(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO2012081205
(43)【国際公開日】20120621
【発行日】20160526
(54)【発明の名称】発電システム及びその運転方法
(51)【国際特許分類】
   H01M 8/04 20160101AFI20160422BHJP
   H01M 8/04228 20160101ALI20160422BHJP
   H01M 8/04303 20160101ALI20160422BHJP
   H01M 8/0612 20160101ALI20160422BHJP
   F23L 17/00 20060101ALI20160422BHJP
   H01M 8/10 20160101ALN20160422BHJP
   H01M 8/12 20160101ALN20160422BHJP
【FI】
   !H01M8/04 J
   !H01M8/04 Y
   !H01M8/04 N
   !H01M8/04 Z
   !H01M8/06 G
   !F23L17/00 601C
   !H01M8/10
   !H01M8/12
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】33
【出願番号】2012528160
(21)【国際出願番号】JP2011006867
(22)【国際出願日】20111208
(11)【特許番号】5075297
(45)【特許公報発行日】20121121
(31)【優先権主張番号】2010276951
(32)【優先日】20101213
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC,VN
(71)【出願人】
【識別番号】000005821
【氏名又は名称】パナソニック株式会社
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真1006番地
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】森田 純司
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】龍井 洋
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】保田 繁樹
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】行正 章典
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】井上 篤敬
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
【テーマコード(参考)】
5H026
5H027
5H127
【Fターム(参考)】
5H026AA06
5H027AA06
5H027BA01
5H027KK01
5H027KK03
5H027KK41
5H027MM03
5H027MM08
5H027MM20
5H127AA06
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5H127AB02
5H127AB21
5H127AC15
5H127BA02
5H127BA05
5H127BA13
5H127BA16
5H127BA19
5H127BA22
5H127BA23
5H127BA34
5H127BA39
5H127BA56
5H127BA57
5H127BB02
5H127BB12
5H127BB27
5H127BB37
5H127CC18
5H127DA15
5H127DB26
5H127DB88
5H127DB91
5H127DB95
5H127DC88
5H127DC91
(57)【要約】
本発明に係る発電システムは、燃料電池(11)と筐体(12)を有する燃料電池システム(101)と、換気ファン(13)と、制御装置(102)と、燃焼装置(103)と、筐体(12)と燃焼装置(103)の排気口(103A)とを連通するように設けられ、燃料電池システム(101)から排出される排出ガスと燃焼装置(103)から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路(70)と、を備え、換気ファン(13)は、筐体(12)内のガスを排出流路(70)に排出することにより、筐体(12)内を換気するように構成され、制御装置(102)は、燃料電池システム(101)の発電停止中に、かつ、燃焼装置(103)が作動中に、換気ファン(13)が所定の圧力以上で作動するように制御するように構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、
前記発電システムは、
燃焼装置と、
前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、
前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電停止中に、かつ、前記燃焼装置が作動中に、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、発電システム。
【請求項2】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電停止中に、前記燃焼装置が作動する場合に、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。
【請求項3】
前記制御装置は、前記燃焼装置の作動指令が入力された場合に、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。
【請求項4】
前記制御装置は、前記換気器の作動を開始し、その後、前記燃焼装置の作動を開始するように制御することを特徴とする、請求項2又は3に記載の発電システム。
【請求項5】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電停止中に、前記燃焼装置の排出ガスの排出を検知した場合に、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。
【請求項6】
前記排出流路及び前記筐体内の少なくともいずれか一方に設けられた第1温度検知器をさらに備え、
前記制御装置は、前記第1温度検知器で検知される温度が第1の温度より高い場合、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項5に記載の発電システム。
【請求項7】
前記筐体の給気口に設けられ、その大気への開口から空気を前記燃料電池システムに供給する給気流路と、
前記給気流路、前記排出流路及び前記筐体内のうちの少なくともいずれか一箇所に設けられた第1温度検知器と、をさらに備え、
前記制御装置は、所定時間の前後で、前記第1温度検知器が検知した温度の差分が、所定の温度幅上昇した場合、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発電システム。
【請求項8】
前記排出流路内の圧力を検知する圧力検知器をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧力検知器で検知される圧力が第1の圧力より高い場合、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項5に記載の発電システム。
【請求項9】
前記排出流路内を流れるガスの流量を検知する流量検知器をさらに備え、
前記制御装置は、前記流量検知器で検知される流量が第1の流量より多い場合、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項5に記載の発電システム。
【請求項10】
前記燃焼装置は、燃焼空気を供給するように構成された燃焼空気供給器を有し、
前記制御装置は、前記換気器の静圧が、前記燃焼空気供給器の吐出圧力よりも大きくなるように、前記換気器を制御することを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。
【請求項11】
前記筐体と前記燃焼装置の給気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システム及び前記燃焼装置のそれぞれに、その大気への開口から空気を供給するように構成された給気流路と、をさらに備え、
前記給気流路は、前記排気流路と熱交換可能なように設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。
【請求項12】
前記給気流路に設けられた第2温度検知器と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記第2温度検知器で検知される温度が、第2の温度より高い場合、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項11に記載の発電システム。
【請求項13】
前記給気流路に設けられた第2温度検知器をさらに備え、
前記制御装置は、所定時間の前後で、前記第2温度検知器が検知した温度の差分が、所定の温度幅低い場合、前記換気器が作動するように制御することを特徴とする、請求項11に記載の発電システム。
【請求項14】
前記燃料電池システムは、原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成装置をさらに備えていることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の発電システム。
【請求項15】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、換気器と、を有する燃料電池システムと、を備える発電システムの運転方法であって、
前記発電システムは、
燃焼装置と、
前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、
前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記燃料電池システムの発電停止中に、かつ、前記燃焼装置が作動中に、所定の圧力以上で作動するように構成されている、発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱と電気を供給する発電システム及びその運転方法に関し、特に、発電システムの構造に関する。
【背景技術】
【0002】
コージェネレーションシステムは、発電した電力を需要家へ供給し電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄うシステムである。このようなコージェネレーションシステムとして、燃料電池と給湯器が同一の燃料で動作するコージェネレーションシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示されているコージェネレーションシステムでは、燃料電池と、燃料電池の動作に伴って発生する熱を回収する熱交換器と、熱交換器を循環して加熱された水を貯蔵する貯湯槽と、貯湯槽から流出する水を所定の温度まで加温する機能を有する給湯器を有し、燃料電池と給湯器が同一の燃料で動作するように構成されている。
【0003】
また、建物内部に配置する燃料電池発電装置の排気性能を向上させることを目的とした燃料電池発電装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に開示されている発電装置は、吸気口を備えた建物の内部に設置して使用される燃料電池発電装置であって、建物の内部の空気を燃料電池発電装置の内部へ導く空気導入口と、燃料電池発電装置の内部の空気を建物の外部へ排出する空気排出管と、換気手段を備えていて、換気手段が、建物外部の空気を吸気口を介して建物の内部に導き、さらに空気導入口を通して燃料電池発電装置の内部に導入し、さらに空気排出管を通して建物の外部へと排出する。
【0004】
さらに、建物内部に配置した燃料電池で生じた排ガスの排気性能を向上することを目的として、上下方向に延びるダクトを具備する発電装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。特許文献3に開示されている発電装置では、建物内部を上下方向に延び、上端部が外部に位置するダクトが、二重管であり、排ガス又は空気がダクトの内側又は外側を個別に流通するように、換気管及び排気管がダクトにそれぞれ連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−248009号公報
【特許文献2】特開2006−73446号公報
【特許文献3】特開2008−210631号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献1に開示されているコージェネレーションシステムを建物内に配置する場合に、特許文献2や特許文献3に開示されている発電装置を参照すると、以下のような構成をとることが考えられる。すなわち、燃料電池が設けられたコージェネレーションユニットと給湯器が設けられた給湯ユニットを別々に配置し、コージェネレーションユニットと給湯器とが連通する排気流路を設ける構成である。
【0007】
このような構成において、例えば、給湯器を作動させ、燃料電池を作動させない場合、給湯器から排出される排ガスが、排気流路を介して、コージェネレーションユニット内に流入するおそれがある。そして、排ガスがコージェネレーションユニットに流入した状態で、燃料電池を起動させると、燃料電池のカソードに、排ガスが供給されることにより、燃料電池の発電効率が下がるという課題が生じる。
【0008】
本発明は、上記のように、燃料電池システムと燃焼装置を連通する排気流路を配設する場合において、安定して発電を行うことができ、耐久性の高い発電システム及びその運転方法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】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電停止中に、かつ、前記燃焼装置が作動中に、前記換気器が作動するように制御する。
【0010】
ここで、燃焼装置が作動中とは、燃焼装置が作動して、該燃焼装置から排出ガスを排出流路に排気している状態だけでなく、燃焼装置の作動を開始し、該燃焼装置から排出ガスを排出流路に排気を開始する状態を含む。
【0011】
また、燃料電池システムの発電停止中とは、燃料電池の起動動作を開始する前で、かつ、燃料電池の停止動作を終了した後の状態をいう。このため、燃料電池システムの発電停止中には、燃料電池システムの一部の補器を運転して待機する発電待機の状態を含む。
【0012】
これにより、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置が作動中に、燃焼装置から排出された排出ガスが筐体内に流入することを抑制することができる。また、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置が作動中に、燃焼装置から排出された排出ガスが筐体内に流入したとしても、換気器が作動することにより、排出ガスの更なる流入を抑制することができ、流入した排出ガスを筐体外に排出することができる。このため、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することができる。よって、燃料電池の発電を安定して行うことができ、発電システムの耐久性を向上させることができる。
【0013】
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電停止中に、前記燃焼装置が作動する場合に、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0014】
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記燃焼装置の作動信号が入力された場合に、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0015】
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記換気器の作動を開始し、その後、前記燃焼装置の作動を開始するように制御してもよい。
【0016】
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電停止中に、前記燃焼装置の排出ガスの排出を検知した場合に、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0017】
また、本発明に係る発電システムでは、前記排出流路及び前記筐体内の少なくともいずれか一方に設けられた第1温度検知器をさらに備え、前記制御装置は、前記第1温度検知器で検知される温度が第1の温度より高い場合、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0018】
また、本発明に係る発電システムでは、前記筐体の給気口に設けられ、その大気への開口から空気を前記燃料電池システムに供給する給気流路と、前記給気流路、前記排出流路及び前記筐体内のうちの少なくともいずれか一箇所に設けられた第1温度検知器と、をさらに備え、前記制御装置は、所定時間の前後で、前記第1温度検知器が検知した温度の差分が、所定の温度幅上昇した場合、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0019】
また、本発明に係る発電システムでは、前記排出流路内の圧力を検知する圧力検知器をさらに備え、前記制御装置は、前記圧力検知器で検知される圧力が第1の圧力より高い場合、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0020】
また、本発明に係る発電システムでは、前記排出流路内を流れるガスの流量を検知する流量検知器をさらに備え、前記制御装置は、前記流量検知器で検知される流量が第1の流量より多い場合、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0021】
また、本発明に係る発電システムでは、前記燃焼装置は、燃焼空気を供給するように構成された燃焼空気供給器を有し、前記制御装置は、前記換気器の静圧が、前記燃焼空気供給器の吐出圧力よりも大きくなるように、前記換気器を制御してもよい。
【0022】
また、本発明に係る発電システムでは、前記筐体と前記燃焼装置の給気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システム及び前記燃焼装置のそれぞれに、その大気への開口から空気を供給するように構成された給気流路をさらに備え、前記給気流路は、前記排気流路と熱交換可能なように設けられていてもよい。
【0023】
また、本発明に係る発電システムでは、前記給気流路に設けられた第2温度検知器をさらに備え、前記制御装置は、前記第2温度検知器で検知される温度が、第2の温度より高い場合、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0024】
また、本発明に係る発電システムでは、前記給気流路に設けられた第2温度検知器をさらに備え、前記制御装置は、所定時間の前後で、前記第2温度検知器が検知した温度の差分が、所定の温度幅低い場合、前記換気器が作動するように制御してもよい。
【0025】
さらに、本発明に係る発電システムでは、前記燃料電池システムは、原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成装置をさらに備えていてもよい。
【0026】
また、本発明に係る発電システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、換気器と、を有する燃料電池システムと、を備える発電システムの運転方法であって、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記燃料電池システムの発電停止中に、かつ、前記燃焼装置が作動中に、所定の圧力以上で作動するように構成されている。
【0027】
これにより、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置が作動中に、燃焼装置から排出された排出ガスが筐体内に流入することを抑制することができる。また、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置が作動中に、燃焼装置から排出された排出ガスが筐体内に流入したとしても、換気器が作動することにより、排出ガスの更なる流入を抑制することができ、流入した排出ガスを筐体外に排出することができる。このため、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することができる。よって、燃料電池の発電を安定して行うことができ、発電システムの耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【0028】
本発明の発電システムによれば、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置が作動中に、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することが可能となる。このため、燃料電池の発電を安定して行うことができ、発電システムの耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】図1は、本発明の実施の形態1に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図2】図2は、本実施の形態1に係る発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【図3】図3は、本実施の形態1における変形例1の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【図4】図4は、本実施の形態1における変形例2の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【図5】図5は、本発明の実施の形態2に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図6】図6は、本実施の形態2に係る発電システムの発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【図7】図7は、本実施の形態2における変形例1の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図8】図8は、本実施の形態2における変形例2の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図9】図9は、本実施の形態2における変形例3の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図10】図10は、本実施の形態2における変形例3の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【図11】図11は、本実施の形態2における変形例4の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図12】図12は、本実施の形態2における変形例4の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【図13】図13は、本実施の形態2における変形例5の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図14】図14は、本実施の形態2における変形例5の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【図15】図15は、本発明の実施の形態3に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【0031】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る発電システムは、燃料電池と、筐体と、換気器と、を有する燃料電池システムと、制御装置と、燃焼装置と、排出流路と、を備えている。そして、制御装置が、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置から排出ガスを排出流路に排気中に、換気器が作動するように制御する態様を例示するものである。
【0032】
ここで、燃焼装置が作動中とは、燃焼装置が作動して、該燃焼装置から排出ガスを排出流路に排気している状態だけでなく、燃焼装置の作動を開始し、該燃焼装置から排出ガスを排出流路に排気を開始する状態を含む。
【0033】
また、燃料電池システムの発電停止中とは、燃料電池の起動動作を開始する前で、かつ、燃料電池の停止動作を終了した後の状態をいう。このため、燃料電池システムの発電停止中には、燃料電池システムの一部の補器を運転して待機する発電待機の状態を含む。
【0034】
なお、本実施の形態1に係る発電システムは、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置が作動中に、換気器が作動するように構成されていればよく、これ以外の場合に、換気器が作動する構成であってもよい。例えば、燃料電池システムの発電停止中だけでなく、発電運転中で、かつ、燃焼装置が作動中にも、換気器が作動するように構成されていてもよい。
【0035】
燃料電池システムの運転中は、燃料電池システムから排出ガス(例えば、オフ酸化剤ガス)が排出されるため、換気器が作動していない場合であっても、燃焼装置からの排出ガスが燃料電池システムへ逆流することは起こりにくい。一方、発電停止中は、燃料電池システムから排出ガス(例えば、オフ酸化剤ガス)が排出されないため、換気器を動作させていないと燃焼装置の排出ガスが燃料電池システム側へ逆流するおそれがある。
【0036】
このため、本実施の形態1に係る発電システムでは、制御装置が、燃料電池システムの発電停止中に、かつ、燃焼装置が作動中に、換気器が作動するように制御することで、燃焼装置の排出ガスが燃料電池システム側へ逆流することを抑制できる。ただし、燃料電池システムの運転中は、燃料電池システム内に可燃ガスを供給するため、換気器が実質的に継続して作動していることが好ましい。
【0037】
以下、本実施の形態1に係る発電システムの一例について、具体的に説明する。
【0038】
[発電システムの構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
【0039】
図1に示すように、本発明の実施の形態1に係る発電システム100は、建物200の内部に配置されている。発電システム100は、燃料電池11と筐体12を有する燃料電池システム101と、換気ファン13と、制御装置102と、燃焼装置103と、排出流路70と、備えている。排出流路70は、燃料電池システム101の筐体12と燃焼装置103の排気口103Aとを連通するように設けられている。そして、制御装置102は、燃料電池システム101の発電停止中に、かつ、燃焼装置103が作動中(燃焼装置103から排出ガスを排出流路70に排気中)に、換気ファン13が作動するように制御する。
【0040】
なお、本実施の形態1においては、発電システム100は、建物200の内部に配置されている構成を例示したが、これに限定されず、排出流路70が燃料電池システム101の筐体12と燃焼装置103の排気口103Aを連通するように設けられていれば、建物200の外部に配置されている構成を採用してもよい。
【0041】
燃料電池システム101の筐体12内には、燃料電池11、換気ファン13、燃料ガス供給器14、及び酸化剤ガス供給器15が配置されている。また、制御装置102も筐体12内に配置されている。なお、本実施の形態1においては、制御装置102は、燃料電池システム101の筐体12内に配置する構成を採用したが、これに限定されず、制御装置102は、燃焼装置103内に配置する構成を採用してもよく、また、筐体12及び燃焼装置103とは別に配置する構成を採用してもよい。
【0042】
筐体12を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔16が設けられていて、該孔16には、排出流路70を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔16と排出流路70との隙間が、給気口16を構成する。これにより、給気口16を介して、筐体12内部に、発電システム100外の空気が供給される。
【0043】
なお、本実施の形態1においては、排出流路70を構成する配管が挿通する孔と、給気口16を構成する孔と、を1つの孔16で構成したが、これに限定されない。排出流路70を構成する配管が挿通する孔と、給気口16を構成する孔と、を別々に筐体12に設けてもよい。また、給気口16は、筐体12に1つの孔によって構成されてもよく、また、複数の孔によって構成されていてもよい。
【0044】
燃料ガス供給器14は、燃料電池11に燃料ガス(水素ガス)をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、水素生成装置、水素ボンベ、又は水素吸蔵合金等の水素ガスを供給するように構成された機器で構成されていてもよい。燃料ガス供給器14には、燃料ガス供給流路71を介して、燃料電池11(正確には、燃料電池11の燃料ガス流路11Aの入口)が接続されている。
【0045】
酸化剤ガス供給器15は、燃料電池11に酸化剤ガス(空気)をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器15には、酸化剤ガス供給流路72を介して、燃料電池11(正確には、燃料電池11の酸化剤ガス流路11Bの入口)が接続されている。
【0046】
燃料電池11は、アノードとカソードを有している(いずれも図示せず)。燃料電池11では、燃料ガス流路11Aに供給された燃料ガスが、燃料ガス流路11Aを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス流路11Bに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス流路11Bを通流する間に、カソードに供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。
【0047】
なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷(例えば、家庭の電気機器)に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、水を加熱するのに使用することができる。
【0048】
また、本実施の形態1においては、燃料電池11は、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。また、本実施の形態1においては、燃料電池11と燃料ガス供給器14を別々に構成する態様を採用したが、これに限定されず、固体酸化物形燃料電池のように燃料ガス供給器14と燃料電池11とが一体で構成されていてもよい。この場合、燃料電池11と燃料ガス供給器14とが共通の断熱材で覆われた一つのユニットとして構成され、後述する燃焼器14bは、改質器14aだけでなく燃料電池11も加熱することができる。また、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池11のアノードが改質器14aの機能を有することから、燃料電池11のアノードと改質器14aとが一体で構成されていてもよい。さらに、燃料電池11の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【0049】
燃料ガス流路11Aの出口には、オフ燃料ガス流路73の上流端が接続されている。オフ燃料ガス流路73の下流端は、排出流路70に接続されている。また、酸化剤ガス流路11Bの出口には、オフ酸化剤ガス流路74の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス流路74の下流端は、排出流路70に接続されている。
【0050】
これにより、燃料電池11で使用されなかった燃料ガス(以下、オフ燃料ガス)は、燃料ガス流路11Aの出口からオフ燃料ガス流路73を介して、排出流路70に排出される。また、燃料電池11で使用されなかった酸化剤ガス(以下、オフ酸化剤ガス)は、酸化剤ガス流路11Bの出口からオフ酸化剤ガス流路74を介して、排出流路70に排出される。排出流路70に排出されたオフ燃料ガスは、オフ酸化剤ガスにより希釈されて、建物200外に排出される。
【0051】
換気ファン13は、換気流路75を介して排出流路70と接続されている。換気ファン13としては、筐体12内を換気することができれば、どのような構成であってもよい。これにより、給気口16から発電システム100外の空気が筐体12内に給気され、換気ファン13を作動させることにより、筐体12内のガス(主として、空気)が換気流路75及び排出流路70を介して、建物200外に排出され、筐体12内が換気される。
【0052】
なお、本実施の形態1においては、換気器としてファンを用いたが、これに限定されず、ブロワを用いてもよい。換気ファン13は、筐体12内に配置するように構成したが、これに限定されない。換気ファン13は、排出流路70内に配置するように構成してもよい。この場合、換気ファン13は、排出流路70の分岐部分よりも上流側に設けられていることが好ましい。
【0053】
このように、本実施の形態1においては、オフ燃料ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン13が作動することによる筐体12内のガスが、燃料電池システム101から排出される排出ガスとして、例示される。なお、燃料電池システム101から排出される排出ガスは、これらのガスに限定されず、例えば、燃料ガス供給器14が水素生成装置で構成されている場合、該水素生成装置から排出されるガス(燃焼排ガス、水素含有ガス等)であってもよい。
【0054】
燃焼装置103は、燃焼器17と燃焼ファン(燃焼空気供給器)18を有している。燃焼器17と燃焼ファン18は、燃焼空気供給流路76を介して接続されている。燃焼ファン18は、燃焼器17に燃焼空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
【0055】
燃焼器17には、図示されない燃焼燃料供給器から天然ガス等の可燃性ガスや灯油等の液体燃料等の燃焼燃料が供給される。そして、燃焼器17では、燃焼ファン18から供給された燃焼空気と、燃焼燃料供給器から供給された燃焼燃料と、を燃焼して、熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。なお、発生した熱は、水を加熱するのに使用することができる。すなわち、燃焼装置103は、ボイラとして使用してもよい。
【0056】
また、燃焼器17には、排出ガス流路77の上流端が接続されていて、排出ガス流路77の下流端は、排出流路70に接続されている。これにより、燃焼器17で生成された燃焼排ガスは、排出ガス流路77を介して、排出流路70に排出される。すなわち、燃焼器17で生成された燃焼排ガスが、燃焼装置103から排出される排出ガスとして、排出流路70に排出される。そして、排出流路70に排出された燃焼排ガスは、排出流路70を通流して、建物200外に排出される。
【0057】
燃焼装置103を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔19が設けられていて、該孔19には、排出流路70を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔19と排出流路70との隙間が、給気口19を構成する。これにより、給気口19を介して、燃焼装置103内部に、発電システム100外の空気が供給される。
【0058】
すなわち、排出流路70は、分岐されていて、2つの上流端は、孔16及び孔19のそれぞれに、接続されている。また、排出流路70は、建物200の外側にまで延びるように形成されていて、その下流端(開口)は、大気に開放されている。これにより、排出流路70は、筐体12と燃焼装置103の排気口103Aを連通する。
【0059】
なお、本実施の形態1においては、排出流路70を構成する配管が挿通する孔と、給気口19を構成する孔と、を1つの孔19で構成したが、これに限定されない。排出流路70を構成する配管が挿通する(接続する)孔と、給気口19を構成する孔と、を別々に燃焼装置103に設けてもよい。また、給気口19は、燃焼装置103に1つの孔によって構成されてもよく、また、複数の孔によって構成されていてもよい。
【0060】
制御装置102は、発電システム100を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御装置102は、マイクロプロセッサ、CPU等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御装置102は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む発電システム100に関する各種の制御を行う。
【0061】
なお、制御装置102は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して発電システム100の制御を実行する制御装置群で構成される形態であっても構わない。また、制御装置102は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、MPU、PLC(Programmable Logic Controller)、論理回路等によって構成されていてもよい。
【0062】
[発電システムの動作]
次に、本実施の形態1に係る発電システム100の動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。なお、発電システム100の燃料電池システム101における発電動作は、一般的な燃料電池システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態1においては、制御装置102が、1つの制御装置で構成されていて、該制御装置が、発電システム100を構成する各機器を制御するものとして説明する。
【0063】
図2は、本実施の形態1に係る発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【0064】
図2に示すように、制御装置102は、燃料電池11が発電停止中であるか否かを確認する(ステップS101)。制御装置102は、燃料電池11が発電停止中でない場合(ステップS101でNo)には、燃料電池11が発電停止中になるまで、ステップS101を繰り返す。一方、制御装置102は、燃料電池11が発電停止中である場合には(ステップS101でYes)、ステップS102に進む。
【0065】
ステップS102では、制御装置102は、燃焼装置103の作動指令が入力されたか否かを確認する。燃焼装置103の作動指令としては、例えば、発電システム100の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃焼装置103を作動させるように、指示した場合や予め設定された燃焼装置103の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
【0066】
燃焼装置103の作動指令が入力されていない場合(ステップS102でNo)には、制御装置102は、燃焼装置103の作動指令が入力されるまで、ステップS102を繰り返す。なお、この場合、制御装置102は、ステップS101に戻り、燃料電池11が発電停止中で、かつ、燃焼装置103の作動指令が入力されるまで、ステップS101とステップS102を繰り返してもよい。
【0067】
一方、制御装置102は、燃焼装置103の作動指令が入力された場合(ステップS102でYes)には、ステップS103に進む。ステップS103では、制御装置102は、換気ファン13を作動させる。このとき、制御装置102は、燃焼装置103で排出される排出ガスが、筐体12内に流入しないように、所定の圧力以上で作動するように制御する。ここで、所定の圧力とは、燃焼装置から排出流路へ排出される排出ガスが、燃料電池システムの筐体内に流入するのを抑制することができる圧力をいい、排出流路の長さや断面積、燃焼装置の燃焼能力等によって、任意に設定される。この場合、制御装置102は、換気ファン13の静圧が、燃焼ファン18の吐出圧力よりも大きくなるように、換気ファン13を制御することが好ましい。
【0068】
ついで、制御装置102は、燃焼装置103を作動させる(ステップS104)。これにより、燃焼装置103では、燃焼器17に燃焼ファン18から燃焼空気が供給され、燃焼燃料供給器(図示せず)から燃焼燃料が供給される。そして、燃焼器17では、供給された燃焼燃料と燃焼空気を燃焼して、燃焼排ガスが生成される。
【0069】
燃焼装置103で生成された燃焼排ガス(燃焼装置103から排出される排出ガス)は、排出流路70を通流して、建物200外に排出される。このとき、排出流路70を通流する燃焼排ガスの一部が、オフ燃料ガス流路73、オフ酸化剤ガス流路74や換気流路75を介して、筐体12内に流入するおそれがある。しかしながら、本実施の形態1に係る発電システム100では、換気ファン13が所定の圧力以上で作動しているため、燃焼排ガスが筐体12内に流入するのが抑制される。
【0070】
なお、本実施の形態1においては、換気ファン13の作動を燃焼装置103の作動よりも先に行うように構成したが、これに限定されず、換気ファン13の作動と燃焼装置103の作動とを同時に行うように構成されていてもよい。また、換気ファン13の作動を燃焼装置103の作動よりも後に行うように構成されていてもよい。この場合、排出流路70を通流する燃焼排ガスの一部が、オフ燃料ガス流路73、オフ酸化剤ガス流路74や換気流路75を介して、筐体12内に流入する場合もあるが、換気ファン13が作動することにより、筐体12内への燃焼排ガスの更なる流入を抑制することができる。また、筐体12内へ流入した燃焼排ガスを換気ファン13が作動することにより、筐体12外に排出することができる。
【0071】
このように、本実施の形態1に係る発電システム100では、燃料電池システム101の発電停止中に、かつ、燃焼装置103からの排出ガスを排出流路70に排気中に、燃焼装置103からの排出ガスが筐体12内に流入することを抑制できる。また、燃焼装置103からの排出ガスが筐体12内に流入したとしても、換気ファン13が作動することにより、流入した排出ガスを筐体12外に排出することができる。
【0072】
このため、本実施の形態1に係る発電システム100では、筐体12内の酸素濃度の低下を抑制することができ、燃料電池11の発電効率低下を抑制することができ、発電システム100の耐久性を向上させることができる。
【0073】
ところで、燃焼装置103に、天然ガス等に含まれる硫黄化合物を脱硫する脱硫器が設けられていないような場合には、燃焼装置103が燃焼動作を行うことにより、SOが生成される。そして、生成されたSOが、排出流路70を介して、筐体12内に流入し、燃料電池11のカソードに供給されると、カソードに含まれる触媒の被毒を加速するおそれがある。
【0074】
しかしながら、本実施の形態1に係る発電システム100では、上述したように、燃焼装置103からの排出ガス(SOを含む)の筐体12内への流入を抑制することにより、SOが燃料電池11のカソードに供給されることを抑制することができる。また、SOが筐体12内へ流入したとしても、換気ファン13が作動することにより、SOを筐体12外へ排出することができる。
【0075】
したがって、本実施の形態1に係る発電システム100では、燃料電池11のカソードの被毒化を抑制することができ、燃料電池11の発電効率低下を抑制することができ、発電システム100の耐久性を向上させることができる。
【0076】
なお、本実施の形態1においては、排出流路70と、オフ燃料ガス流路73、オフ酸化剤ガス流路74、及び排出ガス流路77と、をそれぞれ、異なる流路として説明したが、これに限定されず、これらの流路を纏めて、排出流路70と解してもよい。
【0077】
[変形例1]
次に、本実施の形態1に係る発電システム100における変形例1の発電システムについて説明する。
【0078】
本変形例1の発電システム100は、実施の形態1に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、制御装置102が、複数の制御装置を有していて、燃焼装置103を制御する制御装置(群)(以下、制御装置102Bという)と、燃焼装置103以外の発電システム100を構成する各機器を制御する制御装置(群)(以下、制御装置102Aという)から構成されている点が異なる。なお、本変形例1では、制御装置102Bは、燃焼装置103のみを制御するように構成したが、これに限定されず、燃焼装置103以外の発電システム100を構成する各機器のうち、1以上のいずれかの機器を制御するように構成されていてもよい。
【0079】
また、制御装置102A及び制御装置102Bには、それぞれ、通信部を有していて、双方の演算処理部及び通信部を介して、信号のやりとりが行われる。なお、制御装置102Aと制御装置102Bを接続する通信媒体は、例えば、無線LANであってもよく、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、公衆通信、インターネット、付加価値通信網、又は商用ネットワーク等であってもよい。
【0080】
図3は、本実施の形態1における変形例1の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【0081】
図3に示すように、制御装置102Aは、燃料電池11が発電停止中であるか否かを確認する(ステップS201)。制御装置102Aは、燃料電池11が発電停止中でない場合(ステップS201でNo)には、燃料電池11が発電停止中になるまで、ステップS201を繰り返す。一方、制御装置102Aは、燃料電池11が発電停止中である場合には(ステップS201でYes)、ステップS202に進む。
【0082】
ステップS202では、制御装置102Aは、制御装置102Bに燃焼装置103の作動指令(作動信号)が入力されたか否かを確認する。燃焼装置103の作動指令が入力されていない場合(ステップS202でNo)には、制御装置102Aは、制御装置102Bに燃焼装置103の作動指令が入力されるまで、ステップS202を繰り返す。なお、この場合、制御装置102は、ステップS201に戻り、燃料電池11が発電停止中で、かつ、制御装置102Bに燃焼装置103の作動指令が入力されるまで、ステップS201とステップS202を繰り返してもよい。
【0083】
一方、制御装置102Aは、燃焼装置103の作動指令が入力された場合(ステップS202でYes)には、ステップS203に進む。ステップS203では、制御装置102Aは、換気ファン13を作動させる。このとき、制御装置102Aは、燃焼装置103で排出される排出ガスが、筐体12内に流入しないように、所定の圧力以上で作動するように制御する。この場合、制御装置102Aは、換気ファン13の静圧が、燃焼ファン18の吐出圧力よりも大きくなるように、換気ファン13を制御することが好ましい。
【0084】
ついで、制御装置102Aは、制御装置102Bに燃焼装置103の作動指令を出力し、制御装置102Bが燃焼装置103を作動させる(ステップS204)。なお、本変形例1では、換気ファン13の作動を燃焼装置103の作動よりも先に行うように構成したが、これに限定されず、換気ファン13の作動を燃焼装置103の作動よりも後に行うように構成されていてもよく、また、換気ファン13の作動と燃焼装置103の作動とを同時に行うように構成されていてもよい。
【0085】
このように構成された本変形例1の発電システム100であっても、実施の形態1に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0086】
なお、本変形例1では、制御装置102Bは、制御装置102Aからの燃焼装置103の作動指令が入力されてから、燃焼装置103を作動させるように構成したが、これに限定されず、制御装置102Bが直接、燃焼装置103を作動させるように構成してもよい。この場合であっても、換気ファン13の作動と燃焼装置103の作動は、いずれか一方を他方よりも先に作動させてもよく、また、同時に作動させてもよい。
【0087】
[変形例2]
次に、本実施の形態1に係る発電システム100における変形例2の発電システムについて説明する。
【0088】
本変形例2の発電システム100は、実施の形態1に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、燃焼装置103が演算処理部及び通信部を有していて、リモコンから入力された操作信号や制御装置102からの制御信号が、燃焼装置103の通信部に直接入力され、燃焼装置103の演算処理部がこれらの信号を処理する点が異なる。
【0089】
なお、制御装置102の通信部と燃焼装置103の通信部を接続する通信媒体は、例えば、無線LANであってもよく、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、公衆通信、インターネット、付加価値通信網、又は商用ネットワーク等であってもよい。
【0090】
図4は、本実施の形態1における変形例2の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【0091】
図4に示すように、制御装置102は、燃料電池11が発電停止中であるか否かを確認する(ステップS301)。制御装置102は、燃料電池11が発電停止中でない場合(ステップS301でNo)には、燃料電池11が発電停止中になるまで、ステップS301を繰り返す。一方、制御装置102は、燃料電池11が発電停止中である場合には(ステップS301でYes)、ステップS302に進む。
【0092】
ステップS302では、燃焼装置103の演算処理部は、該燃焼装置103の演算処理部に燃焼装置103の作動指令が入力されたか否かを確認する。燃焼装置103の作動指令が入力されていない場合(ステップS302でNo)には、燃焼装置103の演算処理部は、該演算処理部に燃焼装置103の作動指令が入力されるまで、ステップS302を繰り返す。
【0093】
一方、燃焼装置103の演算処理部は、燃焼装置103の作動指令が入力された場合(ステップS302でYes)には、ステップS303に進む。ステップS303では、燃焼装置103の演算処理部は、燃焼装置103の通信部を介して、制御装置102に燃焼装置103の作動信号を出力する。ついで、燃焼装置103の演算処理部は、燃焼装置103を作動させる(ステップS304)。
【0094】
そして、制御装置102は、燃焼装置103(正確には、燃焼装置103の演算処理部及び通信部)からの作動信号が入力されると、換気ファン13を作動させる(ステップS305)。このとき、制御装置102は、燃焼装置103で排出される排出ガスが、筐体12内に流入しないように、所定の圧力以上で作動するように制御する。この場合、制御装置102は、換気ファン13の静圧が、燃焼ファン18の吐出圧力よりも大きくなるように、換気ファン13を制御することが好ましい。
【0095】
なお、本変形例2では、燃焼装置103の作動を換気ファン13の作動よりも先に行うように構成したが、これに限定されず、燃焼装置103の作動を換気ファン13の作動よりも後に行うように構成されていてもよく、また、換気ファン13の作動と燃焼装置103の作動とを同時に行うように構成されていてもよい。
【0096】
このように構成された本変形例2の発電システム100であっても、実施の形態1に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0097】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る発電システムは、制御装置が、燃料電池システムの発電停止中に、燃焼装置の排出ガスの排出を検知した場合に、換気器が動作するように制御する態様を例示するものである。
【0098】
[発電システムの構成]
図5は、本発明の実施の形態2に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
【0099】
図5に示すように、本発明の実施の形態2に係る発電システム100は、実施の形態1に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、排出流路70に第1温度検知器20が設けられている点が異なる。第1温度検知器20は、排出流路70内のガスの温度を検知することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、熱電対や赤外線センサ等を用いることができる。また、第1温度検知器20は、本実施の形態2においては、排出流路70の内部に設けているが、これに限定されず、排出流路70の外部に設けてもよい。なお、第1温度検知器20は、燃焼装置103から排出ガスが排出されたことを正確に検知する観点から、燃焼装置103にできるだけ近い位置に設けられることが好ましい。また、第1温度検知器20は、排出ガス流路77に設けてもよい。
[発電システムの動作]
図6は、本実施の形態2に係る発電システムの発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【0100】
図6に示すように、制御装置102は、燃料電池11が発電停止中であるか否かを確認する(ステップS401)。制御装置102は、燃料電池11が発電停止中でない場合(ステップS401でNo)には、燃料電池11が発電停止中になるまで、ステップS401を繰り返す。一方、制御装置102は、燃料電池11が発電停止中である場合には(ステップS401でYes)、ステップS402に進む。
【0101】
ステップS402では、制御装置102は、第1温度検知器20が検知した排出流路70内のガスの温度Tを取得する。そして、制御装置102は、ステップS402で取得した温度Tが、第1の温度T1よりも大きいか否かを判断する(ステップS403)。ここで、第1の温度T1は、例えば、予め実験等により、燃焼装置103から排出された排出ガスが、排出流路70を通流するときの温度範囲を求めておき、当該温度範囲としてもよい。また、第1の温度T1は、例えば、建物200内部の温度や外気温に対して、所定の温度(例えば、20℃)以上高い温度として設定してもよい。
【0102】
制御装置102は、ステップS402で取得した温度Tが第1の温度T1以下である場合(ステップS403でNo)には、ステップS402に戻り、第1の温度T1よりも大きくなるまで、ステップS402及びステップS403を繰り返す。なお、この場合、制御装置102は、ステップS401に戻り、燃料電池11が発電停止中で、かつ、第1の温度T1よりも大きくなるまで、ステップS401〜ステップS403を繰り返してもよい。
【0103】
一方、制御装置102は、ステップS402で取得した温度Tが第1の温度T1よりも大きい場合(ステップS403でYes)には、ステップS404に進む。ステップS404では、制御装置102は、換気ファン13を作動させる。このとき、制御装置102は、燃焼装置103で排出される排出ガスが、筐体12内に流入しないように、所定の圧力以上で作動するように制御する。この場合、制御装置102は、換気ファン13の静圧が、燃焼ファン18の吐出圧力よりも大きくなるように、換気ファン13を制御することが好ましい。
【0104】
このように構成された本実施の形態2に係る発電システム100であっても、実施の形態1に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0105】
なお、本実施の形態2に係る発電システム100では、燃焼装置103が作動しているか否かの判断を、第1温度検知器20で検知した温度Tが、第1の温度T1よりも高いか否かを判断することで、行うように構成したが、これに限定されない。例えば、所定時間の前後における第1温度検知器20が検知した温度Tの差分が、予め実験等により求めておいた所定の閾値温度より高い場合、燃焼装置103が作動していると判断するように構成してもよい。
【0106】
[変形例1]
次に、本実施の形態2に係る発電システム100における変形例1の発電システムについて説明する。
【0107】
本変形例1の発電システムは、筐体内に設けられた第1温度検知器をさらに備え、制御装置が、第1温度検知器で検知される温度が第1の温度より高い場合、換気器が作動するように制御する態様を例示するものである。
【0108】
[発電システムの構成]
図7は、本実施の形態2における変形例1の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【0109】
図7に示すように、本変形例1の発電システム100は、実施の形態2に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、第1温度検知器20が、筐体12内に設けられている点が異なる。なお、第1温度検知器20は、燃焼装置103から排出ガスが排出されたことをより早く検知できる箇所に設置されていることが好ましい。例えば、オフ燃料ガス流路73、オフ酸化剤ガス流路74、又は換気流路75近傍に設けられていることが好ましく、換気器13の空気取り込み口近傍に設けられていることが好ましい。
【0110】
このように構成された本変形例1の発電システム100であっても、実施の形態2に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0111】
[変形例2]
次に、本実施の形態2に係る発電システム100における変形例2の発電システムについて説明する。
【0112】
本変形例2の発電システムは、筐体の給気口に設けられ、その大気への開口から空気を燃料電池システムに供給する給気流路と、給気流路に設けられた第1温度検知器と、をさらに備え、制御装置は、所定時間の前後で、第1温度検知器が検知した温度の差分が、所定の温度幅上昇した場合、換気器が作動するように制御する態様を例示するものである。
【0113】
[発電システムの構成]
図8は、本実施の形態2における変形例2の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【0114】
図8に示すように、本変形例2の発電システム100は、実施の形態2に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、給気流路78をさらに備えている点と、第1温度検知器20が給気流路78に設けられている点と、が異なる。
【0115】
具体的には、給気流路78は、建物200の外側にまで延びるように形成されていて、筐体12の給気口16Aにその上流端が接続され、その下流端(開口)は、大気に開放されている。第1温度検知器20は、給気流路78内のガスの温度を検知することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、熱電対や赤外線センサ等を用いることができる。また、第1温度検知器20は、本変形例2においては、給気流路78の内部に設けているが、これに限定されず、排出流路70又は筐体12内に配置されていてもよい。
【0116】
なお、制御装置102は、ステップS402で、第1温度検知器20から取得した温度Tの差分を求め、ステップS403で、当該温度の差分が、所定時間の前後における第1温度検知器20が検知した温度Tの差分が、予め実験等により求めておいた所定の閾値温度幅上場した場合、燃焼装置103が作動していると判断するように構成されている。
【0117】
このように構成された本変形例2の発電システム100であっても、実施の形態2に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0118】
なお、本変形例2においては、制御装置102は、所定時間の前後で、第1温度検知器20が検知した温度の差分が、所定の温度幅上昇した場合、換気ファン13を作動するように構成したが、これに限定されない。制御装置102は、上記変形例1のように、第1温度検知器20が検知した温度が、第1の温度よりも高いか否かを判断することで、燃焼装置103が作動しているか否かを判断するように構成されていてもよい。
【0119】
[変形例3]
次に、本実施の形態2に係る発電システム100における変形例3の発電システムについて説明する。
【0120】
本変形例3の発電システムは、排出流路内の圧力を検知する圧力検知器をさらに備え、制御装置が、圧力検知器で検知される圧力が第1の圧力より高い場合、換気器が作動するように制御する態様を例示するものである。
[発電システムの構成]
図9は、本実施の形態2における変形例3の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【0121】
図9に示すように、本変形例3の発電システム100は、実施の形態2に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、第1温度検知器20に代えて、排出流路70内のガスの圧力を検知するように構成された圧力検知器21が設けられている点が異なる。なお、圧力検知器21は、排出流路70内の圧力を検知することができれば、どのような構成であってもよく、使用される機器は限定されない。また、圧力検知器21は、本変形例2においては、排出流路70内に配置する構成としたが、これに限定されず、センサ部分を排出流路70内に配置し、他の部分を排出流路70外に配置する構成としてもよい。
【0122】
[発電システムの動作]
図10は、本実施の形態2における変形例3の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【0123】
図10に示すように、本変形例3の発電システム100の排出ガス流入抑制動作では、実施の形態2に係る発電システム100の排出ガス流入抑制動作と基本的動作は同じであるが、実施の形態2のステップS402とステップS403に代えて、ステップS402A及びステップS403Aが行われる点が異なる。具体的には、制御装置102は、圧力検知器21が検知した排出流路70内の圧力Pを取得する(ステップS402A)。ついで、制御装置102は、ステップS402Aで取得した圧力Pが、第1の圧力P1よりも大きいか否かを判断する(ステップS403A)。ここで、第1の圧力P1は、例えば、予め実験等により、燃焼装置103から排出された排出ガスが、排出流路70を通流するときの圧力範囲を求めておき、当該圧力範囲としてもよい。また、第1の圧力P1は、例えば、大気圧に対して、所定の圧力(例えば、100Pa)以上高い圧力として設定してもよい。
【0124】
制御装置102は、ステップS402Aで取得した圧力Pが第1の圧力P1以下である場合(ステップS403AでNo)には、ステップS402Aに戻り、第1の圧力P1よりも大きくなるまで、ステップS402A及びステップS403Aを繰り返す。なお、この場合、制御装置102は、ステップS401に戻り、燃料電池11が発電停止中で、かつ、第1の圧力P1よりも大きくなるまで、ステップS401〜ステップS403Aを繰り返してもよい。
【0125】
一方、制御装置102は、ステップS402Aで取得した圧力Pが第1の圧力P1よりも大きい場合(ステップS403AでYes)には、ステップS404に進む。ステップS404では、制御装置102は、換気ファン13を作動させる。
【0126】
このように構成された本変形例3の発電システム100であっても、実施の形態2に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0127】
なお、本変形例3では、燃焼装置103が作動しているか否かの判断を、圧力検知器21で検知した圧力Pが、第1の圧力P1よりも大きいか否かを判断することで行うように構成したが、これに限定されない。例えば、所定時間の前後における圧力検知器21の検知圧力の差分が、予め実験等により求めておいた所定の閾値圧力より高い場合、燃焼装置103が作動していると判断するように構成してもよい。
【0128】
[変形例4]
次に、本実施の形態2に係る発電システム100における変形例4の発電システムについて説明する。
【0129】
本変形例4の発電システムは、排出流路内を流れるガスの流量を検知する流量検知器をさらに備え、制御装置が、流量検知器で検知される流量が第1の流量より多い場合、換気器を操作するように制御する態様を例示するものである。
[発電システムの構成]
図11は、本実施の形態2における変形例4の発電システムの概略構成を示す模式図である。
【0130】
図11に示すように、本変形例4の発電システム100は、実施の形態2に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、第1温度検知器20に代えて、排出流路70内のガスの流量を検知するように構成された流量検知器23が設けられている点が異なる。なお、流量検知器23は、排出流路70内のガスの流量を検知することができれば、どのような構成であってもよく、使用される機器は限定されない。また、流量検知器23は、本変形例4においては、排出流路70内に配置する構成としたが、これに限定されず、センサ部分を排出流路70内に配置し、他の部分を排出流路70外に配置する構成としてもよい。
【0131】
[発電システムの動作]
図12は、本実施の形態2における変形例4の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【0132】
図12に示すように、本変形例4の発電システム100の排出ガス流入抑制動作では、実施の形態2に係る発電システム100の排出ガス流入抑制動作と基本的動作は同じであるが、実施の形態2のステップS402とステップS403に代えて、ステップS402B及びステップS403Bが行われる点が異なる。
【0133】
具体的には、制御装置102は、流量検知器23が検知した排出流路70内のガスの流量Fを取得する(ステップS402B)。ついで、制御装置102は、ステップS402Bで取得した流量Fが、第1の流量F1よりも大きいか否かを判断する(ステップS403A)。ここで、第1の流量F1は、例えば、予め実験等により、燃焼装置103から排出された排出ガスが、排出流路70を通流するときの流量範囲を求めておき、当該流量範囲としてもよい。また、例えば、第1の流量F1は、燃料電池システムが停止状態のときの流量0L/min以上であればよく、1L/minとしてもよい。
【0134】
制御装置102は、ステップS402Bで取得した流量Fが第1の流量F1以下である場合(ステップS403BでNo)には、ステップS402Bに戻り、第1の流量F1よりも大きくなるまで、ステップS402B及びステップS403Bを繰り返す。なお、この場合、制御装置102は、ステップS401に戻り、換気ファン13が作動中で、かつ、第1の流量F1よりも大きくなるまで、ステップS401〜ステップS403Bを繰り返してもよい。
【0135】
一方、制御装置102は、ステップS402Bで取得した流量Fが第1の流量F1よりも大きい場合(ステップS403BでYes)には、ステップS404に進む。ステップS404では、制御装置102は、換気ファン13を作動させる。
【0136】
このように構成された本変形例4の発電システム100であっても、実施の形態2に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0137】
なお、本変形例4では、燃焼装置103が作動しているか否かの判断を、流量検知器23で検知した流量Fが、第1の流量F1よりも大きいか否かを判断することで行うように構成したが、これに限定されない。例えば、所定時間の前後における流量検知器23が検知した流量の差分が、予め実験等により求めておいた所定の閾値流量より高い場合、燃焼装置103が作動していると判断するように構成してもよい。
【0138】
[変形例5]
本変形例5の発電システムは、筐体と燃焼装置の給気口とを連通するように設けられ、燃料電池システム及び燃焼装置のそれぞれに、その大気への開口から空気を供給するように構成された給気流路と、給気流路に設けられた第2温度検知器と、をさらに備え、給気流路は、前記排気流路と熱交換可能なように設けられ、制御装置が、第2温度検知器で検知される温度が、第2の温度より高い場合、換気器が作動するように制御する態様を例示するものである。
【0139】
ここで、給気流路が排出流路に熱交換可能なように設けられているとは、必ずしも給気流路と排出流路が接触して設けられている必要がなく、給気流路内のガスと排気流路内のガスとが熱交換可能な程度に離間して設けられている態様をも含む。このため、給気流路と排出流路が空間を挟んで設けられていてもよい。また、一方の流路の内側に他方の流路が設けられていてもよい。すなわち、給気流路を構成する配管と排気流路を構成する配管が、二重配管となるように設けられていてもよい。
【0140】
[発電システムの構成]
図13は、本実施の形態2における変形例5の発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図13においては、給気流路をハッチングで示している。
【0141】
図13に示すように、本変形例5の発電システム100は、実施の形態2に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、給気流路78が設けられている点と、第1温度検知器20に代えて第2温度検知器22が給気流路78に設けられている点と、が異なる。
【0142】
具体的には、第2温度検知器22は、給気流路78内のガスの温度を検知することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、熱電対や赤外線センサ等を用いることができる。また、第2温度検知器22は、本変形例5においては、給気流路78の内部に設けているが、これに限定されず給気流路78の外部に設けてもよい。なお、第2温度検知器22は、燃焼装置103から排出ガスが排出されたことを正確に検知する観点から、燃焼装置103にできるだけ近い位置に設けられることが好ましい。
【0143】
また、給気流路78は、燃焼装置103と燃料電池システム101の筐体12を連通し、かつ、燃焼装置103及び燃料電池システム101のそれぞれに外部(ここでは、建物200外)から空気を供給し、かつ、排出流路70の外周を囲むように設けられている。
【0144】
より詳しくは、給気流路78は、途中で分岐されていて、2つの下流端は、孔16及び孔19のそれぞれに、接続されている。また、給気流路78は、建物200の外側にまで延びるように形成されていて、その上流端(開口)は、大気に開放されている。これにより、給気流路78は、筐体12と燃焼装置103を連通し、発電システム100の外部から空気を燃料電池システム101及び燃焼装置103に供給することができる。
【0145】
また、給気流路78と排出流路70は、いわゆる二重配管で構成されている。これにより、排出流路70に燃焼装置103から燃焼排ガス(排出ガス)が排出されると、給気流路78内のガスは、燃焼排ガスからの伝熱により、加熱される。このため、第2温度検知器22で検知される温度を基に、燃焼装置103から排出流路70に排出ガスが排出されたか否かを判断することができる。
【0146】
[発電システムの動作]
図14は、本実施の形態2における変形例5の発電システムの排出ガス流入抑制動作を模式的に示すフローチャートである。
【0147】
図14に示すように、本変形例5の発電システム100の排出ガス流入抑制動作では、実施の形態2に係る発電システム100の排出ガス流入抑制動作と基本的動作は同じであるが、実施の形態2のステップS402とステップS403に代えて、ステップS402C及びステップS403Cが行われる点が異なる。具体的には、制御装置102は、第2温度検知器22が検知した給気流路78内のガスの温度Tを取得する(ステップS402C)。そして、制御装置102は、ステップS402Cで取得した温度Tが、第2の温度T2よりも大きいか否かを判断する(ステップS403C)。ここで、第2の温度T2は、例えば、予め実験等により、燃焼装置103から排出された排出ガスが、排出流路70を通流するときの給気流路78内の温度範囲を求めておき、当該温度範囲としてもよい。また、第2の温度T2は、例えば、建物200内部の温度や外気温に対して、所定の温度(例えば、20℃)以上高い温度として設定してもよい。
【0148】
制御装置102は、ステップS402Cで取得した温度Tが第2の温度T2以下である場合(ステップS403CでNo)には、ステップS402Cに戻り、第2の温度T2よりも大きくなるまで、ステップS402C及びステップS403Cを繰り返す。なお、この場合、制御装置102は、ステップS401に戻り、燃料電池11が発電停止中で、かつ、第2の温度T2よりも大きくなるまで、ステップS401〜ステップS403Cを繰り返してもよい。
【0149】
一方、制御装置102は、ステップS402Cで取得した温度Tが第2の温度T2よりも大きい場合(ステップS403CでYes)には、ステップS404に進む。ステップS404では、制御装置102は、換気ファン13を作動させる。
【0150】
このように構成された本変形例5の発電システム100であっても、実施の形態2に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0151】
なお、本変形例5の発電システム100では、燃焼装置103が作動しているか否かの判断を、第2温度検知器22で検知した温度Tが、第2の温度T2よりも大きいか否かを判断することで、行うように構成したが、これに限定されない。例えば、所定時間の前後における第2温度検知器22が検知した温度Tの差分が、予め実験等により求めておいた所定の閾値温度より高い場合、燃焼装置103が作動していると判断するように構成してもよい。
【0152】
ところで、上述したように、燃料電池システム101及び換気ファン13が作動していない状態で、燃焼装置103が作動した場合、燃焼装置103から排出される排出ガスが、排出流路70を通流して、筐体12内に流入するおそれがあるが、例えば、燃焼装置103から排出される排出ガスが、筐体12側のみに通流すると仮定する。この場合、排出流路70の大気口から外気が筐体12内に逆流する。ここで、例えば、外気温度が低い場合には、第2温度検知器22で検知される温度が低下することが想定される。
【0153】
また、燃料電池システム101、換気ファン13、及び燃焼装置103が作動していない状態で、燃焼装置103が作動する場合、燃焼ファン18が作動することにより、給気流路78の大気口から外気が流入する。このため、外気温度が低い場合には、第2温度検知器22で検知される温度が低下することが想定される。
【0154】
このため、制御装置102は、所定時間の前後における第2温度検知器22が検知した温度Tの差分が、予め実験等により求めておいた第3の温度T3より小さい場合、燃焼装置103が作動していると判断するように構成してもよい。第3の温度T3としては、例えば、10℃であってもよい。
【0155】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る発電システムは、燃料電池システムが、原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成装置をさらに備えている態様を例示するものである。
【0156】
[発電システムの構成]
図15は、本発明の実施の形態3に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
【0157】
図15に示すように、本発明の実施の形態3に係る発電システム100は、実施の形態1に係る発電システム100と基本的構成は同じであるが、燃料ガス供給器14が水素生成装置14で構成されている点と、オフ燃料ガス流路73が水素生成装置14の燃焼器14bに接続されている点と、が異なる。具体的には、水素生成装置14は、改質器14aと燃焼器14bを有している。
【0158】
燃焼器14bには、オフ燃料ガス流路73の下流端が接続されていて、燃料電池11からオフ燃料ガスが、オフ燃料ガス流路73を通流して、燃焼用燃料として供給される。また、燃焼器14bには、空気供給流路79を介して、燃焼ファン14cが接続されている。燃焼ファン14cは、燃焼器14bに燃焼用空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
【0159】
燃焼器14bでは、供給されたオフ燃料ガスと燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成され、熱が発生する。燃焼器14bで生成された燃焼排ガスは、改質器14a等を加熱した後、燃焼排ガス流路80に排出される。燃焼排ガス流路80に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路80を通流して、排出流路70に排出される。排出流路70に排出された燃焼排ガスは、排出流路70を通流して、発電システム100(建物200)外に排出される。
【0160】
改質器14aには、原料供給器及び水蒸気供給器が接続されていて(それぞれ、図示せず)、原料及び水蒸気が、それぞれ、改質器14aに供給される。原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやLPガス等を用いることができる。
【0161】
また、改質器14aは、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム(Ru)を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル(Ni)を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。
【0162】
そして、改質器14aでは、供給された原料と水蒸気との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路71を通流して、燃料電池11の燃料ガス流路11Aに供給される。
【0163】
なお、本実施の形態3においては、改質器14aで生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池11に送出される構成としたが、これに限定されず、水素生成装置14内に改質器14aより送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒(例えば、銅−亜鉛系触媒)を有する変成器や、酸化触媒(例えば、ルテニウム系触媒)や、メタン化触媒(例えば、ルテニウム系触媒)を有する一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池11に送出される構成であってもよい。
【0164】
このように構成された本実施の形態3に係る発電システム100であっても、実施の形態1に係る発電システム100と同様の作用効果を奏する。
【0165】
なお、上記実施の形態1乃至3(変形例を含む)においては、換気器として、換気ファン13を使用したが、これに限定されない。例えば、換気ファン13の代わりに酸化剤ガス供給器15を用いてもよい。この場合、例えば、酸化剤ガス供給器15又は酸化剤ガス供給流路72と、オフ酸化剤ガス流路74又は排出流路70と、を接続する流路(以下、第1接続流路という)を設け、制御装置102は、燃料電池システム101の発電停止中に、かつ、燃焼装置103が作動中に、酸化剤ガス供給器15を作動させるように制御してもよい。
【0166】
また、燃料ガス供給器14が、水素生成装置で構成されていて、該水素生成装置が、燃焼器14b及び燃焼ファン14cを有する場合、換気器として、換気ファン13の代わりに燃焼ファン14cを用いてもよい。制御装置102は、燃料電池システム101の発電停止中に、かつ、燃焼装置103が作動中に、燃焼ファン14cを作動させるように制御してもよい。
【0167】
さらに、換気器として、換気ファン13と酸化剤ガス供給器15を同時に用いてもよく、換気ファン13と燃焼ファン14cを同時に用いてもよく、燃焼ファン14cと酸化剤ガス供給器15を同時に用いてもよく、換気ファン13、燃焼ファン14c、及び酸化剤ガス供給器15を同時に用いてもよい。
【0168】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【0169】
本発明の発電システム及びその運転方法では、燃料電池の発電を安定して行うことが可能であり、発電システムの耐久性を向上させることが可能であるので、燃料電池の分野において有用である。
【符号の説明】
【0170】
11 燃料電池
11A 燃料ガス流路
11B 酸化剤ガス流路
12 筐体
13 換気ファン
14 燃料ガス供給器
14a 改質器
14b 燃焼器
15 酸化剤ガス供給器
16 給気口
17 燃焼器
18 燃焼ファン
19 給気口
20 第1温度検知器
21 圧力検知器
22 第2温度検知器
23 流量検知器
70 排出流路
71 燃料ガス供給流路
72 酸化剤ガス供給流路
73 オフ燃料ガス流路
74 オフ酸化剤ガス流路
75 換気流路
76 燃焼空気供給流路
77 排出ガス流路
78 給気流路
79 空気供給流路
80 燃焼排ガス流路
100 発電システム
101 燃料電池システム
102 制御装置
103 燃焼装置
103A 排気口
200 建物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【国際調査報告】