JP5476950B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを生成し、生成した燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池発電装置システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell power generation system that generates a fuel gas containing hydrogen as a main component from a raw material gas and generates power using the generated fuel gas and an oxidant gas.
従来、この種の燃料電池発電装置システムは、水素生成装置により都市ガスやプロパンガスなどの原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを生成し、生成した燃料ガスと空気中の酸素とを反応させて発電を行う。 Conventionally, this type of fuel cell power generation system generates a fuel gas mainly composed of hydrogen from a source gas such as city gas or propane gas by a hydrogen generator, and reacts the generated fuel gas with oxygen in the air. To generate electricity.
発電時は、水素生成装置などの原料ガスを水素に改質する際に発生する熱を、冷却水を循環させて冷却すると共に、排熱回収したお湯を貯湯タンクに蓄える。 At the time of power generation, the heat generated when the raw material gas such as a hydrogen generator is reformed is cooled by circulating cooling water, and the hot water recovered from the exhaust heat is stored in a hot water storage tank.
このように、燃料電池発電装置などのコージェネレーションシステムの排熱回収や給湯装置など水を使用する機器においては、冬季など外気温が低下すると排熱回収の水経路や給水経路が凍結しないように、循環ポンプを作動させたり、凍結予防ヒータにより水経路を昇温したりして、凍結破壊しない対策を施している(例えば、特許文献1参照)。 In this way, in equipment that uses water such as exhaust heat recovery and hot water supply equipment for cogeneration systems such as fuel cell power generation equipment, the water path and water supply path for exhaust heat recovery should not freeze when the outside air temperature decreases, such as in winter. In order to prevent freezing and breaking, the circulating pump is operated or the water path is heated with a freeze prevention heater (see, for example, Patent Document 1).
また、燃料電池発電装置やガス給湯器のように、筐体内で可燃ガスと水が存在するシステムの場合、筐体内に可燃ガスを検出するガス検出手段を備えて、可燃ガスが規定量を上回った時は動作を停止するものもある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, in the case of a system in which flammable gas and water are present in the housing, such as a fuel cell power generator or a gas water heater, a gas detection means for detecting the flammable gas is provided in the housing, and the combustible gas exceeds the specified amount. In some cases, the operation is stopped (see, for example, Patent Document 2).
図5は、上記特許文献に記載された従来の燃料電池発電装置システムを示すものである。図5に示すように、筐体8とスタック9と外気温度計測手段13とガス濃度検出手段14と排気手段15と制御手段16と水素生成装置17と排熱回収手段18とガス供給制御手段19から構成されている。
FIG. 5 shows a conventional fuel cell power generator system described in the above-mentioned patent document. As shown in FIG. 5, the
しかしながら、上記従来の構成では、可燃ガスが規定量を超えると動作を停止させるので、筐体8内に漏れた可燃ガスは充満したままになってしまい、かつ筐体8内の可燃ガス濃度が安全な値まで低下したり、或いは誤検知だった場合も、動作停止しているので、ガス濃度を監視することができず、正常に戻った場合でも復帰できないという課題を有していた。
However, in the above conventional configuration, the operation is stopped when the combustible gas exceeds the specified amount, so that the combustible gas leaking into the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、筐体内で可燃ガスの漏れが発生した場合に、不安全な状態から早く回避することができ、正常に戻った場合に安全に復帰させることができる燃料電池発電装置システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problem, and when a leak of combustible gas occurs in the housing, it can be avoided early from an unsafe state, and can safely return when it returns to normal. An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system capable of performing
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池発電装置システムは、可燃性の原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置により生成された前記燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて直流電力を発電するスタックと、水を循環させて前記水素生成装置の水素生成時の排熱または前記スタックの発電時の排熱のうち少なくとも前記スタックの発電時の排熱を回収する排熱回収手段と、外部から前記水素生成装置へ前記原料ガスを供給するガス供給管に設けられた弁の開閉により前記原料ガスの供給を制御するガス供給制御手段と、前記水素生成装置と前記スタックと前記排熱回収手段と前記ガス供給制御手段とを収納する筐体と、前記筐体内の空間に漏れ出した前記原料ガスまたは前記燃料ガスの可燃ガスの濃度を計測するガス濃度計測手段と、外気温度を計測する外気温度計測手段と、前記筐体内の空間に漏れ出した前記原料ガスまたは前記燃料ガスを前記筐体外に排気する排気手段と、制御手段と、前記外気温度計測手段と前記排気手段と前記ガス濃度計測手段と前記制御手段を動作または機能させるための第1の電源と、前記水素生成装置と前記スタックと前記排熱回収手段と前記ガス供給制御手段を動作または機能させるための第2の電源と、前記第2の電源を遮断するための切断手段とを備え、前記制御手段は、前記ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、前記ガス供給制御手段により前記原料ガスの供給を遮断し、前記排気手段により前記筐体内の空間に漏れ出した前記原料ガスまたは前記燃料ガスを前記筐体外に排気し、前記切断手段により前記第2の電源をオフにするものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell power generation system according to the present invention includes a hydrogen generation device that generates a fuel gas containing hydrogen as a main component from a combustible raw material gas, and the fuel generated by the hydrogen generation device. A stack that generates direct-current power using a gas and an oxidant gas; and at least the exhaust heat generated during hydrogen generation of the hydrogen generator or the exhaust heat generated during power generation of the stack by circulating water Exhaust heat recovery means for recovering the exhaust heat of the gas, and gas supply control means for controlling the supply of the source gas by opening and closing a valve provided in a gas supply pipe for supplying the source gas to the hydrogen generator from the outside, A housing that houses the hydrogen generator, the stack, the exhaust heat recovery means, and the gas supply control means; and the combustible gas of the source gas or the fuel gas that has leaked into the space in the housing A gas concentration measuring means for measuring the concentration of the air, an outside air temperature measuring means for measuring the outside air temperature, an exhaust means for exhausting the source gas or the fuel gas leaked into the space in the housing to the outside of the housing, and a control Means, a first power source for operating or functioning the outside air temperature measuring means, the exhaust means, the gas concentration measuring means, and the control means, the hydrogen generator, the stack, the exhaust heat recovery means, and the A second power supply for operating or functioning the gas supply control means; and a cutting means for shutting off the second power supply, wherein the control means is a concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measurement means. When the gas concentration exceeds a predetermined concentration threshold, the supply of the source gas is shut off by the gas supply control means, and the source gas leaked into the space in the housing by the exhaust means or the front gas The fuel gas is exhausted to the outside of the housing, is to the second power off by said cutting means.
これによって、筐体内で可燃ガス漏れが発生し、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、制御手段が、ガス供給制御手段により筐体内へのガス供給を遮断し、切断手段により第2の電源をオフにして、水素生成装置とスタックと排熱回収手段とガス供給制御手段を停止させ、筐体内に漏れた可燃ガスを排気手段により筐体外へ排気して、筐体内のガス濃度を積極的に低下させる。そのため、筐体内を漏れたガスを滞留させておくような不安全な状態から回避することができる。さらに、ガス濃度計測手段が筐体内のガス濃度を常時監視しているので、ガス濃度が所定の閾値未満になった場合は、制御手段が、所定の制御を行って安全に復帰することができる。 As a result, when a combustible gas leak occurs in the housing and the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means exceeds a predetermined concentration threshold, the control means shuts off the gas supply into the housing by the gas supply control means. Then, the second power source is turned off by the cutting means, the hydrogen generator, the stack, the exhaust heat recovery means, and the gas supply control means are stopped, and the combustible gas leaking into the casing is exhausted out of the casing by the exhaust means. , Actively reduce the gas concentration in the housing. Therefore, it is possible to avoid an unsafe state in which the gas that has leaked through the housing is retained. Further, since the gas concentration measuring means constantly monitors the gas concentration in the housing, the control means can perform a predetermined control and return safely when the gas concentration falls below a predetermined threshold. .
本発明の燃料電池発電装置システムは、筐体内で可燃ガス漏れが発生し、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、制御手段が、ガス供給制御手段により筐体内へのガス供給を遮断し、切断手段により第2の電源をオフにして、水素生成装置とスタックと排熱回収手段とガス供給制御手段を停止させ、筐体内に漏れた可燃ガスを排気手段により筐体外へ排気して、筐体内のガス濃度を積極的に低下させる。そのため、筐体内を漏れたガスを滞留させておくような不安全な状態から回避することができる。さらに、ガス濃度計測手段が筐体内のガス濃度を常時監視しているので、ガス濃度が所定の閾値未満になった場合は、制御手段が、所定の制御を行って安全に復帰することができる。 In the fuel cell power generation system of the present invention, when a combustible gas leak occurs in the casing and the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means exceeds a predetermined concentration threshold value, the control means is controlled by the gas supply control means. The gas supply to the body is shut off, the second power source is turned off by the cutting means, the hydrogen generator, the stack, the exhaust heat recovery means, and the gas supply control means are stopped, and the combustible gas leaking into the casing is exhausted. The air is exhausted to the outside of the casing, and the gas concentration in the casing is actively reduced. Therefore, it is possible to avoid an unsafe state in which the gas that has leaked through the housing is retained. Further, since the gas concentration measuring means constantly monitors the gas concentration in the housing, the control means can perform a predetermined control and return safely when the gas concentration falls below a predetermined threshold. .
第1の発明は、可燃性の原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置により生成された前記燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて直流電力を発電するスタックと、水を循環させて前記水素生成装置の水素生成時の排熱または前記スタックの発電時の排熱のうち少なくとも前記スタックの発電時の排熱を回収する排熱回収手段と、外部から前記水素生成装置へ前記原料ガスを供給するガス供給管に設けられた弁の開閉により前記原料ガスの供給を制御するガス供給制御手段と、前記水素生成装置と前記スタックと前記排熱回収手段と前記ガス供給制御手段とを収納する筐体と、前記筐体内の空間に漏れ出した前記原料ガスまたは前記燃料ガスの可燃ガスの濃度を計測するガス濃度計測手段と、前記筐体内の空間に漏れ出した前記原料ガスまたは前記燃料ガスを前記筐体外に排気する排気手段と、制御手段と、前記排気手段と前記ガス濃度計測手段と前記制御手段を動作または機能させるための第1の電源と、前記水素生成装置と前記スタックと前記排熱回収手段と前記ガス供給制御手段を動作または機能させるための第2の電源と、前記第2の電源を遮断するための切断手段とを備え、前記制御手段は、前記ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、前記ガス供給制御手段により前記原料ガスの供給を遮断し、前記排気手段により前記筐体内の空間に漏れ出した前記原料ガスまたは前記燃料ガスを前記筐体外に排気し、前記切断手段により前記第2の電源をオフにすることを特徴とした燃料電池発電装置システムである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a hydrogen generator that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen from a combustible raw material gas, and direct current power using the fuel gas and the oxidant gas generated by the hydrogen generator. A stack for generating power, and exhaust heat recovery means for recovering at least the exhaust heat during power generation of the stack from the exhaust heat during hydrogen generation of the hydrogen generator or the exhaust heat during power generation of the stack by circulating water. Gas supply control means for controlling the supply of the source gas by opening and closing a valve provided in a gas supply pipe for supplying the source gas to the hydrogen generator from the outside, the hydrogen generator, the stack, and the exhaust heat recovery a housing for accommodating the unit and the gas supply control means, the gas concentration measuring means for measuring the concentration of the combustible gas in the material gas or the fuel gas leaked in the housing space, the housing And exhaust means for exhausting the raw material gas or the fuel gas leaked into the space in the housing outside the control means and the exhaust means and said gas concentration measuring means and the first to operate or function the control means A power source, a second power source for operating or functioning the hydrogen generator, the stack, the exhaust heat recovery unit, and the gas supply control unit, and a cutting unit for shutting off the second power source. The control means shuts off the supply of the source gas by the gas supply control means when the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measurement means is equal to or higher than a predetermined concentration threshold, and by the exhaust means in the casing. The raw material gas or the fuel gas leaking into the space is exhausted to the outside of the casing, and the second power source is turned off by the cutting means. It is a stem.
上記構成において、筐体内で可燃ガス漏れが発生し、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、制御手段が、ガス供給制御手段により筐体内へのガス供給を遮断し、切断手段により第2の電源をオフにして、水素生成装置とスタックと排熱回収手段とガス供給制御手段を停止させ、筐体内に漏れた可燃ガスを排気手段により筐体外へ排気して、筐体内のガス濃度を積極的に低下させる。そのため、筐体内を漏れたガスを滞留させておくような不安全な状態から回避することができる。さらに、ガス濃度計測手段が筐体内のガス濃度を常時監視しているので、ガス濃度が所定の閾値未満になった場合は、制御手段が、所定の制御を行って安全に復帰することができる。 In the above configuration, when a combustible gas leak occurs in the housing and the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means exceeds a predetermined concentration threshold, the control means causes the gas supply control means to supply gas into the housing. Shut off, turn off the second power source by the cutting means, stop the hydrogen generator, the stack, the exhaust heat recovery means, and the gas supply control means, and exhaust the combustible gas leaking into the casing to the outside by the exhaust means. The gas concentration in the housing is actively reduced. Therefore, it is possible to avoid an unsafe state in which the gas that has leaked through the housing is retained. Further, since the gas concentration measuring means constantly monitors the gas concentration in the housing, the control means can perform a predetermined control and return safely when the gas concentration falls below a predetermined threshold. .
第2の発明は、特に、第1の発明に加えて、前記第1の電源により動作し外気温度を計測する外気温度計測手段と、前記筐体内に設けられ前記第1の電源から電力が供給され前記水循環路を加熱する凍結予防ヒータとを備え、前記制御手段は、前記外気温度計測手段により計測した外気温度が所定の温度閾値以下で且つ前記ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値未満であれば、前記凍結予防ヒータにより前記排熱回収手段の水循環路の水が凍結しないように前記水循環路を加熱するものであり、筐体の内部に可燃ガスが漏れて所定の閾値以上のガス濃度になっていれば、外気温度が所定の閾値以下の場合においても、制御手段によって凍結予防ヒータをオンさせないので、トラッキング等の不安全な状態を回避することができ、排気手段により筐体内の可燃ガス濃度を積
極的に低下させた結果、筐体内の可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値未満に低下すれば、外気温度が所定の温度閾値以下になった時に、凍結予防ヒータにより排熱回収手段の水循環路の水が凍結しないように水循環路を加熱する。そのため、正常に燃料電池発電装置の外気温、ガス濃度の計測や凍結を防止するヒータの制御を行うことができるようになるので、配管内の水の凍結を防止し、低温時の水経路の配管の破裂や亀裂による水漏れを防止することができる。
In particular, in addition to the first invention, the second invention operates in accordance with the first power source and measures outside air temperature measuring means for measuring the outside air temperature, and power is supplied from the first power source provided in the housing. A freezing prevention heater for heating the water circulation path, and the control means has an outside air temperature measured by the outside air temperature measuring means that is equal to or lower than a predetermined temperature threshold value and a concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means is If it is less than a predetermined concentration threshold value, the water circulation path is heated so that the water in the water circulation path of the exhaust heat recovery means is not frozen by the anti-freezing heater. If the gas concentration is equal to or higher than the threshold value, the control unit does not turn on the freeze prevention heater even when the outside air temperature is lower than the predetermined threshold value, so that an unsafe state such as tracking is avoided. If the concentration of the combustible gas in the housing is positively reduced by the exhaust means, and the concentration of the combustible gas in the housing falls below a predetermined concentration threshold, the outside air temperature becomes lower than the predetermined temperature threshold. The water circulation path is heated by the freeze prevention heater so that the water in the water circulation path of the exhaust heat recovery means does not freeze. Therefore, it is possible to normally control the outside temperature and gas concentration of the fuel cell power generator and to control the heater to prevent freezing. Water leakage due to pipe rupture or cracking can be prevented.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明における制御手段が、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が低くなって所定の濃度閾値未満になると、第2の電源をオンにするものであり、筐体内の可燃ガスの濃度が低くなって所定の濃度閾値未満になると、制御手段が第2の電源をオンにすることにより、水素生成装置とスタックと排熱回収手段を正常に動作することができるようになるので、ガス漏れ後にガス濃度が閾値未満になった場合や、ガス濃度の誤検知による燃料電池発電装置システムの動作停止後もスムーズに停止状態から復帰することができる。 In particular, the third invention turns on the second power supply when the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means becomes lower than a predetermined concentration threshold by the control means in the first or second invention. When the concentration of the combustible gas in the casing becomes lower than a predetermined concentration threshold value, the control unit turns on the second power supply, thereby normally operating the hydrogen generator, the stack, and the exhaust heat recovery unit. Therefore, even if the gas concentration falls below the threshold after gas leakage, or even after the fuel cell power generation system stops operating due to erroneous gas concentration detection, it can smoothly return from the stopped state. it can.
第4の発明は、特に、第2の発明における制御手段が、前記ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が低くなって所定の濃度閾値未満になると、前記凍結予防ヒータを動作させた後で、前記第2の電源をオンにすることにより、段階的に正常動作に戻すことができるようになるので、ガス漏れ後も安全に使用することができる。 According to a fourth aspect of the invention, in particular, after the control means according to the second aspect of the invention operates the freeze prevention heater when the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means becomes lower than a predetermined concentration threshold value. Thus, by turning on the second power supply, it becomes possible to return to normal operation step by step, so that it can be used safely even after gas leakage.
第5の発明は、特に、第1から第4のいずれか1つの発明における排気手段が、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度に応じて、動作量を変更することにより、ガス濃度が低い場合には、それに応じて排気手段の動作量も低下させるので、使用電力を効率的に下げることができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the exhaust means in any one of the first to fourth aspects of the invention changes the operating amount according to the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means, so that the gas concentration is changed. If it is low, the operating amount of the exhaust means is also reduced accordingly, so that the power consumption can be reduced efficiently.
第6の発明は、特に、第1から第5のいずれか1つの発明に加えて、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になったことを報知する報知手段を備え、制御手段は、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、報知手段を動作させることにより、使用者に異常状態を報知することができるようになるので、ガス漏れ時、不用意に使用者が筐体に近づくことを防止することができる。 In particular, in addition to any one of the first to fifth inventions, the sixth aspect of the invention further includes notification means for notifying that the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measurement means is equal to or greater than a predetermined concentration threshold. Since the control means can notify the user of an abnormal state by operating the notification means when the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measurement means is equal to or greater than a predetermined concentration threshold value, When gas leaks, it is possible to prevent the user from inadvertently approaching the casing.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1としての燃料電池発電装置システムの構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a fuel cell power generation system as
図1において、筐体8(燃料電池発電装置システム)は、柱上トランス2と、家庭内に設置されている分電盤3を介して、系統1と接続されている。また、分電盤3と筐体8の間の線には、家庭内負荷4が接続されており、筐体8(燃料電池発電装置システム)が発電していないときには、家庭内負荷4の電力は系統1側から供給し、発電しているときには筐体8(燃料電池発電装置システム)から家庭内負荷4の電力を供給し、不足分の電力は系統電力から供給している。
In FIG. 1, a housing 8 (fuel cell power generation system) is connected to the
また、図1において、筐体8は、筐体8(燃料電池発電装置システム)が漏電しているときに、電力の供給を遮断する漏電ブレーカー5と、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行うスタック9と、筐体8が設置されている環境の外気温を計測する外気温度計測手段13と、筐体8の内部に漏れているガス濃度を計測するガス濃度計測手段14と、筐体8の内部に漏れているガスを排出する排気手段15と、原料(例えば天然ガスなど)を水蒸気改質し水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置17と、筐体8(燃料電池発電装置システム)が発電する際に発生した熱を回収する排熱回収手段18と、ガスの供給を行うガス供給制御手段19と、外気温度計測手段13とガス濃度計測手段14と排気手段15とガス供給制御手段19の動作を制御する制御手段16と、外気温度計測手段13とガス濃度計測手段14と排気手段15に電力を供給する第1の電源11と、水素生成装置17と排熱回収手段18とガス供給制御手段19に電力を供給する第2の電源12と、スタック9が発電していないときに、第1の電源11や第2の電源12などに電力を供給する、AC/DCコンバータ6と、スタック9が発電しているときに、第1の電源11や第2の電源12などに電力を供給する、DC/DCコンバータ7と、制御手段16により第2の電源12への電力供給を遮断する切断手段10を有している。
Further, in FIG. 1, the
本実施の形態の燃料電池発電装置システムは、可燃性の原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置17と、水素生成装置17により生成された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて直流電力を発電するスタック9と、水を循環させて水素生成装置17の水素生成時の排熱またはスタック9の発電時の排熱のうち少なくともスタック9の発電時の排熱を回収する排熱回収手段18と、外部から水素生成装置17へ原料ガスを供給するガス供給管に設けられた弁の開閉により原料ガスの供給を制御するガス供給制御手段19と、水素生成装置17とスタック9と排熱回収手段18とガス供給制御手段19とを収納する筐体8と、筐体8内の空間に漏れ出した原料ガスまたは燃料ガスの可燃ガスの濃度を計測するガス濃度計測手段17と、外気温度を計測する外気温度計測手段13と、筐体8内の空間に漏れ出した原料ガスまたは燃料ガスを筐体8外に排気する排気手段15と、制御手段16と、外気温度計測手段13と排気手段15とガス濃度計測手段14と制御手段16を動作または機能させるための第1の電源11と、水素生成装置17とスタック9と排熱回収手段18とガス供給制御手段19を動作または機能させるための第2の電源12と、第2の電源12を遮断するための切断手段10とを備え、制御手段16は、ガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、ガス供給制御手段19により原料ガスの供給を遮断し、排気手段15により筐体8内の空間に漏れ出した原料ガスまたは燃料ガスを筐体8外に排気し、切断手段10により第2の電源12をオフにするように構成されている。
The fuel cell power generation system of the present embodiment includes a
以上のように構成された燃料電池発電装置システムについて、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the fuel cell power generation system configured as described above will be described below.
まず、筐体8は、水素生成装置17により都市ガスなどの原料ガスを水素を主成分とする燃料ガスである水素ガスを生成し、生成した水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う。しかし、発電を行う際に筐体8内でガス漏れ等の不安全な現象が発生すると、筐体8に備えている制御手段16によりスイッチング等で高電圧を流す動作を行っているので、トラッキングした際ガスへの引火を引き起こしてしまう。
First, the
したがって、ガス濃度計測手段14によりガス漏れが確認された場合は、不安全事象を防止するために、積極的にガスを筐体8外に排出した上でガス濃度を常時監視し、また不要な手段の動作をオフすることが重要となる。
Therefore, when a gas leak is confirmed by the gas concentration measuring means 14, in order to prevent unsafe events, the gas concentration is constantly monitored after being actively discharged out of the
本実施の形態の燃料電池発電装置システムは、筐体8内で可燃ガス漏れが発生し、ガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、制御手段16が、ガス供給制御手段19により筐体8内へのガス供給を遮断し、切断手段10により第2の電源12をオフにして、水素生成装置17とスタック9と排熱回収手段18とガス供給制御手段19を停止させ、筐体8内に漏れた可燃ガスを排気手段15により筐体8外へ排気して、筐体8内のガス濃度を積極的に低下させる。そのため、筐体8内を漏れたガスを滞留させておくような不安全な状態から回避することができる。さらに、ガス濃度計測手段14が筐体8内のガス濃度を常時監視しているので、ガス濃度が所定の閾値未満になった場合は、制御手段16が、所定の制御を行って安全に復帰することができる。
In the fuel cell power generation system according to the present embodiment, when a combustible gas leak occurs in the
なお、ガス供給制御手段19により筐体8内へのガス供給を遮断するタイミングは、第2の電源12をオフにするタイミングより早くするか、同時のどちらかであり、同時にする場合は、ガス供給制御手段19を、電源12がオフになりガス供給制御手段19への電源供給がなくなると自動的に弁が閉じる構成にすることができる。
It should be noted that the timing at which the gas supply control means 19 cuts off the gas supply into the
以上のように、本実施の形態においては、排気手段15や凍結予防ヒータ20などのアクチュエータやガスや温度を検出するセンサ、それらを動作させる制御手段16などに電力を供給する電源を二つに分け、ガス漏れ時に停止すべき機器の電源のみ停止させ、ガス漏れ検知後も機能させる必要のある機器の電源はそのままにすることにより、排気手段15によりガス漏れ時にも積極的に筐体8内部を換気することが可能であり、またガス濃度や外気温度を常時監視することが出来ることに加えて、水素生成装置17や排熱回収手段18やガス濃度計測手段19などの不要な手段への電源供給遮断が可能となり、筐体8内が漏れたガスを滞留させておくような不安全な状態のままでいることを改善することができる。
As described above, in this embodiment, there are two power supplies for supplying power to the actuators such as the exhaust means 15 and the
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2としての燃料電池発電装置システムの構成図を示すものである。図3は、同実施の形態の燃料電池発電装置システムの動作を示すフローチャートである。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a configuration diagram of a fuel cell power generation system as
図2に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置システムは、筐体8内に、外気温度計測手段13によって所定の閾値以下の温度が計測された場合、第1の電源11により電力を供給され制御手段16によって動作をオンする凍結予防ヒータ20を有している。その他の構成は、図1に示された実施の形態1の燃料電池発電装置システムの構成と同様である。
As shown in FIG. 2, the fuel cell power generation system according to the present embodiment is configured so that the
以上のように構成された燃料電池発電装置システムについて、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the fuel cell power generation system configured as described above will be described below.
まず、筐体8は、通常その製品の大きさなどの性質上、屋外に設置される場合がほとんどである。また、筐体8が発電する際にスタック9を冷却したり、発熱部位例えばスタック9の冷却に利用した水を回収して、貯湯タンクに蓄えたりするので、筐体8のあらゆる箇所に水の配管が通っている。夏場や、筐体8が動作している状態の場合は配管の中の水は流れ、また、装置内の温度も氷点よりも確実に高いので、凍結のために水配管が破裂したり、ひびが入ったりすることはまず起こらない。
First, the
しかし、冬場、特に寒冷地などでは、冬休みなどに旅行にでかけて、しばらくの間筐体8が動作しないときには、水循環の経路の配管の水の流れが止まり、また、筐体8が動作していない場合は発熱箇所もないので、筐体8内部の温度は外気温とほぼ等しくなるため、配管内の水が凍結し、破壊やひびによる水漏れの発生原因となり、筐体8に大きなダメージを与えることが起こりうる。そこで所定の温度以下になったら凍結予防ヒータ20で配管を温めることで、配管内の水の凍結を防止することが重要である。
However, in winter, particularly in cold regions, when the
しかし、筐体8内にガスが漏れている場合には、外気温度計測手段13により温度が所定の値以下を計測しても、凍結予防ヒータ20をオンするとガス漏れしているのに高電圧が流れることになるのでトラッキング等の原因を作ることになってしまう。
However, in the case where gas is leaking into the
よって、制御手段16は、筐体8が発電しているなどの通常運転を行っているとき(S−1)にガス濃度計測手段14によって所定の閾値以上のガス濃度が検出された場合(S−2をNo側に分岐)、まず通常運転を停止し、制御手段16によって第2の電源12への供給を遮断し筐体8内のガスを外部に排出するために排気手段15を動作させ(S−4)、筐体8を停止状態で待機させる(S−5)。そしてガス濃度計測手段14によってガス濃度が所定の閾値未満を検出した場合は(S−6をNo側に分岐)、外気温度計測手段13によって外気温度が所定の閾値以下の温度を検出した場合は(S−7をNo側に分岐)凍結予防ヒータ20をオン(S−8)、所定の閾値より高い温度を検出した場合(S−7をYes側に分岐)は凍結予防ヒータ20はオンせずに停止状態で待機させる(S−5)。
Therefore, the control means 16 is in the case where the gas concentration measuring means 14 detects a gas concentration equal to or higher than a predetermined threshold value (S-1) when the
本実施の形態の燃料電池発電装置システムは、図1に示す実施の形態1の燃料電池発電装置システムの構成に加えて、筐体8内に設けられ第1の電源11から電力が供給され排熱回収手段18の水循環路を加熱する凍結予防ヒータ20を備え、制御手段16は、外気温度計測手段13により計測した外気温度が所定の温度閾値以下で且つガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値未満であれば、凍結予防ヒータ20により排熱回収手段18の水循環路の水が凍結しないように水循環路を加熱するものであり、筐体8の内部に可燃ガスが漏れて所定の閾値以上のガス濃度になっていれば、外気温度が所定の閾値以下の場合においても、制御手段16によって凍結予防ヒータ20をオンさせないので、トラッキング等の不安全な状態を回避することができ、排気手段15により筐体8内の可燃ガス濃度を積極的に低下させた結果、筐体8内の可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値未満に低下すれば、外気温度が所定の温度閾値以下になった時に、凍結予防ヒータ20により排熱回収手段18の水循環路の水が凍結しないように水循環路を加熱する。そのため、正常に燃料電池発電装置の外気温、ガス濃度の計測や凍結を防止するヒータの制御を行うことができるようになるので、配管内の水の凍結を防止し、低温時の水経路の配管の破裂や亀裂による水漏れを防止することができる。
In addition to the configuration of the fuel cell power generator system of the first embodiment shown in FIG. 1, the fuel cell power generator system of the present embodiment is provided in the
また、ガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度が低くなって所定の濃度閾値未満になると、制御手段16が、第2の電源をオンにするものであり、筐体内の可燃ガスの濃度が低くなって所定の濃度閾値未満になると(S−6をNo側に分岐)、筐体8内の不安全状態が解除されたとみなし、制御手段16が切断手段10により第2の電源12をオンにして通常動作に戻るように構成すれば、水素生成装置17とスタック9と排熱回収手段18を正常に動作することができるようになるので、ガス漏れ後にガス濃度が閾値未満に低下し安全に使用できる状態になった場合や、ガス濃度の誤検知による燃料電池発電装置システムの動作停止後もスムーズに停止状態から復帰することができる。
In addition, when the concentration of the combustible gas measured by the gas
ここで、筐体8の内部に可燃ガスが漏れてガス濃度が所定の閾値以上の状況では、第1段階として、排気手段15を動作させることで筐体8内に滞留した可燃ガスを筐体8外に排出させ、可燃ガスの濃度が低くなって所定の濃度閾値未満になると、第2段階として凍結予防ヒータ20を動作可能とさせることで低温時の凍結防止を可能とし、次に、第3段階として制御手段16により切断手段10をオンし第2の電源12に電力を供給することで停止状態から復帰させるように、制御手段16が、ガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度に応じて、動作させる手段を変更することにより、段階的に正常動作に戻すことができるようになるので、ガス漏れ後も安全に使用することができる。なお、このとき第1の電源11により、外気温度計測手段13とガス濃度計測手段14は常時動作しているものとする。
Here, in a situation where combustible gas leaks into the
また、排気手段15の排気能力を可変できるものとし、比較的ガス濃度が高い時は、排気手段15の排気能力を高くし、ガス濃度が低くなるに従って、排気手段15の排気能力を低下させるように、ガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度に応じて、排気手段15の動作量(排気能力)を変更すれば、より効率的に筐体8内に滞留した可燃ガスを筐体8外に排出させることができ、ガス濃度が低い場合には、それに応じて排気手段15の動作量も低下させるので、使用電力を効率的に下げることができる。
Further, it is assumed that the exhaust capacity of the exhaust means 15 can be varied. When the gas concentration is relatively high, the exhaust capacity of the exhaust means 15 is increased, and the exhaust capacity of the exhaust means 15 is decreased as the gas concentration decreases. In addition, if the operation amount (exhaust capacity) of the exhaust means 15 is changed according to the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring means 14, the combustible gas staying in the
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3としての燃料電池発電装置システムの構成図を示すものである。なお、本実施の形態において、実施の形態2と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows a configuration diagram of a fuel cell power generation system as
図4に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置システムは、筐体8内に、筐体8は、ガス濃度計測手段14によって所定の閾値以上のガス濃度が検出された場合、制御手段16により使用者にガス漏れを報知させる報知手段21を有している。その他の構成は、図2に示された実施の形態2の燃料電池発電装置システムの構成と同様である。
As shown in FIG. 4, the fuel cell power generation system according to the present embodiment is controlled in the
ここで、筐体8は報知手段21を備えることにより、ガス濃度計測手段14により筐体8内部にガスが滞留しているような不安全な状態を検出した場合は、制御手段16によりスムーズに使用者に報知させる。
Here, the
また、筐体8は報知手段21を備えることにより、ガス濃度計測手段14により筐体8内部にガスが滞留しているような不安全な状態を検出した場合は、よりスムーズに使用者に報知させることができ、筐体8が停止したままである状態を積極的に回避させることができる。
In addition, the
以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置システムは、図2に示す実施の形態2の燃料電池発電装置システムの構成に加えて、ガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になったことを報知する報知手段21を備え、制御手段16は、ガス濃度計測手段14により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、報知手段21を動作させることにより、使用者に異常状態を報知することができるようになるので、ガス漏れ時、不用意に使用者が筐体に近づくことを防止することができ、また、スムーズに使用者に報知させ、サービスマンによりガス漏れ原因を見付けて対応するなど、筐体8(燃料電池発電装置システム)が停止したまま(ガス漏れ原因が残っているまま)である状態を積極的に回避させることができる。る。
As described above, the fuel cell power generation system of the present embodiment has a predetermined combustible gas concentration measured by the gas concentration measuring means 14 in addition to the configuration of the fuel cell power generation system of the second embodiment shown in FIG. The
以上のように、本発明にかかる燃料電池発電装置システムは、筐体内で可燃ガス漏れが発生し、ガス濃度計測手段により計測した可燃ガスの濃度が所定の濃度閾値以上になると、制御手段が、ガス供給制御手段により筐体内へのガス供給を遮断し、切断手段により第2の電源をオフにして、水素生成装置とスタックと排熱回収手段とガス供給制御手段を停止させ、筐体内に漏れた可燃ガスを排気手段により筐体外へ排気して、筐体内のガス濃度を積極的に低下させる。そのため、筐体内を漏れたガスを滞留させておくような不安全な状態から回避することができる。さらに、ガス濃度計測手段が筐体内のガス濃度を常時監視しているので、ガス濃度が所定の閾値未満になった場合は、制御手段が、所定の制御を行って安全に復帰することができる。そのため、給湯機などの水配管を有するシステムの燃料ガス異常後の制御等の用途にも適用できる。 As described above, in the fuel cell power generation system according to the present invention, when a combustible gas leak occurs in the housing and the concentration of the combustible gas measured by the gas concentration measuring unit becomes equal to or higher than a predetermined concentration threshold, the control unit The gas supply control means shuts off the gas supply into the casing, the cutting means turns off the second power supply, stops the hydrogen generator, the stack, the exhaust heat recovery means, and the gas supply control means, and leaks into the casing. The combustible gas is exhausted out of the casing by the exhaust means, and the gas concentration in the casing is actively reduced. Therefore, it is possible to avoid an unsafe state in which the gas that has leaked through the housing is retained. Further, since the gas concentration measuring means constantly monitors the gas concentration in the housing, the control means can perform a predetermined control and return safely when the gas concentration falls below a predetermined threshold. . Therefore, the present invention can also be applied to uses such as control after abnormal fuel gas in a system having a water pipe such as a water heater.
8 筐体
9 スタック
10 切断手段
11 第1の電源
12 第2の電源
13 外気温度計測手段
14 ガス濃度計測手段
15 排気手段
16 制御手段
17 水素生成装置
18 排熱回収手段
19 ガス供給制御手段
20 凍結予防ヒータ
21 報知手段
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