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JP7101758B2 - Fuel cell device, control device and control program - Google Patents
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Description

本開示は、燃料電池装置、制御装置および制御プログラムに関する。 The present disclosure relates to fuel cell devices, controls and control programs.

収納容器内に、水素含有ガスである燃料ガスと、酸素含有ガスである空気とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数積層したセルスタックを備える燃料電池モジュールが知られている。また、該燃料電池モジュールおよびその動作に必要な補機類を外装ケース等の筐体に収容した燃料電池装置が、種々提案されている。 A fuel cell module having a cell stack in which a plurality of fuel cell cells capable of obtaining electric power by using a fuel gas which is a hydrogen-containing gas and air which is an oxygen-containing gas is laminated in a storage container is known. Further, various fuel cell devices in which the fuel cell module and auxiliary equipment necessary for its operation are housed in a housing such as an outer case have been proposed.

このような燃料電池装置においては、発電に用いられなかった余剰の燃料ガスを燃焼させ、燃焼後の排ガスを熱交換器等に通して冷却する。この熱交換時に、前記排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生成される凝縮水を、イオン交換樹脂等により浄化処理して改質水タンク等の水タンクに貯留する。そして、貯留された水を、天然ガス等の原燃料を水蒸気改質する改質器に改質水として供給する、いわゆる水自立運転が行われている。 In such a fuel cell device, excess fuel gas that has not been used for power generation is burned, and the exhaust gas after combustion is passed through a heat exchanger or the like to be cooled. At the time of this heat exchange, the condensed water generated by condensing the water vapor contained in the exhaust gas is purified by an ion exchange resin or the like and stored in a water tank such as a reformed water tank. Then, so-called water self-sustaining operation is performed in which the stored water is supplied as reformed water to a reformer that reforms raw fuel such as natural gas by steam reforming.

このような、改質水を利用した燃料電池の運転や制御に関し、特許文献1には、たとえば外気温が高い等により、水タンクに貯留した改質水の量が不足する場合、燃料電池のカソードに供給される単位時間当たりの反応空気供給量を減らして、燃料電池の空気利用率を大きくすることが開示されている。これにより、改質水となる、回収される凝縮水を増やして、貯留された水の量を回復させる燃料電池システムが記載されている。 Regarding the operation and control of the fuel cell using the reformed water, Patent Document 1 states that when the amount of the reformed water stored in the water tank is insufficient due to, for example, a high outside temperature, the fuel cell It is disclosed that the amount of reaction air supplied per unit time supplied to the cathode is reduced to increase the air utilization rate of the fuel cell. A fuel cell system is described in which the amount of condensed water recovered, which becomes reformed water, is increased to recover the amount of stored water.

また、特許文献2には、熱媒または冷媒である低温の水との熱交換によって凝縮水を生成する凝縮部を備える燃料電池装置において、水タンクに貯留した改質水の量に応じて、熱交換器に供給する熱媒の量を制御することにより、水タンクに貯留された改質水の量の不足を抑制する燃料電池装置が開示されている。 Further, Patent Document 2 describes, in a fuel cell apparatus including a condensing portion that generates condensed water by heat exchange with low-temperature water as a heat medium or a refrigerant, according to the amount of reformed water stored in a water tank. A fuel cell device that suppresses a shortage of the amount of reformed water stored in a water tank by controlling the amount of heat medium supplied to the heat exchanger is disclosed.

特開2008-234869号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-234869 特開2012-119086号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-119086

本開示の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池より排出される排ガスから回収した水を前記燃料電池へ供給するために貯留する第1タンクと、前記第1タンク内の水面の高さを検出する水位検出装置と、前記燃料電池および該燃料電池に付随する各補機の動作を制御する制御装置と、前記第1タンクに外部から水を補給する水補給装置と、を備える。
前記制御装置は、
前記第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、
前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記各補機の動作を制御する第1制御、および、前記第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記各補機の動作を制御する第2制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行する。
前記制御装置は、該水回収運転制御が開始されてから予め決められた第1所定時間経過した後、前記水位検出装置で測定された前記第1タンク内の水位が、前記第1所定水位以下である場合、前記水補給装置によって前記第1タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御を実行する。
The fuel cell apparatus of the present disclosure includes a fuel cell, a first tank for storing water recovered from exhaust gas discharged from the fuel cell for supplying to the fuel cell, and the height of the water surface in the first tank. A water level detecting device for detecting the above, a control device for controlling the operation of the fuel cell and each auxiliary device attached to the fuel cell, and a water replenishing device for supplying water to the first tank from the outside are provided.
The control device is
When the water level in the first tank becomes equal to or lower than the predetermined first predetermined water level,
The first control that controls the operation of each auxiliary device so that the amount of water recovered from the exhaust gas increases, and the amount of water supplied from the first tank to the fuel cell decreases. Of the second control that controls the operation of each of the auxiliary machines, the water recovery operation control that controls at least one of them is executed.
In the control device, after a predetermined first predetermined time has elapsed from the start of the water recovery operation control, the water level in the first tank measured by the water level detection device is equal to or lower than the first predetermined water level. If this is the case, the water replenishment device executes refilling control for replenishing the first tank with a predetermined amount of external water.

また、本開示の制御装置は、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
燃料電池より排出される排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第1制御と、燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第2制御と、前記第1タンクに外部から水を補給する水補給装置によって前記第1タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御と、を実行可能である。
前記制御装置は、前記第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、前記第1制御および前記第2制御のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行する。該水回収運転制御が実行されて、予め決められた第1所定時間継続した後、前記第1タンク内の水位が前記第1所定水位以下である場合、前記補水制御を実行する。
Further, the control device of the present disclosure is a control device for controlling a fuel cell device including a fuel cell.
The first control that controls the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell increases, and the water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell. A second control for controlling the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water supplied to the fuel cell from the first tank stored for supplying the fuel to the fuel cell is reduced, and the above-mentioned It is possible to carry out replenishment control for replenishing a predetermined amount of external water to the first tank by a water replenishing device for replenishing the first tank from the outside.
The control device controls at least one of the first control and the second control when the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined first predetermined water level. To execute. After the water recovery operation control is executed and continued for a predetermined first predetermined time, when the water level in the first tank is equal to or lower than the first predetermined water level, the water replenishment control is executed.

また、本開示の制御プログラムは、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第1制御を行う第1水回収運転制御ステップと、
前記第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、前記第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第2制御を行う第2水回収運転制御ステップと、
前記第1水回収運転制御ステップおよび前記第2水回収運転制御ステップのうち、少なくとも一方のステップが予め決められた第1所定時間継続した後、前記第1タンク内の水位が前記第1所定水位以下である場合、前記第1タンクに外部から水を補給する水補給装置によって、前記第1タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御ステップと、を実行させる。
Further, the control program of the present disclosure applies to a control device for controlling a fuel cell device including a fuel cell.
When the water level in the first tank stored for supplying the water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell becomes equal to or lower than the predetermined first predetermined water level, the water is recovered from the exhaust gas. A first water recovery operation control step for performing a first control for controlling the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water increases, and
Each attached to the fuel cell so that the amount of water supplied from the first tank to the fuel cell decreases when the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined first predetermined water level. A second water recovery operation control step for performing a second control for controlling the operation of the auxiliary machine, and
After at least one of the first water recovery operation control step and the second water recovery operation control step continues for a predetermined first predetermined time, the water level in the first tank becomes the first predetermined water level. In the following cases, the water replenishment device for replenishing the first tank with water from the outside executes the refilling control step of replenishing the first tank with a predetermined amount of external water.

一方、本開示の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池より排出される排ガスから回収した水を前記燃料電池へ供給するために貯留する第1タンクと、前記第1タンク内の水面の高さを検出する水位検出装置と、前記燃料電池および該燃料電池に付随する各補機の動作を制御する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、前記第1タンク内の水位が予め決められた第2所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記各補機の動作を制御する第1制御、および、前記第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記各補機の動作を制御する第2制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行する。
前記制御装置は、該水回収運転制御が開始されてから予め決められた第3所定時間経過した後、前記水位検出装置で測定された前記第1タンク内の水位が前記第2所定水位以下である場合、燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行する。
On the other hand, the fuel cell apparatus of the present disclosure includes a fuel cell, a first tank for storing water recovered from exhaust gas discharged from the fuel cell for supplying to the fuel cell, and a water surface in the first tank. A water level detecting device for detecting the height and a control device for controlling the operation of the fuel cell and each auxiliary machine attached to the fuel cell are provided.
The control device operates each of the auxiliary machines so that the amount of water recovered from the exhaust gas increases when the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined second predetermined water level. At least one of the first control to be controlled and the second control to control the operation of each auxiliary machine so that the amount of water supplied from the first tank to the fuel cell is reduced is performed. Execute water recovery operation control.
In the control device, after a predetermined third predetermined time has elapsed from the start of the water recovery operation control, the water level in the first tank measured by the water level detection device is equal to or lower than the second predetermined water level. If so, control is performed to stop the power generation operation of the fuel cell device.

また、上記の燃料電池装置に対応する、本開示の制御装置は、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
燃料電池より排出される排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第1制御と、燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第2制御と、を実行可能である。
前記制御装置は、前記第1タンク内の水位が予め決められた第2所定水位以下となった場合に、前記第1制御および前記第2制御のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行し、該水回収運転制御が実行されて、予め決められた第3所定時間継続した後、前記第1タンク内の水位が前記第2所定水位以下である場合、燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行する。
Further, the control device of the present disclosure corresponding to the above-mentioned fuel cell device is a control device for controlling a fuel cell device including a fuel cell.
The first control that controls the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell increases, and the water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell. A second control that controls the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water supplied to the fuel cell from the first tank stored for supplying the fuel cell to the fuel cell is reduced. It is feasible.
The control device controls at least one of the first control and the second control when the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined second predetermined water level. When the water level in the first tank is equal to or lower than the second predetermined water level after the water recovery operation control is executed and the water recovery operation control is continued for a predetermined third predetermined time, the power generation operation of the fuel cell device is performed. Execute control to stop.

さらに、前記の燃料電池装置に対応する、本開示の制御プログラムは、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第1タンク内の水位が予め決められた第2所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第1制御を行う第1水回収運転制御ステップと、
前記第1タンク内の水位が予め決められた第2所定水位以下となった場合に、前記第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第2制御を行う第2水回収運転制御ステップと、
前記第1水回収運転制御ステップおよび前記第2水回収運転制御ステップのうち、少なくとも一方のステップが予め決められた第3所定時間継続した後、前記第1タンク内の水位が前記第2所定水位以下である場合、燃料電池装置の発電運転を停止する発電運転停止ステップと、を実行させる。
Further, the control program of the present disclosure corresponding to the above-mentioned fuel cell device is a control device for controlling a fuel cell device including a fuel cell.
When the water level in the first tank stored for supplying the water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell becomes equal to or lower than the predetermined second predetermined water level, the water is recovered from the exhaust gas. A first water recovery operation control step for performing a first control for controlling the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water increases, and
Each attached to the fuel cell so that the amount of water supplied from the first tank to the fuel cell decreases when the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined second predetermined water level. A second water recovery operation control step for performing a second control for controlling the operation of the auxiliary machine, and
After at least one of the first water recovery operation control step and the second water recovery operation control step continues for a predetermined third predetermined time, the water level in the first tank becomes the second predetermined water level. In the following cases, the power generation operation stop step of stopping the power generation operation of the fuel cell device is executed.

本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
実施形態の燃料電池装置の概略構成図である。 図1のF部分を拡大した、燃料電池装置の改質水タンク周辺の説明図である。 燃料電池装置の外観斜視図である。 第1実施形態の燃料電池装置における水回収運転制御および補水制御のフローチャートである。 第1実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの一例であり、第1運転再開制御のフローを示す図である。 第1実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの他の例であり、第2運転再開制御のフローを示す図である。 第2実施形態の燃料電池装置における水回収運転制御のフローチャートである。 第2実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの一例であり、第1運転再開制御のフローを示す図である。 第2実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの一例であり、第2運転再開制御のフローを示す図である。 第2実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの他の例であり、熱媒冷却制御および起動準備制御のフローを示す図である。
The purposes, features, and advantages of this disclosure will become clearer from the detailed description and drawings below.
It is a schematic block diagram of the fuel cell apparatus of embodiment. It is explanatory drawing around the reforming water tank of the fuel cell apparatus which enlarged the F part of FIG. It is an external perspective view of a fuel cell device. It is a flowchart of water recovery operation control and water replenishment control in the fuel cell apparatus of 1st Embodiment. It is an example of the flowchart of the operation restart control in the fuel cell apparatus of 1st Embodiment, and is the figure which shows the flow of the 1st operation restart control. It is another example of the flowchart of the operation resumption control in the fuel cell apparatus of 1st Embodiment, and is the figure which shows the flow of the 2nd operation resumption control. It is a flowchart of water recovery operation control in the fuel cell apparatus of 2nd Embodiment. It is an example of the flowchart of the operation restart control in the fuel cell apparatus of 2nd Embodiment, and is the figure which shows the flow of the 1st operation restart control. It is an example of the flowchart of the operation restart control in the fuel cell apparatus of 2nd Embodiment, and is the figure which shows the flow of the 2nd operation restart control. It is another example of the flowchart of the operation restart control in the fuel cell apparatus of 2nd Embodiment, and is the figure which shows the flow of a heat medium cooling control and a start preparation control.

以下、図面を用いて実施形態の燃料電池装置について説明する。
図1,図2および図3は、実施形態の燃料電池装置の概略構成を説明する図である。なお、図2は、図1のF部を拡大して示す、改質水タンク周りの概略構成である。
Hereinafter, the fuel cell apparatus of the embodiment will be described with reference to the drawings.
1, FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams illustrating a schematic configuration of a fuel cell device according to an embodiment. Note that FIG. 2 is a schematic configuration around the reforming water tank, which is an enlarged view of the F portion of FIG.

実施形態の燃料電池装置100は、天然ガス,LPガス等の原燃料と空気とを使用して発電を行なう燃料電池モジュール1の稼動による電力供給と、熱交換器3、ラジエータ4、熱媒循環ポンプP2および蓄熱タンク5等からなる排熱回収システム(ヒートサイクルHSともいう)を利用した温水の供給とを行うものである。なお、上記の蓄熱タンク5は、本開示の第2タンクに相当する。また、温水の供給を行なわない、いわゆるモノジェネレーションシステムとすることもできる。 In the fuel cell apparatus 100 of the embodiment, power is supplied by operating a fuel cell module 1 that generates power by using raw fuel such as natural gas and LP gas, and heat exchanger 3, radiator 4, and heat medium circulation. Hot water is supplied using an exhaust heat recovery system (also referred to as heat cycle HS) including a pump P2 and a heat storage tank 5. The heat storage tank 5 described above corresponds to the second tank of the present disclosure. It is also possible to use a so-called monogeneration system that does not supply hot water.

また、燃料電池装置100は、前述の燃料電池モジュール1等の他、補機として、改質水タンク6、パワーコンディショナ20、制御装置30、記憶装置40等を備えている。さらに、燃料電池装置100は、改質水ポンプP1を含む改質水流路R、排水流路Dと、各種センサ類とを備えている。センサとしては、水位検出装置である、中水位に位置する水検知器WL,低水位に位置する水検知器WLと、熱媒温度測定装置である水温計TSと、改質水の水質を測定するための水質測定装置である電気伝導率計WC等と、を少なくとも備える。Further, the fuel cell device 100 includes a reforming water tank 6, a power conditioner 20, a control device 30, a storage device 40 and the like as auxiliary devices in addition to the fuel cell module 1 and the like described above. Further, the fuel cell device 100 includes a reforming water flow path R including a reforming water pump P1, a drainage flow path D, and various sensors. The sensors include a water level detector WL 1 , a water detector located at a medium water level, a water detector WL 2 located at a low water level, a water temperature gauge TS 1 which is a heat medium temperature measuring device, and reformed water. It is provided with at least an electric conductivity meter WC 1 or the like, which is a water quality measuring device for measuring water quality.

燃料電池モジュール1は、収納容器10に収容されている。内部に、複数の燃料電池セルが積層されたセルスタック11と、水蒸気を用いて原燃料の水蒸気改質を行う改質器12と、余剰の燃料ガスに点火するための着火ヒータ(図示省略)、および、触媒容器2に充填された排ガス触媒等を備える。そして、燃料電池モジュール1は、図3に示すように、各フレーム51と外装パネル(図示省略)とからなるケース50の中に配設されている。 The fuel cell module 1 is housed in a storage container 10. A cell stack 11 in which a plurality of fuel cell cells are stacked, a reformer 12 that reforms the raw fuel with steam using steam, and an ignition heater for igniting excess fuel gas (not shown). , And an exhaust gas catalyst or the like filled in the catalyst container 2. Then, as shown in FIG. 3, the fuel cell module 1 is arranged in a case 50 including each frame 51 and an exterior panel (not shown).

なお、図3では図示していないが、ケース50内には、図1に例示するような、天然ガス等の原燃料を改質器に送給するガスポンプB1、空気等の酸素含有ガスをセルスタックに送給する空気ブロワB2、改質水タンク6内の改質水を、水蒸気改質用の原料水として改質器12に供給する改質水ポンプP1、改質水タンク6内の余剰水を排出するための排水流路D等が、配設されている。 Although not shown in FIG. 3, in the case 50, a gas pump B1 for supplying raw fuel such as natural gas to the reformer and an oxygen-containing gas such as air as shown in FIG. 1 are cells. The air blower B2 to be supplied to the stack, the reforming water pump P1 for supplying the reforming water in the reforming water tank 6 to the reformer 12 as raw water for steam reforming, and the surplus in the reforming water tank 6. A drainage channel D or the like for draining water is arranged.

さらに、ケース50内には、先に述べたような、系統電源と連係するパワーコンディショナ20、装置全体をコントロールする制御基板を含む制御装置30、記憶装置40等や、燃料電池の運転を制御するために用いる各種センサ類も、配置されている。 Further, in the case 50, as described above, the power conditioner 20 linked to the system power supply, the control device 30 including the control board for controlling the entire device, the storage device 40, and the like, and the operation of the fuel cell are controlled. Various sensors used for this are also arranged.

上述のような構成の燃料電池装置100においては、燃料電池モジュール1に隣接して配置された熱交換器3で、燃料電池モジュール1より排出された排ガスと、熱交換器3内を流れる水等の熱媒または冷媒との間で熱交換が行われ、排ガスに含まれる水分が結露して凝縮水が生じる。 In the fuel cell apparatus 100 having the above-described configuration, the exhaust gas discharged from the fuel cell module 1 and the water flowing in the heat exchanger 3 are the heat exchangers 3 arranged adjacent to the fuel cell module 1. Heat is exchanged with the heat medium or fuel of the above, and the moisture contained in the exhaust gas condenses to generate condensed water.

生じた凝縮水は、気液分離器等により分離され、凝縮水流路Cを経由して、凝縮水を回収および貯留する改質水タンク6に導入される。なお、改質水タンク6は、本開示の第1タンクに相当するものである。 The generated condensed water is separated by a gas-liquid separator or the like, and is introduced into the reforming water tank 6 that collects and stores the condensed water via the condensed water flow path C. The reforming water tank 6 corresponds to the first tank of the present disclosure.

水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Eを介して、燃料電池装置の外に排気される。また、改質水タンク6に貯水された改質水は、改質水流路Rおよび改質水ポンプP1を介して、燃料電池モジュール1内の改質器12に供給され、改質水を用いた原燃料の水蒸気改質に利用される。 The exhaust gas from which the water has been removed is exhausted to the outside of the fuel cell device via the exhaust gas flow path E. Further, the reformed water stored in the reformed water tank 6 is supplied to the reformer 12 in the fuel cell module 1 via the reformed water flow path R and the reformed water pump P1, and the reformed water is used. It is used for steam reforming of raw materials and fuels.

図2は、燃料電池装置100の構成の中で、燃料電池の発電運転およびそれに用いられる改質水に関連する部分、すなわち図1の二点鎖線F内を拡大して示したものである。 FIG. 2 is an enlarged view of the portion related to the power generation operation of the fuel cell and the reformed water used for the fuel cell in the configuration of the fuel cell device 100, that is, the inside of the two-dot chain line F in FIG.

凝縮水を浄化して貯留する改質水タンク6は、浄化処理用途の第1改質水タンク61と、貯留用途の第2改質水タンク62と、で構成されている。なお、これら第1改質水タンク61と第2改質水タンク62との間は、下部の通水管65で接続されて、連通している。 The reformed water tank 6 for purifying and storing condensed water is composed of a first reformed water tank 61 for purification treatment and a second reformed water tank 62 for storage. The first reforming water tank 61 and the second reforming water tank 62 are connected by a lower water pipe 65 and communicate with each other.

生成された改質水を貯留する第2改質水タンク62の下部または底部には、改質水ポンプP1の吸引口に繋がる改質水導出口62aが設けられている。また、第2改質水タンク62の上部側面には、排水流路Dに繋がる余剰水導出口62bが設けられている。 A reforming water outlet 62a connected to a suction port of the reforming water pump P1 is provided at the lower part or the bottom of the second reforming water tank 62 for storing the generated reforming water. Further, on the upper side surface of the second reforming water tank 62, a surplus water outlet 62b connected to the drainage flow path D is provided.

第2改質水タンク62の下部には、貯留された改質水の水位である上水面が、下限水位である渇水位に達したことを検出する水検知器WLが配設されている。なお、図中の各センサの黒丸は、センサの配設位置、またはプローブ等の先端の検出位置を示すものである。At the lower part of the second reforming water tank 62, a water detector WL 2 for detecting that the water level, which is the water level of the stored reforming water, has reached the drought level, which is the lower limit water level, is arranged. .. The black circles of each sensor in the figure indicate the position where the sensor is arranged or the position where the tip of the probe or the like is detected.

凝縮水を回収および精製して改質水を作製する第1改質水タンク61の中には、熱交換器3から回収された凝縮水を浄化処理するためのイオン交換樹脂が充填された第1のイオン交換樹脂容器63と、改質水の不足時に、外部から補給される水道水等(以下、外部水という)を浄化するためのイオン交換樹脂が充填された第2のイオン交換樹脂容器64とが、配設されている。 The first reformed water tank 61 for collecting and purifying the condensed water to produce the reformed water is filled with an ion exchange resin for purifying the condensed water recovered from the heat exchanger 3. The ion exchange resin container 63 of No. 1 and a second ion exchange resin container filled with an ion exchange resin for purifying tap water or the like (hereinafter referred to as external water) replenished from the outside when the reforming water is insufficient. 64 and are arranged.

第1改質水タンク61の所定の中間位置には、貯留された改質水の水位である上水面が、予め決められた設定水位である中水位に達したことを検出する水検知器WLが配設されている。なお、図2に示すように、第1改質水タンク61中に、貯留水である改質水の導電率(単位:μS/cm)を測定する第2の電気伝導率計WCを配設してもよい。A water detector WL that detects that the water level, which is the water level of the stored reformed water, has reached the medium water level, which is a predetermined set water level, at a predetermined intermediate position of the first reformed water tank 61. 1 is arranged. As shown in FIG. 2, a second electric conductivity meter WC 2 for measuring the conductivity (unit: μS / cm) of the reformed water, which is the stored water, is arranged in the first reforming water tank 61. It may be set.

そして、本実施形態の燃料電池装置100においては、水タンクに外部から水を補給する水補給装置として、図2に示すように、改質水タンク6と、外部の水源である上水道(Waterworks)等との間に、電磁開閉式の止水弁Vを含む水補給流路Gが配設されている。In the fuel cell device 100 of the present embodiment, as a water supply device for supplying water to the water tank from the outside, as shown in FIG. 2, the reformed water tank 6 and the water supply (Waterworks) which is an external water source are used. A water supply flow path G including an electromagnetic opening / closing type water stop valve V1 is provided between the water supply flow path G and the like.

水補給流路Gの下流側の末端である端部は、第1改質水タンク61の下部に設けられた外部水受水口61aに接続されている。外部水受水口61aから流入した外部水は、タンク内部に配設された延設管61bを介して、第2のイオン交換樹脂容器64の底部に設けられた外部水導入口64aから、第1改質水タンク61内に導入される。 The end portion of the water supply flow path G on the downstream side is connected to an external water receiving port 61a provided in the lower part of the first reforming water tank 61. The external water flowing in from the external water receiving port 61a is first from the external water introduction port 64a provided at the bottom of the second ion exchange resin container 64 via the extension pipe 61b arranged inside the tank. It is introduced into the reforming water tank 61.

また、第2のイオン交換樹脂容器64の中には、外部水浄化用のイオン交換樹脂が充填されている。外部水は、このイオン交換樹脂層を通過する間に、水道水等に含まれる不純物が除去され、導電率1μS/cm程度の脱イオン水、すなわち改質水の補水が精製されるようになっている。 Further, the second ion exchange resin container 64 is filled with an ion exchange resin for purifying external water. While the external water passes through the ion exchange resin layer, impurities contained in tap water and the like are removed, and deionized water having a conductivity of about 1 μS / cm, that is, refilled water for reforming water is purified. ing.

なお、図中の電気伝導率計WCは、前述のイオン交換樹脂が破過していないどうかを判定する、破過判定装置の一例である。この電気伝導率計WCは、浄化処理された後の脱イオン水である補水の導電率を測定できるように、補水が滞留する、第2のイオン交換樹脂容器64の上部に配設されている。The electric conductivity meter WC 1 in the figure is an example of a breakthrough determination device that determines whether or not the above-mentioned ion exchange resin has broken through. The electric conductivity meter WC 1 is arranged on the upper part of the second ion exchange resin container 64 in which the replenishment water stays so that the conductivity of the replenishment water which is the deionized water after the purification treatment can be measured. There is.

浄化処理された補水は、第2のイオン交換樹脂容器64の上部側面に設けられた浄化水流出口64bから流出して、第1改質水タンク61内の貯水部に流下して、改質水として貯留される。 The purified water flows out from the purified water outlet 64b provided on the upper side surface of the second ion exchange resin container 64, flows down to the water storage portion in the first reformed water tank 61, and is reformed water. Is stored as.

本実施形態の燃料電池装置100においては、改質水タンク6内の改質水が不足する場合、上述した水道水などの外部水が、イオン交換樹脂等を介して浄化された後、補水として改質水タンク6内に導入される。補水が行われる条件や制御等については、後記で説明する。 In the fuel cell device 100 of the present embodiment, when the reforming water in the reforming water tank 6 is insufficient, the external water such as the above-mentioned tap water is purified via an ion exchange resin or the like and then used as supplementary water. It is introduced into the reforming water tank 6. The conditions and controls for refilling water will be described later.

そして、燃料電池装置100は、以下に詳細に述べるように、種々の機能を実行するための制御および処理能力を提供するために、少なくとも1つのプロセッサを含む制御装置30を備える。 The fuel cell device 100 then includes a control device 30 that includes at least one processor to provide control and processing power to perform various functions, as described in detail below.

種々の実施形態によれば、少なくとも1つのプロセッサは、単一の集積回路として、または、複数の通信可能に接続された集積回路および/もしくはディスクリート回路として、実行されてもよい。少なくとも1つのプロセッサは、種々の既知の技術にしたがって実行されることが可能である。 According to various embodiments, the at least one processor may be run as a single integrated circuit or as multiple communicable integrated and / or discrete circuits. At least one processor can be run according to a variety of known techniques.

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

種々の実施形態によれば、プロセッサは、1以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路、デジタル信号処理部、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、または、これらのデバイスもしくは構成の任意の組み合わせ、または、他の既知のデバイスおよび構成の組み合わせ、を含み、以下に説明される機能を実行してもよい。 According to various embodiments, the processor is one or more processors, controllers, microprocessors, microcontrollers, application-specific integrated circuits, digital signal processors, programmable logic devices, field programmable gate arrays, or devices thereof or Any combination of configurations, or other known device and configuration combinations, may be included to perform the functions described below.

制御装置30は、記憶装置40と、パワーコンディショナ20と、燃料電池モジュール1と、ガスポンプB1等の原燃料供給装置と、空気ブロワB2等の酸素含有ガス供給装置と、改質水ポンプP1等の水供給装置、止水弁Vを含む水補給流路G等の水補給装置、および、中水位の水検知器WL,低水位の水検知器WL等の水位検出装置、水温計TS等の熱媒温度測定装置、電気伝導率計WC等の水質測定装置などの各種センサと接続され、これらの各機能部をはじめとして、燃料電池装置100の全体を制御および管理する。制御装置30は、記憶装置40に記憶されているプログラムを取得して、このプログラムを実行することにより、燃料電池装置100の各部にかかる、種々の機能を実現する。The control device 30 includes a storage device 40, a power conditioner 20, a fuel cell module 1, a raw fuel supply device such as a gas pump B1, an oxygen-containing gas supply device such as an air blower B2, a reformed water pump P1 and the like. Water supply device, water supply device such as water supply flow path G including water stop valve V 1 , water level detector such as medium water level water detector WL 1 , low water level water detector WL 2 , water temperature gauge It is connected to various sensors such as a heat medium temperature measuring device such as TS 1 and a water quality measuring device such as an electric conductivity meter WC 1 , and controls and manages the entire fuel cell device 100 including each of these functional units. The control device 30 acquires a program stored in the storage device 40 and executes this program to realize various functions related to each part of the fuel cell device 100.

制御装置30から、他の機能部または装置に制御信号または各種の情報などを送信する場合、制御装置30と他の機能部とは、有線または無線により接続されていればよい。制御装置30が行う本実施形態に特徴的な制御については、後記で説明する。なお、本実施形態において、制御装置30は特に、先に述べた外部水の、改質水貯留部への補水を制御する。また、各図では、制御装置30および記憶装置40と、燃料電池を構成する各装置および各センサとを結ぶ接続線の図示を、省略している場合がある。 When a control signal or various information is transmitted from the control device 30 to another functional unit or device, the control device 30 and the other functional unit may be connected by wire or wirelessly. The control characteristic of the present embodiment performed by the control device 30 will be described later. In the present embodiment, the control device 30 particularly controls the replenishment of the above-mentioned external water to the reformed water storage unit. Further, in each figure, the illustration of the connection line connecting the control device 30 and the storage device 40 with each device constituting the fuel cell and each sensor may be omitted.

記憶装置40は、プログラムおよびデータを記憶できる。記憶装置40は、処理結果を一時的に記憶する作業領域としても利用してもよい。記憶装置40は、記録媒体を含む。記録媒体は、半導体記憶媒体、および磁気記憶媒体等の任意の非一時的(non-transitory)な記憶媒体を含んでよい。また、記憶装置40は、複数の種類の記憶媒体を含んでいてもよい。記憶装置40は、メモリカード、光ディスク、または光磁気ディスク等の可搬の記憶媒体と、記憶の読み取り装置との組合せを含んでいてもよい。記憶装置40は、RAM(Random Access Memory)等の一時的な記憶領域として利用される記憶デバイスを含んでいてもよい。 The storage device 40 can store programs and data. The storage device 40 may also be used as a work area for temporarily storing the processing result. The storage device 40 includes a recording medium. The recording medium may include any non-transitory storage medium such as a semiconductor storage medium and a magnetic storage medium. Further, the storage device 40 may include a plurality of types of storage media. The storage device 40 may include a combination of a portable storage medium such as a memory card, an optical disk, or a magneto-optical disk, and a storage reading device. The storage device 40 may include a storage device used as a temporary storage area such as a RAM (Random Access Memory).

つぎに、上記構成の燃料電池装置による、改質水の水量を回復させる水回収運転制御、および、改質水が不足する場合の補水制御は、以下のように行われる。なお、以下の説明は、図4および図5A,図5Bのフローチャートにもとづいて行う。また、フローチャートにおける各ステップを「S」と省略して呼称する。たとえば、ステップ1,ステップ2・・・は、それぞれ、〔S1〕,〔S2〕・・・と称する。なお、図中も同じ表記とする。 Next, the water recovery operation control for recovering the amount of reformed water and the water replenishment control when the reformed water is insufficient are performed by the fuel cell device having the above configuration as follows. The following description will be given based on the flowcharts of FIG. 4 and FIGS. 5A and 5B. Further, each step in the flowchart is abbreviated as "S" and is referred to. For example, step 1, step 2 ... Are referred to as [S1], [S2] ..., respectively. The same notation is used in the figure.

図4および図5A,図5Bに示す、第1実施形態の燃料電池装置における制御装置30は、システムに異常を感知していない通常時または正常時には、第1タンクである改質水タンク6の所定の中間位置に配設された水検知器WLが発信している水検出信号が途切れるまで、すなわち、第1所定水位である中水位の水検知器WLからの水検出信号が受信できなくなるまで、水検出信号の受信の有無を判断する〔S1〕のループ、すなわち図4のフローチャートの〔S1〕における図示左側を繰り返しながら、待機している。The control device 30 in the fuel cell device of the first embodiment shown in FIGS. 4 and 5A and 5B is a reforming water tank 6 which is a first tank during normal or normal times when no abnormality is detected in the system. Until the water detection signal transmitted by the water detector WL 1 arranged at the predetermined intermediate position is interrupted, that is, the water detection signal from the medium water level water detector WL 1 which is the first predetermined water level can be received. Until it disappears, the loop of [S1] for determining whether or not the water detection signal is received, that is, the left side of the figure in [S1] of the flowchart of FIG. 4 is repeated while waiting.

ここで、前記〔S1〕のループ中に、中水位の水検知器WLが発信する水検出信号が受信されなくなった場合、制御装置30は、以下の水回収運転制御を開始する〔S2〕。Here, when the water detection signal transmitted by the water detector WL 1 at the middle water level is no longer received during the loop of the above [S1], the control device 30 starts the following water recovery operation control [S2]. ..

水回収運転制御は、改質水タンク6内の改質水の水量回復を目的に行うものである。その制御は、〔S2〕以降において、燃料電池の発電出力を抑制するとともに、他の補機類も制御して、燃料電池の発電運転を継続する。 The water recovery operation control is performed for the purpose of recovering the amount of reformed water in the reformed water tank 6. In the control, after [S2], the power generation output of the fuel cell is suppressed, and other accessories are also controlled to continue the power generation operation of the fuel cell.

具体的には、排ガスから回収される水の量を増加させる第1制御、および、改質水タンク6から燃料電池モジュール1へ供給する水の量を低減させる第2制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う。 Specifically, at least one of a first control that increases the amount of water recovered from the exhaust gas and a second control that reduces the amount of water supplied from the reforming water tank 6 to the fuel cell module 1. To control.

第1制御とは、前述のように燃料電池の発電出力を抑制するほか、たとえば、ヒートサイクルHS系の熱媒循環ポンプP2の送出量である水流量を定格最大にするとともに、ラジエータ4のファンの回転を定格最大回転数まで引き上げる等、熱媒循環系のポンプとファンの稼動デューティ比を上げる制御を行う。 In the first control, in addition to suppressing the power generation output of the fuel cell as described above, for example, the water flow rate, which is the transmission amount of the heat cycle HS system heat medium circulation pump P2, is maximized at the rated value, and the fan of the radiator 4 is used. Controls to raise the operating duty ratio of the pump and fan of the heat medium circulation system, such as raising the rotation of the radiator to the rated maximum rotation speed.

また、燃料利用率を下げて酸素利用率を上げるために、原燃料を改質器に送給するガスポンプB1の送出量であるガス流量と、空気をセルスタックに送給する空気ブロワB2の送出量である空気流量とを制御する等、原料供給系のポンプとブロワの稼動デューティ比を上げる制御を行う。これにより、最大の効率で、凝縮水を回収することができるようになる。 Further, in order to lower the fuel utilization rate and increase the oxygen utilization rate, the gas flow rate, which is the delivery amount of the gas pump B1 that feeds the raw fuel to the reformer, and the delivery of the air blower B2 that feeds the air to the cell stack. Control is performed to increase the operating duty ratio of the pump and blower of the raw material supply system, such as controlling the amount of air flow rate. This makes it possible to recover the condensed water with maximum efficiency.

第2制御とは、たとえば、燃料電池モジュール1への水供給用装置である改質水ポンプP1の、改質水の送出量である送水量をできる限り低減する制御を行う。 The second control is, for example, a control for reducing as much as possible the amount of water supplied, which is the amount of reformed water sent out, by the reforming water pump P1 which is a device for supplying water to the fuel cell module 1.

そして、〔S2〕以降に記載の水回収運転制御は、これら第1制御および第2制御のうち、少なくとも一方、可能であれば両方の制御を同時に行うことにより、最大限の効率で、凝縮水を回収することができる。 Then, in the water recovery operation control described in [S2] and thereafter, at least one of these first control and the second control is controlled at the same time if possible, so that the condensed water can be condensed water with maximum efficiency. Can be recovered.

水回収運転制御の継続中、制御装置30は、改質水タンク6の渇水位置である低水位位置の水検知器WLが、水検出信号を発信しているか否かを確認する〔S3〕。仮に、〔S3〕において、低水位位置の水検知器WLからの水検出信号が途絶えれば、改質水タンク6内の改質水の貯水量が危険レベルにまで低下していると判断して、発電運転を停止する制御に移行する(〔S12〕の渇水アラートを参照)。なお、渇水アラートが発報し、発電運転が停止された場合〔S12〕には、その後、人の手によるメンテナンスを経ることで、運転を再開することができる。While the water recovery operation control is being continued, the control device 30 confirms whether or not the water detector WL 2 at the low water level position, which is the drought position of the reforming water tank 6, is transmitting the water detection signal [S3]. .. If the water detection signal from the water detector WL 2 at the low water level position is interrupted in [S3], it is determined that the amount of reformed water stored in the reforming water tank 6 has dropped to a dangerous level. Then, the control shifts to the control to stop the power generation operation (see the drought alert in [S12]). When the drought alert is issued and the power generation operation is stopped [S12], the operation can be restarted by performing maintenance by human hands.

つぎに、制御装置30は、〔S4〕において、貯留改質水の水位の回復度合いを確認する。すなわち、この際、制御装置30は、水検知器WLから水検出信号が受信され、貯留改質水の水位が第1所定水位まで回復したことが確認できれば、〔S13〕において、前述の水回収運転制御を終了し、定格発電運転が可能な状態である〔S1〕以前の初期状態に復帰する。Next, the control device 30 confirms the degree of recovery of the water level of the stored reforming water in [S4]. That is, at this time, if the control device 30 receives the water detection signal from the water detector WL 1 and confirms that the water level of the stored reforming water has recovered to the first predetermined water level, the above-mentioned water is described in [S13]. The recovery operation control is terminated, and the state returns to the initial state before [S1] in which the rated power generation operation is possible.

一方、〔S5〕において、水回収運転制御を開始してから第1所定時間T1経過後も、中水位の水検知器WLからの水検出信号が受信されるようにならなかった、すなわち貯留改質水の水位の回復が充分でなかった場合、制御装置30は、外部水を補給する補水制御〔S7〕を開始する。なお、この第1所定時間T1とは、予め決められた、たとえば3時間程度の期間を指す。On the other hand, in [S5], the water detection signal from the water detector WL 1 at the medium water level was not received even after the lapse of the first predetermined time T1 from the start of the water recovery operation control, that is, the storage. When the recovery of the water level of the reformed water is not sufficient, the control device 30 starts the replenishment control [S7] for replenishing the external water. The first predetermined time T1 refers to a predetermined period of, for example, about 3 hours.

ここで、制御装置30は、補水制御〔S7〕実行の前に、外部水が補給可能であるかどうかを判定する、破過判定制御を実行してもよい。 Here, the control device 30 may execute the breakthrough determination control for determining whether or not the external water can be replenished before the execution of the replenishment control [S7].

破過判定制御の具体的な例として、制御装置30は、補水に使用する外部水浄化用のイオン交換樹脂が「破過」していないかどうか、すなわち、補水用イオン交換樹脂が寿命を迎えていないか否かを、破過判定装置、この例では破過検知装置として電気伝導率計を使用して、検出および判定する。 As a specific example of the breakthrough determination control, the control device 30 determines whether or not the ion exchange resin for external water purification used for water replenishment has "broken", that is, the ion exchange resin for water replenishment has reached the end of its life. Whether or not it has not been detected is detected and determined using a breakthrough determination device, in this example, an electric conductivity meter as a breakthrough detection device.

一例として、第1実施形態の燃料電池装置100の場合、図4のフローチャートにおいて、補水開始から第1所定時間T1経過〔S5〕と補水制御開始〔S7〕との間に、補水用イオン交換樹脂の破過を判定する破過判定制御〔S6〕を行う。 As an example, in the case of the fuel cell device 100 of the first embodiment, in the flowchart of FIG. 4, an ion exchange resin for water replenishment is formed between the lapse of the first predetermined time T1 [S5] and the start of water replenishment control [S7]. The breakthrough determination control [S6] for determining the breakthrough is performed.

破過判定制御〔S6〕は、第2のイオン交換樹脂容器64の上部に配設されている電気伝導率計WCを用いて、第2のイオン交換樹脂容器64内の浄化処理済の脱イオン水の導電率Jが、予め決められた所定導電率J1以下の値であるか否か、を確認する。In the breakthrough determination control [S6], the purification-treated removal of the inside of the second ion exchange resin container 64 is performed by using the electric conductivity meter WC 1 arranged in the upper part of the second ion exchange resin container 64. It is confirmed whether or not the conductivity J of the ionized water is a value equal to or less than a predetermined predetermined conductivity J1.

そして、制御装置30は、破過判定制御〔S6〕において、測定された導電率Jが所定導電率J1以下、すなわち破過していない「No(Good)」である場合、外部水浄化用のイオン交換樹脂がまだ寿命を迎えておらず、正常に機能していると判断して、後記の補水制御〔S7〕を開始または実行する。 Then, in the breakthrough determination control [S6], the control device 30 is used for external water purification when the measured conductivity J is a predetermined conductivity J1 or less, that is, “No (Good)” that has not broken through. It is determined that the ion exchange resin has not reached the end of its life and is functioning normally, and the water replenishment control [S7] described later is started or executed.

また、破過判定制御〔S6〕において、測定された導電率Jが所定導電率J1を超える場合、すなわち、外部水浄化用のイオン交換樹脂が寿命を迎え、破過している「Yes(No Good)」と判断された場合、外部水を用いた補水は中止され、燃料電池は、発電運転から、その運転を停止する制御〔スタンバイ状態:S14〕に移行する。すなわち、改質水タンク6内の改質水の貯水量が危険レベルにまで低下する前、言い換えれば、渇水アラートの発報をともなう発電運転の停止がされる前に、発電運転を停止する。 Further, in the breakthrough determination control [S6], when the measured conductivity J exceeds the predetermined conductivity J1, that is, the ion exchange resin for purifying external water has reached the end of its life and has broken through. If it is determined to be "Good)", the refilling using external water is stopped, and the fuel cell shifts from the power generation operation to the control [standby state: S14] for stopping the operation. That is, the power generation operation is stopped before the amount of reformed water stored in the reformed water tank 6 drops to a dangerous level, in other words, before the power generation operation accompanied by the issuance of the drought alert is stopped.

なお、上記例では、破過判定制御〔S6〕は、浄化処理済の脱イオン水の導電率Jを基準または判定項目として行うものとしたが、判定条件として、他の測定値を用いることもできる。たとえば、外部水である水道水の、第2のイオン交換樹脂容器64への時間あたり流入量を計測するフローメーター、あるいは、量水計等を備えている場合、それらのセンサから得られる値、すなわち水量を積算して、累積水量の値を、補水用イオン交換樹脂の破過判定の指標としてもよい。 In the above example, the breakthrough determination control [S6] is performed using the conductivity J of the purified deionized water as a reference or a determination item, but other measured values may be used as the determination condition. can. For example, if a flow meter for measuring the inflow of tap water, which is external water, into the second ion exchange resin container 64 per hour, or a water meter, etc., the values obtained from those sensors, That is, the amount of water may be integrated and the value of the cumulative amount of water may be used as an index for determining the breakthrough of the ion exchange resin for refilling water.

また、たとえば、前記の外部水である水道水の、第2のイオン交換樹脂容器64への流入量を、水補給流路Gに配設された止水弁Vが開弁された時間と、水補給流路G中を流れる外部水の水圧や流量等に基づいて、演算で算出可能であれば、開弁された時間を積算した累積値を、第2のイオン交換樹脂容器64へ流入した累積水量として、補水用イオン交換樹脂の破過判定に利用してもよい。Further, for example, the inflow amount of the tap water, which is the external water, into the second ion exchange resin container 64 is set to the time when the water stop valve V1 arranged in the water supply flow path G is opened. If it can be calculated by calculation based on the water pressure, flow rate, etc. of the external water flowing in the water supply flow path G, the cumulative value obtained by accumulating the valve opening time flows into the second ion exchange resin container 64. As the cumulative amount of water, it may be used for determining the breakthrough of the ion exchange resin for refilling water.

つぎに、前述の、補水用イオン交換樹脂の破過を判定する破過判定制御〔S6〕において、破過がない「No」と判定されれば、外部水を第1タンクである改質水タンク6内に補給する「補水制御」〔S7からS10まで〕を開始する。 Next, if it is determined in the breakthrough determination control [S6] for determining the breakthrough of the ion exchange resin for water replenishment that there is no breakthrough, the external water is the reformed water which is the first tank. The "replenishment control" [from S7 to S10] for replenishing the tank 6 is started.

補水制御は、図4のフローチャートに示すように、まず、〔S8〕として、外部水導入用の、水補給流路Gに配設された電磁開閉式の止水弁Vを開けて、外部水である水道水を第2のイオン交換樹脂容器64に導入し、補水を開始する。以下、外部水を「水道水」とする。In the water replenishment control, as shown in the flowchart of FIG. 4, first , as [S8], the electromagnetic opening / closing type water stop valve V1 provided in the water supply flow path G for introducing external water is opened to the outside. Tap water, which is water, is introduced into the second ion exchange resin container 64, and refilling is started. Hereinafter, the external water will be referred to as "tap water".

ついで、改質水タンク6内の貯留改質水の水量を確認しながら、水道水の補水を継続する。すなわち、フローチャートの〔S9〕において、先に述べたものと同様、改質水タンク6内の改質水の貯水量が、危険な渇水レベルにまで低下していないか否か、低水位位置の水検知器WLの水検出信号を確認しながら、水道水の補水を継続する。Then, while checking the amount of the stored reforming water in the reforming water tank 6, the replenishment of tap water is continued. That is, in [S9] of the flowchart, as in the case described above, whether or not the amount of reformed water stored in the reforming water tank 6 has dropped to a dangerous drought level is determined by the low water level position. Continue to replenish tap water while checking the water detection signal of the water detector WL 2 .

仮に、補水中に、低水位位置の水検知器WLからの水検出信号が途絶えれば、渇水もしくは何らかの異常が生じているとして補水を中断し、渇水アラートの発報とともに、発電運転を停止する制御に移行する〔S15〕。なお、渇水アラートの発報とともに発電運転が停止された場合〔S15〕には、その後、人の手によるメンテナンスを経ることで、運転を再開することができる。If the water detection signal from the water detector WL 2 at the low water level is interrupted during the refilling water, the refilling water is interrupted because of drought or some abnormality, and the power generation operation is stopped with the issuance of the drought alert. [S15]. If the power generation operation is stopped with the issuance of the drought alert [S15], the operation can be restarted by performing maintenance by human hands.

つぎに、フローチャートの〔S10〕において、制御装置30は、前記第1所定水位である中水位の水検知器WLからの水検出信号を受信できた場合、改質水タンク6内の貯留改質水の水量が回復したと判断して、止水弁Vを閉めて、水道水の導入を停止する〔S11〕。そして、前述の補水制御と、発電出力抑制等を行っていた水回収運転制御とを終了して、定常運転である〔S1〕に復帰する。Next, in [S10] of the flowchart, when the control device 30 can receive the water detection signal from the water detector WL 1 at the medium water level which is the first predetermined water level, the storage reform in the reforming water tank 6 is performed. Judging that the amount of quality water has recovered, the water stop valve V1 is closed to stop the introduction of tap water [S11]. Then, the above-mentioned water replenishment control and the water recovery operation control in which the power generation output is suppressed are terminated, and the process returns to the steady operation [S1].

以上のように、本実施形態の燃料電池装置100は、改質水の水量が不足して、水回収運転制御を行う場合であっても当該制御を一定期間継続した場合には、外部水により補水することで、発電運転を継続することができる。 As described above, in the fuel cell device 100 of the present embodiment, even when the amount of reformed water is insufficient and the water recovery operation control is performed, if the control is continued for a certain period of time, the external water is used. By replenishing water, the power generation operation can be continued.

すなわち、従前の構成の燃料電池装置において、改質水の水量回復操作や制御を行っても、発電運転に必要な水が確保できない場合、装置は強制的に停止され、人の手によるメンテナンスが完了するまで運転を再開できない場合が多かった。 That is, in the fuel cell device having the conventional configuration, if the water required for the power generation operation cannot be secured even if the amount of reformed water is restored or controlled, the device is forcibly stopped and maintenance is performed manually. In many cases, operation could not be resumed until it was completed.

本実施形態の燃料電池装置、制御装置および制御プログラムは、改質水の水量回復操作や制御を行っても、発電運転に必要な水が確保できない場合でも、メンテナンスを伴う装置の停止が回避される。これにより、効率的な発電運転を継続することができる。 In the fuel cell device, the control device, and the control program of the present embodiment, even if the water required for the power generation operation cannot be secured even if the water amount recovery operation or control of the reforming water is performed, the stop of the device with maintenance is avoided. To. As a result, efficient power generation operation can be continued.

また、補水する前に水回収運転制御を行うことで、外部水の補水回数を極力少なくして、外部水浄化用のイオン交換樹脂の機能低下を抑え、該イオン交換樹脂の寿命を延ばすこともできる。 In addition, by controlling the water recovery operation before replenishing water, the number of times of replenishment of external water can be reduced as much as possible, the deterioration of the function of the ion exchange resin for purifying external water can be suppressed, and the life of the ion exchange resin can be extended. can.

つぎに、前述の図4のフローチャートにおいて例示したように、補水用イオン交換樹脂の破過によって補水ができず、燃料電池装置の発電運転が停止した場合、すなわち、フローチャートにおける〔S6〕から〔S14〕への移行が発生した場合、運転スタンバイ状態の燃料電池装置は、後記の図5Aに示す第1発電再開制御のフロー、または、図5Bに示す第2発電再開制御のフローのようにして、自動的に、発電運転の再開を目指すようプログラムまたは制御されている。 Next, as illustrated in the above-mentioned flowchart of FIG. 4, when water cannot be replenished due to the breakage of the ion exchange resin for replenishment and the power generation operation of the fuel cell device is stopped, that is, from [S6] to [S14] in the replenishment. ], The fuel cell device in the operation standby state is subjected to the flow of the first power generation restart control shown in FIG. 5A described later or the flow of the second power generation restart control shown in FIG. 5B. It is automatically programmed or controlled to aim to resume power generation operation.

詳しく説明すると、まず一例として、図5Aに示すフローを適用する場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、〔S20〕において、まず、予め決められた第2所定時間である期間T2の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。なお、この第2所定時間T2とは、予め決められた、たとえば1日間程度の期間である。 More specifically, as an example, when the flow shown in FIG. 5A is applied, the fuel cell device in the standby state is first set in [S20] for a period T2 which is a predetermined second predetermined time. Stand by while the fuel cell power generation operation is stopped. The second predetermined time T2 is a predetermined period, for example, about one day.

上述の待機期間T2が終了したら、制御装置30は、第1運転再開制御〔S21-1〕を開始する。第1運転再開制御〔S21-1〕は、〔S22-1〕において、内蔵する時計や通信回線を介した外部のタイムサーバ等から、日本標準時等の、燃料電池装置設置場所の標準時に基づく現在時刻、いわゆる現地時間を取得し、その現在時刻が、たとえば真夜中である午前2時や3時等の、比較的外気温が低いと推定される時間帯に予め設定された第1所定時刻を、前記待機期間T2終了後に初めて迎えた際に実行され、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。 When the above-mentioned standby period T2 ends, the control device 30 starts the first operation restart control [S21-1]. The first operation restart control [S21-1] is currently performed in [S22-1] based on the standard time of the fuel cell device installation location, such as the Japanese standard time, from an external time server or the like via the built-in clock or communication line. The first predetermined time, which is set in advance in a time zone where the outside temperature is estimated to be relatively low, such as 2:00 am or 3:00 am at midnight, is obtained by acquiring the time, so-called local time. It is executed when the standby period T2 ends for the first time, and the fuel cell apparatus shifts from the above-mentioned standby state to the start preparation control for restarting the power generation operation.

他方、図5Bに示す第2運転再開制御のフローを適用する場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、図5Aの第1運転再開制御と同様、〔S20〕において、まず、予め決められた第2所定時間である期間T2の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。 On the other hand, when the flow of the second operation restart control shown in FIG. 5B is applied, the fuel cell device in the standby state is first determined in advance in [S20] as in the first operation restart control of FIG. 5A. During the period T2, which is the second predetermined time, the fuel cell power generation operation is stopped and stands by.

ついで、待機期間T2が終了したら、制御装置30は、第2運転再開制御〔S21-2〕を開始する。第2運転再開制御〔S21-2〕は、〔S22-2〕において、第2タンクである、ヒートサイクルHS系の蓄熱タンク5に配設された水温計TSの温度の確認を行い、その水温が予め決められた第1所定温度M1以下であれば、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。Then, when the standby period T2 ends, the control device 30 starts the second operation restart control [S21-2]. The second operation restart control [S21-2] confirms the temperature of the water temperature gauge TS 1 arranged in the heat cycle HS system heat storage tank 5 which is the second tank in [S22-2], and confirms the temperature thereof. When the water temperature is equal to or lower than the predetermined first predetermined temperature M1, the fuel cell device shifts from the above-mentioned standby state to the start preparation control for restarting the power generation operation.

起動準備制御は、発電運転の再開に向けた準備を行うモードであり、たとえば、燃料電池モジュール内に空気を送る空気ブロアB2の起動等を行う。また、第2所定時間である期間T2の間、発電運転を停止したまま待機する〔S20〕は、省略することができる。すなわち、〔S14〕で発電運転を停止した後、直ちに第1運転再開制御(フロー図5A参照)または第2運転再開制御(フロー図5B参照)を実行するよう制御してもよい。 The start-up preparation control is a mode for preparing for the restart of the power generation operation, for example, starting the air blower B2 that sends air into the fuel cell module. Further, the [S20] of waiting while the power generation operation is stopped during the period T2 which is the second predetermined time can be omitted. That is, it may be controlled to immediately execute the first operation restart control (see flow FIG. 5A) or the second operation restart control (see flow FIG. 5B) after stopping the power generation operation in [S14].

なお、第1所定温度M1とは、たとえば47℃である。また、本実施形態において、測定された水温Mが47℃を超える場合、制御装置30は、蓄熱タンク5内の熱媒の温度を下げるための熱媒冷却制御を行う場合がある。 The first predetermined temperature M1 is, for example, 47 ° C. Further, in the present embodiment, when the measured water temperature M exceeds 47 ° C., the control device 30 may perform heat medium cooling control for lowering the temperature of the heat medium in the heat storage tank 5.

熱媒冷却制御とは、たとえば、発電運転の停止から起動準備制御開始までの間に、蓄熱タンク5内の熱媒の温度を下げ、発電運転の再開後に、凝縮水の回収量が増えるように準備する制御である。熱媒は、冷却装置を作動させることで冷却することができる。冷却装置の一例としては、ヒートサイクルHS系の熱媒循環ポンプP2や、ラジエータ4がある。たとえば、ヒートサイクルHS系の熱媒循環ポンプP2を作動させるとともに、ラジエータ4を作動させる制御を行ってもよい。 The heat medium cooling control is, for example, to lower the temperature of the heat medium in the heat storage tank 5 between the stop of the power generation operation and the start of the start preparation control so that the amount of condensed water recovered increases after the power generation operation is restarted. It is a control to prepare. The heat medium can be cooled by operating the cooling device. Examples of the cooling device include a heat cycle HS system heat medium circulation pump P2 and a radiator 4. For example, the heat cycle HS system heat medium circulation pump P2 may be operated and the radiator 4 may be operated.

また、熱媒冷却制御は、発電運転の停止から起動準備制御開始までの間に、実行してもよい。フロー図5Aに示すように、第1所定時刻を過ぎた〔S22-1〕後、発電運転を再開する〔S23〕前に、熱媒冷却制御を開始し、所定時間の間熱媒冷却制御を継続、または、熱媒が第1所定温度以下となるまで、継続してもよい。また、フロー図5Bで示すように、第2運転再開制御〔S21-2〕を開始した後に、熱媒冷却制御を開始し、熱媒が第1所定温度以下〔S22-2〕となるまで継続してもよい。 Further, the heat medium cooling control may be executed between the stop of the power generation operation and the start of the start preparation control. Flow As shown in FIG. 5A, after the first predetermined time has passed [S22-1] and before the power generation operation is restarted [S23], the heat medium cooling control is started, and the heat medium cooling control is performed for a predetermined time. It may be continued or may be continued until the heat medium becomes the first predetermined temperature or less. Further, as shown in the flow diagram 5B, after starting the second operation restart control [S21-2], the heat medium cooling control is started and continued until the heat medium reaches the first predetermined temperature or less [S22-2]. You may.

以上の制御により、本実施形態の燃料電池装置100は、補水ができない場合でも、渇水アラートが発報する前に運転を停止させ、かつ水位を回復できる環境としたうえで、運転を再開することができる。 By the above control, even if the fuel cell device 100 of the present embodiment cannot be refilled, the operation is stopped before the drought alert is issued, and the operation is restarted after the environment is set so that the water level can be restored. Can be done.

すなわち、燃料電池装置100は、改質水の水量回復操作や制御を行っても、発電運転に必要な水が確保できない場合でも、人の手によるメンテナンスを経ることなく、発電運転を再開することができる。その結果、効率よく発電運転を行うことができる。 That is, the fuel cell device 100 restarts the power generation operation without manual maintenance even if the water required for the power generation operation cannot be secured even if the reformed water amount recovery operation or control is performed. Can be done. As a result, power generation operation can be performed efficiently.

なお、燃料電池装置100の制御装置30および記憶装置40は、燃料電池装置100の外部に有する構成として実現することもできる。さらに、本開示に係る制御装置30における特徴的な制御工程を含む制御方法として実現したり、上記工程をコンピュータに実行させるための制御プログラムとして実現したりすることも可能である。 The control device 30 and the storage device 40 of the fuel cell device 100 can also be realized as a configuration provided outside the fuel cell device 100. Further, it can be realized as a control method including a characteristic control step in the control device 30 according to the present disclosure, or as a control program for causing a computer to execute the above steps.

また、セルスタック装置および燃料電池モジュールは、SOFCに限定されず、たとえば固体高分子形燃料電池〔Polymer Electrolyte Fuel Cell(PEFC)〕、リン酸形燃料電池〔Phosphoric Acid Fuel Cell(PAFC)〕、および、溶融炭酸塩形燃料電池〔Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC)〕などのような燃料電池で構成してもよい。 Further, the cell stack device and the fuel cell module are not limited to SOFC, for example, a solid polymer fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and a fuel cell (PAFC). , A fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC) may be used.

つぎに、図6および図7A,図7B,図7Cに示す、第2実施形態の燃料電池装置の制御について説明する。なお、第2実施形態の燃料電池装置の構成は、前述の第1実施形態と同様であるため、特に必要としない限り、構成や符号等に関する詳細な説明は省略する。 Next, the control of the fuel cell device of the second embodiment shown in FIG. 6 and FIGS. 7A, 7B, and 7C will be described. Since the configuration of the fuel cell device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above, detailed description of the configuration, reference numerals, and the like will be omitted unless it is particularly necessary.

この第2実施形態の燃料電池装置、制御装置および制御プログラムが、第1実施形態と異なるのは、第1タンクである改質水タンク内の改質水の水量回復を目的に行う水回収運転制御を行っても、発電運転の継続に必要な改質水の水量の回復が見込めない場合は、浄化した外部水を改質水として補水することは行わず、燃料電池装置の発電運転を停止する点である。 The fuel cell device, the control device, and the control program of the second embodiment are different from the first embodiment in the water recovery operation for the purpose of recovering the amount of reformed water in the reformed water tank which is the first tank. If the amount of reformed water required to continue power generation operation cannot be expected to recover even after control, the purified external water will not be replenished as reformed water, and the power generation operation of the fuel cell device will be stopped. It is a point to do.

そのため、第1実施形態の燃料電池装置においては必要であった、水タンクに外部から水を補給する水補給装置として配設されている、外部水受水口61a、延設管61b、外部水導入口64a、止水弁V等を含む水補給流路Gと、第2のイオン交換樹脂容器64、および、第2のイオン交換樹脂容器64に配設された電気伝導率計WCは、第2実施形態の燃料電池装置においては、必須の構成ではない。Therefore, the external water receiving port 61a, the extension pipe 61b, and the external water introduction, which are arranged as a water replenishing device for supplying water to the water tank from the outside, which are necessary in the fuel cell device of the first embodiment. The water supply flow path G including the port 64a, the water stop valve V1, etc., the second ion exchange resin container 64, and the electric conductivity meter WC 1 arranged in the second ion exchange resin container 64 are In the fuel cell apparatus of the second embodiment, it is not an indispensable configuration.

第2実施形態の燃料電池装置の制御について詳しく説明する。
第2実施形態の燃料電池装置も、図6のフローチャートに示すように、システムに異常を感知していない通常時または正常時、制御装置30は、第1タンクである改質水タンク6の所定の中間位置に配設された水検知器WLからの水検出信号を監視しており、それが途切れた時に、水回収運転制御〔S2〕を開始する。
The control of the fuel cell device of the second embodiment will be described in detail.
As shown in the flowchart of FIG. 6, in the fuel cell device of the second embodiment, the control device 30 is a predetermined of the reforming water tank 6 which is the first tank during normal time or normal time when no abnormality is detected in the system. The water detection signal from the water detector WL 1 arranged at the intermediate position of is monitored, and when it is interrupted, the water recovery operation control [S2] is started.

水回収運転制御〔S2〕は、第1実施形態と同様、排ガスから回収される水の量を増加させる第1制御、および、改質水タンク6から燃料電池モジュール1へ供給する水の量を低減させる第2制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う。なお、第1制御および第2制御の内容は、第1実施形態と同じであるため、説明を省略する。 The water recovery operation control [S2] is the first control for increasing the amount of water recovered from the exhaust gas and the amount of water supplied from the reforming water tank 6 to the fuel cell module 1 as in the first embodiment. At least one of the second controls to be reduced is controlled. Since the contents of the first control and the second control are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

なお、水回収運転制御〔S2〕は、第1制御および第2制御のうち、少なくとも一方、可能であれば両方の制御を同時に行うことにより、最大限の効率で、凝縮水を回収することが可能である点は、同様である。 In the water recovery operation control [S2], condensed water can be recovered with maximum efficiency by simultaneously performing at least one of the first control and the second control, if possible, at the same time. The possible points are similar.

また、この水回収運転制御〔S2〕の継続中、制御装置30は、〔S3〕において、改質水タンク6の渇水位置である低水位位置の水検知器WLからの水検出信号が途絶えれば、発電運転を停止する制御に移行する(〔S12〕の渇水アラート参照)。Further, during the continuation of this water recovery operation control [S2], in [S3], the control device 30 loses the water detection signal from the water detector WL 2 at the low water level position, which is the drought position of the reforming water tank 6. If so, the control shifts to the control to stop the power generation operation (see the drought alert in [S12]).

また、〔S4〕において、中水位に位置する水検知器WLから水検出信号が受信されれば、〔S13〕において、前述の水回収運転制御を終了し、定格発電運転が可能な状態である〔S1〕初期状態に復帰する点も、同様である。さらに、第1実施形態と同様、渇水アラートが発報し、発電運転が停止された場合〔S12〕には、その後、人の手によるメンテナンスを経ることで、運転を再開することができる。Further, in [S4], if a water detection signal is received from the water detector WL 1 located at the middle water level, in [S13], the above-mentioned water recovery operation control is terminated and the rated power generation operation is possible. The same applies to the point of returning to a certain [S1] initial state. Further, as in the first embodiment, when the drought alert is issued and the power generation operation is stopped [S12], the operation can be restarted by performing maintenance by human hands.

そして、〔S5〕において、水回収運転制御を開始してから第3所定時間T3経過後も、中水位の水検知器WLからの水検出信号が受信されるようにならなかった、すなわち貯留改質水の水位の回復が充分でなかった場合、制御装置30は、発電運転を停止する制御に移行する〔S30〕。なお、この場合、改質水タンク6の渇水位置である低水位位置以上の水があることから、渇水アラートの発報をともなわずに発電運転を停止する。Then, in [S5], the water detection signal from the medium water level water detector WL 1 was not received even after the lapse of the third predetermined time T3 from the start of the water recovery operation control, that is, the storage. If the recovery of the water level of the reforming water is not sufficient, the control device 30 shifts to the control of stopping the power generation operation [S30]. In this case, since there is water above the low water level position, which is the drought position of the reforming water tank 6, the power generation operation is stopped without issuing a drought alert.

つぎに、上述のように、水回収運転制御を行っても、改質水の水位の回復が充分でないという理由で燃料電池装置の発電運転が停止した場合、スタンバイ状態の第2実施形態の燃料電池装置は、次のステップとして、後記に示す図7A,図7Bまたは図7Cに示すフローのようにして、自動的に、発電運転の再開を目指すようプログラムまたは制御されている。 Next, as described above, when the power generation operation of the fuel cell device is stopped because the recovery of the water level of the reformed water is not sufficient even if the water recovery operation control is performed, the fuel of the second embodiment in the standby state is used. As a next step, the battery device is automatically programmed or controlled to aim at restarting the power generation operation as shown in the flow shown in FIGS. 7A, 7B or 7C described later.

詳しく説明すると、まず一例として、図7Aに示すフローが適用される場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、〔S40〕において、まず、予め決められた第4所定時間である期間T4の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。なお、この第4所定時間T4とは、予め決められた、たとえば1日間程度の期間である。 To explain in detail, first, as an example, when the flow shown in FIG. 7A is applied, the fuel cell device in the standby state is first set in [S40] for a period T4 which is a predetermined fourth predetermined time. , Stand by with the fuel cell power generation operation stopped. The fourth predetermined time T4 is a predetermined period, for example, about one day.

上述の待機期間T4が終了したら、制御装置30は、第1運転再開制御〔S41-1〕を開始する。第1運転再開制御〔S41-1〕は、第1実施形態と同様、〔S42-1〕において、内蔵する時計や通信回線を介した外部のタイムサーバ等から、日本標準時等の、燃料電池装置設置場所の標準時に基づく現在時刻、いわゆる現地時間を取得し、その現在時刻が、たとえば真夜中である午前2時や3時等の、比較的外気温が低いと推定される時間帯に予め設定された第2所定時刻を、前記待機期間T4終了後に初めて迎えた際に実行され、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。 When the above-mentioned standby period T4 ends, the control device 30 starts the first operation restart control [S41-1]. The first operation restart control [S41-1] is the same as in the first embodiment, in [S42-1], from an external time server or the like via a built-in clock or a communication line, a fuel cell device such as Japanese standard time. The current time based on the standard time of the installation location, so-called local time, is acquired, and the current time is preset in a time zone where the outside temperature is estimated to be relatively low, for example, 2:00 am or 3:00 am at midnight. The second predetermined time is executed when the second predetermined time is reached for the first time after the end of the standby period T4, and the fuel cell apparatus shifts from the above-mentioned standby state to the start preparation control for restarting the power generation operation.

なお、制御装置30は、蓄熱タンク5内の熱媒の温度を下げるための熱媒冷却制御を行ってもよい。第1実施形態と同様に、第2所定時刻を過ぎた〔S42-1〕後、発電運転を再開するための起動準備制御〔S43〕に移行する前に、前述の熱媒冷却制御を開始して、所定時間の間、熱媒冷却制御を継続するか、あるいは、熱媒が予め決められた所定温度以下となるまで継続してもよい。 The control device 30 may perform heat medium cooling control for lowering the temperature of the heat medium in the heat storage tank 5. Similar to the first embodiment, after the second predetermined time has passed [S42-1], the above-mentioned heat medium cooling control is started before shifting to the start preparation control [S43] for restarting the power generation operation. Therefore, the heat medium cooling control may be continued for a predetermined time, or may be continued until the heat medium becomes a predetermined temperature or lower.

起動準備制御は、発電運転の再開に向けた準備を行うモードであり、たとえば、燃料電池モジュール内に空気を送る空気ブロアB2の起動等を行う。また、第4所定時間である期間T4の間、発電運転を停止したまま待機する〔S40〕は、省略することができる。すなわち、〔S30〕で発電運転を停止した後、直ちに第1運転再開制御(フロー図7A参照)または第2運転再開制御(フロー図7B参照)を実行するよう制御してもよい。 The start-up preparation control is a mode for preparing for the restart of the power generation operation, for example, starting the air blower B2 that sends air into the fuel cell module. Further, the [S40] of waiting with the power generation operation stopped during the period T4, which is the fourth predetermined time, can be omitted. That is, after stopping the power generation operation in [S30], it may be controlled to immediately execute the first operation restart control (see flow FIG. 7A) or the second operation restart control (see flow FIG. 7B).

他方、図7Bに示す第2運転再開制御のフローが適用される場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、第1実施形態と同様、〔S40〕において、まず、予め決められた第4所定時間である期間T4の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。 On the other hand, when the flow of the second operation restart control shown in FIG. 7B is applied, the fuel cell device in the standby state is, as in the first embodiment, first, in [S40], a predetermined fourth predetermined. During the period T4, which is the time, the fuel cell power generation operation is stopped and waits.

ついで、待機期間T4が終了したら、制御装置30は、第2運転再開制御〔S41-2〕を開始する。第2運転再開制御〔S41-2〕は、〔S42-2〕において、第2タンクである、ヒートサイクルHS系の蓄熱タンク5に配設された水温計TSの温度の確認を行い、その水温が予め決められた第2所定温度M2以下であれば、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。なお、第2所定温度M2とは、たとえば47℃である。Then, when the standby period T4 ends, the control device 30 starts the second operation restart control [S41-2]. The second operation restart control [S41-2] confirms the temperature of the water temperature gauge TS 1 arranged in the heat cycle HS system heat storage tank 5 which is the second tank in [S42-2], and confirms the temperature thereof. If the water temperature is equal to or lower than the predetermined second predetermined temperature M2, the fuel cell device shifts from the above-mentioned standby state to the start preparation control for restarting the power generation operation. The second predetermined temperature M2 is, for example, 47 ° C.

つぎに、他の一例として、図7Cに示すフローが適用される場合、上記例と同様、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、〔S40〕において、まず、予め決められた第4所定時間である期間T4の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。 Next, as another example, when the flow shown in FIG. 7C is applied, the fuel cell device in the standby state is first subjected to a predetermined fourth predetermined time in [S40] as in the above example. During T4 for a certain period, the fuel cell power generation operation is stopped and waits.

ついで、待機期間T4が終了したら、制御装置30は、第2運転再開制御の〔S42-2〕と同様、〔S42-3〕において、第2タンクである、ヒートサイクルHS系の蓄熱タンク5に配設された水温計TSの温度の確認を行い、その水温が予め決められた第2所定温度M2以下であれば、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと移行する〔S44〕。Then, when the standby period T4 ends, the control device 30 is connected to the heat cycle HS system heat storage tank 5 which is the second tank in [S42-3] as in [S42-2] of the second operation restart control. If the temperature of the disposed water temperature gauge TS 1 is confirmed and the water temperature is equal to or lower than the predetermined second predetermined temperature M2, the fuel cell device is directed to restart the power generation operation from the above-mentioned standby state. Shift to start-up preparation control [S44].

しかしながら、前記の〔S42-3〕において、第2タンクに配設された水温計TSの温度が、第2所定温度M2である47℃を超えている場合、制御装置30は、以下に説明する熱媒冷却制御〔S50からS56まで〕を実行して、蓄熱タンク5内の熱媒の温度を下げてから、起動準備制御〔S44〕へと移行する。なお、熱媒冷却制御〔S50からS56まで〕は、他の条件から独立した、サブルーチンとして実行することもできる。However, in the above [S42-3], when the temperature of the water temperature gauge TS 1 arranged in the second tank exceeds 47 ° C., which is the second predetermined temperature M2, the control device 30 is described below. After executing the heat medium cooling control [from S50 to S56] to lower the temperature of the heat medium in the heat storage tank 5, the process shifts to the start-up preparation control [S44]. The heat medium cooling control [from S50 to S56] can also be executed as a subroutine independent of other conditions.

熱媒冷却制御〔S50からS56まで〕は、〔S50〕において開始すると、まず、図7Cのフローチャートに示すように、〔S51〕においてヒートサイクルHS系の熱媒循環ポンプP2を作動させるとともに、〔S52〕においてラジエータ4のファンを作動させる制御を行う。 When the heat medium cooling control [from S50 to S56] is started in [S50], first, as shown in the flowchart of FIG. 7C, the heat cycle HS system heat medium circulation pump P2 is operated in [S51], and [ S52] controls the operation of the fan of the radiator 4.

そして、〔S53〕において、蓄熱タンク5内の熱媒の温度が充分に下がる、予め決められた第5所定時間である期間T5の間、これら熱媒循環ポンプP2とラジエータ4のファンとを作動させたまま待機した後、ラジエータ4のファンを停止〔S54〕し、熱媒循環ポンプP2を停止〔S55〕させ、熱媒冷却制御を終了する〔S56〕。 Then, in [S53], the heat medium circulation pump P2 and the fan of the radiator 4 are operated during the period T5, which is a predetermined fifth predetermined time in which the temperature of the heat medium in the heat storage tank 5 is sufficiently lowered. After waiting, the fan of the radiator 4 is stopped [S54], the heat medium circulation pump P2 is stopped [S55], and the heat medium cooling control is terminated [S56].

この熱媒冷却制御〔S50からS56まで〕により、蓄熱タンク5内の熱媒の温度を極力下げ、前述の発電運転の再開後に、凝縮水の回収量が増えるように、準備する。 By this heat medium cooling control [from S50 to S56], the temperature of the heat medium in the heat storage tank 5 is lowered as much as possible, and preparations are made so that the amount of condensed water recovered increases after the above-mentioned power generation operation is restarted.

以上の制御により、第2実施形態の燃料電池装置100は、渇水アラートが発報する前に運転を停止させ、かつ水位を回復できる環境としたうえで、運転を再開することができる。すなわち、燃料電池装置100は、メンテナンスを経ることなく発電運転を再開できることで、効率よく発電運転を行うことができる。 With the above control, the fuel cell device 100 of the second embodiment can be restarted after the operation is stopped before the drought alert is issued and the water level can be restored. That is, the fuel cell device 100 can efficiently perform the power generation operation because the power generation operation can be restarted without going through maintenance.

なお、第1実施形態と同様、第2実施形態においても、燃料電池装置100の制御装置30および記憶装置40は、燃料電池装置100の外部に有する構成として実現することもできる。さらに、本開示に係る制御装置30における特徴的な制御工程を含む制御方法として実現したり、上記工程をコンピュータに実行させるための制御プログラムとして実現したりすることも可能である。 As in the first embodiment, in the second embodiment, the control device 30 and the storage device 40 of the fuel cell device 100 can be realized as a configuration provided outside the fuel cell device 100. Further, it can be realized as a control method including a characteristic control step in the control device 30 according to the present disclosure, or as a control program for causing a computer to execute the above steps.

さらに、セルスタック装置および燃料電池モジュールは、SOFCに限定されず、たとえば固体高分子形燃料電池〔Polymer Electrolyte Fuel Cell(PEFC)〕、リン酸形燃料電池〔Phosphoric Acid Fuel Cell(PAFC)〕、および、溶融炭酸塩形燃料電池〔Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC)〕などのような燃料電池で構成してもよい。 Further, the cell stack device and the fuel cell module are not limited to SOFC, for example, a solid polymer fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and a fuel cell (PAFC). , A fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC) may be used.

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

1 燃料電池モジュール
5 蓄熱タンク(第2タンク)
6 改質水タンク(第1タンク)
61 第1改質水タンク
62 第2改質水タンク
63 第1イオン交換樹脂容器
64 第2イオン交換樹脂容器
30 制御装置
40 記憶装置
100 燃料電池装置
1 Fuel cell module 5 Heat storage tank (second tank)
6 Remodeling water tank (1st tank)
61 1st reformed water tank 62 2nd reformed water tank 63 1st ion exchange resin container 64 2nd ion exchange resin container 30 Control device 40 Storage device 100 Fuel cell device

止水弁
G 水補給流路
R 改質水流路
P1 改質水ポンプ
TS 水温計
WC 電気伝導率計
WL 水検知器(中水位センサ)
WL 水検知器(低水位センサ)
V 1 Water stop valve G Water supply flow path R Reform water flow path P1 Reform water pump TS 1 Coolant temperature gauge WC 1 Electric conductivity meter WL 1 Water level sensor (medium water level sensor)
WL 2 Water detector (low water level sensor)

Claims (5)

燃料電池と、
該燃料電池より排出される排ガスから回収した水を前記燃料電池へ供給するために貯留する第1タンクと、
前記第1タンク内の水面の高さを検出する水位検出装置と、
前記燃料電池および該燃料電池に付随する各補機の動作を制御する制御装置と、
前記第1タンクに外部から水を補給する水補給装置と、
前記排ガスと熱交換される熱媒を貯留する第2タンクと、
前記第2タンク内の熱媒の温度を測定する熱媒温度測定装置と、を備える燃料電池装置であって、
前記水補給装置は、
前記第1タンクに外部から補給される水を流過させる水補給流路と、
該水補給流路中に位置するイオン交換樹脂と、
該イオン交換樹脂が破過したことを判定する破過判定装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記各補機の動作を制御する第1制御、および、
前記第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記各補機の動作を制御する第2制御、のうち、
少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行し、
該水回収運転制御が開始されてから予め決められた第1所定時間経過した後、前記水位検出装置で測定された前記第1タンク内の水位が、前記第1所定水位以下である場合、前記破過判定装置により、前記イオン交換樹脂が破過しているか否かを判定する破過判定制御を実行し、該破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していないと判定されたとき、前記水補給装置によって前記第1タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御を実行し、前記破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していると判定されたとき、前記燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行し、
前記制御装置は、
予め決められた、外気温が低い時間帯に含まれる所定の第1時刻になった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第1運転再開制御と、
前記熱媒温度測定装置で測定された熱媒温度が予め決められた第1所定温度以下であった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第2運転再開制御と、を実行可能であり、
前記制御装置は、前記発電運転を停止する制御を実行した後、前記第1運転再開制御および前記第2運転再開制御のうち、いずれか一方の運転再開制御を実行する、燃料電池装置。
With a fuel cell
A first tank for storing water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell to supply the fuel cell, and a first tank.
A water level detection device that detects the height of the water surface in the first tank, and
A control device that controls the operation of the fuel cell and each auxiliary machine attached to the fuel cell, and
A water supply device that supplies water to the first tank from the outside,
A second tank that stores a heat medium that exchanges heat with the exhaust gas,
A fuel cell device including a heat medium temperature measuring device for measuring the temperature of the heat medium in the second tank.
The water supply device is
A water replenishment flow path that allows water replenished from the outside to flow through the first tank,
The ion exchange resin located in the water supply flow path and
It has a breakthrough determination device for determining that the ion exchange resin has broken down, and has a breakthrough determination device.
The control device is
The first control that controls the operation of each auxiliary machine so that the amount of water recovered from the exhaust gas increases when the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined first predetermined water level. ,and,
Of the second controls that control the operation of each auxiliary machine so that the amount of water supplied from the first tank to the fuel cell is reduced.
Execute water recovery operation control that controls at least one,
When the water level in the first tank measured by the water level detection device is equal to or lower than the first predetermined water level after a predetermined first predetermined time has elapsed from the start of the water recovery operation control, the said The breakthrough determination device executes a breakthrough determination control for determining whether or not the ion exchange resin is broken, and in the breakthrough determination control, it is determined that the ion exchange resin is not broken. When the water replenishment device executes a refilling control for replenishing the first tank with a predetermined amount of external water, and the breakthrough determination control determines that the ion exchange resin has broken through. The control to stop the power generation operation of the fuel cell device is executed, and the control is executed.
The control device is
When the predetermined first time included in the time zone when the outside air temperature is low is reached, the first operation restart control for restarting the power generation operation of the fuel cell device and
When the heat medium temperature measured by the heat medium temperature measuring device is equal to or lower than a predetermined first predetermined temperature, the second operation restart control for restarting the power generation operation of the fuel cell device can be executed. can be,
The control device is a fuel cell device that executes one of the first operation restart control and the second operation restart control after executing the control for stopping the power generation operation.
前記制御装置は、前記発電運転の停止から、予め決められた第2所定時間の待機後、前記第1運転再開制御および前記第2運転再開制御のうち、いずれか一方の運転再開制御を実行する、請求項1に記載の燃料電池装置。 The control device executes one of the first operation restart control and the second operation restart control after waiting for a predetermined second predetermined time from the stop of the power generation operation. , The fuel cell device according to claim 1. 前記第2タンク内の熱媒を冷却する冷却装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行した後であって、前記運転再開制御を実行後に実行される、前記燃料電池装置の発電運転をするための準備である起動準備制御を実行する前に、前記熱媒を冷却する熱媒冷却制御を実行する、請求項1または2に記載の燃料電池装置。
A cooling device for cooling the heat medium in the second tank is further provided.
The control device is a preparation for performing the power generation operation of the fuel cell device, which is executed after executing the control to stop the power generation operation of the fuel cell device and after executing the operation restart control. The fuel cell apparatus according to claim 1 or 2, wherein the heat medium cooling control for cooling the heat medium is executed before the preparation control is executed.
燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
燃料電池より排出される排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第1制御と、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第2制御と、
前記第1タンクに外部から水を補給する水補給装置によって前記第1タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御と、
前記第1タンクに外部から補給される水を流過させる水補給流路中に位置するイオン交換樹脂が破過しているか否かを判定する破過判定制御と、
予め決められた、外気温が低い時間帯に含まれる所定の第1時刻になった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第1運転再開制御と、
前記排ガスと熱交換される熱媒を貯留する第2タンク内の熱媒温度が予め決められた第1所定温度以下であった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第2運転再開制御と、
前記燃料電池装置の発電運転を停止する発電運転停止制御と、
を実行可能であり、
前記第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、前記第1制御および前記第2制御のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行し、
該水回収運転制御が実行されて、予め決められた第1所定時間継続した後、前記第1タンク内の水位が前記第1所定水位以下である場合、前記破過判定制御を実行し、該破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していないと判定されたとき、前記補水制御を実行し、前記破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していると判定されたとき、前記発電運転停止制御を実行し、
前記発電運転停止制御を実行した後、前記第1運転再開制御および前記第2運転再開制御のうち、いずれか一方の運転再開制御を実行する、制御装置。
A control device that controls a fuel cell device equipped with a fuel cell.
The first control that controls the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell increases.
Each auxiliary device attached to the fuel cell so that the amount of water supplied to the fuel cell from the first tank stored for supplying the water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell is reduced. The second control that controls the operation of
A water replenishment control that replenishes a predetermined amount of external water to the first tank by a water replenishing device that replenishes water to the first tank from the outside, and
A breakthrough determination control that determines whether or not the ion exchange resin located in the water supply flow path that causes the water supplied from the outside to flow through the first tank is broken.
When the predetermined first time included in the time zone when the outside air temperature is low is reached, the first operation restart control for restarting the power generation operation of the fuel cell device and
When the temperature of the heat medium in the second tank that stores the heat medium that exchanges heat with the exhaust gas is equal to or lower than the predetermined first predetermined temperature, the second operation is restarted to restart the power generation operation of the fuel cell device. Control and
Power generation operation stop control for stopping the power generation operation of the fuel cell device, and
Is feasible and
When the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined first predetermined water level, a water recovery operation control that controls at least one of the first control and the second control is executed.
After the water recovery operation control is executed and continued for a predetermined first predetermined time, when the water level in the first tank is equal to or lower than the first predetermined water level, the breakthrough determination control is executed and the said. When it was determined in the breakthrough determination control that the ion exchange resin was not broken, the water replenishment control was executed, and in the breakthrough determination control, it was determined that the ion exchange resin was broken. When, the power generation operation stop control is executed,
A control device that executes one of the first operation restart control and the second operation restart control after executing the power generation operation stop control.
燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第1制御を行う第1水回収運転制御ステップと、
前記第1タンク内の水位が予め決められた第1所定水位以下となった場合に、前記第1タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第2制御を行う第2水回収運転制御ステップと、
前記第1タンクに外部から水を補給する水補給装置によって前記第1タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御ステップと、
前記第1タンクに外部から補給される水を流過させる水補給流路中に位置するイオン交換樹脂が破過しているか否かを判定する破過判定制御ステップと、
予め決められた、外気温が低い時間帯に含まれる所定の第1時刻になった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第1運転再開制御ステップと、
前記排ガスと熱交換される熱媒を貯留する第2タンク内の熱媒温度が予め決められた第1所定温度以下であった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第2運転再開制御ステップと、
前記燃料電池装置の発電運転を停止する発電運転停止制御ステップと、
を実行させる制御プログラムであって、
前記第1水回収運転制御ステップおよび前記第2水回収運転制御ステップのうち、少なくとも一方のステップが予め決められた第1所定時間継続した後、前記第1タンク内の水位が前記第1所定水位以下である場合、前記破過判定制御ステップを実行し、該破過判定制御ステップにおいて、前記イオン交換樹脂が破過していないと判定されたとき、前記補水制御ステップを実行し、前記破過判定制御ステップにおいて、前記イオン交換樹脂が破過していると判定されたとき、前記発電運転停止制御ステップを実行し、
前記発電運転停止制御ステップを実行した後、前記第1運転再開制御ステップおよび前記第2運転再開制御ステップのうち、いずれか一方のステップを実行する運転再開制御ステップと、
を実行させる、制御プログラム。
For a control device that controls a fuel cell device equipped with a fuel cell,
When the water level in the first tank stored for supplying the water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell becomes equal to or lower than the predetermined first predetermined water level, the water is recovered from the exhaust gas. A first water recovery operation control step for performing a first control for controlling the operation of each auxiliary machine attached to the fuel cell so that the amount of water increases, and
Each attached to the fuel cell so that the amount of water supplied from the first tank to the fuel cell decreases when the water level in the first tank becomes equal to or lower than a predetermined first predetermined water level. A second water recovery operation control step for performing a second control for controlling the operation of the auxiliary machine, and
A water replenishment control step for replenishing the first tank with a predetermined amount of external water by a water replenishing device for replenishing the first tank from the outside.
A breakthrough determination control step for determining whether or not the ion exchange resin located in the water supply flow path for flowing water supplied from the outside to the first tank has broken through, and a breakthrough determination control step.
A first operation restart control step for restarting the power generation operation of the fuel cell device when a predetermined first time included in a predetermined time zone when the outside air temperature is low is reached.
When the temperature of the heat medium in the second tank that stores the heat medium that exchanges heat with the exhaust gas is equal to or lower than the predetermined first predetermined temperature, the second operation is restarted to restart the power generation operation of the fuel cell device. Control steps and
A power generation operation stop control step for stopping the power generation operation of the fuel cell device, and
It is a control program that executes
After at least one of the first water recovery operation control step and the second water recovery operation control step continues for a predetermined first predetermined time, the water level in the first tank becomes the first predetermined water level. In the following cases, the breakthrough determination control step is executed, and when it is determined in the breakthrough determination control step that the ion exchange resin has not broken down, the water replenishment control step is executed and the breakthrough is performed. When it is determined in the determination control step that the ion exchange resin has broken, the power generation operation stop control step is executed.
After executing the power generation operation stop control step, an operation restart control step for executing one of the first operation restart control step and the second operation restart control step, and the operation restart control step.
A control program that executes.
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