KR20140009905A - 발전 시스템 및 그 운전 방법 - Google Patents

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준지 모리타
히로시 다츠이
시게키 야스다
아키노리 유키마사
아츠타카 이노우에
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파나소닉 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 발전 시스템은 연료 전지(11)와 하우징(12)을 갖는 연료 전지 시스템(101)과, 환기 팬(13)과, 제어 장치(102)와, 연소 장치(103)와, 하우징(12)과 연소 장치(103)의 배기구(103A)를 연통하도록 마련되고, 연료 전지 시스템(101)으로부터 배출되는 배출 가스와 연소 장치(103)로부터 배출되는 배출 가스를 그 대기로의 개구로부터 대기로 배출하도록 구성된 배출 유로(70)를 구비하며, 환기 팬(13)은 하우징(12) 내의 가스를 배출 유로(70)로 배출함으로써, 하우징(12) 내를 환기하도록 구성되고, 제어 장치(102)는 연료 전지 시스템(101)의 발전 정지중에 또한 연소 장치(103)의 작동중에 환기 팬(13)이 소정의 압력 이상으로 작동하도록 제어하도록 구성되어 있다.

Description

발전 시스템 및 그 운전 방법{ELECTRICITY-GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SAME}
본 발명은 열과 전기를 공급하는 발전 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이며, 특히, 발전 시스템의 구조에 관한 것이다.
코제너레이션(cogeneration) 시스템은 발전한 전력을 수요가에 공급하여 전력 부하를 제공하는 동시에, 발전에 수반하는 배열(排熱)을 회수하여 축열함으로써 수요가의 급탕 부하를 제공하는 시스템이다. 이와 같은 코제너레이션 시스템으로서, 연료 전지와 급탕기가 동일한 연료로 동작하는 코제너레이션 시스템이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 개시되어 있는 코제너레이션 시스템에서는, 연료 전지와, 연료 전지의 동작에 수반하여 발생하는 열을 회수하는 열교환기와, 열교환기를 순환하여 가열된 물을 저장하는 저탕조와, 저탕조로부터 유출하는 물을 소정 온도까지 가온하는 기능을 갖는 급탕기를 가지며, 연료 전지와 급탕기가 동일한 연료로 동작하도록 구성되어 있다.
또한, 건물 내부에 배치하는 연료 전지 발전 장치의 배기 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한 연료 전지 발전 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조). 특허문헌 2에 개시되어 있는 발전 장치는 흡기구를 구비한 건물의 내부에 설치하여 사용되는 연료 전지 발전 장치로서, 건물의 내부의 공기를 연료 전지 발전 장치의 내부로 인도하는 공기 도입구와, 연료 전지 발전 장치의 내부의 공기를 건물의 외부로 배출하는 공기 배출관과, 환기 수단을 구비하고 있으며, 환기 수단이 건물 외부의 공기를 흡기구를 거쳐서 건물의 내부로 인도하여, 공기 도입구를 통해 연료 전지 발전 장치의 내부에 도입하고, 공기 배출관을 통해 건물의 외부로 배출한다.
또한, 건물 내부에 배치한 연료 전지에서 생긴 배가스의 배기 성능을 향상하는 것을 목적으로 하여, 상하 방향으로 연장하는 덕트를 구비하는 발전 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 3 참조). 특허문헌 3에 개시되어 있는 발전 장치에서는, 건물 내부를 상하 방향으로 연장하고 상단부가 외부에 위치하는 덕트가 이중관이며, 배가스 또는 공기가 덕트의 내측 또는 외측을 개별적으로 유통하도록, 환기관 및 배기관이 덕트에 각각 연결되어 있다.
일본 특허 공개 제 2007-248009 호 공보 일본 특허 공개 제 2006-73446 호 공보 일본 특허 공개 제 2008-210631 호 공보
그런데, 특허문헌 1에 개시되어 있는 코제너레이션 시스템을 건물 내에 배치하는 경우에, 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시되어 있는 발전 장치를 참조하면, 이하와 같은 구성을 취하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 연료 전지가 마련된 코제너레이션 유닛과 급탕기가 마련된 급탕 유닛을 개별적으로 배치하여, 코제너레이션 유닛과 급탕기가 연통하는 배기 유로를 마련하는 구성이다.
이와 같은 구성에서, 예컨대, 급탕기를 작동시키고 연료 전지를 작동시키지 않는 경우, 급탕기로부터 배출되는 배가스가 배기 유로를 거쳐서 코제너레이션 유닛 내에 유입할 우려가 있다. 그리고, 배가스가 코제너레이션 유닛에 유입한 상태에서 연료 전지를 기동시키면, 연료 전지의 캐소드에 배가스가 공급되는 것에 의해, 연료 전지의 발전 효율이 낮아진다는 과제가 생긴다.
본 발명은, 상기와 같이, 연료 전지 시스템과 연소 장치를 연통하는 배기 유로를 배설하는 경우에 있어서, 안정되게 발전을 실행할 수 있으며, 내구성이 높은 발전 시스템 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 발전 시스템은, 연료 가스와 산화제 가스를 이용하여 발전하는 연료 전지와, 상기 연료 전지를 수납하는 하우징을 갖는 연료 전지 시스템과, 환기기와, 제어 장치를 구비하는 발전 시스템에 있어서, 상기 발전 시스템은 연소 장치와, 상기 하우징과 상기 연소 장치의 배기구를 연통하도록 마련되고, 상기 연료 전지 시스템으로부터 배출되는 배출 가스와 상기 연소 장치로부터 배출되는 배출 가스를 그 대기로의 개구로부터 대기로 배출하도록 구성된 배출 유로를 더 구비하며, 상기 환기기는 상기 하우징 내의 가스를 상기 배출 유로로 배출함으로써, 상기 하우징 내를 환기하도록 구성되고, 상기 제어 장치는 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 상기 연소 장치의 작동중에 상기 환기기가 작동하도록 제어한다.
여기서, 연소 장치의 작동중이란, 연소 장치가 작동하여 해당 연소 장치로부터 배출 가스를 배출 유로로 배기하고 있는 상태뿐만 아니라, 연소 장치의 작동을 개시하여 해당 연소 장치로부터 배출 가스를 배출 유로로 배기를 개시하는 상태를 포함한다.
또한, 연료 전지 시스템의 발전 정지중이란, 연료 전지의 기동 동작을 개시하기 전이며, 또한, 연료 전지의 정지 동작을 종료한 후 상태를 말한다. 이 때문에, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에는 연료 전지 시스템의 일부의 보기(補器)를 운전하여 대기하는 발전 대기 상태를 포함한다.
이에 의해, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치의 작동중에 연소 장치로부터 배출된 배출 가스가 하우징 내에 유입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치의 작동중에 연소 장치로부터 배출된 배출 가스가 하우징 내에 유입했다고 해도, 환기기가 작동함으로써, 배출 가스의 추가 유입을 억제할 수 있으며, 유입한 배출 가스를 하우징 외부로 배출할 수 있다. 이 때문에, 하우징 내의 산소 농도의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 발전을 안정되게 실행할 수 있어서, 발전 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 제어 장치는 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에, 상기 연소 장치가 작동하는 경우에, 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 제어 장치는 상기 연소 장치의 작동 신호가 입력된 경우에 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 제어 장치는 상기 환기기의 작동을 개시하고, 그 후, 상기 연소 장치의 작동을 개시하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 제어 장치는 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에, 상기 연소 장치의 배출 가스의 배출을 검지한 경우에, 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 배출 유로 및 상기 하우징 내의 적어도 어느 한쪽에 마련된 제 1 온도 검지기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 제 1 온도 검지기에서 검지되는 온도가 제 1 온도보다 높은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 하우징의 급기구에 마련되며, 그 대기로의 개구로부터 공기를 상기 연료 전지 시스템에 공급하는 급기 유로와, 상기 급기 유로, 상기 배출 유로 및 상기 하우징 내 중 적어도 어느 한 개소에 마련된 제 1 온도 검지기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 소정의 시간 전후로 상기 제 1 온도 검지기가 검지한 온도의 차분이 소정의 온도 폭 상승한 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 배출 유로 내의 압력을 검지하는 압력 검지기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 압력 검지기에서 검지되는 압력이 제 1 압력보다 높은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 배출 유로 내를 흐르는 가스의 유량을 검지하는 유량 검지기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 유량 검지기에서 검지되는 유량이 제 1 유량보다 많은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 연소 장치는 연소 공기를 공급하도록 구성된 연소 공기 공급기를 갖고, 상기 제어 장치는 상기 환기기의 정압이 상기 연소 공기 공급기의 토출 압력보다 커지도록 상기 환기기를 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 하우징과 상기 연소 장치의 급기구를 연통하도록 마련되고, 상기 연료 전지 시스템 및 상기 연소 장치의 각각에, 그 대기로의 개구로부터 공기를 공급하도록 구성된 급기 유로를 더 구비하며, 상기 급기 유로는 상기 배기 유로와 열교환 가능하도록 마련되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 급기 유로에 마련된 제 2 온도 검지기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 제 2 온도 검지기에서 검지되는 온도가 제 2 온도보다 높은 경우 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 급기 유로에 마련된 제 2 온도 검지기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 소정의 시간 전후로 상기 제 2 온도 검지기가 검지한 온도의 차분, 소정의 온도 폭 낮은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템에서는, 상기 연료 전지 시스템은 원료와 수증기로부터 수소 함유 가스를 생성하는 개질기(改質器)를 갖는 수소 생성 장치를 더 구비하고 있어도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 발전 시스템의 운전 방법은, 연료 가스와 산화제 가스를 이용하여 발전하는 연료 전지와, 상기 연료 전지를 수납하는 하우징과, 환기기를 갖는 연료 전지 시스템을 구비하는 발전 시스템의 운전 방법으로서, 상기 발전 시스템은, 연소 장치와, 상기 하우징과 상기 연소 장치의 배기구를 연통하도록 마련되고, 상기 연료 전지 시스템으로부터 배출되는 배출 가스와 상기 연소 장치로부터 배출되는 배출 가스를 그 대기로의 개구로부터 대기로 배출하도록 구성된 배출 유로를 더 구비하고, 상기 환기기는, 상기 하우징 내의 가스를 상기 배출 유로로 배출함으로써, 상기 하우징 내를 환기하도록 구성되며, 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 상기 연소 장치의 작동중에 소정의 압력 이상으로 작동하도록 구성되어 있다.
이에 의해, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치의 작동중에 연소 장치로부터 배출된 배출 가스가 하우징 내에 유입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치의 작동중에 연소 장치로부터 배출된 배출 가스가 하우징 내에 유입했다고 해도, 환기기가 작동함으로써, 배출 가스의 추가 유입을 억제할 수 있으며, 유입한 배출 가스를 하우징 외부로 배출할 수 있다. 이 때문에, 하우징 내의 산소 농도의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 발전을 안정되게 실행할 수 있으며, 발전 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에 의하면, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치의 작동중에 하우징 내의 산소 농도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 연료 전지의 발전을 안정되게 실행할 수 있어서, 발전 시스템의 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 2는 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도,
도 3은 본 실시형태 1에 있어서의 변형예 1의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도,
도 4는 본 실시형태 1에 있어서의 변형예 2의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시형태 2에 따른 발전 시스템의 개략 구성을 나타내는 모식도,
도 6은 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도,
도 7은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 1의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 8은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 2의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 9는 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 3의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 10은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 3의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도,
도 11은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 4의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 12는 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 4의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도,
도 13은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 5의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 14는 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 5의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도,
도 15는 본 발명의 실시형태 3에 따른 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 본 발명을 설명하기 위해서 필요한 구성요소만을 발췌하여 도시하고 있으며, 그 이외의 구성요소에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.
(실시형태 1)
본 발명의 실시형태 1에 따른 발전 시스템은, 연료 전지와, 하우징과, 환기기를 갖는 연료 전지 시스템과, 제어 장치와, 연소 장치와, 배출 유로를 구비하고 있다. 그리고, 제어 장치가 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치로부터 배출 가스를 배출 유로로 배기 중에, 환기기가 작동하도록 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
여기서, 연소 장치의 작동중이란, 연소 장치가 작동하여 해당 연소 장치로부터 배출 가스를 배출 유로로 배기하고 있는 상태뿐만 아니라, 연소 장치의 작동을 개시하여 해당 연소 장치로부터 배출 가스를 배출 유로로 배기를 개시하는 상태를 포함한다.
또한, 연료 전지 시스템의 발전 정지중이란, 연료 전지의 기동 동작을 개시하기 전이며, 또한, 연료 전지의 정지 동작을 종료한 후 상태를 말한다. 이 때문에, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에는 연료 전지 시스템의 일부의 보기를 운전하여 대기하는 발전 대기 상태를 포함한다.
또한, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템은 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치의 작동중에 환기기가 작동하도록 구성되어 있으면 좋고, 이 이외의 경우에, 환기기가 작동하는 구성이라도 좋다. 예컨대, 연료 전지 시스템의 발전 정지중뿐만 아니라, 발전 운전중에 또한 연소 장치의 작동중에도 환기기가 작동하도록 구성되어 있어도 좋다.
연료 전지 시스템의 운전중은, 연료 전지 시스템으로부터 배출 가스(예컨대, 오프 산화제 가스)가 배출되기 때문에, 환기기가 작동하고 있지 않은 경우라도, 연소 장치로부터의 배출 가스가 연료 전지 시스템으로 역류하는 일은 일어나기 어렵다. 한편, 발전 정지중은 연료 전지 시스템으로부터 배출 가스(예컨대, 오프 산화제 가스)가 배출되지 않기 때문에, 환기기를 작동시키지 있지 않으면 연소 장치의 배출 가스가 연료 전지 시스템측으로 역류할 우려가 있다.
이 때문에, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템에서는, 제어 장치가, 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 연소 장치의 작동중에 환기기가 작동하도록 제어함으로써, 연소 장치의 배출 가스가 연료 전지 시스템측으로 역류하는 것을 억제할 수 있다. 다만, 연료 전지 시스템의 운전중은, 연료 전지 시스템 내에 가연 가스를 공급하기 때문에, 환기기가 실질적으로 계속하여 작동하고 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템의 일 예에 대하여, 구체적으로 설명한다.
[발전 시스템의 구성]
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)은 건물(200)의 내부에 배치되어 있다. 발전 시스템(100)은 연료 전지(11)와 하우징(12)을 갖는 연료 전지 시스템(101)과, 환기 팬(13)과, 제어 장치(102)와, 연소 장치(103)와, 배출 유로(70)를 구비하고 있다. 배출 유로(70)는 연료 전지 시스템(101)의 하우징(12)과 연소 장치(103)의 배기구(103A)를 연통하도록 마련되어 있다. 그리고, 제어 장치(102)는 연료 전지 시스템(101)의 발전 정지중에 또한 연소 장치(103)의 작동중[연소 장치(103)로부터 배출 가스를 배출 유로(70)로 배기 중]에 환기 팬(13)이 작동하도록 제어한다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 발전 시스템(100)은 건물(200)의 내부에 배치되어 있는 구성을 예시했지만, 이에 한정되지 않으며, 배출 유로(70)가 연료 전지 시스템(101)의 하우징(12)과 연소 장치(103)의 배기구(103A)를 연통하도록 마련되어 있으면, 건물(200)의 외부에 배치되어 있는 구성을 채용해도 좋다.
연료 전지 시스템(101)의 하우징(12) 내에는 연료 전지(11), 환기 팬(13), 연료 가스 공급기(14) 및 산화제 가스 공급기(15)가 배치되어 있다. 또한, 제어 장치(102)도 하우징(12) 내에 배치되어 있다. 또한, 본 실시형태 1에서는, 제어 장치(102)는 연료 전지 시스템(101)의 하우징(12) 내에 배치하는 구성을 채용했지만, 이에 한정되지 않으며, 제어 장치(102)는 연소 장치(103) 내에 배치하는 구성을 채용해도 좋고, 또한, 하우징(12) 및 연소 장치(103)는 개별적으로 배치하는 구성을 채용해도 좋다.
하우징(12)을 구성하는 벽의 적소에는, 벽의 두께 방향으로 관통하는 구멍(16)이 마련되어 있고, 해당 구멍(16)에는 배출 유로(70)를 구성하는 배관이 간극을 갖도록 해서 삽입 통과되어 있다. 그리고, 구멍(16)과 배출 유로(70)의 간극이 급기구(16)를 구성한다. 이에 의해, 급기구(16)를 거쳐서 하우징(12) 내부에 발전 시스템(100) 외부의 공기가 공급된다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 배출 유로(70)를 구성하는 배관이 삽입 통과되는 구멍과, 급기구(16)를 구성하는 구멍을 하나의 구멍(16)으로 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 배출 유로(70)를 구성하는 배관이 삽입 통과되는 구멍과, 급기구(16)를 구성하는 구멍을 개별적으로 하우징(12)에 마련해도 좋다. 또한, 급기구(16)는 하우징(12)에 하나의 구멍에 의해 구성되어도 좋고, 또한, 복수의 구멍에 의해 구성되어 있어도 좋다.
연료 가스 공급기(14)는 연료 전지(11)에 연료 가스(수소 가스)를 그 유량을 조정하면서 공급할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋고, 예컨대, 수소 생성 장치, 수소 봄베 또는 수소 흡장 합금 등의 수소 가스를 공급하도록 구성된 기기로 구성되어 있어도 좋다. 연료 가스 공급기(14)에는 연료 가스 공급 유로(71)를 거쳐서 연료 전지(11)[정확하게는, 연료 전지(11)의 연료 가스 유로(11A)의 입구]가 접속되어 있다.
산화제 가스 공급기(15)는 연료 전지(11)에 산화제 가스(공기)를 그 유량을 조정하면서 공급할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋고, 예컨대, 팬이나 블로어 등의 팬류로 구성되어 있어도 좋다. 산화제 가스 공급기(15)에는 산화제 가스 공급 유로(72)를 거쳐서 연료 전지(11)[정확하게는, 연료 전지(11)의 산화제 가스 유로(11B)의 입구]가 접속되어 있다.
연료 전지(11)는 애노드와 캐소드를 갖고 있다(모두 도시하지 않음). 연료 전지(11)에서는, 연료 가스 유로(11A)에 공급된 연료 가스가 연료 가스 유로(11A)를 통류하는 동안에 애노드에 공급된다. 또한, 산화제 가스 유로(11B)에 공급된 산화제 가스가 산화제 가스 유로(11B)를 통류하는 동안에 캐소드에 공급된다. 그리고, 애노드에 공급된 연료 가스와 캐소드에 공급된 산화제 가스가 반응하여 전기와 열이 발생한다.
또한, 발생한 전기는 도시되지 않은 전력 조정기에 의해 외부 전력 부하(예컨대, 가정의 전기 기기)에 공급된다. 또한, 발생한 열은 도시되지 않은 열매체 유로를 통류하는 열매체가 회수한다. 열매체가 회수한 열은 예컨대 물을 가열하는데 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 연료 전지(11)는 고분자 전해질형 연료 전지나 직접 내부 개질형 고체 산화물형 연료 전지나 간접 내부 개질형 고체 산화물형 연료 전지 등의 각종의 연료 전지를 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태 1에서는, 연료 전지(11)와 연료 가스 공급기(14)를 개별적으로 구성하는 형태를 채용했지만, 이에 한정되지 않고, 고체 산화물형 연료 전지와 같이 연료 가스 공급기(14)와 연료 전지(11)가 일체로 구성되어 있어도 좋다. 이 경우, 연료 전지(11)와 연료 가스 공급기(14)가 공통의 단열재로 덮인 하나의 유닛으로서 구성되며, 후술하는 연소기(14b)는 개질기(14a)뿐만 아니라 연료 전지(11)도 가열할 수 있다. 또한, 직접 내부 개질형 고체 산화물형 연료 전지에 있어서는 연료 전지(11)의 애노드가 개질기(14a)의 기능을 가지므로, 연료 전지(11)의 애노드와 개질기(14a)가 일체로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 연료 전지(11)의 구성은 일반적인 연료 전지와 동일하게 구성되어 있기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
연료 가스 유로(11A)의 출구에는 오프 연료 가스 유로(73)의 상류단이 접속되어 있다. 오프 연료 가스 유로(73)의 하류단은 배출 유로(70)에 접속되어 있다. 또한, 산화제 가스 유로(11B)의 출구에는 오프 산화제 가스 유로(74)의 상류단이 접속되어 있다. 오프 산화제 가스 유로(74)의 하류단은 배출 유로(70)에 접속되어 있다.
이에 의해, 연료 전지(11)에서 사용되지 않은 연료 가스(이하, 오프 연료 가스)는, 연료 가스 유로(11A)의 출구로부터 오프 연료 가스 유로(73)를 거쳐서, 배출 유로(70)로 배출된다. 또한, 연료 전지(11)에서 사용되지 않은 산화제 가스(이하, 오프 산화제 가스)는 산화제 가스 유로(11B)의 출구로부터 오프 산화제 가스 유로(74)를 거쳐서 배출 유로(70)로 배출된다. 배출 유로(70)로 배출된 오프 연료 가스는 오프 산화제 가스에 의해 희석되어 건물(200) 외부로 배출된다.
환기 팬(13)은 환기 유로(75)를 거쳐서 배출 유로(70)와 접속되어 있다. 환기 팬(13)으로서는 하우징(12) 내를 환기할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋다. 이에 의해, 급기구(16)로부터 발전 시스템(100) 외부의 공기가 하우징(12) 내에 급기되며, 환기 팬(13)을 작동시키는 것에 의해, 하우징(12) 내의 가스(주로, 공기)가 환기 유로(75) 및 배출 유로(70)를 거쳐서 건물(200) 외부로 배출되어, 하우징(12) 내가 환기된다.
또한, 본 실시형태 1에서는 환기기로서 팬을 이용했지만, 이에 한정되지 않으며, 블로어를 이용해도 좋다. 환기 팬(13)은 하우징(12) 내에 배치하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 환기 팬(13)은 배출 유로(70) 내에 배치하도록 구성해도 좋다. 이 경우, 환기 팬(13)은 배출 유로(70)의 분기 부분보다 상류측에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 실시형태 1에서는, 오프 연료 가스, 오프 산화제 가스, 및 환기 팬(13)이 작동하는 것에 의한 하우징(12) 내의 가스가 연료 전지 시스템(101)으로부터 배출되는 배출 가스로서 예시된다. 또한, 연료 전지 시스템(101)으로부터 배출되는 배출 가스는 이들 가스에 한정되지 않고, 예컨대, 연료 가스 공급기(14)가 수소 생성 장치로 구성되어 있는 경우, 해당 수소 생성 장치로부터 배출되는 가스(연소 배가스, 수소 함유 가스 등)라도 좋다.
연소 장치(103)는 연소기(17)와 연소 팬(연소 공기 공급기)(18)을 갖고 있다. 연소기(17)와 연소 팬(18)은 연소 공기 공급 유로(76)를 거쳐서 접속되어 있다. 연소 팬(18)은 연소기(17)에 연소 공기를 공급할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋고, 예컨대, 팬이나 블로어 등의 팬류로 구성되어 있어도 좋다.
연소기(17)에는 도시되지 않은 연소 연료 공급기로부터 천연 가스 등의 가연성 가스나 등유 등의 액체 연료 등의 연소 연료가 공급된다. 그리고, 연소기(17)에서는, 연소 팬(18)으로부터 공급된 연소 공기와, 연소 연료 공급기로부터 공급된 연소 연료를 연소하여 열이 발생하고, 연소 배가스가 생성된다. 또한, 발생한 열은 물을 가열하는데 사용할 수 있다. 즉, 연소 장치(103)는 보일러로 사용해도 좋다.
또한, 연소기(17)에는 배출 가스 유로(77)의 상류단이 접속되어 있으며, 배출 가스 유로(77)의 하류단은 배출 유로(70)에 접속되어 있다. 이에 의해, 연소기(17)에서 생성된 연소 배가스는 배출 가스 유로(77)를 거쳐서 배출 유로(70)로 배출된다. 즉, 연소기(17)에서 생성된 연소 배가스가 연소 장치(103)로부터 배출되는 배출 가스로서 배출 유로(70)로 배출된다. 그리고, 배출 유로(70)로 배출된 연소 배가스는 배출 유로(70)를 통류하여 건물(200) 외부로 배출된다.
연소 장치(103)를 구성하는 벽의 적소에는 벽의 두께 방향으로 관통하는 구멍(19)이 마련되어 있고, 해당 구멍(19)에는 배출 유로(70)를 구성하는 배관이 간극을 갖도록 하여 삽입 통과되어 있다. 그리고, 구멍(19)과 배출 유로(70)의 간극이, 급기구(19)를 구성한다. 이에 의해, 급기구(19)를 거쳐서 연소 장치(103) 내부에 발전 시스템(100) 외부의 공기가 공급된다.
즉, 배출 유로(70)는 분기되어 있으며, 2개의 상류단은 구멍(16) 및 구멍(19)의 각각에 접속되어 있다. 또한, 배출 유로(70)는 건물(200)의 외측에까지 연장하도록 형성되어 있으며, 그 하류단(개구)은 대기로 개방되어 있다. 이에 의해, 배출 유로(70)는 하우징(12)과 연소 장치(103)의 배기구(103A)를 연통한다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 배출 유로(70)를 구성하는 배관이 삽입 통과되는 구멍과, 급기구(19)를 구성하는 구멍을 하나의 구멍(19)으로 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 배출 유로(70)를 구성하는 배관이 삽입 통과되는(접속하는) 구멍과, 급기구(19)를 구성하는 구멍을 개별적으로 연소 장치(103)에 마련해도 좋다. 또한, 급기구(19)는 연소 장치(103)에 하나의 구멍에 의해 구성되어도 좋으며, 복수의 구멍에 의해 구성되어 있어도 좋다.
제어 장치(102)는 발전 시스템(100)을 구성하는 각 기기를 제어하는 기기이면 어떠한 형태라도 좋다. 제어 장치(102)는 마이크로 프로세서, CPU 등으로 예시되는 연산 처리부와, 각 제어 동작을 실행하기 위한 프로그램을 격납한 메모리 등으로 구성되는 기억부를 구비하고 있다. 그리고, 제어 장치(102)는, 연산 처리부가 기억부에 격납된 소정의 제어 프로그램을 판독하고, 이것을 실행하는 것에 의해 이들 정보를 처리하며, 또한, 이들 제어를 포함하는 발전 시스템(100)에 관한 각종의 제어를 실행한다.
또한, 제어 장치(102)는 단독의 제어 장치로 구성되는 형태뿐만 아니라, 복수의 제어 장치가 협동하여 발전 시스템(100)의 제어를 실행하는 제어 장치군으로 구성되는 형태라도 상관없다. 또한, 제어 장치(102)는 마이크로 컨트롤로 구성되어 있어도 좋고, MPU, PLC(Programmable Logic Controller), 논리 회로 등에 의해 구성되어 있어도 좋다.
[발전 시스템의 동작]
다음으로, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)의 동작에 대하여, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 또한, 발전 시스템(100)의 연료 전지 시스템(101)에 있어서의 발전 동작은 일반적인 연료 전지 시스템의 발전 동작과 동일하게 실행되므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 실시형태 l에서는 제어 장치(102)가 하나의 제어 장치로 구성되어 있으며, 해당 제어 장치가 발전 시스템(100)을 구성하는 각 기기를 제어하는 것으로 하여 설명한다.
도 2는 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인지 여부를 확인한다[단계(S101)]. 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중이 아닌 경우[단계(S1O1)에서 "아니오"]에는, 연료 전지(11)가 발전 정지중이 될 때까지 단계(S101)를 반복한다. 한편, 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인 경우에는[단계(S101)에서 "예"] 단계(S102)로 진행된다.
단계(S102)에서는, 제어 장치(102)는 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력되었는지 여부를 확인한다. 연소 장치(103)의 작동 지령으로서는, 예컨대, 발전 시스템(100)의 사용자가 도시되지 않은 리모콘을 조작하여 연소 장치(103)를 작동시키도록 지시한 경우나 미리 설정된 연소 장치(103)의 운전 개시 시각이 된 경우 등을 들 수 있다.
연소 장치(103)의 작동 지령이 입력되어 있지 않은 경우[단계(S102)에서 "아니오"]에는, 제어 장치(102)는 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력될 때까지 단계(S102)를 반복한다. 또한, 이 경우, 제어 장치(102)는 단계(S101)로 되돌아와, 연료 전지(11)가 발전 정지중이며, 또한, 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력될 때까지 단계(S101)와 단계(S102)를 반복해도 좋다.
한편, 제어 장치(102)는 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력된 경우[단계(S102)에서 "예"]에는 단계(S103)로 진행된다. 단계(S103)에서는, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)을 작동시킨다. 이때, 제어 장치(102)는 연소 장치(103)에서 배출되는 배출 가스가 하우징(12) 내에 유입하지 않도록, 소정의 압력 이상으로 작동하도록 제어한다. 여기서, 소정의 압력이란, 연소 장치로부터 배출 유로로 배출되는 배출 가스가 연료 전지 시스템의 하우징 내에 유입하는 것을 억제할 수 있는 압력을 말하며, 배출 유로의 길이나 단면적, 연소 장치의 연소 능력 등에 의해 임의로 설정된다. 이 경우, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)의 정압이 연소 팬(18)의 토출 압력보다 커지도록 환기 팬(13)을 제어하는 것이 바람직하다.
이어서, 제어 장치(102)는 연소 장치(103)를 작동시킨다[단계(S1O4)]. 이에 의해, 연소 장치(103)에서는, 연소기(17)에 연소 팬(18)으로부터 연소 공기가 공급되고, 연소 연료 공급기(도시하지 않음)로부터 연소 연료가 공급된다. 그리고, 연소기(17)에서는, 공급된 연소 연료와 연소 공기를 연소하여 연소 배가스가 생성된다.
연소 장치(103)에서 생성된 연소 배가스[연소 장치(103)로부터 배출되는 배출 가스]는 배출 유로(70)를 통류하여 건물(200) 외부로 배출된다. 이때, 배출 유로(70)를 통류하는 연소 배가스의 일부가 오프 연료 가스 유로(73), 오프 산화제 가스 유로(74)나 환기 유로(75)를 거쳐서 하우징(12) 내에 유입할 우려가 있다. 그렇지만, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)에서는 환기 팬(13)이 소정의 압력 이상으로 작동하고 있기 때문에, 연소 배가스가 하우징(12) 내에 유입하는 것이 억제된다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 환기 팬(13)의 작동을 연소 장치(103)의 작동보다 먼저 실행하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않으며, 환기 팬(13)의 작동과 연소 장치(103)의 작동을 동시에 실행하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 환기 팬(13)의 작동을 연소 장치(103)의 작동보다 후에 실행하도록 구성되어 있어도 좋다. 이 경우, 배출 유로(70)를 통류하는 연소 배가스의 일부가 오프 연료 가스 유로(73), 오프 산화제 가스 유로(74)나 환기 유로(75)를 거쳐서 하우징(12) 내에 유입하는 경우도 있지만, 환기 팬(13)이 작동함으로써, 하우징(12) 내로의 연소 배가스의 추가 유입을 억제할 수 있다. 또한, 하우징(12) 내에 유입한 연소 배가스를 환기 팬(13)이 작동하는 것에 의해, 하우징(12) 외부로 배출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)에서는, 연료 전지 시스템(101)의 발전 정지중에 또한 연소 장치(103)로부터의 배출 가스를 배출 유로(70)로 배기 중에, 연소 장치(103)로부터의 배출 가스가 하우징(12) 내에 유입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 연소 장치(103)로부터의 배출 가스가 하우징(12) 내에 유입했다고 해도, 환기 팬(13)이 작동함으로써, 유입한 배출 가스를 하우징(12) 외부로 배출할 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)에서는, 하우징(12) 내의 산소 농도의 저하를 억제할 수 있어서, 연료 전지(11)의 발전 효율 저하를 억제할 수 있으며, 발전 시스템(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
그런데, 연소 장치(103)에, 천연 가스 등에 포함되는 유황 화합물을 탈황하는 탈황기가 마련되지 않은 경우에는, 연소 장치(103)가 연소 동작을 실행함으로써 SOx가 생성된다. 그리고, 생성된 SOx가 배출 유로(70)를 거쳐서 하우징(12) 내에 유입하여 연료 전지(11)의 캐소드에 공급되면, 캐소드에 포함되는 촉매의 피독을 가속할 우려가 있다.
그렇지만, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)에서는, 상술한 바와 같이 연소 장치(103)로부터의 배출 가스(SOx를 포함함)의 하우징(12) 내로의 유입을 억제함으로써, SOx가 연료 전지(11)의 캐소드에 공급되는 것을 억제할 수 있다. 또한, SOx가 하우징(12) 내에 유입했다고 해도, 환기 팬(13)이 작동함으로써, SOx를 하우징(12) 외부로 배출할 수 있다.
따라서, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)에서는 연료 전지(11)의 캐소드의 피독화를 억제할 수 있어서, 연료 전지(11)의 발전 효율 저하를 억제할 수 있고, 발전 시스템(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 배출 유로(70)와, 오프 연료 가스 유로(73), 오프 산화제 가스 유로(74) 및 배출 가스 유로(77)를 각각 다른 유로로서 설명했지만, 이에 한정되지 않으며, 이들 유로를 모아 배출 유로(70)로 해석해도 좋다.
[변형예 1]
다음으로, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)에 있어서의 변형예 1의 발전 시스템에 대하여 설명한다.
본 변형예 1의 발전 시스템(100)은 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 제어 장치(102)가 복수의 제어 장치를 갖고 있으며, 연소 장치(103)를 제어하는 제어 장치(군)[이하, 제어 장치(102B)라 함]와, 연소 장치(103) 이외의 발전 시스템(100)을 구성하는 각 기기를 제어하는 제어 장치(군)[이하, 제어 장치(102A)라 함]로 구성되어 있는 점이 다르다. 또한, 본 변형예 1에서는, 제어 장치(102B)는 연소 장치(103)만을 제어하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않으며, 연소 장치(103) 이외의 발전 시스템(100)을 구성하는 각 기기 중 하나 이상의 어느 기기를 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.
또한, 제어 장치(102A) 및 제어 장치(102B)에는 각각 통신부를 갖고 있으며, 쌍방의 연산 처리부 및 통신부를 거쳐서 신호의 교환이 실행된다. 또한, 제어 장치(102A)와 제어 장치(102B)를 접속하는 통신 매체는 예컨대, 무선 LAN이라도 좋고, 근거리 통신망, 광역 통신망, 공중 통신, 인터넷, 부가가치 통신망 또는 상용 네트워크 등이라도 좋다.
도 3은 본 실시형태 1에 있어서의 변형예 1의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(102A)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인지 여부를 확인한다[단계(S201)]. 제어 장치(102A)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중이 아닌 경우[단계(S201)에서 "아니오"]에는, 연료 전지(11)가 발전 정지중이 될 때까지 단계(S201)를 반복한다. 한편, 제어 장치(102A)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인 경우에는[단계(S201)에서 "예"], 단계(S202)로 진행된다.
단계(S202)에서는, 제어 장치(102A)는 제어 장치(102B)에 연소 장치(103)의 작동 지령(작동 신호)이 입력되었는지 여부를 확인한다. 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력되어 있지 않은 경우[단계(S202)에서 "아니오"]에는, 제어 장치(102A)는 제어 장치(102B)에 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력될 때까지 단계(S202)를 반복한다. 또한, 이 경우, 제어 장치(102)는 단계(S201)로 되돌아와, 연료 전지(11)가 발전 정지중이며, 또한, 제어 장치(102B)에 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력될 때까지 단계(S201)와 단계(S202)를 반복해도 좋다.
한편, 제어 장치(102A)는 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력된 경우[단계(S202)에서 "예"]에는 단계(S203)로 진행된다. 단계(S203)에서는, 제어 장치(102A)는 환기 팬(13)을 작동시킨다. 이때, 제어 장치(102A)는, 연소 장치(103)에서 배출되는 배출 가스가 하우징(12) 내에 유입하지 않도록, 소정의 압력 이상으로 작동하도록 제어한다. 이 경우, 제어 장치(102A)는 환기 팬(13)의 정압이 연소 팬(18)의 토출 압력보다 커지도록 환기 팬(13)을 제어하는 것이 바람직하다.
이어서, 제어 장치(102A)는 제어 장치(102B)에 연소 장치(103)의 작동 지령을 출력하고, 제어 장치(102B)가 연소 장치(103)를 작동시킨다[단계(S204)]. 또한, 본 변형예 1에서는, 환기 팬(13)의 작동을 연소 장치(103)의 작동보다 먼저 실시하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않으며, 환기 팬(13)의 작동을 연소 장치(103)의 작동보다 후에 실행하도록 구성되어 있어도 좋고, 또한, 환기 팬(13)의 작동과 연소 장치(103)의 작동을 동시에 실행하도록 구성되어 있어도 좋다.
이와 같이 구성된 본 변형예 1의 발전 시스템(100)이라도 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 1에서는, 제어 장치(102B)는 제어 장치(102A)로부터의 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력되고 나서, 연소 장치(103)를 작동시키도록 구성했지만, 이에 한정되지 않으며, 제어 장치(102B)가 직접, 연소 장치(103)를 작동시키도록 구성해도 좋다. 이 경우라도, 환기 팬(13)의 작동과 연소 장치(103)의 작동은 어느 한쪽을 다른 쪽보다 먼저 작동시켜도 좋으며, 또한, 동시에 작동시켜도 좋다.
[변형예 2]
다음으로, 본 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)에 있어서의 변형예 2의 발전 시스템에 대하여 설명한다.
본 변형예 2의 발전 시스템(100)은 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 연소 장치(103)가 연산 처리부 및 통신부를 갖고 있고, 리모콘으로부터 입력된 조작 신호나 제어 장치(102)로부터의 제어 신호가 연소 장치(103)의 통신부에 직접 입력되어, 연소 장치(103)의 연산 처리부가 이들 신호를 처리하는 점이 다르다.
또한, 제어 장치(102)의 통신부와 연소 장치(103)의 통신부를 접속하는 통신 매체는, 예컨대, 무선 LAN이라도 좋고, 근거리 통신망, 광역 통신망, 공중 통신, 인터넷, 부가가치 통신망 또는 상용 네트워크 등이라도 좋다.
도 4는 본 실시형태 1에 있어서의 변형예 2의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인지 여부를 확인한다[단계(S301)]. 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중이 아닌 경우[단계(S301)에서 "아니오"]에는, 연료 전지(11)가 발전 정지중이 될 때까지, 단계(S301)를 반복한다. 한편, 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인 경우에는[단계(S301)에서 "예"] 단계(S302)로 진행된다.
단계(S302)에서는, 연소 장치(103)의 연산 처리부는 해당 연소 장치(103)의 연산 처리부에 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력되었는지 여부를 확인한다. 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력되어 있지 않은 경우[단계(S302)에서 "아니오"]에는, 연소 장치(103)의 연산 처리부는 해당 연산 처리부에 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력될 때까지 단계(S302)를 반복한다.
한편, 연소 장치(103)의 연산 처리부는 연소 장치(103)의 작동 지령이 입력된 경우[단계(S302)에서 "예"]에는 단계(S303)로 진행된다. 단계(S303)에서는, 연소 장치(103)의 연산 처리부는 연소 장치(103)의 통신부를 거쳐서 제어 장치(102)에 연소 장치(103)의 작동 신호를 출력한다. 이어서, 연소 장치(103)의 연산 처리부는 연소 장치(103)를 작동시킨다[단계(S304)].
그리고, 제어 장치(102)는 연소 장치(103)[정확하게는, 연소 장치(103)의 연산 처리부 및 통신부]로부터의 작동 신호가 입력되면 환기 팬(13)을 작동시킨다[단계(S305)]. 이때, 제어 장치(102)는, 연소 장치(103)에서 배출되는 배출 가스가 하우징(12) 내에 유입하지 않도록, 소정의 압력 이상으로 작동하도록 제어한다. 이 경우, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)의 정압이 연소 팬(18)의 토출 압력보다 커지도록 환기 팬(13)을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 본 변형예 2에서는 연소 장치(103)의 작동을 환기 팬(13)의 작동보다 먼저 실행하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않으며, 연소 장치(103)의 작동을 환기 팬(13)의 작동보다 후에 실행하도록 구성되어 있어도 좋고, 또한, 환기 팬(13)의 작동과 연소 장치(103)의 작동을 동시에 실행하도록 구성되어 있어도 좋다.
이와 같이 구성된 본 변형예 2의 발전 시스템(100)이라도 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
(실시형태 2)
본 발명의 실시형태 2에 따른 발전 시스템은, 제어 장치가 연료 전지 시스템의 발전 정지중에, 연소 장치의 배출 가스의 배출을 검지한 경우에, 환기기가 동작하도록 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
[발전 시스템의 구성]
도 5는 본 발명의 실시형태 2에 따른 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)은, 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 배출 유로(70)에 제 1 온도 검지기(20)가 마련되어 있는 점이 다르다. 제 1 온도 검지기(20)는 배출 유로(70) 내의 가스의 온도를 검지할 수 있으면 어떠한 형태라도 좋으며, 예컨대, 열전쌍이나 적외선 센서 등을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 온도 검지기(20)는 본 실시형태 2에서는 배출 유로(70)의 내부에 마련하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 배출 유로(70)의 외부에 마련해도 좋다. 또한, 제 1 온도 검지기(20)는 연소 장치(103)로부터 배출 가스가 배출된 것을 정확하게 검지하는 관점으로부터, 연소 장치(103)에 가능한 한 가까운 위치에 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 온도 검지기(20)는 배출 가스 유로(77)에 마련해도 좋다.
[발전 시스템의 동작]
도 6은 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인지 여부를 확인한다[단계(S401)]. 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중이 아닌 경우[단계(S401)에서 "아니오"]에는 연료 전지(11)가 발전 정지중이 될 때까지 단계(S401)를 반복한다. 한편, 제어 장치(102)는, 연료 전지(11)가 발전 정지중인 경우에는[단계(S401)에서 "예"] 단계(S402)로 진행된다.
단계(S402)에서는, 제어 장치(102)는 제 1 온도 검지기(20)가 검지한 배출 유로(70) 내의 가스의 온도(T)를 취득한다. 그리고, 제어 장치(102)는 단계(S402)에서 취득한 온도(T)가 제 1 온도(T1)보다 큰지 여부를 판단한다.[ 단계(S403)]. 여기서, 제 1 온도(T1)는, 예컨대 미리 실험 등에 의해, 연소 장치(103)로부터 배출된 배가스가 배출 유로(70)를 통류할 때의 온도 범위를 구해두고, 해당 온도 범위로 해도 좋다. 또한, 제 1 온도(T1)는 예컨대 건물(200) 내부의 온도나 외기온에 대하여 소정 온도(예컨대, 20℃) 이상 높은 온도로 설정해도 좋다.
제어 장치(102)는, 단계(S402)에서 취득한 온도(T)가 제 1 온도(T1) 이하인 경우[단계(S403)에서 "아니오"]에는 단계(S402)로 되돌아와, 제 1 온도(T1)보다 커질 때까지 단계(S402) 및 단계(S403)를 반복한다. 또한, 이러한 경우, 제어 장치(102)는 단계(S401)로 되돌아와, 연료 전지(11)가 발전 정지중이며, 또한, 제 1 온도(T1)보다 커질 때까지 단계(S401) 내지 단계(S403)를 반복해도 좋다.
한편, 제어 장치(102)는, 단계(S402)에서 취득한 온도(T)가 제 1 온도(T1)보다 큰 경우[단계(S403)에서 "예"]에는 단계(S404)로 진행된다. 단계(S404)에서는, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)을 작동시킨다. 이때, 제어 장치(102)는, 연소 장치(103)에서 배출되는 배출 가스가 하우징(12) 내에 유입하지 않도록, 소정의 압력 이상으로 작동하도록 제어한다. 이 경우, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)의 정압이 연소 팬(18)의 토출 압력보다 커지도록 환기 팬(13)을 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)이라도 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)에서는, 연소 장치(103)가 작동하고 있는지 여부의 판단을, 제 1 온도 검지기(20)에서 검지한 온도(T)가 제 1 온도(T1)보다 높은지 여부를 판단하는 것에 의해 실행하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 소정 시간의 전후에 있어서의 제 1 온도 검지기(20)가 검지한 온도(T)의 차분이 미리 실험 등에 의해 구해둔 소정의 역치 온도보다 높은 경우, 연소 장치(103)가 작동하고 있다고 판단해도 좋다.
[변형예 1]
다음으로, 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)에 있어서의 변형예 1의 발전 시스템에 대하여 설명한다.
본 변형예 1의 발전 시스템은 하우징 내에 마련된 제 1 온도 검지기를 더 구비하고, 제어 장치가, 제 1 온도 검지기에서 검지되는 온도가 제 1 온도보다 높은 경우, 환기기가 작동하도록 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
[발전 시스템의 구성]
도 7은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 1의 발전 시스템의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 1의 발전 시스템(100)은 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 제 1 온도 검지기(20)가 하우징(12) 내에 마련되어 있는 점이 다르다. 또한, 제 1 온도 검지기(20)는, 연소 장치(103)로부터 배출 가스가 배출된 것을 보다 빨리 검지할 수 있는 개소에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 오프 연료 가스 유로(73), 오프 산화제 가스 유로(74) 또는 환기 유로(75) 근방에 마련되어 있는 것이 바람직하고, 환기기(13)의 공기 도입구 근방에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 변형예 1의 발전 시스템(100)이라도 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
[변형예 2]
다음으로, 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)에 있어서의 변형예 2의 발전 시스템에 대하여 설명한다.
본 변형예 2의 발전 시스템은, 하우징의 급기구에 마련되며, 그 대기로의 개구로부터 공기를 연료 전지 시스템에 공급하는 급기 유로와, 급기 유로에 마련된 제 1 온도 검지기를 더 구비하고, 제어 장치는, 소정의 시간 전후로 제 1 온도 검지기가 검지한 온도의 차분이 소정의 온도 폭 상승한 경우, 환기기가 작동하도록 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
[발전 시스템의 구성]
도 8은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 2의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 2의 발전 시스템(100)은 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 급기 유로(78)를 더 구비하고 있는 점과, 제 1 온도 검지기(20)가 급기 유로(78)에 마련되어 있는 점이 다르다.
구체적으로는, 급기 유로(78)는 건물(200)의 외측에까지 연장하도록 형성되어 있고, 하우징(12)의 급기구(16A)에 그 상류단이 접속되며, 그 하류단(개구)은 대기로 개방되어 있다. 제 1 온도 검지기(20)는 급기 유로(78) 내의 가스의 온도를 검지할 수 있으면 어떠한 형태라도 좋고, 예컨대, 열전쌍이나 적외선 센서 등을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 온도 검지기(20)는 본 변형예 2에 있어서는 급기 유로(78)의 내부에 마련하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 배출 유로(70) 또는 하우징(12) 내에 배치되어 있어도 좋다.
또한, 제어 장치(102)는, 단계(S402)에서, 제 1 온도 검지기(20)로부터 취득한 온도(T)의 차분을 구하고, 단계(S403)에서, 해당 온도의 차분이, 소정 시간의 전후에 있어서의 제 1 온도 검지기(20)가 검지한 온도(T)의 차분이 미리 실험 등에 의해 구해 둔 소정의 역치 온도 폭 상승한 경우, 연소 장치(103)가 작동하고 있다고 판단하도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 변형예 2의 발전 시스템(100)이라도 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 2에 있어서는, 제어 장치(102)는, 소정의 시간 전후로 제 1 온도 검지기(20)가 검지한 온도의 차분이 소정의 온도 폭 상승한 경우, 환기 팬(13)을 작동하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 제어 장치(102)는, 상기 변형예 1과 같이, 제 1 온도 검지기(20)가 검지한 온도가 제 1 온도보다 높은지 여부를 판단함으로써, 연소 장치(103)가 작동하고 있는지 여부를 판단하도록 구성되어 있어도 좋다.
[변형예 3]
다음으로, 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)에 있어서의 변형예 3의 발전 시스템에 대하여 설명한다.
본 변형예 3의 발전 시스템은 배출 유로 내의 압력을 검지하는 압력 검지기를 더 구비하고, 제어 장치가, 압력 검지기에서 검지되는 압력이 제 1 압력보다 높은 경우, 환기기가 작동하도록 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
[발전 시스템의 구성]
도 9는 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 3의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 3의 발전 시스템(100)은 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 제 1 온도 검지기(20)를 대신하여, 배출 유로(70) 내의 가스의 압력을 검지하도록 구성된 압력 검지기(21)가 마련되어 있는 점이 다르다. 또한, 압력 검지기(21)는 배출 유로(70) 내의 압력을 검지할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋으며, 사용되는 기기는 한정되지 않는다. 또한, 압력 검지기(21)는, 본 변형예 2에서는 배출 유로(70) 내에 배치하는 구성으로 했지만, 이에 한정되지 않으며, 센서 부분을 배출 유로(70) 내에 배치하고, 다른 부분을 배출 유로(70) 외부에 배치하는 구성으로 해도 좋다.
[발전 시스템의 동작]
도 10은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 3의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 3의 발전 시스템(100)의 배출 가스 유입 억제 동작에서는, 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)의 배출 가스 유입 억제 동작과 기본적 동작은 동일하지만, 실시형태 2의 단계(S402)와 단계(S403)를 대신하여, 단계(S402A) 및 단계(S403A)가 실행되는 점이 다르다. 구체적으로는, 제어 장치(102)는, 압력 검지기(21)가 검지한 배출 유로(70) 내의 압력(P)을 취득한다[단계(S402A)]. 이어서, 제어 장치(102)는 단계(S402A)에서 취득한 압력(P)이 제 1 압력(P1)보다 큰지 여부를 판단한다[단계(S403A)]. 여기서, 제 1 압력(P1)은, 예컨대, 미리 실험 등에 의해, 연소 장치(103)로부터 배출된 배출 가스가 배출 유로(70)를 통류할 때의 압력 범위를 구해 두고, 해당 압력 범위로 해도 좋다. 또한, 제 1 압력(P1)은 예컨대 대기압에 대하여 소정의 압력(예컨대, 100Pa) 이상 높은 압력으로 설정해도 좋다.
제어 장치(102)는, 단계(S402A)에서 취득한 압력(P)이 제 1 압력(P1) 이하인 경우[단계(S403A)에서 "아니오"]에는 단계(S402A)로 되돌아와, 제 1 압력(P1)보다 커질 때까지 단계(S402A) 및 단계(S403A)를 반복한다. 또한, 이 경우, 제어 장치(102)는 단계(S401)로 되돌아와, 연료 전지(11)가 발전 정지중이며, 또한, 제 1 압력(P1)보다 커질 때까지 단계(S401) 내지 단계(S403A)를 반복해도 좋다.
한편, 제어 장치(102)는 단계(S402A)에서 취득한 압력(P)이 제 1 압력(P1)보다 큰 경우[단계(S403A)에서 "예"]에는 단계(S404)로 진행된다. 단계(S404)에서는, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)을 작동시킨다.
이와 같이 구성된 본 변형예 3의 발전 시스템(100)이라도 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 3에서는, 연소 장치(103)가 작동하고 있는지 여부의 판단을, 압력 검지기(21)에서 검지한 압력(P)이 제 1 압력(P1)보다 큰지 여부를 판단함으로써 실행하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 소정 시간의 전후에 있어서의 압력 검지기(21)의 검지 압력의 차분이 미리 실험 등에 의해 구해 둔 소정의 역치 압력보다 높은 경우, 연소 장치(103)가 작동하고 있다고 판단하도록 구성해도 좋다.
[변형예 4]
다음으로, 본 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)에 있어서의 변형예 4의 발전 시스템에 대하여 설명한다.
본 변형예 4의 발전 시스템은 배출 유로 내를 흐르는 가스의 유량을 검지하는 유량 검지기를 더 구비하고, 제어 장치가, 유량 검지기에서 검지되는 유량이 제 1 유량보다 많은 경우, 환기기를 조작하도록 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
[발전 시스템의 구성]
도 11은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 4의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 4의 발전 시스템(100)은 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 제 1 온도 검지기(20)를 대신하여, 배출 유로(70) 내의 가스의 유량을 검지하도록 구성된 유량 검지기(23)가 마련되어 있는 점이 다르다. 또한, 유량 검지기(23)는 배출 유로(70) 내의 가스의 유량을 검지할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋으며, 사용되는 기기는 한정되지 않는다. 또한, 유량 검지기(23)는, 본 변형예 4에서는 배출 유로(70) 내에 배치하는 구성으로 했지만, 이에 한정되지 않으며, 센서 부분을 배출 유로(70) 내에 배치하고, 다른 부분을 배출 유로(70) 외부에 배치하는 구성으로 해도 좋다.
[발전 시스템의 동작]
도 12는 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 4의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 4의 발전 시스템(100)의 배출 가스 유입 억제 동작에서는, 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)의 배출 가스 유입 억제 동작과 기본적 동작은 동일하지만, 실시형태 2의 단계(S402)와 단계(S403)를 대신하여, 단계(S402B) 및 단계(S402B)가 실행되는 점이 다르다.
구체적으로는, 제어 장치(102)는, 유량 검지기(23)가 검지한 배출 유로(70) 내의 가스의 유량(F)을 취득한다[단계(S402B)]. 이어서, 제어 장치(102)는 단계(S402B)에서 취득한 유량(F)이 제 1 유량(F1)보다 큰지 여부를 판단한다[단계(S403A)]. 여기서, 제 1 유량(F1)은, 예컨대, 미리 실험 등에 의해, 연소 장치(103)로부터 배출된 배출 가스가 배출 유로(70)를 통류할 때의 유량 범위를 구해 두고, 해당 유량 범위로 해도 좋다. 또한, 예컨대, 제 1 유량(F1)은, 연료 전지 시스템이 정지 상태일 때의 유량 OL/min 이상이면 좋고, 1L/min로 해도 좋다.
제어 장치(102)는, 단계(S402B)에서 취득한 유량(F)이 제 1 유량(F1) 이하인 경우[단계(S402B)에서 "아니오"]에는 단계(S402B)로 되돌아와, 제 1 유량(F1)보다 커질 때까지 단계(S402B) 및 단계(S402B)를 반복한다. 또한, 이 경우, 제어 장치(102)는 단계(S401)로 되돌아와, 환기 팬(13)이 작동중이며 또한 제 1 유량(F1)보다 커질 때까지, 단계(S401) 내지 단계(S402B)를 반복해도 좋다.
한편, 제어 장치(102)는, 단계(S402B)에서 취득한 유량(F)이 제 1 유량(F1)보다 큰 경우[단계(S402B)에서 "예"]에는 단계(S404)로 진행된다. 단계(S404)에서는, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)을 작동시킨다.
이와 같이 구성된 본 변형예 4의 발전 시스템(100)이라도 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 4에서는, 연소 장치(103)가 작동하고 있는지 여부의 판단을, 유량 검지기(23)에서 검지한 유량(F)이 제 1 유량(F1)보다 큰지 여부를 판단함으로써 실행하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 소정 시간의 전후에 있어서의 유량 검지기(23)가 검지한 유량의 차분이 미리 실험 등에 의해 구해 둔 소정의 역치 유량보다 높은 경우, 연소 장치(103)가 작동하고 있다고 판단하도록 구성해도 좋다.
[변형예 5]
본 변형예 5의 발전 시스템은, 하우징과 연소 장치의 급기구를 연통하도록 마련되고, 연료 전지 시스템 및 연소 장치의 각각에 그 대기로의 개구로부터 공기를 공급하도록 구성된 급기 유로와, 급기 유로에 마련된 제 2 온도 검지기를 더 구비하고, 급기 유로는 상기 배기 유로와 열교환 가능하도록 마련되며, 제어 장치가, 제 2 온도 검지기에서 검지되는 온도가 제 2 온도보다 높은 경우, 환기기가 작동하도록 제어하는 형태를 예시하는 것이다.
여기서, 급기 유로가 배출 유로에 열교환 가능하도록 마련되어 있다는 것은, 반드시 급기 유로와 배출 유로가 접촉하여 마련되어 있을 필요가 없이, 급기 유로 내의 가스와 배기 유로 내의 가스가 열교환 가능한 정도로 이격되어 마련되어 있는 형태도 포함한다. 이 때문에, 급기 유로와 배출 유로가 공간을 사이에 두고 마련되어 있어도 좋다. 또한, 한쪽의 유로의 내측에 다른 쪽의 유로가 마련되어 있어도 좋다. 즉, 급기 유로를 구성하는 배관과 배기 유로를 구성하는 배관이 이중 배관이 되도록 마련되어 있어도 좋다.
[발전 시스템의 구성]
도 13은 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 5의 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 또한, 도 13에 있어서는 급기 유로를 해칭으로 나타내고 있다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 5의 발전 시스템(100)은 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 급기 유로(78)가 마련되어 있는 점과, 제 1 온도 검지기(20)를 대신하여 제 2 온도 검지기(22)가 급기 유로(78)에 마련되어 있는 점이 다르다.
구체적으로는, 제 2 온도 검지기(22)는 급기 유로(78) 내의 가스의 온도를 검지할 수 있으면 어떠한 형태라도 좋으며, 예컨대, 열전쌍이나 적외선 센서 등을 이용할 수 있다. 또한, 제 2 온도 검지기(22)는, 본 변형예 5에 있어서는 급기 유로(78)의 내부에 마련하고 있지만, 이에 한정되지 않고 급기 유로(78)의 외부에 마련해도 좋다. 또한, 제 2 온도 검지기(22)는, 연소 장치(103)로부터 배출 가스가 배출된 것을 정확하게 검지하는 관점으로부터, 연소 장치(103)에 가능한 한 가까운 위치에 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 급기 유로(78)는 연소 장치(103)와 연료 전지 시스템(101)의 하우징(12)을 연통하고, 또한, 연소 장치(103) 및 연료 전지 시스템(101)의 각각에 외부[여기에서는, 건물(200) 외부]로부터 공기를 공급하며, 또한, 배출 유로(70)의 외주를 둘러싸도록 마련되어 있다.
보다 상세하게는, 급기 유로(78)는 도중에 분기되어 있으며, 2개의 하류단은 구멍(16) 및 구멍(19)의 각각에 접속되어 있다. 또한, 급기 유로(78)는 건물(200)의 외측에까지 연장하도록 형성되어 있으며, 그 상류단(개구)은 대기에 개방되어 있다. 이에 의해, 급기 유로(78)는 하우징(12)과 연소 장치(103)를 연통하여, 발전 시스템(100)의 외부로부터 공기를 연료 전지 시스템 (101) 및 연소 장치(103)에 공급할 수 있다.
또한, 급기 유로(78)와 배출 유로(70)는 이른바 이중 배관으로 구성되어 있다. 이에 의해, 배출 유로(70)에 연소 장치(103)로부터 연소 배가스(배출 가스)가 배출되면, 급기 유로(78) 내의 가스는 연소 배가스로부터의 전열에 의해 가열된다. 이 때문에, 제 2 온도 검지기(22)에서 검지되는 온도를 기초로, 연소 장치(103)로부터 배출 유로(70)로 배출 가스가 배출되었는지 여부를 판단할 수 있다.
[발전 시스템의 동작]
도 14는 본 실시형태 2에 있어서의 변형예 5의 발전 시스템의 배출 가스 유입 억제 동작을 모식적으로 나타내는 흐름도이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 본 변형예 5의 발전 시스템(100)의 배출 가스 유입 억제 동작에서는, 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)의 배출 가스 유입 억제 동작과 기본적 동작은 동일하지만, 실시형태 2의 단계(S402)와 단계(S403)를 대신하여, 단계(S402C) 및 단계(S403C)가 실행되는 점이 다르다. 구체적으로는, 제어 장치(102)는 제 2 온도 검지기(22)가 검지한 급기 유로(78) 내의 가스의 온도(T)를 취득한다[단계(S402C)]. 그리고, 제어 장치(102)는 단계(S402C)에서 취득한 온도(T)가 제 2 온도(T2)보다 큰지 여부를 판단한다[단계(S403C)]. 여기서, 제 2 온도(T2)는, 예컨대, 미리 실험 등에 의해, 연소 장치(103)로부터 배출된 배출 가스가 배출 유로(70)를 통류할 때의 급기 유로(78) 내의 온도 범위를 구해 두고, 해당 온도 범위로 해도 좋다. 또한, 제 2 온도(T2)는, 예컨대, 건물(200) 내부의 온도나 외기온에 대하여 소정의 온도(예컨대, 20℃) 이상 높은 온도로 설정해도 좋다.
제어 장치(102)는, 단계(S402C)에서 취득한 온도(T)가 제 2 온도(T2) 이하인 경우[단계(S403C)에서 "아니오"]에는 단계(S402C)로 되돌아와, 제 2 온도(T2)보다 커질 때까지 단계(S402C) 및 단계(S403C)를 반복한다. 또한, 이 경우, 제어 장치(102)는 단계(S401)로 되돌아와, 연료 전지(11)가 발전 정지중이며 또한 제 2 온도(T2)보다 커질 때까지, 단계(S401) 내지 단계(S403C)를 반복해도 좋다.
한편, 제어 장치(102)는, 단계(S402C)에서 취득한 온도(T)가 제 2 온도(T2)보다 큰 경우[단계(S403C)에서 "예"]에는 단계(S404)로 진행된다. 단계(S404)에서는, 제어 장치(102)는 환기 팬(13)을 작동시킨다.
이와 같이 구성된 본 변형예 5의 발전 시스템(100)이라도 실시형태 2에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예 5의 발전 시스템(100)에서는, 연소 장치(103)가 작동하고 있는지 여부의 판단을, 제 2 온도 검지기(22)에서 검지한 온도(T)가 제 2 온도(T2)보다 큰지 여부를 판단함으로써 실행하도록 구성했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 소정 시간의 전후에 있어서의 제 2 온도 검지기(22)가 검지한 온도(T)의 차분이 미리 실험 등에 의해 구해 둔 소정의 역치 온도보다 높은 경우, 연소 장치(103)가 작동하고 있다고 판단하도록 구성해도 좋다.
그런데, 상술한 바와 같이, 연료 전지 시스템(101) 및 환기 팬(13)이 작동하고 있지 않은 상태에서, 연소 장치(103)가 작동했을 경우, 연소 장치(103)로부터 배출되는 배출 가스가 배출 유로(70)를 통류하여 하우징(12) 내에 유입할 우려가 있지만, 예컨대, 연소 장치(103)로부터 배출되는 배출 가스가 하우징(12)측으로만 통류한다고 가정한다. 이 경우, 배출 유로(70)의 대기구로부터 외기가 하우징(12) 내로 역류한다. 여기서, 예컨대, 외기 온도가 낮은 경우에는 제 2 온도 검지기(22)에서 검지되는 온도가 저하하는 것이 상정된다.
또한, 연료 전지 시스템(101), 환기 팬(13) 및 연소 장치(103)가 작동하고 있지 않은 상태에서 연소 장치(103)가 작동하는 경우, 연소 팬(18)이 작동함으로써, 급기 유로(78)의 대기구로부터 외기가 유입한다. 이 때문에, 외기 온도가 낮은 경우에는 제 2 온도 검지기(22)에서 검지되는 온도가 저하하는 것이 상정된다.
이 때문에, 제어 장치(102)는, 소정 시간의 전후에 있어서의 제 2 온도 검지기(22)가 검지한 온도(T)의 차분이 미리 실험 등에 의해 구해 둔 제 3 온도(T3)보다 작은 경우, 연소 장치(103)가 작동하고 있다고 판단하도록 구성해도 좋다. 제 3 온도(T3)로서는 예컨대 10℃라도 좋다.
(실시형태 3)
본 발명의 실시형태 3에 따른 발전 시스템은, 연료 전지 시스템이 원료와 수증기로부터 수소 함유 가스를 생성하는 개질기를 갖는 수소 생성 장치를 더 구비하고 있는 형태를 예시하는 것이다.
[발전 시스템의 구성]
도 15는 본 발명의 실시형태 3에 따른 발전 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태 3에 따른 발전 시스템(100)은 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 기본적 구성은 동일하지만, 연료 가스 공급기(14)가 수소 생성 장치(14)로 구성되어 있는 점과, 오프 연료 가스 유로(73)가 수소 생성 장치(14)의 연소기(14b)에 접속되어 있는 점이 다르다. 구체적으로는, 수소 생성 장치(14)는 개질기(14a)와 연소기(14b)를 갖고 있다.
연소기(14b)에는, 오프 연료 가스 유로(73)의 하류단이 접속되어 있으며, 연료 전지(11)로부터 오프 연료 가스가 오프 연료 가스 유로(73)를 통류하여 연소용 연료로서 공급된다. 또한, 연소기(14b)에는 공기 공급 유로(79)를 거쳐서 연소 팬(14c)이 접속되어 있다. 연소 팬(14c)은 연소기(14b)에 연소용 공기를 공급할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋으며, 예컨대, 팬이나 블로어 등의 팬류로 구성되어 있어도 좋다.
연소기(14b)에서는, 공급된 오프 연료 가스와 연소용 공기가 연소하고, 연소 배가스가 생성되어, 열이 발생한다. 연소기(14b)에서 생성된 연소 배가스는 개질기(14a) 등을 가열한 후, 연소 배가스 유로(80)로 배출된다. 연소 배가스 유로(80)로 배출된 연소 배가스는 연소 배가스 유로(80)를 통류하여 배출 유로(70)로 배출된다. 배출 유로(70)로 배출된 연소 배가스는 배출 유로(70)를 통류하여 발전 시스템(100)[건물(200)] 외부로 배출된다.
개질기(14a)에는 원료 공급기 및 수증기 공급기가 접속되어 있어서(각각 도시하지 않음), 원료 및 수증기가 각각 개질기(14a)에 공급된다. 원료로서는, 메탄을 주성분으로 하는 천연가스나 LP 가스 등을 이용할 수 있다.
또한, 개질기(14a)는 개질 촉매를 갖고 있다. 개질 촉매로서는, 예컨대, 원료와 수증기로부터 수소 함유 가스를 발생시키는 수증기 개질 반응을 촉매할 수 있으면 어떠한 물질을 사용해도 좋으며, 예컨대, 알루미나 등의 촉매담체에 루테늄(Ru)을 담지시킨 루테늄계 촉매나 동일한 촉매담체에 니켈(Ni)을 담지시킨 니켈계 촉매 등을 사용할 수 있다.
그리고, 개질기(14a)에서는, 공급된 원료와 수증기의 개질 반응에 의해 수소 함유 가스가 생성된다. 생성된 수소 함유 가스는 연료 가스로서, 연료 가스 공급 유로(71)를 통류하여 연료 전지(11)의 연료 가스 유로(11A)에 공급된다.
또한, 본 실시형태 3에서는, 개질기(14a)에서 생성된 수소 함유 가스가 연료 가스로서, 연료 전지(11)에 송출되는 구성으로 했지만, 이에 한정되지 않으며, 수소 생성 장치(14) 내에 개질기(14a)로부터 송출된 수소 함유 가스 중의 일산화탄소를 저감하기 위한 변성 촉매(예컨대, 동-아연계 촉매)를 갖는 변성기나, 산화 촉매(예컨대, 루테늄계 촉매)나, 메탄화 촉매(예컨대, 루테늄계 촉매)를 갖는 일산화탄소 제거기를 통과한 후의 수소 함유 가스가 연료 전지(11)에 송출되는 구성이라도 좋다.
이와 같이 구성된 본 실시형태 3에 따른 발전 시스템(100)이라도 실시형태 1에 따른 발전 시스템(100)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 상기 실시형태 1 내지 3(변형예를 포함함)에 있어서는, 환기기로서, 환기 팬(13)을 사용했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 환기 팬(13) 대신에 산화제 가스 공급기(15)를 이용해도 좋다. 이 경우, 예컨대, 산화제 가스 공급기(15) 또는 산화제 가스 공급 유로(72)와, 오프 산화제 가스 유로(74) 또는 배출 유로(70)를 접속하는 유로(이하, 제 1 접속 유로라 함)를 마련하고, 제어 장치(102)는 연료 전지 시스템(101)의 발전 정지중에 또한 연소 장치(103)의 작동중에 산화제 가스 공급기(15)를 작동시키도록 제어해도 좋다.
또한, 연료 가스 공급기(14)가 수소 생성 장치로 구성되어 있으며, 해당 수소 생성 장치가 연소기(14b) 및 연소 팬(14c)을 갖는 경우, 환기기로서, 환기 팬(13) 대신에 연소 팬(14c)을 이용해도 좋다. 제어 장치(102)는 연료 전지 시스템(101)의 발전 정지중에 또한 연소 장치(103)의 작동중에 연소 팬(14c)을 작동시키도록 제어해도 좋다.
또한, 환기기로서, 환기 팬(13)과 산화제 가스 공급기(15)를 동시에 이용해도 좋고, 환기 팬(13)과 연소 팬(14c)을 동시에 이용해도 좋으며, 연소 팬(14c)과 산화제 가스 공급기(15)를 동시에 이용해도 좋고, 환기 팬(13), 연소 팬(14c) 및 산화제 가스 공급기(15)를 동시에 이용해도 좋다.
상기 설명으로부터, 당업자에게 있어서는, 본 발명이 많은 개량이나 다른 실시형태가 명확하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야만 하며, 본 발명을 실행하는 가장 좋은 형태를 당업자에게 교시하는 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 요지를 일탈하는 일 없이, 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성요소의 적절한 편성에 의해 여러 가지의 발명을 형성할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템 및 그 운전 방법에서는 연료 전지의 발전을 안정되게 실행하는 것이 가능하며, 발전 시스템의 내구성을 향상시키는 것이 가능하므로, 연료 전지의 분야에서 유용하다.
11 : 연료 전지 11A : 연료 가스 유로
11B : 산화제 가스 유로 12 : 하우징
13 : 환기 팬 14 : 연료 가스 공급기
14a : 개질기 14b : 연소기
15 : 산화제 가스 공급기 16 : 급기구
17 : 연소기 18 : 연소 팬
19 : 급기구 20 : 제 1 온도 검지기
21 : 압력 검지기 22 : 제 2 온도 검지기
23 : 유량 검지기 70 : 배출 유로
71 : 연료 가스 공급 유로 72 : 산화제 가스 공급 유로
73 : 오프 연료 가스 유로 74 : 오프 산화제 가스 유로
75 : 환기 유로 76 : 연소 공기 공급 유로
77 : 배출 가스 유로 78 : 급기 유로
79 : 공기 공급 유로 80 : 연소 배가스 유로
100 : 발전 시스템 101 : 연료 전지 시스템
102 : 제어 장치 103 : 연소 장치
103A : 배기구 200 : 건물

Claims (15)

  1. 연료 가스와 산화제 가스를 이용하여 발전하는 연료 전지와, 상기 연료 전지를 수납하는 하우징을 갖는 연료 전지 시스템과; 환기기와; 제어 장치를 구비하는 발전 시스템에 있어서,
    상기 발전 시스템은,
    연소 장치와,
    상기 하우징과 상기 연소 장치의 배기구를 연통하도록 마련되고, 상기 연료 전지 시스템으로부터 배출되는 배출 가스와 상기 연소 장치로부터 배출되는 배출 가스를 그 대기로의 개구로부터 대기로 배출하도록 구성된 배출 유로를 더 구비하고,
    상기 환기기는 상기 하우징 내의 가스를 상기 배출 유로로 배출함으로써, 상기 하우징 내를 환기하도록 구성되며,
    상기 제어 장치는 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 상기 연소 장치의 작동중에 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에, 상기 연소 장치가 작동하는 경우에, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 연소 장치의 작동 지령이 입력된 경우에 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 환기기의 작동을 개시하고, 그 후, 상기 연소 장치의 작동을 개시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에, 상기 연소 장치의 배출 가스의 배출을 검지한 경우에, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출 유로 및 상기 하우징 내의 적어도 어느 한쪽에 마련된 제 1 온도 검지기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제 1 온도 검지기에서 검지되는 온도가 제 1 온도보다 높은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 급기구에 마련되고, 그 대기로의 개구로부터 공기를 상기 연료 전지 시스템에 공급하는 급기 유로와,
    상기 급기 유로, 상기 배출 유로 및 상기 하우징 내 중 적어도 어느 한 개소에 마련된 제 1 온도 검지기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 소정의 시간 전후로 상기 제 1 온도 검지기가 검지한 온도의 차분이 소정의 온도 폭 상승한 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출 유로 내의 압력을 검지하는 압력 검지기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 압력 검지기에서 검지되는 압력이 제 1 압력보다 높은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출 유로 내를 흐르는 가스의 유량을 검지하는 유량 검지기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 유량 검지기에서 검지되는 유량이 제 1 유량보다 많은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 장치는 연소 공기를 공급하도록 구성된 연소 공기 공급기를 갖고,
    상기 제어 장치는, 상기 환기기의 정압이 상기 연소 공기 공급기의 토출 압력보다 커지도록 상기 환기기를 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 연소 장치의 급기구를 연통하도록 마련되고, 상기 연료 전지 시스템 및 상기 연소 장치의 각각에 그 대기로의 개구로부터 공기를 공급하도록 구성된 급기 유로를 더 구비하고,
    상기 급기 유로는 상기 배기 유로와 열교환 가능하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 급기 유로에 마련된 제 2 온도 검지기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제 2 온도 검지기에서 검지되는 온도가 제 2 온도보다 높은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 급기 유로에 마련된 제 2 온도 검지기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 소정의 시간 전후로 상기 제 2 온도 검지기가 검지한 온도의 차분이 소정의 온도 폭 낮은 경우, 상기 환기기가 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템은 원료와 수증기로부터 수소 함유 가스를 생성하는 개질기를 갖는 수소 생성 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    발전 시스템.
  15. 연료 가스와 산화제 가스를 이용하여 발전하는 연료 전지와, 상기 연료 전지를 수납하는 하우징과, 환기기를 갖는 연료 전지 시스템을 구비하는 발전 시스템의 운전 방법에 있어서,
    상기 발전 시스템은,
    연소 장치와,
    상기 하우징과 상기 연소 장치의 배기구를 연통하도록 마련되고, 상기 연료 전지 시스템으로부터 배출되는 배출 가스와 상기 연소 장치로부터 배출되는 배출 가스를 그 대기에의 통로로부터 대기로 배출하도록 구성된 배출 유로를 더 구비하며,
    상기 환기기는 상기 하우징 내의 가스를 상기 배출 유로로 배출함으로써, 상기 하우징 내를 환기하도록 구성되며, 상기 연료 전지 시스템의 발전 정지중에 또한 상기 연소 장치의 작동중에 소정의 압력 이상으로 작동하도록 구성되어 있는
    발전 시스템의 운전 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102570606B1 (ko) * 2023-07-11 2023-08-25 (주)엘케이에너지 연료전지 개질부의 폐열을 활용한 연료비 절감장치

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101439428B1 (ko) * 2012-12-28 2014-09-11 주식회사 경동나비엔 연료전지를 이용한 보일러 시스템
JP6424493B2 (ja) * 2014-06-30 2018-11-21 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP6389658B2 (ja) * 2014-06-30 2018-09-12 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP7159721B2 (ja) * 2018-09-11 2022-10-25 トヨタ自動車株式会社 建物
JP7243693B2 (ja) * 2020-07-28 2023-03-22 トヨタ自動車株式会社 換気システム

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6485852B1 (en) * 2000-01-07 2002-11-26 Delphi Technologies, Inc. Integrated fuel reformation and thermal management system for solid oxide fuel cell systems
US6376112B1 (en) * 2000-02-11 2002-04-23 General Motors Corporation Controlled shutdown of a fuel cell
JP2001256988A (ja) * 2000-03-08 2001-09-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法
JP4843147B2 (ja) * 2000-05-30 2011-12-21 本田技研工業株式会社 燃料電池暖機システム
US6670064B2 (en) * 2002-04-30 2003-12-30 General Motors Corporation Air supply pressure setpoint determination for a fuel cell power module
CN100511799C (zh) * 2003-10-01 2009-07-08 松下电器产业株式会社 燃料电池发电***
JP2006073446A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料電池発電装置
JP4981289B2 (ja) * 2005-09-29 2012-07-18 京セラ株式会社 燃料電池の排気システム
JP4536022B2 (ja) 2006-03-17 2010-09-01 新日本石油株式会社 コージェネレーションシステム及びその運転方法
JP4986587B2 (ja) * 2006-11-28 2012-07-25 京セラ株式会社 燃料電池装置
JP4986607B2 (ja) * 2006-12-25 2012-07-25 京セラ株式会社 燃料電池装置
JP5201849B2 (ja) 2007-02-26 2013-06-05 京セラ株式会社 発電装置
JP2009021047A (ja) * 2007-07-10 2009-01-29 Toshiba Corp 屋内設置式燃料電池発電システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102570606B1 (ko) * 2023-07-11 2023-08-25 (주)엘케이에너지 연료전지 개질부의 폐열을 활용한 연료비 절감장치

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