JP7650792B2 - Fuel Cell Systems - Google Patents
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Description
本発明は、ガスメーターを経由して供給される炭化水素を含む原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む改質ガスを生成する改質部と、改質部で生成される改質ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有するセルスタックと、前記アノードから排出されるアノード排出ガスに含まれる燃焼成分を燃焼させる燃焼部と、制御装置とを備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that includes a reforming section that generates a reformed gas containing hydrogen by steam reforming a raw fuel gas containing hydrocarbons that is supplied via a gas meter, a cell stack having an anode to which the reformed gas generated in the reforming section is supplied and a cathode to which oxygen gas is supplied, a combustion section that combusts combustion components contained in the anode exhaust gas discharged from the anode, and a control device.
いわゆるマイコンメータ等のガスメーターは、原燃料ガスの通流量がゼロ又は少ないことを示す非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間の間に設定回数生じないときには、警報作動する又は原燃料ガスの供給を遮断するように構成されている。 Gas meters, such as so-called microcomputer meters, are configured to sound an alarm or cut off the supply of raw fuel gas when a state that satisfies a non-leak condition, indicating that the flow rate of raw fuel gas is zero or low, does not occur a set number of times during the leak determination period.
特許文献1には、燃料電池システムが原燃料ガスを消費しない期間を意図的に作り出すことで、ガスメーターが上述したように警報作動する又は原燃料ガスの供給を遮断することを回避しようとする技術が記載されている。具体的には、燃料電池システムは、27日毎(漏洩判定用期間である30日の経過時点より3日前)に1日停止するように制御される。
特許文献1に記載のように、燃料電池システムの発電運転を1日間停止することで、ガスメーターが非漏洩条件を満たす状態が発生したと判定する可能性は高まるが、その間は燃料電池システムからの電力及び熱の供給が停止されるため、利用者のメリットが損なわれる。
更に、燃料電池システムの発電運転を停止している間に予期せずに電力系統の停電が発生した場合、燃料電池システムの発電を再開できないという問題がある。
As described in
Furthermore, if an unexpected power outage occurs in the power grid while the power generation operation of the fuel cell system is stopped, there is a problem that power generation by the fuel cell system cannot be restarted.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、利用者のメリットを極力損なうことなく、非漏洩条件を満たすとガスメーターによって判定される状態を適切に発生させつつ、燃料電池システムの発電運転も可能な限り継続させることができる燃料電池システムを提供する点にある。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a fuel cell system that can appropriately create a state that is determined by the gas meter to satisfy the non-leak condition while continuing the power generation operation of the fuel cell system as long as possible, without compromising the benefits to the user as much as possible.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、ガスメーターを経由して供給される炭化水素を含む原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成される前記改質ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料電池セルを複数有するセルスタックと、前記アノードから排出されるアノード排出ガスに含まれる燃焼成分を燃焼させる燃焼部と、前記セルスタックから電流を取り出して、電力系統に接続される電力線に供給するパワーコンディショナと、前記改質部に前記原燃料ガスを供給する原燃料供給部と、前記改質部に水を供給する水供給部と、前記カソードに前記酸素ガスを供給する酸素供給部と、前記原燃料供給部及び前記水供給部及び前記酸素供給部及び前記パワーコンディショナの動作を制御する制御装置と、を備え、前記燃焼部で発生した燃焼熱が前記改質部による水蒸気改質に利用され、前記原燃料供給部及び前記水供給部及び前記酸素供給部及び前記制御装置は、前記電力系統及び前記セルスタックの少なくとも一方から前記パワーコンディショナを介して電力の供給を受けて動作でき、
前記ガスメーターは、前記原燃料ガスの通流量がゼロ又は少ないことを示す非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間の間に設定回数生じないときには、警報作動する又は前記原燃料ガスの供給を遮断するように構成されている燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記漏洩判定用期間と同じ長さの所定の処理対象期間内に、少なくとも前記改質部が前記ガスメーターから受け取る前記原燃料ガスの量については前記ガスメーターが前記非漏洩条件を満たさないと判定する量にして前記改質ガスの生成を行いながら前記セルスタックでの発電を行っている発電状態から、少なくとも前記改質部が前記ガスメーターから受け取る前記原燃料ガスの量については前記ガスメーターが前記非漏洩条件を満たすと判定する量にする待機状態に移行して、当該待機状態を、前記非漏洩条件が満たされるか否かを前記ガスメーターが判定するための期間である設定判定用期間よりも長い所定の待機期間だけ継続する待機処理を含む漏洩判定回避処理を前記設定回数以上行い、
前記漏洩判定回避処理を行っている間に、前記電力系統から前記電力線に供給される系統電力の電圧を検出する電圧検出部によって前記系統電力の電圧低下を検出した場合、当該漏洩判定回避処理を中止して前記発電状態に移行する電圧低下対応処理を行う点にある。
The fuel cell system according to the present invention for achieving the above object comprises a reforming section which steam reforms a raw fuel gas containing hydrocarbons supplied via a gas meter to produce a reformed gas containing hydrogen, a cell stack having a plurality of fuel cell units each having an anode to which the reformed gas produced in the reforming section is supplied and a cathode to which oxygen gas is supplied, a combustion section which combusts combustion components contained in an anode exhaust gas discharged from the anode, a power conditioner which extracts current from the cell stack and supplies the current to a power line connected to a power grid, and a raw fuel supply unit that supplies the raw fuel gas to the reforming unit, a water supply unit that supplies water to the reforming unit, an oxygen supply unit that supplies the oxygen gas to the cathode, and a control device that controls the operation of the raw fuel supply unit, the water supply unit, the oxygen supply unit, and the power conditioner, wherein combustion heat generated in the combustion unit is utilized for steam reforming by the reforming unit, and the raw fuel supply unit, the water supply unit, the oxygen supply unit, and the control device are operable by receiving power supplied from at least one of the power system and the cell stack via the power conditioner,
The gas meter is configured to activate an alarm or cut off the supply of the raw fuel gas when a state satisfying a non-leak condition, which indicates that the flow rate of the raw fuel gas is zero or low, does not occur a set number of times during a leakage determination period,
The control device includes:
a leakage determination avoidance process is performed the set number of times or more, the leakage determination avoidance process including a standby process that transitions from a power generation state in which power generation is performed in the cell stack while generating the reformed gas in an amount that the gas meter determines does not satisfy the non-leak condition for at least the amount of the raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter within a specified processing target period having the same length as the leakage determination period, to a standby state in which the gas meter determines that the non-leak condition is satisfied for at least the amount of the raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter, and the standby state continues for a specified standby period that is longer than a set determination period that is a period for the gas meter to determine whether the non-leak condition is satisfied,
If a voltage drop in the grid power is detected by a voltage detection unit that detects the voltage of the grid power supplied from the power grid to the power line while the leakage determination avoidance process is being performed, a voltage drop response process is performed in which the leakage determination avoidance process is stopped and a transition is made to the power generation state.
上記特徴構成によれば、制御装置は、漏洩判定用期間と同じ長さの所定の処理対象期間内に、少なくとも改質部がガスメーターから受け取る原燃料ガスの量についてはガスメーターが非漏洩条件を満たすと判定する量にする待機状態を、非漏洩条件が満たされるか否かをガスメーターが判定するための期間である設定判定用期間よりも長い所定の待機期間だけ継続する待機処理を含む漏洩判定回避処理を設定回数以上行う。その結果、ガスメーターが、非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間の間に設定回数生じたと判定する可能性が高まる。更に、少なくとも上記設定判定用期間だけ、少なくとも改質部がガスメーターから受け取る原燃料ガスの量についてはガスメーターが非漏洩条件を満たすと判定する量にすればよい。この設定判定用期間はガスメーター毎に設定される値であるが、この設定判定用期間が短ければ上記待機期間も短くて良い。そのため、従来のように燃料電池システムを1日間停止することなどは不要になる。 According to the above characteristic configuration, the control device performs a leak determination avoidance process a set number of times or more, including a standby process in which, during a predetermined processing period having the same length as the leak determination period, the standby state in which at least the amount of raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter is set to an amount that the gas meter determines satisfies the non-leak condition continues for a predetermined standby period longer than the set determination period, which is a period for the gas meter to determine whether the non-leak condition is satisfied. As a result, the possibility that the gas meter will determine that a state that satisfies the non-leak condition has occurred a set number of times during the leak determination period increases. Furthermore, at least the amount of raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter may be set to an amount that the gas meter determines satisfies the non-leak condition for at least the set determination period. This set determination period is a value set for each gas meter, but if this set determination period is short, the standby period may also be short. Therefore, it is no longer necessary to stop the fuel cell system for one day as in the past.
更に、制御装置は、漏洩判定回避処理を行っている間に系統電力の電圧低下を検出した場合、その漏洩判定回避処理を中止して上記発電状態に移行する電圧低下対応処理を行う。上述のように、待機期間は短くて良いため、待機期間の途中であっても、改質部及びセルスタックは動作可能な高温のままであることが期待される。つまり、待機期間の途中であっても、漏洩判定回避処理を中止して即座に上記発電状態に移行できる状態にあることが期待される。その結果、漏洩判定回避処理を行っている間に例えば停電等により系統電力の電圧低下が発生したとしても、燃料電池システムの自立運転を行うことができる。
従って、利用者のメリットを極力損なうことなく、非漏洩条件を満たすとガスメーターによって判定される状態を適切に発生させつつ、燃料電池システムの発電運転も可能な限り継続させることができる燃料電池システムを提供できる。
Furthermore, if the control device detects a voltage drop in the grid power while performing the leakage determination avoidance process, it performs a voltage drop response process to stop the leakage determination avoidance process and transition to the power generation state. As described above, since the standby period can be short, it is expected that the reformer and the cell stack will remain at a high temperature where they can operate even during the standby period. In other words, it is expected that they will be in a state where they can stop the leakage determination avoidance process and immediately transition to the power generation state even during the standby period. As a result, even if a voltage drop in the grid power occurs due to a power outage or the like while performing the leakage determination avoidance process, the fuel cell system can operate independently.
Therefore, it is possible to provide a fuel cell system that can appropriately create a state that is determined by the gas meter to satisfy the non-leakage condition while continuing the power generation operation of the fuel cell system as long as possible, without compromising the benefits to users as much as possible.
本発明に係る燃料電池システムの別の特徴構成は、前記制御装置は、前記待機処理において、前記改質部が前記ガスメーターから受け取る前記原燃料ガスの量をゼロにして、前記セルスタックでの発電を停止させる点にある。 Another characteristic feature of the fuel cell system of the present invention is that, during the standby process, the control device sets the amount of raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter to zero, thereby stopping power generation in the cell stack.
上記特徴構成によれば、改質部がガスメーターから受け取る原燃料ガスの量をゼロにするので、待機処理を行っている間に、非漏洩条件を満たすとガスメーターが判定する可能性が高まる。 According to the above characteristic configuration, the reforming unit reduces the amount of raw fuel gas received from the gas meter to zero, increasing the likelihood that the gas meter will determine that the non-leak condition is met while the standby process is being performed.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記制御装置は、前記待機処理において、前記ガスメーターが前記非漏洩条件を満たすと判定する量の前記原燃料ガスを前記改質部で前記ガスメーターから受け取って前記改質ガスの生成を行いながら前記セルスタックでの発電を行わせる点にある。 Another characteristic feature of the fuel cell system of the present invention is that, during the standby process, the control device receives from the gas meter an amount of the raw fuel gas that the gas meter determines satisfies the non-leak condition at the reforming unit, and generates the reformed gas while generating electricity in the cell stack.
上記特徴構成によれば、改質部がガスメーターから受け取る原燃料ガスの量を、ガスメーターが非漏洩条件を満たすと判定する量にするので、待機処理を行っている間に、非漏洩条件を満たすとガスメーターが判定する可能性が高まる。また、待機処理を行っている間、改質部が原燃料ガスをガスメーターから受け取って改質ガスの生成を行いながらセルスタックでの発電を行うことができる。 According to the above characteristic configuration, the amount of raw fuel gas that the reforming unit receives from the gas meter is set to an amount that the gas meter determines satisfies the non-leak condition, so that the likelihood that the gas meter will determine that the non-leak condition is satisfied while the standby process is being performed is increased. In addition, while the standby process is being performed, the reforming unit can receive raw fuel gas from the gas meter and generate reformed gas while generating electricity in the cell stack.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記改質部よりも上流側で前記原燃料ガスを吸着可能な吸着材と当該吸着材の温度を調節可能な温度調節部とを有する吸着部を備え、
前記制御装置は、前記待機処理において、前記温度調節部によって前記吸着材の温度調節を行って前記吸着材から脱離させた前記原燃料ガスを用いて前記改質ガスの生成を行いながら前記セルスタックでの発電を行わせる点にある。
A further characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is an adsorption unit having an adsorbent capable of adsorbing the raw fuel gas upstream of the reforming unit and a temperature adjustment unit capable of adjusting a temperature of the adsorbent,
The control device, during the standby process, controls the temperature of the adsorbent using the temperature control unit, and generates the reformed gas using the raw fuel gas desorbed from the adsorbent while generating electricity in the cell stack.
上記特徴構成によれば、待機処理において、改質部は吸着部から脱離させた原燃料ガスを用いて改質ガスの生成を行うことができ、その改質ガスでセルスタックでの発電を行わせることができる。 According to the above characteristic configuration, during standby processing, the reforming section can generate reformed gas using the raw fuel gas desorbed from the adsorption section, and the reformed gas can be used to generate electricity in the cell stack.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記改質部よりも上流側で前記原燃料ガスを吸着可能な吸着材と当該吸着材の温度を調節可能な温度調節部とを有する吸着部を備え、
前記制御装置は、前記待機処理において、前記改質部が前記ガスメーターから受け取る前記原燃料ガスの量をゼロにし、前記温度調節部によって前記吸着材の温度調節を行って前記吸着材から脱離させた前記原燃料ガスを用いて前記改質ガスの生成を行いながら前記セルスタックでの発電を行わせる点にある。
A further characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is an adsorption unit having an adsorbent capable of adsorbing the raw fuel gas upstream of the reforming unit and a temperature adjustment unit capable of adjusting a temperature of the adsorbent,
The control device, during the standby process, reduces the amount of raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter to zero, and generates the reformed gas using the raw fuel gas desorbed from the adsorbent by adjusting the temperature of the adsorbent using the temperature adjustment unit, while generating electricity in the cell stack.
上記特徴構成によれば、待機処理において、改質部がガスメーターから受け取る原燃料ガスの量をゼロにしながら、改質部は吸着部から脱離させた原燃料ガスを用いて改質ガスの生成を行うことができ、その改質ガスでセルスタックでの発電を行わせることができる。 According to the above characteristic configuration, during standby processing, the amount of raw fuel gas that the reforming unit receives from the gas meter is set to zero, while the reforming unit generates reformed gas using the raw fuel gas desorbed from the adsorption unit, and the reformed gas can be used to generate electricity in the cell stack.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記セルスタックの温度を測定するセル温度測定器、及び、前記セルスタックの電圧を測定する電圧測定器、及び、前記改質部の温度を測定する改質温度測定器を備え、
前記制御装置は、前記セルスタックの温度が設定セル温度以上であること、及び、前記セルスタックの電圧が設定セル電圧以上であること、及び、前記改質部の温度が設定改質温度以上であることの少なくとも何れか一つを含む発電再開条件を満たす場合に前記電圧低下対応処理を行い、前記発電再開条件を満たさない場合に前記電圧低下対応処理を行わない点にある。
Another characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is to include a cell temperature measuring device that measures a temperature of the cell stack, a voltage measuring device that measures a voltage of the cell stack, and a reforming temperature measuring device that measures a temperature of the reforming section,
The control device performs the voltage drop response processing when a power generation resumption condition is satisfied, the voltage of the cell stack being equal to or higher than a set cell temperature, the voltage of the cell stack being equal to or higher than a set cell voltage, and the temperature of the reforming section being equal to or higher than a set reforming temperature, and does not perform the voltage drop response processing when the power generation resumption condition is not satisfied.
上記特徴構成によれば、セルスタックの温度が設定セル温度以上であること、及び、セルスタックの電圧が設定セル電圧以上であること、及び、改質部の温度が設定改質温度以上であることの少なくとも何れか一つを含む発電再開条件を満たさない場合には電圧低下対応処理は行われない。つまり、燃料電池システムが上記発電状態での動作を行えないと思われる場合には電圧低下対応処理は行われない。その結果、燃料電池システムが上記発電状態での動作を行えないにも関わらず上記発電状態に移行すること、即ち、セルスタックに無理な電力負荷を与え、劣化や故障のリスクが生じることが回避される。 According to the above characteristic configuration, the voltage drop response process is not performed unless the power generation resumption conditions, which include at least one of the following: the temperature of the cell stack is equal to or higher than the set cell temperature, the voltage of the cell stack is equal to or higher than the set cell voltage, and the temperature of the reforming section is equal to or higher than the set reforming temperature, are met. In other words, the voltage drop response process is not performed if it is believed that the fuel cell system cannot operate in the power generation state. As a result, it is possible to avoid the fuel cell system transitioning to the power generation state despite not being able to operate in the power generation state, i.e., to avoid placing an excessive power load on the cell stack and creating the risk of deterioration or failure.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記パワーコンディショナに電力を供給できる蓄電装置を備える点にある。 Another characteristic feature of the fuel cell system of the present invention is that it is equipped with a power storage device that can supply power to the power conditioner.
上記特徴構成によれば、蓄電装置から供給される電力を利用して、電圧低下対応処理においてパワーコンディショナに電力を供給して、パワーコンディショナから供給される電力で原燃料供給部及び水供給部及び酸素供給部及び制御装置を確実に動作させることができる。 According to the above characteristic configuration, the power supplied from the power storage device is used to supply power to the power conditioner in the voltage drop response process, and the raw fuel supply unit, water supply unit, oxygen supply unit, and control device can be reliably operated with the power supplied from the power conditioner.
以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る燃料電池システムSについて説明する。
図1は、燃料電池システムSが電力系統30に連系された状態を示す図である。図示するように、電力系統30に接続される電力線31に、燃料電池システムS及び電力負荷装置32が接続されている。燃料電池システムSは、後述するように、アノード8及びカソード9を有する燃料電池セルを複数有するセルスタックFCと、セルスタックFCから電流を取り出して、電力系統30に接続される電力線31に供給するパワーコンディショナ37とを備える。
A fuel cell system S according to an embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.
1 is a diagram showing a state in which a fuel cell system S is connected to an
加えて、燃料電池システムSは、補機35及び制御装置22を備える。補機35は、燃料電池システムSの動作に必要な機器であり、例えば、後述する原燃料供給部5、水供給部としての水ポンプ16、循環ポンプ18、酸素供給部としての空気供給部15及び温度調節部6bなどである。
In addition, the fuel cell system S includes an
電力線31には遮断器33が設けられ、例えば電力系統30で停電が発生した場合にはその遮断器33が開作動することで、燃料電池システムS及び電力負荷装置32は電力系統30から電気的に切り離される。
A
電圧検出部34は、電力線31の途中の、遮断器33よりも上流側(電力系統30の側)に設けられ、電力系統30から電力線31に供給される系統電力の電圧を測定する。この電圧検出部34は例えば計器用変圧器を用いて実現される。電圧検出部34が計測する電圧値は燃料電池システムSに伝達される。その結果、燃料電池システムSの制御装置22は、系統電力の電圧低下、例えば、電力系統30での停電発生を判定できる。そして、制御装置22は、系統電力の電圧低下を検出した場合、遮断器33を開作動させるなどの制御を行うことができる。
The
図2は、燃料電池システムSの構成を示す図である。燃料電池システムSは、改質部7と、アノード8及びカソード9を有するセルスタックFCと、燃焼部11と、制御装置22とを備える。加えて、本実施形態の燃料電池システムSは、改質部7に原燃料ガスを供給する原燃料供給部5と、吸着部6と、カソード9に酸素ガス(空気)を供給する酸素供給部としての空気供給部15と、熱交換器12と、水精製器13と、水タンク14と、改質部7に水を供給する水供給部としての水ポンプ16とを備える。
Figure 2 is a diagram showing the configuration of a fuel cell system S. The fuel cell system S includes a reforming section 7, a cell stack FC having an
改質部7は、ガスメーター1を経由して、原燃料ガス流路L1b(L1)を介して供給される例えば都市ガス等の炭化水素を含む原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む改質ガスを生成する。改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの単位時間当たりの流量は原燃料供給部5によって調節される。そして、原燃料供給部5によって流量が調節された原燃料ガスは、吸着部6を経由して、改質部7に供給される。改質部7には、改質部7の温度を測定する改質温度測定器7aが設けられる。改質温度測定器7aの測定結果は制御装置22に伝達される。
The reforming unit 7 generates reformed gas containing hydrogen by steam reforming raw fuel gas, such as city gas, which is supplied via the
また、改質部7には、水タンク14に貯えられている水が水ポンプ16及び水流路L10を介して供給され、その水が原燃料ガスの水蒸気改質に用いられる。尚、図示は省略するが、供給される水を気化させる気化器を設けてもよい。
原燃料供給部5の動作は制御装置22が制御する。
In addition, water stored in a
The operation of the raw
吸着部6は、改質部7よりも上流側で原燃料ガスを吸着可能な吸着材6aとその吸着材6aの温度を調節可能な温度調節部6bとを有する。吸着材6aは、温度が低い場合には原燃料ガスを吸着し、温度が高い場合には吸着している原燃料ガスを脱離する。そのため、制御装置22は、例えば電気ヒーターなどを用いて実現される温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから原燃料ガスを脱離させることができる。例えば、吸着材6aは活性炭やゼオライトを用いて実現でき、その場合、吸着材6aの温度を凡そ100℃~200℃以上にすることで、吸着していた原燃料ガスを脱離させることができる。尚、吸着材6aとして例えば銀ゼオライト等を用い、都市ガスから硫黄分を除去するための脱硫剤を兼ねる構成としてもよい。
温度調節部6bの動作は制御装置22が制御する。
The
The operation of the
改質部7で生成された改質は改質ガス流路L2を介してセルスタックFCに供給される。また、酸素ガス(空気)が空気流路L4を介してセルスタックFCに供給される。セルスタックFCのカソード9に供給される空気(即ち、酸素)の単位時間当たりの流量は空気供給部15によって調節される。セルスタックFCは、改質部7で生成される改質ガスが供給されるアノード8と、酸素ガスが供給されるカソード9と、それらの間に設けられる電解質層10とを有する。例えば、電解質層10は固体酸化物を使用して構成され、その場合には、セルスタックFCは固体酸化物形の発電セルを有する。セルスタックFCには、セルスタックFCの温度を測定するセル温度測定器28と、セルスタックFCの電圧を測定するセル電圧測定器29とが設けられる。セル温度測定器28及びセル電圧測定器29の測定結果は制御装置22に伝達される。
空気供給部15の動作は制御装置22が制御する。
The reformed gas generated in the reforming unit 7 is supplied to the cell stack FC via the reformed gas flow path L2. In addition, oxygen gas (air) is supplied to the cell stack FC via the air flow path L4. The flow rate per unit time of the air (i.e., oxygen) supplied to the
The operation of the
制御装置22は、原燃料供給部5及び水ポンプ16及び循環ポンプ18及び空気供給部15及びパワーコンディショナ37などの動作を制御する。原燃料供給部5、水供給部としての水ポンプ16、循環ポンプ18、酸素供給部としての空気供給部15及び温度調節部6bなどの補機35、並びに、制御装置22は、電力系統30及びセルスタックFCの少なくとも一方から、パワーコンディショナ37を介して電力の供給を受けて動作できる。
The
アノード8から排出されるアノード排出ガスはアノード排出ガス流路L3を介して燃焼部11に供給される。カソード9から排出されるカソード排出ガスはカソード排出ガス流路L5を介して燃焼部11に供給される。例えば、アノード排出ガス流路L3は、アノード8から燃焼部11へ供給されるアノード排出ガスが流れるアノード排出ガス配管である。また、例えば、カソード排出ガス流路L5は、カソード9から燃焼部11へ供給されるカソード排出ガスが流れるカソード排出ガス配管である。
The anode exhaust gas discharged from the
燃焼部11は、アノード8から排出されるアノード排出ガスに含まれる燃焼成分を燃焼させる。尚、燃焼部11には、カソード9から排出されるカソード排出ガスも供給され、そのカソード排出ガスに含まれる酸素が燃焼に利用される。そして、燃焼部11で発生した燃焼熱が、改質部7による原燃料ガスの水蒸気改質に利用される。また、気化器が設けられている場合には、燃焼熱が気化器に供給されて水の気化に利用される。
The
燃焼部11から排出される排出燃焼ガスは、排出燃焼ガス流路L6を介して熱交換器12に供給される。また、熱交換器12には、湯水循環路L7を流れる湯水が供給される。そして、熱交換器12で、排出燃焼ガスと湯水との熱交換が行われる。本実施形態では、この熱交換によって、排出燃焼ガスが冷却され、湯水循環路L7を流れる湯水が加熱される。
The exhaust combustion gas discharged from the
湯水循環路L7は、貯湯タンク17と熱交換器12との間で湯水を循環させる。貯湯タンク17には、相対的に低温の湯水がその下部に貯えられ、相対的に高温の湯水がその上部に貯えられるように、即ち、温度成層を形成する状態で湯水が貯えられる。具体的に説明すると、湯水循環路L7は、貯湯タンク17から熱交換器12へ湯水を移送する往路と、熱交換器12から貯湯タンク17へ湯水を移送する復路とで構成され、往路の途中に設けられる循環ポンプ18とを有する。
The hot water circulation path L7 circulates hot water between the hot
このような構成により、貯湯タンク17の下部から湯水循環路L7の往路を介して熱交換器12に供給される湯水はその熱交換器12で加熱され、加熱後の湯水は湯水循環路L7の復路を介して貯湯タンク17の上部に供給される。復路の途中に、熱交換器12から貯湯タンク17へ移送される湯水の温度を測定する温度測定部19が設けられる。本実施形態では、制御装置22は、復路を流れて貯湯タンク17に流入する湯水の温度(温度測定部19で測定される湯水の温度)が所定の貯湯目標温度(例えば65℃など)になるように循環ポンプ18の動作を制御する。このようにして、貯湯タンク17に温度成層を形成する状態で湯水が貯湯、即ち、蓄熱される。
With this configuration, hot water supplied from the bottom of the hot
貯湯タンク17の下部には、貯湯タンク17に上水を供給するための給水路L8a(L8)が接続され、貯湯タンク17の上部には、貯湯タンク17で貯えている湯水を排出するための出湯路L9が接続される。出湯路L9の途中には給水路L8b(L8)が接続され、貯湯タンク17から出湯される湯水に上水を混合することができる。貯湯タンク17から出湯される湯水に混合する上水の量は、給水路L8bの途中に設けられる調節弁21によって調節される。例えば、制御装置22は、温度測定部20によって測定される混合後の湯水の温度が所定温度(例えば30℃)になるように、調節弁21の動作を制御する。そして、混合後の湯水は熱源装置4を介して、利用者へと供給される。
The lower part of the hot
熱源装置4は、ガスメーター1を経由して供給される原燃料ガスを燃焼してその燃焼熱により湯水を加熱するガス消費装置2として機能する。例えば、情報受付部23が利用者から40℃の湯水の要求を受け付けている場合、制御装置22は、熱源装置4によって湯水を40℃に加熱した上で利用者に供給する。
The
燃焼部11から排出される排出燃焼ガスには水蒸気も含まれている。そのため、排出燃焼ガスを熱交換器12で冷却した場合、水蒸気が凝縮する。そして、その凝縮水は水回収路L11へと流入する。回収された凝縮水は、水精製器13を経由して、水タンク14に供給される。水精製器13は、回収した凝縮水に含まれる不純物を除去するための機器である。例えば、水精製器13は、イオン交換樹脂等を充填しており、回収した凝縮水に含まれる電解質のイオン(例えば、イオン化して溶存している塩類やアンモニアなど)を例えばH+、OH-と交換することで、回収水した凝縮水に含まれる電解質の濃度を相対的に低くさせる(即ち、電気伝導度を低くさせる)機能を果たす。
The exhaust combustion gas discharged from the
ガスメーター1は、原燃料ガスの通流量がゼロ又は少ないことを示す非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間(例えば、過去30日間など)の間に設定回数(例えば、30回など)生じないときには、警報作動する又は原燃料ガスの供給を遮断するように構成されている。例えば、ガスメーター1は、原燃料ガスの通流量が第1設定判定量以下となる状態が第1設定判定用期間(例えば、2分など)以上連続する場合や、第2設定判定用期間(例えば、2分など)での原燃料ガスの積算通流量が第2設定判定量以下となる場合などに、非漏洩条件を満たす状態が生じたと判定する。
The
図1に例示した構成では、ガスメーター1からは、原燃料ガス流路L1b(L1)を介して燃料電池システムSの改質部7に原燃料ガスが供給され、原燃料ガス流路L1c(L1)を介して燃料電池システムSの熱源装置4に原燃料ガスが供給される。また、ガスメーター1からは、原燃料ガス流路L1a(L1)を介してガスコンロやガス燃焼式ファンヒーター等のガス消費装置2としてのガス機器3にも原燃料ガスは供給される。そのため、ガスメーター1は、例えば改質部7及び熱源装置4及びガス機器3の全てでの原燃料ガスの消費に関して非漏洩条件を満たす状態が発生したか否かを判定する。そして、ガスメーター1は、そのような非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間(例えば、過去30日間など)の間に設定回数(例えば、30回など)生じていれば、異常なしと判定して、漏洩判定用期間の計時をゼロにリセットする。
In the configuration illustrated in FIG. 1, the
燃料電池システムSの制御装置22は、ガスメーター1が、非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間の間に設定回数生じたと判定するように、少なくとも改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量についてはガスメーター1が非漏洩条件を満たすと判定する量にすることを設定タイミングで実施する。具体的には、制御装置22は、漏洩判定用期間と同じ長さの所定の処理対象期間内に、少なくとも改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量についてはガスメーター1が非漏洩条件を満たさないと判定する量にして改質ガスの生成を行いながらセルスタックFCでの発電を行っている発電状態から、少なくとも改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量についてはガスメーター1が非漏洩条件を満たすと判定する量にする待機状態に移行して、その待機状態を、非漏洩条件が満たされるか否かをガスメーター1が判定するための期間である設定判定用期間(例えば、上述した第1設定判定用期間、第2設定判定用期間など)よりも長い所定の待機期間だけ継続する待機処理を含む漏洩判定回避処理を設定回数以上行う。
The
例えば、制御装置22は、待機処理において、改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量をゼロにして、セルスタックFCでの発電を停止させる。そして、制御装置22は、例えば、漏洩判定用期間が30日間の場合、それと同じ長さの30日間の処理対象期間内に、ガスメーター1の2分間の設定判定用期間よりも長い例えば3分間の待機期間だけ継続する待機処理を含む漏洩判定回避処理を例えば31回以上行う。つまり、この例では、待機期間は、ガスメーター1の上記設定判定用期間よりも1分間だけ長く設定され、30日間の処理対象期間内での漏洩判定回避処理の実施回数は、ガスメーター1の上記設定回数よりも1回だけ多く設定されている。
For example, in the standby process, the
図3は、漏洩判定回避処理を設定回数以上行うための処理対象期間を説明する図である。図示するように、制御装置22は、何れの時点においても、その時点から将来の漏洩判定用期間と同じ長さの期間内に、待機処理が設定回数以上の所定の実施予定回数だけ行われるように、待機処理を含む漏洩判定回避処理の実施スケジュールを決定する。図3に示す例では、T1~T31までの31回の漏洩判定回避処理の予定実施タイミングを設定している。
Figure 3 is a diagram explaining the processing period for performing the leak detection avoidance process a set number of times or more. As shown in the figure, the
漏洩判定回避処理の予定実施タイミングは適宜設定できる。例えば、制御装置22は、改質部7が原燃料ガスの供給を受けるのと同じガスメーター1を経由して供給される原燃料ガスを消費するガス消費装置2としての熱源装置4がガス消費動作が行う可能性が低い時間帯に漏洩判定回避処理を優先して行ってもよい。その場合、制御装置22は、ガス消費装置2としての熱源装置4での原燃料ガスの消費動作の回数を記憶し、例えば1日の中の1時間毎のガス消費動作の頻度を導出する。そして、制御装置22は、1日の中でのガス消費動作の頻度が低い時間帯に漏洩判定回避処理を優先して行う。一例を挙げると、制御装置22は、1日の中でのガス消費動作の頻度が低い時間帯を時刻2時及び時刻4時に決定した場合、漏洩判定回避処理を1日の中で時刻2時及び時刻4時の2回行う予定にする。この場合、将来の30日間(720時間)で60回の漏洩判定回避処理を行う実施スケジュールが設定される。従って、漏洩判定回避処理を行っている間に非漏洩条件を満たすとガスメーター1によって判定される状態が発生する可能性が高まるため、ガスメーター1が、非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間の間に設定回数生じたと判定する可能性が高まる。
The scheduled execution timing of the leak determination avoidance process can be set appropriately. For example, the
図4は漏洩判定回避処理を説明する図である。図4に示す例では、漏洩判定回避処理は事前処理と待機処理と事後処理とを含む。そして、時刻Ta~時刻Tbの間に事前処理が行われ、時刻Tb~時刻Tcの間に待機処理が行われ、時刻Tc~時刻Tdの間に事後処理が行われる。尚、漏洩判定回避処理は、事前処理と待機処理とを含むことでも良いし、又は、待機処理と事後処理とを含むことでも良い。 Figure 4 is a diagram explaining the leak determination avoidance process. In the example shown in Figure 4, the leak determination avoidance process includes pre-processing, standby processing, and post-processing. Pre-processing is performed between time Ta and time Tb, standby processing is performed between time Tb and time Tc, and post-processing is performed between time Tc and time Td. The leak determination avoidance process may include pre-processing and standby processing, or it may include standby processing and post-processing.
具体的には、制御装置22は、漏洩判定回避処理として、改質部7がガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを継続しながらセルスタックFCでの発電を停止させる事前処理を時刻Ta~時刻Tbの間に行い、事前処理の後に待機処理を行い、事前処理を行っている間にアノード8から排出されるアノード排出ガスを燃焼部11で燃焼する。
Specifically, as a leakage determination avoidance process, the
例えば、制御装置22は、事前処理において、時刻Ta~時刻Tbの間、パワーコンディショナ37の動作を制御して、セルスタックFCからの電流の取り出し(発電)を行わない、即ち、セルスタックFCでの発電を停止させる。但し、制御装置22は、時刻Ta~時刻Tbの間、原燃料供給部5を動作させて改質部7に原燃料ガスを供給し続け、空気供給部15を動作させてカソード9に空気を供給し続ける。また、制御装置22は、時刻Ta~時刻Tbの間、水ポンプ16を動作させて改質部7に水を供給し続ける。更に、燃焼部11では、アノード8から排出されるアノード排出ガスに含まれる燃焼成分を燃焼させ、その燃焼熱は改質部7に供給される。従って、時刻Ta~時刻Tbの間、改質部7で生成された改質ガスは、セルスタックFCでの発電に用いられることなく、燃焼部11で燃焼される。
For example, in the pre-processing, the
このように、事前処理を行っている間にアノード8から排出されるアノード排出ガス(即ち、高濃度の原燃料ガス)が燃焼部11で燃焼されるため、待機処理の開始時点では、燃焼部11から放出される燃焼熱によって、例えば改質部7及びセルスタックFC及び燃焼部11を収容するホットモジュールの内部の温度は高温になる。その結果、その後の待機処理中に改質部7の温度低下が発生するとしても、待機処理の終了時点での温度を高温にさせることができ、温度変化によるセルスタックFCへの劣化影響を抑制することができる。加えて、事前処理において原燃料ガスが改質部7へ供給されて、原燃料ガスの濃度が高まることで、その後に、後述する電圧低下対応処理を行う際にセルスタックFCでの発電を速やか実行できる。
In this way, the anode exhaust gas (i.e., high-concentration raw fuel gas) discharged from the
また、制御装置22は、待機処理において、時刻Tb~時刻Tcの間、原燃料供給部5の動作を停止して改質部7への原燃料ガスの供給を停止して、改質部7によるガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを停止し、空気供給部15の動作を停止してカソード9への空気の供給を停止する。そして、制御装置22は、待機処理において、時刻Tb~時刻Tcの間、パワーコンディショナ37の動作を制御して、セルスタックFCからの電流の取り出しを行わない。尚、制御装置22は、時刻Tb~時刻Tcの間、水ポンプ16を動作させて改質部7に水を供給し続ける。従って、時刻Tb~時刻Tcの間、改質部7からアノード8には、水蒸気のみが供給され続ける。このように、待機処理中に、水蒸気と改質部7に充填されていた燃料ガスとの混合ガスが改質部7からアノード8へと供給される。そのため、待機処理中に、外部からアノード8などに空気等が侵入してアノード8が酸化劣化することが抑制される。更に、待機処理中や発電再開直後に、アノード8へ供給されるガスのS/C(スチーム/カーボン比)が低下することが抑制される。
In addition, during the standby process, the
また、制御装置22は、漏洩判定回避処理として、待機処理の後に、改質部7がガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを再開して改質ガスの生成を行いながらセルスタックFCでの発電を停止させる事後処理を時刻Tc~時刻Tdの間に行い、事後処理を行っている間にアノード8から排出されるアノード排出ガスを燃焼部11で燃焼する。
In addition, as a leakage determination avoidance process, the
例えば、制御装置22は、事後処理において、時刻Tc~時刻Tdの間、パワーコンディショナ37の動作を制御して、セルスタックFCからの電流の取り出しを行わない。但し、制御装置22は、時刻Tc~時刻Tdの間、原燃料供給部5を動作させて改質部7に原燃料ガスを供給し続け、空気供給部15を動作させてカソード9に空気を供給し続ける。また、制御装置22は、時刻Tc~時刻Tdの間、水ポンプ16を動作させて改質部7に水を供給し続ける。更に、燃焼部11では、アノード8から排出されるアノード排出ガスに含まれる燃焼成分を燃焼させ、その燃焼熱は改質部7に供給される。従って、時刻Tc~時刻Tdの間、改質部7で生成された改質ガスは、セルスタックFCでの発電に用いられることなく、燃焼部11で燃焼される。
For example, in the post-processing, the
図5は、制御装置22の漏洩判定回避処理に関する動作を説明するフローチャートである。
工程#10において制御装置22は、漏洩判定回避処理の開始タイミングであるか否かを判定する。例えば、制御装置22は、図4に例示した時刻Taになったか否かを判定する。そして、制御装置22は、漏洩判定回避処理の開始タイミングである場合、工程#11に移行して、漏洩判定回避処理を開始する。図4で説明した例の場合、制御装置22は、時刻Ta~時刻Tbの間、漏洩判定回避処理の事前処理を行い、時刻Tbからは漏洩判定回避処理としての待機処理を開始する。そして、制御装置22は、漏洩判定回避処理の待機処理を行っている間に、ガス消費装置2としての熱源装置4の動作(即ち、ガスの燃焼動作)を監視する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the
In
その後、工程#12において制御装置22は、漏洩判定回避処理の待機処理の終了タイミングであるか否かを判定する。図4に示した例の場合、制御装置22は、時刻Tcになったか否かを判定する。そして、制御装置22は、待機処理の終了タイミングである場合、工程#13に移行して漏洩判定回避処理の待機処理を終了する。
Then, in
次に、工程#14において制御装置22は、漏洩判定回避処理の終了タイミングになった場合、工程#15に移行して漏洩判定回避処理を終了する。図4に示した例の場合、制御装置22は、漏洩判定回避処理の事後処理の終了タイミングである時刻Tdになったと判定した場合、事後処理を終了する、即ち、漏洩判定回避処理を終了する。
Next, in
制御装置22は、漏洩判定回避処理の待機処理を行っている間、ガス消費装置2としての熱源装置4によるガス消費動作があったか否かを監視している。そして、制御装置22は、漏洩判定回避処理の待機処理を行っている間にガス消費装置2としての熱源装置4によるガス消費動作があった場合、即ち、待機処理が失敗した場合には、ガスメーター1もその待機処理の期間中に非漏洩条件を満たす状態が生じたとは判定しないと推測できる。従って、制御装置22は、過去の例えば30日間等の処理対象期間内に、熱源装置4によるガス消費動作が無かった待機処理の回数、即ち、成功した待機処理の回数が30回等の設定回数未満であった場合、ガスメーター1も過去の30日間等の漏洩判定用期間の間に非漏洩条件を満たす状態が30回等の設定回数生じかったと判定すると推測できる。その場合、制御装置22は、燃料電池システムSの動作状態等を表示するリモコン装置等を用いて、ガスメーター1による警報作動がある又は原燃料ガスの供給遮断がある可能性が高いことを利用者に対して音声情報や文字情報で報知してもよい。
The
制御装置22は、漏洩判定回避処理の待機処理を行っている間に、ガス消費装置2としての熱源装置4によるガス消費動作があった場合には、追加の待機処理を設定するように動作してもよい。つまり、制御装置22は、漏洩判定回避処理の実施スケジュールを再設定するように動作してもよい。尚、制御装置22は、動作状態を監視可能なガス消費装置2が熱源装置4とは別にある場合には、そのガス消費装置2の動作状態の監視結果も含めて、漏洩判定回避処理の実施スケジュールを再設定するように動作してもよい。
The
具体的には、制御装置22は、追加の待機処理を、現在実施中の待機処理又は将来行う待機処理を延長するタイミングに設定することで、漏洩判定回避処理の実施スケジュールを再設定することができる。例えば、制御装置22は、ガスメーター1を経由して供給される原燃料ガスを消費する少なくとも一部のガス消費装置2の動作状態を監視し、漏洩判定回避処理の待機処理の途中にガス消費装置2が原燃料ガスを消費した場合、現在行っている待機処理又は将来行う待機処理の待機期間の長さを延長する。図4に示した例の場合、制御装置22は、待機処理の停止タイミングを、時刻Tcではなく、それよりも後の時刻Tc+αに再設定する。つまり、制御装置22は、現在実施中の待機処理を期間αだけ延長するような漏洩判定回避処理の実施スケジュールを再設定する。その場合、事後停止処理の終了タイミングも、時刻Td+αに再設定される。例えば、上述した例では待機期間を3分間に設定する場合を説明したが、待機期間の延長長さ「α」は例えば2分間などに設定でき、結果として1回の待機期間は合計5分間になる。
Specifically, the
尚、ガス消費装置2としての熱源装置4によるガス消費動作が継続された場合、待機処理の延長が何度も繰り返されると、1回の待機期間が長くなる可能性もある。その場合、1回の待機期間の長さに例えば20分間などの上限を設けてもよい。そして、制御装置22は、1回の待機期間の長さが例えば20分間に到達した時点で、その待機処理を強制中止してもよい。また、制御装置22は、待機処理を強制中止した場合、次に行う待機処理の待機期間の長さを延長することや、後述するような、現在設定している処理対象期間内で新たに漏洩判定回避処理を追加することなどを行ってもよい。
When the gas consumption operation by the
他には、制御装置22は、現在設定している処理対象期間内で、新たに漏洩判定回避処理を追加するように設定することで、漏洩判定回避処理の実施スケジュールを再設定することができる。例えば、制御装置22は、ガスメーター1を経由して供給される原燃料ガスを消費するガス消費装置2の動作状態を監視し、漏洩判定回避処理の待機処理の途中にガス消費装置2が原燃料ガスを消費した場合、漏洩判定回避処理の実施予定回数を増加する。図3に示した例の場合、制御装置22は、現在からT31の漏洩判定回避処理の予定実施タイミングまでの間に、新たに1回の漏洩判定回避処理を追加する予定を設定する。例えば、制御装置22は、現在が午前5時であり、当初予定していた次の漏洩判定回避処理の予定実施タイミングが翌日の午前2時の場合、それまでの間に、例えば当日の午後11時に、新たに1回の漏洩判定回避処理を実施する予定を追加する。
In addition, the
以上のように、制御装置22は、漏洩判定用期間と同じ長さの所定の処理対象期間内に、ガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを上記待機期間だけ停止する待機処理を含む漏洩判定回避処理を設定回数以上行う。その結果、ガスメーター1が、非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間の間に設定回数生じたと判定する可能性が高まる。更に、燃料電池システムSの改質部7では、少なくとも上記設定判定用時間だけ、ガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを停止すればよい。この設定判定用時間はガスメーター毎に設定される値であるが、この設定判定用時間が短ければ、燃料電池システムSの改質部7がガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを停止する待機期間も短くて良い。そのため、従来のように燃料電池システムSを1日間停止することなどは不要になる。
As described above, the
次に、所定の条件が満たされた場合、漏洩判定回避処理を行っている間にセルスタックFCの発電を再開する電圧低下対応処理について説明する。
制御装置22は、漏洩判定回避処理を行っている間に、電力系統30から電力線31に供給される系統電力の電圧を検出する電圧検出部34によって系統電力の電圧低下を検出した場合、漏洩判定回避処理を中止して上記発電状態に移行する電圧低下対応処理を行う。具体的には、制御装置22は、電圧低下対応処理において、原燃料供給部5及び水ポンプ16及び循環ポンプ18及び空気供給部15を動作させ、少なくとも改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量についてはガスメーター1が非漏洩条件を満たさないと判定する量にして改質ガスの生成を行いながらパワーコンディショナ37によるセルスタックFCからの電流の取り出し(発電)を行う。
Next, a voltage drop response process will be described, in which power generation in the cell stack FC is resumed while the leakage determination avoidance process is being performed when a predetermined condition is satisfied.
If the
具体的には、制御装置22は、電圧検出部34が検出した系統電力の電圧を漏洩判定回避処理を行っている間に監視し続けている。そして、制御装置22は、電圧検出部34が検出した系統電力の電圧が、所定の下限電圧以下の場合、上記電圧低下対応処理を行う。上述のように、燃料電池システムSの改質部7がガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを停止する待機期間は短くて良いため、待機期間の途中であっても、改質部7及びセルスタックFCは動作可能な高温のままであることが期待される。つまり、待機期間の途中であっても、漏洩判定回避処理を中止して、即座に上記発電状態に移行できる状態にあることが期待される。その結果、漏洩判定回避処理を行っている間に例えば停電等により系統電力の電圧低下が発生したとしても、燃料電池システムSの自立運転を行うことができる。
Specifically, the
尚、セルスタックFCの温度が低い場合、改質部7の温度が低い場合、セルスタックFCの電圧が低い場合などには、パワーコンディショナ37はセルスタックFCから無理に電流を引き出すと、セルスタックFCに劣化や故障のリスクが生じる。そのため、制御装置22は、セルスタックFCの温度が設定セル温度以上であること、及び、セルスタックFCの電圧が設定セル電圧以上であること、及び、改質部7の温度が設定改質温度以上であることの少なくとも何れか一つを含む発電再開条件を満たす場合に電圧低下対応処理を行い、発電再開条件を満たさない場合に電圧低下対応処理を行わない。つまり、燃料電池システムSが上記発電状態での動作を行えないと思われる場合には電圧低下対応処理は行われない。その結果、燃料電池システムSが上記発電状態での動作を行えないにも関わらず、上記発電状態に移行すること、即ち、セルスタックFCに無理な電力負荷を与え、劣化や故障のリスクが生じることが回避される。
When the temperature of the cell stack FC is low, when the temperature of the reforming unit 7 is low, when the voltage of the cell stack FC is low, etc., if the
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、燃料電池システムSの構成について具体的に説明したが、その構成は適宜変更可能である。
<Another embodiment>
<1>
In the above embodiment, the configuration of the fuel cell system S has been specifically described, but the configuration can be modified as appropriate.
<2>
上記実施形態において、制御装置22は、待機処理を行っている間、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから原燃料ガスを脱離させてもよい。
<2>
In the above embodiment, the
例えば、制御装置22は、待機処理において、改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量をゼロにして、即ち、非漏洩条件を満たすとガスメーター1が判定する状態にしてセルスタックFCでの発電を停止させている間、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから原燃料ガスを脱離させてもよい。この場合、待機処理中に吸着材6aから脱離された原燃料ガスが改質部7を経てアノード8へと拡散する。そのため、漏洩判定回避処理の待機処理中に、外部からアノード8などに空気等が侵入することが抑制される。
For example, during standby processing, the
或いは、制御装置22は、待機処理において、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて改質部7で改質ガスの生成を行いながらセルスタックFCでの発電を行わせてもよい。図6は、別実施形態の漏洩判定回避処理を説明する図である。図6に示す例では、漏洩判定回避処理は、時刻Tb~時刻Tcの間に行われる待機処理を含む。この場合、制御装置22は、待機処理において、改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量をゼロにし、即ち、非漏洩条件を満たすとガスメーター1が判定する状態にし、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて改質部7で改質ガスの生成を行いながらセルスタックFCでの発電を行わせる。吸着材6aから脱離させた原燃料ガスは拡散して改質部7に供給されるが、改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量をゼロにしていれば、ガスメーター1は非漏洩条件を満たすと判定する。そして、改質部7は、吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて改質ガスの生成を行うことができるので、制御装置22は、セルスタックFCからの電流の取り出し(発電)を行うことができる。但し、この待機処理で行われる発電継続は、セルスタックFCの発電電力を、パワーコンディショナ37を介して、例えばセルスタックFCを動作させるために必要な、原燃料供給部5、水ポンプ16、循環ポンプ18、空気供給部15、温度調節部6bなどの補機35、並びに、制御装置22のみに供給するアイドリング状態での発電継続である。
Alternatively, the
図6に示す例において、時刻Ta~時刻Tbの間、及び、時刻Tc~時刻Tdの間に行われる運転の詳細は適宜設定可能である。例えば、時刻Ta~時刻Tbの間に行われる運転は、時刻Ta以前に行われる運転と同じでもよいし、又は、異なっていてもよい。同様に、時刻Tc~時刻Tdの間に行われる運転は、時刻Td以後に行われる運転と同じでもよいし、又は、異なっていてもよい。 In the example shown in FIG. 6, the details of the operations performed between time Ta and time Tb and between time Tc and time Td can be set as appropriate. For example, the operations performed between time Ta and time Tb may be the same as or different from the operations performed before time Ta. Similarly, the operations performed between time Tc and time Td may be the same as or different from the operations performed after time Td.
<3>
上記実施形態では、制御装置22が、待機処理において、改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量をゼロにする場合の例(即ち、ガスメーター1が非漏洩条件を満たすと判定する量にする場合の例)を説明したが、ガスメーター1が非漏洩条件を満たすと判定するのであれば、改質部7はガスメーター1から原燃料ガスを受け取ってもよい。そして、制御装置22は、待機処理において、ガスメーター1が非漏洩条件を満たすと判定する量の原燃料ガスを少なくとも改質部7でガスメーター1から受け取って改質ガスの生成を行いながらセルスタックFCでの発電を行わせてもよい。
<3>
In the above embodiment, an example has been described in which the
図7は、別実施形態の漏洩判定回避処理を説明する図である。図7に示す例では、漏洩判定回避処理は、時刻Tb~時刻Tcの間に行われる待機処理を含む。この場合、制御装置22は、待機処理において、ガスメーター1が非漏洩条件を満たすと判定する量の原燃料ガスを改質部7でガスメーター1から受け取る。例えば、上述した例のように、ガスメーター1が、原燃料ガスの通流量が第1設定判定量以下となる状態が第1設定判定用期間以上連続する場合に非漏洩条件を満たすと判定する場合であれば、制御装置22は、この待機処理において、原燃料供給部5の動作を制御して改質部7への原燃料ガスの通流量を第1設定判定量以下にした状態で、改質部7によるガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを継続させればよい。或いは、ガスメーター1が、第2設定判定用期間での原燃料ガスの積算通流量が第2設定判定量以下となる場合などに非漏洩条件を満たす状態が生じたと判定する場合であれば、制御装置22は、この待機処理において、原燃料供給部5の動作を制御して第2設定判定用期間と同じ期間での原燃料ガスの積算通流量を第2設定判定量以下にした状態で、改質部7によるガスメーター1からの原燃料ガスの受け取りを継続させればよい。そして、改質部7は、ガスメーター1から受け取る原燃料ガスを用いて改質ガスの生成を行うことができるので、制御装置22は、セルスタックFCからの電流の取り出し(発電)を行うことができる。但し、この待機処理で行われる発電継続は、上述したのと同様のアイドリング状態での発電継続である。
Figure 7 is a diagram illustrating a leakage determination avoidance process of another embodiment. In the example shown in Figure 7, the leakage determination avoidance process includes a standby process performed between time Tb and time Tc. In this case, the
更に、制御装置22は、待機処理において、ガスメーター1が非漏洩条件を満たすと判定する量の原燃料ガスを改質部7でガスメーター1から受け取り、且つ、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて、改質部7で改質ガスの生成を行いながらセルスタックFCでの発電を行わせてもよい。
Furthermore, in the standby process, the
図7に示す例においても、時刻Ta~時刻Tbの間、及び、時刻Tc~時刻Tdの間に行われる運転の詳細は適宜設定可能である。例えば、時刻Ta~時刻Tbの間に行われる運転は、時刻Ta以前に行われる運転と同じでもよいし、又は、異なっていてもよい。同様に、時刻Tc~時刻Tdの間に行われる運転は、時刻Td以後に行われる運転と同じでもよいし、又は、異なっていてもよい。 In the example shown in FIG. 7, the details of the operations performed between time Ta and time Tb and between time Tc and time Td can be set as appropriate. For example, the operations performed between time Ta and time Tb may be the same as the operations performed before time Ta, or they may be different. Similarly, the operations performed between time Tc and time Td may be the same as the operations performed after time Td, or they may be different.
<4>
上記実施形態では、漏洩判定回避処理を行っている間、改質部7が水蒸気改質のための水の受け取りを継続する例を説明したが、例えば漏洩判定回避処理の待機処理を行っている間に改質部7が水蒸気改質のための水の受け取りを停止してもよい。
<4>
In the above embodiment, an example has been described in which the reforming unit 7 continues to receive water for steam reforming while the leak determination avoidance processing is being performed. However, for example, the reforming unit 7 may stop receiving water for steam reforming while the standby processing for the leak determination avoidance processing is being performed.
<5>
上記実施形態において、燃料電池システムSは、パワーコンディショナ37に電力を供給できる蓄電装置36を備えていてもよい。図8は、別実施形態の燃料電池システムSが電力系統30に連系された状態を示す図である。図示するように、燃料電池システムSは、蓄電装置36を備える。この蓄電装置36は、パワーコンディショナ37を介して、補機35、制御装置22などと電気的に接続されて、それらに電力を供給できる。つまり、蓄電装置36から供給される電力を利用して、電圧低下対応処理においてパワーコンディショナ37に電力を供給して、パワーコンディショナ37から供給される電力で原燃料供給部5及び水ポンプ16及び循環ポンプ18及び空気供給部15及び温度調節部6b及び制御装置22を確実に動作させることができる。また、蓄電装置36は、パワーコンディショナ37を介して電力線31に接続されるため、電力線31から電力供給を受けて、電力を蓄えることができる。
<5>
In the above embodiment, the fuel cell system S may include a
<6>
上記実施形態において、ガスメーター1に関する上記設定判定用期間(第1設定判定用期間、第1設定判定用期間)、上記設定判定流量(第1設定判定流量、第2設定判定流量)、上記漏洩判定用期間、上記設定回数などを特定可能なガスメーター1情報を受け付ける情報受付部23を備え、制御装置22は、情報受付部23が受け付けるガスメーター1情報に基づいて漏洩判定回避処理を行ってもよい。
<6>
In the above embodiment, an
図9は、燃料電池システムSとサーバ装置26とが情報通信回線25を介して接続された状態を示す図である。図示するように、住戸や事業所などの施設27に、図2に例示したようなガスメーター1及び燃料電池システムSなどが設置されている。サーバ装置26は、複数の施設27のそれぞれに設置されるガスメーター1に関するガスメーター1情報を記憶している。
Figure 9 is a diagram showing a state in which a fuel cell system S and a
サーバ装置26は、各燃料電池システムSに対して、その燃料電池システムSと同じ施設27に設置されているガスメーター1のガスメーター情報を情報通信回線25を介してその燃料電池システムSに対して送信する。燃料電池システムSは、受信したガスメーター情報を情報記憶部24に記憶する。そして、燃料電池システムSの制御装置22は、漏洩判定回避処理を行う場合に、情報記憶部24に記憶されているガスメーター情報を参照して、処理対象期間の長さ、待機期間の長さ、その処理対象期間での漏洩判定回避処理の実施予定回数、改質部7がガスメーター1から受け取る原燃料ガスの量などを決定すればよい。
The
<7>
上記実施形態では、処理対象期間の長さ、待機期間の長さ、その処理対象期間での漏洩判定回避処理の実施予定回数及び実施スケジュールなどについての数値例を記載したが、それらの値は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。
<7>
In the above embodiment, numerical examples are given for the length of the processing period, the length of the waiting period, the planned number of times the leak detection avoidance processing is performed during the processing period, and the execution schedule, but these values are given for illustrative purposes and can be changed as appropriate.
<8>
上記実施形態では、ガス消費装置2としての熱源装置4が利用者へ湯水を供給する給湯用途に用いられる場合について説明したが、ガス消費装置2としての熱源装置4は、例えば床暖房装置及び浴室暖房乾燥装置などに供給する熱媒体を加熱する暖房用の熱源装置4であってもよい。熱源装置4がそのような暖房用途で用いられる場合、熱源装置4が一時的にガス消費動作を停止して熱媒体の加熱を停止しても、床暖房装置や浴室暖房乾燥装置の利用者がそれを体感できる可能性は低い。そのため、制御装置22は、上記待機処理を行っている間、改質部7が原燃料ガスの供給を受けるのと同じガスメーター1を経由して供給される原燃料ガスを消費するガス消費装置2としての熱源装置4がガス消費動作を行うことを阻止してもよい。尚、制御装置22は、ガスメーター1から原燃料ガスの供給を受ける全てのガス消費装置2のガス消費動作を阻止できる訳ではない。例えば、制御装置22は、例えば燃料電池システムSに含まれる熱源装置4のガス消費動作を阻止できるが、図2に示したガス機器3などのガス消費動作を阻止することはできない。
<8>
In the above embodiment, the case where the
このように、待機処理中には、改質部7が原燃料ガスの供給を受けるのと同じガスメーター1を経由して供給される原燃料ガスを消費するガス消費装置2でのガス使用を阻止することで、非漏洩条件を満たすとガスメーター1によって判定される状態が発生する可能性が更に高まる。その結果、制御装置22が上述したような追加の待機処理を設定しなければならない可能性を低くできる。
In this way, during standby processing, the reforming unit 7 is prevented from using gas in the
<9>
尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
<9>
Furthermore, the configurations disclosed in the above embodiments (including other embodiments, the same applies below) can be applied in combination with configurations disclosed in other embodiments, provided no contradiction arises. Furthermore, the embodiments disclosed in this specification are merely examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified within the scope that does not deviate from the purpose of the present invention.
本発明は、利用者のメリットを極力損なうことなく、非漏洩状態を適切に発生させることが可能になる燃料電池システムに利用できる。 The present invention can be used in fuel cell systems that can appropriately create a non-leakage state without compromising the benefits to users as much as possible.
1 :ガスメーター
5 :原燃料供給部
7 :改質部
7a :改質温度測定器
8 :アノード
9 :カソード
11 :燃焼部
15 :空気供給部(酸素供給部)
16 :水ポンプ(水供給部)
22 :制御装置
28 :セル温度測定器
30 :電力系統
31 :電力線
34 :電圧検出部
36 :蓄電装置
37 :パワーコンディショナ
FC :セルスタック
S :燃料電池システム
1: Gas meter 5: Raw fuel supply section 7: Reforming
16: Water pump (water supply section)
22: Control device 28: Cell temperature measuring device 30: Power system 31: Power line 34: Voltage detection unit 36: Power storage device 37: Power conditioner FC: Cell stack S: Fuel cell system
Claims (7)
前記ガスメーターは、前記原燃料ガスの通流量がゼロ又は少ないことを示す非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定用期間の間に設定回数生じないときには、警報作動する又は前記原燃料ガスの供給を遮断するように構成されている燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記漏洩判定用期間と同じ長さの所定の処理対象期間内に、少なくとも前記改質部が前記ガスメーターから受け取る前記原燃料ガスの量については前記ガスメーターが前記非漏洩条件を満たさないと判定する量にして前記改質ガスの生成を行いながら前記セルスタックでの発電を行っている発電状態から、少なくとも前記改質部が前記ガスメーターから受け取る前記原燃料ガスの量については前記ガスメーターが前記非漏洩条件を満たすと判定する量にする待機状態に移行して、当該待機状態を、前記非漏洩条件が満たされるか否かを前記ガスメーターが判定するための期間である設定判定用期間よりも長い所定の待機期間だけ継続する待機処理を含む漏洩判定回避処理を前記設定回数以上行い、
前記漏洩判定回避処理を行っている間に、前記電力系統から前記電力線に供給される系統電力の電圧を検出する電圧検出部によって前記系統電力の電圧低下を検出した場合、当該漏洩判定回避処理を中止して前記発電状態に移行する電圧低下対応処理を行う燃料電池システム。 a reforming section which generates a reformed gas containing hydrogen by steam reforming a raw fuel gas containing hydrocarbons supplied via a gas meter; a cell stack having a plurality of fuel cell units each having an anode to which the reformed gas generated in the reforming section is supplied and a cathode to which oxygen gas is supplied; a combustion section which combusts a combustion component contained in an anode exhaust gas discharged from the anode; a power conditioner which extracts current from the cell stack and supplies the current to a power line connected to a power system; a raw fuel supplying section which supplies the raw fuel gas to the reforming section; a water supplying section which supplies water to the reforming section; an oxygen supplying section which supplies the oxygen gas to the cathode; and a control device which controls operations of the raw fuel supplying section, the water supplying section, the oxygen supplying section, and the power conditioner, wherein combustion heat generated in the combustion section is utilized for steam reforming by the reforming section, and the raw fuel supplying section, the water supplying section, the oxygen supplying section, and the control device are operable by receiving power supply from at least one of the power system and the cell stack via the power conditioner;
The gas meter is configured to activate an alarm or cut off the supply of the raw fuel gas when a state satisfying a non-leak condition, which indicates that the flow rate of the raw fuel gas is zero or low, does not occur a set number of times during a leakage determination period,
The control device includes:
a leakage determination avoidance process is performed the set number of times or more, the leakage determination avoidance process including a standby process that transitions from a power generation state in which power generation is performed in the cell stack while generating the reformed gas in an amount that the gas meter determines does not satisfy the non-leak condition for at least the amount of the raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter within a specified processing target period having the same length as the leakage determination period, to a standby state in which the gas meter determines that the non-leak condition is satisfied for at least the amount of the raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter, and the standby state continues for a specified standby period that is longer than a set determination period that is a period for the gas meter to determine whether the non-leak condition is satisfied,
a fuel cell system that, if a voltage drop in the grid power is detected by a voltage detection unit that detects the voltage of the grid power supplied from the power grid to the power line while the leakage determination avoidance process is being performed, performs a voltage drop response process to stop the leakage determination avoidance process and transition to the power generation state.
前記制御装置は、前記待機処理において、前記温度調節部によって前記吸着材の温度調節を行って前記吸着材から脱離させた前記原燃料ガスを用いて前記改質ガスの生成を行いながら前記セルスタックでの発電を行わせる請求項1又は3に記載の燃料電池システム。 an adsorption section having an adsorbent capable of adsorbing the raw fuel gas upstream of the reforming section and a temperature adjustment section capable of adjusting the temperature of the adsorbent;
The fuel cell system according to claim 1 or 3, wherein, during the standby process, the control device controls the temperature of the adsorbent by the temperature control unit, and generates the reformed gas using the raw fuel gas desorbed from the adsorbent, while generating power in the cell stack.
前記制御装置は、前記待機処理において、前記改質部が前記ガスメーターから受け取る前記原燃料ガスの量をゼロにし、前記温度調節部によって前記吸着材の温度調節を行って前記吸着材から脱離させた前記原燃料ガスを用いて前記改質ガスの生成を行いながら前記セルスタックでの発電を行わせる請求項1に記載の燃料電池システム。 an adsorption section having an adsorbent capable of adsorbing the raw fuel gas upstream of the reforming section and a temperature adjustment section capable of adjusting the temperature of the adsorbent;
2. The fuel cell system of claim 1, wherein the control device, during the standby process, sets the amount of the raw fuel gas received by the reforming unit from the gas meter to zero, and generates the reformed gas using the raw fuel gas desorbed from the adsorbent by adjusting the temperature of the adsorbent using the temperature adjustment unit, while generating power in the cell stack.
前記制御装置は、前記セルスタックの温度が設定セル温度以上であること、及び、前記セルスタックの電圧が設定セル電圧以上であること、及び、前記改質部の温度が設定改質温度以上であることの少なくとも何れか一つを含む発電再開条件を満たす場合に前記電圧低下対応処理を行い、前記発電再開条件を満たさない場合に前記電圧低下対応処理を行わない請求項1~5の何れか一項に記載の燃料電池システム。 a cell temperature measuring device that measures the temperature of the cell stack, a voltage measuring device that measures the voltage of the cell stack, and a reforming temperature measuring device that measures the temperature of the reforming section,
The control device performs the voltage drop response process when a power generation resumption condition is satisfied, the voltage drop response process including at least one of the following: the temperature of the cell stack is equal to or higher than a set cell temperature, the voltage of the cell stack is equal to or higher than a set cell voltage, and the temperature of the reforming section is equal to or higher than a set reforming temperature, and does not perform the voltage drop response process when the power generation resumption condition is not satisfied.
7. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a power storage device capable of supplying power to the power conditioner.
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