(57)【要約】【課題】マイコンメータの遮断を回避するために燃焼器を動作させた場合に発生する不具合の発生を抑制する。【解決手段】燃料電池スタック１０の上流側の熱回収経路１３から分岐して、燃焼器６を介して、燃料電池スタック１０より下流側の熱回収経路１３に戻るように構成されている分岐経路７と、可燃性ガスの流量を検知するマイコンメータの遮断を回避するために燃焼器６で可燃性ガスの燃焼量を変動させる遮断回避動作を実行する場合に第１循環器１４の操作量を第１所定操作量以上にするように制御する制御器１２と、を備えている、燃料電池システム。【選択図】図１
2014192088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックと、
水を貯めている貯湯タンクから流出する水が、前記燃料電池スタックの熱を吸収して、前記貯湯タンクに戻るように構成されている熱回収経路と、
前記熱回収経路に配置されている第１循環器と、
可燃性ガスを燃焼させて水を加熱する燃焼器と、
前記燃料電池スタックの上流側の前記熱回収経路から分岐して、前記燃焼器を介して、前記燃料電池スタックより下流側の前記熱回収経路に戻るように構成されている分岐経路と、
可燃性ガスの流量を検知するマイコンメータの遮断を回避するために前記燃焼器で可燃性ガスの燃焼量を変動させる遮断回避動作を実行する場合に前記第１循環器の操作量を第１所定操作量以上にするように制御する制御器と、
を備えている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記遮断回避動作を実行する場合に前記燃料電池スタックの発電量を第１所定発電量以上にし、かつ、前記第１循環器の操作量を前記第１所定操作量以上にする、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を用いた燃料電池システムは、主にシステムなどで使用されており、発電と同時に発生する熱をお湯として回収することでエネルギーを有効に活用でき、高効率の分散型電源として注目されている。
【０００３】
この燃料電池システムは一般的にガス供給事業者からマイコンを搭載したガスメータ、いわゆるマイコンメータを介して供給される都市ガスを使用し発電を行う。このマイコンメータは所定の遮断対象変動範囲内の流量のガスが所定の監視時間連続して流れた時、当該ガスの流れを遮断するが、燃料電池システムでは発電中は通常一定のガス量を使用して発電するため、ガス流量の変動幅が一定範囲内となることが予想される。つまり、燃料電池システムが一定時間の発電状態を継続すると、マイコンメータの遮断条件が成り立ち、その結果ガス供給が遮断されるという事態が起こりえる。これを避けるために、燃料電池システムが発電中に所定時間内にガスを燃焼して発熱する燃焼器の出力を一時的に変化させることで、マイコンメータを通過する都市ガスの流量を遮断対象範囲内に含まれない流量に一時的に変化させ、マイコンメータの遮断を回避している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１の燃料電池システムは、所定の監視時間に亘って連続して所定の遮断対象範囲内の流量の都市ガスが流れた時に当該都市ガスの流れを遮断する遮断機能を有するガスメータと、ガスメータを介して都市ガスが供給されて定格出力で発電する発電機並びに燃料ガスを燃焼して発熱する補助熱源機と、補助熱源及び発電機の出力制御を行う制御部から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の構成では、発電状態が持続している場合に、制御部が監視時間内に少なくとも１回以上、都市ガスを消費する補助熱源又は発電機の少なくとも何れか一方の出力を一時的に変更させることで、マイコンメータを通過する都市ガスの流量を遮断対象範囲内に含まれない流量に一時的に変化させる。しかしながら、従来の構成において、発電によって生じるお湯を貯湯タンクに戻す経路と、マイコンメータの遮断回避により、ガス給湯器などの補助熱源で都市ガスを燃やすことによってできるお湯を貯湯タンクに戻す経路が合流する構成の場合、以下のような不具合が発生することが本願発明者により明らかになった。
【０００７】
つまり、マイコンメータの遮断回避により、補助熱源で都市ガスを燃やすことによってできるお湯を貯湯タンクに戻すお湯の流量に対し、発電によって生じるお湯を貯湯タンクに戻すお湯の流量の方が小さい時、合流する部分において流量が小さいお湯の流れが止まってしまい、発電によって生じるお湯を貯湯タンクに戻すことができずに配管の中で滞留し、お湯の温度が上がりすぎることがある。この時、配管内のお湯がある一定の温度以上となると、発電が継続できなくなる課題を有していた。
【０００８】
本発明は、従来のような課題を考慮し、マイコンメータの遮断回避を行う前に、発電によって生じるお湯を貯湯タンクに戻すお湯の流量を大きくすることで、マイコンメータの遮断回避のために、補助熱源でガスを燃やすことによってできるお湯を貯湯タンクに戻す場合でも、発電によって生じるお湯を貯湯タンクに戻す事を確実に行える燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、
燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックと、
水を貯めている貯湯タンクから流出する水が、燃料電池スタックの熱を吸収して、貯湯タンクに戻るように構成されている熱回収経路と、
熱回収経路に配置されている第１循環器と、
可燃性ガスを燃焼させて水を加熱する燃焼器と、
燃料電池スタックの上流側の熱回収経路から分岐して、燃焼器を介して、燃料電池スタックより下流側の熱回収経路に戻るように構成されている分岐経路と、
可燃性ガスの流量を検知するマイコンメータの遮断を回避するために燃焼器で可燃性ガスの燃焼量を変動させる遮断回避動作を実行する場合に第１循環器の操作量を第１所定操作量以上にするように制御する制御器と、
を備えている、燃料電池システムであって、
マイコンメータの遮断回避を実施した時に、発電によって生じるお湯を貯湯タンクに戻すお湯の流量を一定以上にするために、第１循環器の操作量を第１所定操作量以上にするように制御を行う。
【００１０】
この構成により、マイコンメータの遮断時に補助熱源でガスを燃やすことによってできるお湯を貯湯タンクに戻す場合でも、発電によって生じるお湯が配管内で滞留しない流量を確保する。さらに、マイコンメータ遮断回避を実施しても、マイコンメータの遮断回避のために、補助熱源でガスを燃やすことによってできるお湯を貯湯タンクに戻す場合でも、発電によって生じるお湯が配管内で滞留することがなく、発電を継続することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池ユニットが発電中に、マイコンメータの遮断回避を実施しても、発電によって生じるお湯が配管内で滞留することがなく、発電を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転制御を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、
燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックと、
水を貯めている貯湯タンクから流出する水が、燃料電池スタックの熱を吸収して、貯湯タンクに戻るように構成されている熱回収経路と、
熱回収経路に配置されている第１循環器と、
可燃性ガスを燃焼させて水を加熱する燃焼器と、
燃料電池スタックの上流側の熱回収経路から分岐して、燃焼器を介して、燃料電池スタックより下流側の熱回収経路に戻るように構成されている分岐経路と、
可燃性ガスの流量を検知するマイコンメータの遮断を回避するために燃焼器で可燃性ガスの燃焼量を変動させる遮断回避動作を実行する場合に第１循環器の操作量を第１所定操作量以上にするように制御する制御器と、
を備えている、燃料電池システムである。
【００１４】
この構成により、燃料電池ユニットが発電中に、マイコンメータの遮断回避を実施しても、第１循環器の操作量を第１所定操作量以上にすることで、発電によって生じるお湯が配管内で滞留することがなく、発電を継続することが可能となる。
【００１５】
第２の発明は、特に第１の発明において、制御器は、遮断回避動作を実行する場合に燃料電池スタックの発電量を第１所定発電量以上にし、かつ、第１循環器の操作量を第１所定操作量以上にする、燃料電池システムである。
【００１６】
この構成により、燃料電池ユニットが発電中に、マイコンメータの遮断回避を実施しても、第１循環器の操作量を第１所定操作量以上にすることで、発電によって生じるお湯が配管内で滞留することがなく、発電を継続することが可能となる。
【００１７】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００１９】
図１において、本実施の形態１に係る燃料電池システム１は、燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタック１０と、水を貯めている貯湯タンク５から流出する水が、燃料電池スタック１０の熱を吸収して、貯湯タンク５に戻るように構成されている熱回収経路１３と、を備えている。
【００２０】
また、燃料電池システム１は、熱回収経路１３に配置されている第１循環器１４と、可燃性ガスを燃焼させて水を加熱する燃焼器６と、燃料電池スタック１０の上流側の熱回収経路１３から分岐して、燃焼器６を介して、燃料電池スタック１０より下流側の熱回収経路１３に戻るように構成されている分岐経路７と、を備えている。また、熱回収経路１３に燃料電池スタック１０の熱を吸収するために熱交換器１６が配置されている。
【００２１】
また、燃料電池システム１は、可燃性ガスの流量を検知するマイコンメータの遮断を回避するために燃焼器６で可燃性ガスの燃焼量を変動させる遮断回避動作を実行する場合に第１循環器１４の操作量を第１所定操作量以上にするように制御し、スタックの発電量を所定以上にするように制御する制御器１２を備えている。
【００２２】
また、分岐経路７には、第２循環器８と、第２循環器８より下流に配置されている燃焼器６と、が配置されている。
【００２３】
以上のように構成された燃料電池システムのマイコンメータの遮断回避の動作、作用について、図２を参照しながら説明する。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムのマイコンメータの遮断回避を示すフローチャートである。
【００２５】
燃料電池システム１の制御器１２は、燃料電池スタック１０に対し、所定の発電量を発
電するように指示する（Ｓ１０１）。制御器１２は燃料電池スタック１０の発電量が所定以上か判断する（Ｓ１０２）。燃料電池スタック１０の発電量が所定の発電量以上でなければ、燃料電池スタック１０に対し、所定の発電量を発電するように指示する（Ｓ１０１）。
【００２６】
燃料電池スタック１０の発電量が所定の発電量以上の場合、制御器１２は第１循環器に対し、所定以上の操作量になるように指示する（Ｓ１０３）。制御器１２は第１循環器１４の操作量が所定以上かどうかを判断する（Ｓ１０４）。なお、第１循環器１４操作量が所定の値以上かどうかは、第１循環器１４の回転数で判断しても良い。第１循環器１４の操作量が所定の値以上かどうかは、熱回収経路１３の流量が所定の値以上かどうかで判断しても良い。また、燃料電池スタック１０の発電量が所定の発電量以上の時、第１循環器１４の操作量が所定以上になる場合、燃料電池スタック１０の発電量が所定の発電量以上であれば、第１循環器１４の操作量が所定以上の値と判断しても良い。
【００２７】
第１循環器１４の操作量が所定の値以上でなければ、燃料電池スタック１０の発電量が所定の発電量以上の場合、制御器１２は第１循環器１４に対し、所定以上の操作量になるように指示する（Ｓ１０３）。
【００２８】
第１循環器１４の操作量が所定の値以上の場合、制御器１２は第１循環器１４の操作量が所定以上になってから一定時間経過したかどうかを判断する（Ｓ１０５）。制御器１２は第１循環器１４の操作量が所定以上になってから一定時間経過したと判断した場合は、マイコンメータの遮断回避を実施する（Ｓ１０６）。具体的には、燃焼器６での都市ガスの燃焼量を増大させるとともに、第２循環器８の操作量を増大させて、燃焼器６で発生した熱を熱回収経路１３、分岐経路７、合流部１５、熱回収経路１３を介して貯湯タンク５に戻すようにする。
【００２９】
これにより、燃料電池ユニットが発電中に、マイコンメータの遮断回避を実施しても、発電によって生じるお湯が熱回収経路の配管内で滞留することがないよう、第１循環器の操作量を所定以上の値にすることで、熱回収経路のお湯の温度が規定以上に上がることなく、発電を継続することができる。つまり、貯湯タンク５から排出された水が、熱回収経路１３、熱交換器１６を介して合流部１５に供給された場合に、マイコンメータの遮断海浜動作時に合流部１５において水が流れなくなることを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットが発電中に、マイコンメータの遮断回避を実施しても、発電によって生じるお湯が配管内で滞留することがなく、発電を継続することが出来、商用電源から供給される電力で動作することもできるが、商用電源が停電している場合には燃料電池スタックから電力が供給されて動作する自立発電機能を有している燃料電池ユニットと、商用電源から供給される電力で動作する貯湯ユニットを有する固体高分子形や固体酸化物形の燃料電池システムなどにおいて、有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１  燃料電池システム
５  貯湯タンク
６  燃焼器
７  分岐経路
８  第２循環器
１０  燃料電池スタック
１２  制御器
１３  熱回収経路
１４  第１循環器
【図１】
2014192088.tif 000003
【図２】
2014192088.tif 000004