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  • 特開-ガス消費型発電システム 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024125891
(43)【公開日】2024-09-19
(54)【発明の名称】ガス消費型発電システム
(51)【国際特許分類】
   H01M 8/04746 20160101AFI20240911BHJP
   H01M 8/04228 20160101ALI20240911BHJP
   H01M 8/04303 20160101ALI20240911BHJP
   H01M 8/04 20160101ALI20240911BHJP
   H01M 8/04664 20160101ALI20240911BHJP
   H01M 8/04694 20160101ALI20240911BHJP
   H01M 8/04313 20160101ALI20240911BHJP
   H01M 8/12 20160101ALN20240911BHJP
【FI】
H01M8/04746
H01M8/04228
H01M8/04303
H01M8/04 H
H01M8/04664
H01M8/04694
H01M8/04313
H01M8/12 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023034013
(22)【出願日】2023-03-06
(71)【出願人】
【識別番号】000000284
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人R&C
(72)【発明者】
【氏名】松崎 崚
【テーマコード(参考)】
5H126
5H127
【Fターム(参考)】
5H126BB06
5H127AA07
5H127AB23
5H127AC02
5H127BA02
5H127BA05
5H127BA12
5H127BA18
5H127BA34
5H127BB02
5H127BB19
5H127DA11
5H127DB02
5H127DB09
5H127DB76
5H127DB90
5H127DB92
5H127DB96
5H127DC09
5H127DC99
5H127GG04
5H127GG09
(57)【要約】
【課題】非漏洩状態が設定継続時間に亘って継続されるとの予測の精度を高めたガス消費型発電システムを提供する。
【解決手段】ガス消費型発電システムSは、ガス消費型発電部FCと、ガス消費型発電部FCの運転を制御する運転制御部22と、記憶部24と、が設けられている。該ガス消費型発電システムSにおいて、運転制御部22は、第1環境条件を記憶部24から抽出し、停止処理の実行予定日の前日以前であって第1環境条件に類似した第2環境条件を抽出すると共に、第2環境条件に関連付けられた抽出期間のガス通流量を記憶部24から抽出し、抽出したガス通流量を累積して第1累積ガス通流量とする。また、運転制御部22は、実行予定日を含む抽出期間におけるガス通流量を記憶部24から抽出し、抽出したガス通流量を累積して第2累積ガス通流量とし、第2累積ガス通流量が第1累積ガス通流量以上になった後に、停止処理を実行する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
原燃料ガスの通流量が第1設定判定量以下となる状態が設定継続時間以上継続する、又は、前記設定継続時間での前記原燃料ガスの通流量の累積値が第2設定判定量以下になるという非漏洩状態が漏洩判定期間の間に設定回数生じないときには、停止解除条件が充足されないとして警報作動する、又は、前記原燃料ガスの供給遮断を行うように構成されたガスメータと、
当該ガスメータを経由して供給される前記原燃料ガスを用いて発電するガス消費型発電部と、
当該ガス消費型発電部の運転を制御する運転制御部と、が設けられ、
前記運転制御部が、前記漏洩判定期間が経過する前に、前記停止解除条件が充足されるまで前記ガス消費型発電部の運転を停止する停止処理を実行して前記非漏洩状態を継続させるように構成されたガス消費型発電システムであって、
環境条件を検出する環境条件検出部と、
前記ガスメータを経由した前記原燃料ガスのガス通流量を検出するガス通流量検出部と、
前記環境条件検出部で検出された前記環境条件を記憶すると共に、前記環境条件を検出したときに前記ガス通流量検出部で検出された前記ガス通流量を前記環境条件に関連付けて記憶する記憶部と、を備え、
前記運転制御部は、
前記停止処理の実行予定日における前記環境条件である第1環境条件を前記記憶部から抽出し、
前記実行予定日の前日以前であって前記第1環境条件に類似した前記環境条件である第2環境条件を抽出すると共に、前記第2環境条件に関連付けられた前記ガス通流量を含む抽出期間の前記ガス通流量を前記記憶部から抽出し、抽出した前記ガス通流量を累積して第1累積ガス通流量とし、
前記実行予定日を含む前記抽出期間における前記ガス通流量を前記記憶部から抽出し、抽出した前記ガス通流量を累積して第2累積ガス通流量とし、
前記第2累積ガス通流量が前記第1累積ガス通流量以上になった後に、前記停止処理を実行するガス消費型発電システム。
【請求項2】
前記抽出期間は、1日以内の期間である請求項1に記載のガス消費型発電システム。
【請求項3】
前記抽出期間は、1日を超えてさかのぼった期間である請求項1に記載のガス消費型発電システム。
【請求項4】
前記ガス消費型発電部が運転しているときに前記ガス消費型発電部に供給される前記原燃料ガスの前記ガス通流量である発電部ガス通流量を検出する発電部ガス通流量検出部を更に備え、
前記記憶部は、前記発電部ガス通流量を前記環境条件と前記ガス通流量とに関連付けて記憶し、
前記運転制御部は、前記実行予定日における前記ガス通流量検出部で検出した前記ガス通流量と、前記発電部ガス通流量検出部で検出した前記発電部ガス通流量とを前記記憶部から抽出し、前記ガス通流量と前記発電部ガス通流量とが同じになる時間が所定時間継続したときに、前記停止処理を実行する請求項1から3のいずれか一項に記載のガス消費型発電システム。
【請求項5】
前記ガス消費型発電部が運転しているときに前記ガス消費型発電部に供給される前記原燃料ガスの前記ガス通流量である発電部ガス通流量を検出する発電部ガス通流量検出部を更に備え、
前記記憶部は、前記発電部ガス通流量を前記環境条件と前記ガス通流量とに関連付けて記憶し、
前記運転制御部は、前記実行予定日の前日以前で、前記ガス通流量と前記発電部ガス通流量とが同じになる時間が継続する第1時間帯を前記記憶部から抽出し、前記実行予定日において、前記第1時間帯の始期になったときに、前記停止処理を実行する請求項1から3のいずれか一項に記載のガス消費型発電システム。
【請求項6】
前記運転制御部は、前記実行予定日の前日以前で、前記ガス通流量が所定量以下となる時間が継続する第2時間帯を前記記憶部から抽出し、前記実行予定日における前記第2時間帯の始期になったときに、前記停止処理を実行する請求項1から3のいずれか一項に記載のガス消費型発電システム。
【請求項7】
前記ガス消費型発電部は、前記原燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料電池部を有する請求項1から3のいずれか一項に記載のガス消費型発電システム。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス消費型発電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
いわゆるマイコンメータ等のガスメータは、都市ガス等の供給ガスの通流量がゼロ又は少ないことを示す非漏洩条件を満たす状態が漏洩判定期間の間に設定回数生じないときには、警報作動する又は供給ガスの供給遮断を行うように構成されている。
【0003】
特許文献1には、制御装置が、漏洩判定期間(30日)の2日前に相当する日(28日)又は1日前に相当する日(29日)において、消費電力又は発電電力が最小になり且つ給湯負荷及び温水負荷が少なくなると予測される時間帯に燃料電池ユニットの運転を停止させる燃料電池システムが開示されている。該燃料電池システムにおいては、燃料電池ユニットの運転を停止した後においては、燃料電池やガス器具へ燃料ガスを供給しない時間が設定継続時間(60分)に対応する所定時間(60分)を継続したか否かを判断し、所定時間を継続した場合には、設定解除条件が満たされたとして、燃料電池ユニットを再起動するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005-353292号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1において、消費電力又は発電電力が最小になり且つ給湯負荷及び温水負荷が少なくなると予測される時間帯は、ガスメータ(特許文献1ではマイコンメータ)を経由した燃料ガスの消費が少ない時間帯である燃料ガス少消費時間帯、つまり、ガスメータを経由した燃料ガスが燃料電池ユニット以外のガス機器においても使用される可能性が少ない時間帯と考えることができる。したがって、燃料ガス少消費時間帯において燃料電池を停止させたときに、燃料電池ユニットに対する燃料ガスの供給が設定継続時間(例えば、60分)以上に亘って停止されれば、ガスメータを経由した燃料ガスの消費が設定継続時間(例えば、60分)以上に亘ってなくなる状態を現出できる。これにより、ガスメータの警報作動を適切に回避させることができる。
【0006】
しかしながら、燃料電池システムにおいては、燃料電池を停止させた状態においても、ガス器具が使用された場合には、当該ガス機器に燃料ガスを供給することになるため、燃料電池ユニットに対して燃料ガスを供給しない時間が、設定継続時間(例えば、60分)よりも短くなる場合がある。そのような場合に燃料電池ユニットに対して燃料ガスを供給しない時間が設定継続時間(例えば、60分)よりも長くなるのは、ガス器具の使用が停止されてからとなる。この場合、燃料ガス少消費時間帯を超えた時間帯まで、燃料電池を停止させ続けなければならない不都合があり、ガスメータの警報作動を適切に回避できないおそれがある。また、燃料電池ユニットの停止時間が不必要に長くなるおそれがある。
【0007】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、非漏洩状態が設定継続時間に亘って継続されるとの予測の精度を高めたガス消費型発電システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するための本発明に係るガス消費型発電システムの特徴構成は、原燃料ガスの通流量が第1設定判定量以下となる状態が設定継続時間以上継続する、又は、前記設定継続時間での前記原燃料ガスの通流量の累積値が第2設定判定量以下になるという非漏洩状態が漏洩判定期間の間に設定回数生じないときには、停止解除条件が充足されないとして警報作動する、又は、前記原燃料ガスの供給遮断を行うように構成されたガスメータと、当該ガスメータを経由して供給される前記原燃料ガスを用いて発電するガス消費型発電部と、当該ガス消費型発電部の運転を制御する運転制御部と、が設けられ、前記運転制御部が、前記漏洩判定期間が経過する前に、前記停止解除条件が充足されるまで前記ガス消費型発電部の運転を停止する停止処理を実行して前記非漏洩状態を継続させるように構成されたガス消費型発電システムであって、環境条件を検出する環境条件検出部と、前記ガスメータを経由した前記原燃料ガスのガス通流量を検出するガス通流量検出部と、前記環境条件検出部で検出された前記環境条件を記憶すると共に、前記環境条件を検出したときに前記ガス通流量検出部で検出された前記ガス通流量を前記環境条件に関連付けて記憶する記憶部と、を備え、前記運転制御部は、前記停止処理の実行予定日における前記環境条件である第1環境条件を前記記憶部から抽出し、前記実行予定日の前日以前であって前記第1環境条件に類似した前記環境条件である第2環境条件を抽出すると共に、前記第2環境条件に関連付けられた前記ガス通流量を含む抽出期間の前記ガス通流量を前記記憶部から抽出し、抽出した前記ガス通流量を累積して第1累積ガス通流量とし、前記実行予定日を含む前記抽出期間における前記ガス通流量を前記記憶部から抽出し、抽出した前記ガス通流量を累積して第2累積ガス通流量とし、前記第2累積ガス通流量が前記第1累積ガス通流量以上になった後に、前記停止処理を実行する点にある。
【0009】
上記特徴構成によれば、運転制御部は、停止処理の実行予定日における第1環境条件を記憶部から抽出し、実行予定日の前日以前であって第1環境条件に類似した第2環境条件を抽出すると共に、第2環境条件に関連付けられたガス通流量を含む抽出期間のガス通流量を前記記憶部から抽出する。これにより、停止処理の実行予定日の第1環境条件に類似した第2環境条件を検出したときのガス通流量が分かる。そして、抽出した第2環境条件に関連付けられた抽出期間のガス通流量を累積して第1累積ガス通流量とし、実行予定日を含む抽出期間におけるガス通流量を記憶部から抽出して累積して第2累積ガス通流量とし、第1累積ガス通流量と第2累積ガス通流量とを比較する。そして、第2累積ガス通流量が第1累積ガス通流量以上になった後に、停止処理を実行する。
【0010】
例えば、環境条件が類似した日には、ガス機器やガス消費型発電部等において消費されるガス通流量は同程度であると考えられる。そのため、第1累積ガス通流量以上を停止処理の実行予定日に消費すると(第2累積ガス通流量)、実行予定日にはそれ以上原燃料ガスが通流される可能性は低い。そのため、第2累積ガス通流量が第1累積ガス通流量以上になった後に、運転制御部がガス消費型発電部の停止処理を実行すると、停止処理中に他のガス機器等が作動して原燃料ガスが通流する可能性は低いと予測され、非漏洩状態が生じる可能性が高いと予測される。
【0011】
これにより、停止解除条件を充足し、ガスメータの警報作動を回避することができる可能性が高いと予測される。したがって、非漏洩状態が生じるとの予測の精度を高めたガス消費型発電システムを提供することができた。
【0012】
本発明に係るガス消費型発電システムの別の特徴構成は、前記抽出期間は、1日以内の期間である点にある。
【0013】
上記特徴構成によれば、第2環境条件の日におけるトータルのガス通流量を第1ガス通流量とし、停止処理の実行予定日のトータルのガス通流量を第2ガス通流量とするので、非漏洩状態が設定継続時間に亘って継続する可能性が高いとの予測の精度を高めることができる。
【0014】
本発明に係るガス消費型発電システムの別の特徴構成は、前記抽出期間は、1日を超えてさかのぼった期間である点にある。
【0015】
上記特徴構成によれば、第2環境条件の日を含む抽出期間におけるトータルのガス通流量を第1ガス通流量とし、停止処理の実行予定日を含む同じ抽出期間のトータルのガス通流量を第2ガス通流量とするので、複数日に亘るトータルのガス通流量を基準に非漏洩状態が設定継続時間に亘って継続する可能性を予測することができる。
【0016】
本発明に係るガス消費型発電システムの別の特徴構成は、前記ガス消費型発電部が運転しているときに前記ガス消費型発電部に供給される前記原燃料ガスの前記ガス通流量である発電部ガス通流量を検出する発電部ガス通流量検出部を更に備え、前記記憶部は、前記発電部ガス通流量を前記環境条件と前記ガス通流量とに関連付けて記憶し、前記運転制御部は、前記実行予定日における前記ガス通流量検出部で検出した前記ガス通流量と、前記発電部ガス通流量検出部で検出した前記発電部ガス通流量とを前記記憶部から抽出し、前記ガス通流量と前記発電部ガス通流量とが同じになる時間が所定時間継続したときに、前記停止処理を実行する点にある。
【0017】
上記特徴構成によれば、運転制御部が、実行予定日におけるガス通流量と発電部ガス通流量とが同じになる時間が所定時間継続したときに、停止処理を実行するので、非漏洩状態が設定継続時間に亘って継続する可能性が高いとの予測の精度を更に高めることができる。
【0018】
本発明に係るガス消費型発電システムの別の特徴構成は、前記ガス消費型発電部が運転しているときに前記ガス消費型発電部に供給される前記原燃料ガスの前記ガス通流量である発電部ガス通流量を検出する発電部ガス通流量検出部を更に備え、前記記憶部は、前記発電部ガス通流量を前記環境条件と前記ガス通流量とに関連付けて記憶し、前記運転制御部は、前記実行予定日の前日以前で、前記ガス通流量と前記発電部ガス通流量とが同じになる時間が継続する第1時間帯を前記記憶部から抽出し、前記実行予定日において、前記第1時間帯の始期になったときに、前記停止処理を実行する点にある。
【0019】
上記特徴構成によれば、運転制御部が、実行予定日の前日以前で、ガス通流量と発電部ガス通流量とが同じになる時間が継続する第1時間帯を記憶部から抽出し、実行予定日において、第1時間帯の始期になったときに、停止処理を実行するので、非漏洩状態が設定継続時間に亘って継続する可能性が高いとの予測の精度を更に高めることができる。
【0020】
本発明に係るガス消費型発電システムの別の特徴構成は、前記運転制御部は、前記実行予定日の前日以前で、前記ガス通流量が所定量以下となる時間が継続する第2時間帯を前記記憶部から抽出し、前記実行予定日における前記第2時間帯の始期になったときに、前記停止処理を実行する点にある。
【0021】
上記特徴構成によれば、運転制御部が、実行予定日の前日以前で、ガス通流量が所定量以下となる時間が継続する第2時間帯を記憶部から抽出し、実行予定日における第2時間帯の始期になったときに、停止処理を実行するので、非漏洩状態が設定継続時間に亘って継続する可能性が高いとの予測の精度を更に高めることができる。
【0022】
本発明に係るガス消費型発電システムの別の特徴構成は、前記ガス消費型発電部は、前記原燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料電池部を有する点にある。
【0023】
上記特徴構成によれば、ガス消費型発電部が燃料電池部を有することにより、燃料電池部を用いたガス消費型発電システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
図1】ガス消費型発電システムの構成を示す図である。
図2】制御装置の停止処理に関する動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に図面を参照して本発明の実施形態に係るガス消費型発電システムSについて説明する。図1は、ガス消費型発電システムSの構成を示す図である。ガス消費型発電システムSは、燃料ガスを消費して発電する燃料電池部FC(ガス消費型発電部の一例)と、情報を出力できる情報出力部28と、制御装置22(運転制御部の一例)とを備える。つまり、本実施形態のガス消費型発電部は、燃料ガスが供給されるアノード8及び酸素ガスが供給されるカソード9を有する燃料電池部FCを有する。
【0026】
アノード8に供給される燃料ガスは、マイコンメータの一例であるガスメータ1を経由して供給される供給ガス、又は、ガスメータ1を経由して供給される供給ガスを改質部7で改質して得られるガスである。例えば、供給ガスが炭化水素を含む都市ガスなどの原燃料ガスである場合、ガスメータ1を経由して供給される原燃料ガスが改質部7に供給される。なお、図示は省略するが、供給ガスが水素である場合、改質部7等を設けることなく、ガスメータ1を経由して供給される水素が燃料ガスとしてアノード8に供給される。以下の説明では、ガスメータ1を経由して供給される供給ガスが、炭化水素を含む都市ガスなどの原燃料ガスである場合について説明する。
【0027】
改質部7は、ガスメータ1を経由して、原燃料ガス流路L1b(L1)を介して供給される都市ガス等の炭化水素を含む原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む改質ガス(燃料ガス)を生成する。改質部7がガスメータ1から受け取る原燃料ガスの単位時間当たりの流量は原燃料流量調節部5によって調節される。そして、原燃料流量調節部5によって流量が調節された原燃料ガスは、吸着部6を経由して、改質部7に供給される。
【0028】
また、改質部7には、水タンク14に貯えられている水が水ポンプ16及び水流路L10を介して供給され、その水が原燃料ガスの水蒸気改質に用いられる。なお、図示は省略するが、供給される水を気化させる気化器を設けてもよい。なお、原燃料流量調節部5の動作は制御装置22が制御する。
【0029】
吸着部6は、改質部7よりも上流側で原燃料ガスを吸着可能な吸着材6aとその吸着材6aの温度を調節可能な温度調節部6bとを有する。吸着材6aは、温度が低い場合には原燃料ガスを吸着し、温度が高い場合には吸着している原燃料ガスを脱離する。そのため、制御装置22は、例えば電気ヒーターなどを用いて実現される温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから原燃料ガスを脱離させることができる。例えば、吸着材6aは活性炭やゼオライトを用いて実現でき、その場合、吸着材6aの温度を約100℃~200℃以上にすることで、吸着していた原燃料ガスを脱離させることができる。なお、吸着材6aとして例えば銀ゼオライト等を用い、都市ガスから硫黄分を除去するための脱硫剤を兼ねる構成としてもよい。温度調節部6bの動作は制御装置22が制御する。
【0030】
改質部7で生成された改質ガス(燃料ガス)は改質ガス流路L2を介して燃料電池部FCに供給される。また、酸素ガス(空気)が空気流路L4を介して燃料電池部FCに供給される。燃料電池部FCのカソード9に供給される空気の単位時間当たりの流量は空気流量調節部15によって調節される。燃料電池部FCは、改質部7で生成される改質ガスが供給されるアノード8と、酸素ガスが供給されるカソード9と、それらの間に設けられる電解質層10とを有する。例えば、電解質層10は固体酸化物を使用して構成され、その場合には、燃料電池部FCは固体酸化物形の発電セルを有する。空気流量調節部15の動作は制御装置22が制御する。
【0031】
アノード8から排出されるアノード排出ガスはアノード排出ガス流路L3を介して燃焼部11に供給される。カソード9から排出されるカソード排出ガスはカソード排出ガス流路L5を介して燃焼部11に供給される。例えば、アノード排出ガス流路L3は、アノード8から燃焼部11へ供給されるアノード排出ガスが流れるアノード排出ガス配管である。また、例えば、カソード排出ガス流路L5は、カソード9から燃焼部11へ供給されるカソード排出ガスが流れるカソード排出ガス配管である。
【0032】
燃焼部11は、アノード8から排出されるアノード排出ガスに含まれる燃焼成分を燃焼させる。なお、燃焼部11には、カソード9から排出されるカソード排出ガスも供給され、そのカソード排出ガスに含まれる酸素が燃焼に利用される。そして、燃焼部11で発生した燃焼熱が、改質部7による原燃料ガスの水蒸気改質に利用される。また、改質部7に水蒸気を供給するための気化器が設けられている場合には、燃焼熱が気化器に供給されて水の気化に利用される。
【0033】
燃焼部11から排出される排出燃焼ガスは、排出燃焼ガス流路L6を介して熱交換器12に供給される。また、熱交換器12には、湯水循環路L7を流れる湯水が供給される。そして、熱交換器12で、排出燃焼ガスと湯水との熱交換が行われる。本実施形態では、この熱交換によって、排出燃焼ガスが冷却され、湯水循環路L7を流れる湯水が加熱される。
【0034】
湯水循環路L7は、貯湯タンク17と熱交換器12との間で湯水を循環させる。貯湯タンク17には、相対的に低温の湯水がその下部に貯えられ、相対的に高温の湯水がその上部に貯えられるように、即ち、温度成層を形成する状態で湯水が貯えられる。湯水循環路L7は、貯湯タンク17から熱交換器12へ湯水を移送する往路と、熱交換器12から貯湯タンク17へ湯水を移送する復路とで構成され、往路の途中に設けられる循環ポンプ18とを有する。
【0035】
このような構成により、貯湯タンク17の下部から湯水循環路L7の往路を介して熱交換器12に供給される湯水はその熱交換器12で加熱され、加熱後の湯水は湯水循環路L7の復路を介して貯湯タンク17の上部に供給される。復路の途中に、熱交換器12から貯湯タンク17へ移送される湯水の温度を測定する温度測定部19が設けられる。本実施形態では、制御装置22は、復路を流れて貯湯タンク17に流入する湯水の温度(温度測定部19で測定される湯水の温度)が所定の貯湯目標温度(例えば65℃)になるように循環ポンプ18の動作を制御する。このようにして、貯湯タンク17に温度成層を形成する状態で湯水が貯湯、即ち、蓄熱される。
【0036】
貯湯タンク17の下部には、貯湯タンク17に上水を供給するための給水路L8a(L8)が接続され、貯湯タンク17の上部には、貯湯タンク17で貯えている湯水を排出するための出湯路L9が接続される。出湯路L9の途中には給水路L8b(L8)が接続され、貯湯タンク17から出湯される湯水に上水を混合することができる。貯湯タンク17から出湯される湯水に混合する上水の量は、給水路L8bの途中に設けられる調節弁21によって調節される。例えば、制御装置22は、温度測定部20によって測定される混合後の湯水の温度が所定温度(例えば30℃)になるように、調節弁21の動作を制御する。そして、混合後の湯水は熱源装置4を介して、利用者へと供給される。
【0037】
熱源装置4は、ガスメータ1を経由して供給される原燃料ガスを燃焼してその燃焼熱により湯水を加熱するガス消費装置2として機能する。例えば、情報受付部23が利用者から40℃の湯水の要求を受け付けている場合、制御装置22は、熱源装置4によって湯水を40℃に加熱した上で利用者に供給する。
【0038】
燃焼部11から排出される排出燃焼ガスには水蒸気も含まれている。そのため、排出燃焼ガスを熱交換器12で冷却した場合、水蒸気が凝縮する。そして、その凝縮水は水回収路L11へと流入する。回収された凝縮水は、水精製器13を経由して、水タンク14に供給される。水精製器13は、回収した凝縮水に含まれる不純物を除去するための機器である。例えば、水精製器13は、イオン交換樹脂等を充填しており、回収した凝縮水に含まれる電解質のイオン(例えば、イオン化して溶存している塩類やアンモニアなど)を例えばH、OHと交換することで、回収水した凝縮水に含まれる電解質の濃度を相対的に低くさせる(即ち、電気伝導度を低くさせる)機能を果たす。
【0039】
図1に例示した構成では、ガスメータ1からは、原燃料ガス流路L1b(L1)を介してガス消費型発電システムSの改質部7に原燃料ガスが供給されると共に、原燃料ガス流路L1c(L1)を介してガス消費型発電システムSの熱源装置4に原燃料ガスが供給される。熱源装置4は、ガス消費型発電システムSに付随する装置であり、後述するように、ガス消費型発電システムSの制御装置22は、熱源装置4の動作状態(即ち、ガスの燃焼動作)を監視できる。原燃料ガスは、熱源装置4以外に、ガスメータ1を経由して原燃料ガス流路L1a(L1)を通流し、ガスコンロやガス燃焼式ファンヒーター等のガス消費装置2としてのガス機器3にも供給される。
【0040】
ガスメータ1は、改質部7、熱源装置4、及びガス機器3の全体に通流させる原燃料ガスの通流量(以下、単に燃料ガス通流量ともいう)(ガス通流量の一例)がゼロを含む設定判定量以下であることを示す非漏洩状態が漏洩判定期間(例えば30日間)の間に設定回数(本実施形態においては1回以上)生じないときには、警報作動する又は原燃料ガスの供給遮断を行うように構成されている。例えば、ガスメータ1は、燃料ガス通流量が予め定められた第1設定判定量(設定判定量の一例)以下となる状態が設定継続時間(例えば4時間)以上継続する、又は、該設定継続時間での燃料ガス通流量の累積値(累積通流量)が予め定められた第2設定判定量(設定判定量の一例)以下になるという非漏洩状態が漏洩判定期間の間に設定回数生じないときには、警報作動する、又は、原燃料ガスの供給遮断を行うように構成されている。以下、第1設定判定量と第2設定判定量とをまとめて設定判定量と称する場合がある。
【0041】
ガス消費型発電システムSは、ガス通流量検出部32及び発電部ガス通流量検出部33を備えている。ガス通流量検出部32は、改質部7、熱源装置4、及びガス機器3の全体に通流させる原燃料ガスの通流量(燃料ガス通流量)を検出する。また、発電部ガス通流量検出部33は、燃料ガス通流量のうち改質部7に通流させる原燃料ガスの通流量(以下、発電部ガス通流量という)を検出する。ガス通流量検出部32で検出された燃料ガス通流量、及び発電部ガス通流量検出部33で検出された発電部ガス通流量は、情報記憶部24に送信されて、情報記憶部24内に記憶される。
【0042】
なお、ガス通流量検出部32は、改質部7に通流される原燃料ガスの通流量、熱源装置4に通流される原燃料ガスの通流量、及びガス機器3に通流される原燃料ガスの通流量のそれぞれを個別に検出できるように構成されてもよい。この場合、発電部ガス通流量検出部33はガス通流量検出部32に含まれるものとなる。また、ガス通流量検出部32の機能がガスメータ1に内蔵されていてもよい。
【0043】
ガス消費型発電システムSは、環境条件検出部31を備えている。環境条件検出部31は、ガス消費型発電システムSの周囲の環境条件、例えば、日付、気温、湿度等の情報を検出するセンサや時計等により構成されている。そして、環境条件検出部31で検出された環境条件は、情報記憶部24に送信されて、情報記憶部24内に記憶される。このとき、情報記憶部24は、環境条件と、環境条件検出部31で当該環境条件を検出したときと同時にガス通流量検出部32で検出されて情報記憶部24に送信された燃料ガス通流量とを関連付けて記憶する。
【0044】
本実施形態に係る制御装置22は、情報記憶部24に記憶された環境条件及び燃料ガス通流量に基づいて、漏洩判定期間(30日)の2日前に相当する日(28日)又は1日前に相当する日(29日)(いずれも実行予定日の一例)において、消費電力又は発電電力が最小になり且つ給湯負荷及び温水負荷が少なくなると予測される時間帯(以下、停止予測時間帯ともいう)に燃料電池部FCの運転を停止させる停止処理を実行するよう構成されている。停止予測時間帯の例としては、後述する図2に示されるステップ#1からステップ#3が挙げられる。そして、制御装置22は、燃料電池部FCの運転を停止した後に、非漏洩状態が生じたか否かを判断し、非漏洩状態が生じた場合には、停止解除条件が満たされたとして、燃料電池部FCを再起動させるように構成されている。
【0045】
停止処理とは、例えば、制御装置22が、原燃料流量調節部5の動作を停止させ、改質部7によるガスメータ1からの原燃料ガスの受け取りを停止させ、空気流量調節部15の動作を停止させてカソード9への空気の供給を停止することである。そして、制御装置22は、停止処理において、発電を停止、即ち燃料電池部FCからの電流の取り出しを行わない。なお、制御装置22は、停止処理中に、水ポンプ16を動作させて改質部7に水を供給し続けてもよい。なお、停止処理とは、必ずしも燃料ガス通流量をゼロにすることだけを意味しているのではない。例えば、停止処理中に、燃料ガス通流量が予め定めれた第1設定判定量以下となる状態が設定継続時間以上継続する、又は、該設定継続時間での燃料ガス通流量の累積値(累積通流量)が予め定められた第2設定判定量以下になるという状態も非漏洩状態である。すなわち、停止処理中には少量の燃料ガスが通流する場合もある。
【0046】
制御装置22は、漏洩判定期間内に非漏洩状態が生じなかった場合は、停止解除条件が充足されなかったとして、ガスメータ1は警報作動する。警報作動とは、例えば、供給遮断の可能性が高いことを示す情報又は原燃料ガスの使用を控えることを促す情報を情報出力部28から利用者に対して出力する情報出力処理を行う。例えば、情報出力部28は、音声情報や文字情報を出力できる装置(例えばリモコン装置など)であり、それらの情報を音声情報や文字情報で利用者に報知してもよい。
【0047】
次に、本実施形態に係るガス消費型発電システムSにおける停止処理の具体的な動作について説明する。図2のフローチャートに示されるように、制御装置22は、情報記憶部24から、実行予定日の所定時刻(例えば20時)から燃料ガス通流量と発電部ガス通流量を第1所定時間(例えば15分)(所定時間の一例)の間継続して抽出する。抽出した燃料ガス通流量と発電部ガス通流量とが同じであった場合は、原燃料ガスが、ガス機器3と熱源装置4とに供給されておらず、改質部7にのみ供給されていることを示している。これはすなわち、ガス機器3と熱源装置4とは使用されておらず、燃料電池部FCのみが使用(発電)されていることを示している。そして、このような状態が第1所定時間以上継続すれば(ステップ#1のYes)、仮にこの後燃料電池部FCの運転を停止させても、非漏洩状態が生じると予測される。
【0048】
燃料ガス通流量と発電部ガス通流量とが第1所定時間の間に変化した場合には(ステップ#1のNo)、制御装置22は、実行予定日の前日以前(過去)に、燃料ガス通流量と発電部ガス通流量とが第2所定時間(例えば、設定継続時間)以上継続して同じである第1時間帯を、情報記憶部24から抽出する。過去に第1時間帯があれば(ステップ#2のYes)、実行予定日の第1時間帯の始期に燃料電池部FCの運転を停止させても、非漏洩状態が生じると予測される。
【0049】
実行予定日の前日以前に、第1時間帯がなければ(ステップ#2のNo)、制御装置22は、実行予定日の前日以前に、燃料ガス通流量が第3所定時間(例えば、設定継続時間)以上、かつ所定量以下となる第2時間帯を、情報記憶部24から抽出する。過去に第2時間帯があれば(ステップ#3のYes)、実行予定日の第2時間帯の始期に燃料電池部FCの運転を停止させても、非漏洩状態が生じると予測される。
【0050】
実行予定日の前日以前で、発電部ガス通流量が所定の時間以上少なくなる時間帯が存在しなければ(ステップ#3のNo)、再度ステップ#1から実行する。
【0051】
そして、ステップ#1、ステップ#2、及びステップ#3のいずれかがYesであれば、ステップ#4に進む。ステップ#4において、制御装置22は、運転停止日の環境条件である第1環境条件を情報記憶部24から抽出する。そして、制御装置22は、実行予定日の前日以前の日で、第1環境条件に類似した環境条件である第2環境条件と、第2環境条件に関連付けられた燃料ガス通流量を抽出する。以下、抽出された第2環境条件を環境条件検出部31が検出した日を類似条件日という。第2環境条件に関連付けられた燃料ガス通流量とは、類似条件日における0時から24時(抽出期間の一例)の間、ガス通流量検出部32から検出された燃料ガス通流量である。そして、制御装置22は、類似条件日における24時間の燃料ガス通流量を累積する(以下、累積された燃料ガス通流量を第1累積ガス通流量という)。つまり、第1累積ガス通流量とは、類似条件日において改質部7、熱源装置4、及びガス機器3に供給された原燃料ガスの総供給量(総通流量)である。第1環境条件と第2環境条件とが類似しているとは、第1環境条件と第2環境条件の年月日、季節、最高気温、最低気温、湿度、気温の変化等の環境条件のうち少なくとも一つが類似していることを意味する。類似を判定する手法については公知であるため、詳細な説明は省略する。
【0052】
次に、制御装置22は、運転停止日の0時から現在までの間における第1環境条件に関連付けられた燃料ガス流通量を抽出し、抽出した運転停止日の燃料ガス通流量(第1環境条件に関連付けられている)を累積する(以下、累積された燃料ガス通流量を第2累積ガス通流量という)。そして、第2累積ガス通流量が第1累積ガス通流量より大きくなったら(ステップ#5のYes)、制御装置22は、この後の時間帯を停止予測時間帯であると予測する。そして、制御装置22は、ステップ#1がYesであった場合は第1所定時間が継続した後、ステップ#2がYesであった場合は実行予定日の第1時間帯の始期に、ステップ#3がYesであった場合は実行予定日の第2時間帯の始期に、それぞれ燃料電池部FCの運転を停止させる停止処理を実行する(ステップ#6)。
【0053】
停止処理の実行中も、ガス通流量検出部32は燃料ガス通流量をリアルタイムで情報記憶部24に送信し、制御装置22は、情報記憶部24から停止処理実行中の燃料ガス通流量をリアルタイムで抽出して監視している。そして、設定継続時間(例えば4時間)に亘って燃料ガス通流量が設定判定量以下である非漏洩状態が生じれば(ステップ#7のYes)、停止解除条件が満たされたとして、制御装置22は燃料電池部FCを再起動させる(ステップ#8)。
【0054】
燃料ガス通流量が設定判定量以下である状態を設定継続時間(例えば4時間)に亘って継続する非漏洩状態が生じなければ(ステップ#7のNo)、制御装置22は燃料電池部FCの停止処理はできず、再度ステップ#1から実行する。
【0055】
このように、ステップ#1、ステップ#2、及びステップ#3のいずれかを充足したことに基づいて制御装置22が停止予測時間帯を予測して燃料電池部FCを停止させる場合と比較して、更に運転停止日で第2累積ガス通流量が第1累積ガス通流量以上になるという条件を加え、双方の条件を充足した後の時間帯を停止予測時間帯と予測して燃料電池部FCを停止させた方が、非漏洩状態が生じる確率が高まる。すなわち、停止中の設定継続時間の間にガス機器3と熱源装置4とが再度使用されて停止予測時間帯を改めて設定したり、非漏洩状態が漏洩判定期間の間に1回も生じずに情報出力部28から警報作動等を出力したり、という不具合を回避する確率を高めることができる。
【0056】
なぜなら、運転停止日の環境条件(第1環境条件)に類似した環境条件(第2環境条件)を有する類似条件日において0時から24時の間に改質部7(燃料電池部FC)、熱源装置4、及びガス機器3に供給された原燃料ガスの総通流量(第1累積ガス通流量)は、運転停止日において改質部7(燃料電池部FC)、熱源装置4、及びガス機器3に供給される原燃料ガスの総通流量に近いと予測される。そのため、運転停止日で第2累積ガス通流量が第1累積ガス通流量以上になると、それ以後はガス機器3及び熱源装置4は使用されない可能性が高いと予測され、その後に燃料電池部FCの運転を停止させても、停止中の設定継続時間の間にガス機器3と熱源装置4とが再度使用されて原燃料ガスが消費される可能性は低いと予測され、非漏洩状態が生じる確率が高まるからである。
【0057】
〔その他の実施形態〕
(1)上記実施形態では、ガス消費型発電システムSの構成について具体的に説明したが、その構成は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、ガス消費型発電部が燃料電池部FCである場合を例示したが、ガス消費型発電部は他の構成であってもよい。例えば、ガス消費型発電部が、ガスメータ1を経由して供給される供給ガス(例えば都市ガス、水素など)、又は、ガスメータ1を経由して供給される供給ガス(例えば都市ガスなど)を改質部7で改質して得られるガス(例えば水素など)を燃料として動作するガスエンジンと、そのガスエンジンによって駆動される発電機とを備える構成であってもよい。
【0058】
(2)上記実施形態では、抽出期間として類似条件日における0時から24時まで(1日以内の期間)を挙げたが、抽出期間が類似条件日から1日を超えてさかのぼった期間であってもよい。この場合、さかのぼった期間における燃料ガス通流量の累積が第1累積ガス通流量となる。したがって、この場合には、第2累積ガス通流量は、運転停止日から1日を超えてさかのぼった期間(第1累積ガスの累積期間と同じ)における燃料ガス通流量の累積となる。
【0059】
(3)上記実施形態において、制御装置22は、待機処理を行っている間、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから原燃料ガスを脱離させてもよい。
【0060】
例えば、制御装置22は、停止処理において、改質部7がガスメータ1から受け取る原燃料ガスの量をゼロにして、即ち、非漏洩状態にして燃料電池部FCの運転を停止させている間、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから原燃料ガスを脱離させてもよい。この場合、停止処理中に吸着材6aから脱離された原燃料ガスが改質部7を経てアノード8へと拡散する。そのため、燃料電池部FCの停止処理中に、外部からアノード8などに空気等が侵入することが抑制される。
【0061】
或いは、制御装置22は、停止処理において、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて改質部7で改質ガスの生成を行いながら燃料電池部FCでの発電を行わせてもよい。この場合、制御装置22は、停止処理において、改質部7に供給される原燃料ガスの量をゼロにし、即ち、非漏洩条件を充足すると制御装置22が判定する状態にし、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて改質部7で改質ガスの生成を行いながら燃料電池部FCでの発電を行わせる。吸着材6aから脱離させた原燃料ガスは拡散して改質部7に供給されるが、改質部7に供給される原燃料ガスの量をゼロにしていれば、制御装置22は非漏洩条件を充足すると判断する。そして、改質部7は、吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて改質ガスの生成を行うことができるので、燃料電池部FCは発電を行うことができる。但し、この停止処理で行われる発電継続は、燃料電池部FCの発電電力を、例えば燃料電池部FCを動作させるために必要な、水ポンプ16、循環ポンプ18、原燃料流量調節部5、空気流量調節部15、制御装置22、温度調節部6b、パワーコンディショナ(図示せず)などの機器のみに供給するアイドリング状態での発電継続である。
【0062】
(4)上記実施形態では、制御装置22が、待機処理において、改質部7がガスメータ1から受け取る原燃料ガスの量をゼロにする場合の例(即ち、ガスメータ1が非漏洩条件を満たすと判定する量にする場合の例)を説明したが、ガスメータ1が非漏洩条件を満たすと判定するのであれば、改質部7はガスメータ1から原燃料ガスを受け取ってもよい。そして、制御装置22は、待機処理において、ガスメータ1が非漏洩条件を満たすと判定する量の原燃料ガスを改質部7でガスメータ1から受け取って改質ガスの生成を行いながら燃料電池部FCでの発電を行わせてもよい。
【0063】
この場合、制御装置22は、待機処理において、ガスメータ1が非漏洩条件を満たすと判定する量の原燃料ガスを改質部7でガスメータ1から受け取る。例えば、上述した例のように、ガスメータ1が、原燃料ガスの通流量が第1設定判定量以下となる状態が第1設定判定用期間以上連続する場合に非漏洩条件を満たすと判定する場合であれば、制御装置22は、この待機処理において、原燃料流量調節部5の動作を制御して改質部7への原燃料ガスの通流量を第1設定判定量以下にした状態で、改質部7によるガスメータ1からの原燃料ガスの受け取りを継続させればよい。或いは、ガスメータ1が、第2設定判定用期間での原燃料ガスの積算通流量が第2設定判定量以下となる場合などに非漏洩条件を満たす状態が生じたと判定する場合であれば、制御装置22は、この待機処理において、原燃料流量調節部5の動作を制御して第2設定判定用期間と同じ期間での原燃料ガスの積算通流量を第2設定判定量以下にした状態で、改質部7によるガスメータ1からの原燃料ガスの受け取りを継続させればよい。そして、改質部7は、ガスメータ1から受け取る原燃料ガスを用いて改質ガスの生成を行うことができるので、制御装置22は、燃料電池部FCからの電流の取り出し(発電)を行うことができる。但し、この待機処理で行われる発電継続は、上述したのと同様のアイドリング状態での発電継続である。
【0064】
更に、制御装置22は、待機処理において、ガスメータ1が非漏洩条件を満たすと判定する量の原燃料ガスを改質部7でガスメータ1から受け取り、且つ、温度調節部6bによって吸着材6aの温度調節を行って吸着材6aから脱離させた原燃料ガスを用いて、改質部7で改質ガスの生成を行いながら燃料電池部FCでの発電を行わせてもよい。
【0065】
(5)上記実施形態では、幾つかの数値例を記載したが、それらの値は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。
【0066】
(6)上記実施形態では、ガス消費装置2としての熱源装置4が利用者へ湯水を供給する給湯用途に用いられる場合について説明したが、ガス消費装置2としての熱源装置4は、例えば床暖房装置及び浴室暖房乾燥装置などに供給する熱媒体を加熱する暖房用の熱源装置4であってもよい。
【0067】
(7)上記実施形態では、図2に示されるステップ#1からステップ#3のいずれかが充足された後にステップ#4及びステップ#5が実行されて、ステップ#5が充足された後にステップ#6が実行されたが、これに限られるものではない。ステップ#1からステップ#3の実行と、ステップ#4及び#5の実行の順序が逆であってもよい。すなわち、図2に示されるステップ#4及びステップ#5が最初に実行され、ステップ#5を充足した後にステップ#1からステップ#3が実行され、ステップ#1からステップ#3のいずれかが充足された後にステップ#6が実行されるように構成されてもよい。
【0068】
(8)上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0069】
本発明は、ガス消費型発電システムに利用可能である。
【符号の説明】
【0070】
1 :ガスメータ
22 :制御装置(運転制御部)
24 :情報記憶部(記憶部)
50 :環境条件検出部
51 :ガス通流量検出部
52 :発電部ガス通流量検出部
FC :燃料電池部(ガス消費型発電部)
S :ガス消費型発電システム

図1
図2