JP6521824B2 - エネルギ供給システム - Google Patents
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Description
前記発電部が、燃料ガスを水蒸気改質処理により水素ガスを生成する改質処理装置と、生成された水素ガスが供給される燃料電池とを備える形態に構成され、
前記運転制御部が、
前記発電部を停止する際には、前記改質処理装置の内部に前記マイコンメータを経由した燃料ガスを設定適正圧に充填して封止する充填処理を実行し、その後、燃料ガスの充填圧が下限充填圧に低下すると、前記設定適正圧に燃料ガスを補充する保圧処理を実行する停止保管処理を行うように構成され、且つ、
前記漏洩判定用期間が経過する前に、前記発電部の運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理を実行するように構成されているエネルギ供給システムに関する。
ちなみに、マイコンメータによる警報作動としては、一般に、警報表示部(LED)を点滅作動させるように構成される。尚、警報表示部(LED)を点滅作動させることを継続すると、マイコンメータの電池が消費されて、電池容量が減少すると、マイコンメータが、燃料ガスの供給を遮断するように構成される。
尚、特許文献1及び特許文献2には、エネルギ供給部が、発電部及び熱源部を備えた熱電併給部として構成される場合が記載されている。
したがって、漏洩判定回避用停止処理としても、充填処理を実行し、その後、燃料ガスの充填圧が下限充填圧に低下すると、設定適正圧に燃料ガスを補充する保圧処理が実行されることになる。
前記発電部が、燃料ガスを水蒸気改質処理により水素ガスを生成する改質処理装置と、生成された水素ガスが供給される燃料電池とを備える形態に構成され、
前記運転制御部が、
前記発電部を停止する際には、前記改質処理装置の内部に前記マイコンメータを経由した燃料ガスを設定適正圧に充填して封止する充填処理を実行し、その後、燃料ガスの充填圧が下限充填圧に低下すると、前記設定適正圧に燃料ガスを補充する保圧処理を実行する停止保管処理を行うように構成され、且つ、
前記漏洩判定用期間が経過する前に、前記発電部の運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理を実行するように構成されているものであって、その特徴構成は、
前記運転制御部が、前記漏洩判定回避用停止処理として、前記充填処理を実行し、その後、燃料ガスの充填圧が前記下限充填圧に低下すると、前記設定適正圧よりも高い高圧用設定圧に燃料ガスを補充する高圧用保圧処理を実行するように構成されている点にある。
そして、高圧用保圧処理として、燃料ガスの充填圧が下限充填圧に低下すると、設定適正圧よりも高い高圧用設定圧に燃料ガスを補充する処理が実行されることになる。
前記運転制御部が、前記圧力センサの検出情報に基づいて、前記保圧処理及び前記高圧用保圧処理を実行するように構成されている点にある。
以下、本発明に係るエネルギ供給システムについて図面に基づいて説明する。
(エネルギ供給部の全体構成)
図1に示すように、エネルギ供給システムには、マイコンメータMを経由した燃料ガスGを用いて発電する発電部Ha及び熱源部Hbを備えるエネルギ供給部Hとしての熱電併給部が備えられ、熱源部Hbには、発電部Haの排熱を回収した湯水を貯湯する貯湯タンク1と、マイコンメータMを経由した燃料ガスGを用いて燃焼する補助熱源機2とが備えられている。
ちなみに、燃料ガスGは、都市ガス、プロパンガス等の炭化水素を含むガスである。
燃料電池4は、燃料極4n及び酸素極4sを備えるセルを積層して構成されるものであって、燃料極4nと酸素極4sとの間には、冷却水が通流する通流部4dが設けられている。
冷却水循環路5Aには、冷却水循環ポンプPa及び冷却水貯留タンクQが設けられ、湯水循環路5Bには、湯水循環ポンプPbが設けられている。
商用電源7は、例えば、単相3線式100/200Vであり、受電電力供給ライン8を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷9に電気的に接続されている。
インバータ6は、発電電力供給ライン10を介して受電電力供給ライン8に電気的に接続され、燃料電池4からの発電電力がインバータ6及び発電電力供給ライン10を介して電力負荷9に供給されるように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ6により燃料電池4から受電電力供給ライン8に供給される電力が制御され、そして、燃料電池4による発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に換えて回収する電気ヒータ12に供給されるように構成されている。
電気ヒータ12の複数の電気ヒータ部分は、スイッチ回路13によりON/OFFが切り換えられる。スイッチ回路13は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ12の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ12の消費電力を調整するように構成されている。
発電用制御部Caと熱源用制御部Cbとは、各種の情報を通信自在に構成され、また、発電用制御部Caと熱源用制御部Cbとに対して、運転開始指令や運転停止指令等の各種の情報を指令するリモコンRが設けられている。
次に、改質処理装置3について説明を加える
図2に示すように、マイコンメータMを経由した燃料ガスGを燃料ポンプ15にて圧送する燃料供給路16が設けられ、その燃料供給路16にて供給される燃料ガスGに対して脱硫作用する脱硫器17が設けられている。
供給される水を気化させて水蒸気を生成する水蒸気生成器18が設けられ、脱硫器17からの脱硫燃料ガスを水蒸気生成器18からの水蒸気にて改質処理して水素含有ガスを生成する改質器19が設けられている。
また、気水分離器22にて凝縮水が分離された変成ガスの残部が、脱硫処理用の水素含有ガスとして、脱硫リサイクル路25を通して燃料供給路16の燃料ガスGに混合供給されるように構成されている。
以下、改質処理装置3の各部について説明を加える。
上述の説明から明らかな如く、燃料供給路16を通して供給される燃料ガスGが、脱硫器17、改質器19、変成器20、ガス冷却器21、気水分離器22、一酸化炭素選択酸化器23を通して流動することになるから、脱硫器17、改質器19、変成器20、ガス冷却器21、気水分離器22、一酸化炭素選択酸化器23が、記載順にガス処理流路27にて接続されている。
つまり、燃料電池4から排出される発電反応後のオフガスを、改質器バーナ19aにて燃焼用空気路29からの燃焼用空気にて燃焼させて、改質触媒を改質反応が可能な状態に加熱するように構成されている。
また、電池バイパス路30には、その流路を開閉する電池バイパスバルブV7が設けられている。
また、水蒸気生成器18には、内部の水を排出する改質水排出路32が設けられ、その改質水排出路32には、その流路を開閉する改質水排出バルブV4が設けられている。
選択酸化用の空気を一酸化炭素選択酸化器23に供給する選択酸化用空気路33が設けられ、その選択酸化用空気路33にはその流路を開閉する選択酸化用空気バルブV9が設けられている。
次に、改質処理装置3及び燃料電池4の運転を停止させて保管するときの停止保管運転について説明する。
発電用制御部Caが、改質処理装置3及び燃料電池4の運転を停止させて保管する停止保管運転を行うときには、燃料供給路16による燃料ガスGの供給を停止した状態で、水蒸気生成器18による水蒸気の生成を継続することにより、改質処理装置3の内部に水蒸気を供給して、改質処理装置3の内部の装置内ガスを排出する水蒸気供給処理(以下、水蒸気パージ処理と呼称)を行い、次に、水蒸気生成器18への水の供給を停止して、水蒸気生成器18の内部から水を排出し、且つ、改質処理装置3の内部に、マイコンメータMを経由した燃料ガスGをパージガスとして充填して封止する充填処理(以下、ガスパージ処理と呼称)を行うように構成されている。
また、発電用制御部Caには、第1設定時間、第2設定時間、設定温度Ts、設定適正圧としての第1設定圧力Ps1、及び、下限充填圧としての第2設定圧力Ps2の夫々が記憶されており、その詳細は後述する。
そして、改質器バーナ19aには、燃料電池4から排出されたオフガスと燃焼用空気が供給されて、オフガスの燃焼により改質触媒が加熱され、並びに、変成器20から流出した水素含有ガスの一部が、脱硫用として脱硫器17に供給される形態で、改質処理装置3が運転される。
降温処理開始動作の後、改質器温度センサ34の検出温度Tが設定温度Ts以下になると(#4)、改質水バルブV3を閉じると共に改質水排出バルブV4を開き、且つ、燃料バルブV1を開くと共に燃焼用空気バルブV10を閉じるガスパージ処理開始動作を行なって、ガスパージ処理を開始する(#5)。
改質処理装置3や燃料電池4を停止させて保管する停止保管運転における水蒸気パージ処理(水蒸気供給処理)では、脱硫器17への燃料ガスG及び脱硫処理用の水素ガスの供給、並びに、一酸化炭素選択酸化器23への選択酸化用空気の供給が停止されて、水素含有ガスの生成が停止されるが、水蒸気生成器18への水の供給は継続されるので、水蒸気の生成が継続される。
このように、水蒸気の生成が継続されることから、生成される水蒸気によりガス処理経路内に残留していた装置内ガスが、電池バイパス路30を通じて改質器バーナ19aに供給される。
又、改質器バーナ19aへの燃焼用空気の供給が継続されているので、改質器19の熱が燃焼用空気にて運ばれて、水の気化の熱源として使用されるので、改質処理装置3の降温が促進されることとなる。
しかも、温度が降下し過ぎると、改質処理装置3の内部の残留水蒸気が凝縮して各触媒に付着する虞があるので、パージガスとしての燃料ガスGの供給は、改質処理装置3の内部温度が水蒸気の凝縮を防止できる温度に維持した状態で行う必要がある。
又、ガスパージ処理では、水蒸気生成器18及び改質水排出路32内に残留していた水が排出されるのと並行して、ガスの出口が無い状態で燃料ガスGがパージ用ガスとして改質処理装置3の内部に供給されることになる。
図1に示すように、熱源部Hbには、上述した貯湯タンク1及び補助熱源機2に加えて、多機能循環ポンプ40、暖房用循環ポンプ41、風呂追焚用循環ポンプ42、暖房用熱交換器43、風呂追焚用熱交換器44が備えられている。
また、熱源部Hbには、給湯用混合弁45、暖房用電磁弁46、風呂追焚用電磁弁47、三方弁48、タンク比例弁49、及び、蓄熱切換弁50が設けられている。
水道水等の給水源からの湯水を供給する給水路53が、給湯用混合弁45に接続される第1給水路53aと、湯水供給路52に設けた蓄熱切換弁50に接続される第2給水路53bとに分岐されている。
暖房用熱交換器43と風呂追焚用熱交換器44とは、多機能循環路54に並列状態で配置され、暖房用電磁弁46が、暖房用熱交換器43を通した湯水の通流を断続し、且つ、風呂追焚用電磁弁47が、風呂追焚用熱交換器44を通した湯水の通流を断続する形態で、多機能循環路54に配置されている。
暖房用循環路56が、暖房用熱交換器43を経由する状態で設けられ、暖房用循環ポンプ41が、暖房用循環路56に設けられている。
風呂用循環路57が、風呂追焚用熱交換器44を経由する状態で設けられ、風呂追焚用循環ポンプ42が、風呂用循環路57に設けられている。
例えば、給湯運転を行う場合に、貯湯タンク1の貯湯熱量が多いときには、貯湯タンク1の湯水が湯水取出路51を通して給湯用混合弁45に供給されることになる。尚、この場合、第2給水路53bからの湯水が、蓄熱切換弁50を経由しながら、湯水供給路52を通して貯湯タンク1に供給されることになる。
発電用制御部Caが、マイコンメータMの漏洩判定用期間(例えば、30日)の4日前に相当する26日が経過した時点において、発電部Haの運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理、及び、燃料ガスGの消費を控えることを促すメッセージを、設定解除条件が満たされるまでリモコンRに表示する警告処理を、漏洩判定回避処理として実行するように構成されている。
ちなみに、燃料電池4については、上述した燃料消費処理を実行することになる。
本実施形態においては、図1に示すように、発電部Ha及び熱源部Hbの夫々に燃料ガスGの通流量を計測する発電側流量計59a及び熱源側流量計59bが設けられている。
そして、発電用制御部Caが、発電側流量計59a及び熱源側流量計59bの検出情報に基づいて、発電部Ha及び熱源部Hbの夫々に対して燃料ガスGを供給しない時間が所定時間(例えば、60分)に達しているか否かを判断するように構成されている。
次に、発電用制御部Caが実行する漏洩判定回避処理を、図5のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、発電部Haが停止済であるか否かを判定し(#20)、停止済でない場合には、マイコンメータMの漏洩判定用期間(例えば、30日)の4日前に相当する26日が経過しているか否かを判定する(#21)。
ちなみに、#20にて、発電部Haが停止済であると判定した場合には、運転停止処理(#23)を実行する必要がないので、#24の高圧用保圧処理に移行することになる。
先ず、燃料ガスGの供給中であるか否かを判定し(#30)、燃料ガスGの供給中で無い場合には、圧力センサ35の検出圧力Pが第1設定圧力Ps1よりも低い第2設定圧力Ps2以下であるか否かを判定し(#31)、圧力センサ35の検出圧力Pが第2設定圧力Ps2以下である場合には、燃料バルブV1を開いて、燃料ガスGの充填を開始する(#32)。
また、#30にて、燃料ガスGの供給中であると判定したときには、#33の処理に移行することになる。
第1実施形態においては、漏洩判定回避用停止処理として、水蒸気供給処理及び充填処理が順次実行され、その後、燃料ガスGの充填圧が下限充填圧としての第2設定圧力Ps2以下に低下すると、設定適正圧としての第1設定圧力Ps1よりも高い高圧用設定圧Ps3に燃料ガスGを補充する高圧用保圧処理が実行されることになる。
これに対して、図8に示すように、高圧用設定圧Ps3に燃料ガスGを補充した後、燃料ガスGの充填圧が下限充填圧としての第2設定圧力Ps2に低下するまでのインターバル時間が、高圧用保圧処理を開始した初期では、1〜2時間程度である。
次に、第2実施形態を説明するが、この第2実施形態は、発電用制御部Caが実行する漏洩判定回避処理の別実施形態を示すものであって、その他の構成は第1実施形態と同様であるので、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明して、第1実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。
ちなみに、警告処理は、燃料ガスGの消費を控えることを促すメッセージをリモコンRに表示する処理である。
次に、第2実施形態において発電用制御部Caが実行する漏洩判定回避処理を、図9のフローチャートに基づいて説明する。尚、図9のフローチャートにおける#60〜#67の処理は、図6のフローチャートにおける#20〜#27に対応する処理である。
ちなみに、#60にて、発電部Haが停止済であると判定した場合には、運転停止処理(#63)を実行する必要がないので、#64の高圧用保圧処理に移行することになる。
設定処理予定時間が経過していると判定した場合には、高圧用保圧処理、つまり、圧力センサ35の検出圧力Pが高圧用設定圧Ps3以上となるまで、改質処理装置3に燃料ガスGを充填する処理を実行し(#68)、その後、燃料ガスGの消費を控えることを促すメッセージをリモコンRに表示する警告処理を実行する(#71)。
第2実施形態は、第1実施形態と同様の構成を備えるものであるから、第1実施形態と同様に、漏洩判定回避用停止処理として、水蒸気供給処理及び充填処理が順次実行され、その後、燃料ガスGの充填圧が下限充填圧としての第2設定圧力Ps2以下に低下すると、第1設定圧力Ps1よりも高い高圧用設定圧Ps3に燃料ガスGを補充する高圧用保圧処理が実行されることになるから、発電部Haの停止時点から長時間が経過しなくても、高圧用保圧処理の初期からインターバル時間を設定継続時間(例えば、60分)よりも長くなる状態を現出させることができる。
次に、第3実施形態を説明するが、この第3実施形態は、エネルギ供給システムの別実施形態を示すものであって、その他の構成は第1実施形態と同様であるので、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明して、第1実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。
また、燃料電池4の余剰電力を熱に換えて消費する電気ヒータ12が、冷却水循環路5Aを通流する冷却水を加熱するように、冷却水循環路5Aにおいて、燃料電池4の下流側であってラジエターFの上流側に設けられている。
次に、その他の別実施形態を列記する。
(1)上記第1及び第2実施形態においては、エネルギ供給部Hの運転を制御する運転制御部Cが、発電部Haの運転を制御する発電用制御部Caと熱源部Hbの運転を制御する熱源用制御部Cbとから構成される場合を例示したが、発電用制御部Caと熱源用制御部Cbとを一つの制御部としてまとめて、運転制御部Cを一つの制御部として構成する形態で実施してもよい。
尚、このように検出温度Tに基づいて燃料ガスGを充填する場合、発電部Haを停止してから設定時間(例えば、24時間)が経過する、又は、改質器温度センサ34の検出温度Tが外気温度と平衡すると、燃料ガスGの充填を停止することになる。
3 改質処理装置
4 発電部
C 運転制御部
H エネルギ供給部
Ha 発電部
Hb 熱源部
M マイコンメータ
Claims (4)
- 燃料ガスの通流量が設定判定量以下となる状態が設定継続時間に亘って継続する燃料ガス非消費状態が漏洩判定用期間の間に生じないときには、警報作動する又は燃料ガスの供給を遮断するマイコンメータと、当該マイコンメータを経由した燃料ガスを用いて発電する発電部を備えるエネルギ供給部と、当該エネルギ供給部の運転を制御する運転制御部とが設けられ、
前記発電部が、燃料ガスを水蒸気改質処理により水素ガスを生成する改質処理装置と、生成された水素ガスが供給される燃料電池とを備える形態に構成され、
前記運転制御部が、
前記発電部を停止する際には、前記改質処理装置の内部に前記マイコンメータを経由した燃料ガスを設定適正圧に充填して封止する充填処理を実行し、その後、燃料ガスの充填圧が下限充填圧に低下すると、前記設定適正圧に燃料ガスを補充する保圧処理を実行する停止保管処理を行うように構成され、且つ、
前記漏洩判定用期間が経過する前に、前記発電部の運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理を実行するように構成されているエネルギ供給システムであって、
前記運転制御部が、前記漏洩判定回避用停止処理として、前記充填処理を実行し、その後、燃料ガスの充填圧が前記下限充填圧に低下すると、前記設定適正圧よりも高い高圧用設定圧に燃料ガスを補充する高圧用保圧処理を実行するように構成されているエネルギ供給システム。 - 前記エネルギ供給部に、前記発電部の排熱を回収した湯水を貯湯する貯湯タンクを有する熱源部を備える請求項1記載のエネルギ供給システム。
- 前記運転制御部が、前記漏洩判定回避用停止処理の実行中において、設定処理予定時間が経過しても、前記エネルギ供給部に対して燃料ガスが供給されない状態の継続時間である非供給継続時間が前記設定継続時間を超える状態が生じないときには、前記高圧用保圧処理、及び、燃料ガスの消費を停止する警告を行う警告処理を実行するように構成されている請求項1又は2記載のエネルギ供給システム。
- 前記改質処理装置に充填された燃料ガスの圧力を検出する圧力センサが設けられ、
前記運転制御部が、前記圧力センサの検出情報に基づいて、前記保圧処理及び前記高圧用保圧処理を実行するように構成されている請求項1〜3の何れか1項に記載のエネルギ供給システム。
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