JP2003223912A - 燃料電池システム、コジェネレーションシステム及び燃料電池システム運転方法 - Google Patents
燃料電池システム、コジェネレーションシステム及び燃料電池システム運転方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池を有するコジェネレーションシステム
において、発生するエネルギーを有効に利用し、システ
ム起動/停止時の運転を適切に制御する。 【解決手段】燃料電池1と、運転制御部87とを具備す
る燃料電池システムを用いる。ここで、燃料電池1は、
燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力としての燃料電池電
力を発電する。運転制御部87は、前記燃料電池の運転
状態としての運転情報52と、前記燃料電池1の運転経
過時間としての時間情報53と、前記燃料電池の運転温
度としての温度情報54とに基づいて、前記運転温度
が、予め設定された温度変化レートで変化するように、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの目標値としてのガス
流量情報55−3を出力する。
において、発生するエネルギーを有効に利用し、システ
ム起動/停止時の運転を適切に制御する。 【解決手段】燃料電池1と、運転制御部87とを具備す
る燃料電池システムを用いる。ここで、燃料電池1は、
燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力としての燃料電池電
力を発電する。運転制御部87は、前記燃料電池の運転
状態としての運転情報52と、前記燃料電池1の運転経
過時間としての時間情報53と、前記燃料電池の運転温
度としての温度情報54とに基づいて、前記運転温度
が、予め設定された温度変化レートで変化するように、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの目標値としてのガス
流量情報55−3を出力する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
及び燃料電池システムを用いたコジェネレーションシス
テムに関する。
及び燃料電池システムを用いたコジェネレーションシス
テムに関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池システムは、高効率発電が可能
である、環境への負荷が少ない、などの理由により、開
発が進められている。そして、単独で運転する場合だけ
でなく、発生する熱や排ガスを利用するコジェネレーシ
ョンシステムを組むことにより、より高効率なシステム
としての利用が考えられている。作動温度の高い溶融炭
酸塩型や固体電解質型の燃料電池では、発生する高温
(高圧)の排ガスを用いたガスタービンや蒸気タービン
と組み合わせたシステムや、吸収冷凍機、空調システム
や給湯システムと組み合わせたシステムなどが提案され
ている。
である、環境への負荷が少ない、などの理由により、開
発が進められている。そして、単独で運転する場合だけ
でなく、発生する熱や排ガスを利用するコジェネレーシ
ョンシステムを組むことにより、より高効率なシステム
としての利用が考えられている。作動温度の高い溶融炭
酸塩型や固体電解質型の燃料電池では、発生する高温
(高圧)の排ガスを用いたガスタービンや蒸気タービン
と組み合わせたシステムや、吸収冷凍機、空調システム
や給湯システムと組み合わせたシステムなどが提案され
ている。
【0003】ここで、溶融炭酸塩型や固体電解質型の燃
料電池を用いた発電システムは、作動温度が高いため起
動/停止操作に時間を要する。そのため、燃料電池の起
動/停止操作を頻繁に行なうことは、運転コストの上昇
や効率の低下、各機器の劣化の助長などの理由から行い
難い。従って、電力負荷、並びに熱負荷が低下する夜間
においても、一定負荷で運転を継続する場合が多い。こ
のような運転の結果、電力及び熱が過剰となる時間帯が
生じ、時間平均のエネルギー効率をあげることが困難で
あった。電力負荷や熱負荷の少ない時間帯においても、
エネルギーを有効に利用することが可能な技術が求めら
れている。
料電池を用いた発電システムは、作動温度が高いため起
動/停止操作に時間を要する。そのため、燃料電池の起
動/停止操作を頻繁に行なうことは、運転コストの上昇
や効率の低下、各機器の劣化の助長などの理由から行い
難い。従って、電力負荷、並びに熱負荷が低下する夜間
においても、一定負荷で運転を継続する場合が多い。こ
のような運転の結果、電力及び熱が過剰となる時間帯が
生じ、時間平均のエネルギー効率をあげることが困難で
あった。電力負荷や熱負荷の少ない時間帯においても、
エネルギーを有効に利用することが可能な技術が求めら
れている。
【0004】固体酸化物型燃料電池の場合、本体にセラ
ミックス製の部材を用いているため、一部の脆性破壊が
周辺に与える影響が大きく、急激な温度変化による熱応
力は出来るだけ避けることが望ましい。そのため、シス
テム起動/停止時の運転を適切に制御するシステムが望
まれている。十分な昇温/降温と慎重なガス導入操作が
実行可能なシステムが求められている。また、触媒反応
を用いているため、触媒(電極を含む)への影響の面か
らも、温度、ガスを適正に制御することが好ましい。
ミックス製の部材を用いているため、一部の脆性破壊が
周辺に与える影響が大きく、急激な温度変化による熱応
力は出来るだけ避けることが望ましい。そのため、シス
テム起動/停止時の運転を適切に制御するシステムが望
まれている。十分な昇温/降温と慎重なガス導入操作が
実行可能なシステムが求められている。また、触媒反応
を用いているため、触媒(電極を含む)への影響の面か
らも、温度、ガスを適正に制御することが好ましい。
【0005】また、起動時に、燃料ガスや酸化剤ガスの
予熱に使用されるバーナーを用いた燃焼器では、失火し
た場合ガス爆発の危険性がある。従って、ガス燃焼器に
おいて、失火した場合でも安全に対処することが可能な
技術が求められている。
予熱に使用されるバーナーを用いた燃焼器では、失火し
た場合ガス爆発の危険性がある。従って、ガス燃焼器に
おいて、失火した場合でも安全に対処することが可能な
技術が求められている。
【0006】また、固体電解質型燃料電池では、作動温
度が900℃以上であり、燃料電池の熱容量が大きいた
め、電力負荷や熱負荷の急激な変動に対しては、追従に
時間が掛かる場合がある。従って、大幅な負荷変動に追
従させるためのシステムが求められている。
度が900℃以上であり、燃料電池の熱容量が大きいた
め、電力負荷や熱負荷の急激な変動に対しては、追従に
時間が掛かる場合がある。従って、大幅な負荷変動に追
従させるためのシステムが求められている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、燃料電池を有するシステムにおいて、電力負荷や熱
負荷の少ない時間帯でも、発生するエネルギーを有効に
利用することが可能な燃料電池システム及びコジェネレ
ーションシステムを提供することである。
は、燃料電池を有するシステムにおいて、電力負荷や熱
負荷の少ない時間帯でも、発生するエネルギーを有効に
利用することが可能な燃料電池システム及びコジェネレ
ーションシステムを提供することである。
【0008】また、本発明の他の目的は、燃料電池を有
するシステムにおいて、システム起動/停止時の運転を
適切に制御することが可能な燃料電池システム及びコジ
ェネレーションシステムを提供することである。
するシステムにおいて、システム起動/停止時の運転を
適切に制御することが可能な燃料電池システム及びコジ
ェネレーションシステムを提供することである。
【0009】本発明の更に他の目的は、燃料電池を有す
るシステムにおいて、ガスの予熱に使用される燃焼器が
失火した場合でも安全に対処することが可能な燃料電池
システム及びコジェネレーションシステムを提供するこ
とである。
るシステムにおいて、ガスの予熱に使用される燃焼器が
失火した場合でも安全に対処することが可能な燃料電池
システム及びコジェネレーションシステムを提供するこ
とである。
【0010】本発明の別の目的は、燃料電池を有するシ
ステムにおいて、電力負荷や熱負荷の急激な変動に対し
ても、追従することが可能な燃料電池システム及びコジ
ェネレーションシステムを提供することである。
ステムにおいて、電力負荷や熱負荷の急激な変動に対し
ても、追従することが可能な燃料電池システム及びコジ
ェネレーションシステムを提供することである。
【0011】本発明の更に別の目的は、燃料電池を有す
るシステムにおいて、エネルギー効率を向上させ、運転
コストを低減することが可能な燃料電池システム及びコ
ジェネレーションシステムを提供することである。
るシステムにおいて、エネルギー効率を向上させ、運転
コストを低減することが可能な燃料電池システム及びコ
ジェネレーションシステムを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特
許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特
許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
【0013】従って、上記課題を解決するための本発明
の燃料電池システムは、燃料電池(1)と、運転制御部
(87)とを具備する。燃料電池(1)は、燃料ガス及
び酸化剤ガスにより電力としての燃料電池電力を発電す
る。運転制御部(87)は、燃料電池(1)の運転状態
としての運転情報(52)と、燃料電池(1)の運転経
過時間(t1)としての時間情報(53)と、燃料電池
(1)の運転温度(T 1)としての温度情報(54)と
に基づいて、運転温度(T1)が、予め設定された温度
変化レート(α)で変化するように、その燃料ガス及び
その酸化剤ガスの目標値としてのガス流量情報(55−
3)を出力する。
の燃料電池システムは、燃料電池(1)と、運転制御部
(87)とを具備する。燃料電池(1)は、燃料ガス及
び酸化剤ガスにより電力としての燃料電池電力を発電す
る。運転制御部(87)は、燃料電池(1)の運転状態
としての運転情報(52)と、燃料電池(1)の運転経
過時間(t1)としての時間情報(53)と、燃料電池
(1)の運転温度(T 1)としての温度情報(54)と
に基づいて、運転温度(T1)が、予め設定された温度
変化レート(α)で変化するように、その燃料ガス及び
その酸化剤ガスの目標値としてのガス流量情報(55−
3)を出力する。
【0014】また、本発明の燃料電池システムは、運転
制御部(87)が、温度設定部(56)と、温度制御部
(58)とを具備する。温度設定部(56)は、運転情
報(52)と時間情報(53)と温度情報(54)とに
基づいて、運転温度(T1)が温度変化レート(α)で
変化する場合の、予め設定された時間間隔(Δt)後の
その運転温度の目標値(T)としての目標温度情報(5
5−1)を出力する。温度制御部(58)は、目標温度
情報(55−1)と時間間隔(Δt)後の温度情報(5
4)とに基づいて、ガス流量情報(55−3)を出力す
る。
制御部(87)が、温度設定部(56)と、温度制御部
(58)とを具備する。温度設定部(56)は、運転情
報(52)と時間情報(53)と温度情報(54)とに
基づいて、運転温度(T1)が温度変化レート(α)で
変化する場合の、予め設定された時間間隔(Δt)後の
その運転温度の目標値(T)としての目標温度情報(5
5−1)を出力する。温度制御部(58)は、目標温度
情報(55−1)と時間間隔(Δt)後の温度情報(5
4)とに基づいて、ガス流量情報(55−3)を出力す
る。
【0015】また、本発明の燃料電池システムは、運転
経過時間(t1)が、燃料電池(1)の運転モード毎に
計測される。そして、温度設定部(56)は、運転経過
時間(t1)と温度変化レート(α)とに基づいて求ま
る許容運転温度(T0)と、運転温度(T1)との差の
絶対値が、予め設定された第1温度差(ΔTS1)以上
の場合、運転温度(T1)を目標値(T)とする。
経過時間(t1)が、燃料電池(1)の運転モード毎に
計測される。そして、温度設定部(56)は、運転経過
時間(t1)と温度変化レート(α)とに基づいて求ま
る許容運転温度(T0)と、運転温度(T1)との差の
絶対値が、予め設定された第1温度差(ΔTS1)以上
の場合、運転温度(T1)を目標値(T)とする。
【0016】また、本発明の燃料電池システムにおい
て、温度制御部(58)は、目標値(T)と時間間隔
(Δt)後の運転温度(T1)との差が、予め設定され
た第2温度差(ΔTS2)以上の場合、第2温度差(Δ
TS2)に基づいて、ガス流量情報(55−3)を出力
する。
て、温度制御部(58)は、目標値(T)と時間間隔
(Δt)後の運転温度(T1)との差が、予め設定され
た第2温度差(ΔTS2)以上の場合、第2温度差(Δ
TS2)に基づいて、ガス流量情報(55−3)を出力
する。
【0017】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
電池(1)と、運転補正部(97)とを具備する。燃料
電池(1)は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
ての燃料電池電力を発電する。運転補正部(97)は、
燃料電池(1)の発電の際に生成される熱を利用する熱
利用設備(48)の熱負荷の状態としての熱負荷情報
(74)と、熱負荷の需要の予測値(84,85,8
6)とに基づいて、燃料電池(1)の運転条件の補正と
しての運転補正情報(42)を出力する。
電池(1)と、運転補正部(97)とを具備する。燃料
電池(1)は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
ての燃料電池電力を発電する。運転補正部(97)は、
燃料電池(1)の発電の際に生成される熱を利用する熱
利用設備(48)の熱負荷の状態としての熱負荷情報
(74)と、熱負荷の需要の予測値(84,85,8
6)とに基づいて、燃料電池(1)の運転条件の補正と
しての運転補正情報(42)を出力する。
【0018】更に、本発明の燃料電池システムは、運転
補正部(97)が、1次補正部(78)と、2次補正部
(79)と、3次補正部(80)と、補正制御部(4
9)とを具備する。1次補正部(78)は、予め設定さ
れた過去の日における実際の1日の熱負荷の需要の変化
に基づいて、予測対象日の1日の熱負荷の需要の予測を
行ない、予測の結果としての1次補正情報(84)を出
力する。2次補正部(79)は、その予測対象日の特殊
事情に基づいて、その特殊事情による熱負荷の需要の予
測を行ない、予測の結果としての2次補正情報(85)
を出力する。3次補正部(80)は、直前の予め設定さ
れた時間前における実際の熱負荷の需要の変化に基づい
て、予め設定された時間毎の熱負荷の需要の予測を行な
い、予測の結果としての第3補正情報(86)を出力す
る。補正制御部(49)は、熱負荷情報(74)と、1
次補正情報(84)と、2次補正情報(85)と、3次
補正情報(86)とに基づいて、運転補正情報(42)
を出力する。
補正部(97)が、1次補正部(78)と、2次補正部
(79)と、3次補正部(80)と、補正制御部(4
9)とを具備する。1次補正部(78)は、予め設定さ
れた過去の日における実際の1日の熱負荷の需要の変化
に基づいて、予測対象日の1日の熱負荷の需要の予測を
行ない、予測の結果としての1次補正情報(84)を出
力する。2次補正部(79)は、その予測対象日の特殊
事情に基づいて、その特殊事情による熱負荷の需要の予
測を行ない、予測の結果としての2次補正情報(85)
を出力する。3次補正部(80)は、直前の予め設定さ
れた時間前における実際の熱負荷の需要の変化に基づい
て、予め設定された時間毎の熱負荷の需要の予測を行な
い、予測の結果としての第3補正情報(86)を出力す
る。補正制御部(49)は、熱負荷情報(74)と、1
次補正情報(84)と、2次補正情報(85)と、3次
補正情報(86)とに基づいて、運転補正情報(42)
を出力する。
【0019】更に、本発明の燃料電池システムは、燃焼
器(7)と、燃料電池(1)と、非常制御部(98)と
を具備する。燃焼器(7)は、燃料ガス及び酸化剤ガス
の少なくとも一方の予熱を行なう。燃料電池(1)は、
その燃料ガス及びその酸化剤ガスにより電力としての燃
料電池電力を発電する。非常制御部(98)は、燃焼器
(7)の火炎の状態としての火炎情報(93)と、その
燃料ガス及びその酸化剤ガスの燃焼器(7)内での濃度
としてのガス濃度情報(94)と、燃焼器(7)内の温
度としての温度情報(95)とに基づいて、その火炎の
失火の判定を行ない、失火と判定した場合に、その燃料
ガス及びその酸化剤ガスの目標値としてのガス対処情報
(92)と、燃料電池(1)の運転を制御する機器対処
情報(91)とを出力する。
器(7)と、燃料電池(1)と、非常制御部(98)と
を具備する。燃焼器(7)は、燃料ガス及び酸化剤ガス
の少なくとも一方の予熱を行なう。燃料電池(1)は、
その燃料ガス及びその酸化剤ガスにより電力としての燃
料電池電力を発電する。非常制御部(98)は、燃焼器
(7)の火炎の状態としての火炎情報(93)と、その
燃料ガス及びその酸化剤ガスの燃焼器(7)内での濃度
としてのガス濃度情報(94)と、燃焼器(7)内の温
度としての温度情報(95)とに基づいて、その火炎の
失火の判定を行ない、失火と判定した場合に、その燃料
ガス及びその酸化剤ガスの目標値としてのガス対処情報
(92)と、燃料電池(1)の運転を制御する機器対処
情報(91)とを出力する。
【0020】更に、本発明の燃料電池システムは、非常
制御部(98)が、燃焼器失火判定部(88)と、非常
停止制御部(89)とを具備する。燃焼器失火判定部
(88)は、火炎情報(93)と、ガス濃度情報(9
4)と、温度情報(95)とに基づいて、その火炎の失
火の判定を行ない、失火と判定した場合に、失火情報
(90)を出力する。非常停止制御部(89)は、失火
情報(90)に基づいて、ガス対処情報(92)と、機
器対処情報(91)とを出力する。
制御部(98)が、燃焼器失火判定部(88)と、非常
停止制御部(89)とを具備する。燃焼器失火判定部
(88)は、火炎情報(93)と、ガス濃度情報(9
4)と、温度情報(95)とに基づいて、その火炎の失
火の判定を行ない、失火と判定した場合に、失火情報
(90)を出力する。非常停止制御部(89)は、失火
情報(90)に基づいて、ガス対処情報(92)と、機
器対処情報(91)とを出力する。
【0021】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
電池(1)が、固体酸化物型燃料電池である。
電池(1)が、固体酸化物型燃料電池である。
【0022】上記課題を解決するための本発明のコジェ
ネレーションシステムは、上記各項のいずれか一項に記
載の燃料電池システムと、燃料電池(1)の発電の際に
生成される熱を利用する熱利用設備(48)とを具備す
る。
ネレーションシステムは、上記各項のいずれか一項に記
載の燃料電池システムと、燃料電池(1)の発電の際に
生成される熱を利用する熱利用設備(48)とを具備す
る。
【0023】また、本発明のコジェネレーションシステ
ムは、燃料電池(1)と、逆潮流システム(68)と、
2次電池(65)と、水素製造装置(66)と、水素貯
蔵装置(67)と、エネルギー配分制御部(62)とを
具備する。燃料電池(1)は、燃料ガス及び酸化剤ガス
により電力としての燃料電池電力を発電し、電力負荷へ
供給する。逆潮流システム(68)は、その燃料電池電
力の内、電力負荷で使用されない余剰電力を、電力会社
の電力供給系統へ逆潮流する。2次電池(65)は、そ
の余剰電力を蓄電する。水素製造装置(66)は、その
余剰電力を用い、水素の製造を行なう。水素貯蔵装置
(67)は、その水素を貯蔵する。エネルギー配分制御
部(62)は、その余剰電力をその逆潮流、その余剰電
力の蓄電、その水素の製造の優先度で分配する。
ムは、燃料電池(1)と、逆潮流システム(68)と、
2次電池(65)と、水素製造装置(66)と、水素貯
蔵装置(67)と、エネルギー配分制御部(62)とを
具備する。燃料電池(1)は、燃料ガス及び酸化剤ガス
により電力としての燃料電池電力を発電し、電力負荷へ
供給する。逆潮流システム(68)は、その燃料電池電
力の内、電力負荷で使用されない余剰電力を、電力会社
の電力供給系統へ逆潮流する。2次電池(65)は、そ
の余剰電力を蓄電する。水素製造装置(66)は、その
余剰電力を用い、水素の製造を行なう。水素貯蔵装置
(67)は、その水素を貯蔵する。エネルギー配分制御
部(62)は、その余剰電力をその逆潮流、その余剰電
力の蓄電、その水素の製造の優先度で分配する。
【0024】また、本発明のコジェネレーションシステ
ムは、燃料電池(1)が、水素貯蔵装置(67)に貯蔵
されたその水素をその燃料ガスとして使用する。
ムは、燃料電池(1)が、水素貯蔵装置(67)に貯蔵
されたその水素をその燃料ガスとして使用する。
【0025】上記課題を解決するための本発明の燃料電
池システム運転方法は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより
電力としての燃料電池電力を発電する燃料電池(1)の
運転状態としての運転情報(52)と、燃料電池(1)
の運転経過時間としての時間情報(53)と、燃料電池
(1)の運転温度としての温度情報(54)とを取得す
るステップと、運転情報(52)と時間情報(53)と
温度情報(54)とに基づいて、運転温度(T1)が温
度変化レート(α)で変化する場合の、予め設定された
時間間隔(Δt)後のその運転温度の目標値(T)とし
ての目標温度情報(55−1)を出力するステップと、
目標温度情報(55−1)と時間間隔(Δt)後の温度
情報(54)とに基づいて、ガス流量情報(55−3)
を出力するステップとを具備する。
池システム運転方法は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより
電力としての燃料電池電力を発電する燃料電池(1)の
運転状態としての運転情報(52)と、燃料電池(1)
の運転経過時間としての時間情報(53)と、燃料電池
(1)の運転温度としての温度情報(54)とを取得す
るステップと、運転情報(52)と時間情報(53)と
温度情報(54)とに基づいて、運転温度(T1)が温
度変化レート(α)で変化する場合の、予め設定された
時間間隔(Δt)後のその運転温度の目標値(T)とし
ての目標温度情報(55−1)を出力するステップと、
目標温度情報(55−1)と時間間隔(Δt)後の温度
情報(54)とに基づいて、ガス流量情報(55−3)
を出力するステップとを具備する。
【0026】また、本発明の燃料電池システム運転方法
は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力としての燃料電
池電力を発電する燃料電池(1)の発電の際に生成され
る熱を利用する熱利用設備(48)の熱負荷の状態とし
ての熱負荷情報(74)を取得するステップと、予め設
定された過去の日における実際の1日の熱負荷の需要の
変化に基づいて、予測対象日の1日の熱負荷の需要の予
測を行ない、予測の結果としての1次補正情報(84)
を算出するステップと、熱負荷情報(74)と1次補正
情報との差分である第1差分(75)を算出するステッ
プと、その予測対象日の特殊事情に基づいて、その特殊
事情による熱負荷の需要の予測を行ない、予測の結果と
しての2次補正情報(85)を出力するステップと、第
1差分(75)と、2次補正情報(85)との差分であ
る第2差分(76)を算出するステップと、直前の予め
設定された時間前における実際の熱負荷の需要の変化に
基づいて、予め設定された時間毎の熱負荷の需要の予測
を行ない、予測の結果としての3次補正情報(86)を
算出するステップと、第2差分(76)と、3次補正情
報(86)との差分である第3差分(77)を算出する
ステップと、第3差分(77)に基づいて、燃料電池
(1)の運転条件の補正としての運転補正情報(42)
を算出するステップとを具備する。
は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力としての燃料電
池電力を発電する燃料電池(1)の発電の際に生成され
る熱を利用する熱利用設備(48)の熱負荷の状態とし
ての熱負荷情報(74)を取得するステップと、予め設
定された過去の日における実際の1日の熱負荷の需要の
変化に基づいて、予測対象日の1日の熱負荷の需要の予
測を行ない、予測の結果としての1次補正情報(84)
を算出するステップと、熱負荷情報(74)と1次補正
情報との差分である第1差分(75)を算出するステッ
プと、その予測対象日の特殊事情に基づいて、その特殊
事情による熱負荷の需要の予測を行ない、予測の結果と
しての2次補正情報(85)を出力するステップと、第
1差分(75)と、2次補正情報(85)との差分であ
る第2差分(76)を算出するステップと、直前の予め
設定された時間前における実際の熱負荷の需要の変化に
基づいて、予め設定された時間毎の熱負荷の需要の予測
を行ない、予測の結果としての3次補正情報(86)を
算出するステップと、第2差分(76)と、3次補正情
報(86)との差分である第3差分(77)を算出する
ステップと、第3差分(77)に基づいて、燃料電池
(1)の運転条件の補正としての運転補正情報(42)
を算出するステップとを具備する。
【0027】また、本発明の燃料電池システム運転方法
は、燃料電池に用いる燃料ガス及び酸化剤ガスの少なく
とも一方の予熱を行なう燃焼器(7)の火炎の状態とし
ての火炎情報(93)と、その燃料ガス及びその酸化剤
ガスの燃焼器(7)内での濃度としてのガス濃度情報
(94)と、燃焼器(7)内の温度としての温度情報
(95)とに基づいて、その火炎の失火の判定を行なう
ステップと、失火と判定した場合に、その燃料ガス及び
その酸化剤ガスを、予め設定された手順に基づいて停止
するステップと、燃料電池(1)の運転を、予め設定さ
れた手順に基づいて停止するステップとを具備する。
は、燃料電池に用いる燃料ガス及び酸化剤ガスの少なく
とも一方の予熱を行なう燃焼器(7)の火炎の状態とし
ての火炎情報(93)と、その燃料ガス及びその酸化剤
ガスの燃焼器(7)内での濃度としてのガス濃度情報
(94)と、燃焼器(7)内の温度としての温度情報
(95)とに基づいて、その火炎の失火の判定を行なう
ステップと、失火と判定した場合に、その燃料ガス及び
その酸化剤ガスを、予め設定された手順に基づいて停止
するステップと、燃料電池(1)の運転を、予め設定さ
れた手順に基づいて停止するステップとを具備する。
【0028】上記課題を解決するための本発明のコジェ
ネレーションシステム運転方法は、燃料ガス及び酸化剤
ガスにより燃料電池(7)が発電した電力としての燃料
電池電力を電力負荷へ供給するステップと、その燃料電
池電力の内、その電力負荷で使用されない電力としての
第1余剰電力を、電力会社の電力供給系統に逆潮流する
ステップと、その電力供給系統に供給できない分のその
第1余剰電力としての第2余剰電力を、2次電池(6
5)へ供給するステップと、2次電池(65)に供給で
きない分のその第2余剰電力としての第3余剰電力を、
水素製造装置(66)へ供給するステップと、水素製造
装置(66)で生成された水素を水素貯蔵装置(67)
に貯蔵するステップとを具備する。
ネレーションシステム運転方法は、燃料ガス及び酸化剤
ガスにより燃料電池(7)が発電した電力としての燃料
電池電力を電力負荷へ供給するステップと、その燃料電
池電力の内、その電力負荷で使用されない電力としての
第1余剰電力を、電力会社の電力供給系統に逆潮流する
ステップと、その電力供給系統に供給できない分のその
第1余剰電力としての第2余剰電力を、2次電池(6
5)へ供給するステップと、2次電池(65)に供給で
きない分のその第2余剰電力としての第3余剰電力を、
水素製造装置(66)へ供給するステップと、水素製造
装置(66)で生成された水素を水素貯蔵装置(67)
に貯蔵するステップとを具備する。
【0029】上記課題を解決するための本発明のプログ
ラムは、上記各項のいずれか一項に記載の方法をコンピ
ュータに実行させる。
ラムは、上記各項のいずれか一項に記載の方法をコンピ
ュータに実行させる。
【0030】ただし、上記各方法、プログラムの各ステ
ップは、互いに矛盾が生じない限り、順番の交換が可能
である。
ップは、互いに矛盾が生じない限り、順番の交換が可能
である。
【0031】
【発明の実施の形態】本発明である燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムについて、添付の図面を
用いて説明する。本実施例において、温水を用いる吸収
冷凍機と燃料電池システムとを有するコジェネレーショ
ンシステムを例に示して説明する。ただし、他の温水を
利用する設備と燃料電池システムとを有するコジェネレ
ーションシステムにおいても適用可能である。
びコジェネレーションシステムについて、添付の図面を
用いて説明する。本実施例において、温水を用いる吸収
冷凍機と燃料電池システムとを有するコジェネレーショ
ンシステムを例に示して説明する。ただし、他の温水を
利用する設備と燃料電池システムとを有するコジェネレ
ーションシステムにおいても適用可能である。
【0032】図2は、本発明である燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの実施の形態における構
成を示す図である。コジェネレーションシステムは、熱
利用設備48とそれ以外の部分の燃料電池システムとを
具備する。
びコジェネレーションシステムの実施の形態における構
成を示す図である。コジェネレーションシステムは、熱
利用設備48とそれ以外の部分の燃料電池システムとを
具備する。
【0033】先ず、燃料電池システムについて説明す
る。燃料電池システムは、制御装置として、燃料電池制
御部50を具備する。また、燃料電池本体2、燃料温度
計11−1及び空気温度計11−2を有する燃料電池1
を具備する。
る。燃料電池システムは、制御装置として、燃料電池制
御部50を具備する。また、燃料電池本体2、燃料温度
計11−1及び空気温度計11−2を有する燃料電池1
を具備する。
【0034】燃料電池システムは、燃料ガス(燃料用ガ
ス)に関わる構成として、燃料供給弁4、排ガス昇温熱
交換部5、燃料エジェクタ6、起動燃焼部7、再生熱交
換部10、燃料圧力計8−1、濃度計9を具備する。配
管として、燃料供給ラインA31−1〜燃料供給ライン
I31−9、燃料循環ライン34を具備する。
ス)に関わる構成として、燃料供給弁4、排ガス昇温熱
交換部5、燃料エジェクタ6、起動燃焼部7、再生熱交
換部10、燃料圧力計8−1、濃度計9を具備する。配
管として、燃料供給ラインA31−1〜燃料供給ライン
I31−9、燃料循環ライン34を具備する。
【0035】また、起動燃焼部7に関わる構成として、
パイロット燃料供給弁25、起動空気供給ファン26、
起動空気供給弁27、パイロット空気供給弁28、パイ
ロット燃焼部29、メイン燃焼部30を具備する。配管
として、起動燃料供給ラインA32−1、起動燃料供給
ラインB32−2、起動空気供給ラインA33−1〜起
動空気供給ラインE33−5を具備する。
パイロット燃料供給弁25、起動空気供給ファン26、
起動空気供給弁27、パイロット空気供給弁28、パイ
ロット燃焼部29、メイン燃焼部30を具備する。配管
として、起動燃料供給ラインA32−1、起動燃料供給
ラインB32−2、起動空気供給ラインA33−1〜起
動空気供給ラインE33−5を具備する。
【0036】一方、酸化剤ガス(空気)に関わる構成と
して、空気供給ファン15、空気供給弁16、空気バイ
パス弁44、空気予熱部B43、温水/空気切換弁A4
5、温水熱交換部14、温水/空気切換弁B46、イン
テーク空気冷却部17、空気予熱部A13、スタック冷
却部18、再生熱交換部10(燃料ガス側と共通)、空
気圧力計8−2を具備する。配管として、空気供給ライ
ンA35−1〜空気供給ラインI35−9、空気バイパ
スラインA39−1〜空気バイパスラインC39−3、
空気予熱ラインA37−1、温水/空気ラインA37−
2、温水/空気ラインB37−3、空気予熱ラインB3
7−4、を具備する。
して、空気供給ファン15、空気供給弁16、空気バイ
パス弁44、空気予熱部B43、温水/空気切換弁A4
5、温水熱交換部14、温水/空気切換弁B46、イン
テーク空気冷却部17、空気予熱部A13、スタック冷
却部18、再生熱交換部10(燃料ガス側と共通)、空
気圧力計8−2を具備する。配管として、空気供給ライ
ンA35−1〜空気供給ラインI35−9、空気バイパ
スラインA39−1〜空気バイパスラインC39−3、
空気予熱ラインA37−1、温水/空気ラインA37−
2、温水/空気ラインB37−3、空気予熱ラインB3
7−4、を具備する。
【0037】また、排ガス処理に関わる構成として、排
ガス燃焼部12、空気予熱部A13(酸化剤ガス側と共
通)、温水熱交換部14(酸化剤ガス/温水側と共
通)、空気予熱部B43(酸化剤ガス側と共通)、排ガ
ス再循環ファン21、排ガスエジェクタ流調弁23、排
ガスエジェクタ24、燃料ガスエジェクタ流調弁22、
補助燃料供給部19、補助燃料供給弁20を具備する。
配管として、排ガスラインA40−1〜排ガスラインD
40−4、排ガス再循環ラインA41−1〜排ガス再循
環ラインG41−7、補助燃料供給ラインA36−1、
補助燃料供給ラインB36−2を具備する。
ガス燃焼部12、空気予熱部A13(酸化剤ガス側と共
通)、温水熱交換部14(酸化剤ガス/温水側と共
通)、空気予熱部B43(酸化剤ガス側と共通)、排ガ
ス再循環ファン21、排ガスエジェクタ流調弁23、排
ガスエジェクタ24、燃料ガスエジェクタ流調弁22、
補助燃料供給部19、補助燃料供給弁20を具備する。
配管として、排ガスラインA40−1〜排ガスラインD
40−4、排ガス再循環ラインA41−1〜排ガス再循
環ラインG41−7、補助燃料供給ラインA36−1、
補助燃料供給ラインB36−2を具備する。
【0038】一方、温水に関わる構成として、温水/空
気切換弁A45(酸化剤ガスと共通)、温水熱交換部1
4(排ガス側と共通)、温水/空気切換弁B46(酸化
剤ガスと共通)、温水流調弁47を具備する。配管とし
て、温水循環ラインA38−1〜温水循環ラインC38
−3、温水/空気ラインA37−2(酸化剤ガスと共
通)、温水/空気ラインB37−3(酸化剤ガスと共
通)を具備する。
気切換弁A45(酸化剤ガスと共通)、温水熱交換部1
4(排ガス側と共通)、温水/空気切換弁B46(酸化
剤ガスと共通)、温水流調弁47を具備する。配管とし
て、温水循環ラインA38−1〜温水循環ラインC38
−3、温水/空気ラインA37−2(酸化剤ガスと共
通)、温水/空気ラインB37−3(酸化剤ガスと共
通)を具備する。
【0039】以下、図2の各構成について、説明する。
燃料電池制御部50は、図2に示す燃料電池システム全
体(各機器)の制御を行なう、パーソナルコンピュータ
に例示される情報処理装置である。各機器とはケーブル
51により接続している。また、燃料電池システムを含
むコジェネレーションシステム全体を制御することとし
ても良い。
燃料電池制御部50は、図2に示す燃料電池システム全
体(各機器)の制御を行なう、パーソナルコンピュータ
に例示される情報処理装置である。各機器とはケーブル
51により接続している。また、燃料電池システムを含
むコジェネレーションシステム全体を制御することとし
ても良い。
【0040】燃料電池1は、燃料電池本体2、燃料温度
計11−1及び空気温度計11−2を含む。燃料電池本
体2の運転及びその制御に必要な各種機器を有する。
計11−1及び空気温度計11−2を含む。燃料電池本
体2の運転及びその制御に必要な各種機器を有する。
【0041】燃料電池本体2は、燃料電池1に含まれ、
燃料供給ラインH31−8経由で燃料ガスを、空気供給
ラインH35−8経由で酸化剤ガスの供給を受け、それ
らを用い電気化学反応(電池反応)により発電を行な
う。燃料電池本体2は、固体電解質型(内部改質型)の
燃料電池で例示される。本体温度計96は、燃料電池本
体2に属し、運転温度を測定する。測定結果は、燃料電
池制御部50へ出力される。燃料温度計11−1は、燃
料供給ラインH31−8に接続され、燃料電池本体2へ
入る燃料ガスの温度を計測する。空気温度計11−2
は、空気供給ラインH35−8に接続され、燃料電池本
体2へ入る酸化剤ガスの温度を計測する。燃料温度計1
1−1及び空気温度計11−2は、熱電対に例示され
る。測定結果は、燃料電池制御部50へ出力される。
燃料供給ラインH31−8経由で燃料ガスを、空気供給
ラインH35−8経由で酸化剤ガスの供給を受け、それ
らを用い電気化学反応(電池反応)により発電を行な
う。燃料電池本体2は、固体電解質型(内部改質型)の
燃料電池で例示される。本体温度計96は、燃料電池本
体2に属し、運転温度を測定する。測定結果は、燃料電
池制御部50へ出力される。燃料温度計11−1は、燃
料供給ラインH31−8に接続され、燃料電池本体2へ
入る燃料ガスの温度を計測する。空気温度計11−2
は、空気供給ラインH35−8に接続され、燃料電池本
体2へ入る酸化剤ガスの温度を計測する。燃料温度計1
1−1及び空気温度計11−2は、熱電対に例示され
る。測定結果は、燃料電池制御部50へ出力される。
【0042】燃料ガスは、メタンやメタノールなどの炭
化水素系ガスあるいは水素を含むガスに例示される。本
実施例ではメタンである。また、酸化剤ガスは、空気の
ような酸素を含むガスに例示される。本実施例では空気
である。
化水素系ガスあるいは水素を含むガスに例示される。本
実施例ではメタンである。また、酸化剤ガスは、空気の
ような酸素を含むガスに例示される。本実施例では空気
である。
【0043】次に、燃料ガス(燃料用ガス)に関わる構
成について説明する。燃料供給弁4は、外部の燃料供給
源から燃料電池システム(のメイン燃焼部30(後述)
及び燃料電池1)へ供給される燃料ガスの流量を制御す
る。
成について説明する。燃料供給弁4は、外部の燃料供給
源から燃料電池システム(のメイン燃焼部30(後述)
及び燃料電池1)へ供給される燃料ガスの流量を制御す
る。
【0044】排ガス昇温熱交換部5は、熱交換器であ
る。燃料供給ラインC31−3経由で供給される低温の
燃料用ガスA(=燃料ガス+再循環排ガス)を、燃料供
給ラインF31−6経由で起動燃焼部7(後述)から送
出される高温の燃料用ガスC(燃料用ガスB(=燃料用
ガスA+燃料電池本体2の燃料側の排出ガスである燃料
排ガス)を起動燃焼部7で処理したもの)との熱交換に
より昇温する。
る。燃料供給ラインC31−3経由で供給される低温の
燃料用ガスA(=燃料ガス+再循環排ガス)を、燃料供
給ラインF31−6経由で起動燃焼部7(後述)から送
出される高温の燃料用ガスC(燃料用ガスB(=燃料用
ガスA+燃料電池本体2の燃料側の排出ガスである燃料
排ガス)を起動燃焼部7で処理したもの)との熱交換に
より昇温する。
【0045】燃料エジェクタ6は、燃料供給ラインD3
1−4経由で起動燃焼部7(後述)に向かう燃料ガスの
流れを用いて、燃料電池部1から排出された使用済みの
燃料ガスである燃料排ガスの一部を、燃料循環ライン3
4経由で燃料ガスの流れへ引き込む。引き込む流量は、
燃料ガスエジェクタ流調弁22(後述)により制御され
る。
1−4経由で起動燃焼部7(後述)に向かう燃料ガスの
流れを用いて、燃料電池部1から排出された使用済みの
燃料ガスである燃料排ガスの一部を、燃料循環ライン3
4経由で燃料ガスの流れへ引き込む。引き込む流量は、
燃料ガスエジェクタ流調弁22(後述)により制御され
る。
【0046】起動燃焼部7は、パイロット燃焼部29及
びメイン燃焼部30を具備する。燃料電池1の起動時に
燃料ガスの予熱を行なう。また、供給される燃料ガスの
濃度を測定する燃料濃度計3−2(例示:メタン濃度
計)、酸化剤ガスの濃度を測定する酸化剤濃度計3−3
(例示:酸素濃度計)、燃焼部内の雰囲気温度を測定す
る温度計A3−4(例示:熱電対)、バーナーの火炎の
温度を測定する温度計B3−5(例示:熱電対)、火炎
の存在を検知するセンサ3−1(例示:フレームロッ
ド)を有し、各測定を行なっている。そして、測定結果
を燃料電池制御部50に出力している。
びメイン燃焼部30を具備する。燃料電池1の起動時に
燃料ガスの予熱を行なう。また、供給される燃料ガスの
濃度を測定する燃料濃度計3−2(例示:メタン濃度
計)、酸化剤ガスの濃度を測定する酸化剤濃度計3−3
(例示:酸素濃度計)、燃焼部内の雰囲気温度を測定す
る温度計A3−4(例示:熱電対)、バーナーの火炎の
温度を測定する温度計B3−5(例示:熱電対)、火炎
の存在を検知するセンサ3−1(例示:フレームロッ
ド)を有し、各測定を行なっている。そして、測定結果
を燃料電池制御部50に出力している。
【0047】パイロット燃焼部29は、小容量バーナー
(パイロットバーナー)を有する。起動空気供給ライン
E33−5経由の空気と、起動燃料供給ラインB32−
2経由の燃料ガスの供給を受け、パイロットバーナーを
燃焼する。起動時に、その燃焼排ガスを燃料電池部1及
び燃料系ガスライン中へ供給し、残存する空気をパージ
する。また、メイン燃焼部30の種火となる。
(パイロットバーナー)を有する。起動空気供給ライン
E33−5経由の空気と、起動燃料供給ラインB32−
2経由の燃料ガスの供給を受け、パイロットバーナーを
燃焼する。起動時に、その燃焼排ガスを燃料電池部1及
び燃料系ガスライン中へ供給し、残存する空気をパージ
する。また、メイン燃焼部30の種火となる。
【0048】メイン燃焼部30は、大容量バーナー(メ
インバーナー)を有する。燃料電池1の起動時に、燃料
供給ラインE31−5経由の燃料用ガスB(=燃料ガス
+再循環排ガス+燃料排ガス)と、起動空気供給ライン
C33−3経由の空気の供給を受ける。そして、メイン
バーナーを燃焼し、燃料用ガスBのガスの一部を燃焼
し、ガス全体を加熱処理する。処理された燃料用ガスB
は、燃料用ガスCとして、燃料電池部1へ向かい、電池
を加熱する。
インバーナー)を有する。燃料電池1の起動時に、燃料
供給ラインE31−5経由の燃料用ガスB(=燃料ガス
+再循環排ガス+燃料排ガス)と、起動空気供給ライン
C33−3経由の空気の供給を受ける。そして、メイン
バーナーを燃焼し、燃料用ガスBのガスの一部を燃焼
し、ガス全体を加熱処理する。処理された燃料用ガスB
は、燃料用ガスCとして、燃料電池部1へ向かい、電池
を加熱する。
【0049】再生熱交換部10は、燃料用ガスと酸化剤
ガスとを熱交換する。燃料供給ラインG31−7経由の
燃料用ガスCと、空気供給ラインG35−7経由の空気
との間の熱交換を行なうことにより、燃料ガスと空気と
の温度差を小さくして、燃料電池1での熱応力を抑制す
る。
ガスとを熱交換する。燃料供給ラインG31−7経由の
燃料用ガスCと、空気供給ラインG35−7経由の空気
との間の熱交換を行なうことにより、燃料ガスと空気と
の温度差を小さくして、燃料電池1での熱応力を抑制す
る。
【0050】燃料圧力計8−1は、燃料電池部1直前の
燃料供給ラインH31−8に接続されている。燃料用ガ
スCの圧力を計測する。濃度計9は、燃料電池部1直前
の燃料供給ラインH31−8に接続されている。燃料ガ
スの濃度を計測する。これらの測定結果は、燃料電池制
御部50へ出力される。
燃料供給ラインH31−8に接続されている。燃料用ガ
スCの圧力を計測する。濃度計9は、燃料電池部1直前
の燃料供給ラインH31−8に接続されている。燃料ガ
スの濃度を計測する。これらの測定結果は、燃料電池制
御部50へ出力される。
【0051】次に、起動燃焼部7へのガス供給に関わる
構成について説明する。起動空気供給ファン26は、起
動空気供給ラインA33−1経由で外部の空気供給源か
ら空気を引き出す。ファンの回転数などにより、引き出
す空気の流量を制御出来る。パイロット空気供給弁28
は、起動空気供給ラインD33−4経由で起動空気供給
ファン26より導入される空気のパイロット燃焼部29
への流量を制御する。パイロット燃料供給弁25は、起
動燃料供給ラインA32−1経由の燃料ガスのパイロッ
ト燃焼部29への流量を制御する。起動空気供給弁27
は、起動空気供給ラインB33−2経由で起動空気供給
ファン26より導入される空気のメイン燃焼部30への
流量を制御する。
構成について説明する。起動空気供給ファン26は、起
動空気供給ラインA33−1経由で外部の空気供給源か
ら空気を引き出す。ファンの回転数などにより、引き出
す空気の流量を制御出来る。パイロット空気供給弁28
は、起動空気供給ラインD33−4経由で起動空気供給
ファン26より導入される空気のパイロット燃焼部29
への流量を制御する。パイロット燃料供給弁25は、起
動燃料供給ラインA32−1経由の燃料ガスのパイロッ
ト燃焼部29への流量を制御する。起動空気供給弁27
は、起動空気供給ラインB33−2経由で起動空気供給
ファン26より導入される空気のメイン燃焼部30への
流量を制御する。
【0052】次に、酸化剤ガス(空気)に関わる構成に
ついて説明する。空気供給ファン15は、空気供給ライ
ンA35−1経由で外部の空気供給源から空気を引き出
す。ファンの回転数などにより、引き出す空気の流量を
制御することが可能である。空気供給弁16は、空気供
給ラインB35−2経由で空気供給ファン15より導入
される空気の燃料電池部1への流量を制御する。
ついて説明する。空気供給ファン15は、空気供給ライ
ンA35−1経由で外部の空気供給源から空気を引き出
す。ファンの回転数などにより、引き出す空気の流量を
制御することが可能である。空気供給弁16は、空気供
給ラインB35−2経由で空気供給ファン15より導入
される空気の燃料電池部1への流量を制御する。
【0053】空気バイパス弁44は、空気バイパスライ
ンA39−1経由で空気供給ファン15より導入される
空気の空気予熱部B43(後述)への流量を制御する。
空気予熱部B43は、熱交換器である。空気バイパスラ
インA39−1経由で低温側に供給される低温の空気
を、排ガスラインC40−3経由で高温側に供給される
高温の燃焼排ガスと熱交換し昇温する。定常運転時に
は、空気バイパス弁44を閉じ、低温側に何も流さず、
熱交換を行なわない。空気予熱部A13及び温水熱交換
部14での熱交換で、燃焼排ガスの熱量が低下するから
である。しかし、夜間等の温水使用量の低下時や燃料電
池部1の立ち上げ時には、温水熱交換部14の低温側へ
の水の供給を無くし、変わりに燃料電池本体2用の酸化
剤ガスを流すこととする。そうすることにより、温水熱
交換部14での熱交換量が減少するため、空気予熱部B
43においても、燃焼排ガス(高温側)と熱交換が可能
となる。その場合、空気バイパス弁44を開き、燃料電
池本体2用の酸化剤ガスを流し、酸化剤ガスの予熱用を
行なう。
ンA39−1経由で空気供給ファン15より導入される
空気の空気予熱部B43(後述)への流量を制御する。
空気予熱部B43は、熱交換器である。空気バイパスラ
インA39−1経由で低温側に供給される低温の空気
を、排ガスラインC40−3経由で高温側に供給される
高温の燃焼排ガスと熱交換し昇温する。定常運転時に
は、空気バイパス弁44を閉じ、低温側に何も流さず、
熱交換を行なわない。空気予熱部A13及び温水熱交換
部14での熱交換で、燃焼排ガスの熱量が低下するから
である。しかし、夜間等の温水使用量の低下時や燃料電
池部1の立ち上げ時には、温水熱交換部14の低温側へ
の水の供給を無くし、変わりに燃料電池本体2用の酸化
剤ガスを流すこととする。そうすることにより、温水熱
交換部14での熱交換量が減少するため、空気予熱部B
43においても、燃焼排ガス(高温側)と熱交換が可能
となる。その場合、空気バイパス弁44を開き、燃料電
池本体2用の酸化剤ガスを流し、酸化剤ガスの予熱用を
行なう。
【0054】温水/空気切換弁A45は、三方弁であ
る。温水熱交換部14(後述)へ供給する媒体として、
空気(空気予熱ラインA37−1経由)、又は、温水
(温水循環ラインA38−1経由)を選択し、その供給
を制御する温水/空気切換弁B75は、三方弁である。
温水熱交換部14へ供給された媒体が空気の場合、空気
予熱ラインB37−4へ流し、温水の場合、温水循環ラ
インB38−2へ流し、それらの供給を制御する。
る。温水熱交換部14(後述)へ供給する媒体として、
空気(空気予熱ラインA37−1経由)、又は、温水
(温水循環ラインA38−1経由)を選択し、その供給
を制御する温水/空気切換弁B75は、三方弁である。
温水熱交換部14へ供給された媒体が空気の場合、空気
予熱ラインB37−4へ流し、温水の場合、温水循環ラ
インB38−2へ流し、それらの供給を制御する。
【0055】温水熱交換部14は、熱交換器である。温
水/空気ラインA37−2経由で低温側に供給される低
温の空気又は温水を、排ガスラインB40−2経由で高
温側に供給される高温の燃焼排ガスと熱交換し昇温す
る。定常運転時には、低温側に水を流し、温水を製造す
る。夜間等の温水使用量の低下時や燃料電池部1の立ち
上げ時には、低温側に燃料電池本体2用の酸化剤ガスを
流し、酸化剤ガスの予熱用に用いる。それに連動して、
温水/空気切換弁A45及び温水/空気切換弁B46
は、温水熱交換部14へ水あるいは空気(酸化剤ガス)
を供給する。
水/空気ラインA37−2経由で低温側に供給される低
温の空気又は温水を、排ガスラインB40−2経由で高
温側に供給される高温の燃焼排ガスと熱交換し昇温す
る。定常運転時には、低温側に水を流し、温水を製造す
る。夜間等の温水使用量の低下時や燃料電池部1の立ち
上げ時には、低温側に燃料電池本体2用の酸化剤ガスを
流し、酸化剤ガスの予熱用に用いる。それに連動して、
温水/空気切換弁A45及び温水/空気切換弁B46
は、温水熱交換部14へ水あるいは空気(酸化剤ガス)
を供給する。
【0056】インテーク空気冷却部17は、熱交換器で
ある。空気供給ラインC35−3経由で低温側に供給さ
れる空気を、空気供給ラインE35−5経由で高温側に
供給される空気予熱部A13(後述)を経由した高温の
空気と熱交換し、昇温する。
ある。空気供給ラインC35−3経由で低温側に供給さ
れる空気を、空気供給ラインE35−5経由で高温側に
供給される空気予熱部A13(後述)を経由した高温の
空気と熱交換し、昇温する。
【0057】空気予熱部A13は、熱交換器である。空
気供給ラインD35−4経由で低温側に供給される空気
を、排ガスラインA40−1経由で高温側に供給される
高温の燃焼排ガス(排ガス燃焼部12(後述)より)と
熱交換し、昇温する。
気供給ラインD35−4経由で低温側に供給される空気
を、排ガスラインA40−1経由で高温側に供給される
高温の燃焼排ガス(排ガス燃焼部12(後述)より)と
熱交換し、昇温する。
【0058】スタック冷却部18は、インテーク空気冷
却部17の高温側の空気を、空気供給ラインF35−6
経由で燃料電池部1に導入し、燃料電池部1の辺縁部で
発生する熱と熱交換し、その空気を昇温する。
却部17の高温側の空気を、空気供給ラインF35−6
経由で燃料電池部1に導入し、燃料電池部1の辺縁部で
発生する熱と熱交換し、その空気を昇温する。
【0059】再生熱交換部10(燃料ガス側と共通)
は、既述の通りなので説明を省略する。空気圧力計8−
2は、燃料電池部1近傍の空気供給ラインH35−8に
接続されている。空気の圧力を計測する。測定結果は、
燃料電池制御部50へ出力される。
は、既述の通りなので説明を省略する。空気圧力計8−
2は、燃料電池部1近傍の空気供給ラインH35−8に
接続されている。空気の圧力を計測する。測定結果は、
燃料電池制御部50へ出力される。
【0060】次に、排ガス処理に関わる構成(主に、燃
料電池部1後の排ガスに関わるライン)について説明す
る。排ガス燃焼部12は、燃料排ガスを燃料供給ライン
I31−9経由で、使用済み空気を空気供給ラインI3
5−9経由で供給され、それらを燃焼する。燃焼は、燃
焼による熱エネルギーの後段の空気予熱部や熱(温水)
利用設備等での利用、及び、排ガス中の有害物質の除去
のために行なう。燃焼排ガスは、排ガスラインA40−
1から送出される。
料電池部1後の排ガスに関わるライン)について説明す
る。排ガス燃焼部12は、燃料排ガスを燃料供給ライン
I31−9経由で、使用済み空気を空気供給ラインI3
5−9経由で供給され、それらを燃焼する。燃焼は、燃
焼による熱エネルギーの後段の空気予熱部や熱(温水)
利用設備等での利用、及び、排ガス中の有害物質の除去
のために行なう。燃焼排ガスは、排ガスラインA40−
1から送出される。
【0061】空気予熱部A13(酸化剤ガス側と共
通)、温水熱交換部14(酸化剤ガス側と共通)、空気
予熱部B43(酸化剤ガス側と共通)は、既述の通りで
あるのでその説明を省略する。
通)、温水熱交換部14(酸化剤ガス側と共通)、空気
予熱部B43(酸化剤ガス側と共通)は、既述の通りで
あるのでその説明を省略する。
【0062】排ガス再循環ファン21は、排ガスライン
D40−4経由で外部に排出される燃焼排ガスの内、一
部を再循環させるために引き出す。引き出された燃焼排
ガスは、一部は燃料ガスの供給ライン(燃料供給ライン
C31−3)へ、残りは排ガス燃焼部12へ再循環され
る。燃料供給ラインC31−3へ向かう燃焼排ガスは、
燃料エジェクタ6での燃料排ガスの再循環の流量調整
に、排ガス燃焼部12へ向かう燃焼排ガスは、排ガス燃
焼部12での燃焼のNOxの低減に使用される。
D40−4経由で外部に排出される燃焼排ガスの内、一
部を再循環させるために引き出す。引き出された燃焼排
ガスは、一部は燃料ガスの供給ライン(燃料供給ライン
C31−3)へ、残りは排ガス燃焼部12へ再循環され
る。燃料供給ラインC31−3へ向かう燃焼排ガスは、
燃料エジェクタ6での燃料排ガスの再循環の流量調整
に、排ガス燃焼部12へ向かう燃焼排ガスは、排ガス燃
焼部12での燃焼のNOxの低減に使用される。
【0063】排ガスエジェクタ流調弁23は、排ガスエ
ジェクタ24(後述)が吸い出す排ガスの量を、自身を
流れる燃焼排ガスの流量により調整する。排ガスエジェ
クタ24は、排ガス再循環ファン21から排ガス燃焼部
12へ向かうガスの流れを用いて、燃焼排ガスの一部
を、排ガス燃焼部12へ向かうガスの流れへ引き込む。
引き込む流量は、排ガスエジェクタ流調弁23により制
御される。
ジェクタ24(後述)が吸い出す排ガスの量を、自身を
流れる燃焼排ガスの流量により調整する。排ガスエジェ
クタ24は、排ガス再循環ファン21から排ガス燃焼部
12へ向かうガスの流れを用いて、燃焼排ガスの一部
を、排ガス燃焼部12へ向かうガスの流れへ引き込む。
引き込む流量は、排ガスエジェクタ流調弁23により制
御される。
【0064】燃料ガスエジェクタ流調弁22は、燃料エ
ジェクタ6経由で燃料電池本体2から吸い出す燃料排ガ
スの流量を調整する。
ジェクタ6経由で燃料電池本体2から吸い出す燃料排ガ
スの流量を調整する。
【0065】補助燃料供給部19は、排ガス燃焼部12
での排ガス燃焼の際、燃料ガスが不足する場合の補助燃
料を供給する。本実施例では、メタンガスボンベであ
る。また、温水熱交換部14における熱交換により製造
される温水の温度が十分に上がらない場合、補助燃料を
供給する。そうすることにより、燃料排ガスとは独立し
て、熱交換用の高温の燃焼排ガスの製造を促す。補助燃
料供給弁20は、助燃料供給ラインA36−1経由で補
助燃料供給部19から排ガス燃焼部12へ供給される燃
料ガス(補助燃料)の流量を制御する。
での排ガス燃焼の際、燃料ガスが不足する場合の補助燃
料を供給する。本実施例では、メタンガスボンベであ
る。また、温水熱交換部14における熱交換により製造
される温水の温度が十分に上がらない場合、補助燃料を
供給する。そうすることにより、燃料排ガスとは独立し
て、熱交換用の高温の燃焼排ガスの製造を促す。補助燃
料供給弁20は、助燃料供給ラインA36−1経由で補
助燃料供給部19から排ガス燃焼部12へ供給される燃
料ガス(補助燃料)の流量を制御する。
【0066】温水に関わる構成について説明する。温水
/空気切換弁A45(酸化剤ガスと共通)、温水熱交換
部14(排ガス側と酸化剤ガスと共通)、温水/空気切
換弁B46(酸化剤ガスと共通)は、既述の通りである
のでその説明を省略する。
/空気切換弁A45(酸化剤ガスと共通)、温水熱交換
部14(排ガス側と酸化剤ガスと共通)、温水/空気切
換弁B46(酸化剤ガスと共通)は、既述の通りである
のでその説明を省略する。
【0067】温水流調弁47は、温水循環ライン(38
−1〜3)に流れる温水の供給を制御する。温水循環ラ
イン(38−1〜3)は、熱(温水)利用設備に接続さ
れている。そして、温水は、その熱(温水)利用設備に
利用される。
−1〜3)に流れる温水の供給を制御する。温水循環ラ
イン(38−1〜3)は、熱(温水)利用設備に接続さ
れている。そして、温水は、その熱(温水)利用設備に
利用される。
【0068】次に、熱利用設備48について説明する。
熱利用設備48は、温水循環ラインC38−3から温水
を供給され、その熱を利用する設備である。熱利用設備
48は、吸収冷凍機や、給湯システムに例示される。例
えば、吸収冷凍機では、温水循環ラインを流れる熱媒体
としての温水を用いて、冷水を製造し、冷房や飲料など
に利用する。給湯システムでは、温水循環ラインを流れ
る熱媒体としての温水の温度を調整し、暖房や飲料など
に利用する。
熱利用設備48は、温水循環ラインC38−3から温水
を供給され、その熱を利用する設備である。熱利用設備
48は、吸収冷凍機や、給湯システムに例示される。例
えば、吸収冷凍機では、温水循環ラインを流れる熱媒体
としての温水を用いて、冷水を製造し、冷房や飲料など
に利用する。給湯システムでは、温水循環ラインを流れ
る熱媒体としての温水の温度を調整し、暖房や飲料など
に利用する。
【0069】その他に、燃料電池システムを適用したコ
ジェネレーションシステムとしては、温水が、高温高圧
の蒸気の場合には、蒸気タービンとの組み合わせなどが
考えられる。
ジェネレーションシステムとしては、温水が、高温高圧
の蒸気の場合には、蒸気タービンとの組み合わせなどが
考えられる。
【0070】(実施例1)次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第1の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、
第1の実施の形態において適用される運転制御部の構成
を示す図である。
池システム及びコジェネレーションシステムの第1の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、
第1の実施の形態において適用される運転制御部の構成
を示す図である。
【0071】運転制御部87は、温度設定部56と加算
部57と温度制御部58とを具備し、燃料電池制御部5
0に属する。燃料電池制御部50が、燃料電池システム
の各機器から取得している各種情報(後述)の入力に基
づいて、燃料電池1の燃料ガス及び酸化剤ガスの制御の
目標値としてのガス流量情報55−3を出力する。
部57と温度制御部58とを具備し、燃料電池制御部5
0に属する。燃料電池制御部50が、燃料電池システム
の各機器から取得している各種情報(後述)の入力に基
づいて、燃料電池1の燃料ガス及び酸化剤ガスの制御の
目標値としてのガス流量情報55−3を出力する。
【0072】温度設定部56は、燃料電池1の運転状態
としての運転情報52と、燃料電池1の運転経過時間と
しての時間情報53と、燃料電池1の運転温度としての
温度情報54とに基づいて、燃料電池1における運転温
度の制御の目標値としての目標温度情報55−1を出力
する。ここで、運転情報52は、燃料電池1の運転モー
ド(運転状態)を示し、起動運転モード(燃料電池1を
起動するための運転)、停止運転モード(燃料電池1を
停止するための運転)、夜間運転モード(燃料電池1を
夜間の低負荷に対応させるための運転)、定常運転モー
ド(燃料電池1を高負荷で運転)等に例示される。時間
情報53は、燃料電池1の運転を行っている経過時間を
示し、各運転モードにおける運転経過時間(時間、分)
で例示される。温度情報54は、燃料電池1の運転温度
を示し、燃料電池本体2の本体温度計96で測定される
温度や、燃料電池本体2の入口にある燃料温度計11−
1及び空気温度計11−2で計測される温度に例示され
る。目標温度情報55−1は、燃料電池1の運転モード
における最適な温度変化レートに基づいて算出される制
御の目標となる運転温度である。ここで、運転モードに
おける最適な温度レートは、例えば、起動(又は停止)
運転モードであれば、燃料電池1で熱応力や劣化等の問
題が起こらない安全最適な昇温(又は降温)レートであ
る。この時、昇温(又は降温)レートは、予め設定され
た温度毎(例示:10℃毎)の運転温度に対して最適な
値が設定される。例えば、運転温度610℃:温度レー
ト10℃/hour、である。この運転モードと最適な
温度レートと運転温度との関係を示す最適温度レートデ
ータは、予め決定され燃料電池制御部50の記憶部(図
示せず)に格納されている。
としての運転情報52と、燃料電池1の運転経過時間と
しての時間情報53と、燃料電池1の運転温度としての
温度情報54とに基づいて、燃料電池1における運転温
度の制御の目標値としての目標温度情報55−1を出力
する。ここで、運転情報52は、燃料電池1の運転モー
ド(運転状態)を示し、起動運転モード(燃料電池1を
起動するための運転)、停止運転モード(燃料電池1を
停止するための運転)、夜間運転モード(燃料電池1を
夜間の低負荷に対応させるための運転)、定常運転モー
ド(燃料電池1を高負荷で運転)等に例示される。時間
情報53は、燃料電池1の運転を行っている経過時間を
示し、各運転モードにおける運転経過時間(時間、分)
で例示される。温度情報54は、燃料電池1の運転温度
を示し、燃料電池本体2の本体温度計96で測定される
温度や、燃料電池本体2の入口にある燃料温度計11−
1及び空気温度計11−2で計測される温度に例示され
る。目標温度情報55−1は、燃料電池1の運転モード
における最適な温度変化レートに基づいて算出される制
御の目標となる運転温度である。ここで、運転モードに
おける最適な温度レートは、例えば、起動(又は停止)
運転モードであれば、燃料電池1で熱応力や劣化等の問
題が起こらない安全最適な昇温(又は降温)レートであ
る。この時、昇温(又は降温)レートは、予め設定され
た温度毎(例示:10℃毎)の運転温度に対して最適な
値が設定される。例えば、運転温度610℃:温度レー
ト10℃/hour、である。この運転モードと最適な
温度レートと運転温度との関係を示す最適温度レートデ
ータは、予め決定され燃料電池制御部50の記憶部(図
示せず)に格納されている。
【0073】目標温度情報の決定は、例えば、以下のよ
うにして行なう。 (A)目標温度の決定 (A1)運転制御部87は、運転情報52から得られる
運転モードと、温度情報54から得られる運転温度とに
基づいて、最適温度レートデータから、その温度での最
適な温度レートを読み出す。 (A2)温度情報54から得られる運転温度T1と、最
適な温度レートαとに基づいて、予め設定された時間間
隔Δt後の次の温度計測時間における、あるべき運転温
度T(目標温度情報55−1)を、T=T1+αΔt、
により決定する。 (A3)その時、時間情報53の運転経過時間t1と最
適な温度レートαとから予測されるその時点での許容運
転温度T0(=運転モードの初期温度TS+t1×α
(ただし、αが温度により変化する場合には、αのt1
間の積分))と、実際の運転温度T1との差(T0−T
1)の絶対値が、予め設定された第1温度差ΔT
S1(>0)以上の場合、運転温度T1を、あるべき運
転温度T(目標温度情報55−1)に設定する。ただ
し、温度上昇局面で、T0<T1、温度下降局面で、T
0>T1の場合である。そして、必要に応じて、警報を
発する。温度差ΔTS1の値は、燃料電池制御部50の
記憶部(図示せず)に格納されている。
うにして行なう。 (A)目標温度の決定 (A1)運転制御部87は、運転情報52から得られる
運転モードと、温度情報54から得られる運転温度とに
基づいて、最適温度レートデータから、その温度での最
適な温度レートを読み出す。 (A2)温度情報54から得られる運転温度T1と、最
適な温度レートαとに基づいて、予め設定された時間間
隔Δt後の次の温度計測時間における、あるべき運転温
度T(目標温度情報55−1)を、T=T1+αΔt、
により決定する。 (A3)その時、時間情報53の運転経過時間t1と最
適な温度レートαとから予測されるその時点での許容運
転温度T0(=運転モードの初期温度TS+t1×α
(ただし、αが温度により変化する場合には、αのt1
間の積分))と、実際の運転温度T1との差(T0−T
1)の絶対値が、予め設定された第1温度差ΔT
S1(>0)以上の場合、運転温度T1を、あるべき運
転温度T(目標温度情報55−1)に設定する。ただ
し、温度上昇局面で、T0<T1、温度下降局面で、T
0>T1の場合である。そして、必要に応じて、警報を
発する。温度差ΔTS1の値は、燃料電池制御部50の
記憶部(図示せず)に格納されている。
【0074】加算部57は、あるべき運転温度(目標温
度情報55−1)Tと、Δt後(Δtは温度設定部56
での目標温度情報55−1設定にかかる時間)の温度情
報54から得られる実際の運転温度T2とを比較する
(差を取る)。そして、それらに基づいて、その差分で
ある温度偏差55−2(ΔT)=T2−Tを温度制御部
58へ出力する。なお、加算部57は、温度制御部58
に含まれていても良い。
度情報55−1)Tと、Δt後(Δtは温度設定部56
での目標温度情報55−1設定にかかる時間)の温度情
報54から得られる実際の運転温度T2とを比較する
(差を取る)。そして、それらに基づいて、その差分で
ある温度偏差55−2(ΔT)=T2−Tを温度制御部
58へ出力する。なお、加算部57は、温度制御部58
に含まれていても良い。
【0075】温度制御部58は、ΔT(温度偏差55−
2)の値に基づいて、PID法などの制御方法により、
ΔTを無くすように、最適な燃料ガスの流量、及び酸化
剤ガスの流量を決定する。そして、それらの最適な燃料
ガスの流量、及び酸化剤ガスの流量を示すガス流量情報
55−3を出力する。ガス流量情報は、燃料電池制御部
50において、燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を制御す
るのに用いられる。ただし、ΔTの絶対値が、予め設定
された第2温度差ΔTS2(>0)以上の場合、第2温
度差ΔTS2を、ΔT(温度偏差55−2)に設定す
る。ただし、温度上昇局面で、T<T2、温度下降局面
で、T>T2の場合である。温度差ΔTS 2の値は、燃
料電池制御部50の記憶部(図示せず)に格納されてい
る。
2)の値に基づいて、PID法などの制御方法により、
ΔTを無くすように、最適な燃料ガスの流量、及び酸化
剤ガスの流量を決定する。そして、それらの最適な燃料
ガスの流量、及び酸化剤ガスの流量を示すガス流量情報
55−3を出力する。ガス流量情報は、燃料電池制御部
50において、燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を制御す
るのに用いられる。ただし、ΔTの絶対値が、予め設定
された第2温度差ΔTS2(>0)以上の場合、第2温
度差ΔTS2を、ΔT(温度偏差55−2)に設定す
る。ただし、温度上昇局面で、T<T2、温度下降局面
で、T>T2の場合である。温度差ΔTS 2の値は、燃
料電池制御部50の記憶部(図示せず)に格納されてい
る。
【0076】次に、本発明における燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの第1の実施の形態の動
作について説明する。
びコジェネレーションシステムの第1の実施の形態の動
作について説明する。
【0077】(B)燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 (B1)図2に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステムは、然るべき運転モードにおいて、
燃料電池制御部50により制御されながら運転される。
その際、運転制御部87は、燃料電池制御部50から、
予め設定された時間間隔Δt毎に、燃料電池1の運転モ
ード(運転情報52)、燃料電池1の運転温度(温度情
報54)、その運転モードにおける運転経過時間(時間
情報53)を取得する。 (B2)運転制御部87は、得られた情報に基づいて、
既述の(A)の方法により、あるべき運転温度T(目標
温度情報)を算出する。 (B3)その時点で計算される許容運転温度T0と、実
際の運転温度T1との差の絶対値が、第1温度差ΔT
S1以上の場合、運転温度T1を、あるべき運転温度T
(目標温度情報55−1)に設定する。あるいは、警報
を発し、燃料電池システム運転者、管理者等に対処させ
る。 (B4)運転制御部87は、あるべき運転温度(目標温
度情報55−1)Tと、Δt後の実際の燃料電池1の運
転温度T2(温度情報54)との差分ΔT(温度偏差5
5−2)=T2−Tを算出する。 (B5)ΔTの絶対値が、予め設定された第2温度差Δ
TS2以上の場合、第2温度差ΔTS2を、ΔT(温度
偏差55−2)に設定する。あるいは、警報を発し、燃
料電池システム運転者、管理者等に対処させる。 (B6)運転制御部87は、ΔTの値に基づいて、PI
D法などの制御方法により、ΔTを無くすように、燃料
電池1の最適な燃料ガスの流量、及び酸化剤ガスの流量
を決定する。 (B7)そして、それらの最適な燃料ガスの流量、及び
酸化剤ガスの流量を示すガス流量情報55−3を出力す
る。 (B8)燃料電池制御部50は、ガス流量情報55−3
を用いて、燃料供給弁4や排ガス再循環ファン21、燃
料ガスエジェクタ流調弁22などを調整する。そして、
燃料ガスが、ガス流量情報55−3の最適な燃料ガスの
流量となるように制御する。同様に、燃料電池制御部5
0は、ガス流量情報55−3を用いて、空気供給ファン
15や空気供給弁16などを調整する。そして、酸化剤
ガスが、ガス流量情報55−3の最適な酸化剤ガスの流
量となるように制御する。
ションシステムの動作 (B1)図2に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステムは、然るべき運転モードにおいて、
燃料電池制御部50により制御されながら運転される。
その際、運転制御部87は、燃料電池制御部50から、
予め設定された時間間隔Δt毎に、燃料電池1の運転モ
ード(運転情報52)、燃料電池1の運転温度(温度情
報54)、その運転モードにおける運転経過時間(時間
情報53)を取得する。 (B2)運転制御部87は、得られた情報に基づいて、
既述の(A)の方法により、あるべき運転温度T(目標
温度情報)を算出する。 (B3)その時点で計算される許容運転温度T0と、実
際の運転温度T1との差の絶対値が、第1温度差ΔT
S1以上の場合、運転温度T1を、あるべき運転温度T
(目標温度情報55−1)に設定する。あるいは、警報
を発し、燃料電池システム運転者、管理者等に対処させ
る。 (B4)運転制御部87は、あるべき運転温度(目標温
度情報55−1)Tと、Δt後の実際の燃料電池1の運
転温度T2(温度情報54)との差分ΔT(温度偏差5
5−2)=T2−Tを算出する。 (B5)ΔTの絶対値が、予め設定された第2温度差Δ
TS2以上の場合、第2温度差ΔTS2を、ΔT(温度
偏差55−2)に設定する。あるいは、警報を発し、燃
料電池システム運転者、管理者等に対処させる。 (B6)運転制御部87は、ΔTの値に基づいて、PI
D法などの制御方法により、ΔTを無くすように、燃料
電池1の最適な燃料ガスの流量、及び酸化剤ガスの流量
を決定する。 (B7)そして、それらの最適な燃料ガスの流量、及び
酸化剤ガスの流量を示すガス流量情報55−3を出力す
る。 (B8)燃料電池制御部50は、ガス流量情報55−3
を用いて、燃料供給弁4や排ガス再循環ファン21、燃
料ガスエジェクタ流調弁22などを調整する。そして、
燃料ガスが、ガス流量情報55−3の最適な燃料ガスの
流量となるように制御する。同様に、燃料電池制御部5
0は、ガス流量情報55−3を用いて、空気供給ファン
15や空気供給弁16などを調整する。そして、酸化剤
ガスが、ガス流量情報55−3の最適な酸化剤ガスの流
量となるように制御する。
【0078】上記のように、常に各運転温度毎に設定さ
れた温度変化レートαで運転するので、燃料電池1のセ
ルや各セラミックス部材にかかる熱応力の抑制、触媒の
賦活化や反応の適正な実施などが出来る。すなわち、燃
料電池1の信頼性、安定性を向上し、運転コストやメン
テナンスコストを低減できる。
れた温度変化レートαで運転するので、燃料電池1のセ
ルや各セラミックス部材にかかる熱応力の抑制、触媒の
賦活化や反応の適正な実施などが出来る。すなわち、燃
料電池1の信頼性、安定性を向上し、運転コストやメン
テナンスコストを低減できる。
【0079】また、温度変化レートの管理について、短
時間(Δt)毎のチェック(B5)だけでなく、各運転
モードでの運転経過時間(53)でのチェック(B3)
も行なっている。すなわち、二重に管理しているので、
管理を確実に実行可能である。
時間(Δt)毎のチェック(B5)だけでなく、各運転
モードでの運転経過時間(53)でのチェック(B3)
も行なっている。すなわち、二重に管理しているので、
管理を確実に実行可能である。
【0080】本発明の上記実施例により、燃料電池シス
テムの起動や停止、夜間運転のような定常運転とは異な
る運転モードにおいも、最適な温度変化レートに従って
運転することが可能となる。すなわち、不適切な温度変
化レートの発生により、燃料電池1の電極や電解質など
の部剤の劣化、触媒の劣化等を抑制することができる。
また、大きな熱応力の発生によるセラミックス部品の破
壊を防止できる。
テムの起動や停止、夜間運転のような定常運転とは異な
る運転モードにおいも、最適な温度変化レートに従って
運転することが可能となる。すなわち、不適切な温度変
化レートの発生により、燃料電池1の電極や電解質など
の部剤の劣化、触媒の劣化等を抑制することができる。
また、大きな熱応力の発生によるセラミックス部品の破
壊を防止できる。
【0081】(実施例2)次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第2の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図3は、
本発明における燃料電池システム及びコジェネレーショ
ンシステムが適用される発電システムの構成を示す図で
ある。
池システム及びコジェネレーションシステムの第2の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図3は、
本発明における燃料電池システム及びコジェネレーショ
ンシステムが適用される発電システムの構成を示す図で
ある。
【0082】発電システムは、燃料供給装置59、燃料
源切換装置60、コジェネレーションシステム61、エ
ネルギー配分制御装置62、直交変換装置63、送電装
置64、2次電池65、水素製造装置66、水素貯蔵装
置67、逆潮流システム68を具備する。また、配管と
して、燃料供給管A69−1〜燃料供給管B69−2、
水素供給管A73−1、水素供給管B73−2を具備す
る。また、電気配線として、水素用電線70、電線A7
1−1〜電線F71−6、蓄電用電線A72−1〜蓄電
用電線B72−2を具備する。
源切換装置60、コジェネレーションシステム61、エ
ネルギー配分制御装置62、直交変換装置63、送電装
置64、2次電池65、水素製造装置66、水素貯蔵装
置67、逆潮流システム68を具備する。また、配管と
して、燃料供給管A69−1〜燃料供給管B69−2、
水素供給管A73−1、水素供給管B73−2を具備す
る。また、電気配線として、水素用電線70、電線A7
1−1〜電線F71−6、蓄電用電線A72−1〜蓄電
用電線B72−2を具備する。
【0083】燃料供給装置59は、コジェネレーション
システム61の燃料電池の運転に必要な燃料ガスを供給
する。燃料供給装置59は、複数のボンベや、ガスタン
クやガス生成装置に接続されたガスラインに例示され
る。
システム61の燃料電池の運転に必要な燃料ガスを供給
する。燃料供給装置59は、複数のボンベや、ガスタン
クやガス生成装置に接続されたガスラインに例示され
る。
【0084】燃料源切換装置60は、コジェネレーショ
ンシステム61の燃料電池の運転に必要な燃料として、
燃料供給装置59から燃料供給管A69−1経由で供給
される燃料ガスと、水素貯蔵装置67(後述)から水素
供給管B73−2経由で供給される水素ガスとから、い
ずれか一方を選択する。そして、選択されたガスを燃料
供給管B69−2を介してコジェネレーションシステム
61へ供給する。
ンシステム61の燃料電池の運転に必要な燃料として、
燃料供給装置59から燃料供給管A69−1経由で供給
される燃料ガスと、水素貯蔵装置67(後述)から水素
供給管B73−2経由で供給される水素ガスとから、い
ずれか一方を選択する。そして、選択されたガスを燃料
供給管B69−2を介してコジェネレーションシステム
61へ供給する。
【0085】コジェネレーションシステム61は、図2
で説明したコジェネレーション装置である。エネルギー
配分制御装置62は、コジェネレーションシステム61
で発電された電力を、電線A71−1経由で受け取り、
電力負荷に供給する。また、その際、余剰電力が生じた
場合には、エネルギー配分制御装置62は、電力会社の
電力供給系統、2次電池65及び水素製造装置66のい
ずれか1つに供給する。
で説明したコジェネレーション装置である。エネルギー
配分制御装置62は、コジェネレーションシステム61
で発電された電力を、電線A71−1経由で受け取り、
電力負荷に供給する。また、その際、余剰電力が生じた
場合には、エネルギー配分制御装置62は、電力会社の
電力供給系統、2次電池65及び水素製造装置66のい
ずれか1つに供給する。
【0086】ここで、余剰電力は、電力負荷へ供給する
電力を計測する送電装置64の有する電力計の測定値
と、コジェネレーションシステム61から供給される電
力を計測するエネルギー配分制御装置62の有する電力
計の測定値とに基づいて算出する。余剰電力が発生した
場合、電力会社へ逆潮流する電力量は、予め電力会社と
の契約で設定された量、あるいは逆潮流システム68の
能力で設定される量である。2次電池65への余剰電力
の供給は、余剰電力から逆潮流する電力を引いて残った
ものについて行なう。ただし、その電力は、2次電池6
5の端子間電圧及びその容量に基づいて定まる。水素製
造装置66への余剰電力の供給は、余剰電力から逆潮流
する電力及び2次電池65を充電する電力を除いて残っ
た場合に行なう。
電力を計測する送電装置64の有する電力計の測定値
と、コジェネレーションシステム61から供給される電
力を計測するエネルギー配分制御装置62の有する電力
計の測定値とに基づいて算出する。余剰電力が発生した
場合、電力会社へ逆潮流する電力量は、予め電力会社と
の契約で設定された量、あるいは逆潮流システム68の
能力で設定される量である。2次電池65への余剰電力
の供給は、余剰電力から逆潮流する電力を引いて残った
ものについて行なう。ただし、その電力は、2次電池6
5の端子間電圧及びその容量に基づいて定まる。水素製
造装置66への余剰電力の供給は、余剰電力から逆潮流
する電力及び2次電池65を充電する電力を除いて残っ
た場合に行なう。
【0087】直交変換装置63は、コジェネレーション
システム61で発電された直流の電力を、電線B71−
2経由で受け取り、然るべき電圧及び周波数を有する交
流電力に変換する。
システム61で発電された直流の電力を、電線B71−
2経由で受け取り、然るべき電圧及び周波数を有する交
流電力に変換する。
【0088】送電装置64は、直交変換装置63で変換
された交流電力を、電線C71−3経由で受け取り、電
線D71−4経由で電力負荷へ供給する。また、コジェ
ネレーションシステム61で発電された電力の内、電力
負荷で消費されない余剰電力が発生し、電力会社の電力
供給系統へ逆潮流する場合には、電線E71−5経由で
逆潮流システム68へ供給する。電力負荷へ供給する電
力を計測する電力計と、電力会社の電力供給系統へ逆潮
流する電力を計測する電力計とを有する。それらの計測
結果は、エネルギー配分制御装置62へ出力される。
された交流電力を、電線C71−3経由で受け取り、電
線D71−4経由で電力負荷へ供給する。また、コジェ
ネレーションシステム61で発電された電力の内、電力
負荷で消費されない余剰電力が発生し、電力会社の電力
供給系統へ逆潮流する場合には、電線E71−5経由で
逆潮流システム68へ供給する。電力負荷へ供給する電
力を計測する電力計と、電力会社の電力供給系統へ逆潮
流する電力を計測する電力計とを有する。それらの計測
結果は、エネルギー配分制御装置62へ出力される。
【0089】逆潮流システム68は、送電装置64から
供給された交流電力(余剰電力)を、逆潮流する電力に
求められる然るべき特性(予め電力会社との契約で設
定)を有する交流電力へ変換する。そして、その交流電
力を電線F71−6経由で電力会社の電力供給系統へ逆
潮流する。
供給された交流電力(余剰電力)を、逆潮流する電力に
求められる然るべき特性(予め電力会社との契約で設
定)を有する交流電力へ変換する。そして、その交流電
力を電線F71−6経由で電力会社の電力供給系統へ逆
潮流する。
【0090】2次電池65は、既述の余剰電力の内、電
力会社との契約や、装置の容量の上限、電力逆潮流レー
トの制限等の理由により逆潮流できない分を、充電用電
線A72−1経由で蓄電する。この2次電池65の電力
は、コジェネレーションシステム61で発電する電力で
は、電力負荷を賄いきれない場合に、充電用電線B72
−2−エネルギー配分制御装置62経由で電力負荷へ供
給する。水素製造装置66の電力としても使用すること
が出来る。また、コジェネレーションシステム61に電
気自動車用の電気充電スタンドを併設すれば、電気自動
車や燃料電池自動車のバッテリーの充電用に用いること
が出来る。
力会社との契約や、装置の容量の上限、電力逆潮流レー
トの制限等の理由により逆潮流できない分を、充電用電
線A72−1経由で蓄電する。この2次電池65の電力
は、コジェネレーションシステム61で発電する電力で
は、電力負荷を賄いきれない場合に、充電用電線B72
−2−エネルギー配分制御装置62経由で電力負荷へ供
給する。水素製造装置66の電力としても使用すること
が出来る。また、コジェネレーションシステム61に電
気自動車用の電気充電スタンドを併設すれば、電気自動
車や燃料電池自動車のバッテリーの充電用に用いること
が出来る。
【0091】水素製造装置66は、既述の余剰電力の
内、逆潮流が出来ず、且つ、装置の容量の上限、蓄電レ
ートの制限等の理由により2次電池65に蓄電出来ない
分を、水素用電線70経由で供給される。そして、水素
製造装置66は、その電力を用いて、水の電気分解によ
り水素ガスを製造する。水素貯蔵装置67は、水素製造
装置66で製造された水素ガスを水素供給管A73−1
経由で受け取り、貯蔵する。また、コジェネレーション
システム61の燃料電池の運転用に水素供給管B73−
1経由で水素ガスを燃料源切換装置60へ供給する。ま
た、コジェネレーションシステム61に燃料電池自動車
用の水素補給スタンドを併設すれば、燃料電池自動車の
水素供給用に用いることが出来る。
内、逆潮流が出来ず、且つ、装置の容量の上限、蓄電レ
ートの制限等の理由により2次電池65に蓄電出来ない
分を、水素用電線70経由で供給される。そして、水素
製造装置66は、その電力を用いて、水の電気分解によ
り水素ガスを製造する。水素貯蔵装置67は、水素製造
装置66で製造された水素ガスを水素供給管A73−1
経由で受け取り、貯蔵する。また、コジェネレーション
システム61の燃料電池の運転用に水素供給管B73−
1経由で水素ガスを燃料源切換装置60へ供給する。ま
た、コジェネレーションシステム61に燃料電池自動車
用の水素補給スタンドを併設すれば、燃料電池自動車の
水素供給用に用いることが出来る。
【0092】(C)燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 (C1)図2に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステム61は、然るべき運転モードにおい
て、燃料電池制御部50により制御されながら運転され
る。その際、燃料供給装置59は、燃料ガスを燃料源切
換装置60に供給している。燃料源切換装置60は、燃
料ガスをコジェネレーションシステム61に供給してい
る。コジェネレーションシステム61の燃料電池1は、
燃料ガスと酸化剤ガス(図示せず)とを供給され、発電
を行ない、燃料電池電力として出力している。 (C2)通常、電力負荷に追従して発電を行なうので、
余剰電力の発生は無い。従って、エネルギー配分制御装
置62は、直交変換装置63−送電装置64経由で、燃
料電池電力を電力負荷へ供給する。 (C3)燃料電池1は、起動/停止に時間がかかるの
で、連続運転を行っている。そのとき、運転維持のため
の最低電力を維持する必要があり、夜間のような電力負
荷が低下する場合には、余剰電力が発生することがあ
る。エネルギー配分制御装置62は、送電装置64から
の電力負荷へ供給する電力の測定値と、コジェネレーシ
ョンシステム61から供給される電力の測定値とに基づ
いて余剰電力を算出する。 (C4)余剰電力が発生した場合、余剰電力の有効な処
理方法として、エネルギー配分制御装置62は、送電装
置64を制御して、余剰電力分を、電線F71−6経由
で電力会社の電力供給系統へ逆潮流する。 (C5)電力供給系統へ逆潮流が出来ない場合、あるい
はそれでも余剰電力が存在する場合には、エネルギー配
分制御装置62は、2次電池65に、余剰電力を供給す
る。2次電池65は、余剰電力を蓄える。 (C6)更に、2次電池65に蓄電が出来ない場合、あ
るいはそれでも余剰電力が存在する場合には、エネルギ
ー配分制御装置62は、水素製造装置66へ、余剰電力
を供給する。水素製造装置66は、市水から純水を製造
し、純水を電気分解することにより水素ガスを製造す
る。 (C7)水素製造装置66により製造された水素ガス
は、水素貯蔵装置67で貯蔵する。このとき、運転維持
のための最低電力で、水素製造装置66が運転可能であ
れば、運転維持のための最低電力の発電を効率的に継続
することが可能となる。
ションシステムの動作 (C1)図2に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステム61は、然るべき運転モードにおい
て、燃料電池制御部50により制御されながら運転され
る。その際、燃料供給装置59は、燃料ガスを燃料源切
換装置60に供給している。燃料源切換装置60は、燃
料ガスをコジェネレーションシステム61に供給してい
る。コジェネレーションシステム61の燃料電池1は、
燃料ガスと酸化剤ガス(図示せず)とを供給され、発電
を行ない、燃料電池電力として出力している。 (C2)通常、電力負荷に追従して発電を行なうので、
余剰電力の発生は無い。従って、エネルギー配分制御装
置62は、直交変換装置63−送電装置64経由で、燃
料電池電力を電力負荷へ供給する。 (C3)燃料電池1は、起動/停止に時間がかかるの
で、連続運転を行っている。そのとき、運転維持のため
の最低電力を維持する必要があり、夜間のような電力負
荷が低下する場合には、余剰電力が発生することがあ
る。エネルギー配分制御装置62は、送電装置64から
の電力負荷へ供給する電力の測定値と、コジェネレーシ
ョンシステム61から供給される電力の測定値とに基づ
いて余剰電力を算出する。 (C4)余剰電力が発生した場合、余剰電力の有効な処
理方法として、エネルギー配分制御装置62は、送電装
置64を制御して、余剰電力分を、電線F71−6経由
で電力会社の電力供給系統へ逆潮流する。 (C5)電力供給系統へ逆潮流が出来ない場合、あるい
はそれでも余剰電力が存在する場合には、エネルギー配
分制御装置62は、2次電池65に、余剰電力を供給す
る。2次電池65は、余剰電力を蓄える。 (C6)更に、2次電池65に蓄電が出来ない場合、あ
るいはそれでも余剰電力が存在する場合には、エネルギ
ー配分制御装置62は、水素製造装置66へ、余剰電力
を供給する。水素製造装置66は、市水から純水を製造
し、純水を電気分解することにより水素ガスを製造す
る。 (C7)水素製造装置66により製造された水素ガス
は、水素貯蔵装置67で貯蔵する。このとき、運転維持
のための最低電力で、水素製造装置66が運転可能であ
れば、運転維持のための最低電力の発電を効率的に継続
することが可能となる。
【0093】発電システム全体のコストを低減するため
に、余剰電力の配分の順序を、第1番目に電力供給系
統、第2番目に2次電池65、第3番目に水素製造装置
66/水素貯蔵装置67としている。これは、余剰電力
の最初の行き先を電力供給系統にすることにより、2次
電池65及び水素製造装置66/水素貯蔵装置67の容
量を小さくすることが出来、システムのコストを低減す
ることが出来る。また、2次電池65のコスト<水素製
造装置66/水素貯蔵装置67のコスト、であるから、
2番目の行き先を2次電池65にすることにより、水素
製造装置66/水素貯蔵装置67の容量を小さくするこ
とが出来、システムのコストを低減することが出来る。
に、余剰電力の配分の順序を、第1番目に電力供給系
統、第2番目に2次電池65、第3番目に水素製造装置
66/水素貯蔵装置67としている。これは、余剰電力
の最初の行き先を電力供給系統にすることにより、2次
電池65及び水素製造装置66/水素貯蔵装置67の容
量を小さくすることが出来、システムのコストを低減す
ることが出来る。また、2次電池65のコスト<水素製
造装置66/水素貯蔵装置67のコスト、であるから、
2番目の行き先を2次電池65にすることにより、水素
製造装置66/水素貯蔵装置67の容量を小さくするこ
とが出来、システムのコストを低減することが出来る。
【0094】本発明の上記実施例により、夜間のような
電力負荷の著しく少ない状況においても、余剰電力無駄
無く有効に用いることが出来、システムとしての効率が
向上し、ランニングコストを低減することが出来る。そ
して、そのシステムの設備コストを低く抑えながら、そ
れらを実施することが可能となる。
電力負荷の著しく少ない状況においても、余剰電力無駄
無く有効に用いることが出来、システムとしての効率が
向上し、ランニングコストを低減することが出来る。そ
して、そのシステムの設備コストを低く抑えながら、そ
れらを実施することが可能となる。
【0095】また、コジェネレーションシステム61に
電気自動車/燃料電池自動車用の電気充電/水素補給ス
タンドを併設すれば、電気自動車や燃料電池自動車のバ
ッテリーの充電用及び燃料電池自動車の水素供給用に用
いることが出来る。
電気自動車/燃料電池自動車用の電気充電/水素補給ス
タンドを併設すれば、電気自動車や燃料電池自動車のバ
ッテリーの充電用及び燃料電池自動車の水素供給用に用
いることが出来る。
【0096】(実施例3)次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第3の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図4は、
第3の実施の形態において適用される運転補正部の構成
を示す図である。
池システム及びコジェネレーションシステムの第3の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図4は、
第3の実施の形態において適用される運転補正部の構成
を示す図である。
【0097】運転補正部97は、1次補正部78、2次
補正部79、3次補正部80、加算部81〜加算部8
3、補正制御部49を具備し、燃料電池制御部50に属
する。燃料電池制御部50が、燃料電池システムから取
得している熱負荷の実測値(後述)としての熱負荷情報
74の入力に基づいて、燃料電池システムへの運転指令
としての運転補正情報42を出力する。ここで、熱負荷
の実測値は、図2の熱利用設備48における単位時間あ
たりの熱量の消費量である。それは、例えば、温水循環
ライン38を流れる温水の流量と、その温水の温度変化
により容易に計算できる。実測値として、温水の流量が
一定であれば、単に温水の温度を用いることも可能であ
る。
補正部79、3次補正部80、加算部81〜加算部8
3、補正制御部49を具備し、燃料電池制御部50に属
する。燃料電池制御部50が、燃料電池システムから取
得している熱負荷の実測値(後述)としての熱負荷情報
74の入力に基づいて、燃料電池システムへの運転指令
としての運転補正情報42を出力する。ここで、熱負荷
の実測値は、図2の熱利用設備48における単位時間あ
たりの熱量の消費量である。それは、例えば、温水循環
ライン38を流れる温水の流量と、その温水の温度変化
により容易に計算できる。実測値として、温水の流量が
一定であれば、単に温水の温度を用いることも可能であ
る。
【0098】1次補正部78は、1日前、あるいは1週
間前の同じ曜日における、実際の熱負荷の需要の変化量
に基づいて、その日の、その時間での熱負荷の需要を予
測し、予測の結果としての1次補正情報84を出力す
る。予測方法としては、例えば以下のような方法があ
る。 (D)熱負荷の需要の予測(1次補正情報84) (D1)1週間前の同じ曜日における実際の熱負荷の需
要の変化のデータ1日分(以下「実績需要曲線D
0(t)」)を、燃料電池制御部50の記憶部(図示せ
ず)から取得する。 (D2)季節や月、曜日、天気、地域などの要素に基づ
いて、予め設定された係数β(t)を、燃料電池制御部
50の記憶部(図示せず)から取得する。 (D3)D0(t)に、係数βをかけて、その日の熱負
荷の需要の予測曲線D(t)=β(t)D0(t)を求
める。 (D4)需要の予測曲線D(t)=β(t)D0(t)
から、需要を予測する時刻t1での、熱負荷の需要の予
測D(t1)=β(t1)D0(t1)を読み出し、1
次補正情報84とする。
間前の同じ曜日における、実際の熱負荷の需要の変化量
に基づいて、その日の、その時間での熱負荷の需要を予
測し、予測の結果としての1次補正情報84を出力す
る。予測方法としては、例えば以下のような方法があ
る。 (D)熱負荷の需要の予測(1次補正情報84) (D1)1週間前の同じ曜日における実際の熱負荷の需
要の変化のデータ1日分(以下「実績需要曲線D
0(t)」)を、燃料電池制御部50の記憶部(図示せ
ず)から取得する。 (D2)季節や月、曜日、天気、地域などの要素に基づ
いて、予め設定された係数β(t)を、燃料電池制御部
50の記憶部(図示せず)から取得する。 (D3)D0(t)に、係数βをかけて、その日の熱負
荷の需要の予測曲線D(t)=β(t)D0(t)を求
める。 (D4)需要の予測曲線D(t)=β(t)D0(t)
から、需要を予測する時刻t1での、熱負荷の需要の予
測D(t1)=β(t1)D0(t1)を読み出し、1
次補正情報84とする。
【0099】加算部81は、熱負荷の需要の予測である
1次補正情報84(D(t1))と、熱負荷の需要の実
測値D1(t1)とを比較する(差を取る)。そして、
それらに基づいて、その差分ΔD1=D1(t1)−D
(t1)を、第1差分75として、加算部82へ出力す
る。なお、加算部81は、1次補正部78に含まれてい
ても良い。
1次補正情報84(D(t1))と、熱負荷の需要の実
測値D1(t1)とを比較する(差を取る)。そして、
それらに基づいて、その差分ΔD1=D1(t1)−D
(t1)を、第1差分75として、加算部82へ出力す
る。なお、加算部81は、1次補正部78に含まれてい
ても良い。
【0100】2次補正部79は、その日の特殊事情の情
報に基づいて、その日の、その時間での熱負荷の需要の
変動を予測し、予測の結果としての2次補正情報を出力
する。予測方法としては、例えば以下のような方法があ
る。特殊事情は、例えば、同じ電力系統内の他の発電プ
ラントの停止である。この場合、その発電プラントが賄
っていた熱量を、他の発電プラントで分担する必要があ
る。従って、その発電プラントが賄っていた熱量を、他
の発電プラントの数で割った熱量の負担が増加する。こ
の増加分ΔD2を2次補正情報85として出力する。
報に基づいて、その日の、その時間での熱負荷の需要の
変動を予測し、予測の結果としての2次補正情報を出力
する。予測方法としては、例えば以下のような方法があ
る。特殊事情は、例えば、同じ電力系統内の他の発電プ
ラントの停止である。この場合、その発電プラントが賄
っていた熱量を、他の発電プラントで分担する必要があ
る。従って、その発電プラントが賄っていた熱量を、他
の発電プラントの数で割った熱量の負担が増加する。こ
の増加分ΔD2を2次補正情報85として出力する。
【0101】加算部82は、第1差分75(ΔD1)と
2次補正情報85(ΔD2)とを比較する(差を取
る)。そして、それらに基づいて、その差分ΔD3を第
2差分76として加算部83へ出力する。なお、加算部
82は、2次補正部79に含まれていても良い。なお、
2次補正情報85(ΔD2)は、その種類により第1差
分75(ΔD1)に加える場合もある。
2次補正情報85(ΔD2)とを比較する(差を取
る)。そして、それらに基づいて、その差分ΔD3を第
2差分76として加算部83へ出力する。なお、加算部
82は、2次補正部79に含まれていても良い。なお、
2次補正情報85(ΔD2)は、その種類により第1差
分75(ΔD1)に加える場合もある。
【0102】3次補正部80は、従来知られたARMA
(Autoregressivemoving ave
rage)モデル等による統計処理を用いて、その日の
短時間(数分〜数時間の予め設定された時間)前の熱負
荷の需要の実測値に基づいて、予め設定された短時間毎
(数10分毎〜1時間毎)の予測値と実測値の誤差とを
生成する。この時の偶発的変動値である予測値ΔD4を
3次補正情報86として出力する。
(Autoregressivemoving ave
rage)モデル等による統計処理を用いて、その日の
短時間(数分〜数時間の予め設定された時間)前の熱負
荷の需要の実測値に基づいて、予め設定された短時間毎
(数10分毎〜1時間毎)の予測値と実測値の誤差とを
生成する。この時の偶発的変動値である予測値ΔD4を
3次補正情報86として出力する。
【0103】加算部83は、第2差分76(ΔD3)と
3次補正情報86(ΔD4)とを比較する(差を取
る)。そして、それらに基づいて、その差分Δ5を第3
差分77として補正制御部49へ出力する。なお、加算
部83は、3次補正部80に含まれていても良い。な
お、3次補正情報86(ΔD4)は、その種類により第
2差分76(ΔD3)に加える場合もある。
3次補正情報86(ΔD4)とを比較する(差を取
る)。そして、それらに基づいて、その差分Δ5を第3
差分77として補正制御部49へ出力する。なお、加算
部83は、3次補正部80に含まれていても良い。な
お、3次補正情報86(ΔD4)は、その種類により第
2差分76(ΔD3)に加える場合もある。
【0104】補正制御部49は、第3差分77(Δ
D5)の値に基づいて、PID法などの制御方法によ
り、温水循環ライン38に流す最適な温水の流量、ある
いは、排ガス燃焼部12に供給する補助燃料ガスの流量
を決定する。そして、それらの最適な温水の流量、ある
いは、補助燃料ガスの量を示す運転補正情報42を出力
する。ガス流量情報は、燃料電池制御部50において、
温水の流量、あるいは、補助燃料ガスの量を制御するの
に用いられる。
D5)の値に基づいて、PID法などの制御方法によ
り、温水循環ライン38に流す最適な温水の流量、ある
いは、排ガス燃焼部12に供給する補助燃料ガスの流量
を決定する。そして、それらの最適な温水の流量、ある
いは、補助燃料ガスの量を示す運転補正情報42を出力
する。ガス流量情報は、燃料電池制御部50において、
温水の流量、あるいは、補助燃料ガスの量を制御するの
に用いられる。
【0105】なお、補正制御部49は、加算部81〜加
算部83を含んでいても良い。
算部83を含んでいても良い。
【0106】次に、本発明における燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの第3の実施の形態の動
作について説明する。
びコジェネレーションシステムの第3の実施の形態の動
作について説明する。
【0107】(E)燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 (E1)図2に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステムは、然るべき運転モードにおいて、
燃料電池制御部50により制御されながら運転される。
その際、温水熱交換部14において、熱交換され高温と
なった温水は、温水/空気ラインB37−3−温水/空
気切換弁B46−温水循環ラインB38−2−温水流調
弁47−温水循環ラインC38−3経由で熱利用設備4
8に供給される。熱利用設備48は、温水の熱量を利用
する。低温となった温水は、温水循環ラインA38−1
−温水/空気切換弁A45−温水/空気ラインA37−
2経由で温水熱交換部14へ還流される。そのとき、熱
利用設備48は、自身が消費する熱量(熱負荷の需要)
を測定する。その熱負荷の需要の実測値は、熱負荷情報
74として、燃料電池制御部50へ出力される。 (E2)運転補正部97は、得られた熱負荷情報74に
基づいて、既述の(D)の方法により、1次補正情報8
4を算出する。 (E3)運転補正部97は、1次補正情報84と、熱負
荷情報74との差分である第1差分75を算出する。 (E4)運転補正部97は、2次補正情報85を算出す
る。 (E5)運転補正部97は、2次補正情報85と、第1
差分75との差分(又は加算したもの)である第2差分
76を算出する。 (E6)運転補正部97は、3次補正情報86を算出す
る。 (E7)運転補正部97は、3次補正情報86と、第2
差分76との差分(又は加算したもの)である第3差分
77を算出する。 (E8)運転補正部97は、第3差分77の値に基づい
て、PID法などの制御方法により、温水循環ライン3
8に流す最適な温水の流量、あるいは、排ガス燃焼部1
2へ供給する補助燃料ガスの流量を決定し、運転補正情
報42として出力する。 (E9)運転補正情報42は、燃料電池制御部50にお
いて、温水の流量、あるいは、燃料排ガスの量を制御す
るのに用いられる。 (E10)燃料電池制御部50は、運転補正情報42を
用いて、温水流調弁4を調整することにより、温水の流
量を制御する。また、補助燃料供給弁20を調整するこ
とにより、排ガス燃焼部12に供給される補助燃料ガス
の流量を制御する。そして、温水が熱利用設備48に最
適な熱量を供給するように制御する。
ションシステムの動作 (E1)図2に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステムは、然るべき運転モードにおいて、
燃料電池制御部50により制御されながら運転される。
その際、温水熱交換部14において、熱交換され高温と
なった温水は、温水/空気ラインB37−3−温水/空
気切換弁B46−温水循環ラインB38−2−温水流調
弁47−温水循環ラインC38−3経由で熱利用設備4
8に供給される。熱利用設備48は、温水の熱量を利用
する。低温となった温水は、温水循環ラインA38−1
−温水/空気切換弁A45−温水/空気ラインA37−
2経由で温水熱交換部14へ還流される。そのとき、熱
利用設備48は、自身が消費する熱量(熱負荷の需要)
を測定する。その熱負荷の需要の実測値は、熱負荷情報
74として、燃料電池制御部50へ出力される。 (E2)運転補正部97は、得られた熱負荷情報74に
基づいて、既述の(D)の方法により、1次補正情報8
4を算出する。 (E3)運転補正部97は、1次補正情報84と、熱負
荷情報74との差分である第1差分75を算出する。 (E4)運転補正部97は、2次補正情報85を算出す
る。 (E5)運転補正部97は、2次補正情報85と、第1
差分75との差分(又は加算したもの)である第2差分
76を算出する。 (E6)運転補正部97は、3次補正情報86を算出す
る。 (E7)運転補正部97は、3次補正情報86と、第2
差分76との差分(又は加算したもの)である第3差分
77を算出する。 (E8)運転補正部97は、第3差分77の値に基づい
て、PID法などの制御方法により、温水循環ライン3
8に流す最適な温水の流量、あるいは、排ガス燃焼部1
2へ供給する補助燃料ガスの流量を決定し、運転補正情
報42として出力する。 (E9)運転補正情報42は、燃料電池制御部50にお
いて、温水の流量、あるいは、燃料排ガスの量を制御す
るのに用いられる。 (E10)燃料電池制御部50は、運転補正情報42を
用いて、温水流調弁4を調整することにより、温水の流
量を制御する。また、補助燃料供給弁20を調整するこ
とにより、排ガス燃焼部12に供給される補助燃料ガス
の流量を制御する。そして、温水が熱利用設備48に最
適な熱量を供給するように制御する。
【0108】熱負荷の変化に対しては、熱容量の影響に
より、素早く供給量を変動させることは困難であった。
すなわち、熱負荷の需要の変化に対して、フィードバッ
ク制御では、遅れが発生し、素早く対応することが難し
かった。しかし、上記のように、過去の熱負荷の実績
や、特殊事情、短時間毎の統計処理により、精度良く熱
負荷の需要の予測を行なうことにより、熱量の生成に関
してフィードフォワード制御を行なうことが可能とな
る。
より、素早く供給量を変動させることは困難であった。
すなわち、熱負荷の需要の変化に対して、フィードバッ
ク制御では、遅れが発生し、素早く対応することが難し
かった。しかし、上記のように、過去の熱負荷の実績
や、特殊事情、短時間毎の統計処理により、精度良く熱
負荷の需要の予測を行なうことにより、熱量の生成に関
してフィードフォワード制御を行なうことが可能とな
る。
【0109】本発明の上記実施例により、熱負荷が減少
してもフィードフォワードで制御を行なっており、迅速
に対応でき、応答の遅れを抑制することが出来る。そし
て、燃料電池システムが発生する熱エネルギーを無駄に
することが無く、効率よく使用することが可能となる。
また、熱負荷が増加しても同様に迅速に対応でき、応答
の遅れを抑制することが出来る。そして、熱利用設備に
供給する熱量に不足が無く、かつ過剰な供給を行なうこ
とも無い。すなわち、省エネルギーなシステムとなり、
運転コストを低減することが可能となる。
してもフィードフォワードで制御を行なっており、迅速
に対応でき、応答の遅れを抑制することが出来る。そし
て、燃料電池システムが発生する熱エネルギーを無駄に
することが無く、効率よく使用することが可能となる。
また、熱負荷が増加しても同様に迅速に対応でき、応答
の遅れを抑制することが出来る。そして、熱利用設備に
供給する熱量に不足が無く、かつ過剰な供給を行なうこ
とも無い。すなわち、省エネルギーなシステムとなり、
運転コストを低減することが可能となる。
【0110】(実施例4)次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第4の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図5は、
第4の実施の形態において適用される非常制御部の構成
を示す図である。
池システム及びコジェネレーションシステムの第4の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図5は、
第4の実施の形態において適用される非常制御部の構成
を示す図である。
【0111】非常制御部98は、燃焼器失火判定部88
と、非常停止制御部89とを具備し、燃料電池制御部5
0に属する。燃料電池制御部50が燃料電池システムの
起動燃焼部7において各測定機器から取得している各種
情報(後述)について、それらの情報の入力に基づい
て、燃料電池1の運転を制御するための機器対処情報9
1及びガス対処情報92を出力する。
と、非常停止制御部89とを具備し、燃料電池制御部5
0に属する。燃料電池制御部50が燃料電池システムの
起動燃焼部7において各測定機器から取得している各種
情報(後述)について、それらの情報の入力に基づい
て、燃料電池1の運転を制御するための機器対処情報9
1及びガス対処情報92を出力する。
【0112】燃焼器失火判定部88は、起動燃焼器7の
火炎情報93と、起動燃焼器7のガス濃度情報94と、
起動燃焼器7の温度情報95とに基づいて、起動燃焼器
7のバーナーの火炎の失火の判定を行なう。そして、失
火と判定した場合に、失火を示す失火情報90を出力す
る。但し、火炎情報93は、起動燃焼器7のバーナーの
火炎の状態(火炎が存在するかどうか)を示す。ここで
は、起動燃焼器7のフレームロッドの火炎の検知信号で
ある。ガス濃度情報94は、起動燃焼器7内での燃料ガ
ス及び酸化剤ガスの濃度を示す。起動燃焼器7の燃料ガ
スの濃度を測定するメタン濃度計、及び酸化剤ガスの濃
度を測定する酸素濃度計の測定値である。温度情報95
は、起動燃焼器7内での雰囲気及び火炎の温度を示す。
起動燃焼器7内の雰囲気温度を測定する熱電対、及びバ
ーナーの火炎の温度を測定する熱電対の測定値である。
上記の各情報は、燃料電池制御部50経由で取得しても
良いし、直接取得しても良い。
火炎情報93と、起動燃焼器7のガス濃度情報94と、
起動燃焼器7の温度情報95とに基づいて、起動燃焼器
7のバーナーの火炎の失火の判定を行なう。そして、失
火と判定した場合に、失火を示す失火情報90を出力す
る。但し、火炎情報93は、起動燃焼器7のバーナーの
火炎の状態(火炎が存在するかどうか)を示す。ここで
は、起動燃焼器7のフレームロッドの火炎の検知信号で
ある。ガス濃度情報94は、起動燃焼器7内での燃料ガ
ス及び酸化剤ガスの濃度を示す。起動燃焼器7の燃料ガ
スの濃度を測定するメタン濃度計、及び酸化剤ガスの濃
度を測定する酸素濃度計の測定値である。温度情報95
は、起動燃焼器7内での雰囲気及び火炎の温度を示す。
起動燃焼器7内の雰囲気温度を測定する熱電対、及びバ
ーナーの火炎の温度を測定する熱電対の測定値である。
上記の各情報は、燃料電池制御部50経由で取得しても
良いし、直接取得しても良い。
【0113】失火の判定は、以下の場合、失火と判定す
る。 (F)失火の判定 火炎情報93については、 a.フレームロッドの火炎の検知信号が、火炎検知せず
の信号を出力した場合。ガス濃度情報94については、 b1.メタン濃度計におけるメタン濃度が増加した場
合。 b2.酸素濃度計における酸素濃度が増加した場合。 温度情報95については、 c1.起動燃焼器7の雰囲気温度が低下した場合。 c2.バーナーの火炎の温度が低下した場合。 である。これらのうち、1つでも発生した場合に、直ち
に失火と判定する。ただし、予め設定された時間内に、
これらのうち2つ(あるいは、それ以上でも良い)発生
した場合に、失火と判定するとしても良い。その場合に
は、より確実な判定をすることが出来る。非常停止制御
部89は、燃焼器失火判定部88から失火情報90の入
力に基づいて、起動燃焼部7への燃料ガス及び酸化剤ガ
スの供給を停止するための指令であるガス対処情報92
を出力する。それと同時に、燃料電池1を停止するため
の指令である機器対処情報91を出力する。それらの情
報は、燃料電池制御部50において、起動燃焼部7への
燃料ガス及び酸化剤ガスの流量の制御、及び燃料電池1
の運転を停止する制御に用いられる。
る。 (F)失火の判定 火炎情報93については、 a.フレームロッドの火炎の検知信号が、火炎検知せず
の信号を出力した場合。ガス濃度情報94については、 b1.メタン濃度計におけるメタン濃度が増加した場
合。 b2.酸素濃度計における酸素濃度が増加した場合。 温度情報95については、 c1.起動燃焼器7の雰囲気温度が低下した場合。 c2.バーナーの火炎の温度が低下した場合。 である。これらのうち、1つでも発生した場合に、直ち
に失火と判定する。ただし、予め設定された時間内に、
これらのうち2つ(あるいは、それ以上でも良い)発生
した場合に、失火と判定するとしても良い。その場合に
は、より確実な判定をすることが出来る。非常停止制御
部89は、燃焼器失火判定部88から失火情報90の入
力に基づいて、起動燃焼部7への燃料ガス及び酸化剤ガ
スの供給を停止するための指令であるガス対処情報92
を出力する。それと同時に、燃料電池1を停止するため
の指令である機器対処情報91を出力する。それらの情
報は、燃料電池制御部50において、起動燃焼部7への
燃料ガス及び酸化剤ガスの流量の制御、及び燃料電池1
の運転を停止する制御に用いられる。
【0114】次に、本発明における燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの第4の実施の形態の動
作について説明する。
びコジェネレーションシステムの第4の実施の形態の動
作について説明する。
【0115】(G)燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 (G1)燃料電池の立上げ時、先ず、パイロット燃焼部
29にメタン及び空気を供給し、燃焼を行なう。その燃
焼排ガスで、燃料電池本体2及び燃料電池1の燃料系供
給ラインに残留する酸素成分をパージする。そして、燃
料電池1を加熱するために、メイン燃焼部30にメタン
及び空気を供給し、パイロット燃焼部29の種火を用い
て、燃焼を開始する。その高熱の燃焼ガスにより、燃料
系供給ライン及び燃料電池1が加熱される。燃料電池1
の運転温度まで昇温する。非常制御部98は、燃料電池
制御部50から、予め設定された時間間隔Δt毎に、起
動燃焼器7のフレームロッドの火炎の検知信号(火炎情
報93)、起動燃焼器7のメタン濃度及び酸素濃度(ガ
ス濃度情報94)、起動燃焼器7内の雰囲気温度及びバ
ーナーの火炎の温度(温度情報95)を取得する。 (G2)非常制御部98は、既述の(F)の方法によ
り、起動燃焼器7のバーナーの火炎の失火の判定を行な
う。 (G3)非常制御部98は、失火と判定した場合に、失
火を示す失火情報90を出力する。 (G4)非常制御部98は、失火情報90の入力に基づ
いて、起動燃焼部7への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給
を停止するための指令であるガス対処情報92を出力す
る。それと同時に、燃料電池1を停止するための指令で
ある機器対処情報91を出力する。 (G5)燃料電池制御部50は、ガス対処情報92に基
づいて、パイロット燃焼部29へのメタンと空気の供給
を停止するために、パイロット燃料供給弁25とパイロ
ット空気供給弁28の弁を閉止し、起動空気供給ファン
26を停止する。それと共に、メイン燃焼部30へのメ
タンと空気の供給を停止するために、燃料供給弁4と起
動空気供給弁27を閉止する。同時に、燃料電池制御部
50は、機器対処情報91に基づいて、燃料電池1の起
動時に動作していた各弁を閉止し、各機器を停止する。
その他、停止に関わる各種制御を行なう。
ションシステムの動作 (G1)燃料電池の立上げ時、先ず、パイロット燃焼部
29にメタン及び空気を供給し、燃焼を行なう。その燃
焼排ガスで、燃料電池本体2及び燃料電池1の燃料系供
給ラインに残留する酸素成分をパージする。そして、燃
料電池1を加熱するために、メイン燃焼部30にメタン
及び空気を供給し、パイロット燃焼部29の種火を用い
て、燃焼を開始する。その高熱の燃焼ガスにより、燃料
系供給ライン及び燃料電池1が加熱される。燃料電池1
の運転温度まで昇温する。非常制御部98は、燃料電池
制御部50から、予め設定された時間間隔Δt毎に、起
動燃焼器7のフレームロッドの火炎の検知信号(火炎情
報93)、起動燃焼器7のメタン濃度及び酸素濃度(ガ
ス濃度情報94)、起動燃焼器7内の雰囲気温度及びバ
ーナーの火炎の温度(温度情報95)を取得する。 (G2)非常制御部98は、既述の(F)の方法によ
り、起動燃焼器7のバーナーの火炎の失火の判定を行な
う。 (G3)非常制御部98は、失火と判定した場合に、失
火を示す失火情報90を出力する。 (G4)非常制御部98は、失火情報90の入力に基づ
いて、起動燃焼部7への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給
を停止するための指令であるガス対処情報92を出力す
る。それと同時に、燃料電池1を停止するための指令で
ある機器対処情報91を出力する。 (G5)燃料電池制御部50は、ガス対処情報92に基
づいて、パイロット燃焼部29へのメタンと空気の供給
を停止するために、パイロット燃料供給弁25とパイロ
ット空気供給弁28の弁を閉止し、起動空気供給ファン
26を停止する。それと共に、メイン燃焼部30へのメ
タンと空気の供給を停止するために、燃料供給弁4と起
動空気供給弁27を閉止する。同時に、燃料電池制御部
50は、機器対処情報91に基づいて、燃料電池1の起
動時に動作していた各弁を閉止し、各機器を停止する。
その他、停止に関わる各種制御を行なう。
【0116】本実施例では、起動時にガスの予熱を行な
う燃焼器について説明したが、起動時だけでなく、燃料
電池の定常運転時にガスの予熱を行なう燃焼器を用いて
いる場合には、その燃焼器にも利用可能である。
う燃焼器について説明したが、起動時だけでなく、燃料
電池の定常運転時にガスの予熱を行なう燃焼器を用いて
いる場合には、その燃焼器にも利用可能である。
【0117】本発明の上記実施例により、燃料電池シス
テムの起動時に、燃料電池1及び周辺ガスラインの加熱
用の起動燃焼器7が失火しても、素早く失火を検知し、
迅速に停止作業を実行する。従って、燃料ガスの充満に
よる爆発の危険性が無い。すなわち、安全に起動を実行
することが可能となる。
テムの起動時に、燃料電池1及び周辺ガスラインの加熱
用の起動燃焼器7が失火しても、素早く失火を検知し、
迅速に停止作業を実行する。従って、燃料ガスの充満に
よる爆発の危険性が無い。すなわち、安全に起動を実行
することが可能となる。
【0118】
【発明の効果】本発明により、燃料電池を有するコジェ
ネレーションシステムにおいて、発生するエネルギーを
有効に利用することが出来、システム起動/停止時の運
転を適切に制御することが可能となる。
ネレーションシステムにおいて、発生するエネルギーを
有効に利用することが出来、システム起動/停止時の運
転を適切に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池システム及びコジェネレーシ
ョンシステムの第1の実施の形態における運転制御部の
構成図である。
ョンシステムの第1の実施の形態における運転制御部の
構成図である。
【図2】本発明である燃料電池システム及びコジェネレ
ーションシステムの実施の形態における構成を示す図で
ある。
ーションシステムの実施の形態における構成を示す図で
ある。
【図3】本発明における燃料電池システム及びコジェネ
レーションシステムの第2の実施の形態に関わる発電シ
ステムの構成図である。
レーションシステムの第2の実施の形態に関わる発電シ
ステムの構成図である。
【図4】本発明の燃料電池システム及びコジェネレーシ
ョンシステムの第3の実施の形態における運転補正部の
構成図である。
ョンシステムの第3の実施の形態における運転補正部の
構成図である。
【図5】本発明の燃料電池システム及びコジェネレーシ
ョンシステムの第4の実施の形態における非常制御部の
構成図である。
ョンシステムの第4の実施の形態における非常制御部の
構成図である。
1 燃料電池部
2 燃料電池本体
3−1 センサ
3−2 燃料濃度計
3−3 酸化剤濃度計
3−4 温度計A
3−5 温度計B
4 燃料供給弁
5 排ガス昇温熱交換部
6 燃料エジェクタ
7 起動燃焼部
8−1 燃料圧力計
8−2 空気圧力計
9 濃度計
10 再生熱交換部
11−1 燃料温度計
11−2 空気温度計
12 排ガス燃焼部
13 空気予熱部A
14 温水熱交換部
15 空気供給ファン
16 空気供給弁
17 インテーク空気冷却部
18 スタック冷却部
19 補助燃料供給部
20 補助燃料供給弁
21 排ガス再循環ファン
22 燃料ガスエジェクタ流調弁
23 排ガスエジェクタ流調弁
24 排ガスエジェクタ
25 パイロット燃料供給弁
26 起動空気供給ファン
27 起動空気供給弁
28 パイロット空気供給弁
29 パイロット燃焼部
30 メイン燃焼部
31−1 燃料供給ラインA
31−2 燃料供給ラインB
31−3 燃料供給ラインC
31−4 燃料供給ラインD
31−5 燃料供給ラインE
31−6 燃料供給ラインF
31−7 燃料供給ラインG
31−8 燃料供給ラインH
31−9 燃料供給ラインI
32−1 起動燃料供給ラインA
32−2 起動燃料供給ラインB
33−1 起動空気供給ラインA
33−2 起動空気供給ラインB
33−3 起動空気供給ラインC
33−4 起動空気供給ラインD
33−5 起動空気供給ラインE
34 燃料循環ライン
35−1 空気供給ラインA
35−2 空気供給ラインB
35−3 空気供給ラインC
35−4 空気供給ラインD
35−5 空気供給ラインE
35−6 空気供給ラインF
35−7 空気供給ラインG
35−8 空気供給ラインH
35−9 空気供給ラインI
36−1 補助燃料供給ラインA
36−2 補助燃料供給ラインB
37−1 空気予熱ラインA
37−2 温水/空気ラインA
37−3 温水/空気ラインB
37−4 空気予熱ラインB
38−1 温水循環ラインA
38−2 温水循環ラインB
38−3 温水循環ラインC
39−1 空気バイパスラインA
39−2 空気バイパスラインB
39−3 空気バイパスラインC
40−1 排ガスラインA
40−2 排ガスラインB
40−3 排ガスラインC
40−4 排ガスラインD
41−1 排ガス再循環ラインA
41−2 排ガス再循環ラインB
41−3 排ガス再循環ラインC
41−4 排ガス再循環ラインD
41−5 排ガス再循環ラインE
41−6 排ガス再循環ラインF
41−7 排ガス再循環ラインG
42 運転補正情報
43 空気予熱部B
44 空気バイパス弁
45 温水/空気切換弁A
46 温水/空気切換弁B
47 温水流調弁
48 熱利用設備
49 補正制御部
50 燃料電池制御部
51 ケーブル
52 運転情報
53 時間情報
54 温度情報
55−1 目標温度情報
55−2 温度偏差
55−3 ガス流量情報
56 温度設定部
57 加算部
58 温度制御部
59 燃料供給装置
60 燃料源切換装置
61 コジェネレーションシステム
62 エネルギー配分制御装置
63 直交変換装置
64 送電装置
65 2次電池
66 水素製造装置
67 水素貯蔵装置
68 逆潮流システム
69−1 燃料供給管A
69−2 燃料供給管B
70 水素用電線
71−1 電線A
71−2 電線B
71−3 電線C
71−4 電線D
71−5 電線E
71−6 電線F
72−1 蓄電用電線A
72−2 蓄電用電線B
73−1 水素供給管A
73−2 水素供給管A
74 熱負荷情報
75 第1差分
76 第2差分
77 第3差分
78 1次補正部
79 2次補正部
80 3次補正部
81 加算部
82 加算部
83 加算部
84 1次補正情報
85 2次補正情報
86 3次補正情報
87 運転制御部
88 燃焼器失火判定部
89 非常停止制御部
90 失火情報
91 機器対処情報
92 ガス対処情報
93 火炎情報
94 ガス濃度情報
95 温度情報
96 本体温度計
97 運転補正部
98 非常制御部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
H01M 8/00 H01M 8/00 A
Z
8/12 8/12
(72)発明者 渡部 正治
兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
(72)発明者 岸沢 浩
兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1
号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 横谷 武久
東京都港区高輪二丁目19番13号 株式会社
菱友システム技術内
(72)発明者 村田 良一
東京都港区高輪二丁目19番13号 株式会社
菱友システム技術内
Fターム(参考) 5H026 AA06
5H027 AA06 BA11 BA13 DD03 KK31
KK46 MM12
Claims (17)
- 【請求項1】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力として
の燃料電池電力を発電する燃料電池と、 前記燃料電池の運転状態としての運転情報と、前記燃料
電池の運転経過時間としての時間情報と、前記燃料電池
の運転温度としての温度情報とに基づいて、前記運転温
度が、予め設定された温度変化レートで変化するよう
に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの目標値としての
ガス流量情報を出力する運転制御部と、 を具備する、燃料電池システム。 - 【請求項2】前記運転制御部は、 前記運転情報と前記時間情報と前記温度情報とに基づい
て、前記運転温度が前記温度変化レートで変化する場合
の、予め設定された時間間隔後の前記運転温度の目標値
としての目標温度情報を出力する温度設定部と、 前記目標温度情報と前記時間間隔後の前記温度情報とに
基づいて、前記ガス流量情報を出力する温度制御部と、 を具備する、 請求項1に記載の燃料電池システム。 - 【請求項3】前記運転経過時間は、前記燃料電池の運転
モード毎に計測され、 前記温度設定部は、前記運転経過時間と前記温度変化レ
ートとに基づいて求まる許容運転温度と、前記運転温度
との差の絶対値が、予め設定された第1温度差以上の場
合、前記運転温度を前記目標値とする、 請求項2に記載の燃料電池システム。 - 【請求項4】前記温度制御部は、前記目標値と前記時間
間隔後の前記運転温度との差が、予め設定された第2温
度差以上の場合、前記第2温度差に基づいて、前記ガス
流量情報を出力する、請求項2又は3に記載の燃料電池
システム。 - 【請求項5】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力として
の燃料電池電力を発電する燃料電池と、 前記燃料電池の発電の際に生成される熱を利用する熱利
用設備の熱負荷の状態としての熱負荷情報と、前記熱負
荷の需要の予測値とに基づいて、前記燃料電池の運転条
件の補正としての運転補正情報を出力する運転補正部
と、 を具備する、 燃料電池システム。 - 【請求項6】前記運転補正部は、 予め設定された過去の日における実際の1日の熱負荷の
需要の変化に基づいて、予測対象日の1日の熱負荷の需
要の予測を行ない、予測の結果としての1次補正情報を
出力する1次補正部と、 前記予測対象日の特殊事情に基づいて、前記特殊事情に
よる熱負荷の需要の予測を行ない、予測の結果としての
2次補正情報を出力する2次補正部と、 直前の予め設定された時間前における実際の熱負荷の需
要の変化に基づいて、予め設定された時間毎の熱負荷の
需要の予測を行ない、予測の結果としての3次補正情報
を出力する3次補正部と、 前記熱負荷情報と、前記1次補正情報と、前記2次補正
情報と、前記3次補正情報とに基づいて、前記運転補正
情報を出力する補正制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。 - 【請求項7】燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方
の予熱を行なう燃焼器と、 前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスにより電力としての燃
料電池電力を発電する燃料電池と、 前記燃焼器の火炎の状態としての火炎情報と、前記燃料
ガス及び前記酸化剤ガスの前記燃焼器内での濃度として
のガス濃度情報と、前記燃焼器内の温度としての温度情
報とに基づいて、前記火炎の失火の判定を行ない、失火
と判定した場合に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの
目標値としてのガス対処情報と、前記燃料電池の運転を
制御する機器対処情報とを出力する非常制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。 - 【請求項8】前記非常制御部は、 前記火炎情報と、前記ガス濃度情報と、前記温度情報と
に基づいて、前記火炎の失火の判定を行ない、失火と判
定した場合に、失火情報を出力する燃焼器失火判定部
と、 前記失火情報に基づいて、前記ガス対処情報と、前記機
器対処情報とを出力する非常停止制御部と、 を具備する、請求項7に記載の燃料電池システム。 - 【請求項9】前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池で
ある、 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の燃料電池システ
ム。 - 【請求項10】請求項1乃至9のいずれか一項に記載の
燃料電池システムと、 前記燃料電池の発電の際に生成される熱を利用する前記
熱利用設備と、 を具備する,コジェネレーションシステム。 - 【請求項11】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
ての燃料電池電力を発電し、電力負荷へ供給する燃料電
池と、 前記燃料電池電力の内、電力負荷で使用されない余剰電
力を、電力会社の電力供給系統へ逆潮流する逆潮流シス
テムと、 前記余剰電力を蓄電する2次電池と、 前記余剰電力を用い、水素の製造を行なう水素製造装置
と、 前記水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、 前記余剰電力を前記逆潮流、前記余剰電力の蓄電、前記
水素の製造の優先度で分配するエネルギー配分制御部
と、 を具備する、 コジェネレーションシステム。 - 【請求項12】前記燃料電池は、前記水素貯蔵装置に貯
蔵された前記水素を前記燃料ガスとして使用する、 請求項11に記載のコジェネレーションシステム。 - 【請求項13】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
ての燃料電池電力を発電する燃料電池の運転状態として
の運転情報と、前記燃料電池の運転経過時間としての時
間情報と、前記燃料電池の運転温度としての温度情報と
を取得するステップと、 前記運転情報と前記時間情報と前記温度情報とに基づい
て、前記運転温度が前記温度変化レートで変化する場合
の、予め設定された時間間隔後の前記運転温度の目標値
としての目標温度情報を出力するステップと、 前記目標温度情報と前記時間間隔後の前記温度情報とに
基づいて、前記ガス流量情報を出力するステップと、 を具備する、 燃料電池システム運転方法。 - 【請求項14】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
ての燃料電池電力を発電する燃料電池の発電の際に生成
される熱を利用する熱利用設備の熱負荷の状態としての
熱負荷情報を取得するステップと、 予め設定された過去の日における実際の1日の熱負荷の
需要の変化に基づいて、予測対象日の1日の熱負荷の需
要の予測を行ない、予測の結果としての1次補正情報を
算出するステップと、 前記熱負荷情報と前記1次補正情報との差分である第1
差分を算出するステップと、 前記予測対象日の特殊事情に基づいて、前記特殊事情に
よる熱負荷の需要の予測を行ない、予測の結果としての
2次補正情報を出力するステップと、 前記第1差分と、前記2次補正情報との差分である第2
差分を算出するステップと、 直前の予め設定された時間前における実際の熱負荷の需
要の変化に基づいて、予め設定された時間毎の熱負荷の
需要の予測を行ない、予測の結果としての3次補正情報
を算出するステップと、 前記第2差分と、前記3次補正情報との差分である第3
差分を算出するステップと、 前記第3差分に基づいて、前記燃料電池の運転条件の補
正としての運転補正情報を算出するステップと、 を具備する、燃料電池システム運転方法。 - 【請求項15】燃料電池に用いる燃料ガス及び酸化剤ガ
スの少なくとも一方の予熱を行なう燃焼器の火炎の状態
としての火炎情報と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガス
の前記燃焼器内での濃度としてのガス濃度情報と、前記
燃焼器内の温度としての温度情報とに基づいて、前記火
炎の失火の判定を行なうステップと、 失火と判定した場合に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガ
スを、予め設定された手順に基づいて停止するステップ
と、 前記燃料電池の運転を、予め設定された手順に基づいて
停止するステップと、を具備する、 燃料電池システム運転方法。 - 【請求項16】コジェネレーションシステムの有する燃
料電池が発電した電力としての燃料電池電力を電力負荷
へ供給するステップと、 前記燃料電池電力の内、前記電力負荷で使用されない電
力としての第1余剰電力を、電力会社の電力供給系統に
逆潮流するステップと、 前記電力供給系統に供給できない分の前記第1余剰電力
としての第2余剰電力を、2次電池へ供給するステップ
と、 前記2次電池に供給できない分の前記第2余剰電力とし
ての第3余剰電力を、水素製造装置へ供給するステップ
と、 前記水素製造装置で生成された水素を水素貯蔵装置に貯
蔵するステップと、を具備する、 コジェネレーションシステム運転方法。 - 【請求項17】請求項13〜請求項16のいずれか一項
に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログ
ラム。
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