JP6649162B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガスを燃料として用いて発電を行う燃料電池セルスタックを備え、この燃料電池セルスタックからの排気ガスの排熱を温水として貯湯装置で貯湯するようにした燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that includes a fuel cell stack that generates power using fuel gas as fuel, and that stores exhaust heat of exhaust gas from the fuel cell stack as hot water in a hot water storage device.

燃料電池システムの一例として、固体酸化物形の燃料電池セルスタックを備えたものが実用に供されている。この燃料電池システムにおける燃料電池セルスタックは、酸素イオンを伝導する固体電解質を備え、この固体電解質の片側に燃料極が配設され、その他側に酸素極が配設されている。この燃料電池セルスタックでは、酸素極側での燃料ガス（例えば、水蒸気改質された改質燃料ガス）の酸化と酸素極側での酸化材ガス（例えば、空気中の酸素）の還元による電気化学反応によって発電が行われる。   As an example of a fuel cell system, a system provided with a solid oxide fuel cell stack has been put to practical use. The fuel cell stack in this fuel cell system includes a solid electrolyte that conducts oxygen ions, and a fuel electrode is provided on one side of the solid electrolyte and an oxygen electrode is provided on the other side. In this fuel cell stack, electricity is generated by oxidizing a fuel gas (for example, steam-reformed fuel gas) on the oxygen electrode side and reducing an oxidizing gas (for example, oxygen in the air) on the oxygen electrode side. Electric power is generated by a chemical reaction.

この固体酸化物形の燃料電池セルスタックでは、固体電解質に導電性を持たせるために、その作動温度は７００〜１０００℃と高温となり、そのために、燃料電池セルスタック、燃料ガス（例えば、都市ガス）を水蒸気改質するための改質器及び改質用水を水蒸気化するための気化器が電池ハウジング内に収容され、この電池ハウジング内が高温状態に保持される。そして、このように高温状態に保つために、燃料電池セルスタックの燃料極側から排出される反応燃料ガス（発電に用いられなかった燃料ガス）とその酸素極側から排出される空気（発電に用いられなかった酸素）とが燃焼域で燃焼され、この燃焼熱により気化器及び改質器が加熱されるとともに、電池ハウジング内が高温状態に保たれる。   In this solid oxide fuel cell stack, the operating temperature is as high as 700 to 1000 ° C. in order to make the solid electrolyte conductive, and therefore, the fuel cell stack and the fuel gas (for example, city gas) ) Is stored in the battery housing, and the inside of the battery housing is maintained at a high temperature. In order to maintain such a high temperature state, the reaction fuel gas (fuel gas not used for power generation) discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack and the air (fuel generation) discharged from the oxygen electrode side thereof are discharged. Unused oxygen) is burned in the combustion zone, and the heat of combustion heats the vaporizer and the reformer, and keeps the inside of the battery housing at a high temperature.

また、この燃料電池システムでは、燃料電池セルスタックから排出される燃焼排気ガスの排熱を回収するために貯湯装置が設けられ、この貯湯装置に関連して、燃料電池セルスタックからの排気ガスが流れる排気ガス排出流路に熱回収用熱交換器が配設されている。貯湯装置は、排熱を温水として貯える貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を熱回収用熱交換器を通して循環するための貯湯水循環流路とを備えている。この熱回収用熱交換器では、排気ガス排出流路を流れる排気ガスと貯湯水循環流路を流れる貯湯水との間で熱交換が行われ、この熱交換により加温された貯湯水が貯湯タンクに貯えられる。   Further, in this fuel cell system, a hot water storage device is provided for recovering exhaust heat of the combustion exhaust gas discharged from the fuel cell stack, and exhaust gas from the fuel cell stack is related to the hot water storage device. A heat recovery heat exchanger is provided in the flowing exhaust gas discharge passage. The hot water storage device includes a hot water storage tank that stores exhaust heat as hot water, and a hot water storage circulation path that circulates the hot water in the hot water storage tank through a heat recovery heat exchanger. In this heat recovery heat exchanger, heat exchange is performed between the exhaust gas flowing through the exhaust gas discharge flow path and the hot water stored in the hot water circulation path, and the hot water heated by the heat exchange is stored in the hot water storage tank. Stored in

このような燃料電池システムにおいては、発電効率を高めるために、燃料電池セルスタックは、電力負荷（例えば、家庭用の電力需要）に追従して発電するように制御され、この燃料電池セルスタックの発電電力と供給される燃料ガスとの関係は、一般的に、燃料利用率というパラメータをもとに最適となるように調整され、この燃料利用率を用いて燃料電池セルスタックが運転制御される。燃料利用率とは、燃料電池セルスタックのセル部分を通過させた燃料ガスの供給流量を価電子数で表し、その価電子数のなかで発電に変換した電子数の割合である。例えば、燃料利用率７０％とは、供給される燃料ガスの７０％が燃料電池セルスタックにおける発電に消費され、残りの３０％が燃焼域で燃焼されて高温に維持するのに利用される。   In such a fuel cell system, in order to increase the power generation efficiency, the fuel cell stack is controlled to generate power following a power load (for example, household power demand). The relationship between the generated power and the supplied fuel gas is generally adjusted to be optimal based on a parameter called fuel utilization, and the operation of the fuel cell stack is controlled using this fuel utilization. . The fuel utilization rate represents the supply flow rate of the fuel gas passing through the cell portion of the fuel cell stack in terms of the number of valence electrons, and is the ratio of the number of electrons converted to power generation among the number of valence electrons. For example, a fuel utilization rate of 70% means that 70% of the supplied fuel gas is consumed for power generation in the fuel cell stack, and the remaining 30% is burned in a combustion zone and used to maintain a high temperature.

この燃料利用率は、燃料電池セルスタックの発電出力（出力電流）が変化する場合、その発電出力（出力電流）に対応した値となるように設定され、このように設定することにより、燃料電池セルスタックの作動温度、気化器の気化温度及び改質器の改質温度などが安定化され、また燃料電池セルスタックの発電効率の最大化を図ることができる。   When the power output (output current) of the fuel cell stack changes, the fuel utilization rate is set to a value corresponding to the power output (output current). The operating temperature of the cell stack, the vaporization temperature of the vaporizer, the reforming temperature of the reformer, and the like are stabilized, and the power generation efficiency of the fuel cell stack can be maximized.

このような燃料利用率は、燃料電池セルスタックの発電出力との関係をマップ化して用いられ、このマップを用いて燃料電池セルスタックに供給される燃料ガスの供給流量を制御することによって、ターンダウン比（最低出力と定格出力との比）が小さい範囲まで燃料電池セルスタックの発電運転が可能となっている（例えば、特許文献１参照）。この制御では、燃料電池セルスタックの発電電流と燃料利用率との関係は右肩上がりの相関となっており、所定発電出力（例えば、定格の３０％出力）以下では、発電電流と燃料利用率とが原点を通る一次式となるようになっており、この一次式となる範囲では、燃料ガスは所定供給流量に固定され（燃料利用率を定義する際の分母となる燃料流量供給速度が一定となる）、燃料電池セルスタックの発電電流（燃料利用率を定義する際の分子となる発電に使用した価電子）のみが変化しており、このように制御することによって、燃料電池セルスタックにおける発電をターンダウン比の小さい範囲まで広げている。   Such a fuel utilization rate is used by mapping the relationship with the power generation output of the fuel cell stack, and by using this map to control the supply flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack, the fuel utilization rate is increased. The power generation operation of the fuel cell stack can be performed in a range where the down ratio (the ratio between the minimum output and the rated output) is small (for example, see Patent Document 1). In this control, the relationship between the power generation current of the fuel cell stack and the fuel utilization rate has an increasing correlation, and at a predetermined power generation output (for example, 30% of the rated output) or less, the power generation current and the fuel utilization rate are reduced. The fuel gas is fixed to a predetermined supply flow rate in the range where the primary expression passes through the origin (the fuel flow rate, which is the denominator when defining the fuel utilization rate, is constant). ), Only the power generation current of the fuel cell stack (valence electrons used for power generation, which is a numerator when defining the fuel utilization rate) is changed. Power generation has been extended to a range where the turndown ratio is small.

特開２０１３−２２９２２８号公報JP 2013-229228 A

一般的に、燃料電池システムにおいては、燃料ガスの供給流量は、燃料ガス供給流路に配設された質量流量計（マスフローメータ）により計測され、この質量流量計の計測信号をフィードバックしてその制御が行われている。   In general, in a fuel cell system, the supply flow rate of a fuel gas is measured by a mass flow meter (mass flow meter) provided in a fuel gas supply passage, and a measurement signal of the mass flow meter is fed back to measure the flow rate. Control is being performed.

しかしながら、このような供給流量の制御では、この供給流量が少ない（即ち、計測値が小さい）ほど計測誤差が生じやすく、燃料ガスの供給目標値（ＳＶ）と質量流量計の検知値（ＰＶ）との乖離が生じたり、その時間的な変動も大きくなるおそれがある。供給目標値（ＳＶ）と検知値（ＰＶ）との乖離が生じて燃料ガスの供給流量の制御が安定しない場合、改質器及び燃料電池セルスタックに供給される燃料ガスのＳ／Ｃ比（スチーム／カーボンの比）が安定せず、このＳ／Ｃ比が許容レベルを超えると、改質器においては炭素析出が生じて閉塞が生じたり、燃料電池セルスタックにおいてはセル破損に至るおそれがある。そのために、このような乖離が生じたときには、燃料ガスの供給に異常が生じたとしてエラーを発するとともに、システムの運転を停止させていた。   However, in such a control of the supply flow rate, the smaller the supply flow rate (ie, the smaller the measured value), the more likely a measurement error occurs, and the target supply value (SV) of the fuel gas and the detection value (PV) of the mass flow meter There is a possibility that a deviation from the above may occur, and a temporal variation thereof may increase. When the difference between the supply target value (SV) and the detection value (PV) occurs and the control of the fuel gas supply flow rate is not stable, the S / C ratio of the fuel gas supplied to the reformer and the fuel cell stack ( If the S / C ratio exceeds the allowable level, the carbon deposition may occur in the reformer and blockage may occur, or the fuel cell stack may be damaged. is there. Therefore, when such a deviation occurs, an error is generated assuming that an abnormality has occurred in the supply of the fuel gas, and the operation of the system is stopped.

本発明の目的は、燃料ガスの供給流量の少ない発電運転中において、この乖離が生じたときに省エネ性を維持しながら供給流量の安定化を図ることができる燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of stabilizing a supply flow rate while maintaining energy saving when such deviation occurs during a power generation operation in which a supply flow rate of a fuel gas is small. .

また、本発明の他の目的は、貯湯装置における貯湯状態に応じた効率的な発電を行うことができる燃料電池システムを提供することである。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of performing efficient power generation in accordance with a hot water storage state in a hot water storage device.

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を供給するための水供給手段と、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックからの排気ガスを排出するための排気ガス排出流路と、排気ガスの熱を温水として回収するための貯湯装置と、前記燃料電池セルスタックの発電電力の一部を熱として回収するためのヒータ手段と、前記燃料ガス供給手段及び前記水供給手段を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段は、電力負荷に追従して前記燃料電池セルスタックの発電電力が変動するように前記燃料ガス供給手段及び前記水供給手段を制御する燃料電池システムであって、
前記制御手段は、発電効率優先モードと総合効率優先モードとの運転を切り換えるための運転モード切換手段を含み、
前記運転モード切換手段により前記発電効率優先モードを設定したときには、前記燃料電池セルスタックの発電出力が第１設定出力と定格出力との間の発電効率優先第１発電範囲では前記燃料電池セルスタックの前記発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量が増加し、前記燃料電池セルスタックの前記発電出力が前記第１設定出力以下である発電効率優先第２発電範囲では燃料ガスの供給流量を一定に保持した状態で前記燃料電池セルスタックの発電出力が低下するように制御し、
また、前記運転モード切換手段により前記総合効率優先モードを設定したときには、前記燃料電池セルスタックの前記発電出力が第２設定出力と前記定格出力との間の総合効率優先第１発電範囲では前記燃料電池セルスタックの前記発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量を増加させ、前記燃料電池セルスタックの前記発電出力が前記第２設定出力以下である総合効率優先第２発電範囲では前記燃料電池セルスタックの前記発電出力を一定に保持するとともに前記燃料電池セルスタックの前記発電出力の一部を前記ヒータ手段に通電して熱として回収して前記貯湯装置で温水として蓄熱するように制御し、
前記総合効率優先モードにおける前記第２設定出力は、前記発電効率優先モードにおける前記第１設定出力よりも大きくなるように設定されているとともに、前記第１設定出力における総合効率は、前記総合効率優先モードの方が前記発電効率優先モードよりも大きいことを特徴とする。 A fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a fuel gas supply unit for supplying a fuel gas, a water supply unit for supplying water for reforming, and a reforming unit for steam reforming the fuel gas. A fuel cell stack for generating electricity by oxidizing and reducing the reformed fuel gas and oxidant reformed by the reformer, and exhaust gas for discharging exhaust gas from the fuel cell stack. A gas discharge channel, a hot water storage device for recovering heat of exhaust gas as hot water, a heater device for recovering a part of the power generated by the fuel cell stack as heat, the fuel gas supply device and the fuel gas supply device. Control means for controlling the water supply means, wherein the control means controls the fuel gas supply means and the water supply means so that the generated power of the fuel cell stack varies according to the power load. A Gosuru fuel cell system,
The control means includes an operation mode switching means for switching operation between a power generation efficiency priority mode and an overall efficiency priority mode,
When the power generation efficiency priority mode is set by the operation mode switching means, the power generation output of the fuel cell stack is in the power generation efficiency priority first power generation range between the first set output and the rated output. The supply flow rate of the fuel gas increases as the power generation output increases, and the fuel gas supply flow rate is kept constant in the power generation efficiency priority second power generation range in which the power generation output of the fuel cell stack is equal to or less than the first set output. In such a state, the power generation output of the fuel cell stack is controlled to decrease,
Further, when the overall efficiency priority mode is set by the operation mode switching means, the fuel output of the fuel cell stack is in the overall efficiency priority first power generation range between the second set output and the rated output. The fuel cell supply flow rate is increased in accordance with the increase in the power generation output of the battery cell stack, and the fuel cell in the overall efficiency priority second power generation range in which the power generation output of the fuel cell stack is equal to or less than the second set output. While maintaining the power generation output of the stack constant, a part of the power generation output of the fuel cell stack is supplied to the heater means to recover as heat, and to store heat as hot water in the hot water storage device,
The second setting output in the overall efficiency priority mode is set to be larger than the first setting output in the power generation efficiency priority mode, and the overall efficiency in the first setting output is the total efficiency priority. The mode is larger than the power generation efficiency priority mode.

また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムでは、前記燃料ガス供給手段に関連して、前記改質器に供給される燃料ガスの流量又は圧力を検知するための燃料ガス流量検知手段又は燃料ガス圧力検知手段が設けられ、前記制御手段は、燃料ガスの供給流量又は供給圧力に関する乖離を演算する乖離演算手段を含み、前記発電効率優先モードの運転における前記第２設定出力以下の発電範囲において、前記乖離演算手段は前記燃料電池セルスタックの発電出力に対応する供給目標値と前記燃料ガス流量検知手段又は前記燃料ガス圧力検知手段の供給検知値との乖離値を演算し、前記乖離演算手段による乖離値に基づいてその乖離の程度が大きくなると、前記運転モード切換手段は、前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする。   Further, in the fuel cell system according to claim 2 of the present invention, in association with the fuel gas supply means, a fuel gas flow rate detection means for detecting a flow rate or a pressure of the fuel gas supplied to the reformer. Alternatively, fuel gas pressure detection means is provided, and the control means includes a deviation calculation means for calculating a deviation relating to a supply flow rate or a supply pressure of the fuel gas, and the power generation of the second set output or less in the operation in the power generation efficiency priority mode. In the range, the divergence calculation means calculates a divergence value between a supply target value corresponding to the power generation output of the fuel cell stack and a supply detection value of the fuel gas flow rate detection means or the fuel gas pressure detection means, and calculates the divergence. When the degree of the divergence increases based on the divergence value calculated by the calculating means, the operation mode switching means switches the power generation efficiency priority mode from the comprehensive efficiency priority mode to the Wherein the switch to rolling.

また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムでは、前記貯湯装置に関連して、前記貯湯装置における蓄熱状態を検知するための蓄熱指数検知手段が設けられ、前記制御手段は、前記蓄熱指数検知手段の検知信号に基づいて蓄熱指数を演算する蓄熱指数演算手段と、前記蓄熱指数演算手段により演算された蓄熱指数値に基づいて前記貯湯装置での蓄熱状態を判定する蓄熱状態判定手段とを含み、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足と判定すると、前記運転モード切換手段は前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換え、また前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰と判定すると、前記運転モード切換手段は前記総合効率優先モードから前記発電効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする。   Further, in the fuel cell system according to claim 3 of the present invention, a heat storage index detecting means for detecting a heat storage state in the hot water storage apparatus is provided in association with the hot water storage apparatus, and the control means includes: Heat storage index calculating means for calculating a heat storage index based on the detection signal of the index detecting means; and heat storage state determining means for determining a heat storage state in the hot water storage device based on the heat storage index value calculated by the heat storage index calculating means. When the heat storage state determination unit determines that the heat storage is insufficient, the operation mode switching unit switches from the power generation efficiency priority mode to the operation of the overall efficiency priority mode, and when the heat storage state determination unit determines that there is excess heat storage, The operation mode switching means switches the operation from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode.

また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムでは、前記発電効率優先モードの運転においては、前記蓄熱指数演算手段により演算された前記蓄熱指数に基づいて前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足と判定すると、前記運転モード切換手段は前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換え、また前記総合効率優先モードの運転においては、前記蓄熱指数演算手段により演算された前記蓄熱指数に基づいて前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰と判定すると、前記運転モード切換手段は前記総合効率優先モードから前記発電効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする。   Further, in the fuel cell system according to the fourth aspect of the present invention, in the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage state determination unit determines that the heat storage state is insufficient based on the heat storage index calculated by the heat storage index calculation unit. If the heat storage state determination means determines that the heat storage is insufficient, the operation mode switching means switches the operation from the power generation efficiency priority mode to the operation in the overall efficiency priority mode, In operation, based on the heat storage index calculated by the heat storage index calculation means, the heat storage state determination means determines whether a heat storage surplus has occurred, and when the heat storage state determination means determines that the heat storage surplus, The operation mode switching means switches the operation from the overall efficiency priority mode to the operation in the power generation efficiency priority mode.

また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムでは、前記制御手段は、所定運転期間における最大蓄熱指数を抽出する最大蓄熱指数抽出手段を含み、前記発電効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は、前記最大蓄熱指数抽出手段により抽出された前記最大蓄熱指数に基づいて設定される熱不足指数値を用いて蓄熱不足が発生しているかの判定を行い、また前記総合効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は、前記最大蓄熱指数に基づいて設定される熱余剰指数値を用いて蓄熱余剰が発生しているかの判定を行うことを特徴とする。   Further, in the fuel cell system according to claim 5 of the present invention, the control means includes a maximum heat storage index extraction means for extracting a maximum heat storage index during a predetermined operation period, and in the operation in the power generation efficiency priority mode, The heat storage state determination means determines whether or not heat storage deficiency has occurred using a heat deficiency index value set based on the maximum heat storage index extracted by the maximum heat storage index extraction means. In the mode operation, the heat storage state determining means determines whether or not a heat storage surplus has occurred by using a heat surplus index value set based on the maximum heat storage index.

更に、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムでは、前記貯湯装置は、温水を貯湯する貯湯タンクと、前記排気ガス排出流路に配設された熱回収用熱交換器を通して前記貯湯タンクの温水を循環する貯湯水循環流路とを備え、前記貯湯タンクの底部又は前記貯湯水循環流路における前記熱回収用熱交換器よりも上流側の部位に、貯湯水の温度を検知する温度検知手段が設けられ、更に、前記制御手段は、前記貯湯装置での蓄熱状態を判定する蓄熱状態判定手段を含んでおり、前記発電効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は前記温度検知手段の検知温度に基づいて熱不足が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足と判定すると、前記運転モード切換手段は前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換え、前記総合効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は前記温度検知手段の検知温度に基づいて熱余剰が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰と判定すると、前記運転モード切換手段は前記総合効率優先モードから前記発電効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする。   Furthermore, in the fuel cell system according to claim 6 of the present invention, the hot water storage device is configured to store the hot water through a hot water storage tank and a heat recovery heat exchanger disposed in the exhaust gas discharge passage. A hot water circulation path for circulating hot water, and a temperature detecting means for detecting a temperature of the hot water at a bottom of the hot water storage tank or at a portion of the hot water circulation path upstream of the heat recovery heat exchanger. Is provided, and the control means includes a heat storage state determining means for determining a heat storage state in the hot water storage device. In the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage state determining means includes the temperature detecting means. It is determined whether or not a heat shortage has occurred based on the detected temperature of the above.If the heat storage state determination means determines that the heat storage is insufficient, the operation mode switching means switches the power generation efficiency priority mode from the power generation efficiency priority mode. The operation is switched to the rate priority mode, and in the operation in the overall efficiency priority mode, the heat storage state determination unit determines whether or not a heat surplus has occurred based on the temperature detected by the temperature detection unit, and determines the heat storage state. When the means determines that the heat storage is excessive, the operation mode switching means switches the operation from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode.

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムによれば、システムを制御する制御手段は運転モード切換手段を含み、この運転モード切換手段により発電効率優先モードと総合効率優先モードの運転に切り換えることができる。発電効率優先モードの運転においては、発電効率優先第１発電範囲では燃料電池セルスタックの発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量が増加し、発電効率優先第２発電範囲では燃料ガスの供給流量を一定に保持した状態で燃料電池セルスタックの発電出力が低下するように制御されるので、燃料電池セルスタックの発電効率を高めた運転を行うことができる。また、総合効率優先モードの運転においては、総合効率優先第１発電範囲では燃料電池セルスタックの発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量を増加させ、総合効率優先第２発電範囲では燃料電池セルスタックの発電出力を一定に保持するとともに燃料電池セルスタックの発電出力の一部（即ち、余剰発電電力）をヒータ手段に通電して熱として回収して温水として蓄熱するので、燃料ガスの供給状態を安定させながら燃料電池システムの総合効率を高めた運転をすることができる。   According to the fuel cell system of the first aspect of the present invention, the control means for controlling the system includes the operation mode switching means, and the operation mode switching means switches the operation between the power generation efficiency priority mode and the overall efficiency priority mode. Can be. In the operation in the power generation efficiency priority mode, the supply flow rate of the fuel gas increases with an increase in the power generation output of the fuel cell stack in the power generation efficiency priority first power generation range, and the fuel gas supply flow rate in the power generation efficiency priority second power generation range. Is controlled so that the power generation output of the fuel cell stack is reduced while maintaining a constant value, so that the operation with increased power generation efficiency of the fuel cell stack can be performed. In the operation in the overall efficiency priority mode, the supply flow rate of the fuel gas is increased in accordance with the increase in the power generation output of the fuel cell stack in the overall efficiency priority first power generation range, and the fuel cell is increased in the overall efficiency priority second power generation range. Since the power generation output of the fuel cell stack is kept constant and a part of the power generation output of the fuel cell stack (ie, surplus power generation) is supplied to the heater means to recover heat and store it as hot water, the fuel gas supply state The operation can be performed with the overall efficiency of the fuel cell system enhanced while stabilizing the fuel cell system.

また、総合効率優先モードにおける第２設定出力は、発電効率優先モードにおける第１設定出力よりも大きくなるように設定されているので、燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給が少なくて不安定になるときには、発電効率優先モードから総合効率優先モードの運転に切り換えることによって、システムの総合効率を維持しながら燃料ガスの供給を安定させることができる。また、第１設定出力における総合効率は、総合効率優先モードの方が発電効率優先モードよりも大きいので、貯湯装置の蓄熱状態が熱不足のときには、発電効率優先モードから総合効率優先モードの運転に切り換えることによって、この熱不足を解消することができ、またその蓄熱状態が熱余剰のときには、総合効率優先モードから発電効率優先モードに切り換えることによって、この熱余剰を解消することができる。   Further, since the second set output in the total efficiency priority mode is set to be larger than the first set output in the power generation efficiency priority mode, the supply of the fuel gas from the fuel gas supply means is small and unstable. At this time, by switching the operation from the power generation efficiency priority mode to the total efficiency priority mode, the supply of the fuel gas can be stabilized while maintaining the overall efficiency of the system. Further, since the overall efficiency in the first set output is higher in the overall efficiency priority mode than in the power generation efficiency priority mode, when the heat storage state of the hot water storage device is insufficient, the operation is switched from the power generation efficiency priority mode to the overall efficiency priority mode. By switching, this heat shortage can be eliminated, and when the heat storage state is a surplus heat, the excess heat can be eliminated by switching from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode.

また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムによれば、改質器に供給される燃料ガスの供給流量（又は供給圧力）を検知するための燃料ガス流量検知手段（又は燃料ガス圧力検知手段）が設けられ、発電効率優先モードの運転における第２設定出力以下の発電範囲において、燃料電池セルスタックの発電出力に対応する供給目標値と燃料ガス流量検知手段（又は燃料ガス圧力検知手段）の供給検知値との乖離の程度が大きくなると、発電効率優先モードから総合効率優先モードの運転に切り換えられるので、システムの総合効率を維持しながら燃料ガスの供給を安定させることができる。   Further, according to the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the fuel gas flow rate detecting means (or the fuel gas pressure) for detecting the supply flow rate (or the supply pressure) of the fuel gas supplied to the reformer. And a supply target value corresponding to the power generation output of the fuel cell stack and fuel gas flow rate detection means (or fuel gas pressure detection means) in a power generation range equal to or less than the second set output in the operation in the power generation efficiency priority mode. If the degree of deviation from the supply detection value in (2) becomes large, the operation is switched from the power generation efficiency priority mode to the comprehensive efficiency priority mode, so that the supply of fuel gas can be stabilized while maintaining the overall efficiency of the system.

また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムによれば、貯湯装置における蓄熱状態を検知するための蓄熱指数検知手段が設けられ、この蓄熱指数検知手段の検知信号に基づく蓄熱指数を用いて蓄熱状態判定手段が蓄熱不足と判定すると、発電効率優先モードから総合効率優先モードの運転に切り換えられるので、貯湯装置における蓄熱不足を解消することができる。また、この蓄熱指数を用いて蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰と判定すると、総合効率優先モードから発電効率優先モードの運転に切り換えられるので、貯湯装置における蓄熱余剰を解消することができる。   According to the fuel cell system of the third aspect of the present invention, a heat storage index detecting means for detecting a heat storage state in the hot water storage device is provided, and a heat storage index based on a detection signal of the heat storage index detecting means is used. When the heat storage state determining means determines that the heat storage is insufficient, the operation is switched from the power generation efficiency priority mode to the overall efficiency priority mode, so that the shortage of heat storage in the hot water storage device can be resolved. Further, when the heat storage state determining means determines that the heat storage is excessive using the heat storage index, the operation is switched from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode, so that the excess heat storage in the hot water storage device can be eliminated.

また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムによれば、発電効率優先モードの運転においては、蓄熱状態判定手段が蓄熱不足を生じているかの判定を行い、また総合効率優先モードの運転においては、蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰を生じているかの判定を行うので、比較的簡単な制御でもって蓄熱不足、蓄熱余剰の解消を図ることができる。   According to the fuel cell system of the fourth aspect of the present invention, in the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage state determination unit determines whether or not the heat storage is insufficient, and operates in the comprehensive efficiency priority mode. In the above, since the heat storage state determination means determines whether or not the heat storage surplus has occurred, the heat storage shortage and the heat storage surplus can be eliminated by relatively simple control.

また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムによれば、発電効率優先モードの運転においては、蓄熱状態判定手段は、最大蓄熱指数に基づいて設定される熱不足指数値を用いて蓄熱不足が発生しているかの判定を行うので、蓄熱不足状態の発生を比較的簡単に且つ正確に判定することができる。また、総合効率優先モードの運転においては、蓄熱状態判定手段は、最大蓄熱指数に基づいて設定される熱余剰指数値を用いて蓄熱余剰が発生しているかの判定を行うので、蓄熱余剰状態の発生を比較的簡単に且つ正確に判定することができる。   According to the fuel cell system described in claim 5 of the present invention, in the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage state determining means uses the heat deficiency index value set based on the maximum heat storage index. Since it is determined whether a shortage has occurred, it is possible to relatively easily and accurately determine the occurrence of the heat storage shortage state. In addition, in the operation in the overall efficiency priority mode, the heat storage state determination unit determines whether or not the heat storage surplus has occurred by using the heat surplus index value set based on the maximum heat storage index. The occurrence can be determined relatively easily and accurately.

更に、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムによれば、貯湯装置における貯湯タンクの底部（又は貯湯水循環流路の熱回収用熱交換器よりも上流側の部位）に温度検知手段が設けられ、蓄熱状態判定手段は、この温度検知手段の検知温度に基づいて熱余剰が発生しているか、また熱不足が発生しているかの判定を行うので、簡単な構成でもって蓄熱余剰及び蓄熱不足の判定を行うことができる。   Further, according to the fuel cell system according to claim 6 of the present invention, the temperature detecting means is provided at the bottom of the hot water storage tank in the hot water storage device (or at a location on the upstream side of the heat recovery heat exchanger in the hot water circulation path). The heat storage state determining means is provided to determine whether a heat surplus has occurred or a heat shortage has occurred based on the temperature detected by the temperature detecting means. The shortage can be determined.

本発明に従う燃料電池システムの第１の実施形態を簡略的に示す全体図。FIG. 1 is an overall view schematically showing a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１の固体酸化物形燃料電池システムにおける制御系を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a control system in the solid oxide fuel cell system of FIG. 発電効率優先モードにおける燃料電池セルスタックの発電出力と燃料ガス流量及び燃料利用率との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the power generation output of the fuel cell stack in the power generation efficiency priority mode, the fuel gas flow rate, and the fuel utilization. 発電効率優先モードにおける燃料電池セルスタックのＡＣ発電出力と燃料電池セルスタックの発電端出力及びＤＣ／ＡＣ変換損失との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the AC power generation output of the fuel cell stack in the power generation efficiency priority mode, the power generation end output of the fuel cell stack, and the DC / AC conversion loss. 発電効率優先モードにおける燃料電池セルスタックのＡＣ発電出力と総合効率、送電端効率及び排熱回収効率との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the AC power generation output of the fuel cell stack in power generation efficiency priority mode, total efficiency, power transmission end efficiency, and waste heat recovery efficiency. 総合効率優先モードにおける燃料電池セルスタックの発電出力と燃料ガス流量及び燃料利用率との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the electric power generation output of the fuel cell stack, the fuel gas flow rate, and the fuel utilization rate in the comprehensive efficiency priority mode. 総合効率優先モードにおける燃料電池セルスタックのＡＣ発電出力と燃料電池セルスタックの発電端出力及びＤＣ／ＡＣ変換損失との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the AC power generation output of the fuel cell stack, the power generation end output of the fuel cell stack, and the DC / AC conversion loss in the total efficiency priority mode. 総合効率優先モードにおける燃料電池セルスタックのＡＣ発電出力と総合効率、送電端効率及び排熱回収効率との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the AC power generation output of a fuel cell stack in total efficiency priority mode, total efficiency, power transmission end efficiency, and waste heat recovery efficiency. 図２の制御系による燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャート。3 is a flowchart showing the flow of control of the fuel cell system by the control system of FIG. 本発明に従う燃料電池システムの第２の実施形態を簡略的に示す全体図。FIG. 2 is an overall view schematically showing a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention. 図１０に示す燃料電池システムの制御系を簡略的に示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram schematically showing a control system of the fuel cell system shown in FIG. 10. 図１１の制御系による燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャート。12 is a flowchart showing the flow of control of the fuel cell system by the control system of FIG. 本発明に従う燃料電池システムの第３の実施形態の制御系を簡略的に示すブロック図。FIG. 9 is a block diagram schematically showing a control system of a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention. 図１３の制御系による燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャート。14 is a flowchart showing the flow of control of the fuel cell system by the control system of FIG. 本発明に従う燃料電池システムの第４の実施形態における発電効率優先モードの制御の流れを示すフローチャート。9 is a flowchart showing a flow of control in a power generation efficiency priority mode in a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. 燃料電池システムの第４の実施形態における総合効率優先モードの制御の流れを示すフローチャート。13 is a flowchart showing a flow of control in an overall efficiency priority mode in a fourth embodiment of the fuel cell system.

以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システムの各種の実施形態について説明する。まず、図１〜図９を参照して、第１の実施形態の燃料電池システムについて説明する。   Hereinafter, various embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, a fuel cell system according to a first embodiment will be described with reference to FIGS.

図１において、図示の燃料電池システム２は、燃料ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガスなど）を消費して発電を行うものであり、燃料ガスを改質するための改質器４と、改質器４にて改質された燃料ガス（改質燃料ガス）及び酸化材としての空気の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形の燃料電池セルスタック６と、を備えている。   In FIG. 1, a fuel cell system 2 shown in FIG. 1 generates power by consuming fuel gas (for example, city gas, LP gas, etc.), and includes a reformer 4 for reforming the fuel gas and a reformer 4. A solid oxide fuel cell stack 6 that generates power by oxidizing and reducing fuel gas (reformed fuel gas) reformed by the reformer 4 and air as an oxidant.

燃料電池セルスタック６は、例えば、電気化学反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形の燃料電池セルを集電部材を介して積層して構成されており、図示していないが、酸素イオンを伝導する固体電解質と、この固体電解質の片側に設けられた燃料極と、固体電解質の他側に設けられた酸素極（空気極）とを備え、固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。   The fuel cell stack 6 is configured by stacking a plurality of solid oxide fuel cells for generating power by an electrochemical reaction via a current collecting member, for example. It comprises a solid electrolyte that conducts ions, a fuel electrode provided on one side of the solid electrolyte, and an oxygen electrode (air electrode) provided on the other side of the solid electrolyte. For example, zirconia doped with yttria is used as the solid electrolyte. Used.

燃料電池セルスタック６の燃料極の導入側は、改質燃料ガス送給流路８を介して改質器４に接続され、この改質器４は、ガス・水蒸気送給流路１０を介して気化器１２に接続されている。気化器１２は、燃料ガス供給流路１４を介して燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源１６（例えば、埋設管や貯蔵タンクなど）に接続されている。また、この気化器１２は、水供給流路１８を介して改質水タンク２０に接続されている。   The fuel electrode introduction side of the fuel cell stack 6 is connected to the reformer 4 via a reformed fuel gas supply channel 8, and the reformer 4 is connected via a gas / steam supply channel 10. Connected to the vaporizer 12. The vaporizer 12 is connected to a fuel gas supply source 16 (for example, a buried pipe or a storage tank) for supplying a fuel gas via a fuel gas supply channel 14. The vaporizer 12 is connected to a reforming water tank 20 via a water supply channel 18.

改質器４には改質触媒が収容され、改質触媒として例えばアルミナにルテニウムを担持させたものが用いられ、この改質触媒によって燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガスが水蒸気改質される。尚、この実施形態では、改質器４と気化器１２とを別体に構成しているが、これらを一体的に構成するようにしてもよい。また、この実施形態では、燃料ガス供給手段からの燃料ガスを気化器１２に送給しているが、この気化器１２に代えて、改質器４に直接的に送給するようにしてもよい。   The reformer 4 contains a reforming catalyst, and for example, a catalyst in which ruthenium is supported on alumina is used as the reforming catalyst. The fuel gas supplied through the fuel gas supply passage 14 by the reforming catalyst is subjected to steam reforming. Quality. In this embodiment, the reformer 4 and the vaporizer 12 are formed separately, but they may be formed integrally. Further, in this embodiment, the fuel gas from the fuel gas supply means is supplied to the vaporizer 12, but may be directly supplied to the reformer 4 instead of the vaporizer 12. Good.

燃料ガス供給流路１４には、脱硫器２２、バッファタンク２４、燃料ガスポンプ２６、燃料ガス流量センサ２８（燃料ガス流量検知手段を構成する）及び遮断弁３０が配設されている。脱硫器２２は、燃料ガスに含まれる硫黄成分（付臭剤中の硫黄成分）を除去し、バッファタンク２４では、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの圧力の変動が緩和され、またその流量の制御が安定化される。燃料ガスポンプ２６は、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの供給流量を制御し、燃料ガス供給源１６からの燃料ガスを気化器１２に送給する。また、燃料ガス流量センサ２８は、燃料ガス供給流路１４を通して送給される燃料ガスの流量を測定し、遮断弁３０は、閉状態になると燃料ガス供給流路１４を遮断して燃料ガスの供給を停止する。この実施形態では、燃料ガス供給源１６、燃料ガス供給流路１４及び燃料ガスポンプ２６が燃料ガス供給手段を構成し、燃料ガスポンプ２６の回転数が大きくなる（又は小さくなる）と、燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給流量が増大（又は減少）する。   In the fuel gas supply passage 14, a desulfurizer 22, a buffer tank 24, a fuel gas pump 26, a fuel gas flow sensor 28 (constituting fuel gas flow detecting means), and a shutoff valve 30 are provided. The desulfurizer 22 removes a sulfur component (sulfur component in the odorant) contained in the fuel gas, and in the buffer tank 24, the fluctuation of the pressure of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage 14 is reduced, and The control of the flow rate is stabilized. The fuel gas pump 26 controls the supply flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas supply flow path 14 and supplies the fuel gas from the fuel gas supply source 16 to the carburetor 12. Further, the fuel gas flow rate sensor 28 measures the flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path 14, and the shutoff valve 30 shuts off the fuel gas supply flow path 14 when closed to Stop supply. In this embodiment, the fuel gas supply source 16, the fuel gas supply passage 14, and the fuel gas pump 26 constitute a fuel gas supply unit. When the rotation speed of the fuel gas pump 26 increases (or decreases), the fuel gas supply unit The supply flow rate of the fuel gas from the fuel cell increases (or decreases).

更に、水供給流路１８には水ポンプ３２が配設され、この水ポンプ３２の作用によって、改質水タンク２０内の水（回収水）が水供給流路１８を通して気化器１２に供給される。この実施形態では、改質水タンク２０、水供給流路１８及び水ポンプ３２が水供給手段を構成し、水ポンプ３２の回転数が大きくなる（又は小さくなる）と、水供給手段からの改質用水の供給流量が増大（又は減少）する。   Further, a water pump 32 is provided in the water supply channel 18, and the water (recovered water) in the reforming water tank 20 is supplied to the vaporizer 12 through the water supply channel 18 by the operation of the water pump 32. You. In this embodiment, the reforming water tank 20, the water supply flow path 18, and the water pump 32 constitute a water supply means. When the rotation speed of the water pump 32 increases (or decreases), the water supply means is changed. The supply flow rate of the quality water increases (or decreases).

この燃料電池セルスタック６の酸素極（空気極）の導入側は、空気供給流路３４を介して送風手段としての送風ブロア３６に接続され、この空気供給流路３４に空気流量センサ３８が配設されている。送風ブロア３６は、酸化材としての空気を空気供給流路３４を通して燃料電池セルスタック６の空気極側に供給し、空気流量センサ３８は、空気供給流路３４を流れる空気の流量を計測する。尚、この実施形態では、送風ブロア３６及び空気供給流路３４が発電用の空気を供給するための空気供給手段（酸化材供給手段）を構成し、送風ブロア３６の回転数が大きくなる（又は小さくなる）と、空気供給手段からの改質用水の供給流量が増大（又は減少）する。   The introduction side of the oxygen electrode (air electrode) of the fuel cell stack 6 is connected to a blower blower 36 as a blowing means via an air supply passage 34, and an air flow sensor 38 is arranged in the air supply passage 34. Has been established. The blower blower 36 supplies air as an oxidant to the air electrode side of the fuel cell stack 6 through the air supply passage 34, and the air flow sensor 38 measures the flow rate of air flowing through the air supply passage 34. In this embodiment, the blower blower 36 and the air supply passage 34 constitute air supply means (oxidant supply means) for supplying air for power generation, and the rotation speed of the blower blower 36 increases (or When it becomes smaller, the supply flow rate of the reforming water from the air supply means increases (or decreases).

燃料電池セルスタック６の燃料極及び空気極の排出側には燃焼域４０が設けられ、燃料電池セルスタック６の燃料極側から排出される反応燃料ガス（余剰の燃料ガスを含んでいる）と空気極側から排出される空気（酸素を含んでいる）とがこの燃焼域４０にて燃焼され、この燃料ガスの燃焼熱を利用して気化器１２及び改質器４が加熱される。排気ガス（燃焼排気ガス）は排気ガス排出流路４２を通して大気に排出され、この排気ガスを利用して空気供給流路３４を通して燃料電池セルスタック６の空気極側に供給される空気を加温するようにしてもよい。   A combustion area 40 is provided on the fuel cell stack 6 on the discharge side of the fuel electrode and the air electrode, and reacts with the reactive fuel gas (including excess fuel gas) discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 6. Air (containing oxygen) discharged from the air electrode side is burned in the combustion zone 40, and the vaporizer 12 and the reformer 4 are heated by using the combustion heat of the fuel gas. The exhaust gas (combustion exhaust gas) is exhausted to the atmosphere through an exhaust gas exhaust passage 42, and the air supplied to the air electrode side of the fuel cell stack 6 through the air supply passage 34 is heated by using the exhaust gas. You may make it.

この実施形態では、排気ガスの熱が温水として貯えられるように貯湯装置４４が設けられているとともに、排気ガスに含まれる水分を回収して改質水と利用するように凝縮水回収手段４６が設けられている。更に説明すると、排気ガス排出流路４０には熱回収用熱交換器４８が配設され、この熱回収用熱交換器４８に関連して貯湯装置４４及び凝縮水回収手段４６が設けられている。   In this embodiment, the hot water storage device 44 is provided so that the heat of the exhaust gas is stored as hot water, and the condensed water recovery means 46 is configured to recover the moisture contained in the exhaust gas and use the recovered water as reformed water. Is provided. More specifically, a heat recovery heat exchanger 48 is provided in the exhaust gas discharge passage 40, and a hot water storage device 44 and condensed water recovery means 46 are provided in connection with the heat recovery heat exchanger 48. .

図示の貯湯装置４４は、温水を貯める貯湯タンク５０と、貯湯タンク５０の貯湯水（温度が低いと水であるが、温度が高くなると温水となる）を熱回収用熱交換器４８を通して循環させるための貯湯水循環流路５２とを備え、この貯湯水循環流路５２には、貯湯タンク５０内の貯湯水を貯湯水循環流路５２を通して循環させる貯湯水循環ポンプ５４が配設されている。   The illustrated hot water storage device 44 circulates a hot water storage tank 50 for storing hot water and hot water stored in the hot water storage tank 50 (water when the temperature is low, but becomes hot water when the temperature is high) through the heat recovery heat exchanger 48. And a hot water circulation pump 54 that circulates the hot water in the hot water storage tank 50 through the hot water circulation channel 52 is provided in the hot water circulation channel 52.

また、図示の凝縮水回収手段４６は、熱回収用熱交換器４８から改質水タンク２０に延びる凝縮水回収流路５６を備え、この凝縮水回収流路５６に水精製器５８が配設されている。このように構成されているので、熱回収用熱交換器４８による熱交換により排気ガスが冷やされ、これによって、排気ガスに含まれた水分が凝縮されて回収され、回収された凝縮水は水精製器５８により純水に精製された後に改質水タンク２０に貯えられる。   The illustrated condensed water recovery means 46 includes a condensed water recovery flow path 56 extending from the heat recovery heat exchanger 48 to the reformed water tank 20, and a water purifier 58 is disposed in the condensed water recovery flow path 56. Have been. With this configuration, the exhaust gas is cooled by the heat exchange by the heat recovery heat exchanger 48, whereby the moisture contained in the exhaust gas is condensed and collected, and the collected condensed water is After being purified into pure water by the purifier 58, the purified water is stored in the reformed water tank 20.

次に、貯湯装置４４及びそれに関連する構成について更に説明すると、貯湯装置４４の貯湯水循環ポンプ５４は貯湯水循環流路５２の上流側部６０に配設され、この上流側部６０の一端側が貯湯タンク５０の底部に接続され、その他端側が熱回収用熱交換器４８の流入側に接続されている。また、貯湯水循環流路５０の下流側部６２の一端側は熱回収用熱交換器４８の流出側に接続され、その他端側が貯湯タンク５０の上部に接続されている。   Next, the hot water storage device 44 and a configuration related thereto will be further described. The hot water circulation pump 54 of the hot water storage device 44 is disposed on the upstream side portion 60 of the hot water circulation channel 52, and one end of the upstream side portion 60 is connected to the hot water storage tank. The other end is connected to the inflow side of the heat recovery heat exchanger 48. One end of the downstream side portion 62 of the hot water circulation path 50 is connected to the outflow side of the heat recovery heat exchanger 48, and the other end is connected to the upper part of the hot water storage tank 50.

この貯湯水循環流路５２の下流側部６２には、更に、貯湯タンク５０に送給する貯湯水（熱回収用熱交換器４８にて加温された温水）を加熱するためのヒータ手段６４が配設されている。ヒータ手段６４は、例えば電気加熱ヒータ６４から構成され、後述するように、燃料電池セルスタック６の発電電力のうちの余剰発電電力（発電電力から電力負荷などで消費される消費電力を除いた後の余剰の電力）を用いて作動される。このヒータ手段６４は、貯湯水循環流路５２の下流側部６２の適宜の部位に配設されるが、これに代えて、貯湯タンク５０内の上部に配設するようにしてもよい。   A heater unit 64 for heating hot water (hot water heated by the heat recovery heat exchanger 48) to be fed to the hot water storage tank 50 is further provided at the downstream side portion 62 of the hot water circulation path 52. It is arranged. The heater unit 64 includes, for example, an electric heater 64, and as described later, surplus generated power (excluding power consumed by a power load or the like from generated power) of the generated power of the fuel cell stack 6. Of surplus power). The heater means 64 is provided at an appropriate portion of the downstream side portion 62 of the hot water circulation path 52, but may be provided at an upper portion in the hot water storage tank 50 instead.

この貯湯装置４４では、更に、貯湯タンク５０の底部に水流入流路７０が接続され、この水流入流路７０は、水道管などの水供給源７２に接続され、水供給源７２からの水が水流入流路７０を通して貯湯タンク５０に補給される。また、貯湯タンク５０の上部には出湯流路７４が接続され、貯湯タンク５０内に貯えられた温水（貯湯水）が出湯流路７４を通して出湯される。また、燃料電池セルスタック６の発電出力端には、発電電力を検知するための発電端出力検知センサ７６（発電端出力検知手段を構成する）（図２参照）が配設され、この発電端出力検知センサ７６は、燃料電池セルスタック６の直流の発電出力をインバータ手段（図示せず）により交流に変換した後の発電出力（ＡＣ発電出力）、即ち発電端出力を検知する。   In the hot water storage device 44, a water inflow passage 70 is further connected to the bottom of the hot water storage tank 50, and the water inflow passage 70 is connected to a water supply source 72 such as a water pipe. The hot water storage tank 50 is supplied through the inlet channel 70. A hot water flow path 74 is connected to an upper portion of the hot water storage tank 50, and hot water (hot water) stored in the hot water storage tank 50 is discharged through the hot water flow path 74. At the power output end of the fuel cell stack 6, a power output end detection sensor 76 (constituting a power output end detection means) (see FIG. 2) for detecting the generated power is provided. The output detection sensor 76 detects a power generation output (AC power generation output) after converting the DC power generation output of the fuel cell stack 6 into AC by inverter means (not shown), that is, a power generation terminal output.

次に、この燃料電池システム２の発電運転について概説する。燃料ガス供給源１６からの燃料ガスは、燃料ガスポンプ２６の作用によって燃料ガス供給流路１４を通して流れ、脱硫器２２にて脱硫された後に気化器１２に送給される。また、気化器１２には、水ポンプ３２の作用によって改質水タンク２０からの水（純水）が水供給流路１８を通して供給され、気化器１２にて気化されて水蒸気となり、発生した水蒸気及び燃料ガスがガス・水蒸気送給流路１０を通して改質器４に送給される。   Next, the power generation operation of the fuel cell system 2 will be outlined. The fuel gas from the fuel gas supply source 16 flows through the fuel gas supply channel 14 by the action of the fuel gas pump 26, and is sent to the vaporizer 12 after being desulfurized by the desulfurizer 22. Further, the water (pure water) from the reforming water tank 20 is supplied to the vaporizer 12 through the water supply channel 18 by the operation of the water pump 32, and is vaporized by the vaporizer 12 to become steam, and the generated steam The fuel gas is supplied to the reformer 4 through the gas / steam supply passage 10.

改質器４においては、ガス・水蒸気送給流路１０を通して送給された水蒸気により燃料ガスが水蒸気改質され、水蒸気改質された改質燃料ガスが改質燃料ガス送給流路８を通して燃料電池セルスタック６の燃料極側に送給される。また、燃料電池セルスタック６の空気極側には、送風ブロア３６からの空気が空気供給流路３２を通して送給される。   In the reformer 4, the fuel gas is steam-reformed by steam supplied through the gas / steam supply passage 10, and the steam-reformed fuel gas is passed through the reformed fuel gas supply passage 8. The fuel is fed to the fuel electrode side of the fuel cell stack 6. Further, the air from the blower blower 36 is supplied to the air electrode side of the fuel cell stack 6 through the air supply passage 32.

燃料電池セルスタック６においては、燃料極側を流れる改質燃料ガス及び空気極側を流れる空気（空気中の酸素）の酸化及び還元によって発電が行われ、発電により得られた直流電力は、インバータ（図示せず）により交流電力に変換された後に、電力負荷（図示せず）に送給される。   In the fuel cell stack 6, power is generated by oxidizing and reducing reformed fuel gas flowing on the fuel electrode side and air (oxygen in the air) flowing on the air electrode side, and the DC power obtained by the power generation is converted into an inverter. After being converted into AC power by a (not shown), it is sent to a power load (not shown).

燃料電池セルスタック６の燃料極側から燃焼域４０に反応燃料ガス（余剰の燃料ガスを含んでいる）が排出されるともに、その空気極側から燃焼域４０に空気（酸素を含んでいる）が排出され、この燃焼域４０にて反応燃料ガスが燃焼され、燃焼域４０からの燃焼排気ガスが排気ガス排出流路４２を通して大気に排出される。   Reacted fuel gas (including surplus fuel gas) is discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 to the combustion region 40, and air (containing oxygen) enters the combustion region 40 from the air electrode side. Is discharged, and the reaction fuel gas is burned in the combustion zone 40, and the combustion exhaust gas from the combustion zone 40 is discharged to the atmosphere through an exhaust gas discharge passage 42.

排気ガス（燃焼排気ガス）が熱回収用熱交換器４８を流れる際に、貯湯装置４４の貯湯水循環流路５２を流れる貯湯水との間で熱交換が行われる。この熱交換により加温された貯湯水は、貯湯水循環流路５０の下流側部６２を通して貯湯タンク５０に貯湯され、ヒータ手段６４が作動するときはこのヒータ手段６４により更に加温された後に貯湯される。また、熱回収用熱交換器４６における熱交換により排気ガスに含まれる水分が凝縮され、この凝縮水が凝縮水回収流路５６を通り、水精製器５８により精製された後に改質水タンク２０に貯まる。   When the exhaust gas (combustion exhaust gas) flows through the heat recovery heat exchanger 48, heat exchange is performed between the exhaust gas and the stored hot water flowing through the stored hot water circulation channel 52 of the hot water storage device 44. The hot water heated by this heat exchange is stored in the hot water storage tank 50 through the downstream side portion 62 of the hot water circulation path 50, and when the heater means 64 operates, the hot water is further heated by the heater means 64 and then stored. Is done. Further, the water contained in the exhaust gas is condensed by the heat exchange in the heat recovery heat exchanger 46, and the condensed water passes through the condensed water recovery channel 56 and is purified by the water purifier 58. Accumulate.

この燃料電池システム２は、図２に示す制御系により運転制御され、燃料電池セルスタック６の発電効率を優先して発電運転する発電効率優先モードと燃料電池システム２の総合効率を優先して発電運転する総合効率優先モードとを切り換えて運転できるように構成されている。主として図２を参照して、この燃料電池システム２は、更に、システムを運転制御するためのコントローラ８０（制御手段を構成する）を備え、このコントローラ８０はマイクロプロセッサなどから構成される。   The operation of the fuel cell system 2 is controlled by the control system shown in FIG. 2. It is configured to be able to operate by switching between the overall efficiency priority mode to be operated. Referring mainly to FIG. 2, the fuel cell system 2 further includes a controller 80 (constituting control means) for controlling the operation of the system, and the controller 80 includes a microprocessor and the like.

図示の形態では、コントローラ８０は、発電出力演算手段８１、燃料ガス流量偏差演算手段８２（乖離演算手段を構成する）、運転モード切換手段８４、作動制御手段８６、運転タイマ８８、積算タイマ９０及びメモリ手段９２を備えている。発電出力演算手段８１は、発電端出力検知センサ７６の検知電力に基づいて燃料電池セルスタック６の発電出力を後述する如く演算する。この実施形態では、燃料ガスの供給目標値に対する乖離の程度をその偏差値を用いて行っている。即ち、乖離演算手段としての燃料ガス流量偏差演算手段は８２は、燃料電池セルスタック６の発電出力に対応する供給目標値（ＳＶ）と燃料ガス流量センサ２８（燃料ガス流量検知手段）の供給検知値（ＰＶ）との偏差〔（ＳＶ−ＰＶ）／ＳＶ〕を演算する。   In the illustrated embodiment, the controller 80 includes a power generation output calculation unit 81, a fuel gas flow deviation calculation unit 82 (constituting a deviation calculation unit), an operation mode switching unit 84, an operation control unit 86, an operation timer 88, an integration timer 90, A memory means 92 is provided. The power generation output calculation means 81 calculates the power generation output of the fuel cell stack 6 based on the detection power of the power generation end output detection sensor 76 as described later. In this embodiment, the degree of deviation from the fuel gas supply target value is determined using the deviation value. That is, the fuel gas flow deviation calculating means 82 as the deviation calculating means includes a supply target value (SV) corresponding to the power generation output of the fuel cell stack 6 and a supply detection of the fuel gas flow sensor 28 (fuel gas flow detecting means). The deviation [(SV-PV) / SV] from the value (PV) is calculated.

また、運転モード切換手段８４は、後述するように発電効率優先モードの運転においてこの乖離の程度が大きくなると発電効率優先モードから総合効率優先モードの運転に切り換える。作動制御手段８６は、発電効率優先モード及び総合効率優先モードの運転において燃料ガスポンプ２６、水ポンプ３２、送風ブロア３６、貯湯水循環ポンプ５４及びヒータ手段６４を所要の通りに作動制御する。更に、運転タイマ８８は、設定される所定時間を計時し、積算タイマ９０は、発電効率優先モードの運転において燃料ガスの供給流量の偏差が大きくなったときにその時間を積算する。 The operation mode switching means 84 switches the operation from the power generation efficiency priority mode to the comprehensive efficiency priority mode when the degree of the deviation increases in the operation in the power generation efficiency priority mode as described later. The operation control unit 86 controls the operation of the fuel gas pump 26, the water pump 32, the blower blower 36, the hot water circulation pump 54, and the heater unit 64 as required in the operation in the power generation efficiency priority mode and the overall efficiency priority mode. Further, the operation timer 88 counts a set predetermined time, and the integration timer 90 integrates the time when the deviation of the supply flow rate of the fuel gas increases in the operation in the power generation efficiency priority mode .

また、メモリ手段９２には、システムの運転制御に用いる各種データ、即ち燃料ガスの供給流量に乖離が生じているかの基準となる所定流量偏差値（例えば、３〜５％程度に設定される）、燃料ガスの供給流量の乖離の程度が大きくなったかの基準となる所定積算値（例えば、１〜１０分程度に設定される）及び燃料ガスの供給流量に乖離が生じているかを判定するための基準となる所定運転時間（例えば、１〜３時間程度に設定される）が登録されている。更に、このメモリ手段９２には、システムを発電効率優先モードでもって運転するための発電効率優先モード運転マップ及び総合効率優先モードでもって運転するための総合効率優先モード運転マップが登録されている。   Further, the memory means 92 stores various data used for the operation control of the system, that is, a predetermined flow rate deviation value (for example, set to about 3 to 5%) as a reference as to whether or not a deviation occurs in the supply flow rate of the fuel gas. A predetermined integrated value (for example, set to about 1 to 10 minutes) as a reference as to whether the degree of deviation of the supply flow rate of the fuel gas has increased or not, and whether or not a deviation has occurred in the supply flow rate of the fuel gas. A predetermined operation time serving as a reference (for example, set to about 1 to 3 hours) is registered. Further, in the memory means 92, a power generation efficiency priority mode operation map for operating the system in the power generation efficiency priority mode and an overall efficiency priority mode operation map for operating the system in the overall efficiency priority mode are registered.

ここで、図３〜図６を参照して、発電効率優先モードの運転について説明する。発電効率優先モードの運転においては、燃料ガスの供給流量（供給流量を定格時の供給流量との比、即ち定格比で示している）は、燃料電池セルスタック６の発電出力（出力を定格比で示している）に対応して図３に実線で示すように制御され、第１設定出力を基準に、この第１設定出力から定格までの発電効率優先第１発電範囲においては、燃料電池セルスタック６の発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量も増加し、またこの第１設定出力以下である発電効率優先第２発電範囲においては、燃料ガスの供給流量が一定に保持され、このときの燃料利用率は、図３に破線で示すように、発電出力と燃料利用率とはほぼ比例関係となるように制御される。   Here, the operation in the power generation efficiency priority mode will be described with reference to FIGS. In the operation in the power generation efficiency priority mode, the supply flow rate of the fuel gas (the ratio of the supply flow rate to the supply flow rate at the rated time, that is, the rated ratio) indicates the power generation output of the fuel cell stack 6 (the output is the rated ratio). 3), and in the first power generation efficiency priority range from the first set output to the rated value based on the first set output, the fuel cell unit is controlled as shown by a solid line in FIG. The supply flow rate of the fuel gas also increases with an increase in the power generation output of the stack 6, and the fuel gas supply flow rate is kept constant in the power generation efficiency priority second power generation range that is equal to or lower than the first set output. Is controlled so that the power generation output and the fuel utilization ratio are substantially proportional to each other as shown by the broken line in FIG.

この第１設定出力は、定格出力の２０〜４０％の適宜の出力値、例えば２５％程度に設定することができ、この場合、定格出力が例えば７００Ｗ（燃料電池セルスタック６の発電出力：約７８０Ｗ）の燃料電池システムであると、この第１設定出力は例えば約１９５Ｗとなり、燃料電池セルスタックの発電出力が１９５〜７８０Ｗの範囲が発電効率優先第１発電範囲となり、この発電出力が１９５Ｗ以下である範囲が発電効率優先第２発電範囲となる。   The first set output can be set to an appropriate output value of 20 to 40% of the rated output, for example, about 25%. In this case, the rated output is, for example, 700 W (power output of the fuel cell stack 6: about 780 W), the first set output is, for example, about 195 W, and the power generation output of the fuel cell stack is in the range of 195 to 780 W as the power generation efficiency priority first power generation range, and the power generation output is 195 W or less. Is the power generation efficiency priority second power generation range.

この図３及び図４に示すデータは、発電効率優先モードの運転マップの一部となり、コントローラ８０のメモリ手段９２に登録される。尚、燃料ガスの供給流量をこのように変動させたときには、酸化材としての空気の供給流量及び改質用水の供給流量も所要の通りに制御される。   The data shown in FIGS. 3 and 4 becomes a part of the operation map in the power generation efficiency priority mode, and is registered in the memory means 92 of the controller 80. When the supply flow rate of the fuel gas is changed in this manner, the supply flow rate of the air as the oxidant and the supply flow rate of the reforming water are also controlled as required.

このような発電効率優先モードの運転においては、燃料電池システム２の発電出力（定格比）と燃料電池セルスタック６の発電出力とは、図４に実線で示す関係となり、燃料電池システムの発電出力（即ち、インバータ手段により直流電力から交流電力に変換する過程での損失や、各種ポンプ、ヒータなどの補機の消費電力を合算した全補機損失を差し引いた、ＡＣ発電出力）は、
ＡＣ発電出力＝（燃料電池セルスタックの発電出力）−（全変換損失）
となり、この明細書全体を通して、燃料電池セルスタック６からの直流電力の発電電力を「燃料電池セルスタックの発電出力」と表現し、燃料電池セルスタック６からの直流電力をインバータ手段により交流電力に変換し、補機損失を減じた後の送電端に供給される出力電力を「燃料電池システムの発電電力」と表現している。 In such an operation in the power generation efficiency priority mode, the power generation output (rated ratio) of the fuel cell system 2 and the power generation output of the fuel cell stack 6 have a relationship shown by a solid line in FIG. (That is, the AC power output, which is obtained by subtracting the loss in the process of converting DC power into AC power by the inverter means and the total auxiliary equipment loss obtained by summing the power consumption of auxiliary equipment such as various pumps and heaters)
AC power output = (power output of fuel cell stack)-(total conversion loss)
Throughout this specification, the generated power of the DC power from the fuel cell stack 6 is expressed as “power output of the fuel cell stack”, and the DC power from the fuel cell stack 6 is converted into AC power by the inverter means. The output power supplied to the power transmitting end after the conversion and the auxiliary equipment loss has been reduced is expressed as "power generated by the fuel cell system".

そして、この発電効率優先モードにおける総合効率（燃料電池システム２全体の効率）、送電端効率（燃料電池システム２の発電電力の効率）及び排熱回収効率（貯湯装置で排熱を温水として回収した効率）は、図５に示す通りとなり、この総合効率は、（送電端効率）＋（排熱回収効率）として定義される。   Then, in this power generation efficiency priority mode, the overall efficiency (the efficiency of the entire fuel cell system 2), the transmitting end efficiency (the efficiency of the generated power of the fuel cell system 2), and the waste heat recovery efficiency (the waste heat is recovered as hot water by the hot water storage device). Efficiency) is as shown in FIG. 5, and the overall efficiency is defined as (power transmission end efficiency) + (exhaust heat recovery efficiency).

この発電効率優先モードの運転においては、発電効率優先第１発電範囲（例えば、定格比で２５〜１００％の範囲）では燃料電池セルスタック６の発電出力は電力負荷に追従するように制御され、燃料ガスの供給流量もこの発電出力に対応して変動するように制御される一方、発電効率優先第２発電範囲（例えば、定格比で２５％以下の範囲）では燃料電池の発電出力は電力負荷に追従して変動するが、燃料ガスの供給流量は一定となるように制御される。尚、このときの余剰の燃料ガスは燃焼域４０で燃焼され、その燃焼熱でもって、燃料電池セルスタック６を作動温度に、気化器１２を気化温度に、また改質器４を改質温度に維持するために用いられる。   In the operation in the power generation efficiency priority mode, the power generation output of the fuel cell stack 6 is controlled to follow the power load in the power generation efficiency first power generation range (for example, in the range of 25 to 100% in the rated ratio), The supply flow rate of the fuel gas is also controlled so as to fluctuate in accordance with the power generation output. However, the supply flow rate of the fuel gas is controlled to be constant. The surplus fuel gas at this time is burned in the combustion zone 40, and the combustion heat causes the fuel cell stack 6 to the operating temperature, the vaporizer 12 to the vaporization temperature, and the reformer 4 to the reforming temperature. Used to maintain

次に、図６〜図８を参照して、総合効率優先モードの運転について説明する。総合効率優先モードの運転においては、燃料ガスの供給流量（供給流量を定格時の供給流量との比、即ち定格比で示している）は、燃料電池セルスタック６の発電出力（出力を定格比で示している）に対応して図６に実線で示すように制御され、第２設定出力を基準に、この第２設定出力から定格までの総合効率優先第１発電範囲においては、燃料電池セルスタック６の発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量も増加し、またこの第２設定出力以下である発電効率優先第２発電範囲においては、燃料ガスの供給流量が一定に保持され、このとき、燃料利用率は、図６に破線で示すように制御され、総合効率優先モードにおいても燃料電池セルスタック６の発電出力と燃料利用率とはほぼ比例関係になるように制御される。   Next, the operation in the overall efficiency priority mode will be described with reference to FIGS. In the operation in the overall efficiency priority mode, the supply flow rate of the fuel gas (the ratio of the supply flow rate to the supply flow rate at the rated time, that is, the rated ratio) is determined by the power output of the fuel cell stack 6 (the output is the rated ratio). In the first power generation range of the total efficiency priority from the second set output to the rating based on the second set output, the fuel cell unit is controlled as shown by a solid line in FIG. The supply flow rate of the fuel gas also increases with the increase in the power generation output of the stack 6, and in the power generation efficiency priority second power generation range that is equal to or lower than the second set output, the fuel gas supply flow rate is kept constant. The fuel utilization is controlled as shown by the broken line in FIG. 6, and the power generation output of the fuel cell stack 6 and the fuel utilization are controlled so as to be substantially proportional even in the overall efficiency priority mode.

この第２設定出力は、定格出力の４０〜７０％の適宜の出力値、例えば５０％程度に設定することができ、この場合、定格出力が例えば７００Ｗ（燃料電池セルスタック６の発電出力：約７８０Ｗ）の燃料電池システムであると、この第２設定出力は例えば約３９０Ｗとなり、燃料電池セルスタック６の発電出力が３９０〜７８０Ｗの範囲が発電効率優先第１発電範囲となり、この発電出力が３９０Ｗ以下である範囲が発電効率優先第２発電範囲となる。   The second set output can be set to an appropriate output value of 40 to 70% of the rated output, for example, about 50%. In this case, the rated output is, for example, 700 W (the power output of the fuel cell stack 6 is approximately 780 W), the second set output is, for example, about 390 W, and the range where the power output of the fuel cell stack 6 is 390 to 780 W is the power generation efficiency priority first power range, and the power output is 390 W The following range is the power generation efficiency priority second power generation range.

この図６に示すデータは、総合効率優先モードの運転マップの一部となり、コントローラ８０のメモリ手段９２に登録される。尚、燃料ガスの供給流量をこのように変動させたときには、酸化材としての空気の供給流量及び改質用水の供給流量も所要の通りに制御される。   The data shown in FIG. 6 becomes a part of the operation map in the overall efficiency priority mode, and is registered in the memory means 92 of the controller 80. When the supply flow rate of the fuel gas is changed in this manner, the supply flow rate of the air as the oxidant and the supply flow rate of the reforming water are also controlled as required.

このような総合効率優先モードの運転においては、燃料電池システム２の発電出力（定格比）と燃料電池セルスタック６の発電出力とは、図７に実線で示す関係となり、図７では、図４と同様に定格出力が７００Ｗである場合を示している。総合効率優先モードの運転においては、図７から理解される如く、総合効率優先第２発電範囲においては、燃料ガスの供給流量が一定に保持される故に、燃料電池セルスタック６は電力負荷よりも多く発電するようになり、この発電電力の一部、即ち余剰発電電力がヒータ手段６４で消費される。そして、このヒータ手段６４で消費した電力が熱として貯えられ、温水として貯湯タンク５０に蓄熱される。尚、図７において、総合効率優先第２発電範囲において全補機損失が大きな値となっているが、これはヒータ手段６４で消費される余剰発電電力が全補機損失に含まれているためである。   In such an operation in the overall efficiency priority mode, the power generation output (rated ratio) of the fuel cell system 2 and the power generation output of the fuel cell stack 6 have a relationship shown by a solid line in FIG. 7, and FIG. Similarly, the case where the rated output is 700 W is shown. In the overall efficiency priority mode operation, as understood from FIG. 7, in the overall efficiency priority second power generation range, the fuel gas supply flow rate is kept constant, so that the fuel cell stack 6 is more than the power load. A large amount of power is generated, and a part of the generated power, that is, surplus generated power is consumed by the heater unit 64. Then, the electric power consumed by the heater means 64 is stored as heat, and is stored in the hot water storage tank 50 as hot water. In FIG. 7, the total auxiliary equipment loss is large in the total efficiency priority second power generation range, but this is because the surplus generated power consumed by the heater means 64 is included in the total auxiliary equipment loss. It is.

この総合効率優先モードにおける総合効率、送電端効率及び排熱回収効率は、図８に示す通りとなる。この総合効率優先モードの運転においては、総合効率優先第１発電範囲（例えば、定格比で５０〜１００％の範囲）では燃料電池セルスタック６の発電出力は電力負荷に追従するように制御され、燃料ガスの供給流量もこの発電出力に対応して変動するように制御される一方、発電効率優先第２発電範囲（例えば、定格比で５０％以下の範囲）では燃料電池の発電出力は電力負荷に追従して変動するが、燃料ガスの供給流量は一定となるように制御される。尚、このときの余剰の燃料ガスの一部は、燃焼域４０で燃焼され、その燃焼熱でもって、燃料電池セルスタック６を作動温度に、気化器１２を気化温度に、また改質器４を改質温度に維持するために用いられるとともに、この燃料ガスの残部は燃料電池セルスタック６での発電に用いられ、発電により生じた余剰発電電力がヒータ手段６４で消費される。   The overall efficiency, the power transmission end efficiency, and the exhaust heat recovery efficiency in the overall efficiency priority mode are as shown in FIG. In the operation in the overall efficiency priority mode, the power generation output of the fuel cell stack 6 is controlled so as to follow the power load in the total efficiency priority first power generation range (for example, in the range of 50 to 100% in the rated ratio), The supply flow rate of the fuel gas is also controlled so as to fluctuate in accordance with the power generation output. However, the supply flow rate of the fuel gas is controlled to be constant. At this time, a part of the surplus fuel gas is burned in the combustion zone 40, and the combustion heat causes the fuel cell stack 6 to the operating temperature, the vaporizer 12 to the vaporizing temperature, and the reformer 4 Is maintained at the reforming temperature, and the remaining fuel gas is used for power generation in the fuel cell stack 6, and the surplus power generated by the power generation is consumed by the heater means 64.

発電効率優先モードと総合効率優先モードとに切り換えて運転するときには、次のように構成することが重要である。第１に、総合効率優先モードにおける第２設定出力（例えば、定格の５０％出力）が発電効率優先モードにおける第１設定出力（例えば、定格の２５％出力）よりも大きくなるように設定することである。燃料ガスの供給流量が少なくなると、燃料ガスの供給目標値（ＳＶ）（燃料電池セルスタック６の発電出力に対応する供給流量）と燃料ガス流量センサ２８の供給検知値（ＰＶ）との乖離が生じて燃料ガスの供給が安定しなくなるおそれがあるが、この供給流量を増やすことによりこの乖離を少なくなくして燃料ガスの供給を安定させることができる。従って、上述のような燃料ガスの供給不安定が生じると、発電効率優先モードから総合効率優先モードに切り換えることにより、燃料ガスの供給不安定を解消することができる。   When the operation is switched between the power generation efficiency priority mode and the overall efficiency priority mode, it is important to configure as follows. First, the second set output (for example, 50% of rated output) in the overall efficiency priority mode is set to be larger than the first set output (for example, 25% of rated output) in the power generation efficiency priority mode. It is. When the supply flow rate of the fuel gas decreases, the difference between the target supply value (SV) of the fuel gas (the supply flow rate corresponding to the power generation output of the fuel cell stack 6) and the supply detection value (PV) of the fuel gas flow rate sensor 28 is increased. There is a possibility that the supply of the fuel gas may become unstable. However, by increasing the supply flow rate, the deviation can be reduced and the supply of the fuel gas can be stabilized. Therefore, if the supply instability of the fuel gas as described above occurs, the unstable supply of the fuel gas can be resolved by switching from the power generation efficiency priority mode to the comprehensive efficiency priority mode.

第２に、この第１設定出力（例えば、定格の２５％出力）におけるシステムの総合効率に関し、総合効率優先モードにおける第１設定出力の総合効率が発電効率優先モードにおける第１設定出力の総合効率よりも大きくなっていることである。この第１設定出力の総合効率に関し、図５と図８とを対比することによって理解される如く、総合効率優先モードにおける総合効率が発電効率優先モードにおける総合効率よりも大きいということは、それらのモードにおいては上述したように制御されることから、第１設定出力以下の発電出力範囲において総合効率優先モードの方が発電効率優先モードの方よりも総合効率が高くなるということであり、またこのように総合効率を高く維持できるということは、燃料電池セルスタック６の発電電力を電力負荷よりも大きくし、これにより生じた余剰発電電力をヒータ手段６４で消費して温水として蓄熱するためである。このようなことから、貯湯装置４４（貯湯タンク５０）で蓄熱不足が発生した場合、発電効率優先モードから総合効率優先モードに切り換えることにより蓄熱不足を解消することができ、またこの貯湯装置４４で蓄熱余剰が発生した場合、総合効率優先モードから発電効率優先モードに切り換えることにより蓄熱余剰を解消することができる。 Secondly, regarding the overall efficiency of the system at the first set output (for example, 25% of the rated output), the overall efficiency of the first set output in the overall efficiency priority mode is the total efficiency of the first set output in the power generation efficiency priority mode. It is larger than that . Regarding the overall efficiency of the first set output, as can be understood by comparing FIGS. 5 and 8, the fact that the overall efficiency in the overall efficiency priority mode is larger than the overall efficiency in the power generation efficiency priority mode means that In the mode, since control is performed as described above, the overall efficiency priority mode has higher overall efficiency than the power generation efficiency priority mode in the power generation output range equal to or less than the first set output. The reason that the overall efficiency can be kept high as described above is because the generated power of the fuel cell stack 6 is made larger than the power load, and the generated surplus generated power is consumed by the heater means 64 and stored as hot water. . For this reason, when heat storage shortage occurs in the hot water storage device 44 (hot water storage tank 50), the shortage of heat storage can be resolved by switching from the power generation efficiency priority mode to the comprehensive efficiency priority mode. When the heat storage surplus occurs, the heat storage surplus can be eliminated by switching from the comprehensive efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode.

次に、図１及び図２とともに図９を参照して、上述した燃料電池システム２の運転制御について説明する。この運転制御においては、主として燃料ガスの供給不安定を解消するための制御となっている。燃料電池システム２を稼働すると、発電効率優先モードが設定され（ステップＳ１）、運転タイマ８８が計時を開始し（ステップＳ２）、燃料電池システム２の発電効率優先モードの運転が行われ（ステップＳ３）、この運転は発電効率優先モードの運転マップ（図３に示すマップデータ）を用いて行われる。   Next, the operation control of the above-described fuel cell system 2 will be described with reference to FIG. 9 together with FIG. 1 and FIG. In this operation control, control is mainly performed for eliminating supply instability of the fuel gas. When the fuel cell system 2 is operated, the power generation efficiency priority mode is set (step S1), the operation timer 88 starts counting time (step S2), and the fuel cell system 2 is operated in the power generation efficiency priority mode (step S3). This operation is performed using an operation map in the power generation efficiency priority mode (map data shown in FIG. 3).

この発電効率優先モードの運転中は、発電端出力（即ち、ＡＣ発電出力）に相当する電力を供給するために、図４に示すような相関となるように、システムの電力に応じた燃料電池セルスタック６の発電出力が出力される。   During operation in the power generation efficiency priority mode, in order to supply power corresponding to the power generation end output (that is, AC power generation output), the fuel cell according to the system power so as to have a correlation as shown in FIG. The power output of the cell stack 6 is output.

そして、この発電出力が第２設定出力（例えば、約３９０Ｗ）を超えているときには、燃料ガスが安定して供給されているとしてステップＳ４からステップＳ５に進み、運転タイマ８８が設定運転時間（例えば、２秒程度に設定される）を計時した後にステップＳ４に戻り、再び上述した発電出力の検知判定が行われる。   When the power generation output exceeds the second set output (for example, about 390 W), it is determined that the fuel gas has been stably supplied, and the process proceeds from step S4 to step S5, and the operation timer 88 sets the set operation time (for example, (Set to about 2 seconds), the process returns to step S4, and the above-described power generation output detection determination is performed again.

ステップＳ４における発電出力の判定において、燃料電池セルスタック６の発電出力が第２設定出力以下であると、ステップＳ４からステップＳ６に移り、燃料ガスの供給流量が少ない状態であるので、その供給流量に乖離が生じていないかの制御が行われる。即ち、燃料ガス流量偏差演算手段８２は、発電効率優先モードの運転マップ（図４のマップデータ）及び図３の燃料ガス流量値に基づいて設定値（ＳＶ）を決定し、燃料ガス流量センサ２８の流量値（ＰＶ）の乖離幅（ＰＶ−ＳＶ）を演算し、演算した乖離幅と設定値（ＳＶ）の比（所謂、流量偏差値）が、例えば３％より小さいと、燃料ガスの供給状態が安定しているとしてステップＳ７からステップＳ５を経てステップＳ４に戻る。   In the determination of the power generation output in step S4, if the power generation output of the fuel cell stack 6 is equal to or less than the second set output, the process moves from step S4 to step S6, and the supply flow rate of the fuel gas is small. Is controlled to determine whether or not a deviation has occurred. That is, the fuel gas flow deviation calculating means 82 determines the set value (SV) based on the operation map (map data in FIG. 4) in the power generation efficiency priority mode and the fuel gas flow value in FIG. Calculates the deviation (PV-SV) of the flow value (PV), and if the ratio (the so-called flow deviation) between the calculated deviation and the set value (SV) is smaller than, for example, 3%, the supply of the fuel gas is performed. Assuming that the state is stable, the process returns from step S7 to step S4 via step S5.

一方、演算した乖離幅が所定流量偏差値以上であると、燃料ガスの供給流量が供給目標値から乖離しているとしてステップＳ７からステップＳ８に進み、積算タイマ９０は、供給目標値に対して乖離状態にある乖離時間を積算する。そして、この積算タイマ９０の積算値が所定積算値（例えば、５分）以上になると、燃料ガスの供給流量の乖離が大きいとしてステップＳ９からステップＳ１０に進み、積算タイマ９０がリセットされ、運転モードの切換えが行われる（ステップＳ１１）。即ち、運転モード切換手段８４は、発電効率優先モードから総合効率優先モードへの運転の切換えを行い、このように運転モードを総合効率優先モードへ切り換えることにより、燃料ガスの供給状態を安定化させることができる。尚、この積算タイマ９０の積算時間が所定積算値に達しないときには、ステップＳ９からステップＳ５戻る。   On the other hand, if the calculated deviation width is equal to or larger than the predetermined flow deviation value, the flow proceeds from step S7 to step S8 assuming that the supply flow rate of the fuel gas deviates from the target supply value, and the integrating timer 90 determines The deviation time in the deviation state is integrated. When the integrated value of the integrating timer 90 becomes equal to or more than a predetermined integrated value (for example, 5 minutes), the flow proceeds from step S9 to step S10 assuming that the difference in the supply flow rate of the fuel gas is large, and the integrating timer 90 is reset. Is switched (step S11). That is, the operation mode switching means 84 switches the operation from the power generation efficiency priority mode to the overall efficiency priority mode, and stabilizes the fuel gas supply state by switching the operation mode to the overall efficiency priority mode. be able to. If the integration time of the integration timer 90 does not reach the predetermined integrated value, the process returns from step S9 to step S5.

このようにして総合効率優先モードの運転が開始される（ステップＳ１２）と、この所定運転時間の残りの運転時間は、総合効率優先モードの運転が継続して行われ、その運転は総合効率優先モードの運転マップ（図６に示すマップデータ）を用いて行われる。   When the operation in the overall efficiency priority mode is started in this way (step S12), the operation in the overall efficiency priority mode is continuously performed for the remaining operation time of the predetermined operation time, and the operation is performed in the overall efficiency priority mode. The operation is performed using the operation map of the mode (map data shown in FIG. 6).

このようにして運転タイマ８８が所定運転時間を計時すると、ステップＳ１３からステップＳ１４に進み、運転タイマ８８がリセットされ、所定運転時間についての運転が行われたとして運転モードの切換えが再び行われ（ステップＳ１５）、その後ステップＳ１に戻る。即ち、運転モード切換手段８４は、総合効率優先モードから発電効率優先モードに戻し、次の所定運転期間に対する発電効率優先モードの運転が再開される。   When the operation timer 88 measures the predetermined operation time in this manner, the process proceeds from step S13 to step S14, where the operation timer 88 is reset, and the operation mode is switched again assuming that the operation for the predetermined operation time has been performed ( Step S15), and then return to step S1. That is, the operation mode switching means 84 returns from the comprehensive efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode, and the operation in the power generation efficiency priority mode for the next predetermined operation period is restarted.

この実施形態では、燃料ガス供給流路１４に燃料ガス流量センサ２８（燃料ガス流量検知手段）を配設し、この燃料ガス流量センサ２８により燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガスの供給流量を計測しているが、この燃料ガス流量センサ２８に代えて、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの供給圧力を検知する燃料ガス圧力センサ（燃料ガス圧力検知手段を構成する）を設け、この燃料ガス圧力センサの検知圧力に基づき燃料ガス供給流路を通して供給される燃料ガスの供給流量を制御するようにしてよい。この場合、コントローラ８０は、乖離演算手段としての燃料ガス圧力偏差演算手段を含み、発電効率優先モードの運転における第２設定出力以下の発電範囲において、燃料ガス圧力偏差演算手段は燃料電池セルスタックの発電出力に対応する供給目標値と燃料ガス圧力検知センサの供給検知値との乖離値を演算し、この乖離値に基づいてその乖離の程度が大きくなると、発電効率優先モードから総合効率優先モードの運転に切り換えることができる。   In this embodiment, a fuel gas flow sensor 28 (fuel gas flow rate detecting means) is provided in the fuel gas supply flow path 14, and the fuel gas flow sensor 28 supplies the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path 14. Although the flow rate is measured, a fuel gas pressure sensor (constituting fuel gas pressure detecting means) for detecting the supply pressure of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage 14 is provided instead of the fuel gas flow rate sensor 28. The supply flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply passage may be controlled based on the pressure detected by the fuel gas pressure sensor. In this case, the controller 80 includes a fuel gas pressure deviation calculating means as a deviation calculating means, and the fuel gas pressure deviation calculating means in the power generation range equal to or lower than the second set output in the operation in the power generation efficiency priority mode. A divergence value between the supply target value corresponding to the power generation output and the supply detection value of the fuel gas pressure detection sensor is calculated, and when the degree of the divergence is increased based on the divergence value, the power generation efficiency priority mode is switched to the comprehensive efficiency priority mode. Can be switched to operation.

上述の第１の実施形態では、発電効率優先モードと総合効率優先モードとの切換えを燃料ガスの供給安定化のために適用しているが、このような供給安定化に代えて、貯湯装置の蓄熱状態における蓄熱不足及び蓄熱余剰の解消に適用することができ、このときには、例えば図１０〜図１２に示すように構成することができる。 In the first embodiment described above, the switching of the power generation efficiency priority mode and overall efficiency priority mode has been applied for stable supply of the fuel gas, in place of such supply stabilization, the hot water storage device The present invention can be applied to the elimination of the shortage of heat storage and the surplus of heat storage in the heat storage state.

燃料電池システムの第２の実施形態を示す図１０〜図１１において、この第２の実施形態では、貯湯装置４４（貯湯タンク５０）における蓄熱状態を検知するために蓄熱指数検知手段１０２が設けられている。図示の例では、蓄熱指数検知手段１０２は、５つの温水温度センサ、即ち第１〜第５温水温度センサ１０４，１０６，１０８，１１０，１１２と、一つの水温度センサ１１４とから構成されている。第１〜第５温水温度センサ１０４，１０６，１０８，１１０，１１２は貯湯タンク５０の外周側面に実質上等間隔にされ、例えば、第１温水温度センサ１０４は貯湯タンク５０の上端部に、第５温水温度センサ１１２は貯湯タンク５０の底部に、第３温水温度センサ１０８は、第１及び第５温水温度センサ１０４，１１２の中間に、また第２温水温度センサ１０６は、第１及び第３温水温度センサ１０４，１０８の中間に、更に第４温水温度センサ１１０は、第３及び第５温水温度センサ１０８，１１２の中間に配置され、これら第１〜第５温水温度センサ１０４〜１１２は、貯湯タンク５０内の貯湯水の温度を検知する。また、水温度センサ１１４は水流入流路７０に配設され、水流入流路７０を通して貯湯タンク５０に流入する水の温度を検知する。   In FIGS. 10 to 11 showing a second embodiment of the fuel cell system, in the second embodiment, a heat storage index detecting means 102 is provided to detect a heat storage state in the hot water storage device 44 (hot water storage tank 50). ing. In the illustrated example, the heat storage index detecting means 102 includes five hot water temperature sensors, that is, first to fifth hot water temperature sensors 104, 106, 108, 110, 112, and one water temperature sensor 114. . The first to fifth hot water temperature sensors 104, 106, 108, 110, 112 are arranged at substantially equal intervals on the outer peripheral side surface of the hot water storage tank 50. For example, the first hot water temperature sensor 104 is provided at the upper end of the hot water storage tank 50, The fifth hot water temperature sensor 112 is located at the bottom of the hot water storage tank 50, the third hot water temperature sensor 108 is located between the first and fifth hot water temperature sensors 104 and 112, and the second hot water temperature sensor 106 is located at the first and third hot water temperature sensors. The fourth hot water temperature sensor 110 is disposed between the third and fifth hot water temperature sensors 108 and 112, and the first to fifth hot water temperature sensors 104 to 112 are disposed between the hot water temperature sensors 104 and 108. The temperature of the hot water stored in the hot water storage tank 50 is detected. The water temperature sensor 114 is provided in the water inflow channel 70 and detects the temperature of water flowing into the hot water storage tank 50 through the water inflow channel 70.

このことに関連して、コントローラは、蓄熱指数演算手段１１６及び蓄熱状態判定手段１１８を含んでいる。蓄指数演算手段１１６は、第１〜第５温水温度センサ１０４〜１１２及び水温度センサ１１４の検知温度に基づいて次のようにして貯湯タンク５０の蓄熱指数（満蓄熱に対する現蓄熱の比率）を演算し、蓄熱状態判定手段１１８は、演算した蓄熱指数を用いて後述する如くして蓄熱状態を判定する。   In this connection, the controller includes a heat storage index calculating means 116 and a heat storage state determining means 118. The storage index calculating means 116 calculates the heat storage index (the ratio of the current heat storage to the full heat storage) of the hot water storage tank 50 based on the temperatures detected by the first to fifth hot water temperature sensors 104 to 112 and the water temperature sensor 114 as follows. The calculated heat storage state determining means 118 determines the heat storage state using the calculated heat storage index as described later.

例えば、第１〜第５温水温度センサ１０４〜１１２の検知温度をＴ１〜Ｔ５とし、水温度センサ１１４の検知温度をＴ０とすると、第１温水温度センサ１０４の検知温度Ｔ１と水温度センサ１１４の検知温度Ｔ０との温度差ＴＸが満蓄熱までの温度となる（ＴＸ＝Ｔ１−Ｔ０）。また、第１〜第５温水温度センサ１０４〜１１２の検知温度Ｔ１〜Ｔ５の平均温度ＴＡ〔ＴＡ＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５）／５〕と水温度センサ１１４の検知温度Ｔ０との温度差ＴＺが現時点の蓄熱の温度となり、従って、満蓄熱までの温度ＴＸに対する現時点の蓄熱の温度ＴＺの比率ＴＨ（ＴＨ＝ＴＺ／ＴＸ）を演算すると、この演算値が貯湯タンク５０の現時点の蓄熱指数となり、蓄熱指数演算手段１１６は、このようにして蓄熱指数を演算する。   For example, if the detection temperatures of the first to fifth hot water temperature sensors 104 to 112 are T1 to T5 and the detection temperature of the water temperature sensor 114 is T0, the detection temperature T1 of the first hot water temperature sensor 104 and the detection temperature of the water temperature sensor 114 The temperature difference TX from the detected temperature T0 becomes the temperature up to the full heat storage (TX = T1-T0). The temperature difference TZ between the average temperature TA [TA = (T1 + T2 + T3 + T4 + T5) / 5] of the detected temperatures T1 to T5 of the first to fifth hot water temperature sensors 104 to 112 and the detected temperature T0 of the water temperature sensor 114 is the current heat storage. When the ratio TH (TH = TZ / TX) of the current heat storage temperature TZ to the temperature TX up to the full heat storage is calculated, the calculated value becomes the current heat storage index of the hot water storage tank 50, and the heat storage index calculation The means 116 calculates the heat storage index in this way.

尚、水温度センサ１１４は、貯湯装置４４における貯湯水循環流路５２の上流側部６０に配設してもよく、或いは第５温水温度センサ１１２を水温度センサとしても機能させるようにしてもよい。また、例えば２４時間単位で貯湯水の温度を管理する場合、蓄熱指数を演算する際の分母となる検知温度として、第１温水温度センサ１０４については２４時間内の最大検知温度を採用し、水温度センサ１１４については２４時間内の最低検知温度を採用し、これらの最大検知温度及び最低検知温度を次の２４時間における第１温水温度センサ１０４及び水検知温度１１４の検知温度として用いるようにしてもよい。   The water temperature sensor 114 may be disposed on the upstream side portion 60 of the hot water circulation path 52 in the hot water storage device 44, or the fifth hot water temperature sensor 112 may function as a water temperature sensor. . Also, for example, when managing the temperature of hot water in units of 24 hours, the maximum detected temperature within 24 hours is adopted for the first hot water temperature sensor 104 as the detected temperature serving as a denominator when calculating the heat storage index. For the temperature sensor 114, the lowest detected temperature within 24 hours is adopted, and the maximum detected temperature and the lowest detected temperature are used as the detected temperatures of the first hot water temperature sensor 104 and the water detected temperature 114 in the next 24 hours. Is also good.

また、例えば、発電効率優先モードの運転中においては、蓄熱不足となるおそれがあるために蓄熱不足かどうかの判定が行われ、蓄熱不足と判定されたときに、運転モード切換手段８４は、後述するように発電効率優先モードから総合効率優先モードの運転に切り換える。例えば、総合効率優先モードの運転中においては、蓄熱余剰となるおそれがあるために蓄熱余剰かどうかの判定が行われ、蓄熱余剰と判定されたときに、運転モード切換手段８４は、後述するように総合効率優先モードから発電効率優先モードの運転に切り換える。   Further, for example, during the operation in the power generation efficiency priority mode, it is determined whether or not the heat storage is insufficient because there is a possibility that the heat storage may be insufficient. Is switched from the power generation efficiency priority mode to the comprehensive efficiency priority mode. For example, during the operation in the overall efficiency priority mode, it is determined that there is a heat storage surplus because there is a possibility of a heat storage surplus. When it is determined that the heat storage is surplus, the operation mode switching unit 84 performs the operation as described below. Then, the operation is switched from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode.

上述したことに関連して、コントローラ８０Ａのメモリ手段９２Ａには、発電効率優先モードの運転マップ及び総合効率優先モードの運転マップに加えて、蓄熱状態の判断基準となる所定蓄熱指数値、熱不足が生じていると判定する熱不足判定時間（例えば、３〜８時間程度、例えば５時間に設定される）及び熱余剰が生じていると判定する熱余剰判定時間（例えば、１〜３時間程度、例えば２時間に設定される）などが登録される。この第２の実施形態における燃料電池システム２Ａのその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一でよい。   In connection with the above, the memory means 92A of the controller 80A stores a predetermined heat storage index value, a heat storage deficiency value, which serves as a criterion of a heat storage state, in addition to the operation map of the power generation efficiency priority mode and the operation map of the overall efficiency priority mode. Is determined (for example, about 3 to 8 hours, for example, set to 5 hours) and heat surplus determination time (for example, about 1 to 3 hours) is determined to be generated. , For example, is set to 2 hours). Other configurations of the fuel cell system 2A according to the second embodiment may be substantially the same as those of the above-described first embodiment.

次に、図１２をも参照して、この燃料電池システム２Ａの運転制御について説明する。この運転制御においては、主として貯湯装置４４における蓄熱不足及び蓄熱余剰を解消するための制御となっている。燃料電池システム２を稼働すると、発電効率優先モードの運転が行われる（ステップＳ２１）。このように運転が開始されると、運転タイマ８８が計時を開始し（ステップＳ２２）、燃料電池システム２Ａの発電効率優先モードの運転が行われ、この運転は、上述したものと同様に発電効率優先モードの運転マップ（図３に示すマップデータ）を用いて行われる。 Next, the operation control of the fuel cell system 2A will be described with reference to FIG. In this operation control, control is mainly performed to eliminate shortage of heat storage and excess heat storage in the hot water storage device 44. When the fuel cell system 2 is operated, the operation in the power generation efficiency priority mode is performed (Step S21). When the operation is started in this way, the operation timer 88 starts counting time ( step S22 ), and the operation of the fuel cell system 2A is performed in the power generation efficiency priority mode. This operation is performed in the same manner as described above. This is performed using the operation map in the priority mode (map data shown in FIG. 3).

この発電効率優先モードの運転中は、蓄熱指数検知手段１０２により貯湯装置４４の蓄熱状態の検知が行われる（ステップＳ２３）。即ち、第１〜第５温水温度検知センサ１０４〜１１２は、貯湯タンク５０内の貯湯水の温度を検知し、水温度センサ１１４は、水流入流路７０内の水の温度を検知し、これら検知信号がコントローラ８０Ａに送給される。このように蓄熱状態を検知すると、蓄熱指数演算手段１１６は、第１〜第５温水温度センサ１０４〜１１２及び水温度センサ１１４の検知温度に基づき上述したようにして蓄熱指数を演算する（ステップＳ２４）。   During the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage index detecting means 102 detects the heat storage state of the hot water storage device 44 (step S23). That is, the first to fifth hot water temperature detection sensors 104 to 112 detect the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank 50, and the water temperature sensor 114 detects the temperature of the water in the water inflow passage 70, and these detections are performed. A signal is sent to controller 80A. When the heat storage state is detected in this manner, the heat storage index calculating means 116 calculates the heat storage index based on the temperatures detected by the first to fifth hot water temperature sensors 104 to 112 and the water temperature sensor 114 as described above (step S24). ).

この演算した蓄熱指数が所定蓄熱指数値（例えば、５０〜６０％程度に設定される）よりも小さいと、ステップＳ２５からステップＳ２６に進み、運転タイマ８８が所定運転時間（例えば、２４時間）を計時するまでステップＳ２３に戻り、貯湯装置４４における蓄熱状態の検知が継続して行われる。また、この蓄熱指数が所定蓄熱指数値以上であると、ステップＳ２５からステップＳ２７に移り、蓄熱状態が標準蓄熱状態を超えているとして余剰蓄熱時間の計時が行われ、積算タイマ９０がこの余剰蓄熱時間を積算する。そして、運転タイマ８８のスタートから所定運転時間を計時するまでステップＳ２８からステップＳ２３に戻り、貯湯装置４４における蓄熱状態の検知が継続して行われる。   If the calculated heat storage index is smaller than the predetermined heat storage index value (for example, set to about 50 to 60%), the process proceeds from step S25 to step S26, and the operation timer 88 sets the predetermined operation time (for example, 24 hours) to The process returns to step S23 until the time is measured, and the detection of the heat storage state in hot water storage device 44 is continuously performed. If the heat storage index is equal to or greater than the predetermined heat storage index value, the process proceeds from step S25 to step S27, where the surplus heat storage time is measured assuming that the heat storage state has exceeded the standard heat storage state, and the integration timer 90 sets the surplus heat storage time. Integrate the time. Then, the process returns from step S28 to step S23 until the predetermined operation time is counted from the start of the operation timer 88, and the detection of the heat storage state in the hot water storage device 44 is continuously performed.

このようにして所定運転時間（例えば、２４時間）にわたって貯湯装置４４の蓄熱状態が検知されると、ステップＳ２６又はステップＳ２８からステップＳ２９に移り、運転タイマ８８の計時時間がリセットされ、その後貯湯装置４４における蓄熱状態の判定が行われる（ステップＳ３０）。   When the heat storage state of the hot water storage device 44 is detected for a predetermined operation time (for example, 24 hours) in this manner, the process proceeds from step S26 or step S28 to step S29, where the time measured by the operation timer 88 is reset, and thereafter the hot water storage device The determination of the heat storage state at 44 is performed (step S30).

発電効率優先モードの運転においては、蓄熱不足が生じていないかの判定が行われ、蓄熱状態判定手段１１８は、積算タイマ９０の積算時間と熱不足判定時間（例えば、５時間）とを比較する（ステップＳ３１）。そして、積算タイマ９０による積算時間がこの熱不足判定時間以下である場合、ステップＳ３２に進み、貯湯装置４４における蓄熱状態が標準蓄熱状態を超えていることが少ないとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱不足と判定し、この蓄熱不足の判定に基づき運転モード切換手段８４は運転モードの切換えを行い（ステップＳ３３）、次の所定運転時間の運転として総合効率優先モードが設定される。また、この積算時間が熱不足判定時間を超えていると、貯湯装置４４の蓄熱状態が標準蓄熱状態をある程度超えて熱不足が生じていないとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱適正と判定し（ステップＳ３４）、この発電効率優先モードが継続され（ステップＳ３５）、ステップＳ２１に戻って、発電効率優先モードの運転が継続して行われる。   In the operation in the power generation efficiency priority mode, it is determined whether or not the heat storage shortage has occurred, and the heat storage state determination unit 118 compares the integrated time of the integration timer 90 with the heat shortage determination time (for example, 5 hours). (Step S31). If the accumulation time by the accumulation timer 90 is equal to or shorter than the heat shortage determination time, the process proceeds to step S32, and the heat storage state determination unit 118 determines that the heat storage state in the hot water storage device 44 is less than the standard heat storage state. The operation mode switching means 84 switches the operation mode based on the determination of insufficient heat storage (step S33), and the overall efficiency priority mode is set as the operation for the next predetermined operation time. If the accumulated time exceeds the heat shortage determination time, the heat storage state determining means 118 determines that the heat storage state of the hot water storage device 44 has exceeded the standard heat storage state to some extent and no heat shortage has occurred, and determines that the heat storage is appropriate (step S34), the power generation efficiency priority mode is continued (step S35), and the process returns to step S21 to continue the operation in the power generation efficiency priority mode.

運転モードの切換えが行われて総合効率優先モードの運転が行われる（ステップＳ３６）と、所定運転時間（例えば、２４時間）の間にわたって余剰蓄熱時間の積算が行われ、ステップＳ３７〜ステップＳ４３における制御の流れは、発電効率優先モードの運転におけるステップＳ２２〜ステップＳ２８における制御の流れと同じである。   When the operation mode is switched and the operation in the overall efficiency priority mode is performed (step S36), the accumulation of the excess heat storage time is performed over a predetermined operation time (for example, 24 hours), and in steps S37 to S43. The control flow is the same as the control flow in steps S22 to S28 in the operation in the power generation efficiency priority mode.

このようにして所定運転時間（例えば、２４時間）にわたって貯湯装置４４の蓄熱状態が検知されると、ステップＳ４１又はステップＳ４３からステップＳ４４に移り、運転タイマ８８の計時時間がリセットされ、貯湯装置４４における蓄熱状態の判定が行われる（ステップＳ４５）。   When the heat storage state of the hot water storage device 44 is detected for a predetermined operation time (for example, 24 hours) in this manner, the process proceeds from step S41 or step S43 to step S44, where the time measured by the operation timer 88 is reset, and the hot water storage device 44 is reset. Is determined (step S45).

総合効率優先モードの運転においては、蓄熱余剰が生じていないかの判定が行われ、蓄熱状態判定手段１１８は、積算タイマ９０の積算時間と熱余剰判定時間（例えば、２時間）とを比較する（ステップＳ４６）。そして、積算タイマ９０による積算時間がこの熱余
剰判定時間以上である場合、ステップＳ４７に進み、貯湯装置４４における蓄熱状態が標準蓄熱状態を超えていることが多いとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱余剰と判定し、この蓄熱余剰の判定に基づき運転モード切換手段８４は運転モードの切換えを行い（ステップＳ４８）、次の所定運転時間の運転として発電効率優先モードが設定され、ステップＳ２１に戻る。また、この積算時間が熱余剰判定時間より少ないと、貯湯装置４４の蓄熱状態が標準蓄熱状態を超えることが多くないとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱適正と判定し（ステップＳ４９）、この総合効率優先モードが継続され（ステップＳ５０）、ステップＳ３６に戻って、総合効率優先モードの運転が継続して行われる。 In the operation in the overall efficiency priority mode, it is determined whether or not the heat storage surplus occurs, and the heat storage state determining unit 118 compares the integrated time of the integration timer 90 with the heat surplus determination time (for example, 2 hours). (Step S46). If the accumulation time by the accumulation timer 90 is equal to or longer than the heat surplus determination time, the process proceeds to step S47, and the heat storage state determination unit 118 determines that the heat storage state in the hot water storage device 44 often exceeds the standard heat storage state. The operation mode switching means 84 switches the operation mode based on the determination of the excess heat storage (step S48), sets the power generation efficiency priority mode as the operation for the next predetermined operation time, and returns to step S21. If the accumulated time is shorter than the heat surplus determination time, the heat storage state determination means 118 determines that the heat storage state of the hot water storage device 44 does not often exceed the standard heat storage state and determines that the heat storage is appropriate (step S49), and the overall efficiency The priority mode is continued (step S50), and the process returns to step S36 to continue the operation in the overall efficiency priority mode.

上述の第２の実施形態では、貯湯装置における蓄熱状態を判定するために、所定蓄熱指数値以上の蓄熱状態となる時間を積算し、この積算時間に基づいて蓄熱不足及び蓄熱余剰を判定しているが、このような構成に代えて、図１３及び図１４に示すように構成することもできる。この第３の実施形態においては、所定運転時間（例えば、２４時間）の蓄熱指数値のうち最大蓄熱指数値を用いて次の所定運転時間の運転における熱不足指数値及び熱余剰指数値を演算し、この熱不足指数値を蓄熱不足の判定に用い、またこの熱余剰指数値を蓄熱余剰の判定に用いている。   In the second embodiment described above, in order to determine the heat storage state in the hot water storage device, the time during which the heat storage state is equal to or greater than the predetermined heat storage index value is integrated, and based on the integrated time, the heat storage shortage and the heat storage surplus are determined. However, instead of such a configuration, a configuration as shown in FIGS. 13 and 14 can be used. In the third embodiment, the heat deficit index value and the heat surplus index value in the operation for the next predetermined operation time are calculated using the maximum heat storage index value among the heat storage index values for the predetermined operation time (for example, 24 hours). Then, this heat deficiency index value is used for determination of heat storage deficiency, and this heat surplus index value is used for determination of heat storage surplus.

図１３において、この第３の実施形態におけるコントローラ８０Ｂは、蓄熱指数演算手段１１６などに加えて、最大蓄熱指数抽出手段１３２、熱不足指数演算手段１３４及び熱余剰指数演算手段１３６を備えている。蓄熱指数演算手段１１６は、蓄熱指数検知手段１０２からの検知信号に基づいて上述したようにして蓄熱指数を演算し、最大蓄熱指数抽出手段１３２は、所定運転時間（例えば、２４時間）にわたって演算された蓄熱指数のうち最も大きいもの、即ち最大蓄熱指数値を抽出する。また、熱不足指数演算手段１３４は、抽出した最大蓄熱指数値に基づき熱不足指数値を演算し、この最大蓄熱指数値の例えば３０〜５０％程度の値となるように演算し、熱余剰指数演算手段１３６は、抽出された最大蓄熱指数値に基づき熱余剰蓄熱指数を演算し、この最大蓄熱指数値の例えば６０〜８０％程度の値となるように演算する。   13, the controller 80B according to the third embodiment includes a maximum heat storage index extracting unit 132, a heat deficiency index calculating unit 134, and a heat surplus index calculating unit 136, in addition to the heat storage index calculating unit 116 and the like. The heat storage index calculating means 116 calculates the heat storage index based on the detection signal from the heat storage index detecting means 102 as described above, and the maximum heat storage index extracting means 132 is calculated over a predetermined operation time (for example, 24 hours). The largest heat storage index is extracted, that is, the maximum heat storage index value. Further, the heat deficiency index calculating means 134 calculates the heat deficiency index value based on the extracted maximum heat storage index value, and calculates the heat deficit index value to be, for example, about 30 to 50% of the maximum heat storage index value. The calculating means 136 calculates a heat surplus heat storage index based on the extracted maximum heat storage index value, and calculates so as to be, for example, about 60 to 80% of the maximum heat storage index value.

このような構成に関連して、メモリ手段９２Ｂには、発電効率優先モードの運転マップ及び総合効率優先モードの運転マップなどに加えて、蓄熱指数演算手段１１６により演算された演算蓄熱指数値、最大蓄熱指数抽出手段１３２により抽出された最大蓄熱指数値、熱不足指数演算手段１３４により演算された熱不足指数値及び熱余剰指数演算手段１３６により演算された熱余剰指数値が記憶される。この第３の実施形態における燃料電池システム２Ｂのその他の構成は、上述した第２の実施形態と実質上同一でよい。   In connection with such a configuration, in addition to the operation map in the power generation efficiency priority mode and the operation map in the overall efficiency priority mode, the memory means 92B stores the calculated heat storage index value calculated by the heat storage index calculation means 116, The maximum heat storage index value extracted by the heat storage index extraction means 132, the heat deficiency index value calculated by the heat deficiency index calculation means 134, and the heat surplus index value calculated by the heat surplus index calculation means 136 are stored. Other configurations of the fuel cell system 2B according to the third embodiment may be substantially the same as those of the above-described second embodiment.

次に、図１４をも参照して、この燃料電池システム２Ｂの運転制御について説明する。この運転制御においても、主として貯湯装置における蓄熱不足及び蓄熱余剰を解消するための制御となっている。燃料電池システムを稼働すると、発電効率優先モードの運転が行われる（ステップＳ６１）。このように運転が開始されると、運転タイマ８８が計時を開始し（ステップＳ６２）、燃料電池システムの発電効率優先モードの運転が行われ、この運転は、上述したと同様に発電効率優先モードの運転マップ（図３に示すマップデータ）を用いて行われる。   Next, the operation control of the fuel cell system 2B will be described with reference to FIG. Also in this operation control, control is mainly performed to eliminate shortage of heat storage and excess heat storage in the hot water storage device. When the fuel cell system is operated, the operation in the power generation efficiency priority mode is performed (step S61). When the operation is started in this way, the operation timer 88 starts measuring time (step S62), and the operation of the fuel cell system is performed in the power generation efficiency priority mode. Is performed using the operation map (map data shown in FIG. 3).

この発電効率優先モードの運転中は、蓄熱指数検知手段１０２により貯湯装置の蓄熱状態の検知が行われ（ステップＳ２３）、蓄熱指数演算手段１１６は、第１〜第５温水温度センサ１０４〜１１２及び水温度センサ１１４の検知温度に基づき上述したようにして蓄熱指数を演算し（ステップＳ６４）、演算された蓄熱指数値がメモリ手段９２Ｂに記憶される。   During the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage index detecting means 102 detects the heat storage state of the hot water storage device (step S23), and the heat storage index calculating means 116 includes the first to fifth hot water temperature sensors 104 to 112 and The heat storage index is calculated based on the temperature detected by the water temperature sensor 114 as described above (step S64), and the calculated heat storage index value is stored in the memory means 92B.

この演算した蓄熱指数がメモリ手段９２Ｂに記憶された熱不足指数値（例えば、最大蓄熱指数値の約４０％程度の値）よりも大きいと、ステップＳ６５からステップＳ６６に進み、運転タイマ８８が所定運転時間（例えば、２４時間）を計時するまでステップＳ６３に戻り、貯湯装置４４における蓄熱状態の検知が継続して行われる。また、この蓄熱指数が熱不足指数値以下であると、ステップＳ６５からステップＳ６７に移り、貯湯装置における蓄熱状態が不足しているとして熱不足時間の計時が行われ、積算タイマ９０がこの熱不足時間を積算する。そして、運転タイマ８８が所定運転時間を計時するまでステップＳ６８からステップＳ６３に戻り、貯湯装置４４における蓄熱状態の検知が継続して行われる。   If the calculated heat storage index is larger than the heat deficiency index value stored in the memory means 92B (for example, a value of about 40% of the maximum heat storage index value), the process proceeds from step S65 to step S66, and the operation timer 88 sets a predetermined time. The process returns to step S63 until the operation time (for example, 24 hours) is measured, and the detection of the heat storage state in the hot water storage device 44 is continuously performed. If the heat storage index is equal to or less than the heat deficiency index value, the process proceeds from step S65 to step S67, in which the heat storage time in the hot water storage device is determined to be insufficient, and the heat deficiency time is measured. Integrate the time. Then, the process returns from step S68 to step S63 until the operation timer 88 measures the predetermined operation time, and the detection of the heat storage state in the hot water storage device 44 is continuously performed.

このようにして所定運転時間（例えば、２４時間）にわたって貯湯装置の蓄熱状態が検知されると、ステップＳ６６又はステップＳ６８からステップＳ６９に移り、運転タイマ８８の計時時間がリセットされ、次の所定運転時間における条件設定が行われる（ステップＳ７０）。即ち、最大蓄熱指数抽出手段１３２は、この所定運転時間において演算された蓄熱指数値のうち最大蓄熱指数値を抽出し、熱不足指数演算手段１３４は、抽出した最大蓄熱指数値に基づき上述したようにして熱不足指数値を演算し、また熱余剰指数演算手段１３６は、抽出した最大蓄熱指数値に基づき上述したようにして熱余剰指数値を演算し、演算された熱不足指数値及び熱余剰指数値がメモリ手段９２Ｂに記憶され、次の所定運転時間においてこの熱不足指数値及び熱余剰指数値が用いられる。   When the heat storage state of the hot water storage device is detected for a predetermined operation time (for example, 24 hours) in this manner, the process proceeds from step S66 or step S68 to step S69, where the time measured by operation timer 88 is reset, and the next predetermined operation is performed. The time condition is set (step S70). That is, the maximum heat storage index extraction means 132 extracts the maximum heat storage index value from the heat storage index values calculated during the predetermined operation time, and the heat deficiency index calculation means 134 performs the above based on the extracted maximum heat storage index value. The heat surplus index calculating means 136 calculates the heat surplus index value based on the extracted maximum heat storage index value as described above, and calculates the calculated heat deficit index value and heat surplus index value. The index value is stored in the memory means 92B, and the heat deficit index value and the heat surplus index value are used in the next predetermined operation time.

このように次の運転の条件設定が行われた後に、貯湯装置における蓄熱状態の判定が行われる（ステップＳ７１）。発電効率優先モードの運転においては、上述したと同様に、蓄熱不足が生じていないかの判定が行われ、蓄熱状態判定手段１１８は、積算タイマ９０の積算時間と熱不足判定時間（例えば、３〜８時間程度、例えば５時間に設定される）とを比較する（ステップＳ７２）。そして、積算タイマ９０による積算時間がこの熱不足判定時間以上であると、ステップＳ７３に進み、貯湯装置４４における蓄熱不足の状態が長いとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱不足と判定し、この蓄熱不足の判定に基づき運転モード切換手段８４は運転モードの切換えを行い（ステップＳ７４）、次の所定運転時間の運転として総合効率優先モードが設定される。また、この積算時間が熱不足判定時間より小さいと、貯湯装置４４の蓄熱不足の状態が長くないとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱適正と判定し（ステップＳ７５）、この発電効率優先モードの運転が継続され（ステップＳ７６）、ステップＳ６１に戻って、発電効率優先モードの運転が継続して行われる。   After the conditions for the next operation are set in this way, the heat storage state in the hot water storage device is determined (step S71). In the operation in the power generation efficiency priority mode, similarly to the above, it is determined whether or not the heat storage shortage has occurred, and the heat storage state determining unit 118 determines whether the accumulation time of the accumulation timer 90 and the heat shortage determination time (for example, 3 ８8 hours, for example, set to 5 hours) (step S72). If the integration time by the integration timer 90 is equal to or longer than the heat deficiency determination time, the process proceeds to step S73, and the heat storage state determination unit 118 determines that the heat storage deficiency state in the hot water storage device 44 is long, and determines that the heat storage deficiency is insufficient. Based on this determination, the operation mode switching means 84 switches the operation mode (step S74), and the overall efficiency priority mode is set as the operation for the next predetermined operation time. If the accumulated time is shorter than the heat deficiency determination time, the heat storage state determining means 118 determines that the heat storage deficiency state of the hot water storage device 44 is not long, and determines that the heat storage is appropriate (step S75). The operation is continued (step S76), and the process returns to step S61 to continue the operation in the power generation efficiency priority mode.

運転モードの切換えが行われて総合効率優先モードの運転が行われる（ステップＳ７７）と、運転タイマ８８が計時を開始し（Ｓ７８）、燃料電池システムの総合効率優先モードの運転が行われ、この運転は、上述したと同様に総合効率優先モードの運転マップ（図７に示すマップデータ）を用いて行われる。   When the operation mode is switched to perform the operation in the overall efficiency priority mode (step S77), the operation timer 88 starts measuring time (S78), and the operation of the fuel cell system is performed in the overall efficiency priority mode. The operation is performed using the operation map (map data shown in FIG. 7) in the comprehensive efficiency priority mode as described above.

この総合効率優先モードの運転中は、上述したと同様に、蓄熱指数検知手段１０２により貯湯装置の蓄熱状態の検知が行われ（ステップＳ７９）、蓄熱指数演算手段１１６は上述したようにして蓄熱指数を演算する（ステップＳ８０）。そして、この演算した蓄熱指数がメモリ手段９２Ｂに記憶された熱余剰指数値（例えば、最大蓄熱指数値の約７０％程度の値）よりも大きいと、ステップＳ８１からステップＳ８２に進み、運転タイマ８８が所定運転時間（例えば、２４時間）を計時するまでステップＳ７９に戻る。また、この蓄熱指数が熱余剰指数値以上であると、ステップＳ８１からステップＳ８３に移り、貯湯装置における蓄熱状態が余剰である熱余剰時間の計時が行われ、積算タイマ９０がこの熱余剰時間を積算する。そして、運転タイマ８８が所定運転時間を計時するまでステップＳ８４からステップＳ７９に戻る。   During the operation in the comprehensive efficiency priority mode, the heat storage index detecting means 102 detects the heat storage state of the hot water storage device in the same manner as described above (step S79), and the heat storage index calculating means 116 performs the heat storage index calculation as described above. Is calculated (step S80). If the calculated heat storage index is larger than the heat surplus index value (for example, a value of about 70% of the maximum heat storage index value) stored in the memory means 92B, the process proceeds from step S81 to step S82 and the operation timer 88 Returns to the step S79 until a predetermined operation time (for example, 24 hours) is counted. If the heat storage index is equal to or greater than the heat surplus index value, the process moves from step S81 to step S83, where the time of the heat surplus time in which the heat storage state in the hot water storage device is surplus is measured, and the integration timer 90 calculates the heat surplus time. Integrate. Then, the process returns from step S84 to step S79 until the operation timer 88 measures a predetermined operation time.

このようにして所定運転時間（例えば、２４時間）にわたって貯湯装置の蓄熱状態が検知されると、ステップＳ８２又はステップＳ８４からステップＳ８５に移り、運転タイマ８８の計時時間がリセットされ、次の所定運転時間における条件設定が行われる（ステップＳ８６）。この条件設定は、上述したと同様に行われ、次の所定運転時間における熱不足指数値及び熱余剰指数値が設定される。   When the heat storage state of the hot water storage device is detected for a predetermined operation time (for example, 24 hours) in this manner, the process proceeds from step S82 or step S84 to step S85, where the time measured by the operation timer 88 is reset, and the next predetermined operation is performed. The condition setting in time is performed (step S86). This condition setting is performed in the same manner as described above, and the heat deficiency index value and the heat surplus index value for the next predetermined operation time are set.

その後に、貯湯装置における蓄熱状態の判定が行われる（ステップＳ８７）。総合効率優先モードの運転においては、上述したと同様に、蓄熱余剰が生じていないかの判定が行われ、蓄熱状態判定手段１１８は、積算タイマ９０の積算時間と熱余剰判定時間（例えば、１〜３時間程度、例えば２時間に設定される）とを比較する（ステップＳ８８）。そして、積算タイマ９０による積算時間がこの熱余剰判定時間以上であると、ステップＳ８９に進み、貯湯装置における蓄熱余剰の状態が長いとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱余剰と判定し、この蓄熱余剰の判定に基づき運転モード切換手段８４は運転モードの切換えを行い（ステップＳ９０）、次の所定運転時間の運転として発電効率優先モードが設定され、ステップＳ６１に戻る。また、この積算時間が熱余剰判定時間より小さいと、貯湯装置の蓄熱余剰の状態が長くないとして蓄熱状態判定手段１１８は蓄熱適正と判定し（ステップＳ９２）、この総合効率優先モードの運転が継続され（ステップＳ９３）、ステップＳ７７に戻って、総合効率優先モードの運転が継続して行われる。   Thereafter, the determination of the heat storage state in the hot water storage device is performed (step S87). In the operation in the overall efficiency priority mode, similarly to the above, it is determined whether or not the heat storage surplus occurs, and the heat storage state determining unit 118 determines whether the heat accumulation state of the accumulation timer 90 and the heat surplus determination time (for example, 1 to 1). ３3 hours, for example, set to 2 hours) (step S88). If the accumulation time by the accumulation timer 90 is equal to or longer than the heat surplus determination time, the process proceeds to step S89, and the heat storage state determination unit 118 determines that the state of the heat storage surplus in the hot water storage device is long, and determines that the heat storage surplus. Based on the determination, the operation mode switching means 84 switches the operation mode (step S90), sets the power generation efficiency priority mode as the operation for the next predetermined operation time, and returns to step S61. If the accumulated time is shorter than the heat surplus determination time, the heat storage state judging means 118 determines that the heat storage surplus state of the hot water storage device is not long and determines that the heat storage is appropriate (step S92), and the operation in the overall efficiency priority mode is continued. (Step S93), the process returns to Step S77, and the operation in the overall efficiency priority mode is continuously performed.

第１の実施形態では、燃料ガスの供給安定化のために運転モードを上述したように切り換え、また第２及び第３の実施形態においては、貯湯装置における蓄熱不足及び蓄熱余剰を解消するために運転モードを上述したように切り換えているが、燃料ガスの供給安定化並びに貯湯装置における蓄熱不足及び蓄熱余剰の解消の双方を行うために運転モードを切り換えるようにしてもよく、この場合の制御系の構成は、例えば第１の実施形態（図２に示す構成）と第３の実施形態（図１３に示す構成）を組み合わせたものとなり、そのときの制御は、例えば，図１５及び図１６に示す通りとなる。   In the first embodiment, the operation mode is switched as described above to stabilize the supply of the fuel gas, and in the second and third embodiments, in order to eliminate heat storage shortage and heat storage surplus in the hot water storage device. Although the operation mode is switched as described above, the operation mode may be switched in order to both stabilize the supply of the fuel gas and eliminate the shortage of heat storage and the excess heat storage in the hot water storage device. Is a combination of, for example, the first embodiment (the configuration shown in FIG. 2) and the third embodiment (the configuration shown in FIG. 13), and the control at that time is, for example, shown in FIG. 15 and FIG. It is as shown.

次に、図１５及び図１６を参照して、かかる場合における燃料電池システムについての制御を概説する。図１５において、燃料電池システムの発電効率優先モードの運転においては、上述したと同様に、燃料電池セルスタックの発電端出力（即ち、ＡＣ発電出力）の検知が行われ（ステップＳ１０１）、この発電端出力に基づき燃料電池セルスタックの発電出力が演算され、この発電出力が第２設定出力（例えば、約３９０Ｗ）を超えているか判断される（ステップＳ１０２）。   Next, the control of the fuel cell system in such a case will be outlined with reference to FIGS. In FIG. 15, in the operation of the fuel cell system in the power generation efficiency priority mode, the power generation end output (ie, AC power generation output) of the fuel cell stack is detected in the same manner as described above (step S101). The power output of the fuel cell stack is calculated based on the terminal output, and it is determined whether the power output exceeds a second set output (for example, about 390 W) (step S102).

この発電出力が第２設定出力を超えているとステップＳ１０３を経てステップＳ１０１に戻る。また、この発電出力が第２設定出力以下であると、ステップＳ１０２からステップＳ１０４に移り、上述したようにして燃料ガスの流量偏差の演算が行われ、この流量偏差を用いて燃料ガスの流量偏差の監視が行われる（ステップＳ１０５）。この流量偏差の管理は、第１の実施形態と同様に行われ、この演算偏差値が所定流量偏差値（例えば、３％）以上であるかを判断し、所定流量偏差値以上であると燃料ガスの供給流量が供給目標値から乖離しているとしてこの乖離時間を積算タイマで積算する。   If this power generation output exceeds the second set output, the process returns to step S101 via step S103. If the power generation output is equal to or less than the second set output, the process moves from step S102 to step S104, where the flow rate deviation of the fuel gas is calculated as described above, and the flow rate deviation of the fuel gas is calculated using this flow rate deviation. Is monitored (step S105). The management of the flow deviation is performed in the same manner as in the first embodiment. It is determined whether the calculated deviation is equal to or greater than a predetermined flow deviation (for example, 3%). Assuming that the gas supply flow rate deviates from the supply target value, the deviation time is integrated by the integration timer.

この燃料ガスの供給流量の乖離程度の監視が、所定運転時間（例えば、１〜３時間程度）の間行われ、この所定運転時間が経過すると、ステップＳ１０３又はステップ１０６からステップＳ１０７に移り、この燃料ガスの供給流量の乖離傾向の判定が行われる。即ち、積算タイマの積算時間（乖離積算時間）に基づいて供給流量の乖離傾向が判定され、乖離積算時間が短い（例えば、１分以下である）と、ステップＳ１０８からステップＳ１０９に進み、燃料ガスの供給流量の乖離傾向が小さいとして運転モードが継続され、発電効率優先モードの運転が引き続き行われる。また、この乖離積算時間が長い（例えば、５分以上である）と、ステップＳ１０８からステップＳ１１０を経てステップＳ１１１に移り、燃料ガスの供給流量の乖離傾向が大きいとして、運転モード切換手段は運転モードを切換え、次の所定運転時間において総合効率優先モードの運転が行われる。この乖離積算期間が中程度である（即ち、長くも短くもなく、例えば１〜５分間程度である）場合、ステップＳ１０８からステップＳ１１０を経てステップＳ１１２に移り、燃料電池システムの熱利用の判定が行われる。   Monitoring of the degree of deviation of the supply flow rate of the fuel gas is performed for a predetermined operation time (for example, about 1 to 3 hours), and when the predetermined operation time elapses, the process proceeds from step S103 or step 106 to step S107. A determination is made on the tendency of the fuel gas supply flow rate to deviate. That is, the divergence tendency of the supply flow rate is determined based on the integration time (deviation integration time) of the integration timer. If the divergence integration time is short (for example, 1 minute or less), the process proceeds from step S108 to step S109, and the fuel gas is discharged. The operation mode is continued assuming that the deviation tendency of the supply flow rate is small, and the operation in the power generation efficiency priority mode is continued. If the divergence integration time is long (for example, 5 minutes or more), the process proceeds from step S108 to step S111 via step S110, and determines that the divergence of the supply flow rate of the fuel gas is large. And the operation in the overall efficiency priority mode is performed in the next predetermined operation time. When the divergence accumulation period is medium (that is, neither long nor short, for example, about 1 to 5 minutes), the process proceeds from step S108 to step S112 via step S110, and the determination of the heat utilization of the fuel cell system is determined. Done.

この熱利用判定においては、発電効率優先モードの運転中に貯湯装置における蓄熱不足が発生しているかの判定が行われる。上述したと同様に、蓄熱指数検知手段により蓄熱状態の検知が行われ（ステップＳ１１３）、この蓄熱指数検知手段の検知温度に基づいて蓄熱指数演算手段が蓄熱指数を演算し（ステップＳ１１４）、この蓄熱指数を用いて貯湯装置における蓄熱不足の監視が行われる（ステップＳ１１５）。この蓄熱不足の管理は、例えば第３の実施形態と同様に行われ、この蓄熱指数値が熱不足指数値以下であるかを判断し、熱不足指数値以下であると貯湯装置（貯湯タンク）において蓄熱不足が発生しているとして熱不足時間を積算タイマで積算する。   In this heat utilization determination, it is determined whether or not heat storage shortage occurs in the hot water storage device during operation in the power generation efficiency priority mode. As described above, the heat storage index is detected by the heat storage index detecting means (step S113), and the heat storage index calculating means calculates the heat storage index based on the temperature detected by the heat storage index detecting means (step S114). Monitoring of insufficient heat storage in the hot water storage device is performed using the heat storage index (step S115). The management of the heat storage deficiency is performed, for example, in the same manner as in the third embodiment. It is determined whether the heat storage index value is equal to or less than the heat deficiency index value. In the above, it is assumed that the heat storage shortage has occurred, and the heat shortage time is integrated by the integration timer.

この貯湯装置における蓄熱不足の監視が、所定運転時間（例えば、３〜８時間程度）の間行われ、この所定運転時間が経過すると、ステップ１１６からステップＳ１１７に移り、貯湯装置における熱不足状態の判定が行われる。即ち、積算タイマの積算時間（熱不足積算時間）に基づいて蓄熱不足が発生しているかが判定される。   The monitoring of the lack of heat storage in the hot water storage device is performed for a predetermined operation time (for example, about 3 to 8 hours), and when the predetermined operation time elapses, the process proceeds from step 116 to step S117, and the heat storage state of the hot water storage device is determined. A determination is made. That is, it is determined whether or not the heat storage is insufficient based on the integrated time (heat insufficient integrated time) of the integration timer.

熱不足積算時間が熱不足判定時間以上であると、ステップＳ１１８からステップＳ１１９に進み、貯湯装置における蓄熱状態が不足しているとして、蓄熱状態判定手段は蓄熱不足の判定を行い、この蓄熱不足の判定に基づいて、運転モード切換手段が運転モードの切換えを行い（ステップＳ１２０）、次の所定運転時間において、蓄熱のための熱の発生が多い総合効率優先モードの運転が行われる。また、熱不足積算時間が熱不足判定時間より小さいと、ステップＳ１１８からステップＳ１２１に移り、貯湯装置における蓄熱状態が不足していないとして、蓄熱状態判定手段は蓄熱適正と判定し、この運転モードが継続され（ステップＳ１２２）、発電効率優先モードの運転が引き続き行われる。   If the accumulated heat deficiency time is equal to or longer than the heat deficiency determination time, the process proceeds from step S118 to step S119, where it is determined that the heat storage state in the hot water storage device is insufficient, and the heat storage state determination means determines the heat storage deficiency. Based on the determination, the operation mode switching means switches the operation mode (step S120), and in the next predetermined operation time, the operation in the overall efficiency priority mode in which much heat is generated for heat storage is performed. If the accumulated heat shortage time is shorter than the heat shortage determination time, the process proceeds from step S118 to step S121, where it is determined that the heat storage state in the hot water storage device is not insufficient, and the heat storage state determination means determines that the heat storage is appropriate. The operation is continued (step S122), and the operation in the power generation efficiency priority mode is continuously performed.

このように、この発電効率優先モードの運転においては、燃料ガスの供給流量の乖離傾向が優先的に判断され、この乖離傾向が小さいと発電効率優先モードの運転が継続して行われるが、この乖離傾向が大きくなると運転モードが切り換えられ、発電効率優先モードから総合効率優先モードに切り換えて運転される。また、この乖離傾向が中程度である場合には、熱利用を考慮して判断（この場合、蓄熱不足の判断）され、貯湯装置において蓄熱不足が生じていないと発電効率優先モードの運転が継続して行われるが、蓄熱不足が生じていると運転モードが切り換えられ、発電効率優先モードから総合効率優先モードに切り換えて運転される。   As described above, in the operation in the power generation efficiency priority mode, the divergence tendency of the supply flow rate of the fuel gas is determined with priority, and when the divergence tendency is small, the operation in the power generation efficiency priority mode is continuously performed. When the deviation tendency increases, the operation mode is switched, and the operation is switched from the power generation efficiency priority mode to the comprehensive efficiency priority mode. When the deviation tendency is moderate, a determination is made in consideration of heat utilization (in this case, determination of insufficient heat storage), and if there is no insufficient heat storage in the hot water storage device, the operation in the power generation efficiency priority mode is continued. However, if the heat storage is insufficient, the operation mode is switched, and the operation is switched from the power generation efficiency priority mode to the overall efficiency priority mode.

次に、図１６を参照して、燃料電池システムの総合効率優先モードの運転について説明する。この総合効率優先モードの運転においても、上述したと同様に、燃料電池セルスタックの発電端出力（即ち、ＡＣ発電出力）の検知が行われ（ステップＳ１２３）、この発電端出力に基づき燃料電池セルスタックの発電出力が演算され、この発電出力が第２設定出力（例えば、約３９０Ｗ）を超えているか判断される（ステップＳ１２４）。   Next, the operation of the fuel cell system in the overall efficiency priority mode will be described with reference to FIG. In the operation in the overall efficiency priority mode as well, the power generation end output of the fuel cell stack (ie, AC power generation output) is detected in the same manner as described above (step S123), and the fuel cell The power generation output of the stack is calculated, and it is determined whether the power generation output exceeds the second set output (for example, about 390 W) (step S124).

この発電出力が第２設定出力を超えているとステップＳ１２５を経てステップＳ１２３に戻る。また、この発電出力が第２設定出力以下であると、ステップＳ１２４からステップＳ１２６に移り、上述したようにして燃料ガスの流量偏差の演算が行われ、この流量偏差を用いて燃料ガスの流量偏差の監視が行われる（ステップＳ１２７）。この流量偏差の管理は、発電効率優先モードの運転のときと同様に行われ、燃料ガスの供給流量が供給目標値から乖離していると、その乖離時間を積算タイマで積算する。   If this power generation output exceeds the second set output, the process returns to step S123 via step S125. If the power generation output is equal to or less than the second set output, the process proceeds from step S124 to step S126, where the calculation of the fuel gas flow deviation is performed as described above, and the fuel gas flow deviation is calculated using this flow deviation. Is monitored (step S127). This flow rate deviation is managed in the same manner as in the operation in the power generation efficiency priority mode. If the supply flow rate of the fuel gas deviates from the target supply value, the deviation time is integrated by the integration timer.

この燃料ガスの供給流量の乖離程度の監視が、所定運転時間の間行われると、ステップＳ１２５又はステップ１２８からステップＳ１２９に移り、この燃料ガスの供給流量の乖離傾向の判定が行われる。即ち、積算タイマの積算時間（乖離積算時間）に基づいて供給流量の乖離傾向が判定され、乖離積算時間が長い（例えば、５分以上である）と、ステップＳ１３０からステップＳ１３１に進み、燃料ガスの供給流量の乖離傾向が大きいとして運転モードが継続され、総合効率優先モードの運転が引き続き行われる。また、この乖離積算時間が短い（例えば、１分以下である）と、ステップＳ１３０からステップＳ１３２を経てステップＳ１３３に移り、燃料ガスの供給流量の乖離傾向が小さいとして、運転モード切換手段は運転モードを切換え、次の所定運転時間において発電効率優先モードの運転が行われる。この乖離積算期間が中程度である（例えば、１〜５分間である）場合、ステップＳ１３０からステップＳ１３２を経てステップＳ１３４に移り、燃料電池システムの熱利用の判定が行われる。   When the degree of deviation of the supply flow rate of the fuel gas is monitored for a predetermined operation time, the process proceeds from step S125 or step 128 to step S129, and the deviation tendency of the supply flow rate of the fuel gas is determined. That is, the divergence tendency of the supply flow rate is determined based on the integration time (deviation integration time) of the integration timer. If the divergence integration time is long (for example, 5 minutes or more), the process proceeds from step S130 to step S131, and the fuel gas The operation mode is continued assuming that the divergence tendency of the supply flow rate is large, and the operation in the overall efficiency priority mode is continued. If the divergence accumulation time is short (for example, 1 minute or less), the process proceeds from step S130 to step S133 via step S132, and assuming that the divergence tendency of the supply flow rate of the fuel gas is small, the operation mode switching means sets the operation mode to the operation mode. And the operation in the power generation efficiency priority mode is performed in the next predetermined operation time. When the divergence accumulation period is medium (for example, 1 to 5 minutes), the process proceeds from step S130 to step S134 via step S132, and the determination of heat utilization of the fuel cell system is performed.

この熱利用判定においては、総合効率優先モードの運転中に貯湯装置における蓄熱余剰が発生しているかの判定が行われる。上述したと同様に、蓄熱指数検知手段により蓄熱状態の検知が行われ（ステップＳ１３５）、この蓄熱指数検知手段の検知温度に基づいて蓄熱指数演算手段が蓄熱指数を演算し（ステップＳ１３６）、この蓄熱指数を用いて貯湯装置における蓄熱余剰の監視が行われる（ステップＳ１３７）。この蓄熱余剰の管理は、例えば第３の実施形態と同様に行われ、この蓄熱指数値が熱余剰指数値以上であるかを判断し、熱余剰指数値以上であると貯湯装置（貯湯タンク）において蓄熱余剰が発生しているとして熱余剰時間を積算タイマで積算する。   In this heat utilization determination, it is determined whether or not the heat storage surplus occurs in the hot water storage device during the operation in the overall efficiency priority mode. As described above, the heat storage index detecting means detects the heat storage state (step S135), and the heat storage index calculating means calculates the heat storage index based on the detected temperature of the heat storage index detecting means (step S136). The surplus of heat storage in the hot water storage device is monitored using the heat storage index (step S137). The management of the heat storage surplus is performed, for example, in the same manner as in the third embodiment. It is determined whether the heat storage index value is equal to or greater than the heat surplus index value. , The heat surplus time is accumulated by the accumulation timer assuming that the heat accumulation surplus has occurred.

この貯湯装置における蓄熱余剰の監視が、所定運転時間（例えば、１〜３時間程度）の間行われ、この所定運転時間が経過すると、ステップ１３８からステップＳ１３９に移り、貯湯装置における熱余剰状態の判定が行われる。即ち、積算タイマの積算時間（熱余剰積算時間）に基づいて蓄熱余剰が発生しているかが判定される。   The monitoring of the surplus heat storage in the hot water storage device is performed for a predetermined operation time (for example, about 1 to 3 hours). When the predetermined operation time elapses, the process proceeds from step 138 to step S139, and the surplus heat state of the hot water storage device is determined. A determination is made. That is, it is determined whether or not the heat storage surplus has occurred based on the integration time (heat excess integration time) of the integration timer.

熱余剰積算時間が熱余剰判定時間以上であると、ステップＳ１４０からステップＳ１４１に進み、貯湯装置における蓄熱状態が余剰であるとして、蓄熱状態判定手段は蓄熱余剰の判定を行い、この蓄熱余剰の判定に基づいて、運転モード切換手段が運転モードの切換えを行い（ステップＳ１４２）、次の所定運転時間において、蓄熱のための熱の発生が少ない発電効率優先モードの運転が行われる。また、熱余剰積算時間が熱余剰判定時間より小さいと、ステップＳ１４０からステップＳ１４３に移り、貯湯装置における蓄熱状態が余剰でないとして、蓄熱状態判定手段は蓄熱適正と判定し、この運転モードが継続され（ステップＳ１４４）、総合効率優先モードの運転が引き続き行われる。   If the accumulated heat surplus time is equal to or longer than the heat surplus determination time, the process proceeds from step S140 to step S141, and assuming that the heat storage state in the hot water storage device is surplus, the heat storage state determination means makes a heat storage surplus determination. , The operation mode switching means switches the operation mode (step S142), and in the next predetermined operation time, the operation in the power generation efficiency priority mode in which less heat is generated for heat storage is performed. If the accumulated heat surplus time is smaller than the heat surplus determination time, the process proceeds from step S140 to step S143, where the heat storage state in the hot water storage device is not excessive, and the heat storage state determination means determines that the heat storage is appropriate, and the operation mode is continued. (Step S144) The operation in the overall efficiency priority mode is continuously performed.

このように、この総合効率優先モードの運転においても、燃料ガスの供給流量の乖離傾向が優先的に判断され、この乖離傾向が大きいと総合効率優先モードの運転が継続して行われるが、この乖離傾向が小さくなると運転モードが切り換えられ、総合効率優先モードから発電効率優先モードに切り換えて運転される。また、この乖離傾向が中程度である場合には、熱利用を考慮して判断（この場合、蓄熱余剰の判断）され、貯湯装置において蓄熱余剰が生じていないと総合効率優先モードの運転が継続して行われるが、蓄熱余剰が生じていると運転モードが切り換えられ、総合効率優先モードから発電効率優先モードに切り換えて運転される。   As described above, even in the operation in the overall efficiency priority mode, the divergence tendency of the supply flow rate of the fuel gas is determined with priority. If the divergence tendency is large, the operation in the overall efficiency priority mode is continuously performed. When the deviation tendency decreases, the operation mode is switched, and the operation is switched from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode. When the deviation tendency is moderate, a determination is made in consideration of heat utilization (in this case, determination of excess heat storage), and if there is no excess heat storage in the hot water storage device, the operation in the overall efficiency priority mode is continued. The operation mode is switched when there is excess heat storage, and the operation is switched from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode.

以上、本発明に従う燃料電池システムの各種実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。   Although various embodiments of the fuel cell system according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、蓄熱指数検知手段１０２として貯湯タンク５０に配設された５つの温水温度センサ１０４〜１１２から構成しているが、２〜４つ又は６つ以上の温水温度センサから構成するようにしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the heat storage index detecting means 102 is configured from the five hot water temperature sensors 104 to 112 disposed in the hot water storage tank 50, but from two to four or six or more hot water temperature sensors. It may be configured.

また、例えば、上述した実施形態では、貯湯装置４４の蓄熱状態を判定するために蓄熱指数という概念を用いているが、このような概念を用いることなく、この熱利用の判定を温度センサ（温度検知手段を構成する）を用いて簡易的に行うようにしてもよい。例えば、蓄熱不足については、温度センサは貯湯装置４４の貯湯タンク５０内の中央部付近よりも下の位置（例えば、図１０における第４温水温度センサ１１０の位置付近）に設けられ、この温度センサの検知温度に基づいて次のように熱利用の判定を行うことができる。この温度センサの検知温度が熱不足温度値（例えば、５０℃程度に設定される）を超えないか、或いはこの熱不足温度値を超える時間（即ち、熱不足積算時間）が熱不足判定時間以下であるときに蓄熱不足と判定することができる。また、蓄熱余剰については、温度センサは、貯湯装置４４の貯湯タンク５０内の底部又は貯湯水循環流路５２の上流側部６０内に設けられ、この温度センサの検知温度が熱余剰温度値（例えば、５０℃程度に設定される）を超えるか、或いはこの熱余剰温度を超える時間（即ち、熱余剰積算時間）が熱余剰判定時間以上であるときに蓄熱余剰と判定することができる。   Further, for example, in the above-described embodiment, the concept of the heat storage index is used to determine the heat storage state of the hot water storage device 44. However, without using such a concept, the determination of the heat utilization is performed by the temperature sensor (temperature sensor). (Which constitutes a detecting means). For example, for insufficient heat storage, the temperature sensor is provided at a position lower than the vicinity of the center of the hot water storage device 50 in the hot water storage tank 50 (for example, near the position of the fourth hot water temperature sensor 110 in FIG. 10). Can be determined as follows based on the detected temperature. Whether the temperature detected by the temperature sensor does not exceed the heat-deficient temperature value (for example, set to about 50 ° C.), or the time that exceeds the heat-deficient temperature value (that is, the heat-deficient integration time) is equal to or less than the heat-deficient determination time. When it is, it can be determined that the heat storage is insufficient. As for the heat storage surplus, the temperature sensor is provided at the bottom in the hot water storage tank 50 of the hot water storage device 44 or in the upstream side portion 60 of the hot water circulation path 52, and the temperature detected by the temperature sensor is a heat surplus temperature value (for example, , Set to about 50 ° C.) or when the time exceeding the heat surplus temperature (that is, the heat surplus integration time) is equal to or longer than the heat surplus determination time, it can be determined that the heat storage is excessive.

２，２Ａ 燃料電池システム
４ 改質器
６ 燃料電池セルスタック
２８ 燃料ガス流量センサ
４４ 貯湯装置
６４ ヒータ手段
７６ 発電端出力検知センサ
８０，８０Ａ コントローラ
８２ 燃料ガス流量偏差演算手段
８４ 運転モード切換手段
１０２ 蓄熱指数検知手段
１１６ 蓄熱指数演算手段
１１８ 蓄熱状態判定手段
１３２ 最大蓄熱指数抽出手段
１３４ 熱不足指数演算手段
１３６ 熱余剰指数演算手段




2, 2A fuel cell system 4 reformer 6 fuel cell cell stack 28 fuel gas flow sensor 44 hot water storage device 64 heater means 76 power generation end output detection sensor 80, 80A controller 82 fuel gas flow rate deviation calculating means 84 operation mode switching means 102 heat storage Index detection means 116 Heat storage index calculation means 118 Heat storage state determination means 132 Maximum heat storage index extraction means 134 Heat deficiency index calculation means 136 Heat surplus index calculation means




Claims (6)


燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を供給するための水供給手段と、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックからの排気ガスを排出するための排気ガス排出流路と、排気ガスの熱を温水として回収するための貯湯装置と、前記燃料電池セルスタックの発電電力の一部を熱として回収するためのヒータ手段と、前記燃料ガス供給手段及び前記水供給手段を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段は、電力負荷に追従して前記燃料電池セルスタックの発電電力が変動するように前記燃料ガス供給手段及び前記水供給手段を制御する燃料電池システムであって、
前記制御手段は、発電効率優先モードと総合効率優先モードとの運転を切り換えるための運転モード切換手段を含み、
前記運転モード切換手段により前記発電効率優先モードを設定したときには、前記燃料電池セルスタックの発電出力が第１設定出力と定格出力との間の発電効率優先第１発電範囲では前記燃料電池セルスタックの前記発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量が増加し、前記燃料電池セルスタックの前記発電出力が前記第１設定出力以下である発電効率優先第２発電範囲では燃料ガスの供給流量を一定に保持した状態で前記燃料電池セルスタックの発電端出力が低下するように制御し、
また、前記運転モード切換手段により前記総合効率優先モードを設定したときには、前記燃料電池セルスタックの前記発電出力が第２設定出力と前記定格出力との間の総合効率優先第１発電範囲では前記燃料電池セルスタックの前記発電出力の増加に伴い燃料ガスの供給流量を増加させ、前記燃料電池セルスタックの前記発電出力が前記第２設定出力以下である総合効率優先第２発電範囲では前記燃料電池セルスタックの前記発電出力を一定に保持するとともに前記燃料電池セルスタックの前記発電出力の一部を前記ヒータ手段に通電して熱として回収して前記貯湯装置で温水として蓄熱するように制御し、
前記総合効率優先モードにおける前記第２設定出力は、前記発電効率優先モードにおける前記第１設定出力よりも大きくなるように設定されているとともに、前記第１設定出力における総合効率は、前記総合効率優先モードの方が前記発電効率優先モードよりも大きいことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel gas supply unit for supplying a fuel gas, a water supply unit for supplying reforming water, a reformer for steam reforming the fuel gas, and the fuel gas reformed by the reformer. A fuel cell stack for generating power by oxidizing and reducing reformed fuel gas and oxidizing material, an exhaust gas discharge passage for discharging exhaust gas from the fuel cell stack, and recovering heat of the exhaust gas as hot water Hot water storage device, a heater means for recovering a part of the generated power of the fuel cell stack as heat, and a control means for controlling the fuel gas supply means and the water supply means, The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit controls the fuel gas supply unit and the water supply unit so that the generated power of the fuel cell stack varies according to an electric power load.
The control means includes an operation mode switching means for switching operation between a power generation efficiency priority mode and an overall efficiency priority mode,
When the power generation efficiency priority mode is set by the operation mode switching means, the power generation output of the fuel cell stack is in the power generation efficiency priority first power generation range between the first set output and the rated output. The supply flow rate of the fuel gas increases as the power generation output increases, and the fuel gas supply flow rate is kept constant in the power generation efficiency priority second power generation range in which the power generation output of the fuel cell stack is equal to or less than the first set output. In such a state, the output of the fuel cell stack is controlled such that the output of the power generation end is reduced,
When the overall efficiency priority mode is set by the operation mode switching means, the fuel output of the fuel cell stack in the overall efficiency priority first power generation range between the second set output and the rated output is the fuel output. A fuel gas supply flow rate is increased with an increase in the power generation output of the battery cell stack, and the fuel cell in the overall efficiency priority second power generation range in which the power generation output of the fuel cell stack is equal to or less than the second set output. While maintaining the power generation output of the stack constant, a part of the power generation output of the fuel cell stack is supplied to the heater means to recover as heat, and to store heat as hot water in the hot water storage device,
The second setting output in the overall efficiency priority mode is set to be larger than the first setting output in the power generation efficiency priority mode, and the overall efficiency in the first setting output is the total efficiency priority. A fuel cell system wherein the mode is larger than the power generation efficiency priority mode. 前記燃料ガス供給手段に関連して、前記改質器に供給される燃料ガスの流量又は圧力を検知するための燃料ガス流量検知手段又は燃料ガス圧力検知手段が設けられ、前記制御手段は、燃料ガスの供給流量又は供給圧力に関する乖離を演算する乖離演算手段を含み、前記発電効率優先モードの運転における前記第２設定出力以下の発電範囲において、前記乖離演算手段は前記燃料電池セルスタックの発電出力に対応する供給目標値と前記燃料ガス流量検知手段又は前記燃料ガス圧力検知手段の供給検知値との乖離値を演算し、前記乖離演算手段による乖離値に基づいてその乖離の程度が大きくなると、前記運転モード切換手段は、前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   In connection with the fuel gas supply means, a fuel gas flow rate detection means or a fuel gas pressure detection means for detecting a flow rate or a pressure of the fuel gas supplied to the reformer is provided, and the control means comprises: A divergence calculating means for calculating a divergence related to a gas supply flow rate or a supply pressure, wherein the divergence calculation means operates in a power generation range equal to or less than the second set output in the power generation efficiency priority mode operation. Calculate the divergence value between the supply target value corresponding to and the supply detection value of the fuel gas flow rate detection means or the fuel gas pressure detection means, and when the degree of the divergence increases based on the divergence value by the divergence calculation means, 2. The fuel according to claim 1, wherein the operation mode switching unit switches the operation from the power generation efficiency priority mode to the comprehensive efficiency priority mode. 3. Pond system. 前記貯湯装置に関連して、前記貯湯装置における蓄熱状態を検知するための蓄熱指数検知手段が設けられ、前記制御手段は、前記蓄熱指数検知手段の検知信号に基づいて蓄熱指数を演算する蓄熱指数演算手段と、前記蓄熱指数演算手段により演算された蓄熱指数値に基づいて前記貯湯装置での蓄熱状態を判定する蓄熱状態判定手段とを含み、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足と判定すると、前記運転モード切換手段は前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換え、また前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰と判定すると、前記運転モード切換手段は前記総合効率優先モードから前記発電効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。   In connection with the hot water storage device, there is provided a heat storage index detecting means for detecting a heat storage state in the hot water storage device, and the control means calculates a heat storage index based on a detection signal of the heat storage index detecting means. Calculating means, and a heat storage state determining means for determining a heat storage state in the hot water storage device based on the heat storage index value calculated by the heat storage index calculating means, wherein the heat storage state determining means determines that the heat storage is insufficient, The operation mode switching means switches from the power generation efficiency priority mode to the operation in the overall efficiency priority mode, and when the heat storage state determination means determines that the heat storage is excessive, the operation mode switching means switches the power generation efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode. 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the operation is switched to a mode operation. 前記発電効率優先モードの運転においては、前記蓄熱指数演算手段により演算された前記蓄熱指数に基づいて前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足と判定すると、前記運転モード切換手段は前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換え、また前記総合効率優先モードの運転においては、前記蓄熱指数演算手段により演算された前記蓄熱指数に基づいて前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰と判定すると、前記運転モード切換手段は前記総合効率優先モードから前記発電効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。   In the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage state determination means determines whether or not heat storage is insufficient based on the heat storage index calculated by the heat storage index calculation means, and the heat storage state determination means If it is determined that the power storage efficiency is insufficient, the operation mode switching means switches from the power generation efficiency priority mode to the operation of the overall efficiency priority mode, and in the operation of the overall efficiency priority mode, the heat storage index calculated by the heat storage index calculation means. The heat storage state determination means determines whether a heat storage surplus has occurred based on the above, and if the heat storage state determination means determines that the heat storage surplus, the operation mode switching means switches from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode. The fuel cell system according to claim 3, wherein the operation is switched to the operation of (1). 前記制御手段は、所定運転期間における最大蓄熱指数を抽出する最大蓄熱指数抽出手段を含み、前記発電効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は、前記最大蓄熱指数抽出手段により抽出された前記最大蓄熱指数に基づいて設定される熱不足指数値を用いて蓄熱不足が発生しているかの判定を行い、また前記総合効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は、前記最大蓄熱指数に基づいて設定される熱余剰指数値を用いて蓄熱余剰が発生しているかの判定を行うことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。 The control unit includes a maximum heat storage index extraction unit that extracts a maximum heat storage index during a predetermined operation period.In the operation in the power generation efficiency priority mode , the heat storage state determination unit is extracted by the maximum heat storage index extraction unit. It is determined whether or not heat storage deficiency has occurred by using a heat deficiency index value set based on the maximum heat storage index, and in the operation in the overall efficiency priority mode , the heat storage state determination unit includes the maximum heat storage index. 5. The fuel cell system according to claim 4, wherein it is determined whether or not a heat storage surplus occurs using a heat surplus index value set based on the index. 前記貯湯装置は、温水を貯湯する貯湯タンクと、前記排気ガス排出流路に配設された熱回収用熱交換器を通して前記貯湯タンクの温水を循環する貯湯水循環流路とを備え、前記貯湯タンクの底部又は前記貯湯水循環流路における前記熱回収用熱交換器よりも上流側の部位に、貯湯水の温度を検知する温度検知手段が設けられ、更に、前記制御手段は、前記貯湯装置での蓄熱状態を判定する蓄熱状態判定手段を含んでおり、前記発電効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は前記温度検知手段の検知温度に基づいて熱不足が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱不足と判定すると、前記運転モード切換手段は前記発電効率優先モードから前記総合効率優先モードの運転に切り換え、前記総合効率優先モードの運転においては、前記蓄熱状態判定手段は前記温度検知手段の検知温度に基づいて熱余剰が発生しているかの判定を行い、前記蓄熱状態判定手段が蓄熱余剰と判定すると、前記運転モード切換手段は前記総合効率優先モードから前記発電効率優先モードの運転に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
The hot water storage device includes a hot water storage tank that stores hot water, and a hot water storage water circulation path that circulates hot water in the hot water storage tank through a heat recovery heat exchanger provided in the exhaust gas discharge flow path. A temperature detecting means for detecting the temperature of the stored hot water is provided at the bottom of the hot water circulation path or at a position upstream of the heat exchanger for heat recovery, and the control means further comprises: A heat storage state determination unit that determines a heat storage state is included.In the operation in the power generation efficiency priority mode, the heat storage state determination unit determines whether or not a heat shortage has occurred based on the temperature detected by the temperature detection unit. When the heat storage state determining means determines that the heat storage is insufficient, the operation mode switching means switches the operation from the power generation efficiency priority mode to the overall efficiency priority mode, and In the operation of (1), the heat storage state determination means determines whether or not a heat surplus has occurred based on the temperature detected by the temperature detection means, and when the heat storage state determination means determines that the heat storage is excessive, the operation mode switching means 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the operation switches from the overall efficiency priority mode to the power generation efficiency priority mode. 4.
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