WO2011067923A1 - 発電システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power generation system. More specifically, the present invention relates to a power generation system that uses commercial gas as a raw material gas.
- An example of a power generation system that uses commercial gas as a raw material gas is one that uses a fuel cell.
- a fuel cell generates electricity by directly converting chemical energy of fuel into electric energy.
- a general fuel cell system includes a reformer and generates a fuel gas rich in hydrogen by reforming a raw material gas mainly composed of hydrocarbon.
- the generated fuel gas and oxygen in the air are electrochemically reacted in a fuel cell to obtain electric power.
- City gas, LPG, kerosene, etc. are used as raw material gas.
- mainly commercial gas such as city gas and LPG is used.
- a commercial gas supply source such as city gas or LPG (a gas supply port in each household such as a so-called main plug) is equipped with a microcomputer meter as a safety device.
- the gas meter generally has an earthquake with a seismic intensity of 5 or more, a rapid decrease in gas pressure, and a gas flow for a long time (for example, 30 days or more) at a flow rate higher than a predetermined value (this suggests that there is a gas leak).
- the gas is shut off when a sudden increase in gas usage is detected.
- There is a microcomputer meter that outputs a gas leak alarm when gas flows for a long time (for example, 30 days or more) at a flow rate of a predetermined value or more.
- a microcomputer meter that performs both gas shutoff and alarm.
- the fuel cell system When the fuel cell system is used at home, the supply of the raw material gas is received through the microcomputer meter in the same manner as other gas equipment. Unlike other general gas equipment, the fuel cell system consumes a raw material gas in accordance with the electric power load at home. When the electric power load is continuously generated, the consumption of the raw material gas may be continued for a long period of time (for example, 30 days or more). In this case, although the fuel cell system itself is operating normally, the microcomputer meter misidentifies that an abnormality has occurred and shuts off the gas or outputs an alarm.
- the fuel cell unit is mounted on the basis of the power consumption schedule measured by the power consumption measuring means until the first predetermined time elapses after the operation of the fuel cell unit is started.
- a fuel cell system including a control device that is held in a stopped state for a second predetermined time (see, for example, Patent Document 1).
- Patent Document 2 a system has been proposed that performs a pressure-compensating operation for supplying a raw material gas against a pressure drop in a reformer or a fuel cell when the fuel cell system is stopped (for example, Patent Document 2 and Patent Document 2). 3).
- the present invention solves the above-described conventional problems, and avoids gas interruption or abnormality notification by a microcomputer meter in a power generation system in which a predetermined raw material gas supply operation is performed when power generation operation is stopped. It is an object of the present invention to provide a system capable of shortening the stop period of power generation operation as compared with a conventional power generation system.
- the power generation system of the present invention outputs an abnormal signal and the flow of the raw material gas when the state in which the raw material gas flow is not continuously stopped for the reset time or longer continues for the first upper limit time or longer.
- a power generation unit that consumes the raw material gas that has passed through a gas meter that performs at least one of the shut-off, power generation unit, a raw material gas supply device that supplies the raw material gas to the power generation unit, and a controller,
- the controller normally stops the power generation operation
- the controller performs a source gas supply operation for supplying the source gas from the source gas supply unit to the power generation unit, and the state is a second less than the first upper limit time.
- the power generation operation is stopped and at least until the reset time elapses, the source gas supply is stopped. It is configured to stop the operation.
- the output of the abnormal signal and the interruption of the flow of the raw material gas are:
- the power generation unit When the power generation unit generates power by consuming the raw material gas that has passed through a gas meter that performs at least one of them, and normally stops the power generation operation, the raw material gas supply operation is performed to supply the raw material gas from the raw material gas supply unit to the power generation unit.
- the power generation operation of the power generation unit is stopped and at least until the reset time elapses. Stop the material gas supply operation.
- the present invention has a configuration as described above, and in a fuel cell system in which a predetermined raw material gas supply operation is executed when power generation operation is stopped, to avoid gas interruption or abnormality notification by a microcomputer meter. It becomes possible to make the stop period of power generation operation shorter than the conventional power generation system.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a power generation system according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a power generation system according to the second embodiment.
- FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the power generation system 50.
- FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation of determining a gas supply abnormality performed by the power generation system according to the second embodiment.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the operation of stopping the operation performed by the power generation system according to the second embodiment.
- FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation of the reformer using the raw material gas, which is executed by the power generation system according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the raw material gas purge operation executed by the power generation system according to the first modification of the second embodiment.
- FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation using air, which is executed by the power generation system according to the second modification of the second embodiment.
- FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation using water vapor performed by the power generation system according to the third modification of the second embodiment.
- FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation of the fuel cell using the raw material gas, which is executed by the power generation system according to the third embodiment.
- FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the raw material gas purge operation executed by the power generation system according to the first modification of the third embodiment.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a power generation system according to a modification of the second embodiment.
- FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation of the fuel cell main body using the raw material gas, which is executed by the power generation system according to the fourth embodiment.
- the power generation unit consumes the raw material gas that has passed through the gas meter that performs at least one of the shut-off and generates power and normally stops the power generation operation
- the raw material gas supply that supplies the raw material gas from the raw material gas supply unit to the power generation unit
- the power generation operation of the power generation unit is stopped and at least until the reset time elapses Stop the gas supply operation.
- the power generation operation stop period for avoiding gas shut-off or abnormality notification by the microcomputer meter is reduced. It becomes possible to make it shorter than the system. As a result, the power generation system can be activated more quickly than the conventional power generation system.
- the flow of the raw material gas refers to the flow of the raw material gas that passes through the gas meter.
- the above determination of whether or not “the state in which the flow of the source gas is not continuously stopped for the reset time or longer continues for the first upper limit time or longer” and “the output of the abnormal signal and the flow of the source gas to the gas meter” may be installed at any location. For example, it may be incorporated in the gas meter, may be incorporated in an external control center that monitors and controls the operation of the gas meter, or may be incorporated in the power generation system.
- the normal stop refers to a stop of the power generation system different from the abnormal stop when the power generation operation is stopped due to an abnormality of the power generation system.
- an operation stop instruction is input by an operator, or when a stop instruction is output when the operation stop time is set using a timer, etc.
- “To stop the power generation operation” means to stop taking out the power from the power generation unit.
- the above-mentioned raw material gas supply operation does not include raw material supply for power generation.
- the source gas supply operation includes an operation performed after power generation is stopped.
- the power generation system is configured such that the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is shut off when the power generation operation is stopped, and the raw material gas supply operation is performed under pressure accompanying a temperature drop in the gas flow path of the power generation unit.
- a supplementary pressure operation may be performed in which the source gas is supplied from the source gas supply device to the gas channel in a state where communication between the gas channel and the atmosphere is blocked.
- the operation method of the power generation system cuts off the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere when the power generation operation is stopped, and the raw material gas supply operation is caused by the pressure drop due to the temperature drop in the gas flow path of the power generation unit.
- a supplementary pressure operation may be used in which the source gas is supplied from the source gas supply device to the gas channel in a state where communication between the gas channel and the atmosphere is blocked.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a power generation system according to the first embodiment.
- the power generation system 50 includes a power generation unit 1, a raw material gas supply device 2, a valve 160, and a controller 180.
- the power generation unit 1 consumes the raw material gas that has passed through the gas meter 10 to generate power, and examples thereof include a fuel cell power generation unit and a gas engine power generation unit.
- the fuel cell power generation unit may include a hydrogen generator in addition to the fuel cell.
- the type of fuel cell included in the fuel cell power generation unit is not particularly limited, and may be, for example, a solid polymer fuel cell, a solid oxide fuel cell, or the like.
- the source gas is a gas containing an organic compound having at least carbon and hydrogen as constituent elements, for example, natural gas, city gas, LPG gas, hydrocarbon gas exemplified by vaporized kerosene, or methanol gas, etc. Examples of the alcohol gas are as follows. Examples of source gas supply sources include city gas infrastructure, natural gas infrastructure, and LPG cylinders.
- the raw material gas supply device 2 is a device that supplies the raw material gas to the power generation unit 1, and examples thereof include a booster, an on-off valve, and a flow rate adjustment valve.
- the valve 160 is provided in an off-gas passage through which off-gas discharged from the power generation unit 1 flows, and shuts off the communication between the gas passage in the power generation unit 1 and the atmosphere.
- the controller 180 controls the operation of the raw material gas supplier 2.
- the controller 180 only needs to have a control function, and includes an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program. Examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU. A memory is exemplified as the storage unit.
- the controller 180 may be a single controller or a controller group in which a plurality of controllers cooperate to execute control of the fuel cell system.
- the gas meter 10 is a device that measures the total amount of gas consumed by gas devices used by consumers (for example, homes).
- the gas meter 10 outputs an abnormal signal when the time (hereinafter referred to as continuous flow time) in which the flow of the raw material gas is not continuously stopped for the reset time or longer (hereinafter referred to as continuous flow time) is equal to or longer than the first upper limit time. And / or blocking the flow of the source gas.
- the reset time is set to 1 hour, for example, and the first upper limit time is set to 30 days, for example.
- the gas meter has at least a function of outputting an abnormal signal and a function of blocking the flow of the raw material gas when the state in which the raw material gas flow is not continuously stopped for the reset time or longer continues for the first upper limit time or longer. Have either one.
- the gas meter 10 accumulates the raw material circulation continuous stop time, which is the time during which the flow of the raw material gas continues (the time during which the raw material gas flow is continuously stopped), and resets the raw material supply continuous circulation time. When the time tr is exceeded, the continuous flow time of the source gas is reset to zero.
- FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the power generation system 50.
- the controller 180 specifies the continuous use time of the source gas by the power generation system 100 (step S101).
- the use of the raw material gas by the power generation system 100 is detected by a raw material gas flow meter (not shown) that detects the flow rate of the raw material gas supplied to the power generation unit 1.
- the continuous use time of the raw material gas refers to the time during which the supply of the raw material gas has not been stopped for longer than the reset time tr (continuous use state of the raw material gas).
- the continuous use time of the raw material gas is obtained, for example, by the difference between the raw material gas supply start time to the power generation unit 1 stored in the storage device and the current time determined to be in the continuous use state of the raw material gas.
- the source gas supply start time is a value obtained from the source gas flow meter and a timer (not shown) when the source gas supply to the power generation unit 1 is started after the continuous use of the source gas ends. Based on the above, the controller 180 specifies.
- the continuous use time of the source gas can be reset by stopping the supply of the source gas for the reset time.
- step S102 it is determined whether the continuous use time of the raw material gas is equal to or longer than the second upper limit time (gas supply abnormality has occurred) (step S102).
- the second upper limit time is set as a value smaller than the first upper limit time. If the continuous use time of the source gas is less than the second upper limit time (No in step S102), the process returns to step S101, and the continuous use time is specified again.
- Step S104 a stop command is output from the controller 180 (Step S104), and then the source gas that supplies the source gas to the power generation unit 1 The supply operation is stopped (step S105).
- the supply of the raw material gas to the power generation unit 1 is stopped and the valve 160 is closed. Thereafter, the temperature decreases due to heat radiation to the atmosphere, and the pressure in the gas flow path of the power generation system 50 decreases. Therefore, the reduced pressure in the gas flow path is compensated by supplying the raw material gas from the raw material gas supply device 2 to the gas flow path with the valve 160 closed (hereinafter referred to as a “compensation operation”).
- the timing which replenishes source gas to the gas flow path in the electric power generation unit 1 from the source gas supply device 2 is arbitrary.
- the source gas supply device 2 may repeatedly supply the source gas every time the detection value of a pressure detector (not shown) that detects the pressure in the gas flow path of the power generation unit 1 decreases.
- a detector that indirectly detects a pressure drop in the gas flow path may be used.
- the pressure drop may be indirectly detected by a decrease in the detection value of the temperature detector, or the pressure drop is indirectly detected by the elapsed time after the valve 160 is closed by the timer and the power generation unit 1 is sealed. May be detected.
- Step S204 the time during which the supply of the raw material gas to the power generation unit 1 is stopped (the raw material gas supply stop time) is specified (Step S204).
- the source gas supply stop time is, for example, the time when the source gas supply stop to the power generation unit 1 stored in the storage device is started (source gas supply stop start time) and the source gas supply stop. It is calculated
- the source gas supply stop start time is obtained from the source gas flow meter and a timer (not shown) when the supply of the source gas to the power generation unit 1 is stopped after the stop command is output from the controller 180.
- the controller 180 specifies based on the obtained value.
- step S205 it is determined whether or not the source gas supply stop time is equal to or longer than the reset time tr of the gas meter 10 (step S205).
- the stop of the source gas supply operation is ended (end). If the source gas supply stop time is less than the reset time tr (No in step S205), the process returns to step S204, the source gas supply stop time of the source gas is specified again, and the source gas supply stop time is equal to or longer than the reset time tr. Until it becomes, the source gas supply operation is stopped.
- the power generation system 50 stops the power generation operation and stops the source gas supply operation to the power generation unit at least until the reset time tr elapses. It is expected that the continuous flow time of the source gas will be reset to zero.
- a predetermined raw material gas supply operation after the power generation operation is stopped is compared with a conventional power generation system that is executed in the same way as during a normal stop, in order to avoid gas interruption or abnormality notification by the microcomputer meter. It becomes possible to make the stop period of power generation operation shorter than the conventional power generation system. Thereby, it becomes possible to start a power generation system more rapidly than the conventional power generation system, and the startability of a power generation system improves.
- the continuous flow time of the raw material gas in the gas meter 10 is indirectly measured by measuring the continuous use time of the raw material gas in the power generation unit 1, but this is only an example.
- the method for measuring the continuous flow time of the raw material gas is measured by any direct or indirect arbitrary method.
- the continuous flow time may be directly measured by a flow sensor built in the gas meter 10.
- the parameter include a power generation time of the power generation system, a supply time of a fluid different from the source gas supplied to the power generation unit during power generation, and the like.
- the fluid different from the raw material gas supplied to the power generation unit during power generation include oxidant gas supplied to the fuel cell, water supplied to the hydrogen generator, and the like in the case of a fuel cell power generation unit. If it is a gas engine power generation unit, the combustion air etc. which are supplied to a gas engine are illustrated.
- the reset time tr of the gas meter 10 is stored in the storage unit of the controller 180, for example. Note that it is not essential to use the reset time tr itself of the gas meter 10 for the determination in step S204.
- the raw material gas supply operation may be stopped until the predetermined time threshold elapses. This is because during the supply gas supply suspension period, even if the supply of the raw material gas to the power generation unit is stopped, there is a possibility that the raw material gas is used due to the use of other gas consuming equipment by the consumer. It is.
- the predetermined time threshold for example, a time (for example, 12 hours) in which the time when the use of other gas consuming equipment is continuously stopped is expected to be equal to or longer than the reset time tr is set. It is preferred that
- the source gas supply operation may or may not be executed during the period after the stop of the source gas supply operation until the next start request is generated.
- start-up request is generated means that the user performs an operation for instructing the operation start of the power generation system via an operation unit (not shown), the power generation operation start time set in advance, For example, the load demand reaches or exceeds a threshold that requires power generation operation of the power generation system.
- the source gas supply operation is a gas replenishment operation in which source gas is supplied from the source gas supply device to the gas channel in response to a gas contraction caused by a temperature drop in the gas channel of the power generation unit. It is.
- the raw material gas supply operation supplies the raw material gas from the raw material gas supply device to the gas flow path in response to the gas contraction accompanying the temperature drop in the gas flow path of the power generation unit. This is a gas supply operation.
- the power generation system 50 of the present modification is configured so that the gas flow path in the power generation unit 1 communicates with the atmosphere without providing the valve 160 with respect to the power generation system 50 of the first embodiment. Since it is the same as that of the electric power generation system 50 of 1st Embodiment about another structure, description is abbreviate
- the timing which replenishes source gas to the gas flow path in the electric power generation unit 1 from the source gas supply device 2 is arbitrary.
- the source gas supply device 2 may repeat the operation every time the detection value of a temperature detector (not shown) provided in the power generation unit 1 decreases to supply the source gas.
- the source gas supply operation is a source gas purge operation that scavenges the gas flow path of the power generation unit with the source gas.
- the raw material gas supply operation is a raw material gas purge operation that scavenges the gas flow path of the power generation unit with the raw material gas.
- the power generation system according to the present modification may be configured in the same manner as that of the first embodiment and the power generation system according to the first modification other than the above-described features.
- the supply of the raw material gas to the power generation unit 1 is stopped and the valve 160 is closed. Thereafter, the valve 160 is opened at a predetermined timing, the raw material gas supply unit 2 is operated, and the residual gas in the gas flow path of the power generation unit 1 is scavenged with the raw material gas (hereinafter referred to as a raw material gas purge operation).
- the timing for executing the raw material gas purge operation is arbitrary.
- the controller 180 is controlled to execute the source gas purge operation. May be.
- the power generation system 50 performs the raw material gas purge operation in a form in which the valve 160 is provided.
- the raw material gas purge operation may be performed in a form in which the valve 160 is not provided.
- the source gas replenishment operation includes a supplementary pressure operation with a source gas, a source gas replenishment operation, and a source gas purge operation. It is. Therefore, the source gas supply operation is not limited to these, and any other source gas supply operation may be used.
- the controller is configured to prevent the gas flow in the power generation unit against the pressure drop caused by the temperature drop of the gas flow path at least while the raw material gas supply operation is stopped due to the gas supply abnormality.
- a valve that blocks communication between the passage and the atmosphere is opened, and air is supplied to the gas passage.
- the gas flow path in the power generation unit against the pressure drop caused by the temperature drop of the gas flow path.
- the valve that shuts off the communication between the air and the atmosphere is opened and air is supplied to the gas flow path.
- the power generation system of the present modification may be configured in the same manner as in the first embodiment and the second modification other than the above features.
- the source gas supply device 2 may repeatedly supply the source gas every time the detection value of a pressure detector (not shown) that detects the pressure in the gas flow path of the power generation unit 1 decreases.
- a detector that indirectly detects a pressure drop in the gas flow path may be used.
- the pressure drop may be indirectly detected by a decrease in the detection value of the temperature detector, or the pressure drop is indirectly detected by the elapsed time after the valve 160 is closed by the timer and the power generation unit 1 is sealed. May be detected.
- the power generation system of the fourth modified example includes a water vapor supply device that supplies water vapor, and is configured such that communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is interrupted when the power generation operation is stopped. While the raw material gas supply operation is stopped due to a gas supply abnormality, the steam is not supplied to the atmosphere in response to a pressure drop caused by a temperature drop in the gas flow path in the power generation unit. It is comprised so that it may supply to a gas flow path from a water vapor supply device.
- the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is interrupted with the stop of the power generation operation, and the raw material gas supply operation is stopped due to the gas supply abnormality.
- Water vapor is supplied to the gas flow path in a state where communication between the gas flow path and the atmosphere is shut off against a pressure drop caused by a temperature drop of the gas flow path in the power generation unit.
- the power generation system of the present modification may be configured in the same manner as in the first embodiment and the second modification other than the above features.
- the power generation system 50 of the present modification further includes a water vapor supply device (not shown) with respect to the power generation system 50 of the first embodiment. Since it is the same as that of the electric power generation system 50 of 1st Embodiment about another structure, description is abbreviate
- the power generation system 50 of this modification when the power generation operation of the power generation system 50 is stopped, the supply of the raw material gas to the power generation unit 1 is stopped and the valve 160 is closed. Thereafter, the temperature decreases due to heat radiation to the atmosphere, and the pressure in the gas flow path of the power generation system 50 decreases. Therefore, the reduced pressure in the gas flow path is compensated by supplying water vapor to the gas flow path from the water vapor supply device with the valve 160 closed.
- steam supply device is arbitrary.
- the water vapor supply device may repeatedly supply water vapor each time the detection value of a pressure detector (not shown) that detects the pressure in the gas flow path of the power generation unit 1 decreases.
- a detector that indirectly detects a pressure drop in the gas flow path may be used.
- the pressure drop may be indirectly detected by a decrease in the detection value of the temperature detector, or the pressure drop is indirectly detected by the elapsed time after the valve 160 is closed by the timer and the power generation unit 1 is sealed. May be detected.
- the power generation system according to the second embodiment is the power generation system according to the first embodiment.
- the power generation unit includes a hydrogen generator that generates a fuel gas containing hydrogen using a raw material gas, and a fuel gas supplied from the hydrogen generator. And a fuel cell that generates electric power using the gas generator, and is configured to perform a pressure compensation operation on the gas flow path of the hydrogen generator.
- the operation method of the power generation system according to the second embodiment is the same as the operation method of the power generation system of the first embodiment, wherein the hydrogen generator generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel cell uses the fuel gas.
- a raw material gas supply operation As a raw material gas supply operation, a supplementary pressure operation is performed on the gas flow path of the hydrogen generator.
- the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is cut off when the power generation operation is stopped, and the pressure compensation operation cuts off the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere.
- the source gas may be supplied from the source gas supply unit to the gas flow path in the hydrogen generator.
- the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is shut off when the power generation operation is stopped, and the pressure compensation operation is performed in the state where the communication between the gas flow path and the atmosphere is cut off. It may be executed by supplying the raw material gas from the supply device to the gas flow path in the hydrogen generator.
- the power generation system includes a valve for blocking communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere, and the controller is configured to close the valve and block communication between the gas flow path and the atmosphere. It may be.
- the operation method of the power generation system may be to close the valve that cuts off the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere, and to cut off the communication between the gas flow path and the atmosphere.
- the power generation system of the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment except for the above features.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a power generation system according to the second embodiment.
- the power generation system 100 of the present embodiment is a fuel cell system.
- the power generation system 100 mainly includes a power generation unit including at least a hydrogen generator 111 and a fuel cell 112 that generates power using a hydrogen-containing gas generated by the hydrogen generator 111.
- the hydrogen generator 111 includes a reformer 108.
- the power generation system includes a raw material gas supply device 2, a water supply device 104 and an evaporator 106 as a steam supply device, and a combustor 116 as auxiliary devices for executing a hydrogen generation operation in the hydrogen generator 111.
- an air supplier 118 The power generation system includes an oxidant gas supply unit 110 and an orthogonal converter (not shown) as auxiliary machines for causing the fuel cell 112 to generate power.
- the controller 180 which controls the said electric power generation system is provided.
- the booster 102 is connected via a gas meter 10 to a source gas supply source having a positive supply pressure with respect to the atmosphere.
- the booster 102 is connected to the reformer 108 via the raw material gas flow path 128.
- the source gas flow meter 11 is provided in the source gas flow path 128.
- the first bypass flow path 130 branches in the source gas flow path 128 downstream from the booster 102, bypasses the hydrogen generator 111, and is connected to the hydrogen-containing gas supply flow path 132.
- the hydrogen generator 111 is connected to an anode (a gas channel on the anode side) of the fuel cell 112 via a hydrogen-containing gas supply channel 132.
- the hydrogen generator 111 may include a shifter having a shift catalyst and a purifier having a selective oxidation catalyst in order to reduce carbon monoxide in the hydrogen-containing gas generated by the reformer 108.
- the hydrogen-containing gas supply channel 132 is connected to a second bypass channel 134 that bypasses the fuel cell 112 and connects the hydrogen generator 111 and the combustor 116.
- the anode of the fuel cell 112 (the anode-side gas flow path) is connected to the combustor 116 via an off-fuel gas flow path 136.
- the combustor 116 communicates with the outside of the power generation system 100 via the flue gas flow path 138 (open to the atmosphere).
- the oxidant gas supply device 110 is connected to the cathode (gas flow path on the cathode side) of the fuel cell 112 via the oxidant gas supply flow path 140.
- the cathode (cathode-side gas flow path) communicates with the outside of the power generation system 100 via the off-oxidant gas flow path 142 (open to the atmosphere).
- a first valve 150 is provided in a raw material gas flow path 128 connecting the gas meter 10 and the raw material gas flow meter 11.
- a second valve 152 is provided on the reformer 108 side of the source gas flow path 128 connecting the booster 102 and the reformer 108 with respect to the branch point of the first bypass flow path 130.
- a third valve 154 is provided in the first bypass flow path 130.
- a fourth valve 156 is provided in the hydrogen-containing gas supply channel 132 on the fuel cell 112 side of the branch point of the second bypass channel 134.
- the off-fuel gas flow path 136 is provided with a fifth valve 160a.
- the second bypass flow path 134 is provided with a sixth valve 160b.
- a seventh valve 162 is provided in the flow path connecting the water supply device 104 and the evaporator 106.
- the first valve 150, the second valve 152, the third valve 154, the fourth valve 156, the fifth valve 160a, the sixth valve 160b, and the seventh valve 162 are each provided with a flow.
- An on-off valve for example, an electromagnetic valve
- the first valve 150 and the second valve 152 provided in the source gas flow path 128 are provided with only one of them, the flow of the source gas in the source gas flow path 128 is permitted / Since the function of blocking is realized, such a form may be adopted.
- the fourth valve 156 Since the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is blocked by closing the fifth valve 160a and the sixth valve 160b, the fourth valve 156 may be omitted in the power generation system 100.
- the second bypass flow path 134 and the sixth valve 160b may be omitted.
- the fifth valve 160a functions as a valve that blocks communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere.
- a first temperature detector 170 for detecting the temperature of the reformer 108 is provided.
- the controller 180 includes a booster 102, a water supply device 104, an oxidant gas supply device 110, an orthogonal converter (not shown), an air supply device 118, a first valve 150, a second valve 152, a third valve 154, The fourth valve 156, the fifth valve 160a, the sixth valve 160b, and the seventh valve 162 are communicably connected.
- the controller 180 includes a CPU (not shown), a timer (not shown), and a storage device (not shown).
- the gas meter 10 is configured in the same manner as in the first embodiment, the description thereof is omitted.
- the first valve 150, the second valve 152, the fourth valve 156, the fifth valve 160a, and the seventh valve 162 are opened (opened), and the third valve 154 and the sixth valve 160b are closed (opened). Closed).
- the source gas supplied from the source of source gas is supplied to the reformer 108 by the booster 102 after passing through the gas meter 10.
- the water supplier 104 supplies the water received from the water tank 101 to the evaporator 106.
- the evaporator 106 evaporates water using heat supplied from the combustor 116 to generate water vapor.
- the steam is supplied to the reformer 108.
- the reformer 108 generates a hydrogen-containing gas (a gas containing H 2 gas) using the raw material gas supplied from the booster 102 and the water vapor supplied from the evaporator 106.
- the hydrogen-containing gas becomes the fuel gas for the fuel cell 112.
- the hydrogen-containing gas is supplied from the hydrogen generator 111 to the anode of the fuel cell 112.
- the oxidant gas supply unit 110 supplies air as an oxidant gas to the cathode of the fuel cell 112.
- the fuel cell 112 generates power by flowing the hydrogen-containing gas supplied from the reformer 108 to the anode and flowing the air supplied from the oxidant gas supply device 110 to the cathode.
- the gas (off fuel gas) discharged from the anode of the fuel cell is supplied to the combustor 116 via the off fuel gas flow path 136.
- the combustor 116 burns off-fuel gas using the air supplied from the air supplier 118, and heats the evaporator 106 and the reformer 108.
- the flue gas discharged from the combustor 116 is discharged to the outside of the power generation system 100 via the flue gas passage 138.
- the off-oxidant gas discharged from the cathode of the fuel cell is discharged to the outside of the power generation system 100 via the off-oxidant gas channel 142.
- An orthogonal converter (not shown) converts the direct current output from the fuel cell 112 into an alternating current and supplies it to an external load (not shown).
- FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation of determining a gas supply abnormality performed by the power generation system according to the second embodiment.
- the determination operation of the gas supply abnormality in the power generation system 100 will be described with reference to FIG.
- the following operations are controlled by the controller 180.
- the continuous use time of the source gas by the power generation system 100 is specified (step S101).
- the continuous use time of the source gas can be reset by stopping the supply of the source gas for the reset time (see step S205 in FIG. 5).
- step S102 it is determined whether the continuous use time of the raw material gas is equal to or longer than the second upper limit time (gas supply abnormality has occurred) (step S102). If the continuous use time of the source gas is less than the second upper limit time (No in step S102), the process returns to step S101, and the continuous use time is specified again.
- the gas supply abnormality flag is configured by, for example, a memory element having a specific address of a storage device included in the controller 180 (for example, the flag is turned on when the memory element is in an ON state).
- the gas supply abnormality determination operation described above is executed at regular intervals (for example, every 10 minutes) when the power generation system 100 is operated, for example.
- the second upper limit time is a predetermined time (for example, 25 days) set in advance shorter (for example, about 5 days) than the first upper limit time described above, and is stored in the storage device of the controller 180.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the operation of stopping the operation performed by the power generation system according to the second embodiment.
- the operation of stopping operation in the power generation system 100 will be described with reference to FIG. The following operations are controlled by the controller 180.
- step S201 When the stop command is output, the extraction of power from the fuel cell 112 by the orthogonal converter is stopped (power output to the external load is stopped) and the operation stop operation is started (start).
- the booster 102, the water supply device 104, and the oxidant gas supply device 110 are stopped (step S201), the first valve 150, the second valve 152, the fourth valve 156, the fifth valve 160a, and the seventh
- the valve 162 is closed (step S202). Since the third valve 154 and the sixth valve 160b are closed during operation, the operation of step S202 causes the gas flow path inside the reformer 108 and the inside of the fuel cell 112 to be interlocked with the stop of the power generation operation. The communication between the gas flow path and the atmosphere is completely blocked.
- step S203 it is determined whether or not the gas supply abnormality flag is ON.
- the state shifts to a power generation standby state (step S207). Thereafter, a predetermined source gas supply operation (if necessary) is performed on the power generation unit 1 until a start request is generated (step S207).
- a predetermined source gas supply operation if necessary
- the pressure compensation operation using the source gas is performed (step S208). The details of the pressure compensation operation using the source gas will be described later.
- the “power generation standby state” refers to a state in which the power generation system is started immediately when a power generation system start request is generated. Therefore, even if the raw material gas supply operation that is performed when the power generation operation is stopped is not performed, the power generation system is started as it is.
- the source gas supply operation is waited until the source gas supply stop time becomes equal to or longer than the reset time tr of the gas meter 10 (step S205).
- the reset time tr of the gas meter 10 is stored in the storage device of the controller 180, for example. Note that it is not essential to use the reset time tr itself of the gas meter 10 for the determination in step S204. Using a predetermined time threshold longer than the reset time tr, the raw material gas supply operation may be waited until the predetermined time threshold elapses.
- step S206 When the standby is completed, the gas supply abnormality flag is turned off and the continuous use time of the source gas is reset to zero (step S206). Then, the power generation system 100 shifts to a power generation standby state (step S207), and a predetermined source gas supply operation is performed as necessary (step S208) until an activation request is generated.
- FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation in a case where a configuration in which a pressure compensation operation of a hydrogen generator using a raw material gas is performed as the raw material gas supply operation in the power generation system according to the second embodiment. is there.
- the pressure compensation operation of the hydrogen generator using the source gas will be described with reference to FIG. The following operations are controlled by the controller 180.
- the reformer temperature T is specified using the first temperature detector 170 (step S301), and the reformer temperature is determined. It is determined whether T is equal to or lower than the supplementary pressure start temperature Ts (step S302).
- the supplementary pressure start temperature Ts is supplemented by a pressure compensation operation of the gas flow path inside the reformer 108 with the raw material gas (gas is supplied to compensate for the pressure drop inside the reformer accompanying the temperature drop of the reformer). Is a predetermined temperature set to determine whether or not it is necessary to start, and is stored in the storage unit of the controller 180.
- the supplementary pressure start temperature Ts can be appropriately set depending on the negative pressure resistance of the hydrogen generator.
- step S302 If the decision result in the step S302 is No, the process returns to the step S301.
- step S302 If the determination result in step S302 is Yes, the first valve 150 and the second valve 152 are opened with the fifth valve 160a and the sixth valve 160b closed (step S303). As a result, the source gas is supplied to the gas channel inside the hydrogen generator 111 including the reformer 108 via the source gas channel 128.
- the first valve 150 and the second valve 152 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation.
- the fifth valve 160a and the sixth valve 160b correspond to valves that block communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere.
- the booster 102 when supplying the raw material gas to the reformer 108 in the supplementary pressure operation, a mode in which the booster 102 is operated together with the opening operation of the first valve 150 and the second valve 152 may be adopted.
- the first valve 150, the second valve 152, and the booster 102 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation.
- Raw material gas supply time tm is specified (step S304).
- the source gas supply time tm is, for example, an elapsed time after the first valve 150 and the second valve 152 are opened.
- the controller 180 obtains the time (source gas supply start time) at which step S303 was executed using a timer and stores it in the storage device. It is obtained by calculating the difference between the current time acquired by using and the stored source gas supply start time.
- the supply time threshold value tsm is modified to compensate for the pressure drop inside the reformer 108, for example, from the degree of pressure drop of the reformer 108, the volume of the flow path inside the reformer, the strength of the seal portion, and the like. It can be set by obtaining the amount of the raw material gas to be supplied to the mass device 108 and dividing (dividing) by the flow rate of the raw material gas when the first valve 150 and the second valve 152 are opened.
- step S305 If the decision result in the step S305 is No, the process returns to the step S304.
- step S305 If the determination result in step S305 is Yes, the first valve 150 and the second valve 152 are closed (step S306), and the reformer temperature T is stored as the determination temperature Tth (step S307).
- the reformer temperature T is specified using the first temperature detector 170 (step S308), and it is determined whether T is less than 0.9 Tth (step S309).
- step S309 If the decision result in the step S309 is No, the process returns to the step S308.
- step S309 If the determination result in step S309 is Yes, the operations in step S303 to step S306 are executed again, and then the process returns to step S307.
- the reformer temperature is used as a physical quantity for indirectly detecting the pressure drop inside the hydrogen generator 111, but it may be detected by other methods.
- the pressure drop inside the hydrogen generator 111 may be indirectly detected based on the elapsed time since the sealing operation (step S202 or step S306) of the hydrogen generator 111 by the valve.
- a pressure detector may be provided inside the reformer 108 and the pressure drop of the hydrogen generator 111 may be directly detected.
- the hydrogen generator is pressurized using the raw material gas.
- the hydrogen generator is pressurized using air or water vapor as described later. May be adopted (see FIGS. 8 and 9).
- the above-described supplementary pressure operation can suppress damage to the reformer 108 due to the pressure difference between the inside and the outside of the reformer 108 when stopping the power generation operation.
- a mode in which a source gas purge operation (see FIG. 7), which is an operation of scavenging the gas flow path in the hydrogen generator with the source gas, may be employed.
- the power generation system according to the first modification is the power generation system according to the first embodiment.
- the power generation unit includes a hydrogen generator that generates hydrogen-containing fuel gas using a raw material gas, and a fuel gas supplied from the hydrogen generator. And a fuel cell that generates electricity using the fuel cell, and configured to perform a source gas purge operation on the gas flow path of the hydrogen generator as the source gas supply operation.
- the operation method of the power generation system of the first modification is the operation method of the power generation system of the first embodiment, wherein the hydrogen generator generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel cell is supplied from the hydrogen generator.
- the fuel gas is used to generate electric power, and the raw material gas purge operation is performed on the gas flow path of the hydrogen generator as the raw material gas supply operation.
- the controller is an operation of scavenging the gas flow path in the power generation unit with the source gas when the source gas supply operation is stopped for the reset time or more due to an abnormal gas supply and then is not restarted.
- the material gas purge operation may be performed.
- the raw material gas supply operation is performed by scavenging the gas flow path in the power generation unit with the raw material gas when the raw material gas supply operation is stopped for the reset time or longer due to a gas supply abnormality and is not restarted.
- a gas purge operation may be performed.
- the occurrence of gas supply abnormality is suppressed by stopping the raw material supply operation for the reset time or longer, and the clogging of the gas path in the power generation unit due to the temperature decrease during the restart standby is suppressed by the raw material gas purge.
- the power generation system of this modification may be configured in the same manner as the power generation system of the second embodiment except for the above features.
- the power generation system 100 scavenges the gas flow path of the power generation unit (in this modification, the gas flow path of the hydrogen generator) with the raw material gas, not the supplementary pressure operation, as the raw material gas supply operation accompanying the stop of the power generation operation of the power generation system.
- the raw material gas purge operation is performed.
- the operation and the apparatus configuration other than the raw material gas supply operation are the same as those described above with respect to the embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- FIG. 7 is a flowchart showing an example of the raw material gas purge operation executed by the power generation system according to the first modification of the first embodiment.
- the source gas purge of the hydrogen generator is performed as the source gas supply operation.
- the raw material gas purge operation in the present modification will be described with reference to FIG. The following operations are controlled by the controller 180.
- the source gas purge operation shown in FIG. 7 is a “source gas supply operation” corresponding to step S208 in FIG.
- the reformer temperature T is specified using the first temperature detector 170 (step S401), and whether or not the detected temperature T is equal to or lower than the source gas purge temperature Tp.
- a determination is made (step S402).
- the source gas purge temperature Tp is a temperature set to determine whether or not to start scavenging of the gas flow path inside the hydrogen generator 111 by the source gas, and is stored in the storage unit of the controller 180.
- the source gas purge temperature Tp is set as a temperature at which carbon deposition from the source gas does not occur.
- step S402 If the determination in step S402 is NO, the process returns to step S401.
- step S402 If the determination in step S402 is YES, the first valve 150, the second valve 152, and the sixth valve 160b are opened (step S403), and the operation of the booster 102 is started (step S404). Thereby, the source gas is supplied to the gas flow path inside the hydrogen generator 111 including the reformer 108 (purging with the source gas is started). At this time, the source gas supply start time is acquired using a timer and stored in the storage device.
- the booster 102 corresponds to a source gas supplier that performs a source gas supply operation.
- the source gas supply time tm is specified (step S405), and it is determined whether or not this is equal to or longer than the purge time tp (step S406).
- the source gas supply time tm is specified, for example, by obtaining a difference between the current time acquired using a timer at the determination time and the stored source gas supply start time.
- the purge time tp is a predetermined time set so that the gas flow path inside the hydrogen generator 111 is completely scavenged with the raw material gas if the raw material gas is supplied at a predetermined flow rate only during that time.
- the purge time tp is stored in the controller 180. Is stored in the vessel.
- step S406 If the decision result in the step S406 is NO, the process returns to the step S405.
- step S406 If the determination result in step S406 is YES, the booster 102 is stopped (step S407), the first valve 150, the second valve 152, and the sixth valve 160b are closed (step S408), and the raw material gas purge operation is performed. finish.
- Whether or not to end the purge operation does not necessarily need to use the physical quantity of the source gas supply time as in steps S405 to S406.
- the source gas supply quantity is detected and this is required for the purge.
- the determination may be made directly based on whether or not the gas volume V1 is reached.
- the material gas purge operation is performed after the gas meter is reset in the event of a gas supply abnormality.
- the material gas purge operation is not performed after the gas meter is reset in the event of a gas supply abnormality. Also good.
- the power generation system of the second modification includes a valve that blocks communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere in either the second embodiment or the power generation system of the first modification. At least while the source gas supply operation is stopped due to a gas supply abnormality, the valve is opened to supply air to the gas flow path of the hydrogen generator in response to a pressure drop caused by a temperature drop in the gas flow path. It is configured.
- the operation method of the power generation system of the second modified example is that the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is interrupted when the power generation operation is stopped in either the second embodiment or the power generation system of the first modified example.
- the valve is opened and air is supplied to the gas flow path of the hydrogen generator. To supply.
- the power generation system according to this modification may be configured in the same manner as the power generation system according to the second embodiment and the first modification except for the above-described features.
- the power generation system 100 performs a pressure compensation operation of the hydrogen generator using air while the raw material gas supply operation is stopped due to a gas supply abnormality.
- the operation and the apparatus configuration other than the supplemental pressure operation using air are the same as those described above with respect to the embodiment, and thus description thereof is omitted.
- the pressure compensation operation using air is executed, for example, during a period in which the source gas supply operation is stopped in steps S204 to S205 in FIG.
- FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation using air, which is executed by the power generation system according to the second modification of the first embodiment.
- the pressure compensation operation using air in the present modification will be described with reference to FIG. The following operations are controlled by the controller 180.
- step S203 of FIG. 5 when the determination result of Yes is obtained in step S203 of FIG. 5, the hydrogen generator using air is used during the period in which the source gas repressurization operation that is executed in accordance with the normal stop of the power generation operation is stopped. Compensation operation is started (start).
- the reformer temperature T is specified using the first temperature detector 170 (step S501), and it is determined whether the reformer temperature T is equal to or lower than the supplementary pressure start temperature Ts (step S502).
- the supplementary pressure start temperature Ts is as described above with reference to FIG.
- step S502 If the decision result in the step S502 is No, the process returns to the step S501.
- step S503 If the determination result in step S502 is Yes, the sixth valve 160b is opened (step S503). As a result, air is supplied to the gas flow path inside the hydrogen generator 108 via the combustion exhaust gas flow path 138, the combustor 116, the second bypass flow path 134, and the hydrogen-containing gas supply flow path 132.
- Air gas supply time ta is specified (step S504).
- the air gas supply time ta is, for example, an elapsed time after the sixth valve 160b is opened.
- the controller 180 obtains the time (source gas supply start time) at which step S503 is executed using a timer and stores it in the storage device. It is obtained by calculating the difference between the current time acquired by using and the stored source gas supply start time.
- the supply time threshold value tsa is, for example, to generate hydrogen to compensate for the pressure drop inside the hydrogen generator 111 from the degree of decrease in the reformer temperature T, the volume of the flow path inside the hydrogen generator, the strength of the seal portion, etc. It can be set by obtaining the amount of air to be supplied to the vessel 111 and dividing (dividing) by the flow rate of air when the sixth valve 160b is opened.
- step S505 If the decision result in the step S505 is No, the process returns to the step S504.
- step S506 If the determination result in step S505 is Yes, the sixth valve 160b is closed (step S506), and the reformer temperature T is stored as the determination temperature Tth (step S507).
- step S503 and step S506 the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is shut off against the pressure drop caused by the temperature drop in the gas flow path inside the hydrogen generator 108 (the fifth In a state in which the valve 160a and the sixth valve 160b are closed), air is supplied to the gas flow path to supplement the pressure (compensation operation).
- the reformer temperature T is specified using the first temperature detector 170 (step S508), and it is determined whether T is less than 0.9 Tth (step S509).
- step S509 If the decision result in the step S509 is No, the process returns to the step S508.
- step S509 If the decision result in the step S509 is Yes, the operations from the step S503 to the step S506 are executed again, and then the process returns to the step S507.
- the reforming operation of the reformer with the raw material gas may be executed instead of the compensation pressure operation of the reformer using air. Good. Further, the raw material gas purge operation (see FIG. 7) may be performed without executing the above-described pressure-compensating operation after a predetermined time threshold value equal to or longer than the reset time tr has elapsed.
- the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is interrupted when the power generation operation is stopped.
- the controller is configured to communicate between the gas flow path and the atmosphere against a pressure drop caused by a temperature drop of the gas flow path in the power generation unit while the source gas supply operation is stopped due to a gas supply abnormality.
- the water vapor is supplied from the water vapor supply device to the gas flow path of the hydrogen generator in a state in which is shut off.
- the operation method of the power generation system of the third modified example is that the communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere is interrupted when the power generation operation is stopped in either the second embodiment or the power generation system of the first modified example. While the source gas supply operation is stopped due to an abnormal gas supply, the steam is supplied to the hydrogen gas with the valve closed against the pressure drop caused by the temperature drop of the gas flow path in the power generation unit. It is comprised so that it may supply to the gas flow path of a generator.
- the water vapor supply device may be in any form as long as it can supply water vapor to the power generation unit.
- a water vapor supply device includes a water supply device and an evaporator for evaporating water supplied from the water supply device, and operates a pump as a water supply device to an evaporator having residual heat to actively supply water vapor. It may be a form to do.
- the steam supply device is configured such that in a state where the evaporator and the power generation unit communicate with each other, the pressure inside the gas flow path is reduced, the water vapor is sucked into the gas flow path, and the water vapor is passively supplied. It may be.
- the power generation system according to the present modification may be configured in the same manner as the power generation system according to the second embodiment and the first modification other than the above features.
- the power generation system 100 performs a pressure compensation operation of the hydrogen generator using water vapor while the raw material gas supply operation is stopped due to a gas supply abnormality.
- the operation and the apparatus configuration other than the supplemental pressure operation using water vapor are the same as those described above with respect to the embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- the pressure compensation operation using water vapor is performed, for example, during a period in which the source gas supply operation is stopped in steps S204 to S205 in FIG.
- FIG. 9 is a flowchart showing an example of a pressure compensation operation using water vapor executed by the power generation system according to the third modification of the first embodiment.
- the pressure compensation operation using water vapor in the present modification will be described with reference to FIG.
- the following operations are controlled by the controller 180.
- step S203 of FIG. 5 when the determination result of Yes is obtained in step S203 of FIG. 5, during the period in which the source gas supplementing operation that is performed in accordance with the normal stop of the power generation operation is stopped, the hydrogen generator using water vapor is Compensation operation is started (start).
- the reformer temperature T is specified using the first temperature detector 170 (step S601), and it is determined whether the reformer temperature T is equal to or lower than the supplementary pressure start temperature Ts (step S602).
- the supplementary pressure start temperature Ts is as described above with reference to FIG.
- step S602 If the decision result in the step S602 is No, the process returns to the step S601.
- step S602 If the determination result in step S602 is Yes, the seventh valve 162 is opened and the operation of the water supply device 104 is started with the fifth valve 160a and the sixth valve 160b closed (step S603). As a result, water vapor is generated in the evaporator 106, and the water vapor is supplied to the gas flow path inside the hydrogen generator 111 including the reformer 108.
- the fifth valve 160a and the sixth valve 160b correspond to valves that block communication between the gas flow path in the power generation unit and the atmosphere.
- Water supply time tw is specified (step S604).
- the water supply time tw is an elapsed time from the start of operation of the water supply device 104, for example.
- the controller 180 acquires the time (water supply start time) at which step S603 is executed using a timer and stores it in the storage device, and uses the timer at the determination time. It is obtained by calculating the difference between the acquired current time and the stored water supply start time.
- step S605 it is determined whether or not the water supply time tw is greater than or equal to the supply time threshold value tsw (step S605).
- the supply time threshold value tsw is, for example, the reformer with respect to the pressure drop inside the hydrogen generator 111, based on the degree of decrease in the reformer temperature T, the volume of the flow path inside the reformer, the strength of the seal portion, The amount of water vapor to be supplied to 108 is obtained, and the amount of water necessary to generate this water vapor amount is divided (divided) by the water supply amount per unit operation time when the water supply device 104 is operated. Can be set.
- step S605 If the decision result in the step S605 is No, the process returns to the step S604.
- step S605 If the determination result in step S605 is Yes, the operation of the water supply device 104 is stopped and the seventh valve is closed (step S606), and the reformer temperature T is stored as the determination temperature Tth (step S607). . In this way, the flow from step S603 to step S606 blocks the communication between the gas flow path and the atmosphere against the pressure drop in the hydrogen generator 111 accompanying the temperature drop of the hydrogen generator 111 (fifth). In a state in which the valve 160a and the sixth valve 160 are closed), water vapor is supplied to the gas flow path to supplement the pressure (compensation operation).
- the reformer temperature T is specified using the first temperature detector 170 (step S608), and it is determined whether T is less than 0.9 Tth (step S609).
- step S609 If the decision result in the step S609 is No, the process returns to the step S608.
- step S609 If the determination result in step S609 is Yes, the operations in step S603 to step S606 are executed again, and then the process returns to step S607.
- the hydrogen generator supplementing operation using the raw material gas may be performed instead of the hydrogen generator supplementing operation using water vapor. Good. Further, the raw material gas purge operation (see FIG. 7) may be performed after a predetermined time threshold equal to or longer than the reset time tr has elapsed.
- the power generation system of the fourth modification is the power generation system according to the first embodiment, in which the power generation unit generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel gas supplied from the hydrogen generator
- the raw material gas supply operation supplies a raw material gas from the raw material gas supply device to the hydrogen generator in response to a gas contraction accompanying a temperature decrease in the gas flow path of the hydrogen generator. This is a gas supply operation.
- the hydrogen generator In the operation method of the power generation system of the fourth modification, the hydrogen generator generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel cell generates power using the fuel gas supplied from the hydrogen generator, and the raw material gas
- the supply operation is a gas replenishment operation in which the source gas is supplied from the source gas supplier to the hydrogen generator in response to the gas contraction accompanying the temperature drop in the gas flow path of the hydrogen generator.
- the power generation system 100 of this modification is configured so that the gas flow path in the power generation unit communicates with the atmosphere without providing the sixth valve 160b with respect to the power generation system 100 of the second embodiment. Since it is the same as that of the electric power generation system 100 of 2nd Embodiment about another structure, description is abbreviate
- the first valve 150 and the second valve 152 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation. Further, in the gas supply operation, a mode in which the booster 102 is operated together with the opening operation of the first valve 150 and the second valve 152 may be adopted. In this case, the first valve 150, the second valve 152, and the booster 102 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation.
- the timing which replenishes source gas to the gas flow path in a power generation unit from a source gas supply device is arbitrary.
- the source gas supply device may be replenished with the source gas every time the detection value of a temperature detector (not shown) provided in the power generation unit decreases.
- the power generation system according to the third embodiment is the fuel cell system according to the first embodiment, in which the power generation unit generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel supplied from the hydrogen generator.
- a fuel cell that generates power using gas and is configured such that a supplementary pressure operation is performed on a gas flow path in the fuel cell as a raw material gas supply operation.
- the operation method of the power generation system according to the third embodiment is the same as the operation method of the power generation system of the first embodiment, wherein the hydrogen generator generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel cell uses the fuel gas.
- a raw material gas supply operation As a raw material gas supply operation, a supplemental pressure operation is performed on the gas flow path in the fuel cell.
- the power generation system according to the present embodiment may be configured in the same manner as the power generation system according to any one of the second embodiment and its modified example 1-3, except for the above characteristics.
- the operation and apparatus configuration other than the raw material gas supply operation are the same as those described above for the example (FIGS. 2 to 5 can also be applied to the third embodiment), and thus the description thereof is omitted. .
- FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation of the fuel cell using the raw material gas, which is executed by the power generation system according to the third embodiment.
- the pressure compensation operation in the third embodiment will be described with reference to FIG. The following operations are controlled by the controller 180.
- the pressure compensation operation for the gas path in the fuel cell using the raw material gas shown in FIG. 10 is a “raw material gas supply operation” corresponding to step S207 in FIG.
- the pressure compensation operation for the gas path of the fuel cell using the raw material gas is performed only for the gas flow path on the anode side of the fuel cell.
- a pressure compensation operation using the raw material gas may be performed on other parts including the gas flow path on the cathode side.
- the fuel cell temperature T is specified using a second temperature detector (not shown) (step S701), and the fuel cell temperature T Is determined to be equal to or lower than the supplementary pressure start temperature Ts (step S702).
- the supplementary pressure start temperature Ts starts supplemental pressure of the gas flow path on the anode side inside the fuel cell 112 with the source gas (supplying gas to compensate for pressure drop due to temperature drop inside the gas flow path) This is a predetermined temperature that is set to determine whether or not it is necessary to do this, and is stored in the storage unit of the controller 180.
- the supplementary pressure start temperature Ts can be appropriately set depending on the strength of the seal portion of the fuel cell.
- step S702 If the decision result in the step S702 is No, the process returns to the step S701.
- step S703 the first valve 150 and the third valve 154 are opened (step S703).
- the source gas is supplied to the anode-side gas flow path inside the fuel cell 112 (the gas flow path in the dotted line portion between the fourth valve 156 and the fifth valve 160a in FIG. 2).
- the first valve 150 and the third valve 154 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation.
- Raw material gas supply time t is specified (step S704).
- the source gas supply time tm is, for example, an elapsed time after the first valve 150 and the third valve 154 are opened.
- the controller 180 obtains the time (source gas supply start time) at which step S703 was executed using a timer and stores it in the storage device. It is obtained by calculating the difference between the current time acquired by using and the stored source gas supply start time.
- the supply time threshold value tsm is modified to compensate for at least part of the pressure drop inside the fuel cell 112 based on, for example, the degree of decrease in the fuel cell temperature T, the volume of the flow path inside the fuel cell, the strength of the seal portion, and the like. It can be set by obtaining the amount of the raw material gas to be supplied to the mass device 108 and dividing (dividing) by the flow rate of the raw material gas when the first valve 150 and the third valve 154 are opened.
- step S705 If the decision result in the step S705 is No, the process returns to the step S704.
- step S705 If the determination result in step S705 is Yes, the first valve 150 and the third valve 154 are closed (step S706), and the fuel cell temperature T is stored as the determination temperature Tth (step S707).
- step S703 to step S706 closes the fifth valve 160a and the sixth valve 160b against the pressure drop accompanying the temperature drop in the gas flow path on the anode side inside the fuel cell 112, and the gas In a state where the communication between the flow path and the atmosphere is blocked, the raw material gas is supplied to the gas flow path, and the pressure is compensated (compensation operation).
- the fourth valve 156 is also closed in the supplementary pressure operation.
- the fuel cell temperature T is specified using the second temperature detector 270 (step S708), and it is determined whether T is less than 0.9 Tth (step S709).
- step S709 If the decision result in the step S709 is No, the process returns to the step S708.
- step S709 If the decision result in the step S709 is Yes, the operations from the step S703 to the step S706 are executed again, and then the process returns to the step S707.
- the above-described supplemental pressure operation suppresses damage to the fuel cell 112 due to a pressure difference between the inside and the outside of the fuel cell 112.
- the pressure compensation operation to the gas flow path in the fuel cell 112 by the raw material gas was performed with the first valve 150 and the third valve 154 opened, any of the first valve 150 and the third valve 154 is performed.
- a configuration may be adopted in which only one of them is provided and the raw material gas is supplied by opening this one.
- the power generation system according to the first modification is the power generation system according to the first embodiment, wherein the power generation unit generates a fuel gas containing hydrogen using a raw material gas, and fuel supplied from the hydrogen generator And a fuel cell that generates electricity using gas, and a raw material gas purge operation is performed on a gas flow path in the fuel cell as a raw material gas supply operation.
- the operation method of the power generation system according to the first modification is the same as the operation method of the power generation system of the first embodiment, wherein the hydrogen generator generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel cell is from the hydrogen generator. Electric power is generated using the supplied fuel gas, and a raw material gas purge operation is performed on a gas flow path in the fuel cell as a raw material gas supply operation.
- the power generation system according to this modification may be configured in the same manner as the power generation system according to any one of the second embodiment, the first modification-third modification, and the third embodiment except for the above features.
- the operation and the apparatus configuration other than the raw material gas supply operation are the same as those described above with respect to the embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- FIG. 11 is a flowchart showing an example of the raw material gas purge operation executed by the power generation system according to the first modification of the second embodiment.
- the gas flow path on the anode side of the fuel cell is purged with the source gas as the source gas supply operation.
- the raw material gas purge operation in the present modification will be described with reference to FIG. The following operations are controlled by the controller 180.
- the source gas purge operation shown in FIG. 11 is a “source gas supply operation” corresponding to step S208 in FIG.
- the raw material gas purge operation of the fuel cell using the raw material gas in this embodiment is performed only for the gas flow path on the anode side of the fuel cell.
- the raw material gas purge operation may be performed on other portions including the gas flow path on the cathode side.
- the fuel cell temperature T is specified using a second temperature detector (not shown) (step S801), and the fuel cell temperature T is equal to or lower than the raw material gas purge temperature Tp. Is determined (step S802).
- the raw material gas purge temperature Tp is a predetermined temperature set to determine whether or not to start scavenging of the gas flow path on the anode side inside the fuel cell 112 with the raw material gas, and is stored in the storage device of the controller 180. ing.
- the source gas purge temperature Tp is set as a temperature at which carbon deposition from the source gas does not occur.
- step S802 If the determination in step S802 is NO, the process returns to step S801.
- step S802 If the determination in step S802 is YES, the first valve 150, the third valve 154, and the fifth valve 160a are opened (step S803), and the operation of the booster 102 is started (step S804). As a result, the source gas is supplied to the anode-side gas flow path inside the fuel cell 112 (purging with the source gas is started). At this time, the source gas supply start time is acquired using a timer and stored in the storage device.
- the source gas supply time tm is specified (step S805), and it is determined whether or not this is equal to or longer than the purge time tp (step S806).
- the source gas supply time tm is specified, for example, by obtaining a difference between the current time acquired using a timer at the determination time and the stored source gas supply start time.
- the purge time tp is a predetermined time set so that if the source gas is supplied at a predetermined flow rate only during that time, the anode-side gas flow path inside the fuel cell 112 is completely scavenged with the source gas.
- the controller 180 Is stored in the memory.
- step S806 If the decision result in the step S806 is NO, the process returns to the step S805.
- step S806 If the determination result in step S806 is YES, the booster 102 is stopped (step S807), the first valve 150, the third valve 154, and the fifth valve 160a are closed (step S808), and the raw material gas purge operation is performed. finish.
- the power generation system of the present modification is the same as the power generation system of the third embodiment and the first modification thereof, in which the pressure of the gas flow path in the fuel cell is supplemented using air or water vapor while the raw material gas supply operation is stopped. Is configured to do.
- the power generation system of the present modification is the same as the power generation system of the third embodiment and the first modification thereof, in which the pressure of the gas flow path in the fuel cell is supplemented using air or water vapor while the raw material gas supply operation is stopped. Is configured to do.
- the power generation system of this modification is configured in the same manner as the power generation system of the second embodiment, its first modification-third modification, the third embodiment, and its first modification, except for the above characteristics. May be.
- the air pressure compensation operation is performed in a state where the gas supply from the gas path upstream of the fuel cell is shut off (for example, the first valve 150, the second valve 152, the third valve 154, and the fourth valve 156 are turned on).
- the fifth valve 160a provided in the off-fuel gas flow path 136 is opened.
- the fourth valve 156 and the fifth valve 160a may be opened so that both the fuel cell and the hydrogen generator are supplemented.
- the sixth valve 160b provided in the gas path (second bypass flow path 134) downstream of the hydrogen generator 111 and the fifth valve 160a provided in the off-fuel gas flow path 136 are closed.
- the fourth valve 156 is opened and the hydrogen generator 111 and the fuel cell 112 are in communication with each other, and the hydrogen generator 111 is supplemented with water vapor in the same manner as in the third modification. .
- the fifth valve 160a and the sixth valve 160b correspond to valves that block communication between the power generation unit and the atmosphere.
- the fourth valve 156 is opened to allow the hydrogen generator 111 and the fuel cell 112 to communicate with each other.
- a mode in which the supplied pressure is supplied to the fuel cell 112 may be adopted.
- the power generation system of the third modified example is the power generation system according to the first embodiment, in which the power generation unit uses a raw material gas to generate a fuel gas containing hydrogen, and a fuel gas supplied from the hydrogen generator.
- the raw material gas supply operation is configured to perform at least one of a pressure compensation operation with a raw material gas of the fuel cell and a raw material gas purge operation via the hydrogen generator 1 as a raw material gas supply operation.
- the operation method of the power generation system of the third modification is the power generation system of the first embodiment, wherein the hydrogen generator generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel cell is a fuel supplied from the hydrogen generator. Electricity is generated using gas, and at least one of a pressure-compensating operation using a raw material gas of a fuel cell and a raw material gas purging operation is performed via a hydrogen generator as a raw material gas supply operation.
- the first bypass flow path 130 and the third valve 154 are not provided, and the fuel cell 112 can be supplemented with the source gas and / or purged with the source gas with a simple configuration.
- the power generation system of this modification is the power generation of any one of the second embodiment, its first modification—third modification, the third embodiment, and its first modification—second modification, except for the above characteristics. You may comprise similarly to a system. Below, an example of the electric power generation system of this Embodiment is demonstrated.
- the power generation system 100 is configured not to provide the first bypass flow path 130 and the third valve 154 with respect to the power generation system 100 of the third embodiment.
- the rest of the apparatus configuration is the same as that described above with respect to the embodiment, and therefore the description thereof is omitted.
- the power generation system 100 is configured to open the first valve 150, the second valve 152, and the fourth valve 156 and close the fifth valve 160 a and the sixth valve 160 b during the pressure compensation operation of the fuel cell 112. .
- the opening timing of the first valve 150, the second valve 152, and the fourth valve 156 may be arbitrary.
- the first valve 150, the second valve 152, and the fourth valve 156 may be opened simultaneously, or may be configured to be opened sequentially from the upstream.
- the fifth valve 160a and the sixth valve 160b correspond to valves that block communication between the power generation unit 1 and the atmosphere.
- the power generation system 100 opens the first valve 150, the second valve 152, the fourth valve 156, and the fifth valve 160a and closes the sixth valve 160b during the raw material gas purge operation of the fuel cell 112. 102 is configured to operate.
- the power generation system of the fourth modification is the power generation system according to the first embodiment, in which the power generation unit generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas, and the fuel gas supplied from the hydrogen generator
- the raw material gas supply operation includes a hydrogen generator and a hydrogen generator that supplies the raw material gas from the raw material gas supply device in response to a gas contraction caused by a temperature drop in the gas flow path of the fuel cell and the fuel cell. This is a gas replenishment operation to be supplied to.
- the hydrogen generator generates a fuel gas containing hydrogen using the raw material gas
- the fuel cell generates power using the fuel gas supplied from the hydrogen generator
- the raw material gas The supply operation is a gas replenishment operation in which the source gas is supplied from the source gas supplier to the gas channel in response to a gas contraction accompanying a temperature drop in the gas channel of the hydrogen generator and the fuel cell.
- the power generation system 100 of the present modification is configured so that the fourth valve 156 and the fifth valve 160a are not provided in the power generation system 100 of the third embodiment, and the gas flow path in the power generation unit communicates with the atmosphere. Yes. Since the other configuration is the same as that of the power generation system 100 of the third embodiment, the description thereof is omitted.
- the first valve 150 and the second valve 152 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation. Further, in the gas supply operation, a mode in which the booster 102 is operated together with the opening operation of the first valve 150 and the second valve 152 may be adopted. In this case, the first valve 150, the second valve 152, and the booster 102 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation.
- the timing which replenishes source gas to the gas flow path in a power generation unit from a source gas supply device is arbitrary.
- the source gas supply device may be replenished with the source gas every time the detection value of a temperature detector (not shown) provided in the power generation unit decreases.
- the power generation system according to the fourth embodiment is configured such that, in the power generation system according to the first embodiment, the power generation unit includes a fuel cell, and a pressure compensation operation is performed on a gas flow path in the fuel cell.
- the operation method of the power generation system according to the fourth embodiment is the same as the operation method of the power generation system according to the first embodiment. Executed.
- the fourth embodiment differs from the second and third embodiments in that a solid oxide fuel cell (SOFC) that is an internal reforming type is used.
- SOFC solid oxide fuel cell
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power generation system according to the fourth embodiment.
- the power generation system 200 of the present embodiment is a fuel cell system.
- the power generation system 200 mainly includes a booster 202, an oxygen-containing gas supply unit 203, a water supply unit 204, a fuel cell body 212 including a reforming unit 208 and a fuel cell unit 211, and an oxidant.
- a gas supply unit 210, an orthogonal converter (not shown), a combustor 216, an air supply unit 218, and a controller 280 are provided.
- the booster 202, the water supply device 204, the oxidant gas supply device 210, the orthogonal transformer (not shown), the combustor 216, the air supply device 218, and the controller 280 are each in the second implementation.
- the configuration and function of the booster 102, the water supply 104, the oxidant gas supply 110, the orthogonal converter (not shown), the combustor 116, the air supply 118, and the controller 180 are as follows. Since it is the same, description is abbreviate
- the booster 202 is connected to the reforming unit 208.
- the reforming unit 208 is connected to the anode (a gas flow path on the anode side) of the fuel cell unit 211.
- the anode (gas path on the anode side) of the fuel cell 112 is connected to the combustor 216 via the off-fuel gas path 236.
- the combustor 216 communicates with the outside of the power generation system 200 via the flue gas passage 238 (open to the atmosphere).
- the oxidant gas supply device 210 is connected to the cathode (cathode side gas flow channel) of the fuel cell unit 211 via the oxidant gas supply flow channel 240.
- the cathode (cathode side gas flow path) communicates with the outside of the power generation system 200 via the off-oxidant gas flow path 242 (open to the atmosphere).
- a first valve 250 is provided in a flow path connecting the gas meter 10 and the booster 202.
- a second valve 252 is provided in a flow path connecting the booster 202 and the reforming unit 208.
- a third valve 255 is provided in a flow path connecting the oxygen-containing gas supply unit 203 and the reforming unit 208.
- a seventh valve 262 is provided in the flow path connecting the water supply device 204 and the reforming unit 208.
- An eighth valve 264 is provided in the combustion exhaust gas passage 238.
- the first valve 250, the second valve 252, the third valve 255, the seventh valve 262, and the eighth valve 264 are open / close valves configured to open and close the flow path in which each is provided (for example, Solenoid valve).
- the 1st valve 250 and the 2nd valve 252 are provided in the source gas path
- the fuel cell unit 211 is provided with a second temperature detector 270 that detects the temperature of the fuel cell unit 211.
- the position where the second temperature detector 270 is installed is not limited.
- the second temperature detector 270 may be provided in a gas flow path between the reforming unit 208 and the fuel cell unit 211.
- an indirect reforming type solid oxide fuel cell is illustrated, but it is applied to a direct reforming type solid oxide in which the power generation reaction of the reforming reaction is performed on the same catalyst. It doesn't matter. In this case, only the reforming unit and the fuel cell power generation unit are integrated, and the other parts are configured similarly.
- the power generation unit in this embodiment is a fuel cell main body 212.
- the first valve 250, the second valve 252, the third valve 255, the seventh valve 262, and the eighth valve 264 are opened (opened).
- the source gas supplied from the source of the source gas is supplied to the reforming unit 208 by the booster 202 after passing through the gas meter 10.
- the oxygen-containing gas supply unit 203 supplies an oxygen-containing gas such as air to the reforming unit 208.
- the water supplier 204 supplies the water received from the water tank 201 to the reforming unit 208.
- the reforming unit 208 generates water vapor by evaporating water and reacts the raw material gas with water vapor (steam reforming: CH 4 + H 2 O ⁇ 3H 2 + CO).
- the oxygen-containing gas is necessary for partial oxidation reforming (CH 4 + O 2 ⁇ 2H 2 + CO 2 ).
- the reforming unit 208 generates a hydrogen-containing gas (a gas containing H 2 gas) from the raw material gas by steam reforming or partial oxidation reforming.
- the hydrogen-containing gas is supplied from the reforming unit 208 to the anode of the fuel cell unit 211.
- the oxidant gas supply unit 210 supplies air as an oxidant gas to the cathode of the fuel cell unit 211.
- the fuel cell unit 211 generates power by causing the hydrogen-containing gas supplied from the reforming unit 208 to flow to the anode and the air supplied from the oxidant gas supply unit 210 to flow to the cathode.
- the gas (off fuel gas) discharged from the anode of the fuel cell is supplied to the combustor 216 via the off fuel gas channel 236.
- the combustor 216 burns off-fuel gas using the air supplied from the air supplier 218 and heats the reforming unit 208 and the fuel cell unit 211.
- the flue gas discharged from the combustor 216 is discharged to the outside of the power generation system 100 via the flue gas passage 238.
- the gas discharged from the cathode of the fuel cell is discharged outside the power generation system 200 via the off-oxidant gas flow path 242.
- step S201 in FIG. 5 the oxygen-containing gas supply device 203 is also stopped, and in step S202, the first valve 250, the second valve 252, the third valve 255, the seventh valve 262, and the eighth valve 264 are closed. Except for this point, the embodiment is the same as that described above, and the description thereof is omitted.
- FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a pressure compensation operation of the fuel cell main body using the raw material gas, which is executed by the power generation system according to the fourth embodiment.
- the pressure compensation operation in the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The following operations are controlled by the controller 180.
- the pressure compensation operation of the fuel cell main body using the source gas shown in FIG. 13 is a “source gas supply operation” corresponding to step S207 in FIG.
- the pressure compensation operation of the fuel cell main body using the raw material gas in the present embodiment is performed for the gas flow path on the anode side of the fuel cell section 211 and the gas flow path of the reforming section 208.
- a supplementary pressure operation using the raw material gas may be performed on other parts including the gas flow path on the cathode side of the fuel cell unit 211.
- the supplementary pressure start temperature Ts is a supplementary pressure (temperature inside the gas flow path) of the gas flow path of the fuel cell main body 212 (the gas flow path passing through the anode side of the reforming part 208 and the fuel cell part 211, the same applies hereinafter). This is a predetermined temperature set to determine whether or not it is necessary to start supply of gas in response to a pressure drop due to the drop, and is stored in the storage device of the controller 280.
- the supplementary pressure start temperature Ts can be appropriately set depending on the strength of the seal portion of the fuel cell body 212.
- step S902 If the decision result in the step S902 is No, the process returns to the step S901.
- step S902 If the determination result in step S902 is Yes, the first valve 250 and the second valve 152 are opened with the eighth valve 264 closed (step S903). As a result, the source gas is supplied to the gas flow path of the fuel cell main body 212.
- the first valve 150 and the second valve 152 correspond to a raw material gas supplier that performs a raw material gas supply operation.
- the eighth valve 264 corresponds to a valve that blocks communication between the power generation unit 1 and the atmosphere.
- Raw material gas supply time t is specified (step S904).
- the source gas supply time tm is, for example, an elapsed time after the first valve 250 and the second valve 152 are opened.
- the controller 280 acquires the time when the step S903 was executed (source gas supply start time) using a timer and stores it in the storage device. It is obtained by calculating the difference between the current time acquired by using and the stored source gas supply start time.
- the supply time threshold value tsm is determined by, for example, the gas flow rate of the fuel cell main body 212 to compensate for the pressure drop inside the fuel cell main body 212 from the degree of decrease in the fuel cell temperature T, the volume of the gas flow path of the fuel cell main body 212, and the like. It can be set by obtaining the amount of the raw material gas to be supplied to the road and dividing (dividing) by the flow rate of the raw material gas when the first valve 250 and the second valve 152 are opened.
- step S905 If the decision result in the step S905 is No, the process returns to the step S904.
- step S905 If the determination result in step S905 is Yes, the first valve 250 and the second valve 152 are closed (step S906), and the fuel cell temperature T is stored as the determination temperature Tth (step S907).
- step S903 and step S906 with respect to the pressure drop accompanying the temperature drop in the gas flow path of the fuel cell main body 212, the gas flow path and the atmosphere are blocked from communicating with the gas flow path. The raw material gas is supplied and the pressure is compensated (compensation operation).
- the fuel cell temperature T is specified using the second temperature detector (step S908), and it is determined whether T is less than 0.9 Tth (step S909).
- step S909 If the decision result in the step S909 is No, the process returns to the step S908.
- step S909 If the determination result in step S909 is Yes, the operations in steps S903 to S906 are executed again, and then the process returns to step S907.
- the above-described supplemental pressure operation suppresses damage to the fuel cell main body 212 due to a pressure difference between the inside and the outside of the fuel cell main body 212.
- the eighth valve 264 is appropriately opened by the controller 280, and air is supplied to the gas flow path of the power generation unit for pressure compensation.
- the power generation system is provided with the eighth valve 264.
- the controller 280 With respect to the gas contraction in the gas flow path accompanying the temperature decrease of the power generation unit (fuel cell main body 212), the controller 280 The material gas is replenished by opening the first valve 250 and the second valve 252. Controller 280 may operate booster 202 as these valves are opened.
- the power generation system according to the present invention has a power generation operation stop period for avoiding gas interruption or abnormality notification by a microcomputer meter in a fuel cell system in which a predetermined raw material gas supply operation is performed when the power generation operation is stopped. Is useful as a power generation system that can be made shorter than the conventional power generation system.
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Abstract
原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号を出力する機能および原料ガスの流れを遮断する機能の少なくともいずれか一方を有するガスメータを通過した原料ガスを消費して発電する発電ユニットと、発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給器と、制御器とを備え、制御器は、発電運転を通常停止させる場合、原料ガス供給器から発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、前記状態が第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、発電運転を停止させると共に、少なくともリセット時間が経過する迄は、原料ガス供給動作を停止させる。
Description
本発明は、発電システムに関する。より詳しくは、商用ガスを原料ガスとして用いる発電システムに関する。
商用ガスを原料ガスとして用いる発電システムの例として、燃料電池を用いたものがある。燃料電池は、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換して発電を行うものである。
一般的な燃料電池システムは、改質器を備え、炭化水素を主成分とする原料ガスを改質反応させ水素に富んだ燃料ガスを生成する。その生成した燃料ガスと空気中の酸素とを燃料電池で電気化学反応させ、電力が得られる。
原料ガスには、都市ガス、LPG、灯油などが用いられる。家庭用として燃料電池システムを使用する場合、主に都市ガスやLPGといった商用ガスが用いられる。
都市ガスやLPGといった商用ガスの供給元(いわゆる元栓など、各家庭内にあるガスの供給口)には、安全装置としてマイコンメータが備えられている。
該ガスメータは一般に、震度5以上の地震、ガス圧の急激な低下、所定値以上の流量での長時間(例えば30日以上)のガスの流れ(これによりガス漏れがあることが示唆される)、急なガス使用量の増加などを検知したときにガスを遮断する。マイコンメータには、所定値以上の流量での長時間(例えば30日以上)ガスが流れた場合にガス漏れの警報を出力するマイコンメータがある。また、ガスの遮断と警報の両方を行うマイコンメータもある。
燃料電池システムが家庭で用いられる場合には、他のガス機器と同様、該マイコンメータを介して原料ガスの供給を受けることになる。燃料電池システムは他の一般的なガス機器と異なり、家庭での電力負荷に応じて原料ガスを消費する。電力負荷が連続して発生した場合には、それに従って原料ガスの消費も、長期間(例えば30日以上)に亘り連続することがある。この場合、燃料電池システム自体は正常に運転されているにも関わらず、マイコンメータは異常が発生したと誤認し、ガスを遮断したり、警報を出力することになる。
かかる課題を克服するために、消費電力計測手段で計測された消費電力のスケジュールに基づいて、燃料電池ユニットの運転を開始した後第1の所定時間が経過するまでの間に、燃料電池ユニットを第2の所定時間の間停止状態に保持する制御装置を備える燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、燃料電池システムを停止する際に、改質器や燃料電池内を原料ガスでパージすることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、燃料電池システムを停止する際に、改質器や燃料電池内の圧力低下に対して原料ガスを供給する補圧動作を実行するシステムが提案されている(例えば、特許文献2及び特許文献3参照)。
しかしながら、上記特許文献1記載の燃料電池システムのようにマイコンメータによるガス遮断や異常報知を避けるために燃料電池システムの発電運転を停止したとしても、発電運転の停止に際して、上記特許文献2及び特許文献3に記載のように、原料パージや補圧動作に例示されるような原料ガス供給動作が実行されると、発電運転の停止期間が長期化してしまうという課題がある。これは、上記原料ガス供給動作により、燃料電池システムにおいて原料ガスを使用しない状態を上記第2の所定時間以上継続しにくくなるためである。この点は、燃料電池システムに限らず、原料ガスを用いて発電を行うあらゆる発電システムに共通する課題である。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、発電運転を停止する際に、所定の原料ガスの供給動作が実行される発電システムにおいて、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になるシステムを提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、本発明の発電システムは、原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号の出力、および、前記原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行するガスメータを通過した前記原料ガスを消費して発電する発電ユニットと、前記発電ユニットへ前記原料ガスを供給する原料ガス供給器と、制御器とを備え、前記制御器は、発電運転を通常停止させる場合、前記原料ガス供給器から前記発電ユニットへ前記原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、前記状態が前記第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、発電運転を停止させると共に、少なくとも前記リセット時間が経過する迄は、前記原料ガス供給動作を停止させるように構成されている。
本発明の発電システムの運転方法は、原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号の出力、および、前記原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行するガスメータを通過した原料ガスを消費して発電ユニットが発電し、発電運転を通常停止させる場合、原料ガス供給器から発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、前記状態が前記第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、前記発電ユニットの発電運転を停止させると共に、少なくとも前記リセット時間が経過する迄は、前記原料ガス供給動作を停止させる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明は、上記のような構成を有し、発電運転を停止する際に、所定の原料ガスの供給動作が実行される燃料電池システムにおいて、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る発電システムは、原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号の出力、および、原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行するガスメータを通過した原料ガスを消費して発電する発電ユニットと、発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給器と、制御器とを備え、制御器は、発電運転を通常停止させる場合、原料ガス供給器から発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、前記状態が第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、発電運転を停止させると共に、少なくともリセット時間が経過する迄は、原料ガス供給動作を停止させるように構成されている。
第1実施形態に係る発電システムは、原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号の出力、および、原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行するガスメータを通過した原料ガスを消費して発電する発電ユニットと、発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給器と、制御器とを備え、制御器は、発電運転を通常停止させる場合、原料ガス供給器から発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、前記状態が第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、発電運転を停止させると共に、少なくともリセット時間が経過する迄は、原料ガス供給動作を停止させるように構成されている。
第1実施形態に係る発電システムの運転方法は、原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号の出力、および、前記原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行するガスメータを通過した原料ガスを消費して発電ユニットが発電し、発電運転を通常停止させる場合、原料ガス供給器から発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、前記状態が第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、発電ユニットの発電運転を停止させると共に、少なくともリセット時間が経過する迄は、原料ガス供給動作を停止させる。
かかる構成では、発電運転を停止する際に、所定の原料ガスの供給動作が実行される発電システムにおいて、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。これにより、発電システムを従来の発電システムよりも速やかに起動することが可能になる。
上記「原料ガスの流れ」とは、ガスメータを通過する原料ガスの流れをいう。
上記「原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続」しているか否かの判定、及び、ガスメータに「異常信号の出力、および、原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行」を指示する制御器は、いずれの箇所に設置されてもよい。例えば、ガスメータに内蔵されてもよいし、ガスメータの動作を監視及び制御する外部のコントロールセンターに内蔵されてもよいし、発電システムに内蔵されてもよい。
上記通常停止とは、発電システムの異常により発電運転を停止させる場合を異常停止とするとき、該異常停止と異なる発電システムの停止を指す。一般には、例えば操作者により運転停止の指示が入力されたような場合や、タイマーを用いて運転停止の時刻が設定されている場合において該時刻が到来した際に停止指示が出力される場合などをいう。
上記「発電運転を停止させる」とは、発電ユニットからの電力の取り出しを停止することをいう。
上記原料ガス供給動作は、発電のための原料供給は含まない。原料ガス供給動作は、発電停止後に行われる動作を含む。
発電システムは、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路内の温度低下に伴う圧力低下に対して、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、原料ガス供給器より原料ガスをガス流路へ供給する補圧動作であってもよい。
発電システムの運転方法は、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断し、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路内の温度低下に伴う圧力低下に対して、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、原料ガス供給器より原料ガスをガス流路へ供給する補圧動作であってもよい。
図1は、第1実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示す図である。
発電システム50は、発電ユニット1と、原料ガス供給器2と、弁160と、制御器180とを備えている。
発電ユニット1は、ガスメータ10を通過した原料ガスを消費して発電し、例えば、燃料電池発電ユニット、ガスエンジン発電ユニット等が例示される。燃料電池発電ユニットは、燃料電池の他に水素生成器を含んでいてもよい。燃料電池発電ユニットに含まれる燃料電池の種類は、特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池、固体酸化物形燃料電池等であってもよい。原料ガスは、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含有するガスであり、例えば、天然ガス、都市ガス、LPGガス、気化された灯油等に例示される炭化水素ガス、もしくはメタノールガスなどのアルコールガス等が例示される。原料ガス供給源としては、都市ガスインフラ、天然ガスインフラ、LPGボンベ等が例示される。
原料ガス供給器2は、発電ユニット1に原料ガスを供給する機器であり、例えば、昇圧器、開閉弁、流量調整弁等が例示される。
弁160は、発電ユニット1から排出されたオフガスが流れるオフガス流路に設けられ、閉止することで発電ユニット1内のガス流路と大気との連通を遮断する。
制御器180は、原料ガス供給器2の動作を制御する。制御器180は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備える。演算処理部としては、MPU、CPUが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器180は、単独の制御器であってもよいし、複数の制御器が協働して燃料電池システムの制御を実行する制御器群であってもよい。
ガスメータ10は、需要家(例えば、家庭)が利用するガス機器で消費されるガスの総量を計測する機器である。ガスメータ10は、原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態(以下、連続流通状態)が継続する時間(以下、連続流通時間)が第1の上限時間以上になると、異常信号の出力、および、原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行する。上記リセット時間は、例えば、1時間、第1の上限時間は、例えば、30日と設定される。
「原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続」しているか否かの判定及び、ガスメータに「異常信号の出力、および、原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行」を指示する制御器は、ガスメータに内蔵されている。換言すれば、ガスメータは、原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続した場合に、異常信号を出力する機能および原料ガスの流れを遮断する機能の少なくともいずれか一方を有する。
ガスメータ10は、原料ガスの流れの停止が継続している時間(原料ガスの流れが連続して停止されている時間)である原料流通連続停止時間を積算すると共に、原料供給連続流通時間がリセット時間tr以上になると原料ガスの連続流通時間をゼロにリセットする。
次に、発電システム50の動作の一例について説明する。
図3は、発電システム50の動作の一例を示すフロー図である。
図3に示すように、制御器180により、発電システム100による原料ガスの連続使用時間が特定される(ステップS101)。
ここで、発電システム100による原料ガスの使用は、発電ユニット1に供給される原料ガスの流量を検知する原料ガス流量計(図示せず)により検知される。
原料ガスの連続使用時間は、原料ガスの供給がリセット時間tr以上停止されない状態(原料ガスの連続使用状態)が継続した時間を言う。原料ガスの連続使用時間は、例えば、記憶器に記憶された発電ユニット1への原料ガス供給開始時刻と、原料ガスの連続使用状態中であると判定された現在時刻との差分で求められる。原料ガス供給開始時刻は、原料ガスの連続使用状態が終了した後、発電ユニット1への原料ガスの供給が開始された時刻を、原料ガス流量計及び計時器(図示せず)より取得した値に基づき制御器180が特定する。
なお、原料ガスの連続使用時間は、リセット時間だけ原料ガス供給が停止されることでリセットされうる。
原料ガスの連続使用時間が特定されると、原料ガスの連続使用時間が第2の上限時間以上となっているか(ガス供給異常が発生しているか)が判定される(ステップS102)。ここで、第2の上限時間は、上記第1の上限時間より小さい値として設定される。原料ガスの連続使用時間が第2の上限時間未満であれば(ステップS102でNo)、ステップS101に戻り、再度、上記連続使用時間を特定する。
原料ガスの連続使用時間が第2の上限時間以上であれば(ステップS102でYes)、制御器180より停止指令が出力され(ステップS104)、その後、発電ユニット1へ原料ガスを供給する原料ガス供給動作が停止される(ステップS105)。
ここで、上記原料ガス供給動作について説明する。
まず、発電システム50の発電運転が停止されると、発電ユニット1への原料ガス供給が停止されるとともに、弁160が閉止される。その後、大気への放熱により温度低下し、発電システム50のガス流路内の圧力が低下する。そこで、弁160を閉止した状態で、原料ガス供給器2より該ガス流路に原料ガスを供給することでガス流路内の低下した圧力を補う(以下、補圧動作)。
なお、原料ガス供給器2より発電ユニット1内のガス流路に原料ガスを補給するタイミングは、任意である。例えば、原料ガス供給器2は、発電ユニット1のガス流路内の圧力を検出する圧力検知器(図示せず)の検出値が低下する度に繰り返し、原料ガスを供給してもよい。圧力検知器に代えて、該ガス流路内の圧力低下を間接的に検知する検知器を用いてもよい。例えば、温度検知器の検出値の低下により圧力低下を間接的に検知してもよいし、計時器により弁160を閉止により発電ユニット1を封止してからの経過時間により圧力低下を間接的に検知してもよい。
ステップS105の後、制御器180より停止指令が出力されて以降において、発電ユニット1への原料ガスの供給の停止が継続している時間(原料ガス供給停止時間)が特定される(ステップS204)。原料ガス供給停止時間は、例えば、記憶器に記憶された発電ユニット1への原料ガスの供給の停止を開始した時刻(原料ガス供給停止開始時刻)と原料ガスの供給の停止が継続していると判定されている現在時刻との差分で求められる。原料ガス供給停止開始時刻は、制御器180より停止指令が出力された後、発電ユニット1への原料ガスの供給を停止された時刻を、原料ガス流量計及び計時器(図示せず)より取得した値に基づき制御器180が特定する。
次に、原料ガス供給停止時間がガスメータ10のリセット時間tr以上であるか否かが判定される(ステップS205)。原料ガス供給停止時間がリセット時間tr以上であると(ステップS205でYes)、原料ガス供給動作の停止を終了する(エンド)。原料ガス供給停止時間がリセット時間tr未満であると(ステップS205でNo)、ステップS204に戻り、再度、原料ガスの原料ガス供給停止時間を特定し、原料ガス供給停止時間がリセット時間tr以上となるまで、原料ガス供給動作を停止する。
上記動作フローにより、発電システム50は、ガス供給異常が発生すると、発電運転を停止されると共に少なくともリセット時間trが経過する迄は、発電ユニットへの原料ガス供給動作を停止され、ガスメータ10での原料ガスの連続流通時間がゼロにリセットされることが見込まれる。これにより、発電運転が停止された後の所定の原料ガス供給動作が、通常停止時と同様に実行される従来の発電システムに比して、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。これにより、従来の発電システムよりもより速やかに発電システムを起動することが可能になり、発電システムの起動性が向上する。
上記発電システム50では、発電ユニット1での原料ガスの連続使用時間を計測することで、ガスメータ10での原料ガスの連続流通時間を間接的に計測しているが、これは一例に過ぎない。原料ガスの連続流通時間を計測する方法は、直接的または間接的な任意の方法で計測される。
例えば、ガスメータ10に内蔵された流量センサにより上記連続流通時間を直接的に計測してもよい。例えば、原料ガスの連続使用時間に比例するパラメータ値により間接的に計測してもよい。パラメータとしては、発電システムの発電時間、発電時に発電ユニットに供給される原料ガスと異なる流体の供給時間等が例示される。発電時に発電ユニットに供給される原料ガスと異なる流体としては、燃料電池発電ユニットであれば、燃料電池に供給される酸化剤ガス、水素生成器に供給される水等が例示される。ガスエンジン発電ユニットであれば、ガスエンジンに供給される燃焼用空気等が例示される。
ガスメータ10のリセット時間trは、例えば、制御器180の記憶器に記憶されている。なお、ガスメータ10のリセット時間trそのものをステップS204における判定に用いることは必須ではない。リセット時間trより長い所定の時間閾値を用いて、該所定の時間閾値を経過するまで原料ガス供給動作を停止してもよい。これは、上記原料ガスの供給停止期間中において、発電ユニットへの原料ガスの供給は停止されたとしても需要家による他のガス消費機器の利用により原料ガスが使用されている可能性があるためである。ここで、上記所定の時間閾値としては、例えば、他のガス消費機器の利用が継続的に停止される時間が、上記リセット時間tr以上になることが見込まれる時間(例えば、12時間)が設定されることが好ましい。
なお、原料ガス供給動作の停止が終了してから次の起動要求が発生するまでの間において、上記原料ガス供給動作は実行しても、しなくてもいずれであってもよい。上記「起動要求が発生する」とは、ユーザーが操作部(図示せず)を介して発電システムの運転開始を指示する操作を実行すること、予め設定された発電運転開始時刻になること、電力負荷需要が発電システムの発電運転が必要な閾値以上に達すること等が挙げられる。
[第1変形例]
第1変形例の発電システムにおいて、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスをガス流路へ供給するガス補給動作である。
第1変形例の発電システムにおいて、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスをガス流路へ供給するガス補給動作である。
第1変形例の発電システムの運転方法において、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスをガス流路へ供給するガス補給動作である。
本変形例の発電システム50は、第1実施形態の発電システム50に対して、弁160を設けず、発電ユニット1内のガス流路が大気と連通するよう構成されている。それ以外の構成については、第1実施形態の発電システム50と同様であるので説明を省略する。
以下に、本変形例の発電システム50の動作について説明する。
まず、発電システム50の発電運転が停止されると、大気への放熱により温度低下し、発電システム50のガス流路内のガスが収縮する。発電ユニット1内のガス流路は、大気開放されているので、大気からの空気が該ガス流路内に流入するが、原料ガス供給器2より該ガス流路に原料ガスを補給することでガス流路内に流入した空気を大気に排出する。これにより、発電ユニット1内のガス流路への空気の流入量が低減され、発電ユニット1内のガス流路において使用される部材(配管または触媒等)の酸化劣化の程度が低減され好ましい。
なお、原料ガス供給器2より発電ユニット1内のガス流路に原料ガスを補給するタイミングは、任意である。例えば、原料ガス供給器2は、発電ユニット1に設けられた温度検出器(図示せず)の検出値が低下する度に動作を繰り返し、原料ガスを補給してもよい。
[第2変形例]
第2変形例の発電システムにおいて、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路を原料ガスで掃気する原料ガスパージ動作である。
第2変形例の発電システムにおいて、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路を原料ガスで掃気する原料ガスパージ動作である。
第2変形例の発電システムの運転方法において、原料ガス供給動作は、発電ユニットのガス流路を原料ガスで掃気する原料ガスパージ動作である。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第1実施形態及びその第1変形例の発電システムのいずれかと同様に構成してもよい。
以下に本変形例の発電システム50の動作について説明する。
まず、発電システム50の発電運転が停止されると、発電ユニット1への原料ガスの供給が停止されるとともに、弁160が閉止される。その後、所定のタイミングで弁160を開放し、原料ガス供給器2を動作させ、発電ユニット1のガス流路内の残留ガスを原料ガスで掃気する(以下、原料ガスパージ動作)。
なお、上記原料ガスパージ動作を実行するタイミングは任意である。例えば、発電ユニット1に設けられた温度検知器(図示せず)で検知された温度が、原料ガスを供給しても炭素析出しない温度になると、制御器180が原料ガスパージ動作を実行するよう制御してもよい。上記例においては、発電システム50は、弁160を設けた形態で原料ガスパージ動作を実行しているが、弁160を設けてない形態で原料ガスパージ動作を実行しても構わない。
なお、第1実施形態、その第1変形例、及び本変形例において、原料ガス補給動作として、原料ガスによる補圧動作、原料ガスの補給動作、及び原料ガスパージ動作を挙げたが、これらは例示である。従って、原料ガス供給動作は、これらに限定されるものではなく、他のいずれの原料ガス供給動作であっても構わない。
[第3変形例]
第3変形例の発電システムにおいて、制御器は、少なくともガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、ガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁を開放させ空気をガス流路へ供給するように構成されている。
第3変形例の発電システムにおいて、制御器は、少なくともガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、ガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁を開放させ空気をガス流路へ供給するように構成されている。
第3変形例の発電システムの運転方法において、少なくともガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、ガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁を開放させ空気をガス流路へ供給する。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第1実施形態、及びその第2変形例のいずれかと同様に構成してもよい。
以下に本変形例の発電システム50の動作について説明する。
本変形例の発電システム50は、発電システム50の発電運転が停止されると、発電ユニット1への原料ガス供給が停止されるとともに、弁160が閉止される。その後、大気への放熱により温度低下し、発電システム50のガス流路内の圧力が低下する。そこで、弁160を開放して、該ガス流路に外気を流入させることでガス流路内の低下した圧力を補う。なお、弁160を開放して、発電ユニット1内のガス流路に外気を補給するタイミングは、任意である。例えば、原料ガス供給器2は、発電ユニット1のガス流路内の圧力を検出する圧力検知器(図示せず)の検出値が低下する度に繰り返し、原料ガスを供給してもよい。圧力検知器に代えて、該ガス流路内の圧力低下を間接的に検知する検知器を用いてもよい。例えば、温度検知器の検出値の低下により圧力低下を間接的に検知してもよいし、計時器により弁160を閉止により発電ユニット1を封止してからの経過時間により圧力低下を間接的に検知してもよい。
[第4変形例]
第4変形例の発電システムは、水蒸気を供給する水蒸気供給器を備え、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、制御器は、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、発電ユニット内のガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、水蒸気を水蒸気供給器からガス流路へ供給するように構成されている。
第4変形例の発電システムは、水蒸気を供給する水蒸気供給器を備え、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、制御器は、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、発電ユニット内のガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、水蒸気を水蒸気供給器からガス流路へ供給するように構成されている。
第4変形例の発電システムの運転方法は、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断され、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、発電ユニット内のガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、水蒸気をガス流路へ供給する。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第1実施形態、及びその第2変形例のいずれかと同様に構成してもよい。
以下に本変形例の発電システム50の動作について説明する。
本変形例の発電システム50は、第1実施形態の発電システム50に対して、水蒸気供給器(図示せず)を更に備えている。それ以外の構成については、第1実施形態の発電システム50と同様であるので説明を省略する。
本変形例の発電システム50は、発電システム50の発電運転が停止されると、発電ユニット1への原料ガス供給が停止されるとともに、弁160が閉止される。その後、大気への放熱により温度低下し、発電システム50のガス流路内の圧力が低下する。そこで、弁160を閉止した状態で、水蒸気供給器より該ガス流路に水蒸気を供給することでガス流路内の低下した圧力を補う。なお、水蒸気供給器より水蒸気を供給するタイミングは、任意である。例えば、水蒸気供給器は、発電ユニット1のガス流路内の圧力を検出する圧力検知器(図示せず)の検出値が低下する度に繰り返し、水蒸気を供給してもよい。圧力検知器に代えて、該ガス流路内の圧力低下を間接的に検知する検知器を用いてもよい。例えば、温度検知器の検出値の低下により圧力低下を間接的に検知してもよいし、計時器により弁160を閉止により発電ユニット1を封止してからの経過時間により圧力低下を間接的に検知してもよい。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットは、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、水素生成器のガス流路に対して補圧動作が実行されるよう構成されている。
第2実施形態に係る発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットは、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、水素生成器のガス流路に対して補圧動作が実行されるよう構成されている。
第2実施形態に係る発電システムの運転方法は、第1実施形態の発電システムの運転方法において、水素生成器が原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池が燃料ガスを用いて発電し、原料ガス供給動作として、水素生成器のガス流路に対して補圧動作が実行される。
発電システムにおいて、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、補圧動作は、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断した状態で、原料ガス供給器より原料ガスを水素生成器内のガス流路へ供給して、実行されてもよい。
発電システムの運転方法は、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断され、補圧動作は、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、原料ガス供給器より原料ガスを水素生成器内のガス流路へ供給して、実行されてもよい。
発電システムにおいて、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断するための弁を備え、制御器は、弁を閉止して、ガス流路と大気との連通を遮断するように構成されていてもよい。
発電システムの運転方法は、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁を閉止して、ガス流路と大気との連通を遮断してもよい。
本実施形態の発電システムは、上記特徴以外は、第1実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
[装置構成]
図2は、第2実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示す図である。なお、本実施形態の発電システム100は燃料電池システムである。
図2は、第2実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示す図である。なお、本実施形態の発電システム100は燃料電池システムである。
図2に示すように本実施の形態の発電システム100は主として、少なくとも水素生成器111と水素生成器111で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池112とから構成される発電ユニットを備える。水素生成器111は改質器108を備える。また、上記発電システムは、水素生成器111での水素生成動作を実行させるための補機として、原料ガス供給器2と、水蒸気供給器としての水供給器104及び蒸発器106と、燃焼器116と、空気供給器118とを備える。また、上記発電システムは、燃料電池112の発電を実行させるための補機として、酸化剤ガス供給器110と、直交変換器(図示せず)とを備える。そして、上記発電システムを制御する制御器180とを備えている。
昇圧器102は、大気に対して正圧の供給圧を有する原料ガス供給源にガスメータ10を介して接続されている。
昇圧器102は、原料ガス流路128を介して改質器108と接続されている。また、原料ガス流路128には、原料ガス流量計11が設けられている。また、第1バイパス流路130は、昇圧器102より下流の原料ガス流路128において分岐し、水素生成器111をバイパスして、水素含有ガス供給流路132に接続されている。
水素生成器111は、水素含有ガス供給流路132を介して燃料電池112のアノード(アノード側のガス流路)に接続されている。水素生成器111は、改質器108で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するために、変成触媒を有する変成器や選択酸化触媒を有する浄化器を備えていてもよい。
水素含有ガス供給流路132には、燃料電池112をバイパスし、水素生成器111と燃焼器116とを接続する第2バイパス流路134が接続されている。燃料電池112のアノード(アノード側のガス流路)はオフ燃料ガス流路136を介して燃焼器116に接続されている。燃焼器116は燃焼排ガス流路138を介して発電システム100の外部に連通している(大気開放されている)。酸化剤ガス供給器110は酸化剤ガス供給流路140を介して燃料電池112のカソード(カソード側のガス流路)に接続されている。カソード(カソード側のガス流路)はオフ酸化剤ガス流路142を介して発電システム100の外部に連通している(大気開放されている)。
ガスメータ10と原料ガス流量計11とを結ぶ原料ガス流路128に、第1弁150が設けられている。昇圧器102と改質器108とを結ぶ原料ガス流路128の、第1バイパス流路130の分岐点よりも改質器108側に、第2弁152が設けられている。第1バイパス流路130に、第3弁154が設けられている。水素含有ガス供給流路132のうち、第2バイパス流路134の分岐点よりも燃料電池112側に、第4弁156が設けられている。オフ燃料ガス流路136には、第5弁160aが設けられている。第2バイパス流路134には、第6弁160bが設けられている。水供給器104と蒸発器106とを結ぶ流路には、第7弁162が設けられている。第1弁150と、第2弁152と、第3弁154と、第4弁156と、第5弁160aと、第6弁160bと、第7弁162とは、各々が設けられている流路を開閉可能に構成された開閉弁(例えば、電磁弁)である。なお、原料ガス流路128に設けられた、第1弁150及び第2弁152は、いずれか一方のみを設けた形態であっても、原料ガス流路128内の原料ガスの流れを許可/遮断する機能が実現されるため、このような形態であっても構わない。第5弁160a及び第6弁160bを閉止することにより、発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるので、発電システム100では、第4弁156を省略しても構わない。さらに、発電システムでは、第2バイパス流路134及び第6弁160bを省略しても構わない。この場合、第5弁160aが発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁として機能する。
改質器108の近傍には、改質器108の温度を検出する第1温度検出器170が設けられている。
制御器180は、昇圧器102、水供給器104、酸化剤ガス供給器110、直交変換器(図示せず)、空気供給器118、第1弁150、第2弁152、第3弁154、第4弁156、第5弁160a、第6弁160b、第7弁162と、通信可能に接続されている。制御器180は、CPU(図示せず)と、計時器(図示せず)と、記憶器(図示せず)とを備えている。
ガスメータ10は、実施の形態1と同様に構成されるので、その説明を省略する。
[発電運転]
発電システム100の発電運転時の動作について以下説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
発電システム100の発電運転時の動作について以下説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
発電運転時には、第1弁150、第2弁152、第4弁156、第5弁160a、第7弁162は開状態(開放)とされ、第3弁154、第6弁160bは閉状態(閉止)とされる。
原料ガスの供給源から供給される原料ガスは、ガスメータ10を通過後、昇圧器102により改質器108へと供給される。水供給器104は、水タンク101から受け取った水を、蒸発器106へと供給する。蒸発器106は、燃焼器116から供給される熱を利用して水を蒸発させ、水蒸気を生成する。水蒸気は、改質器108へと供給される。改質器108は、昇圧器102から供給される原料ガスおよび蒸発器106から供給される水蒸気を用いて水素含有ガス(H2ガスを含有するガス)を生成する。上記水素含有ガスが、燃料電池112の燃料ガスとなる。
水素含有ガスは、水素生成器111から燃料電池112のアノードへと供給される。酸化剤ガス供給器110は、酸化剤ガスとして空気を燃料電池112のカソードへと供給される。燃料電池112は、改質器108から供給される水素含有ガスをアノードへ通流させると共に酸化剤ガス供給器110から供給される空気をカソードへ通流させることで発電を行う。
燃料電池のアノードから排出されるガス(オフ燃料ガス)は、オフ燃料ガス流路136を介して燃焼器116へと供給される。燃焼器116は、空気供給器118から供給される空気を用いてオフ燃料ガスを燃焼させ、蒸発器106および改質器108を加熱する。燃焼器116から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路138を介して、発電システム100の外部へと排出される。
燃料電池のカソードから排出されるオフ酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス流路142を介して、発電システム100の外部へと排出される。
直交変換器(図示せず)は、燃料電池112が出力する直流電流を交流に変換し、外部負荷(図示せず)へと供給する。
[ガス供給異常の判定]
図4は、第2実施形態にかかる発電システムが実行する、ガス供給異常を判定する動作の一例を示すフローチャートである。以下、図4を参照しつつ、発電システム100におけるガス供給異常の判定動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
図4は、第2実施形態にかかる発電システムが実行する、ガス供給異常を判定する動作の一例を示すフローチャートである。以下、図4を参照しつつ、発電システム100におけるガス供給異常の判定動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
ガス供給異常の判定動作が開始されると(スタート)、発電システム100による原料ガスの連続使用時間が特定される(ステップS101)。なお、後述するように、原料ガスの連続使用時間は、リセット時間だけ原料ガス供給が停止されることでリセットされうる(図5のステップS205参照)。
原料ガスの連続使用時間が特定されると、原料ガスの連続使用時間が第2の上限時間以上となっているか(ガス供給異常が発生しているか)が判定される(ステップS102)。原料ガスの連続使用時間が第2の上限時間未満であれば(ステップS102でNo)、ステップS101に戻り、再度、上記連続使用時間を特定する。
原料ガスの連続使用時間が第2の上限時間以上であれば(ステップS102でYes)、ガス供給異常フラグがONとされ(ステップS103)、停止指令が出力され(ステップS104)、判定動作が終了する(エンド)。ガス供給異常フラグは、例えば、制御器180が備える記憶器の特定アドレスのメモリ素子(例えば、メモリ素子がON状態であればフラグがONとなる)により構成される。
以上に示したガス供給異常の判定動作は、例えば発電システム100の運転時に一定時間毎(例えば10分間隔)に実行される。
第2の上限時間は、予め上述した第1の上限時間より短く(例えば5日程度短く)設定された所定時間(例えば25日)であり、制御器180の記憶器に記憶されている。
[運転停止動作]
図5は、第2実施形態にかかる発電システムが実行する、運転停止動作の一例を示すフローチャートである。以下、図5を参照しつつ、発電システム100における運転停止動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
図5は、第2実施形態にかかる発電システムが実行する、運転停止動作の一例を示すフローチャートである。以下、図5を参照しつつ、発電システム100における運転停止動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
停止指令が出力されると、直交変換器による燃料電池112からの電力の取り出しが停止される(外部負荷への電力出力が停止される)と共に、運転停止動作が開始される(スタート)。昇圧器102と水供給器104と酸化剤ガス供給器110とが停止され(ステップS201)、第1弁150と、第2弁152と、第4弁156と、第5弁160aと、第7弁162とが閉止される(ステップS202)。第3弁154と第6弁160bとは運転時には閉止されているから、ステップS202の動作により、発電運転の停止と連動して改質器108の内部のガス流路および燃料電池112の内部のガス流路と大気との連通が完全に遮断されることになる。
次に、ガス供給異常フラグがONであるか否かの判定が行われる(ステップS203)。
ガス供給異常フラグがONでない場合には、発電待機状態に移行し、(ステップS207)その後、起動要求が発生するまでの間、発電ユニット1に対して必要に応じて所定の原料ガス供給動作(ここでは、原料ガスによる補圧動作)が実行される(ステップS208)。なお、原料ガスによる補圧動作の詳細は後述する。ここで、上記「発電待機状態」とは、発電システムの起動要求が発生した場合に、速やかに発電システムの起動が開始される状態をいう。従って、発電運転の停止に伴い実行される上記原料ガス供給動作が実行されてなくてもそのまま発電システムの起動が開始される。
ガス供給異常フラグがONである場合には、上記原料ガス供給動作を停止して、ステップS201において発電ユニットへの原料ガスの供給を停止してから原料ガスの供給の停止が継続している時間(原料ガス供給停止時間)が特定される(ステップS204)。
次に、原料ガス供給停止時間がガスメータ10のリセット時間tr以上になるまで原料ガス供給動作が待機される(ステップS205)。ガスメータ10のリセット時間trは、例えば、制御器180の記憶器に記憶されている。なお、ガスメータ10のリセット時間trそのものをステップS204における判定に用いることは必須ではない。リセット時間trより長い所定の時間閾値を用いて、該所定の時間閾値を経過するまで原料ガス供給動作が待機されてもよい。
待機が完了すると、ガス供給異常フラグがOFFにされると共に、原料ガスの連続使用時間がゼロにリセットされる(ステップS206)。そして、発電システム100は発電待機状態に移行し(ステップS207)、起動要求が発生するまでに間は、必要に応じて所定の原料ガス供給動作が実行される(ステップS208)。
[原料ガスを用いた水素生成器の補圧]
図6は、第2実施形態にかかる発電システムにおいて、上記原料ガス供給動作として原料ガスを用いた水素生成器の補圧動作を実行する形態を採用した場合における補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図6を参照しつつ、原料ガスを用いた水素生成器の補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
図6は、第2実施形態にかかる発電システムにおいて、上記原料ガス供給動作として原料ガスを用いた水素生成器の補圧動作を実行する形態を採用した場合における補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図6を参照しつつ、原料ガスを用いた水素生成器の補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
発電システムの発電運転の停止処理が完了して、発電待機状態に移行すると(スタート)、第1温度検出器170を利用して改質器温度Tが特定され(ステップS301)、改質器温度Tが補圧開始温度Ts以下であるか否かの判定が行われる(ステップS302)。補圧開始温度Tsは、原料ガスによる改質器108内部のガス流路の補圧動作(改質器の温度低下に伴う改質器内部の圧力低下に対してガスを供給して圧力を補うこと)を開始する必要があるか否かを判定するために設定された所定温度であり、制御器180の記憶器に記憶されている。補圧開始温度Tsは、水素生成器の耐負圧強度などにより適宜に設定されうる。
ステップS302の判定結果がNoであれば、ステップS301に戻る。
ステップS302の判定結果がYesであれば、第5弁160a及び第6弁160bを閉止した状態で、第1弁150および第2弁152が開放される(ステップS303)。これにより、原料ガスが原料ガス流路128を介して改質器108を含む水素生成器111内部のガス流路へと供給される。この場合、第1弁150及び第2弁152が、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。また、第5弁160a及び第6弁160bが、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁に相当する。なお、補圧動作において改質器108に原料ガスを供給する際に、上記第1弁150及び第2弁152の開放動作と共に昇圧器102を動作させる形態を採用しても構わない。この場合、第1弁150、第2弁152、及び昇圧器102が、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。
原料ガス供給時間tmが特定される(ステップS304)。原料ガス供給時間tmは、例えば、第1弁150および第2弁152が開放されてからの経過時間である。原料ガス供給時間tmは、例えば、ステップS303の実行された時刻(原料ガス供給開始時刻)を制御器180が計時器を用いて取得して記憶器に記憶しておき、判定時点に計時器を用いて取得した現在時刻と、記憶されている原料ガス供給開始時刻との差分を求めることで得られる。
次に、原料ガス供給時間tmが供給時間閾値tsm以上であるか否かの判定が行われる(ステップS305)。供給時間閾値tsmは、例えば、改質器108の圧力の低下の度合や改質器内部の流路の容積、シール部分の強度等から、改質器108の内部の圧力低下を補うために改質器108へ供給されるべき原料ガスの量を求め、これを第1弁150および第2弁152を開放した場合の原料ガスの流量で除する(割算する)ことで設定されうる。
ステップS305の判定結果がNoであれば、ステップS304に戻る。
ステップS305の判定結果がYesであれば、第1弁150および第2弁152が閉止され(ステップS306)、改質器温度Tが判定温度Tthとして記憶される(ステップS307)。
次に、第1温度検出器170を利用して改質器温度Tが特定され(ステップS308)、Tが0.9Tth未満であるか否かの判定が行われる(ステップS309)。
ステップS309の判定結果がNoであれば、ステップS308に戻る。
ステップS309の判定結果がYesであれば、再度ステップS303~ステップS306の動作が実行され、その後、ステップS307に戻る。
なお、上述の例では水素生成器111の内部の圧力低下を間接的に検知する物理量として改質器温度を用いていたが、他の方法で検知されてもよい。例えば、弁による水素生成器111の封止動作(ステップS202やステップS306)を行ってからの経過時間により水素生成器111の内部の圧力低下を間接的に検知してもよい。あるいは、改質器108の内部に圧力検出器を設け、水素生成器111の圧力低下を直接的に検知してもよい。
上述した例では原料ガスを用いて水素生成器の補圧動作が行われたが、ガス供給異常が発生した場合には、後述するように、空気や水蒸気を用いて水素生成器の補圧動作を実行する形態を採用してもよい(図8、図9を参照)。
上記補圧動作により、発電運転を停止する際に,改質器108の内部と外部との圧力差が原因となって改質器108が損傷することを抑制できる。
なお、ガス供給異常により原料ガス供給動作をリセット時間以上停止した後、待機状態に移行すると、必要に応じて原料ガスによる補圧動作を実行する形態を採用したが、上記補圧動作を実行せず、水素生成器内のガス流路を原料ガスで掃気する動作である原料ガスパージ動作(図7を参照)を行う形態を採用しても構わない。
[効果]
本実施形態の発電システムによれば、上記原料ガスによる補圧動作を強制的に停止しない場合に比して、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。
本実施形態の発電システムによれば、上記原料ガスによる補圧動作を強制的に停止しない場合に比して、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。
[第1変形例:原料ガスによる水素生成器のパージ]
第1変形例の発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットは、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、原料ガス供給動作として、水素生成器のガス流路に対して原料ガスパージ動作が実行されるよう構成されている。
第1変形例の発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットは、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、原料ガス供給動作として、水素生成器のガス流路に対して原料ガスパージ動作が実行されるよう構成されている。
第1変形例の発電システムの運転方法は、第1実施形態の発電システムの運転方法において、水素生成器は原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池は水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電し、原料ガス供給動作として水素生成器のガス流路に対して原料ガスパージ動作が実行される。
上記発電システムにおいて、制御器は、ガス供給異常により原料ガス供給動作をリセット時間以上停止した後、再起動を行わない場合には、発電ユニット内のガス流路を原料ガスで掃気する動作である原料ガスパージ動作を行うように構成されていてもよい。
上記発電システムの運転方法において、ガス供給異常により原料ガス供給動作をリセット時間以上停止した後、再起動を行わない場合には、発電ユニット内のガス流路を原料ガスで掃気する動作である原料ガスパージ動作を行ってもよい。
かかる構成では、リセット時間以上の原料供給動作の停止によりガス供給異常の発生が抑制されるともに、再起動待機中の温度低下に伴う発電ユニット内のガス経路の水詰まりが、原料ガスパージにより抑制される。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第2実施形態の発電システムと同様に構成してもよい。
以下に、本変形例の発電システムの一例について説明する。
発電システム100は、発電システムの発電運転の停止に伴う原料ガス供給動作として、補圧動作ではなく、発電ユニットのガス流路(本変形例では水素生成器のガス流路)を原料ガスで掃気する原料ガスパージ動作を行うものである。発電システム100において、原料ガス供給動作以外の動作および装置構成は実施例について上述したものと同様であるので説明を省略する。
図7は、第1実施形態の第1変形例にかかる発電システムが実行する、原料ガスパージ動作の一例を示すフローチャートである。本変形例は、原料ガス供給動作として水素生成器の原料ガスパージを行うものである。以下、図7を参照しつつ、本変形例における原料ガスパージ動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。なお、図7に示す原料ガスパージ動作は、図5中のステップS208に相当する「原料ガス供給動作」である。
原料ガスパージ動作が開始されると(スタート)、第1温度検出器170を利用して改質器温度Tが特定され(ステップS401)、検知温度Tが原料ガスパージ温度Tp以下であるか否かの判定が行われる(ステップS402)。原料ガスパージ温度Tpは、原料ガスによる水素生成器111内部のガス流路の掃気を開始するか否かを判定するために設定された温度であり、制御器180の記憶器に記憶されている。ここで、原料ガスパージ温度Tpは、原料ガスからの炭素析出が生じない温度として設定される。
ステップS402の判定がNOであれば、ステップS401に戻る。
ステップS402の判定がYESであれば、第1弁150、第2弁152、第6弁160bが開放され(ステップS403)、昇圧器102の動作が開始される(ステップS404)。これにより、原料ガスが改質器108を含む水素生成器111内部のガス流路に供給される(原料ガスによるパージが開始される)。このとき、原料ガス供給開始時刻が計時器を用いて取得され、記憶器に記憶される。昇圧器102は、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。
次に、原料ガス供給時間tmが特定され(ステップS405)、これがパージ時間tp以上となっているか否かの判定が行われる(ステップS406)。原料ガス供給時間tmの特定は、例えば、判定時点に計時器を用いて取得した現在時刻と、記憶されている原料ガス供給開始時刻との差分を求めることで行われる。パージ時間tpは、その間だけ所定流量で原料ガスを供給すれば原料ガスで水素生成器111内部のガス流路が完全に掃気されるように設定された所定時間であり、例えば制御器180の記憶器に記憶されている。
ステップS406の判定結果がNOであれば、ステップS405に戻る。
ステップS406の判定結果がYESであれば、昇圧器102が停止(ステップS407)されると共に、第1弁150、第2弁152、第6弁160bが閉止され(ステップS408)、原料ガスパージ動作が終了する。
なお、パージ動作を終了するか否かの判定は、必ずしもステップS405~S406のように原料ガス供給時間という物理量を用いる必要はなく、例えば原料ガス供給量を検出し、これがパージに必要とされるガスの容積V1以上となったか否かで直接的に判定が行われてもよい。
なお、上述の説明ではガス供給異常の際にガスメータをリセットさせた後で原料ガスパージ動作を行う構成としたが、ガス供給異常の際にガスメータをリセットさせた後で原料ガスパージ動作を行わない構成としてもよい。
[第2変形例:空気による水素生成器の補圧]
第2変形例の発電システムは、第2実施形態及びその第1変形例の発電システムのいずれかにおいて、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁とを備え、制御器は、少なくともガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、ガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、弁を開放させ空気を水素生成器のガス流路へ供給するように構成されている。
第2変形例の発電システムは、第2実施形態及びその第1変形例の発電システムのいずれかにおいて、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁とを備え、制御器は、少なくともガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、ガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、弁を開放させ空気を水素生成器のガス流路へ供給するように構成されている。
第2変形例の発電システムの運転方法は、第2実施形態及びその第1変形例の発電システムのいずれかにおいて、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁を閉止し、少なくともガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、ガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、弁を開放させ空気を水素生成器のガス流路へ供給する。
かかる構成では、原料ガス供給動作を停止している間において空気を用いてガス流路内の圧力低下が抑制され、発電ユニットの破損等が抑制される。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第2実施形態、及びその第1変形例のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。
以下に、本変形例の発電システムの一例について説明する。
発電システム100は、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間に空気を用いた水素生成器の補圧動作を行うものである。発電システム100において、空気を用いた補圧動作以外の動作および装置構成は実施例について上述したものと同様であるので説明を省略する。
空気を用いた補圧動作は、例えば、図5のステップS204からS205において、原料ガス供給動作が停止されている期間に、実行される。
図8は、第1実施形態の第2変形例にかかる発電システムが実行する、空気を用いた補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図8を参照しつつ、本変形例における空気を用いた補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
例えば、図5のステップS203でYesの判定結果が得られると、発電運転の通常停止に伴い実行される原料ガスの補圧動作が停止されている期間中において、空気を用いた水素生成器の補圧動作が開始される(スタート)。第1温度検出器170を利用して改質器温度Tが特定され(ステップS501)、改質器温度Tが補圧開始温度Ts以下であるか否かの判定が行われる(ステップS502)。補圧開始温度Tsは、図6に関して上記した通りであるので記載を省略する。
ステップS502の判定結果がNoであれば、ステップS501に戻る。
ステップS502の判定結果がYesであれば、第6弁160bが開放される(ステップS503)。これにより空気が、燃焼排ガス流路138と燃焼器116と第2バイパス流路134と水素含有ガス供給流路132とを介して水素生成器108内部のガス流路へと供給される。
空気ガス供給時間taが特定される(ステップS504)。空気ガス供給時間taは、例えば、第6弁160bが開放されてからの経過時間である。空気ガス供給時間taは、例えば、ステップS503の実行された時刻(原料ガス供給開始時刻)を制御器180が計時器を用いて取得して記憶器に記憶しておき、判定時点に計時器を用いて取得した現在時刻と、記憶されている原料ガス供給開始時刻との差分を求めることで得られる。
次に、空気ガス供給時間taが供給時間閾値tsa以上であるか否かの判定が行われる(ステップS505)。供給時間閾値tsaは、例えば、改質器温度Tの低下の度合や水素生成器内部の流路の容積、シール部分の強度等から、水素生成器111の内部の圧力低下を補うために水素生成器111へ供給されるべき空気の量を求め、これを第6弁160bを開放した場合の空気の流量で除する(割算する)ことで設定されうる。
ステップS505の判定結果がNoであれば、ステップS504に戻る。
ステップS505の判定結果がYesであれば、第6弁160bが閉止され(ステップS506)、改質器温度Tが判定温度Tthとして記憶される(ステップS507)。ステップS503からステップS506までの間に、水素生成器108内部のガス流路内の温度低下に伴う圧力低下に対して、発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断した状態(第5弁160a及び第6弁160bが閉止された状態)で、当該ガス流路へと空気が供給され、圧力が補われる(補圧動作)。
次に、第1温度検出器170を利用して改質器温度Tが特定され(ステップS508)、Tが0.9Tth未満であるか否かの判定が行われる(ステップS509)。
ステップS509の判定結果がNoであれば、ステップS508に戻る。
ステップS509の判定結果がYesであれば、再度ステップS503~ステップS506の動作が実行され、その後、ステップS507に戻る。
少なくともリセット時間tr以上の所定の時間閾値が経過して、待機状態に移行すると、空気を用いた改質器の補圧動作に代えて原料ガスによる改質器の補圧動作を実行してもよい。また、リセット時間tr以上の所定の時間閾値が経過して、上記補圧動作を実行せずに、原料ガスパージ動作(図7を参照)が行われてもよい。
本変形例では、原料ガス供給動作が停止されている間にも補圧動作が行われるため、改質器108の内部と外部との圧力差により改質器108が損傷することをより効果的に抑制できる。
[第3変形例:水蒸気による水素生成器の補圧]
第3変形例の発電システムは、第2実施形態及びその第1変形例の発電システムのいずれかにおいて、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、制御器は、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、発電ユニット内のガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、水蒸気を水蒸気供給器から水素生成器のガス流路へ供給するように構成されている。
第3変形例の発電システムは、第2実施形態及びその第1変形例の発電システムのいずれかにおいて、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、制御器は、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、発電ユニット内のガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、水蒸気を水蒸気供給器から水素生成器のガス流路へ供給するように構成されている。
第3変形例の発電システムの運転方法は、第2実施形態及びその第1変形例の発電システムのいずれかにおいて、発電運転の停止に伴い発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁を閉止し、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間は、発電ユニット内のガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、弁を閉止した状態で、水蒸気を水素生成器のガス流路へ供給するように構成されている。
かかる構成では、原料ガス供給動作を停止している間において水蒸気を用いてガス流路内の圧力低下が抑制され、発電ユニットの破損等が抑制される。
水蒸気供給器は、発電ユニットに水蒸気を供給可能であればいずれの形態であっても構わない。例えば、水蒸気供給器は、水供給器と水供給器から供給される水を蒸発する蒸発器とを備え、余熱を有する蒸発器に水供給器としてのポンプを動作させ、能動的に水蒸気を供給する形態であってもよい。また、水蒸気供給器は、蒸発器と発電ユニットとが連通した状態で、ガス流路の内部の圧力が低下して、水蒸気がガス流路内部に吸い込まれ、受動的に水蒸気が供給される形態であってもよい。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第2実施形態及びその第1変形例のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。
以下に、本変形例の発電システムの一例について説明する。
発電システム100は、ガス供給異常により原料ガス供給動作を停止している間に水蒸気を用いた水素生成器の補圧動作を行う。発電システム100において、水蒸気を用いた補圧動作以外の動作および装置構成は実施例について上述したものと同様であるので説明を省略する。
水蒸気を用いた補圧動作は、例えば、図5のステップS204からS205において、原料ガス供給動作が停止されている期間に、実行される。
図9は、第1実施形態の第3変形例にかかる発電システムが実行する、水蒸気を用いた補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図9を参照しつつ、本変形例における水蒸気を用いた補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。
例えば、図5のステップS203でYesの判定結果が得られると、発電運転の通常停止に伴い実行される原料ガスの補圧動作が停止されている期間中において、水蒸気を用いた水素生成器の補圧動作が開始される(スタート)。第1温度検出器170を利用して改質器温度Tが特定され(ステップS601)、改質器温度Tが補圧開始温度Ts以下であるか否かの判定が行われる(ステップS602)。補圧開始温度Tsは、図6に関して上記した通りであるので記載を省略する。
ステップS602の判定結果がNoであれば、ステップS601に戻る。
ステップS602の判定結果がYesであれば、第5弁160a及び第6弁160bを閉止した状態で、第7弁162が開放されると共に水供給器104の動作が開始される(ステップS603)。これにより蒸発器106で水蒸気が発生し、改質器108を含む水素生成器111内部のガス流路へと水蒸気が供給される。この場合、第5弁160a及び第6弁160bが発電ユニット内のガス流路と大気との連通を遮断する弁に相当する。
水供給時間twが特定される(ステップS604)。水供給時間twは、例えば水供給器104の動作開始からの経過時間である。水供給時間twは、例えば、ステップS603の実行された時刻(水供給開始時刻)を制御器180が計時器を用いて取得して記憶器に記憶しておき、判定時点に計時器を用いて取得した現在時刻と、記憶されている水供給開始時刻との差分を求めることで得られる。
次に、水供給時間twが供給時間閾値tsw以上であるか否かの判定が行われる(ステップS605)。供給時間閾値tswは、例えば、改質器温度Tの低下の度合や改質器内部の流路の容積、シール部分の強度等から、水素生成器111の内部の圧力低下に対して改質器108へ供給されるべき水蒸気の量を求め、この水蒸気量を生成するのに必要な水量を水供給器104を動作させた場合の単位動作時間当たりの水供給量で除する(割算する)ことで設定されうる。
ステップS605の判定結果がNoであれば、ステップS604に戻る。
ステップS605の判定結果がYesであれば、水供給器104の動作が停止されると共に第7弁が閉止され(ステップS606)、改質器温度Tが判定温度Tthとして記憶される(ステップS607)。このように、ステップS603からステップS606のフローによって、水素生成器111の温度低下に伴う水素生成器111内の圧力低下に対して、当該ガス流路と大気との連通を遮断した状態(第5弁160a及び第6弁160が閉止された状態)で、当該ガス流路へと水蒸気が供給され、圧力が補われる(補圧動作)。
次に、第1温度検出器170を利用して改質器温度Tが特定され(ステップS608)、Tが0.9Tth未満であるか否かの判定が行われる(ステップS609)。
ステップS609の判定結果がNoであれば、ステップS608に戻る。
ステップS609の判定結果がYesであれば、再度ステップS603~ステップS606の動作が実行され、その後、ステップS607に戻る。
少なくともリセット時間tr以上の所定の時間閾値が経過してから、待機状態に移行すると水蒸気を用いた水素生成器の補圧動作に代えて原料ガスによる水素生成器の補圧動作を実行してもよい。また、リセット時間tr以上の所定の時間閾値が経過してから、原料ガスパージ動作(図7を参照)が行われてもよい。
本変形例では、原料ガス供給動作が停止されている間にも補圧動作が行われるため、水素生成器111の内部と外部との圧力差により水素生成器111が損傷することをより効果的に抑制できる。
[第4変形例]
第4変形例の発電システムは、第1実施の形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作は、水素生成器のガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスを水素生成器へ供給するガス補給動作である。
第4変形例の発電システムは、第1実施の形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作は、水素生成器のガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスを水素生成器へ供給するガス補給動作である。
第4変形例の発電システムの運転方法は、水素生成器は原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池は水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電し、原料ガス供給動作は、水素生成器のガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスを水素生成器へ供給するガス補給動作である。
本変形例の発電システム100は、第2実施形態の発電システム100に対して、第6弁160bを設けず、発電ユニット内のガス流路が大気と連通するよう構成されている。それ以外の構成については、第2実施形態の発電システム100と同様であるので説明を省略する。
以下に、本変形例の発電システム100の動作について説明する。
まず、発電システム100の発電運転が停止されると、大気への放熱により温度低下し、発電ユニットのガス流路内のガスが収縮する。水素生成器111内のガス流路は、大気開放されているので、大気からの空気が該ガス流路内に流入するが、第1弁150及び第2弁152を開放することで、該ガス流路に原料ガスを補給され、水素生成器111内のガス流路内に流入した空気を大気に排出する。これにより、水素生成器111内のガス流路への空気の流入量が低減され、水素生成器111内のガス流路において使用される部材(配管または触媒等)の酸化劣化の程度が低減され好ましい。
なお、上記動作において、第1弁150及び第2弁152が、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。また、ガス補給動作において、上記第1弁150及び第2弁152の開放動作と共に昇圧器102を動作させる形態を採用しても構わない。この場合、第1弁150、第2弁152、及び昇圧器102が、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。
なお、原料ガス供給器より発電ユニット内のガス流路に原料ガスを補給するタイミングは、任意である。例えば、原料ガス供給器は、発電ユニットに設けられた温度検出器(図示せず)の検出値が低下する度に動作を繰り返し、原料ガスを補給してもよい。
(第3実施形態)
第3実施形態に係る発電システムは、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作として、燃料電池内のガス流路に対して補圧動作が実行されるよう構成される。
第3実施形態に係る発電システムは、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作として、燃料電池内のガス流路に対して補圧動作が実行されるよう構成される。
第3実施形態に係る発電システムの運転方法は、第1実施形態の発電システムの運転方法において、水素生成器が原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池が燃料ガスを用いて発電し、原料ガス供給動作として、燃料電池内のガス流路に対して補圧動作が実行される。
かかる構成では、補圧動作により燃料電池内部の圧力が低下することによる燃料電池の破損等が抑制される。
本実施形態の発電システムは、上記特徴以外は、第2実施形態及びその変形例1-3いずれかの発電システムと同様に構成してもよい。
以下に、本実施の形態の発電システムの一例について説明する。
発電システム100については、原料ガス供給動作以外の動作および装置構成は実施例について上述したものと同様である(図2乃至図5は第3実施形態においても適用されうる)ので、説明を省略する。
[原料ガスを用いた燃料電池の補圧]
図10は、第3実施形態にかかる発電システムが実行する、原料ガスを用いた燃料電池の補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図10を参照しつつ、第3実施形態における補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。図10に示す原料ガスを用いた燃料電池内のガス経路に対する補圧動作は、図5中のステップS207に相当する「原料ガス供給動作」である。
図10は、第3実施形態にかかる発電システムが実行する、原料ガスを用いた燃料電池の補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図10を参照しつつ、第3実施形態における補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。図10に示す原料ガスを用いた燃料電池内のガス経路に対する補圧動作は、図5中のステップS207に相当する「原料ガス供給動作」である。
なお、本実施形態における原料ガスを用いた燃料電池のガス経路に対する補圧動作は燃料電池のアノード側のガス流路についてのみ行われる。装置構成によっては、カソード側のガス流路を含め、他の部分について原料ガスを用いた補圧動作が行われてもよい。
原料ガスを用いた燃料電池の補圧動作が開始されると(スタート)、第2温度検出器(図示せず)を利用して燃料電池温度Tが特定され(ステップS701)、燃料電池温度Tが補圧開始温度Ts以下であるか否かの判定が行われる(ステップS702)。補圧開始温度Tsは、原料ガスによる燃料電池112内部のアノード側のガス流路の補圧(ガス流路内部の温度低下による圧力低下に対してガスを供給し、圧力を補うこと)を開始する必要があるか否かを判定するために設定された所定温度であり、制御器180の記憶器に記憶されている。補圧開始温度Tsは、燃料電池のシール部分の強度などにより適宜に設定されうる。
ステップS702の判定結果がNoであれば、ステップS701に戻る。
ステップS702の判定結果がYesであれば、第1弁150および第3弁154が開放される(ステップS703)。これにより、原料ガスが燃料電池112内部のアノード側のガス流路(図2中、第4弁156と第5弁160aとの間にある点線部分のガス流路)へと供給される。ここで、第1弁150及び第3弁154は、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。
原料ガス供給時間tが特定される(ステップS704)。原料ガス供給時間tmは、例えば、第1弁150および第3弁154が開放されてからの経過時間である。原料ガス供給時間tmは、例えば、ステップS703の実行された時刻(原料ガス供給開始時刻)を制御器180が計時器を用いて取得して記憶器に記憶しておき、判定時点に計時器を用いて取得した現在時刻と、記憶されている原料ガス供給開始時刻との差分を求めることで得られる。
次に、原料ガス供給時間tmが供給時間閾値tsm以上であるか否かの判定が行われる(ステップS705)。供給時間閾値tsmは、例えば、燃料電池温度Tの低下の度合や燃料電池内部の流路の容積、シール部分の強度等から、燃料電池112の内部の圧力低下の少なくとも一部を補うために改質器108へ供給されるべき原料ガスの量を求め、これを第1弁150および第3弁154を開放した場合の原料ガスの流量で除する(割算する)ことで設定されうる。
ステップS705の判定結果がNoであれば、ステップS704に戻る。
ステップS705の判定結果がYesであれば、第1弁150および第3弁154が閉止され(ステップS706)、燃料電池温度Tが判定温度Tthとして記憶される(ステップS707)。ステップS703からステップS706までのフローにより、燃料電池112内部のアノード側のガス流路内の温度低下に伴う圧力低下に対して、第5弁160aと第6弁160bとが閉止して、当該ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、当該ガス流路へと原料ガスが供給され、圧力が補われる(補圧動作)。なお、上記補圧動作においては、第4弁156も閉止されている。
次に、第2温度検出器270を利用して燃料電池温度Tが特定され(ステップS708)、Tが0.9Tth未満であるか否かの判定が行われる(ステップS709)。
ステップS709の判定結果がNoであれば、ステップS708に戻る。
ステップS709の判定結果がYesであれば、再度ステップS703~ステップS706の動作が実行され、その後、ステップS707に戻る。
上記補圧動作により、燃料電池112の内部と外部との圧力差により燃料電池112が損傷することが抑制される。なお、上記原料ガスによる燃料電池112内のガス流路への補圧動作は、第1弁150および第3弁154を開放して実行されたが、第1弁150及び第3弁154のいずれか一方のみを設け、これを開放することで原料ガスを供給する形態を採用しても構わない。
[効果]
本実施形態の発電システムによれば、上記原料ガスによる補圧動作を強制的に停止しない場合に比して、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。
本実施形態の発電システムによれば、上記原料ガスによる補圧動作を強制的に停止しない場合に比して、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。
[第1変形例:原料ガスによる燃料電池のパージ]
第1変形例に係る発電システムは、第1実施形態に係る発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作として、燃料電池内のガス流路に対して原料ガスパージ動作が実行されるよう構成されている。
第1変形例に係る発電システムは、第1実施形態に係る発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作として、燃料電池内のガス流路に対して原料ガスパージ動作が実行されるよう構成されている。
第1変形例に係る発電システムの運転方法は、第1実施形態の発電システムの運転方法において、水素生成器は原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池は水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電し、原料ガス供給動作として燃料電池内のガス流路に対して原料ガスパージ動作が実行される。
かかる構成では、発電ユニット内の燃料電池のガス経路において凝縮水により水詰まりが発生することが抑制される。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第2実施形態、その第1変形例―第3変形例及び第3実施形態のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。
以下に、本実施の形態の発電システムの一例について説明する。
発電システム100において、原料ガス供給動作以外の動作および装置構成は実施例について上述したものと同様であるので説明を省略する。
図11は、第2実施形態の第1変形例にかかる発電システムが実行する、原料ガスパージ動作の一例を示すフローチャートである。本変形例は、原料ガス供給動作として燃料電池のアノード側のガス流路を原料ガスでパージするものである。以下、図11を参照しつつ、本変形例における原料ガスパージ動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。なお、図11に示す原料ガスパージ動作は、図5中のステップS208に相当する「原料ガス供給動作」である。
なお、本実施形態における原料ガスを用いた燃料電池の原料ガスパージ動作は燃料電池のアノード側のガス流路についてのみ行われる。装置構成によっては、カソード側のガス流路を含め、他の部分について原料ガスパージ動作が行われてもよい。
原料ガスパージ動作が開始されると(スタート)、第2温度検出器(図示せず)を利用して燃料電池温度Tが特定され(ステップS801)、燃料電池温度Tが原料ガスパージ温度Tp以下であるか否かの判定が行われる(ステップS802)。原料ガスパージ温度Tpは、原料ガスによる燃料電池112内部のアノード側のガス流路の掃気を開始するか否かを判定するために設定された所定温度であり、制御器180の記憶器に記憶されている。ここで、原料ガスパージ温度Tpは、原料ガスからの炭素析出が生じない温度として設定される。
ステップS802の判定がNOであれば、ステップS801に戻る。
ステップS802の判定がYESであれば、第1弁150、第3弁154、第5弁160aが開放され(ステップS803)、昇圧器102の動作が開始される(ステップS804)。これにより、原料ガスが燃料電池112内部のアノード側のガス流路に供給される(原料ガスによるパージが開始される)。このとき、原料ガス供給開始時刻が計時器を用いて取得され、記憶器に記憶される。
次に、原料ガス供給時間tmが特定され(ステップS805)、これがパージ時間tp以上となっているか否かの判定が行われる(ステップS806)。原料ガス供給時間tmの特定は、例えば、判定時点に計時器を用いて取得した現在時刻と、記憶されている原料ガス供給開始時刻との差分を求めることで行われる。パージ時間tpは、その間だけ所定流量で原料ガスを供給すれば原料ガスで燃料電池112内部のアノード側のガス流路が完全に掃気されるように設定された所定時間であり、例えば制御器180の記憶器に記憶されている。
ステップS806の判定結果がNOであれば、ステップS805に戻る。
ステップS806の判定結果がYESであれば、昇圧器102が停止(ステップS807)されると共に、第1弁150、第3弁154、第5弁160aが閉止され(ステップS808)、原料ガスパージ動作が終了する。
[第2変形例]
本変形例の発電システムは、第3実施形態及びその第1変形例のいずれかの発電システムにおいて、原料ガス供給動作停止中に空気や水蒸気を用いて燃料電池内のガス流路の補圧動作を行うよう構成されている。
本変形例の発電システムは、第3実施形態及びその第1変形例のいずれかの発電システムにおいて、原料ガス供給動作停止中に空気や水蒸気を用いて燃料電池内のガス流路の補圧動作を行うよう構成されている。
本変形例の発電システムは、第3実施形態及びその第1変形例のいずれかの発電システムにおいて、原料ガス供給動作停止中に空気や水蒸気を用いて燃料電池内のガス流路の補圧動作を行うよう構成されている。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第2実施形態、その第1変形例―第3変形例、第3実施形態及びその第1変形例のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。
以下に本変形例の発電システム100の一例について説明する。
ここで、空気による補圧動作は、燃料電池の上流のガス経路からのガスの供給を遮断した状態で(例えば、第1弁150、第2弁152、第3弁154及び第4弁156を閉止した状態で)、オフ燃料ガス流路136に設けられた第5弁160aを開放することで実行される。なお、第4弁156及び第5弁160aを開放して、燃料電池及び水素生成器も共に補圧するよう構成してもよい。
水蒸気による補圧動作は、水素生成器111の下流のガス経路(第2バイパス流路134)に設けられた第6弁160b、及びオフ燃料ガス流路136に設けられた第5弁160aを閉止するとともに、第4弁156を開放し、水素生成器111と燃料電池112を連通させた状態で、第3変形例と同様に水素生成器111に水蒸気による補圧を実行することで実現される。この場合、第5弁160a及び第6弁160bが、発電ユニットと大気との連通を遮断する弁に相当する。なお、水素生成器111に一旦水蒸気による補圧を実行した後に、第4弁156を開放し、水素生成器111と燃料電池112とを連通させ、水素生成器111内への水蒸気補圧により余った圧力を燃料電池112に供給する形態を採用してもよい。上記動作により、水素生成器及び燃料電池が共に水蒸気供給により補圧される。
[第3変形例]
第3変形例の発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作として、水素生成器1を介して燃料電池の原料ガスによる補圧動作及び原料ガスパージ動作の少なくともいずれか一方を行うよう構成されている。
第3変形例の発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作として、水素生成器1を介して燃料電池の原料ガスによる補圧動作及び原料ガスパージ動作の少なくともいずれか一方を行うよう構成されている。
第3変形例の発電システムの運転方法は、第1実施形態の発電システムにおいて、水素生成器は原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池は水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電し、原料ガス供給動作として、水素生成器を介して燃料電池の原料ガスによる補圧動作及び原料ガスパージ動作の少なくともいずれか一方を行うよう構成されている。
かかる構成により、第1バイパス流路130及び第3弁154を設けず、簡素な構成で、燃料電池112を原料ガスで補圧及び原料ガスパージの少なくともいずれか一方を実行することが可能になる。
本変形例の発電システムは、上記特徴以外は、第2実施形態、その第1変形例―第3変形例、第3実施形態、及びその第1変形例―第2変形例のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。以下に、本実施の形態の発電システムの一例について説明する。
発電システム100は、第3実施形態の発電システム100に対して第1バイパス流路130、第3弁154を設けないよう構成されている。それ以外の装置構成は、実施例について上述したものと同様であるのでその説明を省略する。
発電システム100は、燃料電池112の補圧動作時に、第1弁150、第2弁152、及び第4弁156を開放し、第5弁160a及び第6弁160bを閉止するよう構成されている。なお、第1弁150、第2弁152及び第4弁156の開放タイミングは任意であってよい。例えば、第1弁150、第2弁152及び第4弁156を同時に開放してもよいし、上流から順に開放するよう構成してもよい。この場合、第5弁160a及び第6弁160bが、発電ユニット1と大気との連通を遮断する弁に相当する。
発電システム100は、燃料電池112の原料ガスパージ動作時に、第1弁150、第2弁152、第4弁156、及び第5弁160aを開放し、第6弁160bを閉止した状態で、昇圧器102を動作するよう構成されている。
[第4変形例]
第4変形例の発電システムは、第1実施の形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作は、水素生成器及び燃料電池のガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスを水素生成器へ供給するガス補給動作である。
第4変形例の発電システムは、第1実施の形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを含み、原料ガス供給動作は、水素生成器及び燃料電池のガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスを水素生成器へ供給するガス補給動作である。
第4変形例の発電システムの運転方法は、水素生成器は原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池は水素生成器より供給される燃料ガスを用いて発電し、原料ガス供給動作は、水素生成器及び燃料電池のガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスをガス流路へ供給するガス補給動作である。
本変形例の発電システム100は、第3実施形態の発電システム100に対して、第4弁156及び第5弁160aを設けず、発電ユニット内のガス流路が大気と連通するよう構成されている。それ以外の構成については、第3実施形態の発電システム100と同様であるので説明を省略する。
以下に、本変形例の発電システム100の動作について説明する。
まず、発電システム100の発電運転が停止されると、大気への放熱により温度低下し、発電システム100のガス流路内のガスが収縮する。発電ユニット内のガス流路は、大気開放されているので、大気からの空気が該ガス流路内に流入するが、第1弁150及び第2弁152を開放することで、該ガス流路に原料ガスを補給され、ガス流路内に流入した空気を大気に排出する。これにより、発電ユニット内のガス流路への空気の流入量が低減され、発電ユニット内のガス流路において使用される部材(配管または触媒等)の酸化劣化の程度が低減され好ましい。
なお、上記動作において、第1弁150及び第2弁152が、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。また、ガス補給動作において、上記第1弁150及び第2弁152の開放動作と共に昇圧器102を動作させる形態を採用しても構わない。この場合、第1弁150、第2弁152、及び昇圧器102が、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。
なお、原料ガス供給器より発電ユニット内のガス流路に原料ガスを補給するタイミングは、任意である。例えば、原料ガス供給器は、発電ユニットに設けられた温度検出器(図示せず)の検出値が低下する度に動作を繰り返し、原料ガスを補給してもよい。
(第4実施形態)
第4実施形態の発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、燃料電池を含み、燃料電池内のガス流路に対して補圧動作が実行されるよう構成される。
第4実施形態の発電システムは、第1実施形態の発電システムにおいて、発電ユニットが、燃料電池を含み、燃料電池内のガス流路に対して補圧動作が実行されるよう構成される。
第4実施形態の発電システムの運転方法は、第1実施形態の発電システムの運転方法において、燃料電池が発電し、原料ガス供給動作として、燃料電池内のガス流路に対して補圧動作が実行される。
以下に本実施の形態の発電システムの一例について説明する。
[装置構成]
第4実施形態は、内部改質型である、固体酸化物形の燃料電池(SOFC)が用いられている点で第2および第3実施形態と異なる。
第4実施形態は、内部改質型である、固体酸化物形の燃料電池(SOFC)が用いられている点で第2および第3実施形態と異なる。
図12は、第4実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示す図である。なお、本実施形態の発電システム200は燃料電池システムである。
図12に示すように発電システム200は主として、昇圧器202と、酸素含有ガス供給器203と、水供給器204と、改質部208および燃料電池部211からなる燃料電池本体212と、酸化剤ガス供給器210と、直交変換器(図示せず)と、燃焼器216と、空気供給器218と、制御器280とを備えている。
昇圧器202と、水供給器204と、酸化剤ガス供給器210と、直交変換器(図示せず)と、燃焼器216と、空気供給器218と、制御器280とは、それぞれ第2実施形態の昇圧器102と、水供給器104と、酸化剤ガス供給器110と、直交変換器(図示せず)と、燃焼器116と、空気供給器118と、制御器180と構成および機能は同様であるので、記載を省略する。
昇圧器202は、改質部208と接続される。改質部208は燃料電池部211のアノード(アノード側のガス流路)に接続されている。燃料電池112のアノード(アノード側のガス流路)はオフ燃料ガス流路236を介して燃焼器216に接続されている。燃焼器216は燃焼排ガス流路238を介して発電システム200の外部に連通している(大気開放されている)。酸化剤ガス供給器210は酸化剤ガス供給流路240を介して燃料電池部211のカソード(カソード側のガス流路)に接続されている。カソード(カソード側のガス流路)はオフ酸化剤ガス流路242を介して発電システム200の外部に連通している(大気開放されている)。
ガスメータ10と昇圧器202とを結ぶ流路に、第1弁250が設けられている。昇圧器202と改質部208とを結ぶ流路に、第2弁252が設けられている。酸素含有ガス供給器203と改質部208とを結ぶ流路に、第3弁255が設けられている。水供給器204と改質部208とを結ぶ流路には、第7弁262が設けられている。燃焼排ガス流路238に第8弁264が設けられている。第1弁250と、第2弁252と、第3弁255と、第7弁262、第8弁264とは、各々が設けられている流路を開閉可能に構成された開閉弁(例えば、電磁弁)である。なお、原料ガスが流れる原料ガス経路には、第1弁250及び第2弁252が設けられているが、いずれか一方のみを設ける形態を採用しても構わない。
燃料電池部211には、燃料電池部211の温度を検出する第2温度検出器270が設けられている。第2温度検出器270を設置する位置は限定されず、例えば改質部208と燃料電池部211との間のガス流路に設けられてもよい。なお、上記例においては、間接改質型の固体酸化物形燃料電池について例示しているが、改質反応の発電反応が同一の触媒上で実施される直接改質型の固体酸化物について適用しても構わない。その場合、改質部と燃料電池発電部が一体化されるのみでその他の部分については、同様に構成される。
本実施形態における発電ユニットは、燃料電池本体212である。
ガスメータ10は、第2実施形態のガスメータ10と同様であるので、記載を省略する。
[発電運転]
発電システム200の発電運転時の動作について以下説明する。以下の動作は制御器280により制御される。
発電システム200の発電運転時の動作について以下説明する。以下の動作は制御器280により制御される。
発電運転時には、第1弁250、第2弁252、第3弁255、第7弁262、第8弁264は開状態(開放)とされる。
原料ガスの供給源から供給される原料ガスは、ガスメータ10を通過後、昇圧器202により改質部208へと供給される。酸素含有ガス供給器203は、空気などの酸素含有ガスを改質部208へ供給する。水供給器204は、水タンク201から受け取った水を、改質部208へと供給する。改質部208は、水を蒸発させて水蒸気を生成すと共に、原料ガスと水蒸気とを反応させる(水蒸気改質:CH4+H2O→3H2+CO)。酸素含有ガスは、部分酸化改質(CH4+O2→2H2+CO2)に必要である。改質部208は、水蒸気改質あるいは部分酸化改質により、原料ガスから水素含有ガス(H2ガスを含有するガス)を生成する。
水素含有ガスは、改質部208から燃料電池部211のアノードへと供給される。酸化剤ガス供給器210は、酸化剤ガスとして空気を燃料電池部211のカソードへと供給される。燃料電池部211は、改質部208から供給される水素含有ガスをアノードへ通流させると共に酸化剤ガス供給器210から供給される空気をカソードへ通流させることで発電を行う。
燃料電池のアノードから排出されるガス(オフ燃料ガス)は、オフ燃料ガス流路236を介して燃焼器216へと供給される。燃焼器216は、空気供給器218から供給される空気を用いてオフ燃料ガスを燃焼させ、改質部208および燃料電池部211を加熱する。燃焼器216から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路238を介して、発電システム100の外部へと排出される。
燃料電池のカソードから排出されるガスは、オフ酸化剤ガス流路242を介して、発電システム200の外部へと排出される。
[ガス供給異常の判定]
第2実施形態と同様であるので説明を省略する(図4参照)。
第2実施形態と同様であるので説明を省略する(図4参照)。
[運転停止動作]
図5のステップS201において、酸素含有ガス供給器203も停止される点と、ステップS202において、第1弁250、第2弁252、第3弁255、第7弁262、第8弁264が閉止される点を除けば、実施例について上述したものと同様であるので、説明を省略する。
図5のステップS201において、酸素含有ガス供給器203も停止される点と、ステップS202において、第1弁250、第2弁252、第3弁255、第7弁262、第8弁264が閉止される点を除けば、実施例について上述したものと同様であるので、説明を省略する。
[原料ガスを用いた燃料電池の補圧]
図13は、第4実施形態にかかる発電システムが実行する、原料ガスを用いた燃料電池本体の補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図13を参照しつつ、第4実施形態における補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。図13に示す原料ガスを用いた燃料電池本体の補圧動作は、図5中のステップS207に相当する「原料ガス供給動作」である。
図13は、第4実施形態にかかる発電システムが実行する、原料ガスを用いた燃料電池本体の補圧動作の一例を示すフローチャートである。以下、図13を参照しつつ、第4実施形態における補圧動作について説明する。以下の動作は制御器180により制御される。図13に示す原料ガスを用いた燃料電池本体の補圧動作は、図5中のステップS207に相当する「原料ガス供給動作」である。
なお、本実施形態における原料ガスを用いた燃料電池本体の補圧動作は燃料電池部211のアノード側のガス流路と改質部208のガス流路について行われる。装置構成によっては、燃料電池部211のカソード側のガス流路を含め、他の部分について原料ガスを用いた補圧動作が行われてもよい。
原料ガスを用いた燃料電池の補圧動作が開始されると(スタート)、第2温度検出器270を利用して燃料電池温度Tが特定され(ステップS901)、燃料電池温度Tが補圧開始温度Ts以下であるか否かの判定が行われる(ステップS902)。補圧開始温度Tsは、原料ガスによる燃料電池本体212のガス流路(改質部208および燃料電池部211のアノード側を通るガス流路、以下同様)の補圧(ガス流路内部の温度低下による圧力低下に対してガスを供給すること)を開始する必要があるか否かを判定するために設定された所定温度であり、制御器280の記憶器に記憶されている。補圧開始温度Tsは、燃料電池本体212のシール部分の強度などにより適宜に設定されうる。
ステップS902の判定結果がNoであれば、ステップS901に戻る。
ステップS902の判定結果がYesであれば、第8弁264を閉止した状態で、第1弁250および第2弁152が開放される(ステップS903)。これにより、原料ガスが燃料電池本体212のガス流路へと供給される。この場合、第1弁150及び第2弁152が、原料ガス供給動作を実行する原料ガス供給器に相当する。また、第8弁264が、発電ユニット1と大気との連通を遮断する弁に相当する。
原料ガス供給時間tが特定される(ステップS904)。原料ガス供給時間tmは、例えば、第1弁250および第2弁152が開放されてからの経過時間である。原料ガス供給時間tmは、例えば、ステップS903の実行された時刻(原料ガス供給開始時刻)を制御器280が計時器を用いて取得して記憶器に記憶しておき、判定時点に計時器を用いて取得した現在時刻と、記憶されている原料ガス供給開始時刻との差分を求めることで得られる。
次に、原料ガス供給時間tmが供給時間閾値tsm以上であるか否かの判定が行われる(ステップS905)。供給時間閾値tsmは、例えば、燃料電池温度Tの低下の度合や燃料電池本体212のガス流路の容積等から、燃料電池本体212の内部の圧力低下を補うために燃料電池本体212のガス流路へ供給されるべき原料ガスの量を求め、これを第1弁250および第2弁152を開放した場合の原料ガスの流量で除する(割算する)ことで設定されうる。
ステップS905の判定結果がNoであれば、ステップS904に戻る。
ステップS905の判定結果がYesであれば、第1弁250および第2弁152が閉止され(ステップS906)、燃料電池温度Tが判定温度Tthとして記憶される(ステップS907)。ステップS903からステップS906までの間に、燃料電池本体212のガス流路内の温度低下に伴う圧力低下に対して、当該ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、当該ガス流路へと原料ガスが供給され、圧力が補われる(補圧動作)。
次に、第2温度検出器を利用して燃料電池温度Tが特定され(ステップS908)、Tが0.9Tth未満であるか否かの判定が行われる(ステップS909)。
ステップS909の判定結果がNoであれば、ステップS908に戻る。
ステップS909の判定結果がYesであれば、再度ステップS903~ステップS906の動作が実行され、その後、ステップS907に戻る。
上記補圧動作により、燃料電池本体212の内部と外部との圧力差により燃料電池本体212が損傷することが抑制される。
[効果]
本実施形態の発電システムによれば、上記原料ガスによる補圧動作を強制的に停止しない場合に比して、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。
本実施形態の発電システムによれば、上記原料ガスによる補圧動作を強制的に停止しない場合に比して、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を、従来の発電システムよりも短くすることが可能になる。
[変形例]
本実施形態においても、第2実施形態や第3実施形態と同様の変形例(原料ガス供給動作として原料ガスパージを実行する変形例、原料ガスの供給停止期間において水蒸気または空気による補圧動作を実行する変形例、原料ガス供給動作としてガス補給動作を実行する変形例)が可能である。
本実施形態においても、第2実施形態や第3実施形態と同様の変形例(原料ガス供給動作として原料ガスパージを実行する変形例、原料ガスの供給停止期間において水蒸気または空気による補圧動作を実行する変形例、原料ガス供給動作としてガス補給動作を実行する変形例)が可能である。
空気による補圧動作においては、制御器280により第8弁264が適宜開放され、発電ユニットのガス流路に空気が供給され、補圧される。
ガス補給動作においては、発電システムは、第8弁264が設けられておらす、発電ユニット(燃料電池本体212)の温度低下に伴うガス流路内のガス収縮に対して、制御器280は、第1弁250及び第2弁252を開放することで、原料ガスを補給する。なお、制御器280は、これらの弁の開放に伴い、昇圧器202を動作させてもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。
本発明に係る発電システムは、発電運転を停止する際に、所定の原料ガスの供給動作が実行される燃料電池システムにおいて、マイコンメータによるガス遮断または異常報知を回避するための発電運転の停止期間を従来の発電システムよりも短くすることが可能となる発電システムとして有用である。
1 発電ユニット
2 原料ガス供給器
10 ガスメータ
11 原料ガス流量計
50 発電システム
100 発電システム
101 水タンク
102 昇圧器
104 水供給器
106 蒸発器
108 改質器
110 酸化剤ガス供給器
111 水素生成器
112 燃料電池
116 燃焼器
118 空気供給器
128 原料ガス流路
130 第1バイパス流路
132 水素含有ガス供給流路
134 第2バイパス流路
136 オフ燃料ガス流路
138 燃焼排ガス流路
140 酸化剤ガス供給流路
142 オフ酸化剤ガス流路
150 第1弁
152 第2弁
154 第3弁
156 第4弁
160 弁
160a 第5弁
160b 第6弁
162 第7弁
170 第1温度検出器
180 制御装置
200 発電システム
201 水タンク
202 昇圧器
203 酸素含有ガス供給器
204 水供給器
208 改質部
210 酸化剤ガス供給器
211 燃料電池部
212 燃料電池本体
216 燃焼器
218 空気供給器
236 オフ燃料ガス流路
238 燃焼排ガス流路
240 酸化剤ガス供給流路
242 オフ酸化剤ガス流路
250 第1弁
252 第2弁
255 第3弁
262 第7弁
264 第8弁
270 第2温度検出器
280 制御器
2 原料ガス供給器
10 ガスメータ
11 原料ガス流量計
50 発電システム
100 発電システム
101 水タンク
102 昇圧器
104 水供給器
106 蒸発器
108 改質器
110 酸化剤ガス供給器
111 水素生成器
112 燃料電池
116 燃焼器
118 空気供給器
128 原料ガス流路
130 第1バイパス流路
132 水素含有ガス供給流路
134 第2バイパス流路
136 オフ燃料ガス流路
138 燃焼排ガス流路
140 酸化剤ガス供給流路
142 オフ酸化剤ガス流路
150 第1弁
152 第2弁
154 第3弁
156 第4弁
160 弁
160a 第5弁
160b 第6弁
162 第7弁
170 第1温度検出器
180 制御装置
200 発電システム
201 水タンク
202 昇圧器
203 酸素含有ガス供給器
204 水供給器
208 改質部
210 酸化剤ガス供給器
211 燃料電池部
212 燃料電池本体
216 燃焼器
218 空気供給器
236 オフ燃料ガス流路
238 燃焼排ガス流路
240 酸化剤ガス供給流路
242 オフ酸化剤ガス流路
250 第1弁
252 第2弁
255 第3弁
262 第7弁
264 第8弁
270 第2温度検出器
280 制御器
Claims (15)
- 原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号の出力、および、前記原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行するガスメータを通過した前記原料ガスを消費して発電する発電ユニットと、
前記発電ユニットへ前記原料ガスを供給する原料ガス供給器と、
制御器とを備え、
前記制御器は、
発電運転を通常停止させる場合、前記原料ガス供給器から前記発電ユニットへ前記原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、
前記状態が前記第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、発電運転を停止させると共に、少なくとも前記リセット時間が経過する迄は、前記原料ガス供給動作を停止させるように構成されている、
発電システム。 - 前記原料ガス供給動作は、
前記発電ユニットのガス流路を原料ガスで掃気する原料ガスパージ動作である、請求項1に記載の発電システム。 - 原料ガス供給動作は、
発電ユニットのガス流路内の温度低下に伴うガス収縮に対して、原料ガス供給器より原料ガスをガス流路へ供給するガス補給動作である、請求項1記載の発電システム。 - 前記発電システムは、前記発電運転の停止に伴い前記発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、
前記原料ガス供給動作は、
前記発電ユニットのガス流路内の温度低下に伴う圧力低下に対して、前記ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、前記原料ガス供給器より前記原料ガスを前記ガス流路へ供給する補圧動作である、請求項1に記載の発電システム。 - 前記ガス流路と大気との連通を遮断するための弁を備え、
前記制御器は、前記弁を閉止して、前記ガス流路と大気との連通を遮断するように構成されている、請求項4に記載の発電システム。 - 前記制御器は、
少なくとも前記ガス供給異常により前記原料ガス供給動作を停止している間は、前記ガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、前記弁を開放させ空気を前記ガス流路へ供給するように構成されている、請求項5に記載の発電システム。 - 水蒸気を供給する水蒸気供給器を備え、
前記発電システムは、前記発電運転の停止に伴い前記発電ユニット内のガス流路と大気との連通が遮断されるように構成され、
前記制御器は、
前記ガス供給異常により前記原料ガス供給動作を停止している間は、前記発電ユニット内のガス流路の温度低下に伴う圧力低下に対して、前記ガス流路と大気との連通を遮断した状態で、水蒸気を前記水蒸発供給器から前記ガス流路へ供給するように構成されている、請求項4に記載の発電システム。 - 前記制御器は、
前記ガス供給異常により前記原料ガス供給動作を前記リセット時間以上停止した後、再起動を行わない場合には、前記発電ユニット内のガス流路を原料ガスで掃気する動作である原料ガスパージ動作を行うように構成されている、請求項1に記載の発電システム。 - 前記発電ユニットは、燃料電池を含み、前記燃料電池内のガス流路に対して前記原料ガスパージ動作が実行されるよう構成されている、請求項2または8に記載の発電システム。
- 前記発電ユニットは、前記原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器より供給される前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、前記水素生成器及び前記燃料電池の少なくともいずれか一方のガス流路に対して前記原料ガスパージ動作が実行されるよう構成されている、請求項2または8に記載の発電システム。
- 前記発電ユニットは、燃料電池を含み、前記燃料電池内のガス流路に対して前記ガス補給動作が実行されるよう構成されている、請求項3に記載の発電システム。
- 前記発電ユニットは、前記原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器より供給される前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、前記水素生成器及び前記燃料電池の少なくともいずれか一方のガス流路に対して前記ガス補給動作が実行されるよう構成されている、請求項3に記載の発電システム。
- 前記発電ユニットは、燃料電池を含み、前記燃料電池内のガス流路に対して前記補圧動作が実行されるよう構成されている、請求項4~7のいずれかに記載の発電システム。
- 前記発電ユニットは、前記原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器より供給される前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、前記水素生成器及び前記燃料電池の少なくともいずれか一方のガス流路に対して前記補圧動作が実行されるよう構成されている、請求項4~7のいずれかに記載の発電システム。
- 本発明の発電システムの運転方法は、
原料ガスの流れがリセット時間以上連続して停止されない状態が第1の上限時間以上継続すると、異常信号の出力、および、前記原料ガスの流れの遮断、の少なくともいずれか一方を実行するガスメータを通過した原料ガスを消費して発電ユニットが発電し、
発電運転を通常停止させる場合、原料ガス供給器から発電ユニットへ原料ガスを供給する原料ガス供給動作を行い、
前記状態が前記第1の上限時間より小さい第2の上限時間以上継続するガス供給異常が発生した場合、前記発電ユニットの発電運転を停止させると共に、少なくとも前記リセット時間が経過する迄は、前記原料ガス供給動作を停止させる。
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