(リモコン)90と通信線を介して接続されており、互いにデータや制御信号のやり取りを行なう。 The control device 70 is configured as a microprocessor centered on the CPU 71, and in addition to the CPU 71, it is equipped with a ROM 72 that stores a processing program, a RAM 73 that temporarily stores data, a timer 74 that keeps time, a non-volatile memory (not shown), and an input/output port (not shown). Various detection signals from the pressure sensor 37, the flow sensor 38, the temperature sensors 81 to 88, etc. are input to the control device 70 via the input port. In addition, the control device 70 outputs various control signals to the fan motor of the ventilation fan 14, the solenoids of the on-off valves 32 and 33, the pump motor of the gas pump 35, the pump motor of the reformed water pump 43, the pump motor of the air pump 53, the pump motor of the circulation pump 65, the fan motor of the radiator fan 67, the heater switch of the heater 68, the DC/DC converter and inverter of the power conditioner 95, the power supply board 96, the ignition heater 26, etc. via the output port. The control device 70 is also connected to a remote controller 90 installed indoors via a communication line, and data and control signals are exchanged between them.

リモコン90は、システムの運転状態を表示する表示装置や電源スイッチを備える。さらに、本実施形態では、図示しないが、温水床暖房装置100の暖房運転を入切する暖房スイッチや、暖房強度(強,中,弱)を設定する暖房強度設定スイッチなども備える。 The remote control 90 is equipped with a display device that displays the operating status of the system and a power switch. In addition, although not shown in the figure in this embodiment, it also has a heating switch that turns the heating operation of the hot water floor heating device 100 on and off, and a heating intensity setting switch that sets the heating intensity (strong, medium, weak).

こうして構成された本実施形態の燃料電池システム10の動作について説明する。制御装置70のCPU71は、システムが起動し、発電が要求されると、要求される発電出力に応じた目標電流Itagが燃料電池スタック21から出力されるよう原燃料ガス、改質水およびエア(空気)の供給量を制御して発電を行なう。原燃料ガスの供給量の制御は、目標電流Itagに基づいて所定の燃料利用率Ufとなるように目標ガス流量Qgtagを設定し、流量センサ38により検出されるガス流量Qgが設定した目標ガス流量Qgtagに一致するようガスポンプ35を制御することにより行なわれる。改質水の供給量の制御は、改質器23におけるスチームカーボン比SC(原燃料ガス中の炭化水素に含まれる炭素と水蒸気改質のために添加される水蒸気とのモル比)が予め定められた目標比SCtagに一致するように目標ガス流量Qgtagに基づいて目標改質水流量Qwtagを設定し、設定した目標改質水流量Qwtagの改質水が供給されるよう改質水ポンプ43を制御することにより行なわれる。エアの供給量の制御は、温度センサ84により検出される温度T4が予め定められた目標温度T4tagに一致するようにフィードバック制御により目標エア流量Qatagを設定し、設定した目標エア流量Qatagのエアが供給されるようエアポンプ53を制御することにより行なわれる。 The operation of the fuel cell system 10 of the present embodiment thus configured will be described. When the system is started and power generation is requested, the CPU 71 of the control device 70 controls the supply amounts of raw fuel gas, reforming water, and air so that the target current Itag corresponding to the requested power generation output is output from the fuel cell stack 21, thereby generating power. The supply amount of raw fuel gas is controlled by setting the target gas flow rate Qgtag so as to obtain a predetermined fuel utilization rate Uf based on the target current Itag, and controlling the gas pump 35 so that the gas flow rate Qg detected by the flow sensor 38 matches the set target gas flow rate Qgtag. The supply amount of reforming water is controlled by setting the target reforming water flow rate Qwtag based on the target gas flow rate Qgtag so that the steam carbon ratio SC (the molar ratio of carbon contained in the hydrocarbons in the raw fuel gas and the steam added for steam reforming) in the reformer 23 matches the predetermined target ratio SCtag, and controlling the reforming water pump 43 so that reforming water of the set target reforming water flow rate Qwtag is supplied. The amount of air supplied is controlled by setting a target air flow rate Qtag through feedback control so that the temperature T4 detected by the temperature sensor 84 coincides with a predetermined target temperature T4tag, and by controlling the air pump 53 so that air is supplied at the set target air flow rate Qtag.

次に、システム発電中のラジエータファン67の動作について説明する。図3は、制御装置70のCPU71により実行されるラジエータファン運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。 Next, the operation of the radiator fan 67 during system power generation will be described. Figure 3 is a flowchart showing an example of a radiator fan operation control routine executed by the CPU 71 of the control device 70. This routine is repeatedly executed at predetermined time intervals.

ラジエータファン運転制御ルーチンでは、まず、システム発電中であるか否かを判定する(ステップS100)。システム発電中でないと判定すると、ラジエータファン運転制御ルーチンを終了する。一方、システム発電中であると判定すると、凝縮用熱交換器62の熱交換液体側の流路における出口付近に設置された温度センサ83からの温度TH1を入力し(ステップS110)、入力した温度TH1が設定温度Tset以上であるか否かを判定する(ステップS120)。ここで、設定温度Tsetは、燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮させるための熱交換液体の適正温度範囲における上限値付近の値に定められる。温度TH1が設定温度Tset以上でなく設定温度Tset未満であると判定すると、熱交換液体の冷却は不要であると判断し、ラジエータファン67の運転を停止して(ステップS130)、ラジエータファン運転制御ルーチンを終了する。一方、温度TH1が設定温度Tset以上であると判定すると、温度TH1に基づいてファンデューティDfを設定し(ステップS140)、設定したファンデューティDfでラジエータファン67のファンモータを駆動制御して(ステップS150)、ラジエータファン運転制御ルーチンを終了する。ファンデューティDfの設定は、本実施形態では、温度TH1とファンデューティDfとの関係を予め求めてマップとしてROM72に記憶しておき、温度TH1が与えられると、マップから対応するファンデューティDfを導出することにより行われる。このマップの一例を図4に示す。図示するように、ファンデューティDfは、最小値Dminから最大値Dmaxの範囲内で温度TH1が高いほど高くなるように定められる。最小値Dminは、温度TH1が設定温度Tsetのときに定められ、最大値Dmaxは、ラジエータファン67の騒音が許容値を超えないように定められる。 In the radiator fan operation control routine, first, it is determined whether or not the system is generating power (step S100). If it is determined that the system is not generating power, the radiator fan operation control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the system is generating power, the temperature TH1 from the temperature sensor 83 installed near the outlet of the flow path on the heat exchange liquid side of the condensing heat exchanger 62 is input (step S110), and it is determined whether or not the input temperature TH1 is equal to or higher than the set temperature Tset (step S120). Here, the set temperature Tset is set to a value near the upper limit value in the appropriate temperature range of the heat exchange liquid for condensing the water vapor in the combustion exhaust gas. If it is determined that the temperature TH1 is not equal to or higher than the set temperature Tset but is lower than the set temperature Tset, it is determined that cooling of the heat exchange liquid is not necessary, and the operation of the radiator fan 67 is stopped (step S130), and the radiator fan operation control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the temperature TH1 is equal to or higher than the set temperature Tset, the fan duty Df is set based on the temperature TH1 (step S140), the fan motor of the radiator fan 67 is driven and controlled at the set fan duty Df (step S150), and the radiator fan operation control routine is terminated. In this embodiment, the fan duty Df is set by determining the relationship between the temperature TH1 and the fan duty Df in advance and storing it in the ROM 72 as a map, and when the temperature TH1 is given, deriving the corresponding fan duty Df from the map. An example of this map is shown in FIG. 4. As shown in the figure, the fan duty Df is set so that it increases as the temperature TH1 increases within the range from the minimum value Dmin to the maximum value Dmax. The minimum value Dmin is set when the temperature TH1 is the set temperature Tset, and the maximum value Dmax is set so that the noise of the radiator fan 67 does not exceed the allowable value.

次に、システム発電中あるいはシステム停止中に、温水床暖房装置100を運転する際の動作について説明する。図5は、制御装置70のCPU71により実行される暖房制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。 Next, the operation of the hot water floor heating device 100 when the system is generating power or when the system is stopped will be described. Figure 5 is a flow chart showing an example of a heating control routine executed by the CPU 71 of the control device 70. This routine is executed repeatedly at predetermined time intervals.

暖房制御ルーチンが実行されると、制御装置70のCPU71は、まず、リモコン90からの操作信号に基づいて暖房スイッチがオンされたか否かを判定する(ステップS200)。暖房スイッチがオンされていないと判定すると、暖房制御ルーチンを終了する。一方、暖房スイッチがオンされていると判定すると、リモコン90からの操作信号に基づいて暖房強度を入力し(ステップS210)、システム発電中であるか否かを判定する(ステップS220)。システム発電中であると判定すると、発電時暖房制御処理を実行して(ステップS230)、暖房制御ルーチンを終了し、システム発電中でないと判定すると、非発電時暖房制御処理を実行して(ステップS240)、暖房制御ルーチンを終了する。ここで、以下、発電時暖房制御処理と非発電時暖房制御処理について順に説明する。 When the heating control routine is executed, the CPU 71 of the control device 70 first determines whether the heating switch is turned on based on the operation signal from the remote control 90 (step S200). If it is determined that the heating switch is not turned on, the heating control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the heating switch is turned on, the heating intensity is input based on the operation signal from the remote control 90 (step S210), and it is determined whether the system is generating electricity (step S220). If it is determined that the system is generating electricity, the heating control process during power generation is executed (step S230) and the heating control routine is terminated, and if it is determined that the system is not generating electricity, the heating control process during non-power generation is executed (step S240) and the heating control routine is terminated. Here, the heating control process during power generation and the heating control process during non-power generation will be explained in order below.

図6は、発電時暖房制御処理の一例を示すフローチャートである。発電時暖房制御処理では、まず、温度センサ87,88から加熱用熱交換器63の温水側の入口部おける温度TH7および出口部における温度TH8を入力する(ステップS300)。続いて、入力した温度TH8から温度TH7を減じて温度差ΔTH(=TH8-TH7)を算出し(ステップS310)、温度差ΔTHが低温判定値以上であるか否かを判定する(ステップS320)。温度差ΔTHが低温判定値以上でなく低温判定値未満であると判定すると、ヒータ通電制御フラグFに値0を設定し(ステップS330)、温度差ΔTHが高温判定値以下である否かを判定する(ステップS340)。ここで、低温判定値および高温判定値は、温水床暖房装置100の運転状態を判定するための温度判定値であり、温度差ΔTHは、低温判定値よりも小さく且つ高温判定値よりも大きいときには制御範囲内(適正温度内)にあると判断され、低温判定値以上であるときには低温範囲内にあり温水加熱の促進が必要と判断され、高温判定値以下であるときには高温範囲内にあり温水加熱の抑制が必要と判断される。 Figure 6 is a flowchart showing an example of the heating control process during power generation. In the heating control process during power generation, first, the temperature TH7 at the inlet of the hot water side of the heating heat exchanger 63 and the temperature TH8 at the outlet are input from the temperature sensors 87, 88 (step S300). Next, the temperature difference ΔTH (= TH8 - TH7) is calculated by subtracting the temperature TH7 from the input temperature TH8 (step S310), and it is determined whether the temperature difference ΔTH is equal to or greater than the low temperature determination value (step S320). If it is determined that the temperature difference ΔTH is not equal to or greater than the low temperature determination value but is less than the low temperature determination value, the heater current control flag F is set to 0 (step S330), and it is determined whether the temperature difference ΔTH is equal to or less than the high temperature determination value (step S340). Here, the low temperature judgment value and the high temperature judgment value are temperature judgment values for judging the operating state of the hot water floor heating device 100, and when the temperature difference ΔTH is smaller than the low temperature judgment value and larger than the high temperature judgment value, it is judged to be within the control range (within the appropriate temperature range); when it is equal to or greater than the low temperature judgment value, it is judged to be within the low temperature range and promotion of hot water heating is necessary; when it is equal to or less than the high temperature judgment value, it is judged to be within the high temperature range and suppression of hot water heating is necessary.

S320で温度差ΔTHが低温判定値以上でないと判定し、S340で温度差ΔTHが高温判定値以下でもないと判定すると、暖房強度に基づいて制御範囲内用の目標温度TH8tagを設定する(ステップS350)。一方、S320で温度差ΔTHが低温判定値以上でないと判定し、S340で温度差ΔTHが高温判定値以下であると判定すると、暖房強度に基づく高温範囲内用の目標温度TH8tagを設定する(ステップS360)。ここで、目標温度TH8tagは、温度TH8をフィードバック制御する際の温度目標値であり、図7に例示する関係を用いて設定することができる。図示するように、目標温度TH8tagは、暖房強度が強くなるほど高くなり、温度差ΔTHが低温範囲内にある場合には温水加熱を促進させるために制御範囲内にある場合よりも高くなり、温度差ΔTHが高温範囲内にある場合には温水加熱を抑制させるために制御範囲内にある場合よりも低くなるように設定される。 If it is determined in S320 that the temperature difference ΔTH is not equal to or greater than the low temperature judgment value, and if it is determined in S340 that the temperature difference ΔTH is not equal to or less than the high temperature judgment value, a target temperature TH8tag for the control range is set based on the heating intensity (step S350). On the other hand, if it is determined in S320 that the temperature difference ΔTH is not equal to or greater than the low temperature judgment value, and if it is determined in S340 that the temperature difference ΔTH is equal to or less than the high temperature judgment value, a target temperature TH8tag for the high temperature range is set based on the heating intensity (step S360). Here, the target temperature TH8tag is a temperature target value when feedback controlling the temperature TH8, and can be set using the relationship illustrated in FIG. 7. As shown in the figure, the target temperature TH8tag becomes higher as the heating intensity becomes stronger, and when the temperature difference ΔTH is in the low temperature range, it is set to be higher than when it is in the control range in order to promote hot water heating, and when the temperature difference ΔTH is in the high temperature range, it is set to be lower than when it is in the control range in order to suppress hot water heating.

目標温度TH8tagを設定すると、温度センサ88からの温度TH8を目標温度TH8tagに一致させるためのフィードバック制御によりデューティ(ポンプデューティ)を設定し(ステップS370)、設定したポンプデューティで循環ポンプ65(ポンプモータ)を駆動制御して(ステップS380)、発電時暖房制御処理を終了する。なお、暖房スイッチがオフで暖房が要求されていないときには、凝縮用熱交換器62の腐食を防止してその耐久性を向上させるため、凝縮用熱交換器62の熱交換液体の出口部に対して目標温度TH3tag(例えば50℃)を設定し、温度センサ83からの温度TH3を目標温度TH3tagに一致させるためのフィードバック制御により循環ポンプ65を駆動制御する。 When the target temperature TH8tag is set, a duty (pump duty) is set by feedback control to make the temperature TH8 from the temperature sensor 88 coincide with the target temperature TH8tag (step S370), and the circulation pump 65 (pump motor) is driven and controlled at the set pump duty (step S380), and the heating control process during power generation is terminated. Note that when the heating switch is off and heating is not required, a target temperature TH3tag (e.g., 50°C) is set for the outlet of the heat exchange liquid of the condensing heat exchanger 62 in order to prevent corrosion of the condensing heat exchanger 62 and improve its durability, and the circulation pump 65 is driven and controlled by feedback control to make the temperature TH3 from the temperature sensor 83 coincide with the target temperature TH3tag.

ステップS320で温度差ΔTHが低温判定値以上であると判定すると、ヒータ通電制御フラグFが値0であるか否かを判定する(ステップS390)。ヒータ通電制御フラグFは、ヒータ68がオンオフ状態を示すフラグであり、値1であればヒータ68がオン状態であることを示し、値0であればヒータ68がオフ状態であることを示す。ヒータ通電制御フラグFが値0でなく値1であると判定すると、ステップS420に進む。一方、ヒータ通電制御フラグFが値0であると判定すると、温度差ΔTHが低温判定値以上である状態が所定時間継続しているか否かを判定する(ステップS400)。所定時間継続していないと判定すると、ステップS340に進む。この場合、ステップS340で温度差ΔTHが高温判定値以下でないと判定されるため、制御範囲内用の目標温度TH8tagが設定され、当該制御範囲内用の目標温度TH8tagに基づいて循環ポンプ65が駆動制御される。一方、所定時間継続していると判定すると、ヒータ通電制御フラグFに値1を設定し(ステップS410)、一定のポンプデューティで循環ポンプ65(ポンプモータ)を駆動制御する(ステップS420)。そして、暖房強度に基づいて低温範囲内用の目標温度TH8tagを設定し(ステップS430)、温度センサ88からの温度TH8を目標温度TH8tagに一致させるためのフィードバック制御によりデューティ(ヒータデューティ)を設定し(ステップS440)、設定したヒータデューティでヒータ68を駆動制御して(ステップS450)、発電時暖房制御処理を終了する。このように、温度差ΔTHが低温範囲内にある場合には、燃焼排ガスの排熱に加えてヒータ68からの熱により熱交換液体を加熱し、加熱した熱交換液体を用いて加熱用熱交換器63において温水を加熱することで、温水加熱を促進させるのである。なお、ステップS390,S400において、温度差ΔTHが低温判定値以上となっても、その状態が所定時間継続するのを待ってからヒータ68をオンするのは、温度差ΔTHが低温判定値付近で変動した際に、ヒータ68のオンオフが短時間で繰り返されるのを防止(ハンチングを防止)するためである。 If it is determined in step S320 that the temperature difference ΔTH is equal to or greater than the low temperature judgment value, it is determined whether the heater energization control flag F is equal to 0 (step S390). The heater energization control flag F is a flag indicating whether the heater 68 is on or off, and if it is equal to 1, it indicates that the heater 68 is on, and if it is equal to 0, it indicates that the heater 68 is off. If it is determined that the heater energization control flag F is equal to 1 rather than 0, it proceeds to step S420. On the other hand, if it is determined that the heater energization control flag F is equal to 0, it is determined whether the state in which the temperature difference ΔTH is equal to or greater than the low temperature judgment value continues for a predetermined time (step S400). If it is determined that the state has not continued for the predetermined time, it proceeds to step S340. In this case, since it is determined in step S340 that the temperature difference ΔTH is not equal to or less than the high temperature judgment value, the target temperature TH8tag for the control range is set, and the circulation pump 65 is driven and controlled based on the target temperature TH8tag for the control range. On the other hand, if it is determined that the temperature difference ΔTH has continued for a predetermined time, the heater energization control flag F is set to a value of 1 (step S410), and the circulation pump 65 (pump motor) is driven and controlled at a constant pump duty (step S420). Then, a target temperature TH8tag for the low temperature range is set based on the heating intensity (step S430), a duty (heater duty) is set by feedback control to make the temperature TH8 from the temperature sensor 88 coincide with the target temperature TH8tag (step S440), and the heater 68 is driven and controlled at the set heater duty (step S450), and the heating control process during power generation is terminated. In this way, when the temperature difference ΔTH is within the low temperature range, the heat exchange liquid is heated by the heat from the heater 68 in addition to the exhaust heat of the combustion exhaust gas, and the heated heat exchange liquid is used to heat the hot water in the heating heat exchanger 63, thereby promoting the heating of the hot water. In steps S390 and S400, even if the temperature difference ΔTH is equal to or greater than the low temperature judgment value, the heater 68 is turned on after waiting for that state to continue for a predetermined period of time in order to prevent the heater 68 from being repeatedly turned on and off in a short period of time (to prevent hunting) when the temperature difference ΔTH fluctuates near the low temperature judgment value.

図8は、非発電時暖房制御処理の一例を示すフローチャートである。非発電時暖房制御処理では、まず、一定のポンプデューティで循環ポンプ65(ポンプモータ)を駆動制御する(ステップS500)。続いて、温度センサ87,88から温度TH7,TH8を入力し(ステップS510)、温度TH8から温度TH7を減じて温度差ΔTHを算出する(ステップS520)。そして、温度差ΔTHが低温判定値以上であるか否か(ステップS530)、高温判定値以下であるか否か(ステップS540)、をそれぞれ判定する。 Figure 8 is a flow chart showing an example of heating control processing when no power generation is occurring. In the heating control processing when no power generation is occurring, first, the circulation pump 65 (pump motor) is driven and controlled at a constant pump duty (step S500). Next, temperatures TH7 and TH8 are input from temperature sensors 87 and 88 (step S510), and temperature TH7 is subtracted from temperature TH8 to calculate temperature difference ΔTH (step S520). Then, it is determined whether temperature difference ΔTH is equal to or greater than a low temperature determination value (step S530) and whether it is equal to or less than a high temperature determination value (step S540).

ステップS530で温度差ΔTHが低温判定値以上でないと判定し、ステップS540で温度差ΔTHが高温判定値以下でもないと判定すると、暖房強度に基づいて制御範囲内用の目標温度TH8tagを設定する(ステップS550)。ステップS530で温度差ΔTHが低温判定値以上でないと判定し、ステップS540で温度差ΔTHが高温判定値以下であると判定すると、暖房強度に基づく高温範囲内用の目標温度TH8tagを設定する(ステップS560)。ステップS530で温度差ΔTHが低温判定値以上であると判定すると、暖房強度に基づいて低温範囲内用の目標温度TH8tagを設定する(ステップS570)。制御範囲内用の目標温度TH8tagの設定、高温範囲内用の目標温度TH8tagの設定および低温範囲内用の目標温度TH8tagの設定については上述した。 If it is determined in step S530 that the temperature difference ΔTH is not equal to or greater than the low temperature judgment value, and if it is determined in step S540 that the temperature difference ΔTH is not equal to or less than the high temperature judgment value, then a target temperature TH8tag for use within the control range is set based on the heating intensity (step S550). If it is determined in step S530 that the temperature difference ΔTH is not equal to or greater than the low temperature judgment value, and if it is determined in step S540 that the temperature difference ΔTH is equal to or less than the high temperature judgment value, then a target temperature TH8tag for use within the high temperature range is set based on the heating intensity (step S560). If it is determined in step S530 that the temperature difference ΔTH is equal to or greater than the low temperature judgment value, then a target temperature TH8tag for use within the low temperature range is set based on the heating intensity (step S570). The setting of the target temperature TH8tag for use within the control range, the setting of the target temperature TH8tag for use within the high temperature range, and the setting of the target temperature TH8tag for use within the low temperature range have been described above.

こうして目標温度TH8tagを設定すると、温度センサ88からの温度TH8を目標温度TH8tagに一致させるためのフィードバック制御によりデューティ(ヒータデューティ)を設定し(ステップS580)、設定したヒータデューティでヒータ68を駆動制御して(ステップS590)、非発電時暖房制御処理を終了する。このように、非発電時暖房制御処理では、燃料電池システム10が発電していないときには、燃焼排ガスは生成されないため、電力系統2からの電力を用いてヒータ68を駆動することで、ヒータ68からの熱を用いて温水を加熱するのである。これにより、燃料電池システム10が発電していないときでも、温水床暖房装置100の運転を継続して行なうことができる。 After the target temperature TH8tag is set in this manner, a duty (heater duty) is set by feedback control to make the temperature TH8 from the temperature sensor 88 equal to the target temperature TH8tag (step S580), and the heater 68 is driven and controlled at the set heater duty (step S590), ending the non-power generation heating control process. In this manner, in the non-power generation heating control process, since no combustion exhaust gas is produced when the fuel cell system 10 is not generating power, the heater 68 is driven using power from the power grid 2, and the heat from the heater 68 is used to heat the hot water. This allows the hot water floor heating device 100 to continue operating even when the fuel cell system 10 is not generating power.

以上説明した本実施形態の燃料電池システム10は、発電しているときには、熱交換液体を循環させて凝縮用熱交換器62で回収した燃焼排ガスの熱を用いて加熱用熱交換器63で温水床暖房装置100の温水を加熱する。これにより、専用の熱源装置を用いて温水を加熱するものに比して、エネルギ効率をより向上させることができる。また、発電していないときには、循環配管61に設置されたヒータ68を駆動すると共にヒータ68の熱を用いて加熱用熱交換器63で温水床暖房装置100の温水を加熱する。これにより、燃料電池システム10の発電状態に拘わらず、暖房運転を継続することができる。また、暖房に熱源機が不要であり、燃料電池システム10単独で設置することができるため、設置の自由度を高めることができる。例えば、燃料電池システム10を床暖房装置100に近接して設置することで、配管の長さを短くすることができ、配管での放熱を抑制して、エネルギ効率をさらに向上させることが可能となる。さらに、凝縮用熱交換器62で回収した燃焼排ガスの熱を加熱用熱交換器63で放熱するため、ラジエータファン67の運転時間を少なくして寿命を延長したり、ラジエータファン67を小型化したりすることが可能となる。 In the fuel cell system 10 of the present embodiment described above, when generating electricity, the heat exchange liquid is circulated and the heat of the combustion exhaust gas recovered in the condensing heat exchanger 62 is used to heat the hot water of the hot water floor heating device 100 in the heating heat exchanger 63. This can improve energy efficiency compared to a system that uses a dedicated heat source device to heat hot water. In addition, when not generating electricity, the heater 68 installed in the circulation piping 61 is driven and the heat of the heater 68 is used to heat the hot water of the hot water floor heating device 100 in the heating heat exchanger 63. This allows heating operation to be continued regardless of the power generation state of the fuel cell system 10. In addition, since a heat source unit is not required for heating and the fuel cell system 10 can be installed alone, the degree of freedom of installation can be increased. For example, by installing the fuel cell system 10 close to the floor heating device 100, the length of the piping can be shortened, and heat radiation in the piping can be suppressed, making it possible to further improve energy efficiency. Furthermore, the heat of the combustion exhaust gas recovered by the condensation heat exchanger 62 is dissipated by the heating heat exchanger 63, making it possible to reduce the operating time of the radiator fan 67, thereby extending its lifespan, and to make the radiator fan 67 smaller.

また、本実施形態の燃料電池システム10は、暖房強度が強いほど高くなるように加熱用熱交換器63における出口部の温度目標値として目標温度TH8tagを設定し、温度センサ88からの温度TH8と目標温度TH8tagとの偏差に基づくフィードバック制御により循環ポンプ65を制御する。これにより、暖房強度に応じて温水を適切な温度に加熱することができ、快適性をより向上させることができる。 In addition, the fuel cell system 10 of this embodiment sets a target temperature TH8tag as a temperature target value at the outlet of the heating heat exchanger 63 so that the higher the heating intensity, the higher the temperature is, and controls the circulation pump 65 by feedback control based on the deviation between the temperature TH8 from the temperature sensor 88 and the target temperature TH8tag. This allows the hot water to be heated to an appropriate temperature according to the heating intensity, further improving comfort.

さらに、本実施形態の燃料電池システム10は、加熱用熱交換器63の温水の入口部における温度(水温)TH7と出口部における温度(水温)TH8との温度差ΔTHが大きいほど高くなるように目標温度TH8tagを設定する。これにより、温水床暖房装置100の運転状態を適正状態に素早く収束させることができる。さらに、温度差ΔTHが低温判定値以上である場合には、凝縮用熱交換器62と加熱用熱交換器63とを循環する熱交換液体をヒータ68により加熱し、燃焼排ガスの熱とヒータ68の熱とを用いて加熱用熱交換器63により温水床暖房装置100からの温水を加熱する。これにより、暖房運転に必要な熱量に不足が生じるのを抑制することができる。 Furthermore, in the fuel cell system 10 of this embodiment, the target temperature TH8tag is set so that it becomes higher as the temperature difference ΔTH between the temperature (water temperature) TH7 at the inlet of the hot water of the heating heat exchanger 63 and the temperature (water temperature) TH8 at the outlet is larger. This allows the operating state of the hot water floor heating device 100 to quickly converge to an appropriate state. Furthermore, when the temperature difference ΔTH is equal to or greater than the low temperature judgment value, the heat exchange liquid circulating between the condensing heat exchanger 62 and the heating heat exchanger 63 is heated by the heater 68, and the hot water from the hot water floor heating device 100 is heated by the heating heat exchanger 63 using the heat of the combustion exhaust gas and the heat of the heater 68. This makes it possible to prevent a shortage of the amount of heat required for heating operation.

また、本実施形態の燃料電池システム10は、発電しているときには、凝縮用熱交換器62の熱交換液体の入口部における温度TH3が設定温度Tset以上のときには、設定温度Tset未満となるようにラジエータファン67を駆動制御する。これにより、必要量の凝縮水を生成すると共に、温水床暖房装置100からの温水が過剰に加熱されるのを抑制することができる。 In addition, when the fuel cell system 10 of this embodiment is generating electricity, if the temperature TH3 at the inlet of the heat exchange liquid of the condensation heat exchanger 62 is equal to or higher than the set temperature Tset, the radiator fan 67 is controlled to be lower than the set temperature Tset. This allows the necessary amount of condensed water to be produced and prevents the hot water from the hot water floor heating device 100 from being overheated.

次に、第2実施形態の床暖房システムについて説明する。図9は、第2実施形態の床暖房システムの概略構成図であり、図10は、燃料電池システムと給湯器と床暖房装置との接続関係を示す説明図である。第2実施形態の床暖房システムは、図9に示すように、上述した燃料電池システム10および温水床暖房装置100に加えて、温水床暖房装置100の熱源機として、温水床暖房装置100と燃料電池システム10との間に介在するように設置された給湯器200を備える。給湯器200は、熱交換器211やバーナ装置212を搭載する周知のガス給湯器として構成され、暖房配管101の一端と燃料電池システム10の入水ポート16aとを接続する第1接続配管201と、暖房配管101の他端と燃料電池システム10の出水ポート16bとを接続する第2接続配管202と、第1接続配管201と第2接続配管202とからそれぞれ分岐して両者を接続すると共に熱交換器211が設置された加熱配管203と、第1接続配管201の分岐点に設置された第1三方弁204と、第2接続配管202の分岐点に設置された第2三方弁205と、装置全体を制御する制御装置220と、を備える。この給湯器200は、バーナ装置212で燃焼ガスを燃焼させて熱交換器211を加熱することにより、熱交換器211を通過する温水を加熱することができる。制御装置220は、図示しないが、CPUを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、ROMやRAM,入出力ポートおよび通信ポートを備える。制御装置220からは、バーナ装置212への制御信号や、第1および第2三方弁204,205への制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、制御装置220は、通信ポートを介して燃料電池システム10の制御装置70と通信しており、互いに制御信号やデータのやり取りを行なう。 Next, a second embodiment of the floor heating system will be described. Figure 9 is a schematic diagram of the floor heating system of the second embodiment, and Figure 10 is an explanatory diagram showing the connection relationship between the fuel cell system, the water heater, and the floor heating device. As shown in Figure 9, the floor heating system of the second embodiment includes, in addition to the fuel cell system 10 and hot water floor heating device 100 described above, a water heater 200 that is installed between the hot water floor heating device 100 and the fuel cell system 10 as a heat source device for the hot water floor heating device 100. The water heater 200 is configured as a well-known gas water heater equipped with a heat exchanger 211 and a burner device 212, and includes a first connection pipe 201 connecting one end of the heating pipe 101 and the water inlet port 16a of the fuel cell system 10, a second connection pipe 202 connecting the other end of the heating pipe 101 and the water outlet port 16b of the fuel cell system 10, heating pipes 203 branching from the first connection pipe 201 and the second connection pipe 202, connecting the two, and having a heat exchanger 211 installed therein, a first three-way valve 204 installed at the branching point of the first connection pipe 201, a second three-way valve 205 installed at the branching point of the second connection pipe 202, and a control device 220 that controls the entire device. This water heater 200 can heat the hot water passing through the heat exchanger 211 by burning combustion gas with the burner device 212 to heat the heat exchanger 211. Although not shown, the control device 220 is configured as a microprocessor centered on a CPU, and in addition to the CPU, it is equipped with ROM, RAM, input/output ports, and communication ports. From the control device 220, control signals to the burner device 212 and control signals to the first and second three-way valves 204, 205 are output via the output port. The control device 220 also communicates with the control device 70 of the fuel cell system 10 via the communication port, and exchanges control signals and data with each other.

図11は、第2実施形態における暖房制御ルーチンを示すフローチャートである。第2実施形態の暖房制御ルーチンの各処理のうち第1実施形態の暖房制御ルーチンと同一の処理については同一のステップ番号を付し、その説明は重複するから省略する。第2実施形態の暖房制御ルーチンでは、ステップS220においてシステム発電中であると判定すると、図6と同様の発電時暖房制御処理を実行し(ステップS230)、システム発電中でないと判定すると、給湯器200に対して暖房依頼を送信する(ステップS240)。暖房依頼を受信した給湯器200の制御装置220は、暖房配管101と燃料電池システム10の加熱配管69との接続を遮断すると共に暖房配管101と給湯器200の加熱配管203とを接続するように第1および第2三方弁204,205を制御し、加熱配管69に設置された熱交換器211を加熱するようバーナ装置212を制御する。 Figure 11 is a flowchart showing the heating control routine in the second embodiment. The same step numbers are used for the processes in the heating control routine of the second embodiment that are the same as those in the heating control routine of the first embodiment, and their explanations are omitted to avoid duplication. In the heating control routine of the second embodiment, if it is determined in step S220 that the system is generating electricity, the heating control process during power generation similar to that in Figure 6 is executed (step S230), and if it is determined that the system is not generating electricity, a heating request is sent to the water heater 200 (step S240). The control device 220 of the water heater 200 that receives the heating request cuts off the connection between the heating pipe 101 and the heating pipe 69 of the fuel cell system 10 and controls the first and second three-way valves 204, 205 to connect the heating pipe 101 and the heating pipe 203 of the water heater 200, and controls the burner device 212 to heat the heat exchanger 211 installed in the heating pipe 69.

第2実施形態の燃料電池システム10では、発電しているときには、第1実施形態と同様に、凝縮用熱交換器62で回収した燃焼排ガスの熱を用いて加熱用熱交換器63で温水床暖房装置100の温水を加熱する。これにより、給湯器200を停止することができ、エネルギ効率をより向上させることができる。また、発電していないときには、給湯器200に暖房依頼を送信して温水床暖房装置100の温水を加熱させる。これにより、燃料電池システム10の発電状態に拘わらず、暖房運転を継続することができる。 In the fuel cell system 10 of the second embodiment, when power is being generated, the heat of the combustion exhaust gas recovered in the condensation heat exchanger 62 is used to heat the hot water of the hot water floor heating device 100 in the heating heat exchanger 63, as in the first embodiment. This allows the water heater 200 to be stopped, further improving energy efficiency. Also, when power is not being generated, a heating request is sent to the water heater 200 to heat the hot water of the hot water floor heating device 100. This allows heating operation to continue regardless of the power generation state of the fuel cell system 10.

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック21が「燃料電池」に相当し、循環配管61が「循環配管」に相当し、循環ポンプ65が「ポンプ」に相当し、凝縮用熱交換器62が「排熱回収用熱交換器」に相当し、加熱用熱交換器63が「加熱用熱交換器」に相当し、ヒータ68が「ヒータ」に相当し、制御装置70が「制御装置」に相当する。また、温度センサ88が「第1温度センサ」に相当する。また、温度センサ87が「第2温度センサ」に相当する。また、ラジエータ66が「ラジエータ」に相当し、ラジエータファン67が「送風器」に相当し、温度センサ83が「第3温度センサ」に相当する。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the section on means for solving the problem will be described. In the embodiment, the fuel cell stack 21 corresponds to the "fuel cell", the circulation pipe 61 corresponds to the "circulation pipe", the circulation pump 65 corresponds to the "pump", the condensation heat exchanger 62 corresponds to the "exhaust heat recovery heat exchanger", the heating heat exchanger 63 corresponds to the "heating heat exchanger", the heater 68 corresponds to the "heater", and the control device 70 corresponds to the "control device". The temperature sensor 88 corresponds to the "first temperature sensor". The temperature sensor 87 corresponds to the "second temperature sensor". The radiator 66 corresponds to the "radiator", the radiator fan 67 corresponds to the "blower", and the temperature sensor 83 corresponds to the "third temperature sensor".

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段
の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
Note that the correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the Means for Solving the Problem column does not limit the elements of the invention described in the Means for Solving the Problem column, since the embodiment is an example for specifically explaining the form for implementing the invention described in the Means for Solving the Problem column. In other words, the interpretation of the invention described in the Means for Solving the Problem column should be made based on the description in that column, and the embodiment is merely a specific example of the invention described in the Means for Solving the Problem column.

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 The above describes the form for carrying out the present invention using an embodiment, but the present invention is not limited to such an embodiment in any way, and it goes without saying that the present invention can be carried out in various forms without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、発電システムの製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the power generation system manufacturing industry, etc.

1 原燃料供給源、2 電力系統、3 電力ライン、4 負荷、10 燃料電池システム、12 筐体、12a 吸気口、12b 排気口、14 換気ファン、16a 入水ポート、16b 出水ポート、20 発電モジュール、21 燃料電池スタック、22 気化器、23 改質器、24 マニホールド、25 燃焼部、26 着火ヒータ、27 燃焼触媒、29 モジュールケース、30 原燃料ガス供給装置、31 原燃料ガス供給管、32,33 開閉弁、34 オリフィス、35 ガスポンプ、36 脱硫器、37 圧力センサ、38 流量センサ、40 改質水供給装置、41 改質水供給管、42 改質水タンク、43 改質水ポンプ、44 凝縮水配管、45 燃焼排ガス排出管、50 エア供給装置、51 エア供給管、52 エアフィルタ、53 エアポンプ、60 温水加熱装置、61 循環配管、62 凝縮用熱交換器、63 加熱用熱交換器、64 リザーバタンク、65 循環ポンプ、66 ラジエータ、67 ラジエータファン、68 ヒータ、69 加熱配管、70 制御装置、71 CPU、72 ROM、73 RAM、74 タイマ、76 開閉弁、81~88 温度センサ、90 リモートコントローラ(リモコン)、95 パワーコンディショナ、96 電源基板、100 温水床暖房装置、101 暖房配管、200 給湯器、201 第1接続配管、202 第2接続配管、203 加熱配管、204 第1三方弁、205 第2三方弁、211 熱交換器、212 バーナ装置、220 制御装置。 1 raw fuel supply source, 2 power system, 3 power line, 4 load, 10 fuel cell system, 12 housing, 12a intake port, 12b exhaust port, 14 ventilation fan, 16a water inlet port, 16b water outlet port, 20 power generation module, 21 fuel cell stack, 22 vaporizer, 23 reformer, 24 manifold, 25 combustion section, 26 ignition heater, 27 combustion catalyst, 29 module case, 30 raw fuel gas supply device, 31 raw fuel gas supply pipe, 32, 33 opening and closing valve, 34 orifice, 35 gas pump, 36 desulfurizer, 37 pressure sensor, 38 flow sensor, 40 reforming water supply device, 41 reforming water supply pipe, 42 reforming water tank, 43 reforming water pump, 44 condensate water pipe, 45 combustion exhaust gas exhaust pipe, 50 air supply device, 51 Air supply pipe, 52 Air filter, 53 Air pump, 60 Hot water heating device, 61 Circulation pipe, 62 Condensation heat exchanger, 63 Heating heat exchanger, 64 Reservoir tank, 65 Circulation pump, 66 Radiator, 67 Radiator fan, 68 Heater, 69 Heating pipe, 70 Control device, 71 CPU, 72 ROM, 73 RAM, 74 Timer, 76 Opening and closing valve, 81-88 Temperature sensor, 90 Remote controller (remote control), 95 Power conditioner, 96 Power supply board, 100 Hot water floor heating device, 101 Heating pipe, 200 Water heater, 201 First connection pipe, 202 Second connection pipe, 203 Heating pipe, 204 First three-way valve, 205 Second three-way valve, 211 Heat exchanger, 212 Burner device, 220 Control device.

Claims (6)

燃料電池を備える燃料電池システムであって、
熱交換液体との熱交換により前記燃料電池の排熱を回収する排熱回収用熱交換器と、
温水暖房装置において暖房用液体が循環する暖房用配管に接続され、前記熱交換液体との熱交換により前記暖房用液体を加熱する加熱用熱交換器と、
前記排熱回収用熱交換器と前記加熱用熱交換器とを接続する循環配管と、
前記循環配管内で熱交換液体を循環させるポンプと、
前記循環配管に設けられ、前記熱交換液体を加熱するヒータと、
前記燃料電池が発電している場合には、前記燃料電池の排熱を少なくとも用いて前記暖房用液体が加熱されるよう少なくとも前記ポンプを制御し、前記燃料電池が発電していない場合には、前記ヒータの熱により前記暖房用液体が加熱されるよう前記ヒータと前記ポンプとを制御する制御装置と、
を備える燃料電池システム。
A fuel cell system including a fuel cell,
a heat exchanger for recovering exhaust heat from the fuel cell by heat exchange with a heat exchange liquid;
a heating heat exchanger connected to a heating pipe in which a heating liquid circulates in the hot water heating device and configured to heat the heating liquid by heat exchange with the heat exchange liquid;
a circulation pipe connecting the exhaust heat recovery heat exchanger and the heating heat exchanger;
A pump that circulates a heat exchange liquid in the circulation pipe;
a heater provided in the circulation pipe for heating the heat exchange liquid;
a control device that controls at least the pump so that the heating liquid is heated at least using exhaust heat from the fuel cell when the fuel cell is generating power, and controls the heater and the pump so that the heating liquid is heated by heat from the heater when the fuel cell is not generating power;
A fuel cell system comprising:
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記加熱用熱交換器の暖房用液体の出口部における温度を検出する第1温度センサを備え、
前記制御装置は、前記燃料電池が発電している場合には、暖房強度が強いほど高くなるように温度目標値を設定し、前記第1温度センサにより検出される温度が前記温度目標値に一致するように前記ポンプを制御する、
燃料電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1,
a first temperature sensor for detecting a temperature at an outlet of the heating liquid of the heating heat exchanger;
the control device sets a temperature target value so that the higher the heating intensity is, when the fuel cell is generating power, and controls the pump so that the temperature detected by the first temperature sensor coincides with the temperature target value.
Fuel cell system.
請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記加熱用熱交換器の暖房用液体の入口部における温度を検出する第2温度センサを備え、
前記制御装置は、前記第1温度センサにより検出される温度と前記第2温度センサにより検出される温度との温度差が大きいほど高くなるように前記温度目標値を設定する、
燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 2,
a second temperature sensor for detecting a temperature at an inlet of the heating liquid of the heating heat exchanger;
the control device sets the target temperature value so as to be higher as a temperature difference between the temperature detected by the first temperature sensor and the temperature detected by the second temperature sensor increases.
Fuel cell system.
請求項3に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記温度差が所定値未満である場合には、前記燃料電池の排熱により前記第1温度センサにより検出される温度が前記温度目標値に一致するように前記ポンプを制御し、前記温度差が前記所定値以上である場合には、前記燃料電池の排熱と前記ヒータの熱とにより前記第1温度センサにより検出される温度が前記温度目標値に一致するように前記ヒータと前記ポンプとを制御する、
燃料電池システム。
4. The fuel cell system according to claim 3,
When the temperature difference is less than a predetermined value, the control device controls the pump so that the temperature detected by the first temperature sensor due to the exhaust heat of the fuel cell coincides with the temperature target value, and when the temperature difference is equal to or greater than the predetermined value, the control device controls the heater and the pump so that the temperature detected by the first temperature sensor due to the exhaust heat of the fuel cell and the heat of the heater coincides with the temperature target value.
Fuel cell system.
請求項1ないし4いずれか1項に記載の燃料電池システムであって、
前記循環配管における、前記加熱用熱交換器の熱交換液体の出口部と前記排熱回収用熱交換器の熱交換液体の入口部との間に配置されたラジエータと、
前記ラジエータに送風する送風器と、
前記排熱回収用熱交換器の熱交換液体の入口部における温度を検出する第3温度センサと、
を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池が発電している場合には、前記第3温度センサにより検出される温度が所定温度を超えないように前記送風器を制御する、
燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 1,
a radiator disposed in the circulation piping between an outlet of the heat exchanger for heating and an inlet of the heat exchanger for exhaust heat recovery;
A blower that blows air to the radiator;
a third temperature sensor for detecting a temperature at an inlet of the heat exchange liquid of the exhaust heat recovery heat exchanger;
Equipped with
the control device controls the blower so that the temperature detected by the third temperature sensor does not exceed a predetermined temperature when the fuel cell is generating power.
Fuel cell system.
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
熱交換液体との熱交換により前記燃料電池の排熱を回収する排熱回収用熱交換器と、
温水暖房装置において暖房用液体が循環する暖房用配管に接続され、前記熱交換液体との熱交換により前記暖房用液体を加熱する加熱用熱交換器と、
前記排熱回収用熱交換器と前記加熱用熱交換器とを接続する循環配管と、
前記循環配管内で熱交換液体を循環させるポンプと、
前記燃料電池システムとは別に設置されて前記暖房用液体を加熱可能な熱源装置と通信可能に接続され、前記燃料電池が発電している場合には、前記燃料電池の排熱を少なくとも用いて前記暖房用液体が加熱されるよう少なくとも前記ポンプを制御し、前記燃料電池が発電していない場合には、前記熱源装置に前記暖房用液体の加熱を指示する制御装置と、
を備える燃料電池システム。
A fuel cell system including a fuel cell,
a heat exchanger for recovering exhaust heat from the fuel cell by heat exchange with a heat exchange liquid;
a heating heat exchanger connected to a heating pipe in which a heating liquid circulates in the hot water heating device and configured to heat the heating liquid by heat exchange with the heat exchange liquid;
a circulation pipe connecting the exhaust heat recovery heat exchanger and the heating heat exchanger;
A pump that circulates a heat exchange liquid in the circulation pipe;
a control device that is installed separately from the fuel cell system and communicatively connected to a heat source device capable of heating the heating liquid, and that controls at least the pump so that the heating liquid is heated at least using exhaust heat from the fuel cell when the fuel cell is generating power, and instructs the heat source device to heat the heating liquid when the fuel cell is not generating power;
A fuel cell system comprising:
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