特許第6750309号(P6750309)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ アイシン精機株式会社の特許一覧
<>
  • 特許6750309-コジェネレーションシステム 図000002
  • 特許6750309-コジェネレーションシステム 図000003
  • 特許6750309-コジェネレーションシステム 図000004
  • 特許6750309-コジェネレーションシステム 図000005
  • 特許6750309-コジェネレーションシステム 図000006
  • 特許6750309-コジェネレーションシステム 図000007
  • 特許6750309-コジェネレーションシステム 図000008
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6750309
(24)【登録日】2020年8月17日
(45)【発行日】2020年9月2日
(54)【発明の名称】コジェネレーションシステム
(51)【国際特許分類】
   F24H 1/00 20060101AFI20200824BHJP
   H01M 8/04 20160101ALI20200824BHJP
   H01M 8/00 20160101ALI20200824BHJP
   H01M 8/04225 20160101ALI20200824BHJP
   H01M 8/04302 20160101ALI20200824BHJP
   H01M 8/04313 20160101ALI20200824BHJP
   H01M 8/12 20160101ALI20200824BHJP
【FI】
   F24H1/00 631A
   H01M8/04 Z
   H01M8/00 Z
   H01M8/04225
   H01M8/04302
   H01M8/04313
   H01M8/12 101
【請求項の数】7
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2016-106816(P2016-106816)
(22)【出願日】2016年5月27日
(65)【公開番号】特開2017-211170(P2017-211170A)
(43)【公開日】2017年11月30日
【審査請求日】2019年4月10日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000011
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100130188
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 喜一
(74)【代理人】
【識別番号】100089082
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 脩
(74)【代理人】
【識別番号】100190333
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 群司
(72)【発明者】
【氏名】大河原 裕記
(72)【発明者】
【氏名】谷口 裕哉
【審査官】 豊島 ひろみ
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−030303(JP,A)
【文献】 特開平10−077993(JP,A)
【文献】 特開昭63−061782(JP,A)
【文献】 特開2009−068956(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F24H 1/00 − 4/06
H01M 8/00 − 8/2495
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱を発生する熱源部を備える熱源装置と、
貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
前記熱源装置の排熱を用いて前記貯湯水を加熱する加熱装置と、
を具備するコジェネレーションシステムであって、
前記コジェネレーションシステムにおいて用いられる流体を送出する流体機器と、
前記流体機器の流量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記流体機器の種別によって前記流体機器の流量に差異が生じる駆動周波数で前記流体機器を駆動させたときの前記流体機器の流量に基づいて、前記流体機器の種別を判別する流体機器判別部を備えるコジェネレーションシステム。
【請求項2】
前記流体機器判別部は、前記流体機器の流量の有無または前記流体機器の流量値によって、前記流体機器の種別を判別する請求項1に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項3】
前記制御装置は、前記流体機器の流量が無いことによって、前記流体機器判別部が前記流体機器の種別を判別したときに、前記流体機器の種別を判別したときの駆動周波数と異なる駆動周波数であって前記流体機器の流量が見込まれる駆動周波数で前記流体機器を駆動させて、いずれの駆動周波数においても前記流体機器の流量が無いときに前記流体機器の故障であると判断する故障診断部を備える請求項2に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項4】
前記制御装置は、前記流体機器判別部によって判別された判別結果を表示する判別結果表示部を備え、
前記判別結果表示部は、前記判別結果が予め定められた種別と異なるときに、警告を表示する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項5】
前記制御装置は、前記流体機器判別部によって判別された判別結果に応じて、前記流体機器を駆動制御するときに用いる制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部を備える請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項6】
前記流体機器判別部は、前記コジェネレーションシステムが定常運転を開始する前の起動運転において、前記流体機器の種別を判別する請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項7】
前記熱源部は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池であり、
前記熱源装置は、前記燃料電池と、前記燃料電池の燃焼ガスにより加熱され供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用原料を予熱する蒸発部と、前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用原料の混合ガスとから前記燃料である改質ガスを生成する改質部と、を備える燃料電池モジュールであり、
前記流体機器判別部は、前記燃料電池のオフガスに着火する前の前記起動運転において、前記流体機器の種別を判別する請求項6に記載のコジェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
コジェネレーションシステムに関する発明の一例として、特許文献1に記載の発明が挙げられる。特許文献1に記載の燃料電池システムは、フィードバック制御部と、記憶部と、燃料種推定部とを備えている。フィードバック制御部は、流量検出装置によって検出される燃料の流量である検出流量と燃料の目標流量との偏差に基づいて、燃料供給装置に対する制御指令値を算出して、制御指令値を燃料供給装置に出力するフィードバック制御を行う。記憶部は、燃料の種類毎に目標流量と制御指令値との第一相関関係を示した第一マップを有する。燃料種推定部は、第一マップに基づいて、燃料の目標流量に応じた制御指令値から燃料の種類を推定する。これらにより、特許文献1に記載の発明は、燃料電池システムに供給される燃料の種類が異なる場合においても、燃料の種類に応じて、燃料電池を適切に制御しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2015−185267号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、第一相関関係が近似している駆動条件で燃料供給装置を駆動させて燃料の種類を推定する可能性がある。この場合、燃料の種類を誤って推定する可能性があり、燃料の種類毎に燃料供給装置が異なるときには、燃料供給装置の種別を誤判別する可能性がある。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、流体を送出する流体機器の種別を判別可能なコジェネレーションシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るコジェネレーションシステムは、熱を発生する熱源部を備える熱源装置と、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、前記熱源装置の排熱を用いて前記貯湯水を加熱する加熱装置と、を具備するコジェネレーションシステムであって、前記コジェネレーションシステムにおいて用いられる流体を送出する流体機器と、前記流体機器の流量を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記流体機器の種別によって前記流体機器の流量に差異が生じる駆動周波数で前記流体機器を駆動させたときの前記流体機器の流量に基づいて、前記流体機器の種別を判別する流体機器判別部を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明に係るコジェネレーションシステムによれば、制御装置は、流体機器判別部を備える。流体機器判別部は、流体機器の種別によって流体機器の流量に差異が生じる駆動周波数で流体機器を駆動させたときの流体機器の流量に基づいて、流体機器の種別を判別する。そのため、流体機器の駆動周波数に流体機器の流量が近似する駆動周波数が含まれる場合であっても、流体機器判別部は、流体機器の種別を適切に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】第一実施形態に係り、コジェネレーションシステム1の一例を示す構成図である。
図2】第一実施形態に係り、制御装置60の一例を示す構成図である。
図3】第一実施形態に係り、流体機器42aの駆動条件(駆動周波数)と出力(流量)の関係の一例を示す図である。
図4】第一実施形態に係り、制御装置60の制御ブロックの一例を示すブロック図である。
図5】第一実施形態に係り、制御装置60の制御フローの一例を示すフローチャートである。
図6】変形形態に係り、制御装置60の制御フローの他の一例を示すフローチャートである。
図7】第二実施形態に係り、熱源装置20の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面は、各実施形態について、共通する箇所には共通の符号が付されており、本明細書では、重複する説明が省略されている。また、第一実施形態で既述されていることは、第二実施形態についても適宜適用することができる。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
【0010】
<第一実施形態>
<<コジェネレーションシステム1の構成>>
図1に示すように、本実施形態のコジェネレーションシステム1は、筐体11と、熱源装置20と、排熱回収システム30と、電力変換器50と、制御装置60とを備えている。
【0011】
(筐体11)
筐体11は、熱源装置20と、排熱回収システム30と、電力変換器50と、制御装置60とを収容している。筐体11は、上述した機器を収容することができれば良く、その形状、材質等は限定されない。本実施形態では、筐体11は、例えば、ステンレス鋼板などの金属材料で、箱状に形成されている。また、筐体11は、仕切部材12を備えている。仕切部材12は、筐体11内を区画して第一室R1および第二室R2を形成する。後述するように、第一室R1および第二室R2は、連通可能になっている。
【0012】
(熱源装置20)
熱源装置20は、第一室R1内において、第一室R1の内壁面から離間して収納されている。熱源装置20は、ケーシング21と、熱源部24とを少なくとも含んでいる。熱源部24は、熱を発生するものであれば良く、限定されない。本実施形態では、熱源装置20は、燃料電池モジュールであり、熱源部24は、燃料電池である。この場合、熱源装置20は、ケーシング21と、蒸発部22と、改質部23と、熱源部24とを備えていると好適である。
【0013】
ケーシング21は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング21は、図示略の支持構造により、第一室R1内において、第一室R1の内壁面から離間して仕切部材12に設置されている。ケーシング21内には、蒸発部22と、改質部23と、熱源部24である燃料電池と、燃焼部26である燃焼空間R3とが配設されている。蒸発部22および改質部23は、熱源部24の上方に配設されている。なお、燃焼部26は、熱源部24と捉えることもできる。
【0014】
蒸発部22は、熱源部24である燃料電池の燃焼ガスにより加熱される。これにより、蒸発部22は、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱する。蒸発部22は、生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部23に供給する。改質用原料は、例えば、天然ガス、LPガスなどの改質用気体燃料を用いることができる。また、改質用原料は、例えば、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料を用いることもできる。
【0015】
給水管41の一端(下端)側は、水タンク13に接続されており、給水管41の他端側は、蒸発部22に接続されている。給水管41には、改質水ポンプ41aが設けられている。改質水ポンプ41aは、蒸発部22に改質水を供給するとともに、改質水の供給量を調整する。改質水の供給量は、例えば、改質水の流量で表すことができ、改質水の流量は、例えば、改質水の単位時間あたりの流量で示すことができる。改質水ポンプ41aは、水タンク13に貯蔵されている凝縮水を改質水として改質部23に供給する。
【0016】
また、蒸発部22には、改質用原料供給管42を介して改質用原料が供給される。同図では、改質用原料の供給源(以下、単に、供給源という。)を供給源Gsで示している。供給源Gsとして、例えば、都市ガスのガス供給管、LPガスのガスボンベなどが挙げられる。改質用原料供給管42には、流体機器42aと、出力検出器42bと、脱硫器42cとが設けられている。本実施形態では、流体機器42aは、原料ポンプであり、例えば、ダイヤフラムポンプなどを用いることができる。
【0017】
流体機器42aは、筐体11内に収納されている。流体機器42aは、熱源部24である燃料電池に改質用原料を供給する。流体機器42aの出力は、制御装置60によって制御される。具体的には、流体機器42aは、制御装置60から出力される指令にしたがって、供給源Gsから供給する改質用原料の供給量を調整する。改質用原料の供給量は、例えば、改質用原料の流量で表すことができ、改質用原料の流量は、例えば、改質用原料の単位時間あたりの流量で示すことができる。流体機器42aは、改質用原料を吸入し、改質部23に送出(圧送)する。
【0018】
出力検出器42bは、流体機器42aの出力を検出する。流体機器42aの出力として、例えば、流体機器42aが送出する流体の流量若しくは圧力、または、流体機器42aをパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御によって駆動させるときのデューティ比、流体機器42aの消費電力若しくは回転式の流体機器42aにおける駆動回転数などが挙げられる。
【0019】
本実施形態では、流体は、改質用原料であり、出力検出器42bは、流体の流量を検出する。流体の流量は、例えば、流体の単位時間あたりの流量(流速)で示すことができる。また、流体の流量は、例えば、出力した流体の総流量で示すこともできる。これらの場合、出力検出器42bは、公知の流量検出器(例えば、マスフローメータなど)を用いることができる。流体の圧力などを検出する場合も同様であり、流体機器42aは、公知の検出器を用いることができる。なお、デューティ比は、例えば、流体機器42aをパルス幅変調(PWM)制御によって駆動させるときのスイッチング素子(図示略)の開状態の時間と閉状態の時間とを検出して、閉状態の時間の割合から算出することができる。
【0020】
脱硫器42cは、改質用原料に含まれる付臭剤(硫黄化合物などの硫黄成分)を脱硫剤によって除去する。脱硫剤は、公知の脱硫剤を用いることができ、脱硫剤と触媒とを併せて使用することもできる。これにより、付臭剤が吸着(脱硫)された改質用原料が、蒸発部22に供給される。
【0021】
改質部23は、改質用原料および改質水から燃料を生成して、熱源部24である燃料電池に導出する。具体的には、改質部23は、熱源部24である燃料電池の燃焼ガスにより加熱されて、水蒸気改質反応に必要な熱が供給される。これにより、改質部23は、蒸発部22から供給された水蒸気と改質用原料の混合ガスとから改質ガスを生成して導出する。改質部23内には、触媒が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて、水素ガスと一酸化炭素ガスが生成される(いわゆる水蒸気改質反応)。触媒は、例えば、ルテニウム系またはニッケル系の触媒などを用いることができる。
【0022】
生成されたガス(いわゆる改質ガス)は、熱源部24である燃料電池の燃料極に導出される。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス(例えば、メタンガスなど)、改質に使用されなかった改質水(水蒸気)を含んでいる。このように、改質部23は、改質用原料(原燃料)と改質水とから燃料である改質ガスを生成して熱源部24である燃料電池に供給する。なお、水蒸気改質反応は、吸熱反応である。
【0023】
熱源部24である燃料電池は、複数のセル24aが積層されている。複数のセル24aの各々は、燃料極と、空気極(酸化剤極)と、両極の間に形成されている電解質とを備える。熱源部24は、種々の燃料電池(例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)など)を用いることができる。固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用する。熱源部24である燃料電池の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。複数のセル24aの各々の燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路24bが形成されている。複数のセル24aの各々の空気極側には、酸化剤ガスである空気(カソードエアともいう。)が流通する空気流路24cが形成されている。
【0024】
熱源部24である燃料電池は、マニホールド25上に設けられている。マニホールド25には、改質ガス供給管43の一端側が接続されており、改質ガス供給管43の他端側は、改質部23と接続されている。これにより、改質部23から導出された改質ガスは、改質ガス供給管43を介してマニホールド25に供給される。燃料流路24bの一端(下端)側は、マニホールド25の燃料導出口に接続されている。燃料導出口から導出された改質ガスは、燃料流路24bの一端(下端)側から導入され、燃料流路24bの他端(上端)側から導出される。
【0025】
カソードエア供給管44の一端側は、空気流路24cの一端側(下端)に接続されており、カソードエア供給管44の他端側は、カソードエアブロワ44aに接続されている。カソードエアブロワ44aによって送出されたカソードエアは、カソードエア供給管44を介して空気流路24cに供給される。カソードエアは、空気流路24cの一端(下端)側から導入され、空気流路24cの他端(上端)側から導出される。
【0026】
カソードエアブロワ44aは、第二室R2内に配設されている。カソードエアブロワ44aは、第二室R2内の空気を吸入し、熱源部24である燃料電池の空気極に吐出する。カソードエアブロワ44aから吐出される空気の吐出量は、制御装置60によって調整制御される。制御装置60は、例えば、熱源部24である燃料電池の発電電力に応じて、空気の吐出量を制御することができる。
【0027】
熱源部24である燃料電池は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する。具体的には、複数のセル24aの各々の燃料極に供給された燃料と、空気極に供給された空気(酸化剤ガス)とにより発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化1および化2に示す反応が生じ、空気極では、下記化3に示す反応が生じる。このように、空気極で生成した酸化物イオン(O2−)が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより、電気エネルギーが発生する。なお、発電に使用されなかった改質ガスは、燃料流路24bから導出し、発電に使用されなかった酸化剤ガス(空気)は、空気流路24cから導出する。
(化1)
+O2−→HO+2e
(化2)
CO+O2−→CO+2e
(化3)
1/2O+2e→O2−
【0028】
燃焼部26は、燃料のオフガスである燃料オフガスと、酸化剤ガスのオフガスである酸化剤オフガスとが燃焼して、蒸発部22および改質部23を加熱する。具体的には、燃焼部26では、燃料流路24bから導出され、発電に使用されなかった改質ガス(燃料オフガス)と、空気流路24cから導出され、発電に使用されなかった酸化剤ガス(酸化剤オフガス)とが燃焼する。図1に示すように、燃焼部26は、蒸発部22および改質部23と、熱源部24との間の燃焼空間R3である。燃焼部26では、燃焼ガスによって蒸発部22および改質部23が加熱される。同図では、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する様子を複数の火炎27によって模式的に示している。また、燃焼部26は、熱源装置20内を動作温度に加熱する。その後、燃焼ガスは、導出口21aから熱源装置20の外部に排気される。
【0029】
このように、燃焼部26は、熱源部24から導出された燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼して、蒸発部22および改質部23を加熱する。すなわち、燃焼部26は、熱源部24である燃料電池から未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し、可燃性ガスと酸化剤ガスとが燃焼して燃焼ガスを導出する。なお、燃焼部26には、燃料オフガスを着火させる一対の着火ヒータ26a1,26a2が設けられている。
【0030】
(排熱回収システム30)
排熱回収システム30は、熱源部24の排熱と貯湯水との間で熱交換を行う。これにより、排熱回収システム30は、熱源部24の排熱を貯湯水に回収して蓄える。排熱回収システム30は、貯湯水を貯湯する貯湯槽31と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン32と、熱源装置20の排熱を用いて貯湯水を加熱する加熱装置33とを備えている。本実施形態では、加熱装置33は、熱交換器であり、熱源装置20から導出された燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる。
【0031】
貯湯槽31は、柱状容器を備えており、内部に貯湯水が層状に貯留されている。つまり、貯湯槽31に貯留されている貯湯水は、上部の温度が最も高温であり、下部にいくにしたがって低温となり、下部の温度が最も低温である。貯湯槽31の柱状容器の下部には、水供給源Ws(例えば、水道管などの水道設備)が接続されており、水供給源Wsから水(低温の水。例えば、水道水)が補給可能になっている。また、貯湯槽31の柱状容器の上部には、給湯器Hwsが接続されており、給湯器Hwsは、貯湯槽31に貯留された貯湯水(高温の水。温水)を利用可能になっている。給湯器Hwsは、例えば、排熱(潜熱)回収型の給湯器であり、貯湯槽31から供給された貯湯水を必要に応じて加熱することができる。
【0032】
貯湯水循環ライン32の一端側は、貯湯槽31の下部に接続され、貯湯水循環ライン32の他端側は、貯湯槽31の上部に接続されている。貯湯水循環ライン32には、一端側から他端側に向かって順に、貯湯水循環ポンプ32a、第一温度センサ32b、加熱装置33および第二温度センサ32cが配設されている。貯湯水循環ポンプ32aは、貯湯槽31の下部の貯湯水を吸引し、貯湯水循環ライン32を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽31の上部に吐出する。貯湯水循環ライン32を流通する貯湯水の流量(送出量)は、制御装置60によって制御される。貯湯水循環ポンプ32aは、例えば、第二温度センサ32cの検出温度(貯湯水の貯湯槽31の入口温度)が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御される。
【0033】
第一温度センサ32bは、加熱装置33の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン32であって、加熱装置33と貯湯槽31との間に配設されている。第一温度センサ32bは、加熱装置33である熱交換器の入口温度(すなわち、貯湯槽31の出口温度)を検出し、検出結果を制御装置60に送信する。第二温度センサ32cは、加熱装置33の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン32に配設されている。第二温度センサ32cは、加熱装置33である熱交換器の出口温度(すなわち、貯湯槽31の入口温度)を検出し、検出結果を制御装置60に送信する。
【0034】
加熱装置33である熱交換器は、熱源部24である燃料電池の排熱を含む燃焼部26から排出される燃焼排ガスと、貯湯槽31の貯湯水との間で熱交換を行う。具体的には、加熱装置33には、熱源装置20から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに、貯湯槽31から貯湯水が供給される。そして、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する。加熱装置33は、筐体11内に配設されている。本実施形態では、加熱装置33は、熱源装置20の下部に設けられており、少なくとも加熱装置33の下部は、仕切部材12を貫通して第二室R2に突出している。
【0035】
加熱装置33は、ケーシング33aを備えている。ケーシング33aの上部は、熱源装置20のケーシング21の下部に設けられ、燃焼排ガスが導出される導出口21aに連通している。ケーシング33aの下部には、排気管45の一端側が接続されている。排気管45の他端側は、排気口11aに接続されている。ケーシング33aの底部には、純水器14に接続される凝縮水供給管46が接続されている。ケーシング33a内には、貯湯水循環ライン32に接続される熱交換部33bが配設されている。
【0036】
熱源装置20から排出された燃焼排ガスは、導出口21aを通ってケーシング33a内に導入される。燃焼排ガスは、貯湯水が流通する熱交換部33bを通過する際に、貯湯水との間で熱交換が行われて、凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは、排気管45を通って排気口11aから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管46を通って純水器14に供給される(自重で落水する)。一方、熱交換部33bに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。
【0037】
加熱装置33の燃焼排ガス導入部であるケーシング21の導出口21aには、第二燃焼部28が設けられている。第二燃焼部28は、燃焼部26から排気される未使用の可燃性ガス(例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など)を導入し、燃焼して導出する。第二燃焼部28は、可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒を備えている。燃焼触媒は、例えば、白金、パラジウムなどの貴金属をセラミックの単体などに担持させて生成することができる。燃焼触媒は、ペレット状のものを充填しても良く、セラミック・メタルのハニカムや発泡金属上に担持させることもできる。第二燃焼部28には、燃焼触媒ヒータ28aが設けられている。燃焼触媒ヒータ28aは、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃性ガスを燃焼させる。燃焼触媒ヒータ28aは、制御装置60から出力される指令にしたがって、加熱される。
【0038】
コジェネレーションシステム1は、水タンク13および純水器14を備えている。水タンク13および純水器14は、第二室R2内に配設されている。純水器14は、例えば、粒状のイオン交換樹脂を内蔵している。純水器14は、加熱装置33である熱交換器から排出された凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化する。なお、加熱装置33から供給される凝縮水の状態によっては、中空糸フィルタなどを設置しても良い。純水器14は、配管47を介して水タンク13に連通しており、純水器14内の純水は、配管47を介して水タンク13に導出される。このようにして、純水器14は、加熱装置33から排出された凝縮水を純水化して水タンク13に供給する。水タンク13は、純水器14から導出された純水を貯蔵する。
【0039】
また、コジェネレーションシステム1は、第二室R2を形成する筐体11に形成された空気導入口11bと、第一室R1を形成する筐体11に形成された空気導出口11cと、空気導入口11bに設けられた換気用空気ブロワ15と、を備えている。換気用空気ブロワ15は、筐体11内を換気する。換気用空気ブロワ15が作動すると、外気が空気導入口11bを介して換気用空気ブロワ15に吸入され、第二室R2に送出される。さらに、第二室R2内の気体(主として空気)は、仕切部材12を通って第一室R1に流れ、第一室R1内の気体は、空気導出口11cを介して外部に排出される。
【0040】
(電力変換器50)
熱源部24である燃料電池は、電力変換器50を介して電源ライン52に接続されている。電力変換器50は、公知の昇圧型DC/DCコンバータおよびインバータを備えている。電力変換器50には、熱源部24である燃料電池から出力された直流電力が入力される。昇圧型DC/DCコンバータは、入力された直流電力を昇圧する。インバータは、昇圧型DC/DCコンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換して、電源ライン52に出力する。電源ライン52には、系統電源51および外部負荷53が接続されている。電力変換器50は、電源ライン52を介して外部負荷53に電力を供給する。
【0041】
また、電力変換器50は、公知のAC/DCコンバータを備えている。AC/DCコンバータは、系統電源51から供給された交流電力を直流電力に変換して、補機や制御装置60に出力する。補機として、例えば、既述の改質水ポンプ41a、流体機器42aである原料ポンプおよびカソードエアブロワ44aなどが挙げられる。また、補機として、例えば、既述の貯湯水循環ポンプ32aおよび換気用空気ブロワ15などが挙げられる。さらに、補機として、例えば、既述の第一温度センサ32bおよび第二温度センサ32cなどの各種センサや一対の着火ヒータ26a1,26a2および燃焼触媒ヒータ28aなどの各種ヒータなどが挙げられる。なお、補機は、上述の補機に限定されるものではない。
【0042】
系統電源51は、例えば、電気事業者(例えば、電力会社など)が保有する商用の配電線網から供給される交流電源をいう。系統電源51は、単相であっても、多相(例えば、三相)であっても良い。系統電源51は、外部負荷53に電力を供給する。外部負荷53は、電力を駆動源とする負荷であり、例えば、家庭用電気機器(電化製品など)、産業用電気機器(ロボットなど)が挙げられる。外部負荷53は、一つであっても複数であっても良い。
【0043】
(制御装置60)
制御装置60には、既述した補機が電気的に接続されている。図2に示すように、制御装置60は、公知の中央演算装置60a、記憶装置60bおよび入出力インターフェース60cを備えており、これらは、バス60dを介して電気的に接続されている。制御装置60は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、補機を含む外部機器との間で、入出力信号の授受を行うことができる。
【0044】
中央演算装置60aは、CPU:Central Processing Unitであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置60bは、第一記憶装置60b1および第二記憶装置60b2を備えている。第一記憶装置60b1は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置(RAM:Random Access Memory)であり、第二記憶装置60b2は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置(ROM:Read Only Memory)である。入出力インターフェース60cは、補機を含む外部機器との間で、入出力信号を送受信する。
【0045】
例えば、中央演算装置60aは、第二記憶装置60b2に記憶されている補機の駆動制御プログラムを第一記憶装置60b1に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。中央演算装置60aは、当該駆動制御プログラムに基づいて、補機の駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、入出力インターフェース60cおよびドライバ回路(図示略)などの駆動回路を介して、補機に付与される。このようにして、補機は、制御装置60によって駆動制御される。以上のことは、電力変換器50の制御についても同様に言える。
【0046】
<<流体機器42aの種別の判別>>
図3は、流体機器42aの駆動条件(駆動周波数)と出力(流量)の関係の一例を示す図である。曲線L11は、A種の流体機器42aの特性を示しており、曲線L12は、B種の流体機器42aの特性を示している。縦軸は、流体機器42aの出力(流体機器42aが送出する流体の流量)を示し、横軸は、流体機器42aの駆動条件(駆動周波数)を示している。これらの特性は、例えば、流体機器42aの仕様、シミュレーション、実機による検証などによって予め取得することができる。
【0047】
図3に示すように、A種の流体機器42aを駆動周波数f11で駆動させたときに、A種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q11である。一方、B種の流体機器42aを駆動周波数f11で駆動させたときに、B種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q21である。このとき、流量Q11と流量Q21との流量差ΔQ1は小さく、駆動周波数f11における両者の流量は、近似している。
【0048】
また、A種の流体機器42aを駆動周波数f12で駆動させたときに、A種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q12である。一方、B種の流体機器42aを駆動周波数f12で駆動させたときに、B種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q22である。このとき、流量Q12と流量Q22との流量差ΔQ2は、流量差ΔQ1と比べて大きいが、駆動周波数f12における両者の流量は、後述する流量差ΔQ3および流量差ΔQ4と比べて小さい。
【0049】
このように、流体機器42aの出力が近似している(出力差が小さい)駆動条件で流体機器42aを駆動させて、流体機器42aの出力に基づいて流体機器42aの種別を判別すると、流体機器42aの種別を誤判別する可能性がある。したがって、流体機器42aの駆動条件に流体機器42aの出力が近似する駆動条件が含まれる場合であっても、流体機器42aの種別を適切に判別する必要がある。
【0050】
図4に示すように、制御装置60は、制御ブロックとして捉えると、流体機器判別部61と、故障診断部62と、判別結果表示部63と、制御パラメータ設定部64とを備えている。以下、各制御ブロックについて、詳細に説明する。
【0051】
(流体機器判別部61)
流体機器判別部61は、流体機器42aの種別によって流体機器42aの出力に差異が生じる駆動条件で流体機器42aを駆動させたときの流体機器42aの出力に基づいて、流体機器42aの種別を判別する。
【0052】
既述したように、流体機器42aは、例えば、ダイヤフラムポンプを用いている。そのため、図3に示すように、流体機器42aの駆動周波数が所定駆動周波数(A種の流体機器42aでは、駆動周波数f12、B種の流体機器42aでは、駆動周波数f13)以上になると、ダイヤフラムの往復運動が駆動周波数に追従できなくなり、流量が低下し始める。そして、A種の流体機器42aを駆動周波数f13で駆動させたときに、A種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q13になる(流量0であり、流体機器42aの出力無し)。一方、B種の流体機器42aを駆動周波数f13で駆動させたときに、B種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q23になる(流体機器42aの出力有り)。このとき、流量Q13と流量Q23との流量差ΔQ3は、流量差ΔQ2と比べて数倍大きく、駆動周波数f13における両者の流量は、明確に異なる。
【0053】
同様に、A種の流体機器42aを駆動周波数f14で駆動させたときに、A種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q14である(流量0であり、流体機器42aの出力無し)。一方、B種の流体機器42aを駆動周波数f14で駆動させたときに、B種の流体機器42aが送出する流体の流量は、流量Q24である(流体機器42aの出力有り)。このとき、流量Q14と流量Q24との流量差ΔQ4は、流量差ΔQ3より小さいが、流量差ΔQ2と比べて十分大きい。つまり、駆動周波数f14における両者の流量は、明確に異なる。
【0054】
このように、流体機器判別部61は、流体機器42aの種別によって流体機器42aの出力に差異が生じる駆動条件(上述した例では、駆動周波数f13または駆動周波数f14)で、流体機器42aを駆動させる。そして、流体機器判別部61は、このときの流体機器42aの出力に基づいて、流体機器42aの種別を判別する。また、流体機器判別部61は、流体機器42aの出力の有無または流体機器42aの出力値によって、流体機器42aの種別を判別すると好適である。
【0055】
まず、流体機器42aの出力の有無によって、流体機器42aの種別を判別する場合を想定する。例えば、流体機器42aを駆動周波数f13で駆動させたときに、流体機器42aが送出する流体の出力が無いもの(流量0)とする。このとき、流体機器判別部61は、流体機器42aがA種の流体機器42aであると判別する。一方、流体機器42aを駆動周波数f13で駆動させたときに、流体機器42aが送出する流体の出力が有るもの(流量Q23)とする。このとき、流体機器判別部61は、流体機器42aがB種の流体機器42aであると判別する。以上のことは、流体機器42aを駆動周波数f14で駆動させた場合についても同様に言える。
【0056】
次に、上述した例において、流体機器42aの出力値によって、流体機器42aの種別を判別する場合を想定する。この場合、流体機器42aが送出する流体の出力(流量値)が流量0の場合に、流体機器判別部61は、流体機器42aがA種の流体機器42aであると判別する。一方、流体機器42aが送出する流体の出力(流量値)が流量Q23の場合に、流体機器判別部61は、流体機器42aがB種の流体機器42aであると判別する。なお、流体機器42aの出力(流量値)の検出誤差、ノイズ等による影響、経年変化等による流体機器42aの出力値の変動などを考慮して、流体機器42aの種別を判別することもできる。この場合、流体機器判別部61は、流体機器42aの出力(流量値)が所定範囲にあるか否かによって、流体機器42aの種別を判別すると好適である。所定範囲は、上述した事情を考慮して、流体機器42aの種別に応じて予め設定される。以上のことは、流体機器42aを駆動周波数f14で駆動させた場合についても同様に言える。
【0057】
また、上述したことは、流体機器42aが送出する流体の圧力またはデューティ比、流体機器42aの消費電力若しくは回転式の流体機器42aにおける駆動回転数についても同様に言える。具体的には、流体機器42aが送出する流体の流量が増加すると、流体機器42aが送出する流体の圧力、デューティ比および流体機器42aが消費する消費電力は、いずれも増加する傾向がみられる。また、回転式の流体機器42aでは、流体機器42aが送出する流体の流量が増加すると、流体機器42aの駆動回転数は増加する傾向がみられる。逆に、流体機器42aが送出する流体の流量が減少すると、上述した流体機器42aの出力は、いずれも減少する傾向がみられる。
【0058】
なお、流体機器42aの出力の有無によって、三種類以上の流体機器42aの種別をすべて判別することは困難である。よって、三種類以上の流体機器42aの種別を判別する場合、流体機器判別部61は、流体機器42aの出力値によって、流体機器42aの種別を判別すると好適である。また、流体機器42aの種別を判別する駆動条件は、流体機器42aの種別によって流体機器42aの出力に差異が生じる駆動条件であれば良く、流体機器42aの駆動周波数に限定されるものではない。さらに、流体機器42aの出力の差異は、流体機器42aの種別を誤判別しない程度の出力差があれば良い。
【0059】
本実施形態のコジェネレーションシステム1によれば、制御装置60は、流体機器判別部61を備える。流体機器判別部61は、流体機器42aの種別によって流体機器42aの出力に差異が生じる駆動条件で流体機器42aを駆動させたときの流体機器42aの出力に基づいて、流体機器42aの種別を判別する。そのため、流体機器42aの駆動条件に流体機器42aの出力が近似する駆動条件が含まれる場合であっても、流体機器判別部61は、流体機器42aの種別を適切に判別することができる。
【0060】
また、本実施形態のコジェネレーションシステム1によれば、流体機器判別部61は、流体機器42aの出力の有無または流体機器42aの出力値によって、流体機器42aの種別を判別する。そのため、流体機器判別部61は、流体機器42aの種別を簡易に判別することができ、適切に判別することができる。
【0061】
(故障診断部62)
上述した例では、流体機器42aを駆動周波数f13で駆動させたときに、流体機器42aが送出する流体の出力が無いこと(流量0)により、流体機器判別部61は、流体機器42aがA種の流体機器42aであると判別している。しかしながら、流体機器42aの故障などによって、流体機器42aの出力が無い可能性がある。そこで、制御装置60は、故障診断部62を備えると好適である。
【0062】
故障診断部62は、流体機器42aの出力が無いことによって、流体機器判別部61が流体機器42aの種別を判別したときに、流体機器42aの種別を判別したときの駆動条件と異なる駆動条件であって流体機器42aの出力が見込まれる駆動条件で流体機器42aを駆動させて、いずれの駆動条件においても流体機器42aの出力が無いときに流体機器42aの故障であると判断する。
【0063】
上述した例では、故障診断部62は、駆動周波数f11または駆動周波数f12で流体機器42aを駆動させる。例えば、流体機器42aを駆動周波数f12で駆動させたときに、流体機器42aが送出する流体の出力が無い場合(流量0の場合)、故障診断部62は、流体機器42aの故障であると判断する。流体機器42aの故障には、流量計などの出力検出器42bの故障も含まれる。この場合、流体機器判別部61の判別結果が取り消される。一方、流体機器42aを駆動周波数f12で駆動させたときに、流体機器42aが送出する流体の出力が有る場合(流量Q12の場合)、故障診断部62は、流体機器42aが故障していないと判断する。この場合、流体機器判別部61の判別結果は、取り消されない。つまり、流体機器42aがA種の流体機器42aである旨の判別結果は維持される。
【0064】
本実施形態のコジェネレーションシステム1によれば、制御装置60は、故障診断部62を備える。故障診断部62は、流体機器42aの出力が無いことによって、流体機器判別部61が流体機器42aの種別を判別したときに、流体機器42aの種別を判別したときの駆動条件と異なる駆動条件であって流体機器42aの出力が見込まれる駆動条件で流体機器42aを駆動させて、いずれの駆動条件においても流体機器42aの出力が無いときに流体機器42aの故障であると判断する。そのため、本実施形態のコジェネレーションシステム1は、流体機器42aの故障に起因する流体機器42aの種別の誤判別を抑制することができる。
【0065】
(判別結果表示部63)
制御装置60は、判別結果表示部63を備えると好適である。判別結果表示部63は、流体機器判別部61によって判別された判別結果を表示する。判別結果表示部63は、公知の表示器(例えば、液晶表示器など)を用いて判別結果を表示することができる。表示器は、操作者用の表示器などの他の表示器と兼用することもできる。また、判別結果表示部63は、流体機器判別部61による判別結果が予め定められた種別と異なるときに、警告を表示すると好適である。警告は、例えば、流体機器42aの種別が異なるので、流体機器42aを予め定められた種別に変更するように指示することが挙げられる。また、制御装置60が故障診断部62を備える場合には、判別結果表示部63は、故障診断部62による診断結果を併せて表示することもできる。
【0066】
本実施形態のコジェネレーションシステム1によれば、制御装置60は、判別結果表示部63を備える。そのため、コジェネレーションシステム1の操作者は、流体機器判別部61の判別結果を容易に知得することができる。また、判別結果表示部63は、流体機器判別部61による判別結果が予め定められた種別と異なるときに警告を表示するので、操作者は、警告表示の有無によって、搭載されている流体機器42aの種別の適否を容易に知得することができる。その結果、予め定められた種別と異なる流体機器42aを駆動させることに起因する制御パラメータの不一致を抑制することができ、流体機器42aが送出する流体の脈動などの不具合を抑制することができる。
【0067】
(制御パラメータ設定部64)
流体機器42aは、例えば、公知のフィードバック制御によって駆動制御することができる。フィードバック制御は、制御対象(本実施形態では、流体機器42a)の出力検出値を制御装置(本実施形態では、制御装置60)にフィードバックさせて、出力検出値が出力目標値と一致するように(出力検出値と出力目標値との偏差が無くなるように)制御する。このとき、例えば、比例制御(P制御)、積分制御(I制御)および微分制御(D制御)のうちの少なくとも比例制御(P制御)および積分制御(I制御)を用いると好適である。比例制御(P制御)の比例ゲイン、積分制御(I制御)の積分ゲイン、微分制御(D制御)の微分ゲインは、制御パラメータに含まれる。
【0068】
例えば、比例ゲインを大きくすると、上記偏差を短時間に小さくすることができる。また、積分ゲインを大きくすると、上記偏差によるオフセット(定常偏差)を短時間に解消することができる。さらに、微分ゲインを大きくすると、上記偏差の振動を短時間に収束することができ、外乱に対して強くなる。これらの制御パラメータは、流体機器42aの種別によって、最適な制御パラメータが異なる場合が多く、例えば、シミュレーション、実機による調整などによって、流体機器42aの種別に応じて予め取得しておくと良い。換言すれば、流体機器42aの種別に応じた適切な制御パラメータが設定されていないと、流体機器42aが送出する流体の脈動などの不具合が生じる可能性がある。
【0069】
そこで、制御装置60は、制御パラメータ設定部64を備えると好適である。制御パラメータ設定部64は、流体機器判別部61によって判別された判別結果に応じて、流体機器42aを駆動制御するときに用いる制御パラメータを設定する。
【0070】
例えば、A種の流体機器42aに最適な制御パラメータをA種用の制御パラメータ(例えば、駆動周波数fa、比例ゲインKPa、積分ゲインKIa)とし、B種の流体機器42aに最適な制御パラメータをB種用の制御パラメータ(例えば、駆動周波数fb、比例ゲインKPb、積分ゲインKIb)とする。流体機器判別部61によって判別された判別結果がA種の流体機器42aであるときには、制御パラメータ設定部64は、A種用の制御パラメータを設定する。一方、流体機器判別部61によって判別された判別結果がB種の流体機器42aであるときには、制御パラメータ設定部64は、B種用の制御パラメータを設定する。
【0071】
本実施形態のコジェネレーションシステム1によれば、制御装置60は、制御パラメータ設定部64を備える。そのため、制御パラメータ設定部64は、流体機器42aの種別に応じた適切な制御パラメータを設定することができる。これにより、例えば、仕様変更などによって、流体機器42aの種別が変更された場合であっても、変更後の流体機器42aの種別に応じた適切な制御パラメータが設定される。よって、本実施形態のコジェネレーションシステム1は、制御パラメータの不一致に起因して、流体機器42aが送出する流体が脈動するなどの不具合を抑制することができる。
【0072】
(流体機器42aの種別の判別時期および制御フロー)
コジェネレーションシステム1が定常運転を行っているときに流体機器42aの種別の判別を行うと、判別結果によっては、コジェネレーションシステム1の運転を停止させる可能性がある。また、運転を継続させる場合であっても、上述した制御パラメータなどの変更によって、コジェネレーションシステム1の運転状態が変動する可能性がある。
【0073】
そこで、流体機器判別部61は、コジェネレーションシステム1が定常運転を開始する前の起動運転において、流体機器42aの種別を判別すると好適である。これにより、定常運転後に、流体機器42aの種別を判別することに起因するコジェネレーションシステム1の運転停止を抑制することができ、コジェネレーションシステム1の運転状態の変動を抑制することができる。
【0074】
また、本実施形態のコジェネレーションシステム1では、熱源部24は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池である。さらに、熱源装置20は、熱源部24である燃料電池と、蒸発部22と、改質部23とを備える燃料電池モジュールである。蒸発部22は、燃料電池の燃焼ガスにより加熱され供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用原料を予熱する。改質部23は、蒸発部22から供給された水蒸気と改質用原料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する。
【0075】
上述したコジェネレーションシステム1では、流体機器判別部61は、燃料電池のオフガスに着火する前の起動運転において、流体機器42aの種別を判別すると好適である。制御装置60は、例えば、操作者によって始動スイッチ(図示略)が操作されて運転が開始され、または、計画運転にしたがって運転が開始されると、図5に示す制御フローにしたがって流体機器42aの種別が判別される。
【0076】
具体的には、制御装置60は、起動運転を行い、改質用原料の供給を開始する。このとき、改質用原料に含まれる付臭剤が脱硫器42cによって吸着(脱硫)される。また、制御装置60は、燃料電池のオフガスに着火する前か否かを判断する(ステップS10)。既述したように、オフガスへの着火は、一対の着火ヒータ26a1,26a2が用いられる。オフガスへの着火が行われると、燃焼部26による燃焼が始まり、熱源装置20内の温度が上昇する。そのため、本実施形態では、流体機器判別部61は、燃料電池のオフガスに着火する前の起動運転において、流体機器42aの種別を判別する。
【0077】
制御装置60は、燃料電池のオフガスに着火する前の場合(Yesの場合)、流体機器42aの駆動周波数を駆動周波数f13に設定し、流体機器42aをパルス幅変調(PWM)制御によって駆動させるときのデューティ比をデューティ比DF1に設定する(ステップS11)。つまり、流体機器42aは、駆動周波数f13のときに、デューティ比DF1になるようにフィードバック制御される。なお、オフガスに着火した後の場合(Noの場合)、流体機器42aの種別の判別のための制御は、一旦、終了する。
【0078】
流体機器判別部61は、流体機器42aの出力の有無(例えば、流量の有無)を判断する(ステップS12)。流体機器42aの出力(流量)は、出力検出器42bによって検出され、流体機器42aの出力の有無は、例えば、流体機器42aの出力(流量)が所定閾値(図3に示す流量Q1)より大きいか否かによって判断することができる。流体機器42aの出力(流量)が無い場合(Yesの場合であり、流体機器42aの出力(流量)が所定閾値(流量Q1)より小さい場合)、流体機器判別部61は、流体機器42aの種別をA種であると判別する。
【0079】
次に、故障診断部62は、流体機器42aの駆動周波数を駆動周波数f12に設定し、デューティ比をデューティ比DF2に設定する(ステップS13)。そして、故障診断部62は、流体機器42aの出力(流量)の有無を判断する(ステップS14)。流体機器42aの出力(流量)が無い場合(Noの場合であり、流体機器42aの出力(流量)が所定閾値(流量Q1)より小さい場合)、故障診断部62は、流体機器42aの故障であると判断し、判別結果表示部63は、流体機器42aが故障である旨を表示する(ステップS15)。また、この場合、流体機器判別部61の判別結果が取り消され、判別結果表示部63は、流体機器42aの故障により流体機器42aの種別が判別不可である旨を表示する。そして、故障診断部62は、流体機器42aを駆動停止させる(ステップS16)。
【0080】
一方、ステップS14において、流体機器42aの出力(流量)が有る場合(Yesの場合であり、流体機器42aの出力(流量)が所定閾値(流量Q1)より大きい場合)、故障診断部62は、流体機器42aが故障していないと判断する。この場合、流体機器判別部61の判別結果は、取り消されない。つまり、流体機器42aがA種の流体機器42aである旨の判別結果は維持される。そして、判別結果表示部63は、判別結果(A種の流体機器42aである旨)を表示する(ステップS17)。また、判別結果表示部63は、判別結果が予め定められた種別と異なるときに、その旨の警告を表示することもできる。さらに、制御パラメータ設定部64は、流体機器42aの制御パラメータをA種用の制御パラメータに設定し、運転を継続する(ステップS18)。そして、流体機器42aの種別の判別のための制御は、一旦、終了する。なお、制御装置60は、判別結果が予め定められた種別と異なるときに運転を停止させて、流体機器42aを予め定められた種別に変更するように指示をしても良い。
【0081】
ステップS12において、流体機器42aの出力(流量)が有る場合(Noの場合であり、流体機器42aの出力(流量)が所定閾値(流量Q1)より大きい場合)、流体機器判別部61は、流体機器42aの種別をB種であると判別する。そして、判別結果表示部63は、判別結果(B種の流体機器42aである旨)を表示する(ステップS19)。また、判別結果表示部63は、判別結果が予め定められた種別と異なるときに、その旨の警告を表示することもできる。さらに、制御パラメータ設定部64は、流体機器42aの制御パラメータをB種用の制御パラメータに設定し、運転を継続する(ステップS20)。そして、流体機器42aの種別の判別のための制御は、一旦、終了する。なお、制御装置60は、判別結果が予め定められた種別と異なるときに運転を停止させて、流体機器42aを予め定められた種別に変更するように指示をしても良い。
【0082】
なお、制御装置60は、図6に示す制御フローにしたがって流体機器42aの種別を判別することもできる。この場合、流体機器42aの種別の判別のための制御は、ステップS11の代わりにステップS11aを備え、ステップS12の代わりにステップS12aを備え、ステップS13の代わりにステップS13aを備え、ステップS14の代わりにステップS14aを備える。具体的には、制御装置60は、燃料電池のオフガスに着火する前の場合(ステップS10においてYesの場合)、流体機器42aの駆動周波数を駆動周波数f13に設定し、流体機器42aの流量を流量Q13に設定する(ステップS11a)。つまり、流体機器42aは、駆動周波数f13のときに、流量Q13になるようにフィードバック制御される。
【0083】
この場合、流体機器判別部61は、例えば、デューティ比の有無によって、流体機器42aの出力の有無を判断することができる(ステップS12a)。流体機器42aの出力の有無は、例えば、流体機器42aの出力(デューティ比)が所定閾値より大きいか否かによって判断することができる。
【0084】
また、故障診断部62は、流体機器42aの駆動周波数を駆動周波数f12に設定し、流体機器42aの流量を流量Q12に設定する(ステップS13a)。そして、故障診断部62は、ステップS12aと同様にして、流体機器42aの出力(デューティ比)の有無を判断する(ステップS14a)。流体機器42aの出力(デューティ比)が無い場合(Noの場合であり、流体機器42aの出力(デューティ比)が所定閾値より小さい場合)、制御は、ステップS15に進む。一方、流体機器42aの出力(デューティ比)が有る場合(Yesの場合であり、流体機器42aの出力(デューティ比)が所定閾値より大きい場合)、制御は、ステップS17に進む。ステップS15〜ステップS20の内容は、図5に示す制御フローと同様であり、重複する説明を省略する。
【0085】
本実施形態のコジェネレーションシステム1では、熱源部24は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池である。また、熱源装置20は、燃料電池と蒸発部22と改質部23とを備える燃料電池モジュールである。上述した構成のコジェネレーションシステム1では、例えば、第二実施形態で説明するガスエンジン発電機を備えるコジェネレーションシステム1と比べて、起動運転に時間を要する。そのため、定常運転後に、流体機器42aの種別の判別に起因するコジェネレーションシステム1の運転停止などが生じると、再度、定常運転可能になるまでに時間を要し、運転効率が低下する。
【0086】
本実施形態のコジェネレーションシステム1によれば、流体機器判別部61は、燃料電池のオフガスに着火する前の起動運転において、流体機器42aの種別を判別する。そのため、熱源部24が燃料電池であり、熱源装置20が燃料電池モジュールであるコジェネレーションシステム1において、流体機器42aの種別の判別に起因するコジェネレーションシステム1の運転効率の低下を抑制することができる。
【0087】
<第二実施形態>
本実施形態のコジェネレーションシステム1は、熱源部24が、燃焼部29aであり、熱源装置20が、燃焼部29aと変換部29bとを備えるガスエンジン発電機である点で、第一実施形態と異なる。ガスエンジン発電機は、化石燃料と空気との燃焼によって発生した熱エネルギーを回転エネルギー(運動エネルギー)に変換し、変換された回転エネルギー(運動エネルギー)を電気エネルギーに変換して出力する。以下、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
【0088】
図7に示すように、熱源装置20であるガスエンジン発電機は、熱源部24である燃焼部29aと変換部29bとを備えている。燃焼部29aは、例えば、公知のガスタービンエンジン、レシプロエンジンなどの内燃機関または蒸気タービンエンジンなどの外燃機関を用いることができる。燃焼部29aには、燃料および空気が供給可能になっている。燃料は、種々の化石燃料を用いることができ、流体機器42aによって燃焼部29aに供給される。本実施形態では、流体機器42aは、燃料ポンプであり、化石燃料を送出する。燃焼部29aでは、燃料と空気とが燃焼され、発生した熱エネルギーが回転エネルギー(運動エネルギー)に変換される。
【0089】
変換部29bは、例えば、公知の直流発電機または交流発電機などを用いることができる。変換部29bでは、燃焼部29aから出力された回転エネルギー(運動エネルギー)が電気エネルギーに変換される。変換部29bとして直流発電機を用いる場合、変換部29bは、直流電力を出力し、変換部29bとして交流発電機を用いる場合、変換部29bは、交流電力を出力する。なお、変換部29bとして交流発電機を用いる場合、ダイオードブリッジなどの公知の整流器を設けると良い。これにより、熱源装置20は、燃料電池モジュールの場合と同様に、直流電力を出力することができる。
【0090】
本実施形態においても、制御装置60は、第一実施形態で既述の流体機器判別部61を備える。また、制御装置60は、第一実施形態で既述の故障診断部62、判別結果表示部63および制御パラメータ設定部64のうちの少なくとも一つを備えると好適である。さらに、流体機器判別部61は、コジェネレーションシステム1が定常運転を開始する前の起動運転において、流体機器42aの種別を判別すると好適である。これにより、本実施形態のコジェネレーションシステム1は、第一実施形態で既述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【0091】
<その他>
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態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することができる。例えば、流体機器42aは、コジェネレーションシステム1において用いられる流体を送出することができれば良く、原料ポンプまたは燃料ポンプに限定されるものではない。流体機器42aとして、例えば、第一実施形態で既述した改質水ポンプ41a、カソードエアブロワ44a、貯湯水循環ポンプ32aなどが挙げられる。また、流体は、気体(上述した例では、酸化剤ガスである空気など)であっても良く、液体(上述した例では、改質水、貯湯水など)であっても良い。
【符号の説明】
【0092】
1:コジェネレーションシステム、
20:熱源装置、22:蒸発部、23:改質部、24:熱源部、
31:貯湯槽、33:加熱装置、
42a:流体機器、
60:制御装置、
61:流体機器判別部、62:故障診断部、63:判別結果表示部、
64:制御パラメータ設定部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7