JP2022051438A - Fuel cell system and operational method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システム、及び、燃料電池システムの運転方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system and a method of operating the fuel cell system.
通常、一般家庭へガスを供給する配管に設置されるガスマイコンメータには、ガスの異常流出監視、感震、圧力監視、及び長時間使用監視という主たる監視機能に加え、ガス管の漏洩(特に、微量の漏洩)を検知する安全機能(「以下、微少漏洩検知機能」という)を搭載している。 Normally, gas microcomputer meters installed in pipes that supply gas to ordinary households have main monitoring functions such as abnormal gas outflow monitoring, seismic sensitivity, pressure monitoring, and long-term use monitoring, as well as gas pipe leakage (especially). , Equipped with a safety function (hereinafter referred to as "micro-leakage detection function") that detects (small amount of leakage).
微少漏洩検知機能では、ガスの供給が一定期間、例えば30日間継続した場合に(警報カウンタがしきい値を超えた場合に)、警報を発令(警報ランプの点滅等)する。「継続」の定義としては、例えば、20分以上の間隔を開けずにガスが流れていることとする。言い換えれば、20分未満(例えば、19分)の流動途絶は、「継続」と認識する。 The minute leakage detection function issues an alarm (blinking of the alarm lamp, etc.) when the gas supply continues for a certain period of time, for example, 30 days (when the alarm counter exceeds the threshold value). The definition of "continuation" is, for example, that gas is flowing without an interval of 20 minutes or more. In other words, a flow disruption of less than 20 minutes (eg, 19 minutes) is recognized as "continuation".
ここで、燃料電池システムでは、他のガス消費機器とは異なり、発電を目的として、ガスを消費し続けることが、通常の仕様となっている。 Here, in the fuel cell system, unlike other gas consuming devices, it is a normal specification to continue consuming gas for the purpose of power generation.
このため、マイコンメータが適用されたガス配管設備に設置される燃料電池システムにおいては、上記微少漏洩検知機能が働かないように、30日が経過する前に、一定の発電休止期間を設けるようにしている(特許文献1参照)。 For this reason, in the fuel cell system installed in the gas piping facility to which the microcomputer meter is applied, a certain power generation suspension period should be provided before 30 days have passed so that the above-mentioned minute leakage detection function does not work. (See Patent Document 1).
しかしながら、燃料電池システムにおいて、発電を休止させると、起動・停止の回数が増加し、装置の耐久性低下が考えられる。そこで、特許文献2では、ガスマイコンメータの口火登録機能に着目し、所定の固定流量でのガスの供給継続が基準時間に達しない場合に、所定の固定流量運転モードで連続運転を行っている。 However, in the fuel cell system, when the power generation is stopped, the number of times of starting and stopping increases, and the durability of the device may decrease. Therefore, in Patent Document 2, paying attention to the ignition registration function of the gas microcomputer meter, continuous operation is performed in a predetermined fixed flow rate operation mode when the continuation of gas supply at a predetermined fixed flow rate does not reach the reference time. ..
ところで、燃料電池システムでは、運転に使用するガスの流量はノルマル流量で制御されている場合がある。一方、ガスマイコンメータで計測されるガス流量は、実体積流量である。外気変化(外気温、外気圧)によって、ガスマイコンメータで計測されるガス流量(実体積流量)が変化すると、燃料電池システムで使用制御されているガス流量との差が大きくなり、口火登録した流量内に収まらず、微少漏洩検知機能が作動することも起こりうる。 By the way, in the fuel cell system, the flow rate of the gas used for operation may be controlled by the normal flow rate. On the other hand, the gas flow rate measured by the gas microcomputer meter is the actual volume flow rate. When the gas flow rate (actual volume flow rate) measured by the gas microcomputer meter changes due to changes in the outside air (outside temperature, outside pressure), the difference from the gas flow rate used and controlled in the fuel cell system becomes large, and the ignition is registered. It is possible that the minute leakage detection function is activated because it does not fit within the flow rate.
特許文献2では、固定流量範囲をどのように設定するかについての記載はない。また、固定流量範囲がノルマル流量で制御されている場合についての言及もない。特許文献2では、固定流量範囲内で運転したとしても、口火登録した流量内に収まらない場合は想定されていない。 Patent Document 2 does not describe how to set the fixed flow rate range. In addition, there is no mention of the case where the fixed flow rate range is controlled by the normal flow rate. In Patent Document 2, even if the operation is performed within the fixed flow rate range, it is not assumed that the flow rate does not fall within the flow rate registered as the start.
本発明は、ガスマイコンメータの口火登録機能を用いて微少漏洩検知機能の異常判定を回避することが目的である。 It is an object of the present invention to avoid abnormality determination of the minute leakage detection function by using the start fire registration function of the gas microcomputer meter.
本発明の請求項1に記載の燃料電池システムは、ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池ユニットと、予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正する補正部と、予め定められた微少漏洩検知判定期間中の判定時に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転へ、前記燃料電池ユニットの運転を切り換える口火対応運転切換部と、予め定められた連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転を継続させる口火運転維持部と、を備えている。 The fuel cell system according to claim 1 of the present invention includes a fuel cell unit that is operated by using gas via a gas microcomputer meter and whose gas flow rate used for power generation operation is controlled by a normal flow rate, and the gas microcomputer in advance. With a correction unit that corrects the start fire registered flow rate registered in the meter to the start fire operation flow rate that approaches the normal flow rate based on at least one of the temperature, outside temperature, outside pressure, gas temperature, and gas pressure in the fuel cell unit. , A starter-compatible operation switching unit that switches the operation of the fuel cell unit to the starter-compatible operation operated at the starter operation flow rate at the time of determination during the predetermined minute leakage detection determination period, and a predetermined continuous gas detection. It is provided with a starter operation maintenance unit that continues the starter response operation for a period of time.
請求項1に係る燃料電池システムは、燃料電池ユニット、補正部、口火対応運転切換部、口火運転維持部、を備えている。燃料電池ユニットは、ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御されている。補正部は、ガスマイコンメータに予め登録された口火登録流量を、燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル換算値へ近づく口火運転流量へ補正する。これにより、燃料電池ユニットで制御されるノルマル流量を、外気温、外気圧、ガス温度、ガス圧、で変化する実ガスの体積流量に対応する数値(口火運転流量)に補正することができる。 The fuel cell system according to claim 1 includes a fuel cell unit, a correction unit, a fire-compatible operation switching unit, and a fire-fire operation maintenance unit. The fuel cell unit is operated using gas that has passed through a gas microcomputer meter, and the gas flow rate used for power generation operation is controlled by the normal flow rate. The correction unit approaches the normal conversion value based on at least one of the temperature inside the fuel cell unit, the outside air temperature, the outside air pressure, the gas temperature, and the gas pressure. Correct to the flow rate. As a result, the normal flow rate controlled by the fuel cell unit can be corrected to a numerical value (starting operation flow rate) corresponding to the volumetric flow rate of the actual gas that changes depending on the outside air temperature, the outside air pressure, the gas temperature, and the gas pressure.
口火対応運転切換部は、予め定められた微少漏洩検知判定期間中の判定時に、口火運転流量で運転される口火対応運転へ、燃料電池ユニットの運転を切り換える。これにより、外気温、外気圧の少なくとも一方に対応させて、燃料電池ユニットの運転を継続しながら、ガスマイコンメータを経由するガス流量を、予め登録された口火登録流量の範囲内に納めることができる。 The start fire compatible operation switching unit switches the operation of the fuel cell unit to the start fire compatible operation operated at the start fire operation flow rate at the time of determination during the predetermined minute leakage detection determination period. As a result, the gas flow rate via the gas microcomputer meter can be kept within the range of the pre-registered starter registration flow rate while continuing the operation of the fuel cell unit in response to at least one of the outside air temperature and the outside air pressure. can.
口火運転維持部は、予め定められた連続ガス検知時間の間、口火対応運転を継続させる。通常、微少漏洩検知判定機能を有するガスマイコンメータを経てガスが供給される場合、予め登録された口火登録流量の範囲内で所定の時間、運転が連続された場合には、微少漏洩検知判定機能による警告が回避できる。したがって、連続ガス検知時間の間、口火対応運転が継続されると、ガスマイコンメータにおいて、口火登録の範囲内で連続してガスの使用があったと判断され、微少漏洩検知機能の異常判定を回避することができる。 The start fire operation maintenance unit continues the start fire response operation for a predetermined continuous gas detection time. Normally, when gas is supplied via a gas microcomputer meter having a minute leakage detection judgment function, the minute leakage detection judgment function is performed when the operation is continued for a predetermined time within the range of the pre-registered starter registration flow rate. Warning can be avoided. Therefore, if the operation corresponding to the fire is continued during the continuous gas detection time, it is determined that the gas has been continuously used within the range of the fire registration in the gas microcomputer meter, and the abnormality judgment of the minute leakage detection function is avoided. can do.
請求項2に記載の燃料電池システムは、前記口火運転維持部が、前記連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転が維持されたか否かを判断する連続口火運転判断部と、前記連続口火運転判断部による判断が肯定された場合に、前記燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える負荷追従運転切換部と、を有する。 In the fuel cell system according to claim 2, the start fire operation maintenance unit has a continuous start fire operation determination unit that determines whether or not the start fire response operation has been maintained during the continuous gas detection time, and the continuous start operation. It has a load-following operation switching unit that switches the fuel cell unit to a load-following operation according to a power load when the determination by the determination unit is affirmed.
請求項2に係る燃料電池システムは、口火運転維持部が、連続口火運転判断部と負荷追従運転切換部とを有している。連続口火運転判断部は、連続ガス検知時間の間、口火対応運転が維持されたか否かを判断し、当該判断が肯定された場合に、負荷追従運転切換部により、燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える。 In the fuel cell system according to claim 2, the start fire operation maintenance unit has a continuous start fire operation determination unit and a load follow-up operation switching unit. The continuous start fire operation judgment unit judges whether or not the start fire response operation is maintained during the continuous gas detection time, and if the judgment is affirmed, the load follow-up operation switching unit makes the fuel cell unit a power load. Switch to load-following operation according to the situation.
これにより、ガスマイコンメータでの警報を回避して、燃料電池システムを通常運転に戻すことができる。 This makes it possible to avoid the alarm on the gas microcomputer meter and return the fuel cell system to normal operation.
請求項3に記載の燃料電池システムは、前記口火登録流量は、前記燃料電池ユニットのベース発電維持出力に対応するガス流量である。 In the fuel cell system according to claim 3, the ignition registration flow rate is a gas flow rate corresponding to the base power generation maintenance output of the fuel cell unit.
請求項3に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットのベース発電を維持しつつ、少ないガス消費となるので、実ガス消費流量とノルマル流量で制御される発電運転に使用するガス流量との誤差を小さくすることができる。 According to the fuel cell system according to claim 3, since the base power generation of the fuel cell unit is maintained and the gas consumption is small, the actual gas consumption flow rate and the gas flow rate used for the power generation operation controlled by the normal flow rate are different. The error can be reduced.
請求項4に記載の燃料電池システムは、前記口火対応運転中に、前記ガスマイコンメータの連続判定時間よりも長い段階連続時間の間、前記口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で各々連続運転する。 The fuel cell system according to claim 4 has a plurality of different ignition adjustments in which the ignition operation flow rate is corrected by an adjustment value during a step continuous time longer than the continuous determination time of the gas microcomputer meter during the ignition corresponding operation. Operate continuously at the flow rate.
請求項4に係る燃料電池システムによれば、ガスマイコンメータや燃料電池ユニットの器差による誤差があっても、口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で運転することにより、口火登録流量の範囲内での運転とすることができる。 According to the fuel cell system according to claim 4, even if there is an error due to an instrumental error of the gas microcomputer meter or the fuel cell unit, the fuel cell system is operated with a plurality of different ignition adjustment flow rates corrected by the adjustment value. The operation can be performed within the range of the registered flow rate.
請求項5に記載の燃料電池システムの運転方法は、ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池システムの運転方法であって、予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正し、予め定められた微少漏洩検知判定期間中に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転を、前記燃料電池ユニットの運転を予め定められた連続ガス検知時間の間継続させる。 The operation method of the fuel cell system according to claim 5 is an operation method of a fuel cell system which is operated by using a gas via a gas microcomputer meter and whose gas flow rate used for power generation operation is controlled by a normal flow rate. , The starter registration flow rate registered in advance in the gas microcomputer meter is changed to the starter operation flow rate approaching the normal flow rate based on at least one of the temperature, the outside temperature, the outside pressure, the gas temperature, and the gas pressure in the fuel cell unit. During the correction and the predetermined minute leakage detection determination period, the operation corresponding to the ignition, which is operated at the ignition operation flow rate, is continued for the operation of the fuel cell unit for the predetermined continuous gas detection time.
請求項5に係る燃料電池システムの運転方法は、ガスマイコンメータに予め登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル換算値へ近づく口火運転流量へ補正する。これにより、燃料電池ユニットで使用されるノルマル流量を、外気温、外気圧、ガス温度、ガス圧、で変化する実ガスの体積流量が同じになるように補正することができる。 The method for operating the fuel cell system according to claim 5 is to use at least one of the temperature inside the fuel cell unit, the outside temperature, the outside pressure, the gas temperature, and the gas pressure as the starting fire registration flow rate registered in advance in the gas microcomputer meter. It is corrected to the starting operation flow rate that approaches the normal conversion value based on. Thereby, the normal flow rate used in the fuel cell unit can be corrected so that the volumetric flow rate of the actual gas that changes depending on the outside air temperature, the outside air pressure, the gas temperature, and the gas pressure becomes the same.
また、予め定められた微少漏洩検知判定期間中に、口火運転流量で運転される口火対応運転を予め定められた連続ガス検知時間の間継続させる。これにより、外気温、外気圧に対応させて、燃料電池ユニットの運転を継続しながら、ガスマイコンメータを経由するガス流量を、予め登録された口火登録流量の範囲内に納めることができる。通常、微少漏洩検知判定機能を有するガスマイコンメータを経てガスが供給される場合、予め登録された口火登録流量の範囲内で所定の時間、運転が連続された場合には、微少漏洩検知判定機能による警告が回避できる。したがって、連続ガス検知時間の間、口火対応運転が継続されると、ガスマイコンメータにおいて、口火登録の範囲内で連続してガスの使用があったと判断され、微少漏洩検知機能の異常判定を回避することができる。 Further, during the predetermined minute leakage detection determination period, the starter response operation operated at the starter operation flow rate is continued for the predetermined continuous gas detection time. As a result, the gas flow rate via the gas microcomputer meter can be kept within the range of the pre-registered starter registration flow rate while continuing the operation of the fuel cell unit in accordance with the outside air temperature and the outside air pressure. Normally, when gas is supplied via a gas microcomputer meter having a minute leakage detection judgment function, the minute leakage detection judgment function is performed when the operation is continued for a predetermined time within the range of the pre-registered starter registration flow rate. Warning can be avoided. Therefore, if the operation corresponding to the fire is continued during the continuous gas detection time, it is determined that the gas has been continuously used within the range of the fire registration in the gas microcomputer meter, and the abnormality judgment of the minute leakage detection function is avoided. can do.
請求項6に記載の燃料電池システムの運転方法は、前記連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転が維持された後、前記燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える。 The operation method of the fuel cell system according to claim 6 switches the fuel cell unit to a load follow-up operation according to a power load after the start-up response operation is maintained during the continuous gas detection time.
請求項6に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、ガスマイコンメータでの警報を回避して、燃料電池システムを通常運転に戻すことができる。 According to the operation method of the fuel cell system according to the sixth aspect, the fuel cell system can be returned to the normal operation by avoiding the alarm in the gas microcomputer meter.
請求項7に記載の燃料電池システムの運転方法は、前記口火登録流量は、前記燃料電池ユニットのベース発電維持出力に対応するガス流量である。 In the operation method of the fuel cell system according to claim 7, the start fire registration flow rate is a gas flow rate corresponding to the base power generation maintenance output of the fuel cell unit.
請求項7に係る燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池ユニットのベース発電を維持しつつ、少ないガス消費となるので、実ガス消費流量とノルマル流量で制御される発電運転に使用するガス流量との誤差を小さくすることができる。 According to the operation method of the fuel cell system according to claim 7, since the base power generation of the fuel cell unit is maintained and the gas consumption is small, the gas used for the power generation operation controlled by the actual gas consumption flow rate and the normal flow rate. The error with the flow rate can be reduced.
請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法は、前記口火対応運転中に、前記ガスマイコンメータの連続判定時間よりも長い段階連続時間の間、前記口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で各々連続運転する。 The method for operating the fuel cell system according to claim 8 is a plurality of methods in which the start fire operation flow rate is corrected by an adjusted value during a step continuous time longer than the continuous determination time of the gas microcomputer meter during the start fire corresponding operation. Continuous operation with different starter adjustment flow rates.
請求項8に係る燃料電池システムによれば、ガスマイコンメータや燃料電池ユニットの器差による誤差があっても、口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で運転することにより、口火登録流量の範囲内での運転とすることができる。 According to the fuel cell system according to claim 8, even if there is an error due to an instrumental error of the gas microcomputer meter or the fuel cell unit, the fuel cell system is operated with a plurality of different ignition adjustment flow rates corrected by the adjustment value. The operation can be performed within the range of the registered flow rate.
本発明によれば、マイコンメータの口火登録機能を用いて微少漏洩検知機能の異常判定を回避することができる。 According to the present invention, it is possible to avoid the abnormality determination of the minute leakage detection function by using the ignition registration function of the microcomputer meter.
[第1実施形態]
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例、第1実施形態について詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment, which is an example of the embodiment for carrying out the present invention, will be described in detail with reference to the drawings.
図1には、本実施形態に係る燃料電池システム10の概略図が示されている。
FIG. 1 shows a schematic diagram of the
燃料電池システム10は、燃料電池ユニット12を備えている。燃料電池ユニット12には、貯湯タンク14が併設されており、燃料電池システム10は、所謂コージェネレーションシステムである。
The
なお、本実施形態では、燃料電池ユニット12に貯湯タンク14が設けられている構成を一例としているが、燃料電池ユニット12と貯湯タンク14とは、別々のユニットであってもよい。
In the present embodiment, the configuration in which the hot
燃料電池ユニット12は、コントローラ16、脱硫器20、マスフロコントローラ(MFC)24、燃料電池(FC)モジュール22、インバータ28、熱交換器30、貯湯タンク14、温度センサ26、外気圧センサ27を備えている。
The
脱硫器20は、ガス供給管18から供給されるガスに含まれている硫黄分や硫黄化合物を除去する。本実施形態では、ガスとして、都市ガス13Aを使用することとする。
The
燃料電池モジュール22は、内部に改質部及び発電部を有している。脱硫器20を経たガスは、マスフロコントローラ24を経て燃料電池モジュール22へ供給される。マスフロコントローラ24は、都市ガス13Aのガス密度で調整が行われており、脱硫後のガスをノルマル流量で燃料電池モジュール22へ供給する。燃料電池モジュール22へは、ノルマル流量でガス流量が制御されており、ノルマル流量に基づいて発電運転が行われている。
The
燃料電池モジュール22の改質部では、脱硫器20を経たガスが、水素を主成分とするガスに改質される。発電部では、水素を利用して発電を行う。燃料電池モジュール22の発電部からの電力は、インバータ28によって交流に変換された後、家電42(家庭電化製品や照明)等の電力負荷で消費される。
In the reforming section of the
貯湯タンク14には、湯が貯留されている。当該湯は、燃料電池モジュール22から排出される高温の排ガスと熱交換器30での熱交換により加熱される。貯湯タンク14の湯は、直接または間接的に熱交換を行うことにより、バックアップ熱源機(BB)32を介して給湯設備44(シャワー、風呂、シンク等)への給湯用、及び床暖房や空調設備等での熱交換用として利用される。貯湯タンク14に貯留された湯をこのように利用することにより、発電に伴って発生する熱を利用できることから、別途燃料を用いて湯を加熱し、給湯、熱交換を行う場合と比較して、省エネルギーとなる。
Hot water is stored in the hot
なお、図1では、上水が貯湯タンク14へ直接供給されている例を示しているが、上水は、貯湯タンク14からの湯と熱交換を行う上水熱交換器へ供給して熱交換を行ってもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which clean water is directly supplied to the hot
バックアップ熱源機32は、内部に燃焼器、熱交換部を備えている。バックアップ熱源機32では、貯湯タンク14からの湯によりユーザー所望の温水を供給できない場合(所望の湯温よりも低温の場合)に、貯湯タンク14からの湯を加熱して給湯設備44へ供給する。
The backup
(コントローラ16の構成)
図2に示されるように、コントローラ16は、CPU50、RAM51、ROM52、ストレージ54、I/O56、及びこれらを接続するデータバスやコントロールバス等のバス58を備える。ストレージ54には、後述する口火対応運転処理のプログラム、口火登録流量Q0、微少漏洩検知判定期間カウンタC、連続ガス検知時間T1などのデータが格納されている。
(Configuration of controller 16)
As shown in FIG. 2, the
I/O56には、マスフロコントローラ24、燃料電池モジュール22、インバータ28、バックアップ熱源機32が接続されている。コントローラ16により、マスフロコントローラ24、燃料電池モジュール22、インバータ28、バックアップ熱源機(BB)32のそれぞれの動作が制御される。また、I/O56には、温度センサ26、外気圧センサ27、リモコンパネル34が接続されている。
A
温度センサ26は、燃料電池ユニット12の外気に近い部分に設けられており、外気温を測定する。測定した外気温データKは、コントローラ16へ送信される。外気圧センサ27は、外気圧を測定する。測定した外気圧データPは、コントローラへ送信される。
The
リモコンパネル34は、燃料電池システム10が設置される対象の家屋の内部に設置され、利用者が燃料電池システム10に関して指令を入力するための機能や、燃料電池システム10の状態を表示する機能を有する。
The
図1に示されるように、ガス供給管18には、ガスマイコンメータ48(以下「マイコンメータ48」と称する)が取り付けられている。マイコンメータ48の下流側には、分岐部B1が設けられ、その枝管18Aが燃料電池ユニット12へガスを供給し、枝管18Bがバックアップ熱源機32へガスを供給し、枝管18Cが家屋内のガス機器40(コンロ等)へガスを供給する。
As shown in FIG. 1, a gas microcomputer meter 48 (hereinafter referred to as “
マイコンメータ48は、供給するガスの実体積流量を計測すると共に、ガスの供給における異常を監視する複数の機能(異常流出監視機能、感震機能、圧力監視機能、長時間使用監視機能、微少漏洩検知機能等)を有している。また、微少漏洩検知機能と関連した口火登録機能を有している。
The
微少漏洩検知機能は、ガスの供給が一定期間(例えば30日間)継続した場合に(警報カウンタがしきい値を超えた場合に)、警報を発令(警報ランプの点滅等)する。マイコンメータ48に登録された、この一定期間を、以下「微少漏洩検知判定期間T」という。「継続」の定義としては、1時間以上の間隔を開けずにガスが流れていることとする。言い換えれば、1時間未満(例えば、59分)の流動途絶は、「継続」と認識する。本実施形態では、一例として、微少漏洩検知判定期間Tを30日、継続の定義時間を1時間とする。
The minute leakage detection function issues an alarm (blinking of the alarm lamp, etc.) when the gas supply continues for a certain period (for example, 30 days) (when the alarm counter exceeds the threshold value). This fixed period registered in the
口火登録機能は、予め登録された口火登録流量Q0の所定の誤差範囲(以下「口火登録流量範囲QW」という)内で、ガスの消費が連続判定時間C0継続した場合に、微少漏洩検知機能における警報の発令を行わないものである。連続判定時間C0は、微少漏洩検知判定期間において、前述の「継続」として定義されている時間よりも短く、例えば10分等に設定されている。 The start fire registration function is a micro-leakage detection function when gas consumption continues for a continuous determination time C0 within a predetermined error range of the start fire registration flow rate Q0 registered in advance (hereinafter referred to as "start fire registration flow rate range QW"). It does not issue an alarm. The continuous determination time C0 is shorter than the time defined as "continuation" described above in the minute leakage detection determination period, and is set to, for example, 10 minutes.
本実施形態の燃料電池システム10は、微少漏洩検知判定期間Tよりも短い期間で到来するように設定された判定時に、発電運転を負荷追従運転から口火対応運転へ切り換える。負荷追従運転は、要求される負荷に追従した運転である。口火対応運転は、口火登録流量Q0を、外気温及び外気圧に基づいて、ノルマル換算により補正したガス流量(以下「口火運転流量Q1」という)での運転である。
The
ここで、口火対応運転に関連する、微少漏洩検知判定期間カウンタC、口火登録流量Q0、口火運転流量Q1、連続ガス検知時間C1、について説明する。 Here, the minute leakage detection determination period counter C, the start fire registration flow rate Q0, the start fire operation flow rate Q1, and the continuous gas detection time C1, which are related to the start fire corresponding operation, will be described.
口火登録流量Q0は、前述のように、マイコンメータ48の口火登録機能を用いるため、マイコンメータ48に予め登録するガス流量である。口火登録流量Q0は、ガスの実体積流量に対応した流量で登録され、この口火登録流量Q0が燃料電池システム10のコントローラ16にも登録されている。
As described above, the start fire registration flow rate Q0 is a gas flow rate registered in advance in the
口火運転流量Q1は、口火登録流量Q0を外気温データK及び外気圧データPに基づいて、ノルマル流量へ補正したガス流量である。当該ノルマル流量へは、以下の式(1)により補正することができる。 The start fire operation flow rate Q1 is a gas flow rate obtained by correcting the start fire registration flow rate Q0 to a normal flow rate based on the outside air temperature data K and the outside air pressure data P. The normal flow rate can be corrected by the following equation (1).
図3には、外気温が低温KLの場合と、高温KHの場合について、燃料電池システム10の出力[W]と、実ガス消費量[L/h]との関係が示されている。例えば、低温KLは、想定される外気温の最低であり、一例としてマイナス10℃を想定することができる。高温KHは、想定される外気温の最高であり、一例として30℃を想定することができる。口火登録流量Q0は、高温KH時におけるベースロード運転(発電機能を維持できる最低出力運転)時における実ガス消費量に設定されている。口火登録流量Q0を挟んだ上下の調整値ΔD0の範囲が口火登録流量範囲QWとして設定されている。
FIG. 3 shows the relationship between the output [W] of the
低温KL、高温KHのいずれの外気温時も、0から出力W1までは、ほぼ一定の実ガス消費量となっている。高温KH時では、出力0から出力W2の間で、ガス消費量が口火登録流量範囲QW内に収まっている。低温KL時において、出力0から出力W3までは、ガス消費量が口火登録流量範囲QWよりも下回っている。出力W3から出力W5の間で、ガス消費量が口火登録流量範囲QW内に収まり、出力W4で口火登録流量Q0のガス消費量となる。
At both low temperature KL and high temperature KH, the actual gas consumption is almost constant from 0 to the output W1. At high temperature KH, the gas consumption is within the QW of the ignition registration flow rate between the
口火登録流量Q0(口火運転流量Q1:ノルマル流量)に対応する出力での燃料電池システム10の運転を、口火対応運転という。本実施形態では、口火登録流量Q0を、高温KH時におけるベースロード運転(発電機能を維持できる最低出力運転)時におけるガス消費量に設定しているので、外気温によって口火登録流量範囲QW内の発電運転を実行できなくなることを回避できる。口火登録流量Q0は、必ずしも高温KH時におけるベースロード運転時のガス消費量に設定する必要はないが、口火登録流量範囲QWの最大値がベースロード運転時のガス消費量よりも多くなるように設定する必要がある。
The operation of the
微少漏洩検知判定期間カウンタCは、マイコンメータ48に登録された微少漏洩検知判定期間よりも短い期間で到来するように設定された判定時までの時間をカウントするためのものである。本実施形態では、一例として、微少漏洩検知判定期間カウンタCにより25日がカウントされる。
The minute leakage detection determination period counter C is for counting the time until the determination time, which is set to arrive in a shorter period than the minute leakage detection determination period registered in the
連続判定時間C0は、マイコンメータ48に登録されている時間であり、口火登録流量範囲QW内でガスの消費が連続判定時間C0継続した場合に、微少漏洩検知機能における警報の発令が行われない。本実施形態では、一例として10分を設定する。
The continuous determination time C0 is the time registered in the
連続ガス検知時間C1は、マイコンメータ48に登録されている連続判定時間C0よりも長い時間で設定されており、後述する口火対応運転の継続に関連する時間である。本実施形態では、一例として、90分が設定されている。
The continuous gas detection time C1 is set to be longer than the continuous determination time C0 registered in the
図4は、本実施の形態に係るリモコンパネル34の正面図である。リモコンパネル34は外観が矩形状で、メインパネル34Aの上部には、タッチパネル部34Bが配置されている。
FIG. 4 is a front view of the
タッチパネル部34Bは、時刻や運転状況、設定された数値等が表示されると共に、表示面の一部又は全部に重なるように、タッチパッド部が敷設され、ユーザーのタッチ操作を認識することができるようになっている。図4においてメインパネル34Aの表示は運転状況画面の一例で有り、タッチパッド部である「画面切替」にタッチすることにより、メインパネル56を各種の別画面に切り替えることができる。図4では、後述する口火対応運転中である旨の「口火対応運転中」の文字が表示されている。
The
また、タッチパネル部34Bよりも下側のメインパネル34Aは、複数の操作スイッチ群の配置領域34Cとなっている。操作スイッチ群は、所謂ハードスイッチであり、給湯及び発電に関わる操作スイッチが配列されている。
Further, the
なお、図4に示すリモコンパネル34は、タッチパネル部34B、及び操作スイッチ群の配置位置、数、機能、形状等は、型式、年式、バージョン等によって変更される場合があり、図4のリモコンパネル34の形状に限定されるものではない。
In the
次に、本実施形態の燃料電池システム10における、口火対応運転処理について説明する。口火対応運転処理は、燃料電池システム10の運転中、コントローラ16により、図5に示すフローチャートに基づいた処理が継続して行われる。
Next, the operation process corresponding to the ignition in the
まずステップS12で、微少漏洩検知判定期間カウンタCでのカウントが25日以上かどうかを判断する。判断が否定された場合には、カウントが25日以上になるまでステップS12で待機する。判断が肯定された場合には、判定日が到来したと判断できるので、ステップS14で補正処理を行う。 First, in step S12, it is determined whether or not the count in the minute leakage detection determination period counter C is 25 days or more. If the judgment is denied, the process waits in step S12 until the count reaches 25 days or more. If the determination is affirmed, it can be determined that the determination date has arrived, so the correction process is performed in step S14.
補正処理は、図6に示されるように、ステップS14Aで、外気温データKを取得し、ステップS14Bで、外気圧データPを取得する。そして、ステップS14Cで、外気温データK及び外気圧データPに基づいて、式(1)を用いて、口火登録流量Q0から口火運転流量Q1を算出する。 In the correction process, as shown in FIG. 6, the outside air temperature data K is acquired in step S14A, and the outside air pressure data P is acquired in step S14B. Then, in step S14C, the start fire operation flow rate Q1 is calculated from the start fire registration flow rate Q0 using the equation (1) based on the outside air temperature data K and the outside air pressure data P.
次に、ステップS16で、燃料電池システム10を口火運転流量Q1で運転するように制御する。すなわち、マスフロコントローラ24を介して燃料電池モジュール22へ供給されるガスのノルマル流量が、口火運転流量Q1となるように制御される。これにより、燃料電池システム10でのガス消費量が、口火登録流量Q0となり、マイコンメータ48で、口火登録流量Q0のガス流量が計測される。
Next, in step S16, the
ステップS18で、連続ガス検知時間T1(本実施形態では90分)が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、連続ガス検知時間T1が経過するまでステップS18で待機する。判断が肯定された場合には、口火登録流量範囲QW内でガスの消費が連続ガス検知時間T1継続されているので、マイコンメータ48の微少漏洩検知機能における警報の発令を回避できた可能性が高い。そこで、ステップS20で、微少漏洩検知判定期間カウンタCをリセットし、ステップS22で、運転を負荷追従運転へ戻し、ステップS12へ戻る。
In step S18, it is determined whether or not the continuous gas detection time T1 (90 minutes in this embodiment) has elapsed. If the determination is denied, the process waits in step S18 until the continuous gas detection time T1 elapses. If the judgment is affirmed, it is possible that the issuance of an alarm in the minute leakage detection function of the
このように、本実施形態の燃料電池システム10では、口火登録流量Q0を口火運転流量Q1へ補正し、口火対応運転を行うので、マイコンメータ48の口火登録機能を用いて、微少漏洩検知機能における警報の発令を回避することができる。
As described above, in the
なお、本実施形態では、口火登録流量Q0を口火運転流量Q1へ補正する際に、外気温及び外気圧の両方を用いたが、外気温または外気圧のいずれか一方のみを用いて補正してもよい。また、外気温や外気圧は、必ずしも燃料電池システム10内に計測のための機器(温度センサや気圧センサ)を備える必要はなく、外部機器や通信により得られるデータを用いてもよい。
In this embodiment, both the outside air temperature and the outside air pressure are used when correcting the start fire registration flow rate Q0 to the start fire operation flow rate Q1, but the correction is made using only one of the outside air temperature and the outside air pressure. May be good. Further, the outside air temperature and the outside air pressure do not necessarily have to be equipped with a device for measurement (temperature sensor or barometric pressure sensor) in the
また、外気温、外気圧に加えて、ガス圧やガス温度に基づいて、口火登録流量Q0を口火運転流量Q1へ補正してもよい。また、外気温に代えて、燃料電池ユニット12の内部温度に基づいて、口火登録流量Q0を口火運転流量Q1へ補正してもよい。図7に示されるように、脱硫器20へ送出される枝管18Aに圧力計29A及び温度計29Bを設置し、ガス圧及びガス温度を測定することができる。得られたガス圧データPG、ガス温度KGが、コントローラ16へ出力される。なお、外気温、外気圧に代えて、ガス圧やガス温度に基づいて、口火登録流量Q0を口火運転流量Q1へ補正してもよいし、ガス圧及びガス温度のいずれか一方のみにより補正してもよい。
Further, the start fire registration flow rate Q0 may be corrected to the start fire operation flow rate Q1 based on the gas pressure and the gas temperature in addition to the outside air temperature and the outside air pressure. Further, instead of the outside air temperature, the start fire registration flow rate Q0 may be corrected to the start fire operation flow rate Q1 based on the internal temperature of the
また、本実施形態では、口火対応運転処理において、口火運転流量Q1での運転(口火対応運転)を連続ガス検知時間T1で1回のみ継続させて微少漏洩検知判定期間カウンタCをリセットしたが、複数回の継続を条件として、微少漏洩検知判定期間カウンタCをリセットしてもよい。さらに、バックアップ熱源機32と通信を行い、バックアップ熱源機32で非着火の場合をリセット条件に加えてもよい。
Further, in the present embodiment, in the start fire corresponding operation process, the operation at the start fire operation flow rate Q1 (the start fire corresponding operation) is continued only once in the continuous gas detection time T1 and the minute leakage detection determination period counter C is reset. The minute leakage detection determination period counter C may be reset on condition that the continuation is performed a plurality of times. Further, communication may be performed with the backup
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付して図示し、その詳細な説明については省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の燃料電池システムの構成は、図1、図2に示す第1実施形態の燃料電池システム10と同様であり、口火対応運転の内容が異なる。本実施形態では、口火対応変動運転処理と称する。
The configuration of the fuel cell system of the present embodiment is the same as that of the
ストレージ54には、後述する口火対応変動運転処理のプログラム、第1実施形態と同様の口火運転流量Q1、微少漏洩検知判定期間カウンタC、連続ガス検知時間T1などのデータの他に、段階連続時間T2、段階変化流量ΔQが格納されている。
In the
段階連続時間T2は、口火対応変動運転処理において、口火運転流量Q1を段階的に変化させる際に同一流量での運転を維持する時間である。段階連続時間T2は、マイコンメータ48に登録されている連続判定時間C0よりも長い時間に設定されている。
The step continuous time T2 is a time for maintaining the operation at the same flow rate when the start fire operation flow rate Q1 is changed stepwise in the start fire corresponding variable operation process. The step continuous time T2 is set to a time longer than the continuous determination time C0 registered in the
段階変化流量ΔQは、口火対応変動運転処理において、段階連続時間T2で同一流量での運転を維持した後に次の流量へ移行する際に、ガス流量を変化させる量である。段階変化流量ΔQは、例えば、口火登録流量範囲QWの1/2値である調整値D0の範囲で設定することができる。 The step change flow rate ΔQ is an amount that changes the gas flow rate when shifting to the next flow rate after maintaining the operation at the same flow rate for the step continuous time T2 in the start-up variable operation process. The step change flow rate ΔQ can be set, for example, in the range of the adjustment value D0, which is a half value of the start fire registration flow rate range QW.
次に、本実施形態の燃料電池システム10における、口火対応変動運転処理について説明する。口火対応変動運転処理は、燃料電池システム10の運転中、コントローラ16により、図8に示すフローに基づいた処理が継続して行われる。
Next, in the
ステップS12及び、ステップS14は、第1実施形態と同様に実行される。ステップS26では、口火変動運転処理が実行される。口火変動運転処理は、図9に示されるように、ステップS30で、口火運転流量Q1よりもΔQ少ない流量のガス消費で燃料電池システム10の運転を行う。これにより、マイコンメータ48や燃料電池システム10の各部の器差により、マイコンメータ48で計測されるガス流量が口火登録流量範囲QWよりも高い場合でも、ΔQの範囲内であれば、マイコンメータ48により口火登録流量Q0内の運転であると認識される。
Step S12 and step S14 are executed in the same manner as in the first embodiment. In step S26, the ignition fluctuation operation process is executed. In the start-up fluctuation operation process, as shown in FIG. 9, in step S30, the
ステップS31で、段階連続時間T2(本実施形態では10分)が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、段階連続時間T2が経過するまでステップS31で待機する。判断が肯定された場合には、ステップS32へ進む。 In step S31, it is determined whether or not the step continuous time T2 (10 minutes in this embodiment) has elapsed. If the determination is denied, the process waits in step S31 until the step continuous time T2 elapses. If the determination is affirmed, the process proceeds to step S32.
ステップS32で、口火運転流量Q1のガス消費で燃料電池システム10の運転を行い、ステップS33で、段階連続時間T2が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、段階連続時間T2が経過するまでステップS33で待機する。判断が肯定された場合には、ステップS34へ進む。
In step S32, the
ステップS34で、口火運転流量Q1よりもΔQ多い流量のガス消費で燃料電池システム10の運転を行う。これにより、マイコンメータ48や燃料電池システム10の各部の器差により、マイコンメータ48で計測されるガス流量が口火登録流量範囲QWよりも低い場合でも、ΔQの範囲内であれば、マイコンメータ48により口火登録流量Q0内の運転であると認識される。
In step S34, the
ステップS35で、段階連続時間T2が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、段階連続時間T2が経過するまでステップS35で待機する。判断が肯定された場合には、ステップS36へ進む。 In step S35, it is determined whether or not the step continuous time T2 has elapsed. If the determination is denied, the process waits in step S35 until the step continuous time T2 elapses. If the determination is affirmed, the process proceeds to step S36.
ステップS36で、連続ガス検知時間T1が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、連続ガス検知時間T1が経過するまでステップS36で待機する。判断が肯定された場合には、口火運転流量Q1±ΔQでガスの消費が連続ガス検知時間T1継続されているので、マイコンメータ48の微少漏洩検知機能における警報の発令を回避できた可能性が高い。そこで、ステップS20で、微少漏洩検知判定期間カウンタCをリセットし、ステップS22で、負荷追従運転へ戻し、ステップS12へ戻る。
In step S36, it is determined whether or not the continuous gas detection time T1 has elapsed. If the determination is denied, the process waits in step S36 until the continuous gas detection time T1 elapses. If the judgment is affirmed, it is possible that the issuance of an alarm in the minute leakage detection function of the
図10には、一例として、口火運転流量Q1で燃料電池システム10の運転を行った場合でも、口火登録流量範囲QWよりも僅かにガス消費量が少ない場合について、ガス消費量と運転時間との関係が示されている。本実施形態の口火対応変動運転処理では、燃料電池システム10で制御されるガス消費量がQ1-ΔQ、Q1の時には、ガス消費量が口火登録流量範囲QW内に収まらず、燃料電池システム10で制御されるガス消費量がQ1+ΔQの時にガス消費量が口火登録流量範囲QW内に収まる。
In FIG. 10, as an example, even when the
本実施形態の燃料電池システム10では、口火登録流量Q0を口火運転流量Q1へ補正し、口火対応運転を行うので、第1実施形態と同様に、マイコンメータ48の口火登録機能を用いて、微少漏洩検知機能における警報の発令を回避することができる。
In the
さらに、本実施形態では、口火運転流量Q1の流量を上下に振って±ΔQの範囲でガスの消費を段階連続時間T2の間継続する。したがって、マイコンメータ48や燃料電池システム10の各機器の器差がある場合でも、マイコンメータ48で計測されるガス流量を口火登録流量範囲QW内に収めることができ、マイコンメータ48の口火登録機能を用いて、微少漏洩検知機能における警報の発令を回避することができる。
Further, in the present embodiment, the flow rate of the ignition operation flow rate Q1 is shaken up and down to continue the gas consumption within the range of ± ΔQ for the step continuous time T2. Therefore, even if there is a difference between the devices of the
なお、本実施形態では、口火対応運転を、3段階のガス流量、口火運転流量Q1-ΔQ、口火運転流量Q1、口火運転流量Q1+ΔQ、で行ったが、さらに多くの段階に分けて口火対応運転を行ってもよい。 In the present embodiment, the starter-corresponding operation is performed with three stages of gas flow rate, the starter operation flow rate Q1-ΔQ, the starter operation flow rate Q1, and the starter operation flow rate Q1 + ΔQ. May be done.
10 燃料電池システム
12 燃料電池ユニット
16 コントローラ
(補正部、口火対応運転切換部、連続口火運転判断部、負荷追従運転切換部)
24 マスフロコントローラ
48 ガスマイコンメータ
ΔQ 段階変化流量
C0 連続判定時間
C1 連続ガス検知時間
C 微少漏洩検知判定期間カウンタ
Q0 口火登録流量
Q1 口火運転流量
QW 口火登録流量範囲
K 外気温データ
P 外気圧データ
PG ガス圧データ
KG ガス温度データ
T 微少漏洩検知判定期間
T1 連続ガス検知時間
T2 段階連続時間
D0 調整値
10
24
Claims (8)
予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正する補正部と、
予め定められた微少漏洩検知判定期間中の判定時に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転へ、前記燃料電池ユニットの運転を切り換える口火対応運転切換部と、
予め定められた連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転を継続させる口火運転維持部と、
を備えた、燃料電池システム。 A fuel cell unit that is operated using gas that has passed through a gas microcomputer meter and whose gas flow rate used for power generation operation is controlled by the normal flow rate.
The igniter registration flow rate registered in advance in the gas microcomputer meter is corrected to the igniter operation flow rate approaching the normal flow rate based on at least one of the temperature, the outside air temperature, the outside air pressure, the gas temperature, and the gas pressure in the fuel cell unit. And the correction part to do
A starter-compatible operation switching unit that switches the operation of the fuel cell unit to the starter-compatible operation that is operated at the starter operation flow rate at the time of determination during the predetermined minute leakage detection determination period.
A starter operation maintenance unit that continues the starter response operation for a predetermined continuous gas detection time, and
Equipped with a fuel cell system.
前記連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転が維持されたか否かを判断する連続口火運転判断部と、
前記連続口火運転判断部による判断が肯定された場合に、前記燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える負荷追従運転切換部と、
を有する、請求項1に記載の燃料電池システム。 The fire operation maintenance unit
A continuous fire operation determination unit that determines whether or not the fire response operation has been maintained during the continuous gas detection time, and a continuous fire operation determination unit.
A load-following operation switching unit that switches the fuel cell unit to load-following operation according to the power load when the determination by the continuous ignition operation determination unit is affirmed.
The fuel cell system according to claim 1.
予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温及、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正し、
予め定められた微少漏洩検知判定期間中に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転を、前記燃料電池ユニットの運転を予め定められた連続ガス検知時間の間継続させる、
燃料電池システムの運転方法。 It is an operation method of a fuel cell system that is operated using gas via a gas microcomputer meter and the gas flow rate used for power generation operation is controlled by the normal flow rate.
The starter registration flow rate registered in advance in the gas microcomputer meter is changed to the starter operation flow rate approaching the normal flow rate based on at least one of the temperature, the outside air temperature, the outside air pressure, the gas temperature, and the gas pressure in the fuel cell unit. Correct and
During the predetermined minute leakage detection determination period, the operation of the fuel cell unit, which is operated at the ignition operation flow rate, is continued for the predetermined continuous gas detection time.
How to operate the fuel cell system.
請求項5に記載の燃料電池システムの運転方法。 After the start-up response operation is maintained during the continuous gas detection time, the fuel cell unit is switched to the load follow-up operation according to the power load.
The method for operating a fuel cell system according to claim 5.
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