JP2010272310A - Fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device.
燃料電池システムにおいては、外気を取り込み、収容室の内部を換気している(特許文献1)。上記の様にシステム内部に外気を取り込む場合、塵埃等が外気に混ざったまま収容室の内部に導入されると、収容室の内部の部品故障やスタックの発電効率の著しい低下が発生するおそれがある。このため、外気はフィルタを通して収容室に導入されることが好ましい。このようにフィルタを有する燃料電池システムが長時間運転されると、フィルタは目詰まりして、フィルタの機能が低下するため、フィルタを適宜メンテナンスしなければならない。 In the fuel cell system, outside air is taken in to ventilate the interior of the storage chamber (Patent Document 1). When the outside air is taken into the system as described above, if dust or the like is mixed with the outside air and introduced into the storage chamber, there is a risk that a component failure inside the storage chamber or the power generation efficiency of the stack may be significantly reduced. is there. For this reason, it is preferable that outside air is introduce | transduced into a storage chamber through a filter. When the fuel cell system having the filter is operated for a long time as described above, the filter is clogged and the function of the filter is lowered. Therefore, the filter must be appropriately maintained.
フィルタのメンテナンス時期については、システムの運転時間の累積により、累積運転時間が一定時間経過した後に、フィルタのメンテナンスをユーザーに知らせる方法が一般的である。しかし外気の汚れ具合やフィルタを通過した外気の量を正確に把握できないため、フィルタをメンテナンスさせる前に、フィルタが目詰まりを起こし、燃料電池システムの機能を損なう可能性がある。また特許文献2に示すように、外気の風速を判定する風速センサを収容室に設ける方式もあるが、風速センサといった特別なセンサを新たに設けなければならない問題がある。
As for the filter maintenance time, a general method is to notify the user of the filter maintenance after a certain period of time has elapsed due to the accumulation of the system operation time. However, since the degree of contamination of outside air and the amount of outside air that has passed through the filter cannot be accurately grasped, the filter may be clogged before the filter is maintained, and the function of the fuel cell system may be impaired. Further, as shown in
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、収容室の内部温度に関する物理量と外気温度に関する物理量とに基づいて、フィルタの目詰まりを判定することができる燃料電池装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fuel cell device capable of determining clogging of a filter based on a physical quantity related to the internal temperature of the storage chamber and a physical quantity related to the outside air temperature. Let it be an issue.
本発明に係る燃料電池装置は、(i)収容室と、収容室と外気とを連通する導入口と、収容室と外気とを連通する導出口とを有するケースと、(ii)ケースの導入口に設けられ通気性を有する浄化用のフィルタと、(iii)ケースの収容室に配置され外気の空気をフィルタを通過させて吸引させて収容室に流し導出口から導出させる空気搬送源と、(iv)ケースの収容室に配置された燃料電池システムと、(v)燃料電池システムを制御する制御部とを具備しており、(vi)制御部は、収容室の内部温度に関する物理量と、収容室の外気の外気温度に関する物理量とに基づいて、収容室の内部温度と外気温度とに基づいて、フィルタの目詰まりを判定する目詰まり判定処理を実行する。 The fuel cell device according to the present invention includes: (i) a housing chamber, a case having an introduction port that communicates the housing chamber and outside air, and a lead-out port that communicates the housing chamber and outside air; and (ii) introduction of the case A purifying filter provided at the mouth and having air permeability; and (iii) an air conveyance source that is disposed in the housing chamber of the case and sucks outside air through the filter and flows into the housing chamber and is led out from the outlet port; (Iv) a fuel cell system disposed in the housing chamber of the case; and (v) a control unit that controls the fuel cell system; (vi) the control unit includes a physical quantity related to the internal temperature of the housing chamber; Based on the physical quantity related to the outside temperature of the outside air in the storage chamber, a clogging determination process for determining clogging of the filter is executed based on the internal temperature of the storage chamber and the outside air temperature.
フィルタはケースの導入口に設けられており、導入口から収容室に流入する空気を浄化させる。 The filter is provided at the inlet of the case, and purifies the air flowing into the storage chamber from the inlet.
空気搬送源はケースの収容室に配置されており、収容室の外部の空気をフィルタを通過させて吸引させて収容室に流し、更に、導出口から外部に導出させる。空気搬送源としては、ブロア、ポンプ、ファンが例示される。ケースの収容室は、燃料電池システムの熱源からの放熱により昇温される。空気搬送源が作動すると、外気の空気が導入口のフィルタを通過して収容室に搬送され、ケースの収容室の内部を冷却しつつ通過し、導出口から導出される。このため収容室の内部温度は、基本的には、燃料電池システムの熱源から収容室への放熱、収容室に流入した外気の流量、収容室に流入する外気の温度の影響を受ける。従って、燃料電池システムの熱源からの単位時間当たり放熱量がほぼ一定であれば、収容室の内部温度に関する物理量と、収容室の外気の外気温度に関する物理量との間には、ある相関関係が存在するといえる。 The air conveyance source is disposed in the housing chamber of the case, and air outside the housing chamber is sucked through the filter and flows into the housing chamber, and is further led out to the outside from the outlet. Examples of the air conveyance source include a blower, a pump, and a fan. The housing chamber of the case is heated by heat radiation from the heat source of the fuel cell system. When the air conveyance source is activated, the outside air passes through the filter at the introduction port and is conveyed to the accommodation chamber, passes through the inside of the accommodation chamber of the case while cooling, and is led out from the outlet port. For this reason, the internal temperature of the storage chamber is basically affected by heat radiation from the heat source of the fuel cell system to the storage chamber, the flow rate of the outside air flowing into the storage chamber, and the temperature of the outside air flowing into the storage chamber. Therefore, if the amount of heat released per unit time from the heat source of the fuel cell system is almost constant, there is a correlation between the physical quantity related to the internal temperature of the storage chamber and the physical quantity related to the outside air temperature of the external air in the storage chamber. That's right.
ここで、収容室の内部温度に関する物理量は、基本的には、(a)収容室に配置されている燃料電池システムの熱源から単位時間当たり収容室への放熱量、(b)収容室にフィルタを介して流入した単位時間当たり外気の流量、(c)収容室にフィルタを介して流入する外気の温度の影響を受ける。従って、収容室に配置されている燃料電池システムの熱源から単位時間当たり収容室への放熱量が既知であれば、収容室の内部温度に関する物理量と外気温度に関する物理量とを求めれば、収容室にフィルタを介して流入した単位時間当たり外気の流量が求められる。 Here, the physical quantity related to the internal temperature of the accommodation room is basically (a) the amount of heat released from the heat source of the fuel cell system arranged in the accommodation room to the accommodation room per unit time, and (b) the filter in the accommodation room. And (c) the temperature of the outside air flowing into the accommodation chamber through the filter. Therefore, if the amount of heat released from the heat source of the fuel cell system arranged in the storage chamber to the storage chamber per unit time is known, the physical quantity related to the internal temperature of the storage chamber and the physical quantity related to the outside air temperature can be obtained in the storage chamber. The flow rate of outside air per unit time flowing through the filter is obtained.
ここで、収容室にフィルタを介して流入する単位時間当たり外気の流量は、基本的には、空気搬送源の出力と、フィルタの目詰まりとに影響を受ける。故に、空気搬送源の出力が既知であれば、収容室の内部温度と外気温度とを求めれば、フィルタの目詰まりの程度が判定される。 Here, the flow rate of outside air per unit time flowing into the storage chamber via the filter is basically affected by the output of the air conveyance source and the clogging of the filter. Therefore, if the output of the air conveyance source is known, the degree of clogging of the filter can be determined by obtaining the internal temperature and the external air temperature of the storage chamber.
本発明によれば、収容室の内部温度に関する物理量は、収容室の内部温度に直接的または間接的に影響する物理量の意味であり、収容室の内部温度それ自体、あるいは、収容室の内部温度に間接的に影響を与える空気搬送源の出力が挙げられる。内部温度をほぼ一定に制御することを目的と駆るシステムでは、フィルタの目詰まりが大きいと、空気搬送源の出力を増加させて、導入口から収容室に導入される外気の単位時間あたりの流量を増加させる。これに対して、フィルタの目詰まりが小さいと空気搬送源の出力を減少させて、導入口から収容室に導入される外気の単位時間あたりの流量を減少させる。従って、空気搬送源の出力で収容室の内部温度を代替できる。外気温度に関する物理量は、外気温度に直接的または間接的に影響する物理量の意味であり、収容室の外部の外気温度それ自体が挙げられる。 According to the present invention, the physical quantity related to the internal temperature of the storage room means a physical quantity that directly or indirectly affects the internal temperature of the storage room, and the internal temperature of the storage room itself or the internal temperature of the storage room. The output of the air carrier that indirectly affects In systems that aim to control the internal temperature almost constant, if the filter is clogged, the output of the air conveyance source is increased and the flow rate per unit time of outside air introduced from the inlet to the containment chamber Increase. On the other hand, when the filter is clogged, the output of the air conveyance source is decreased, and the flow rate per unit time of the outside air introduced from the inlet to the storage chamber is decreased. Therefore, the internal temperature of the storage chamber can be replaced by the output of the air conveyance source. The physical quantity related to the outside air temperature means a physical quantity that directly or indirectly affects the outside air temperature, and includes the outside air temperature outside the storage chamber itself.
本発明に係る燃料電池装置によれば、収容室の内部温度に関する物理量と外気温度に関する物理量とに基づいてフィルタの目詰まりを判定することができ、フィルタの寿命を判定できる。一般的な燃料電池装置によれば、燃料電池システムの発電運転の制御のため、収容室の内部温度を判定する内部温度センサ、外気温度を判定する外気温度センサが設けられている。このような温度センサを利用すれば、風速センサ等の特別なセンサを収容室に設けずとも良い。 According to the fuel cell device of the present invention, the clogging of the filter can be determined based on the physical quantity related to the internal temperature of the storage chamber and the physical quantity related to the outside air temperature, and the life of the filter can be determined. According to a general fuel cell device, an internal temperature sensor for determining the internal temperature of the storage chamber and an external air temperature sensor for determining the external air temperature are provided for controlling the power generation operation of the fuel cell system. If such a temperature sensor is used, it is not necessary to provide a special sensor such as a wind speed sensor in the accommodation chamber.
ケースの収容室の内部温度を検知する内部温度センサが設けられていることが好ましい。この場合、内部温度センサは、導入口から収容室を経て導出口から導出される室内空気流が流れる流路に配置されており、燃料電池システムにおける熱源から放出される熱を受熱した空気の温度を検知することが好ましい。ケースの収容室に第2ケースを設けても良い。この場合、第2ケースの収容室に熱源を収容し、第2ケースの収容室の温度を内部温度としても良い。この場合、内部温度を高めにできる。 It is preferable that an internal temperature sensor for detecting the internal temperature of the housing chamber of the case is provided. In this case, the internal temperature sensor is disposed in the flow path through which the indoor air flow led out from the inlet to the outlet through the storage chamber, and the temperature of the air that has received the heat released from the heat source in the fuel cell system. It is preferable to detect. You may provide a 2nd case in the storage chamber of a case. In this case, the heat source may be accommodated in the accommodation chamber of the second case, and the temperature of the accommodation chamber of the second case may be the internal temperature. In this case, the internal temperature can be increased.
収容室の内部温度が高い場合には、収容室の内部温度と外気温度との差が増加するため、判定精度を高め易い。そこで、収容室の内部温度と外気温度との差が増加するとき、すなわち、燃料電池システムが発電運転しているとき、および/または、燃料電池システムの発電運転を停止させる停止処理を実行しているとき、制御部は、目詰まり判定処理を実行することができる。 When the internal temperature of the storage chamber is high, the difference between the internal temperature of the storage chamber and the outside air temperature increases, so that the determination accuracy can be easily improved. Therefore, when the difference between the internal temperature of the storage chamber and the outside air temperature increases, that is, when the fuel cell system is in a power generation operation, and / or stop processing for stopping the power generation operation of the fuel cell system is executed. The control unit can execute the clogging determination process.
燃料電池システムにおける熱源としては、燃料電池および電気機器が例示される。電気機器はインバータが例示される。更に、燃料原料をアノード流体に改質させる改質器が設けられているときには、改質器も熱源となり得る。従って、これらの熱源が収容室において作動している発電運転時に、制御部がフィルタの目詰まり判定処理を実行させることが好ましい。更に、燃料電池システムの発電運転を停止させる停止処理を実行しているときにおいても、フィルタの目詰まり判定処理を実行させることができる。その理由としては、熱源の余熱が存在するため、収容室の内部温度が高くなり、収容室の内部温度と外気温度との差が増加するためである。ここで、燃料電池システムの発電運転を停止させる停止処理とは、一般的には、燃料電池にカソード流体およびアノード流体を供給することを停止させて燃料電池の発電運転を停止させているものの、改質器の余熱を冷却させるために冷却用の空気を改質器に供給する等の後処理をいう。 Examples of the heat source in the fuel cell system include a fuel cell and an electric device. The electric device is exemplified by an inverter. Further, when a reformer for reforming the fuel material into the anode fluid is provided, the reformer can also be a heat source. Therefore, it is preferable that the control unit execute the filter clogging determination process during the power generation operation in which these heat sources are operating in the storage chamber. Furthermore, the filter clogging determination process can be executed even when the stop process for stopping the power generation operation of the fuel cell system is being executed. The reason for this is that there is residual heat from the heat source, so that the internal temperature of the storage chamber becomes high, and the difference between the internal temperature of the storage chamber and the outside air temperature increases. Here, the stop process for stopping the power generation operation of the fuel cell system generally stops the power generation operation of the fuel cell by stopping the supply of the cathode fluid and the anode fluid to the fuel cell. Post-processing such as supplying cooling air to the reformer to cool the remaining heat of the reformer.
ケースの外方の外気温度を判定する外気温度センサが設けられており、外気温度センサは、フィルタの上流に配置されていることが好ましい。外気温度センサは、ケースの外部に設けられていることが好ましいが、ケースの収容室内であっても、フィルタの上流側において導入口側に位置していれば良い。 An outside air temperature sensor for determining the outside air temperature outside the case is provided, and the outside air temperature sensor is preferably arranged upstream of the filter. The outside air temperature sensor is preferably provided outside the case, but it may be located on the inlet side upstream of the filter even in the case housing chamber.
フィルタの目詰まり判定処理において、空気搬送源は所定の出力値(単位時間当たりの回転数)以上で作動することが好ましい。空気搬送源の出力が所定の出力値未満であれば、決めた量未満の流量の外気が導出口から収容室側ひいては内部温度センサ側に進入するため、判定処理の判定精度が低下するおそれがあるためである。 In the filter clogging determination process, it is preferable that the air conveyance source operates at a predetermined output value (the number of rotations per unit time) or more. If the output of the air conveyance source is less than a predetermined output value, outside air with a flow rate less than the determined amount enters the storage chamber side and then the internal temperature sensor side from the outlet, and there is a possibility that the determination accuracy of the determination process may be lowered. Because there is.
以下、本発明の実施例1について図1〜図3を参照して具体的に説明する。本実施例に係る燃料電池装置は、高分子型の固体電解質を有する燃料電池であり、ケース1を有する。ケース1は箱形状をなしており、天井壁1uと底壁1dと第1側面壁1cと第2側面壁1eとを少なくとも有する。ケース1は、収容室10と、収容室10と外気とを連通する導入口11と、収容室10と外気とを連通する導出口12とを有する。導出口12は第1側面壁1cの上部に形成されている。導入口11は第2側面壁1eの下部に形成されており、収容室10を換気させる換気口として機能する。これにより収容室10の下部から上部に向けて流れることにより熱源から受熱できる上向きの空気流が形成される。なお、導出口12で形成される換気口は、万一のガス洩れ発生時に有利である。
ケース1の導入口11には、通気性を有する空気浄化用のフィルタ2が設けられている。外気に含まれる塵埃等はフィルタ2により除去される。ケース1の収容室10には空気搬送源3が配置されている。空気搬送源3は、換気を促進させる換気ファンとして機能し、フィルタ2に対面するように設けられている。空気搬送源3は、外気の空気をフィルタ2を通過させるように矢印X1方向に吸引させ、更に、吸引した空気を収容室10に流し、導出口12から矢印X2方向に外部19に導出させる。
An
ケース1の収容室10に配置されている燃料電池システム4は、複数の燃料電池で形成されたスタック40と、改質器42と、電気機器として機能するインバータ44とを主要要素として有する。スタック40、改質器42およびインバータ44は、発電運転時において、収容室10に熱を放出させる熱源として機能することができる。スタック40は、収容室10の上部に配置されている。インバータ44はスタック40の下側に配置されている。改質器42はスタック40およびインバータ44の横側に配置されている。改質器42は、改質器を加熱する燃焼バーナを有する燃焼部と、改質用水を水蒸気化させる蒸発部と、蒸発部で形成された水蒸気を用いて燃料原料を改質させる改質部とを有する。
The
燃料電池システム4が発電運転するにあたり、空気搬送源3が作動する。すると、外気の空気が矢印X1方向に吸引され、導入口11のフィルタ2を通過して収容室10に搬送され、ケース1の収容室10の内部を通過する。この場合、吸引された空気は、インバータ44、スタック40および改質器42等の熱源を冷却させつつ、すなわち、インバータ44、スタック40および改質器42等の熱源からの放熱を受熱して昇温されつつ、収容室10を流れ、導出口12に向かう。昇温された空気は、導出口12から矢印X2方向に導出され、ケース1の外部19に放出される。
When the
ここで、収容室10に吸引された空気は、図略のカソードガスポンプにより、カソードガスとしてスタック40の燃料電池のカソードに供給され、発電反応に使用される。また、収容室10に吸引された空気は、図略のポンプにより、改質器42の燃焼バーナに供給され、燃焼用原料を燃焼させ、改質器42を加熱させる。加熱された改質器42は、図略の燃料原料通路から供給された燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる。生成されたアノードガスは、図略のアノードガス通路を介してスタック40の燃料電池のアノードに供給され、発電反応に使用される。
Here, the air sucked into the
図1に示すように、収容室10の内部温度を判定する内部温度センサ5が設けられている。導入口11から導出口12に向けて収容室10を流れる室内空気流の流路において、内部温度センサ5が設けられている。具体的には、内部温度センサ5は、室内空気流が外気に導出される導出口12に対面するように、収容室10の内部の上部に設けられている。燃料電池システム4を構成する部品であるスタック40、インバータ44、改質器42等といった熱源から放出された熱を受熱して昇温された空気が導出口12から矢印X2方向にケース1の外部19に導出されるとき、内部温度センサ5は、導出口12よりも上流(導出口12の直前)を流れる空気の温度を検知する。このため内部温度センサ5で検知される収容室10の内部温度は、外気温度よりも高温となる。
As shown in FIG. 1, an
ここで、空気搬送源3が作動している限り、収容室10の昇温された空気が導出口12から外部19に導出されるため、外部19の外気が導出口12から収容室10に進入することが抑制される。よって、導出口12から収容室10に進入する外気が内部温度センサ5の温度検知精度に影響を与えることが抑制される。このため目詰まり判定処理の判定精度が確保される。この意味において、フィルタ2の目詰まり判定処理において、空気搬送源3は所定の出力値(単位時間当たりの回転数)以上で作動することが好ましい。空気搬送源3の出力が所定の出力値未満であれば、外気が導出口12から内部温度センサ5側に進入するため、判定処理の判定精度が低下するおそれがある。なお、所定の出力値については、固定値として予め設定されていても良いし、ケース1の設置場所等に応じてリモコン等の設定器105からユーザまたはメンテナンス者が設定することにしても良い。
Here, as long as the
燃料電池システム4におけるスタック40、インバータ44、改質器42、更には図略のポンプ、空気搬送源3等といった放熱する熱源から放出された熱を受熱して昇温された空気は、導出口12から導出される。このため内部温度センサ5は、燃料電池システム4の熱源から放出される熱を考慮することができる。ケース1の外部19の外気の外気温度を判定する外気温度センサ6が設けられている。外気温度センサ6は、フィルタ2の上流に位置するようにケース1の外面側に配置されている。
In the
さて、燃料電池システム4が発電運転しているとき等において、収容室10の内部温度と外気温度との間には、ある相関関係が存在する。冬季等のように外気温度が低温であれば、収容室10の内部温度はそれに応じて低温となる傾向がある。夏季等のように外気温度が高温であれば、収容室10の内部温度はそれに応じて高温となる傾向がある。更に、燃料電池システム4が発電運転している場合には、熱源からの放熱により収容室10の内部温度が昇温される。更にまた、フィルタ2の目詰まりが進行していないときには、フィルタ2を通過して収容室10に進入する空気の流量が確保され、収容室10の熱こもりが抑えられ、内部温度の昇温の程度が抑制される傾向がある。これに対して、フィルタ2の目詰まりが進行しているときには、フィルタ2を通過して収容室10に進入する空気の流量が減少する傾向があり、収容室10の熱こもりが進行し、内部温度が昇温される傾向がある。
Now, when the
図2は、収容室10の内部温度と外気温度との間に存在する相関関係の一例を示す。この場合、特性線K1は一次関数的であるが、2次関数的としても良い。図2において横軸は外気温度を示し、縦軸は収容室10の内部温度を示す。図2に示す特性を示すマップが制御部100のメモリの所定のエリアに格納されている。図2においては、閾値を示す特性線K1よりも下方の領域KAでは、フィルタ2の目詰まりが進行しておらず、フィルタ2の通気性が確保されており、フィルタ2を通過する単位時間当たりの空気の流量が確保されている。よって領域KAでは、外気温度が上昇したとしても、収容室10の熱こもりが抑制され、収容室10の内部温度の上昇は抑えられる。このように領域KAであれば、フィルタ2の目詰まりが少なく、フィルタ2をメンテナンスするまでもない。
FIG. 2 shows an example of a correlation that exists between the internal temperature of the
これに対して、閾値を示す特性線K1よりも上方の領域KBでは、フィルタ2の目詰まりが進行しており、フィルタ2の通気性が低下している。領域KBでは、フィルタ2を通過する単位時間当たりの空気の流量が低下しており、外気温度の昇温に対して、収容室10の内部温度が上昇する率が高く、収容室10の熱こもりが誘発され易い。このように領域KBでは、外気温度の昇温に比較して収容室10の内部温度の昇温が促進される。このような領域KBであれば、フィルタ2の目詰まりが進行しており、フィルタ2を速やかにメンテナンスすることが好ましい。
On the other hand, in the region KB above the characteristic line K1 indicating the threshold value, the
このため制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行するにあたり、収容室10の内部温度と外気温度とを検知する。収容室10の内部温度と外気温度との関係が領域KBであれば、フィルタ2の目詰まりが進行しており、制御部100は、フィルタ2のメンテナンス時期が近い旨を、ユーザのリモコンまたは管理センターの制御装置に報知する報知信号を出力する。なお、収容室10の内部温度と外気温度との関係が領域KAであれば、フィルタ2の目詰まりがあまり進行しておらず、フィルタ2は正常範囲であり、特に支障がない限り、フィルタ2をメンテナンスさせずとも良い。
Therefore, the
更に説明を加える。収容室10の内部温度は、基本的には、(a)収容室10に配置されている燃料電池システム4における熱源から単位時間当たり収容室10への放熱量、(b)収容室10にフィルタ2を介して流入した単位時間当たり外気の流量、(c)収容室10にフィルタ2を介して流入する外気の温度の影響を受ける。従って、収容室10に配置されている燃料電池システム4の熱源から単位時間当たり収容室10への放熱量が既知であれば、具体的に、燃料電池システム4の発電出力が既知であれば、収容室10の内部温度と外気温度とを求めれば、収容室10にフィルタ2を介して流入した単位時間当たり外気の流量が推定される。
Further explanation will be added. The internal temperature of the
ここで、収容室10にフィルタ2を介して流入した単位時間当たり外気の流量は、基本的には、空気搬送源3の出力と、フィルタ2の空気通過率(フィルタ2の目詰まりに相当)とに影響を受ける。故に、空気搬送源3の出力が既知であれば、収容室10の内部温度と外気温度とを求めれば、フィルタ2の空気通過率、すなわち、フィルタ2の目詰まりの進行の程度が間接的に推定される。なお本実施例によれば、フィルタ2の目詰まり判定処理が実行されているときには、判定精度を高めるためには、スタック40の発電出力をほぼ一定値または一定領域に維持させておくことが好ましい。空気搬送源3の出力をほぼ一定値または一定領域に維持させておくことが好ましい。
Here, the flow rate of outside air per unit time flowing into the
一般的な燃料電池装置によれば、燃料電池システム4の発電運転の制御のため、ケース1の収容室10の内部温度を判定する内部温度センサ5、外気温度を判定する外気温度センサ6が従来から装備されている。このようにフィルタ2の目詰まりを判定するにあたり、従来から装備されている内部温度センサ5および外気温度センサ6を有効に利用することができる。このため風速センサ等の特別なセンサを収容室10に設けずとも良い利点が得られる。
According to a general fuel cell device, an
ところで、収容室10の内部温度が高い場合には、収容室10の内部温度と外気温度との差が増加する。このため内部温度が低温であり、内部温度と外気温度との差が実質的にない場合に比較して、フィルタ2の目詰まりを判定する目詰まり判定処理における判定精度を高め易い。そこで、燃料電池システム4が発電運転しているとき、制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行することが好ましい。フィルタ2の目詰まり判定処理における判定精度を更に高めるため、空気搬送源3の出力を一定値または一定領域に維持させることが好ましい。従って制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行するときには、燃料電池システム4を連続的に発電運転(定格運転)させることができる。燃料電池システム4の熱源からの放熱量および空気搬送源3の出力の大きな変動が抑制されるためである。なお、定格運転とは、そのシステムで連続的に運転でき且つ製造者が保証する上限の発電出力で運転することを意味し、カタログ、銘板等に記載されている。
By the way, when the internal temperature of the
収容室10に配置されている燃料電池システム4における熱源としては、スタック40、改質器42およびインバータ44が例示される。更には、図示しないものの空気搬送源3、ポンプ等の機械要素が例示される。従って、これらの熱源が作動しているときには、スタック40、改質器42、インバータ44といった熱源からの放熱が期待され、収容室10の内部温度が昇温する。このため前述したように燃料電池システム4の発電運転時において、制御部100はフィルタ2の目詰まり判定処理を実行させることが好ましい。殊に、スタック40の発電出力を一定または一定領域に維持させた状態で、制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行させることが好ましい。その理由としては、スタック40、改質器42およびインバータ44からの放熱量の大きな変動を抑制でき、目詰まり判定処理における判定精度を向上させ得るためである。
Examples of the heat source in the
本実施例によれば、燃料電池システム4が発電運転を停止させる停止処理を実行しているときにおいても、目詰まり判定処理を実行させても良い。この場合、スタック40へのアノードガスおよびカソードガスの供給が停止されており、スタック40の発電運転および改質器42の改質運転が停止されているものの、高温の改質器42を冷却すべく、冷却用の空気を改質器42に供給している。この場合においても、スタック40、改質器42、インバータ44等といった熱源の余熱が収容室10に存在する。このためケース1の収容室10の内部温度が高くなり、収容室10の内部温度と外気温度との差が増加し、目詰まり判定精度が確保される。停止処理を実行している場合に、フィルタ2のメンテナンスが必要と判定されたときには、燃料電池システム4の発電運転自体は停止されているため、空気搬送源3を停止させてフィルタ2を速やかにメンテナンスすることができる利点が挙げられる。
According to the present embodiment, the clogging determination process may be executed even when the
なお、システムの起動運転時には、上記したスタック40、改質器42、インバータ44等といった熱源の温度が低めであるため、収容室10における放熱が少なく、収容室10の内部温度と外気温度との差が少な目となる。この場合、フィルタ2目詰まりを判定する目詰まり判定処理における判定精度を高めにくい傾向がある。但し、場合によっては、システムの起動運転時に目詰まり判定処理を実行させても良い。
During the system start-up operation, the temperature of the heat source such as the
図3は、制御部100が実行する制御則を表すフローチャートを示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。まず、制御部100は、フィルタ2の前回のメンテナンスから経過している経過時間等の情報を読み込み(ステップS102)。制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実施する時期が到達した否かを判定する(ステップS104)。前回のフィルタメンテナンスからの一定時間が経過した後に、フィルタ2の目詰まり判定処理を実施することが好ましいためである。フィルタ2の目詰まり判定処理を実施する時期が到達していれば、制御部100は、燃料電池システム4が発電しているか否かについて判定する(ステップS106)。目詰まり判定処理を実施する時期が到達していたとしても、システム4が発電中でなければ(ステップS106のNO)、高い判定精度が得られにくいため、制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を開始させることなく、メインルーチンにリターンする。
FIG. 3 is a flowchart showing a control law executed by the
フィルタ2の目詰まり判定処理を実施する時期が到達していること、燃料電池システム4が発電運転中であることの条件が満足されるとき(ステップS106のYES)、制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を開始させる信号を出力する(ステップS108)。これにより制御部100はスタック40の発電出力を一定化または一定領域に維持させる信号を出力すると共に、空気搬送源23の出力(単位時間あたりの回転数)を一定化または一定領域に維持させる信号を出力する。
When the time for performing the clogging determination process for the
更に、制御部100は、収容室10の内部温度が安定するまで一定時間待機する(ステップS110)。更に、外気温度センサ6により外気温度を検知するとともに、内部温度センサ5により収容室10の内部温度を検知する(ステップS112)。制御部100は、内部温度および外気温度に基づいて、図2に示すマップを参照する(ステップS114)。更に、このマップに基づいて、制御部100はフィルタ2の目詰まりの進行の程度を判定する(ステップS116)。フィルタ2が正常であれば、メインルーチンにリターンする。フィルタ2の目詰まりの進行の程度がメンテナンスを必要とするときには、制御部100はフィルタ2のメンテナンス必要と判定する。
Further, the
制御部100は、待機(ステップS116)した後、上記したフィルタ2の目詰まり判定処理を所定回数(M回)まで繰り返す(ステップS120)。目詰まり判定処理においてメンテナンス必要と判定される合計回数が連続して所定回数(M回)であれば(ステップS120のYES)、制御部100はフィルタ2のメンテナンスが必要である旨を決定する(ステップS122)。そして、制御部100はその決定をユーザのリモコンまたは管理センターの制御装置に報知する(ステップS124)。これによりフィルタ2のメンテナンスが実行される。
After waiting (step S116), the
更に、メンテナンスが実行されるまで、システム4を発電運転させることがある。このため、制御部100は、フィルタ2の目詰まりの程度を複数段階(大中小)に判定する。それ以降の発電運転のため、制御部100は補正処理を実行する。補正処理では、フィルタ2の目詰まりが小であれば(ステップS130)、制御部100は加算値α1を設定し(ステップS132)、空気搬送源3に指示される単位時間あたりの回転数Nに対してα1ぶん加算させた値を設定値とする(ステップS134)。フィルタ2の目詰まりが中であれば(ステップS140)、それ以降の発電運転のため、補正処理を実行する。補正処理では、制御部100は加算値α2を設定し(ステップS142)、空気搬送源3に指示される単位時間あたりの回転数Nに対してα2ぶん加算させた値を設定値とする(ステップS144)。フィルタ2の目詰まりが大であれば(ステップS150)、加算値α3を設定し(ステップS152)、空気搬送源3に指示される単位時間あたりの回転数Nに対してα3ぶん加算させた値を設定値とする(ステップS154)。このように加算して補正すれば、フィルタ2の目詰まりが進行しているときであっても、フィルタ2の目詰まりの進行が考慮され、空気搬送源3の出力(単位時間あたりの回転数)が加算されて増加される。故に、フィルタ2の目詰まりが進行しているときであっても、制御部100は、フィルタ2を通過させて収容室10に流入させる単位時間あたりの空気の流量を確保させることができ、燃料電池システム4の発電運転を良好に実行できし、所望の発電出力を確保することができる。フィルタ2のメンテナンスが実行された場合には、上記した加算はキャンセルされる。
Furthermore, the
なお、フィルタ2のメンテナンスが必要と判定されるものの、その判定が連続されないときには、判定がノイズの影響を受けている可能性があるため、制御部100はフィルタ2のメンテナンスが必要である旨の決定をせずに、メインルーチンにリターンする(ステップS128のNO)。なお、制御部100は補正処理を実施しているが、これに限らず、補正処理を実施しなくても良い。
If it is determined that the maintenance of the
図4は実施例2を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、高分子型の固体電解質を有する燃料電池である。本実施例によれば、スタック40の発電出力がW1のとき、スタック40の発電出力がW2(W2>W1)のとき、スタック40の発電出力がW3(W3>W2)のときには、図4に示すマップを用いる。制御部100は、スタック40の発電出力をW1に設定した状態でフィルタ2の第1回目の目詰まり判定処理を実行し、その後、スタック40の発電出力をW2に設定した状態でフィルタ2の第2回目の目詰まり判定処理を実行し、その後、スタック40の発電出力をW3に設定した状態でフィルタ2の第3回目の目詰まり判定処理を実行する。あるいは、W3,W2,W1の順に実行しても良い。スタック40の発電出力を変化させた複数の目詰まり判定処理において、収容室10の内部温度と外気温度との関係が領域KBである場合には、フィルタ2の目詰まりが進行している。そこで制御部100は、フィルタ2のメンテナンス時期が近い旨を、ユーザのリモコンまたは管理センターの制御装置に報知する報知信号を出力する。このようにスタック40の発電出力を複数段階に変更させた状態で、すなわち、収容室10における熱源の放熱量を複数段階に変更させた状態で、目詰まり判定処理をそれぞれ実行するため、判定精度を向上させるのに貢献できる。
FIG. 4 shows a second embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment, and is a fuel cell having a polymer type solid electrolyte. According to the present embodiment, when the power generation output of the
なお、スタック40の発電出力が高い方が、スタック40、改質器42およびインバータ44といった熱源からの放熱量が高いため、収容室10の内部温度が上昇し、内部温度と外気温度との差を大きくでき、目詰まり判定処理における判定精度を高めることができる。このため万一、スタック40の発電出力が異なる場合において異なる判定結果が得られる場合には、制御部100は、スタック40の発電出力が低い場合における判定結果よりも、スタック40の発電出力が高い場合における判定結果を優先させることもできる。但し、これに限定されない。
Note that the higher the power generation output of the
図5は実施例3を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、高分子型の固体電解質を有する燃料電池である。図5に示すように、導入口11に対面するように通路形成部材18が収容室10に設けられている。通路形成部材18は、第1通風口18fおよび第2通風口18sを有する。空気搬送源3は、第1通風口18fに配置された換気ファンで形成された第1空気搬送源3fと、第2通風口18sに配置されたブロアで形成された第2空気搬送源3sとを有する。燃料電池システム4が発電運転するときには、第1空気搬送源3fおよび第2空気搬送源3sが作動するため、フィルタ2を介して外気が収容室10に吸引される。第1空気搬送源3fの作動により矢印X3方向に吸引された空気は、収容室10を流れ、インバータ44、スタック40、改質器42等といった熱源から受熱して昇温された後、導出口12から外部19に導出される。
FIG. 5 shows a third embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment, and is a fuel cell having a polymer type solid electrolyte. As shown in FIG. 5, a
また第、2空気搬送源3sの作動により矢印X4方向に吸引された空気は、第2空気搬送源3sのハウジング3hの吸入口3iから第2空気搬送源3sのハウジング3hの内部を通過し、第2空気搬送源3sのハウジング3hの吐出口3pから配管を介して改質器42に供給され、改質器42の燃焼バーナで燃焼用燃料を燃焼させる燃焼用空気となる。燃焼用空気等の排ガスは、配管を介して燃焼排ガスと共にケース1の排気口17から外部19に排気される。なお排気口17は導出口12に対して離れている。
Further, the air sucked in the direction of the arrow X4 by the operation of the second
本実施例においても、制御部100が目詰まり判定処理において収容室10の内部温度と外気温度とを求めれば、フィルタ2の目詰まりの程度が間接的に判定される。目詰まり判定処理においては、判定精度を向上させるためには、スタック40の発電出力の大きな変動を抑制すると共に、空気搬送源3の出力、つまり単位時間あたりの回転数の大きな変動を抑制することが好ましい。
Also in this embodiment, if the
収容室10の内部温度が過剰に高温でない限り、収容室10の内部温度が高い場合には、収容室10の内部温度と外気温度との差が増加するため、フィルタ2の目詰まりの判定精度を高め易いといえる。そこで、燃料電池システム4が発電運転しているとき、制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行することが好ましい。殊に、一定の発電出力で燃料電池システム4が発電運転するように指令されているとき、すなわち、空気搬送源3f,3sを所定の出力で作動させるように空気搬送源3f,3sが指令されているとき、制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行することが好ましい。このように目詰まり判定処理を実行しているときには、空気搬送源3f,3sを出力を固定させることが好ましい。その理由としては、空気搬送源3f,3sの作動に基づく単位時間あたりの外気吸引流量の変動が抑制され、ひいては目詰まり判定処理における判定精度が向上するためである。
Unless the internal temperature of the
収容室10を昇温させる熱源としては、スタック40、インバータ44、燃料原料をアノードガスに改質させる改質器42、ポンプ等の機械要素が挙げられる。従って、前述したように、これらの熱源が作動している発電運転時において、制御部100が目詰まり判定処理を実行させることが好ましい。
Examples of the heat source that raises the temperature of the
更に、燃料電池システム4が発電運転を停止させる停止処理を実行しているときにおいても、制御部100が目詰まり判定処理を実行させることが好ましい。その理由としては、上記した熱源の余熱が収容室10に存在するため、収容室10の内部温度が高くなり、収容室10の内部温度と外気温度との差が増加するためである。この場合には、スタック40の発電運転が停止されており、第2空気搬送源3sの作動が停止されているものの、第1空気搬送源3fを作動させる。これにより導入口11、収容室10、導出口12を流れる室内空気流の流路を形成し、収容室10の熱源で放出された熱を含む空気の温度を内部温度センサ5が検知できるようにする。
Furthermore, it is preferable that the
図6は実施例4を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、高分子型の固体電解質を有する燃料電池である。図6に示すように、ブロアで形成された空気搬送源3eが収容室10に設けられている。空気搬送源3eは、導入口11、収容室10、導出口12を流れる室内空気流の流路を形成する。内部温度センサ5は収容室10の内部温度を検知するものであり、空気搬送源3eのハウジング3hの吸入口3iに対面するように、空気搬送源3eのハウジング3hの吸入口3iの上流に配置されている。
FIG. 6 shows a fourth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment, and is a fuel cell having a polymer type solid electrolyte. As shown in FIG. 6, an
空気搬送源3eに内蔵されている送風部が作動すると、ケース1の外部19の外気がフィルタ2を通過するように収容室10に吸引され、スタック40、インバータ44および改質器42に接触してこれらから受熱されつつ、空気搬送源3eのハウジング3hの吸入口3iに吸引され、空気搬送源3eのハウジング3hの吐出口3pから配管3moを介して改質器42に供給される。ここで、吸入口3iから空気搬送源3eのハウジング3hの内部に吸引される空気は、スタック40、インバータ44等といった熱源から収容室10に放出された熱を含み、昇温されている。従って、内部温度センサ5は、スタック40、インバータ44等といった熱源から収容室10に放出された熱で昇温された空気の温度を良好に検知できる。
When the air blower incorporated in the
改質器42に供給された空気は、改質器42の燃焼バーナに供給され、燃焼用原料を燃焼させ、改質器42を加熱させた後、導出口12から外部19に導出される。加熱された改質器42は、図略の燃料原料通路から供給された燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる。アノードガスは図略のアノードガス通路の配管を介してスタック40のアノードに供給され、発電反応に使用される。なお、収容室10に吸引された空気は、図略のカソードガスポンプにより、カソードガスとして燃料電池のスタック40のカソードに供給され、発電反応を経たカソードオフガスは図略の配管を介して外部19に放出される。
The air supplied to the
本実施例では、空気搬送源3eから導出された空気は配管3moを介して改質器42の燃焼部に供給され、燃焼部の燃焼排ガスは配管を介して導出口12から排気される。導出口12は、燃焼部の燃焼排ガスを排気させる燃焼排ガス出口を兼ねている。
In the present embodiment, the air derived from the
図7は実施例5を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。本実施例に係る燃料電池装置は、発電運転温度が400℃以上、500℃以上の固体酸化物形の電解質を有する燃料電池であり、ケース1を有する。ケース1の収容室10は、仕切壁10xにより上収容室10uと下収容室10dとに分割されている。ケース1は、収容室10の下収容室10dと外気とを連通する導入口11と、下収容室10dと外気とを連通する導出口12とを有する。図7に示すように、ケース1の導入口11には、通気性を有する空気浄化用のフィルタ2が設けられている。ケース1の収容室10には空気搬送源3が配置されている。空気搬送源3は換気ファンで形成されており、フィルタ2に対面するように設けられている。空気搬送源3は、外気の空気をフィルタ2を通過させるように矢印X1方向に吸引させ、更に、吸引した空気を収容室10に流し、導出口12から矢印X2方向に外部19に導出させる。
FIG. 7 shows a fifth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first embodiment. The fuel cell device according to this example is a fuel cell having a solid oxide electrolyte having a power generation operation temperature of 400 ° C. or higher and 500 ° C. or higher, and has a
ケース1の収容室10に配置されている燃料電池システム4は、複数の燃料電池で形成されたスタック40と、改質器42と、電気機器として機能するインバータ44とを有する。改質器42は、改質用水を水蒸気化させる蒸発部と、蒸発部で形成された水蒸気を用いて燃料原料を改質させる改質部とを有する。スタック40、改質器42およびインバータ44は熱源として機能する。上収容室10uは、発電運転温度が高温のスタック40および改質器42いった熱源を配置しており、下収容室10dよりも昇温される。下収容室10dはインバータ44といった比較的低温の熱源を配置しているものの、スタック40および改質器42といった高温となる熱源を配置していないため、上収容室10dよりも低温となる。このため下収容室10dの部品は保護性が高められている。
The
燃料電池システム4の発電運転にあたり、空気搬送源3が作動する。すると、外気の空気が矢印X1方向に吸引され、導入口11のフィルタ2を通過して下収容室10dに搬送され、下収容室10dを通過する。この場合、吸引された空気は、インバータ44から受熱しつつ、導出口12に向けて流れる。更に空気は下収容室10dの導出口12から矢印X2方向に導出され、外部19に放出される。
In the power generation operation of the
ここで、下収容室10dに吸引された空気は、図略のカソードガスポンプにより、カソードガスとして燃料電池のスタック40のカソードに供給される。また下収容室10dに吸引された空気は、図略のポンプにより、改質器42の燃焼バーナに供給され、燃焼用原料を燃焼させ、改質器42を加熱させる。加熱された改質器42は、図略の燃料原料通路から供給された燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる。アノードガスは図略のアノードガス通路を介してスタック40のアノードに供給され、発電反応に使用される。
Here, the air sucked into the
図7に示すように、下収容室10dの内部温度を判定する内部温度センサ5が設けられている。従って、スタック40および改質器42と内部温度センサ5との間には、仕切壁10xが形成されている。よって、スタック40および改質器42が断熱壁で覆われているときであっても、発電運転時に内部が高温(例えば500℃以上)となるスタック40および改質器42からの熱影響をできるだけ回避しつつ、内部温度センサ5は検温できるため、目詰まり判定処理における判定精度を高めるのに貢献できる。なお、スタックおよび改質器42が、高い断熱性をもつ断熱壁で覆われていれば、仕切壁10xを簡素化または廃止させることもできる。
As shown in FIG. 7, an
図7に示すように、導入口11から導出口12に向けて収容室10を流れる室内空気流の流路において、内部温度センサ5が設けられている。具体的には、内部温度センサ5は、収容室10を流れる室内空気流が外気に導出される導出口12に対面するように、収容室10の上部に設けられている。外気温度を判定する外気温度センサ6が設けられている。外気温度センサ6はフィルタ2に進入する外気の温度を検温するように、フィルタ2の上流に位置するようにケース1の外面側に配置されている。
As shown in FIG. 7, the
本実施例においても、制御部100は、目詰まり判定処理において収容室10の内部温度と外気温度とを求め、フィルタ2の目詰まりの程度を間接的に判定する。目詰まり判定処理においては、判定精度を向上させるためには、スタック40の発電電力、空気搬送源3の出力を固定値または固定領域とすることが好ましい。
Also in the present embodiment, the
本実施例によれば、スタック40の発電出力に応じて特性をマップ化したマップを、制御部100のメモリのエリアに格納させている。本実施例においても、収容室10の内部温度が高い場合には、収容室10の内部温度と外気温度との差が増加するため、目詰まり判定処理における判定精度を高め易い。そこで、燃料電池システム4が発電運転しているとき、および/または、燃料電池システム4が発電運転を停止させる停止処理を実行しているとき、制御部100は、目詰まり判定処理を実行することが好ましい。
According to this embodiment, a map in which characteristics are mapped according to the power generation output of the
収容室10に配置されている燃料電池システム4の熱源としては、図7から理解できるようにスタック40、改質器42、インバータ44、図略のポンプやバルブ等が例示されるが、内部温度センサ5が配置されている下収容室10dには、インバータ44が配置されているものの、高温となる改質器42およびスタック40が配置されていない。従って、熱源としてのインバータ44が作動しているとき、すなわち、燃料電池システム4の発電運転時において、制御部100は目詰まり判定処理を実行させることが好ましい。なお燃料電池システム4が発電運転を停止させる停止処理を実行しているときにおいても、制御部100は目詰まり判定処理を実行させることが好ましい。この場合には、インバータ44等の余熱が収容室10に存在するため、ケース1の収容室10の内部温度が高めとなり、収容室10の内部温度と外気温度との差が増加するためである。
Examples of the heat source of the
図8は実施例6を示す。本実施例は実施例5と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、固体酸化物形の固体電解質を有する燃料電池である。図8に示すように、導入口11には通路形成部材が設けられている。通路形成部材18は、第1通風口18fおよび第2通風口18sを有する。空気搬送源3は、第1通風口18fに配置されている換気ファンで形成された第1空気搬送源3fと、第2通風口18sに配置されているブロアで形成された第2空気搬送源3sとを有する。燃料電池システム4が発電運転するときには、第1空気搬送源3fおよび第2空気搬送源3sが作動するため、フィルタ2を介して外部19の外気が収容室10に吸引される。
FIG. 8 shows a sixth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the fifth embodiment, and is a fuel cell having a solid oxide solid electrolyte. As shown in FIG. 8, the
第1空気搬送源3fの作動により矢印X3方向に吸引された空気は、下収容室10dを流れ、導出口12から外部19に導出される。第2空気搬送源3sの作動により矢印X4方向に吸引された空気は、第2空気搬送源3sの吸入口3iから第2空気搬送源3sの内部を通過し、第2空気搬送源3sの吐出口3pから改質器42およびスタック40に配管40po等の配管により供給される。改質器42に供給された空気は、燃焼用燃料を燃焼させる燃焼用空気となる。
The air sucked in the direction of the arrow X3 by the operation of the first
本実施例においても、制御部100が目詰まり判定処理において収容室10の内部温度と外気温度とを求めれば、フィルタ2の目詰まりの程度が間接的に判定される。目詰まり判定処理においては、判定精度を向上させるためには、空気搬送源3の出力、つまり単位時間あたりの回転数を固定値または固定領域とすることが好ましい。
Also in this embodiment, if the
収容室10の内部温度が高い場合には、収容室10の内部温度と外気温度との差が増加するため、フィルタ2の目詰まりの判定精度を高め易いといえる。そこで、燃料電池システム4が発電運転しているとき、および/または、燃料電池システム4が発電運転を停止させる停止処理を実行しているとき、制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行することが好ましい。更に、燃料電池システム4が発電運転を停止させる停止処理を実行しているときも好ましい。上記したインバータ44の余熱が下収容室10dに存在するため、下収容室10dの内部温度が高くなり、下収容室10sの内部温度と外気温度との差が増加するためである。
When the internal temperature of the
図9は実施例7を示す。本実施例は各実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、固体酸化物形の固体電解質を有する燃料電池である。図9に示すように、仕切壁10xにより、発電運転時において300℃以上、400℃以上の高温となるスタック40および改質器42は仕切られており、下収容室10dの部品が熱から保護されている。
FIG. 9 shows a seventh embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as each embodiment, and is a fuel cell having a solid oxide solid electrolyte. As shown in FIG. 9, the partition 40x partitions the
収容室10の下収容室10dには、ブロアで形成された空気搬送源3e(下収容室10dにおいて強制的に室内空気流を形成する唯一の部品)が配置されている。収容室10の内部温度を判定する内部温度センサ5は、空気搬送源3eのハウジング3h内の空気通路に配置されている。ここで、空気搬送源3eに内蔵されている送風部が作動すると、フィルタ2を介して外気が吸引される。更に、下収容室10dの空気が空気搬送源3eのハウジング3hの吸入口3iから空気搬送源3eの内部の空気通路に吸引され、空気搬送源3eのハウジング3hの吐出口3pから配管42xpを介して、上収容室10uの改質器42に供給される。従って、下収容室10dのインバータ44等の熱源から放出された熱で昇温された空気は、空気搬送源3eのハウジング3h内の空気通路を通過するため、ハウジング3h内の内部温度センサ5により温度検知される。すなわち、下収容室10dに収容されているインバータ44等の熱源から放出された熱で昇温された空気が流れる室内空気流の流路に、内部温度センサ5は配置されているため、内部温度センサ5が検知する内部温度を高めにでき、判定精度を高めるのに貢献できる。
In the
このように内部温度センサ5は、図9から理解できるように、ハウジング3hで覆われており、且つ、下収容室10dのインバータ44といった熱源からの放熱により昇温された空気の温度を検知するものの、上収容室10uの改質器42やスタック40といった高温となる熱源から放熱により昇温された空気の温度を検知するものではない。このように内部温度センサ5の保護性が高められている。
Thus, as can be understood from FIG. 9, the
改質器42に供給された空気は、改質部の燃焼バーナに供給され、燃焼用原料を燃焼させ、改質器42を加熱させ、導出口12から排気ガスとして外部19に排出される。加熱された改質器42は、図略の燃料原料通路から供給された燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる。生成されたアノードガスは図略のアノードガス通路の配管を介してスタック40のアノードに供給され、発電反応に使用される。なお、上収容室10uに流入した空気は、図略のカソードガスポンプにより、カソードガスとしてスタック40のカソードに供給される。
The air supplied to the
図10は実施例8を示す。本実施例は各実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、固体酸化物形の固体電解質を有する燃料電池である。図10に示すように、発電運転時において高温に維持される改質器42およびスタック40が仕切壁10xで仕切られ、上収容室10uに配置されている。このため、下収容室10dは昇温されにくく、フィルタ2の目詰まり判定処理の判定精度を向上させるには限界があるおそれがある。前述したように内部温度が高温の方が低温である場合よりも、目詰まり判定処理における判定精度を高め得るためである。
FIG. 10 shows an eighth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as each embodiment, and is a fuel cell having a solid oxide solid electrolyte. As shown in FIG. 10, the
本実施例によれば、下収容室10dに配置されているインバータ44および制御部100は、熱源として機能するものであり、図10に示すように、ケース1内に配置されている副ケースとして機能する第2ケース440に収容されている。ここで、第2ケース440は、フィルタ2を通過した空気が流入する第2導入口441と、インバータ44および制御部100からの熱を受熱して昇温された空気が導出される第2導出口442と、第2導入口441および第2導出口442を連通させると共にインバータ44および制御部100を収容する第2収容室443とをもつ。空気搬送源3が作動すると、空気は第2収容室443にも流れる。
According to the present embodiment, the
図10に示すように、内部温度センサ5は、第2導出口442に対面するように第2収容室443に配置されている。このため第2ケース440が設けられていない場合に比較し、内部温度センサ5で検知できる内部温度が高温側に移行される。よって、フィルタ2の目詰まり判定処理において、内部温度と外気温度との相関関係からフィルタ2の目詰まりを判定するにあたり、判定精度を向上させるのに有利である。
As shown in FIG. 10, the
図11は実施例9を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。上記した各実施例によれば、収容室10の内部温度に関する物理量として、収容室10の内部温度それ自体が採用されている。しかし本実施例によれば、空気搬送源3の出力が採用されており、空気搬送源3の出力と外気温度との関係に基づいて、フィルタ2の目詰まり判定処理を実行する。制御部100は、目詰まり判定処理において、収容室10の内部温度を一定温度にするように空気搬送源3の出力を制御する。ここで、空気搬送源3の出力が高ければ、ケース1の導出口12から収容室10に導入される外気の単位時間あたりの流量が増加し、ケース1の収容室10の内部温度が低下する傾向がある。空気搬送源3の出力が低ければ、ケース1の導出口12から収容室10に導入される外気の単位時間あたりの流量が減少し、収容室10の内部温度が上昇する傾向がある。このため空気搬送源3の出力の高は、収容室10の内部温度の高に相当する。また空気搬送源3の出力の低は、収容室10の内部温度の低に相当する。なお、内部温度を一定にするために、フィルタが詰まってくると、空気搬送源3の出力を上げて多くの外気を取り込もうとするため、空気搬送源3の出力の高は、収容室10の内部温度の高に相当する。
FIG. 11 shows a ninth embodiment. This embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the above-described embodiments. According to each embodiment described above, the internal temperature itself of the
図11は、収容室10の内部温度を一定温度(例えば45〜75℃の範囲内における一定温度)に維持している条件下においてフィルタ2の目詰まり判定処理を実行するにあたり、空気搬送源3の出力(単位時間当たりの回転数)と外気温度との間に存在する相関関係の一例を示す。図11の横軸は外気温度を示し、縦軸は空気搬送源3の出力(単位時間あたりの回転数)を示す。図11に示す特性をマップ化して制御部100のメモリのエリアに格納させている。具体的には、収容室10の内部温度がT1のときには、図11(a)に示すマップを用いる。収容室10の内部温度がT2(T2>T1)のときには、図11(b)に示すマップを用いる。収容室10の内部温度がT3(T3>T2)のときには、図11(c)に示すマップを用いる。
FIG. 11 shows the
図11(a)〜図11(c)においては、閾値を示す特性線K10a,K10b,K10cよりも下方の領域KA0では、フィルタ2の目詰まりが進行しておらず、フィルタ2の通気性が確保されており、フィルタ2を通過する単位時間当たりの空気の流量が確保されている。よって外気温度が上昇したとしても、収容室10の熱こもりが抑制され、収容室10の内部温度は低めとなり易い。よって領域KA0では、フィルタ2の通気性が確保されているため、ケース1の外気温度が上昇したとしても、新鮮な外気がフィルタ2を良好に多量に通過して収容室10に流入されるため、収容室10の熱こもりが効率よく抑えられている。よって、外気温度が昇温しても、収容室10の内部温度の昇温が抑制される。このように領域KA0であれば、フィルタ2の目詰まりが少なく、フィルタ2をメンテナンスするまでもない。なお図11(a)〜図11(c)において、特性線K10a,K10b,K10cがそれぞれ示す縦軸の出力値は相違するものである。
In FIGS. 11A to 11C, the
これに対して、閾値を示す特性線K10a,K10b,K10cよりも上方の領域KB0では、フィルタ2の目詰まりが進行しており、フィルタ2の通気性が低下している。よって、フィルタ2を通過する単位時間当たりの空気の流量が低下しており、外気温度が上昇すると、収容室10の内部温度が上昇し易く、収容室10の熱こもりが誘発され易い。よって領域KB0では、新鮮な外気がフィルタ2を通過しにくいため、収容室10の熱こもりが促進され、外気温度の昇温に比較して収容室10の内部温度の昇温が促進される。このような領域KA0であれば、フィルタ2の目詰まりが進行しており、フィルタ2をメンテナンスすることが好ましい。
In contrast, in the region KB0 above the characteristic lines K10a, K10b, and K10c indicating the threshold values, the
このため制御部100は、フィルタ2の目詰まり判定処理において、空気搬送源3の出力(単位時間あたりの回転数)と外気温度とを判定する。空気搬送源3の出力と外気温度との関係が領域KB0である場合には、フィルタ2の目詰まりが進行しており、制御部100は、フィルタ2のメンテナンス時期が近い旨を、ユーザのリモコンまたは管理センターの制御装置に報知する報知信号を出力する。なお、空気搬送源3の出力と外気温度との関係が領域KA0である場合には、フィルタ2の目詰まりがあまり進行しておらず、特に支障がない限り、フィルタ2をメンテナンスさせずとも良い。目詰まり判定処理が実行されているときには、スタック40の発電出力をほぼ一定値に維持させておくことが好ましい。
For this reason, the
図12は実施例10を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、固体酸化物形燃料電池(SOFC)システムに適用している。仕切壁10xにより収容室10は下収容室10dおよび上収容室10uに仕切られている。上収容室10uは、スタック40および改質器42を断熱的に包囲する断熱壁40xaを収容する。換気ブロアで形成された空気搬送源3kcが作動すると、外気が導入口11から下収容室10dに吸い込まれ、更に、空気搬送源3kcから吐出された空気は、上収容室10uに進入し、断熱壁40xaを冷却しつつ、導出口12から外部19に導出される。空気搬送源3kaが作動すると、下収容室10dの空気はスタック40のカソードに供給される。空気搬送源3kbが作動すると、下収容室10dの空気は改質器42の燃焼部に供給され、燃焼部における燃焼に使用される。
FIG. 12 shows a tenth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the above-described embodiments, and is applied to a solid oxide fuel cell (SOFC) system. The
図13は実施例11を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有しており、固体酸化物形燃料電池(SOFC)システムに適用している。この場合には、仕切壁が設けられていない。 FIG. 13 shows an eleventh embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the above-described embodiments, and is applied to a solid oxide fuel cell (SOFC) system. In this case, no partition wall is provided.
(その他)本発明は上記し且つ図面に示した実施形態および実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。 (Others) The present invention is not limited to the embodiments and examples described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.
本発明は例えば電気機器、電子機器、定置用、車両用の燃料電池システムに使用される。 The present invention is used in, for example, fuel cell systems for electric devices, electronic devices, stationary devices, and vehicles.
1はケース、10は収容室、11は導入口、12は導出口、19は外部、2はフィルタ、3は空気搬送源、4は燃料電池システム、40はスタック、42は改質器、44はインバータ、5は内部温度センサ、6は外気温度センサ、100は制御部100を示す。
1 is a case, 10 is a storage chamber, 11 is an inlet, 12 is an outlet, 19 is an external, 2 is a filter, 3 is an air carrier source, 4 is a fuel cell system, 40 is a stack, 42 is a reformer, 44 Denotes an inverter, 5 denotes an internal temperature sensor, 6 denotes an outside air temperature sensor, and 100 denotes a
Claims (3)
前記ケースの前記導入口に設けられ通気性を有する浄化用のフィルタと、
前記ケースの前記収容室に配置され外気の空気を前記フィルタを通過させて吸引させて前記収容室に流し前記導出口から導出させる空気搬送源と、
前記ケースの前記収容室に配置された燃料電池システムと、
前記燃料電池システムを制御する制御部とを具備しており、
前記制御部は、前記収容室の内部温度に関する物理量と、前記収容室の外気の外気温度に関する物理量とに基づいて、前記フィルタの目詰まりを判定する目詰まり判定処理を実行する燃料電池装置。 A case having a storage chamber, an inlet for communicating the storage chamber and the outside air, and a lead-out port for communicating the storage chamber and the outside air;
A purifying filter provided at the introduction port of the case and having air permeability;
An air conveyance source that is disposed in the housing chamber of the case and sucks outside air through the filter and flows to the housing chamber and is led out from the outlet;
A fuel cell system disposed in the housing chamber of the case;
A control unit for controlling the fuel cell system,
The said control part is a fuel cell apparatus which performs the clogging determination process which determines clogging of the said filter based on the physical quantity regarding the internal temperature of the said storage chamber, and the physical quantity regarding the external temperature of the external air of the said storage chamber.
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