-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren
zum Steuern desselben.
-
2. Beschreibung des einschlägigen Stands
der Technik
-
In
der
japanischen Patentschrift 2004-103395 (
JP-A-2004-103395 )
ist eine Ausfallstopp-Steuerungsvorrichtung beschrieben, die ein Brennstoffzellensystem
betrifft. Die Ausfallstopp-Steuerungsvorrichtung bestimmt, ob die
Möglichkeit
besteht, dass Wasser im Inneren des Brennstoffzellensystems gefrieren
kann, wenn das Brennstoffzellensystem aufgrund einer Störung gestoppt wird.
Wenn die Möglichkeit
besteht, dass Wasser innerhalb des Brennstoffzellensystems gefrieren
kann, führt
die Ausfallstopp-Steuerungsvorrichtung
das Wasser vom Brennstoffzellensystem nach außen ab. Die
japanische Patentschrift 2002-63927 (
JP-A-2002-63927 )
beschreibt ein Brennstoffzellensystem, in dem eine elektrische Leistung
von einer in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sekundärbatterie
zugeführt
wird, um ein den Betrieb einer Brennstoffzelle betreffendes Problem
zu verhindern, wenn sich während
des Betriebs der Brennstoffzelle ein Stromausfall ereignet. Die
japanische Patentschrift 2005-251603 (
JP-A-2005-251603 )
beschreibt ein Verfahren zum Stoppen einer Brenngaserzeugungsvorrichtung,
bei dem bei Einschalten eines Startschalters eine Systemüberprüfung ausgeführt wird;
und, wenn bestimmt wird, dass sich während der Systemüberprüfung eine
Störung
ereignet, ein Vorgang zum Stoppen der Brenngaserzeugungsvorrichtung
ausgeführt
wird. In der
japanischen Patentschrift
2002-352839 (
JP-A-2002-352839 )
ist eine Stoppsteuerungsvorrichtung zum Schützen eines Brennstoffzellensystems
beschrieben, die einen Stopp des Brennstoffzellensystems steuert,
um das Brennstoffzellensystem zu schützen, wenn bestimmt wird, dass
sich in einem Brennstoffzellenkörper und/oder
einem Zusatzaggregat eine Störung
ereignet.
-
Kurzfassung der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, dass entsprechend
der Ursache einer Störung
gesteuert wird, und ein Verfahren zum Steuern desselben.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Brennstoffzellensystem
eine Reformierungseinrichtung, die ein reformiertes Gas unter Verwendung
von Reformierungsbrennstoffs erzeugt; und eine Brennstoffzelle,
die eine elektrische Leistung unter Verwendung des durch die Reformierungseinrichtung
erzeugten, reformierten Gases erzeugt. In dem Brennstoffzellensystem
ist eine Steuerungsvorrichtung angeordnet, die das Brennstoffzellensystem
steuert; und die Steuerungsvorrichtung beinhaltet eine Mehrzahl
von unterschiedlichen Stoppsteuerungsmodi zum Stoppen eines Betriebs des
Brennstoffzellensystems und wählt
einen spezifischen Stoppsteuerungsmodus aus der Mehrzahl der Stoppsteuerungsmodi
entsprechend der Ursache einer Störung des Brennstoffzellensystems
aus.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem
gemäß dem ersten
Aspekt ferner ein Zuführventil,
das zwischen der Reformierungseinrichtung und der Brennstoffzelle
angeordnet ist, das geöffnet
und geschlossen wird, um eine Zuführung des durch die Reformierungseinrichtung
der Brennstoffzelle erzeugten, reformierten Gases zu erlauben und
zu untersagen. Wenn in dem Brennstoffzellensystem die Dringlichkeit,
das Brennstoffzellensystem zu stoppen, verhältnismäßig gering ist, führt die
Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, bei dem das
Zuführventil
geöffnet wird,
um die Zuführung
des durch die Reformierungseinrichtung erzeugten, reformierten Gases
zur Brennstoffzelle zu erlauben, so dass das reformierte Gas in
der Brennstoffzelle gehalten wird. Wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem
zu stoppen, verhältnismäßig hoch
ist, führt
die Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, bei dem
das Zuführventil
geschlossen wird, um die Zuführung
des durch die Reformierungseinrichtung erzeugten, reformierten Gases
zur Brennstoffzelle zu untersagen.
-
Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung beinhaltet in dem Brennstoffzellensystem
gemäß dem ersten
oder zweiten Aspekt die Reformierungseinrichtung einen Reformierungsbereich,
der das reformierte Gas unter Verwendung des Reformierungsbrennstoffs
erzeugt, und einen Verbrennungsbereich, dem eine Verbrennungsluft
und ein Verbrennungsbrennstoff zugeführt wird, und der den Reformierungsbereich
durch eine Verbrennung des Verbrennungsbrennstoffs erwärmt. Wenn
in dem Brennstoffzellensystem die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem
zu stoppen, verhältnismäßig gering
ist, führt
die Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, bei dem
eine Zuführung
des Verbrennungsbrennstoffs zum Verbrennungsbereich untersagt wird
und die Verbrennungsluft dem Verbrennungsbereich zugeführt wird,
um die Reformierungseinrichtung zu kühlen. Wenn die Dringlichkeit,
das Brennstoffzellensystem zu stoppen, verhältnismäßig hoch ist, führt die
Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, bei dem die
Zuführung des
Verbrennungsbrennstoffs zum Verbrennungsbereich gestoppt wird und
die Zuführung
der Verbrennungsluft zum Verbrennungsbereich untersagt wird.
-
Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem
gemäß einem der
ersten bis dritten Aspekte ferner einen Kondensator, der eine Feuchtigkeit,
die in dem von der Reformierungseinrichtung der Brennstoffzelle
zugeführten, reformierten
Gas enthalten ist, kondensiert; eine Kondensierungssystem-Förderquelle,
die ein Kühlmedium
zum Kühlen
des Kondensators bewegt; eine Kühlmediumleitung,
durch die das Kühlmedium
zirkuliert wird, um die Brennstoffzelle zu kühlen; einen Warmwasserspeicherleitung,
die mit einem Warmwasserspeichertank verbunden ist; einen Wärmeaustauschbereich,
in dem Wärme
zwischen dem Kühlmedium
in der Kühlmediumleitung
und Wasser in der Warmwasserspeicherleitung ausgetauscht wird; und
eine Warmwasserspeichersystem-Förderquelle,
die das Wasser in der Warmwasserspeicherleitung bewegt. Wenn in
dem Brennstoffzellensystem die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem
zu stoppen, verhältnismäßig gering
ist, führt
die Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, in dem
ein Kühlbetrieb
zum Ansteuern der Kondensierungssystem-Förderquelle und der Warmwasserspeichersystem-Förderquelle ausgeführt wird.
Wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu stoppen, verhältnismäßig hoch
ist, führt
die Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, in dem
der Kondensierungssystem-Förderquelle
und der Warmwasserspeichersystem-Förderquelle untersagt wird,
angesteuert zu werden.
-
Gemäß einem
fünften
Aspekt der Erfindung beinhaltet in dem Brennstoffzellensystem gemäß einem
der ersten bis vierten Aspekte die Reformierungseinrichtung einen
Reformierungsbereich, der das reformierte Gas unter Verwendung des
Reformierungsbrennstoffs erzeugt, und einen Verbrennungsbereich,
dem eine Verbrennungsluft und ein Verbrennungsbrennstoff zugeführt werden,
und der den Reformierungsbereich durch Verbrennung des Verbrennungsbrennstoffs
erwärmt.
Das Brennstoffzellensystem beinhaltet ferner ein Umgehungsventil, das
zwischen dem Reformierungsbereich und dem Verbrennungsbereich angeordnet
ist, das geöffnet und
geschlossen wird, um eine Zuführung
des reformierten Gases, das durch den Reformierungsbereich erzeugt
wird, zum Verbrennungsbereich zu erlauben und zu untersagen. Wenn
in dem Brennstoffzellensystem die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu
stoppen, verhältnismäßig gering
ist, führt
die Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, in dem
das Umgehungsventil geöffnet
wird, um die Zuführung
des reformierten Gases, das durch den Reformierungsbereich erzeugt
wird, zum Verbrennungsbereich zu erlauben, so dass das reformierte
Gas im Verbrennungsbereich gehalten wird. Wenn die Dringlichkeit,
das Brennstoffzellensystem zu stoppen, verhältnismäßig hoch ist, führt die
Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, in dem das
Umgehungsventil geschlossen wird, um die Zuführung des durch den Reformierungsbereich
erzeugten, reformierten Gases zum Verbrennungsbereich zu untersagen.
-
Gemäß einem
sechsten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem
gemäß einem
ersten bis fünften
Aspekt ferner ein Ableitventil, das zwischen einer Quelle des Reformierungsbrennstoffs
und der Brennstoffzelle angeordnet ist, das geöffnet und geschlossen wird,
um eine Zufürung
des Reformierungsbrennstoffs zur Brennstoffzelle zu erlauben und
zu untersagen. Wenn in dem Brennstoffzellensystem die Dringlichkeit,
das Brennstoffzellensystem zu stoppen, verhältnismäßig gering ist, führt die
Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, in dem das
Ableitventil geöffnet wird,
um die Zuführung
des Reformierungsbrennstoffs zur Brennstoffzelle zu erlauben, so
dass der Reformierungsbrennstoff in der Brennstoffzelle gehalten
wird. Wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu stoppen,
verhältnismäßig hoch
ist, führt
die Steuerungsvorrichtung einen Stoppsteuerungsmodus aus, in dem
das Ableitventil geschlossen wird, um die Zuführung des Reformierungsbrennstoffs
zur Brennstoffzelle zu untersagen.
-
Gemäß einem
siebten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem
gemäß einem ersten
bis sechsten Aspekt ferner einen Speicher, der den Betriebszustand
des Brennstoffzellensystems speichert; und eine Neustartsteuerungseinrichtung zum
Steuern eines Neustarts des Brennstoffzellensystems basierend auf
dem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems, der in dem Speicher
gespeichert ist, wenn das Brennstoffzellensystem neu gestartet wird.
-
Gemäß einem
achten Aspekt der Erfindung beinhaltet in dem Brennstoffzellensystem
gemäß einem
siebten Aspekt die Neustartsteuerungseinrichtung eine Neustartuntersagungseinrichtung
zum Ausführen
eines Diagnosemodus, wenn ein Neustartschalter betätigt wird,
um das Brennstoffzellensystem neu zu starten, nachdem der Betrieb
des Brennstoffzellensystems zu einem Notstopp gebracht worden ist.
Wenn basierend auf einem Ergebnis einer im Diagnosemodus erfolgten
Bestimmung bestimmt wird, dass sich eine Bestandteilskomponente
des Brennstoffzellensystem in einem Normalzustand befindet, erlaubt
die Neustartuntersagungseinrichtung einen Neustart des Brennstoffzellensystems.
Wenn basierend auf dem Ergebnis der im Diagnosemodus erfolgten Bestimmung
bestimmt wird, dass sich die Bestandteilskomponente nicht im Normalzustand
befindet, untersagt die Neustartuntersagungseinrichtung den Neustart
des Brennstoffzellensystems.
-
Gemäß einem
neunten Aspekt der Erfindung führt
in dem Brennstoffzellensystem gemäß einem der ersten bis achten
Aspekte die Steuerungsvorrichtung eine Steuerung zum Untersagen
einer Zuführung
des durch die Reformierungseinrichtung erzeugten, reformierten Gases
zur Brennstoffzelle durch Unterbrechen einer Verbindung zwischen
der Reformierungseinrichtung und einer Anode der Brennstoffzelle,
eine Steuerung zum Untersagen der Zuführung des durch die Reformierungseinrichtung erzeugten,
reformierten Gases zur Brennstoffzelle durch Unterbrechen der Verbrennung
zwischen der Reformierungseinrichtung und der Anode der Brennstoffzelle
und Untersagen einer Zuführung
des Reformierungsbrennstoffs zur Reformierungseinrichtung oder eine
Steuerung zum Untersagen der Zuführung des
reformierten Gases, das durch die Reformierungseinrichtung erzeugt
wird, zur Brennstoffzelle durch Unterbrechen der Verbindung zwischen
der Reformierungseinrichtung und der Anode der Brennstoffzelle,
Untersagen der Zuführung
des Reformierungsbrennstoffs zur Reformierungseinrichtung und Untersagen
einer Zuführung
einer Verbrennungsluft zur Reformierungseinrichtung entsprechend
dem Schweregrad oder der Art der Ursache der Störung des Brennstoffzellensystems
aus.
-
Gemäß einem
zehnten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem
gemäß einem ersten
bis neunten Aspekt ferner eine Einrichtung zum Verhindern eines übermäßigen Unterdrucks
in einer Anode zum Verhindern, dass ein Druck in einer Anode der
Brennstoffzelle übermäßig negativ
wird, indem ein Gas, das in der Reformierungseinrichtung zurückbleibt,
der Anode der Brennstoffzelle zugeführt wird, wenn ein Druck innerhalb
der Reformierungseinrichtung aufgrund eines Betriebsstopps des Brennstoffzellensystems
hoch wird.
-
Gemäß einem
elften Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem
gemäß einer der
ersten bis zehnten Aspekte ferner eine Einrichtung zum Verhindern
einen übermäßigen Hochdrucks
zum Verhindern, dass ein Druck innerhalb der Reformierungseinrichtung übermäßig hoch
wird, indem ein in der Reformierungseinrichtung zurückgebliebenes
Gas einem Verbrennungsbereich der Reformierungseinrichtung zu geführt wird,
wenn der Druck innerhalb der Reformierungseinrichtung aufgrund eines
Stopps des Betriebs des Brennstoffzellensystems einen hohen Wert
erreicht wird.
-
Gemäß einem
zwölften
Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem gemäß einem der
ersten bis elften Aspekte ferner eine Notstopp-Betätigungsvorrichtung,
die durch eine Bedienungsperson betätigt wird, um den Betrieb des Brennstoffzellensystems
in einen Notstopp zu versetzen.
-
Gemäß einem
dreizehnten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Brennstoffzellensystem
gemäß einem
der ersten bis zwölften
Aspekte ferner eine Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung.
Wenn die Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung durch
eine Bedienungsperson betätigt
wird, um das Brennstoffzellensystem das erste Mal zu starten, nachdem
der Betrieb des Brennstoffzellensystems aufgrund einer Störung in
einen Notstopp versetzt worden ist, wird die Einschränkung eines
Teils oder der gesamten Funktion des Brennstoffzellensystems gestoppt.
Wenn die Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung
nicht betätigt
wird, ist ein Teil der oder die gesamte Funktion des Brennstoffzellensystems
eingeschränkt.
-
Gemäß einem
vierzehnten Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern
eines Brennstoffzellensystems, das eine Reformierungseinrichtung,
die ein reformiertes Gas unter Verwendung eines Reformierungsbrennstoffs
erzeugt, und eine Brennstoffzelle, die eine elektrische Leistung
unter Verwendung des durch die Reformierungseinrichtung erzeugten,
reformierten Gases erzeugt, beinhaltet, den Schritt des Auswählens eines
spezifischen Stoppsteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Stoppsteuerungsmodi
zum Stoppen eines Betriebs des Brennstoffzellensystems entsprechend
der Ursache einer Störung
des Brennstoffzellensystems.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
Die
vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden anhand der nachstehenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung, in der identische Bezugszeichen zur Darstellung identischer
Elemente verwendet werden, besser verständlich:
-
1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Brennstoffzellensystem gemäß einer
ersten Ausführungsform
darstellt;
-
2 ist
ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Steuerung A darstellt;
-
3 ist
ein Zeitsteuerungsdiagramm, das ein Steuerung B darstellt;
-
4 ist
ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Steuerung C darstellt;
-
5 ist
ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Steuerung D darstellt;
-
6 ist
ein Blockdiagramm, dass ein Brennstoffzellensystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform
darstellt;
-
7 ist
ein Flussdiagramm, das eine Speicherroutine darstellt, die durch
eine Steuerungsvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
ausgeführt
wird;
-
8 ist
eine Vorderansicht, die ein Bedienfeld gemäß der dritten Ausführungsform
darstellt; und
-
9A und 9B sind
ein Flussdiagramm, das eine Neustartroutine darstellt, die durch die
Steuerungsvorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
ausgeführt
wird.
-
Ausführliche
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
-
Nachstehend
erfolgt eine Beschreibung einer ersten Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf 1 bis 5. Ein Brennstoffzellensystem
gemäß der Ausführungsform
beinhaltet eine Reformierungseinrichtung 1 und einen Stapel 2 von einer
Brennstoffzelle 2a und eine Steuerungsvorrichtung 3.
Die Reformierungseinrichtung 1 erzeugt ein reformiertes
Gas als Anodengas unter Verwendung eines Reformierungsbrennstoffs
(z. B. Gas auf Kohlenwasserstoffbasis). Der Stapel 2 der
Brennstoffzelle 2a erzeugt eine elektrische Leistung unter
Verwendung des reformierten Gases, das durch die Reformierungseinrichtung 1 erzeugt
wird. Die Steuerungsvorrichtung 3 steuert das Brennstoffzellensystem.
-
Der
Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a beinhaltet eine
Mehrzahl von Membran-Elektrodenanordnungen 23.
Die Membran-Elektrodenanordnungen 23 werden jeweils durch
sandwichartiges Anordnen einer Polymer-Ionenleitmembran 20 (einer
Protonenleitmembran) zwischen einer Anode 21 (einer Brennstoffelektrode)
und einer Kathode 22 (einer Oxidationselektrode) gebildet.
Eine Mehrzahl von Membran-Elektrodenanordnungen 23 in der
Form von Lagen kann dem Stapel 2 gestapelt sein. Alternativ kann
eine Mehrzahl von Membran-Elektrodenanordnungen 23 in der
Form von Rohren im Stapel 2 angeordnet sein.
-
Die
Reformierungseinrichtung 1 beinhaltet einen Reformierungsbereich 10 und
einen Verbrennungsbereich 11. Der Verbrennungsbereich 11 funktioniert
als ein Erwärmungsbereich,
der den Reformierungsbereich 10 erwärmt. Im Reformierungsbereich 10 reagiert
ein unter Verwendung von Reformierungswasser in einem Verdampfungsbereich (nicht
gezeigt) erzeugter Dampf mit dem Reformierungsbrennstoff. Folglich
wird ein reformiertes Gas, das als Hauptbestandteil ein Wasserstoffgas
enthält, unter
Verwendung des Reformierungsbrennstoffs erzeugt. Der Reformierungsbereich 10 beinhaltet
einen Katalysator, der eine Reformierungsreaktion fördert. Die
Luft zur Verbrennung (die nachstehend als „Verbrennungsluft" bezeichnet wird)
und der Brennstoff zur Verbrennung (der nachstehend als „Verbrennungsbrennstoff" bezeichnet wird)
werden dem Verbrennungsbereich 11 zugeführt, und der Verbrennungsbrennstoff
wird im Verbrennungsbereich 11 verbrannt. Wenn eine Verbrennungsluft-Gebläseeinrich tung 16 (eine
Verbrennungsluft-Förderquelle)
betrieben wird, wird die Verbrennungsluft dem Verbrennungsbereich 11 der
Reformierungseinrichtung 1 durch eine Verbrennungsluftleitung 17 zugeführt. Wenn
eine Brennstoffpumpe 4 (eine Brennstoff-Förderquelle)
betrieben wird, und ein Verbrennungsbrennstoffventil 40 geöffnet wird,
wird ein Brennstoff von einer Brennstoffquelle 49 als der
Verbrennungsbrennstoff dem Verbrennungsbereich 11 der Reformierungseinrichtung 1 durch
eine Verbrennungsbrennstoffleitung 41 zugeführt. Somit
wird der Verbrennungsbrennstoff im Verbrennungsbereich 11 verbrannt.
Ein im Verbrennungsbereich 11 erzeugtes Verbrennungsabgas
wird durch eine Verbrennungs-Abgasleitung 1m nach außen abgeführt. Der Reformierungsbereich 10 wird
auf eine hohe Temperatur erwärmt,
die für
die Reformierungsreaktion (z. B. 400 °C oder darüber) geeignet ist. Wenn die Brennstoffpumpe 4 betrieben
und ein Reformierungsbrennstoffsventil 42 geöffnet wird,
wird der Brennstoff von der Brennstoffquelle 49 (z. B.
ein Brenngas auf Kohlenwasserstoffbasis) als der Reformierungsbrennstoff
dem Reformierungsbereich 10 der Reformierungseinrichtung 1 durch
eine Reformierungsbrennstoffleitung 43 zugeführt. Wenn
ein Reformierungswasserventil 46 geöffnet wird, wird ein Reformierungswasser
dem Verdampfungsbereich (nicht gezeigt) der Reformierungseinrichtung 1 durch
eine Reformierungswasserleitung 47 zugeführt. Somit wird
ein in einem gasartigen Zustand befindliches Wasser erzeugt. Der
Reformierungsbrennstoff wird unter Verwendung des im gasartigen
Zustand befindlichen Wassers einer Dampfreformierung unterzogen.
Somit wird das reformierte Gas, das Wasserstoff als Hauptbestandteil
enthält,
in der Reformierungseinrichtung 1 erzeugt. Wenngleich sowohl
das Verbrennungsbrennstoffventil 40 als auch das Reformierungsbrennstoffventil 42 mit
der Brennstoffpumpe 4 verbunden sind, können das Verbrennungsbrennstoffventil 40 als
auch das Reformierungsbrennstoff 42 mit jeweils separaten
Pumpen verbunden werden. Die Reformierungseinrichtung 1 beinhaltet
einen CO-Entfernungsbereich (nicht gezeigt), der die Menge des im
reformierten Gases enthaltenen Kohlenmonoxids reduziert.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, ist eine Anodengasleitung 5 vorgesehen,
um den Reaktionsgasauslass 1p der Reformierungseinrichtung 1 mit
dem Einlass 21i der Anode 21 des Stapels 2 der
Brennstoffzelle 2a zu verbinden. Die Anodengasleitung 5 ist
mit ei nem Kondensator 50, einem Reformierungseinrichtungsdruck-Sensor 51 und
einem Zuführventil 52 versehen.
Das reformierte Gas wird durch den Kondensator 50 gekühlt. Der
Reformierungseinrichtungsdruck-Sensor 51 erfasst einen
Druck P1 innerhalb der Reformierungseinrichtung 1. Das
Zuführventil 52 ist
stromauf der Anode 21 des Stapels 2 der Brennstoffzelle 2a positioniert.
Das Zuführventil 52 ist
aus einem Elektromagnetventil gebildet und wird geöffnet und
geschlossen. Die Anodengasleitung 5 beinhaltet einen Leitungsbereich 5a,
der den Auslass 1p der Reformierungseinrichtung 1 mit
dem Kondensator 50 verbindet, und einen Leitungsbereich 5c,
der den Kondensator 50 mit dem Einlass 21i des
Stapels 2 über
einen Zusammenströmungsbereich 5w verbindet.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, ist eine Offgas- bzw. Abgasleitung 55 angeordnet,
um einen Auslass 21p der Anode 21 des Stapels 2 der
Brennstoffzelle 2a mit dem Verbrennungsbereich 11 der
Reformierungseinrichtung 1 zu verbinden. Während eines
Normalbetriebs des Stapels 2 wird ein Anodenabgas (d. h. Gas,
das einen Wasserstoff enthalten kann, der sich nicht an der Reaktion
beteiligt hat) durch den Auslass 21p der Anode 21 des
Stapels 2 der Brennstoffzelle 21 nach einer Leistungserzeugungsreaktion
abgeführt,
und dann wird das Anodenabgas dem Verbrennungsbereich 11 der
Reformierungseinrichtung 1 durch die Abgasleitung 55 zugeführt. Somit
wird das Anodenabgas im Verbrennungsbereich 11 verbrannt. Die
Offgas- bzw. Abgasleitung 55 ist mit einem Stapeldrucksensor 56 und
einem Abgasventil 57 versehen. Der Stapeldrucksensor 56 erfasst
einen Druck P2 innerhalb der Seite der Anode 21 der Brennstoffzelle 2a.
Das Abgasventil 57 ist stromabwärts des Auslasses 21p der
Anode 21 des Stapels 2 positioniert.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, ist ein Kondensierungssystem 60 vorgesehen,
das das reformierte Gas kühlt.
Das Kondensierungssystem 60 kühlt das einem Einlass 21i der
Anode 21 der Brennstoffzelle 2a vom Auslass 1p der
Reformierungseinrichtung 1 zugeführte, reformierte Gas, wodurch
eine in dem reformierten Gas enthaltende Feuchtigkeit kondensiert und
entfernt wird. Das Kondensierungssystem 60 beinhaltet eine
Kühlmittelleitung 62 (eine
Kühlmediumleitung)
und eine Kondensierungssystempumpe 63 (eine Kondensierungssystem-Förderquelle).
In der Kühlmittelleitung 62 wird
das Kühlmittel,
d. h. ein Kühlungsmedium
(ein Kühlungsmedium
in einem flüssigen
Zustand) über
den Kondensator 50, der als ein Wärmetauscher funktioniert, zirkuliert.
Die Kondensierungssystempumpe 63 bewegt, d. h. zirkuliert, das
Kühlmittel
in der Kühlmittelleitung 62.
Wenn die Kondensierungssystempumpe 63 angesteuert wird, wird
das Kühlmittel
in der Kühlmittelleitung 62 zirkuliert.
Daher wird das eine hohe Temperatur aufweisende reformierte Gas
durch Wärmeübertragung
im Kondensator 50 gekühlt.
Dementsprechend wird die in dem durch die Anodengasleitung 5 strömenden, reformierten
Gas enthaltene Feuchtigkeit kondensiert und entfernt.
-
Eine
Umgehungsleitung 66 ist vorgesehen, um den Zusammenströmungsbereich 5w der
Anodengasleitung 5 mit dem Verbrennungsbereich 11 der
Reformierungseinrichtung 1 zu verbinden. Die Umgehungsleitung 66 verbindet
die Anodengasleitung 5 mit dem Verbrennungsbereich 11.
Das in der Anodengasleitung 5 strömende, reformierte Gas wird dem
Verbrennungsbereich 11, und nicht dem Stapel 2 durch
die Umgehungsleitung 66 zugeführt. Die Umgehungsleitung 66 ist
mit einem Umgehungsventil 67 versehen, das geöffnet und
geschlossen wird. Das Umgehungsventil 67 ist aus einem
Elektromagnetventil gebildet. Wenn das Zuführventil 52 geschlossen
und das Umgehungsventil 67 geöffnet wird, wird das von einem
Auslass 50p des Kondensators 50 abgeführte, reformierte
Gas dem Verbrennungsbereich 11 und nicht dem Stapel 2 zugeführt. Somit
wird das reformierte Gas im Verbrennungsbereich 11 verbrannt.
-
Während eines
Leistungserzeugungsbetriebs des Stapels 2 wird im Stapel 2 Wärme erzeugt. Wie
in 1 gezeigt ist, ist ein Brennstoffzellenkühlsystem 70 vorgesehen,
das den Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a kühlt. Das
Brennstoffzellenkühlsystem 70 beinhaltet
eine Brennstoffzellenkühlungsleitung 71 (eine
Kühlungsmediumleitung)
und eine Brennstoffzellenkühlpumpe 72 (eine
Kühlungsmedium-Förderquelle).
In dem Brennstoffzellenkühlsystem 70 wird
das Kühlmittel
(das Kühlungsmedium) über den Stapel 2 der
Brennstoffzelle 2a zirkuliert. Die Brennstoffzellenkühlpumpe 72 (die
Kühlmedium-Förderquelle)
ist in der Brennstoffzellenkühlleitung 71 angeordnet.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, ist ein Warmwasserspeichersystem 75 vorgesehen,
das eine in der Brennstoffzelle 2a erzeugte Wärme wiedergewinnt. Das
Warmwasserspeichersystem 75 beinhaltet einen Warmwasserspeichertank 76,
eine Warmwasserspeicherleitung 77, einen Wärmetauscher 78 und eine
Warmwasserspeichersystempumpe 79 (eine Warmwasserspeichersystem-Förderquelle).
In dem Warmwasserspeichertank 76 wird eine in dem Stapel 2 der
Brennstoffzelle 2a erzeugte Wärmeenergie in Form von Warmwasser
gespeichert. Die Warmwasserspeicherleitung 77 ist mit dem
Warmwasserspeichertank 76 verbunden. Im Wärmetauscher 78 wird zwischen
dem Kühlmittel
(dem Kühlmedium)
in der Brennstoffzellenkühlungsleitung 71 und
dem Wasser in der Warmwasserspeicherleitung 77 Wärme übertragen.
Die Warmwasserspeichersystempumpe 79 (die Warmwasserspeichersystem-Förderquelle)
bewegt das Wasser in der Warmwasserspeicherleitung 77.
-
Eine
Ableitleitung 80 ist vorgesehen, um die Brennstoffpumpe 4 (Brennstoffzuführeinrichtung)
mit dem Einlass 21i der Anode 21 der Brennstoffzelle 2a zu
verbinden. Die Ableitleitung 80 ist mit einem Ableitventil 82 versehen,
das geöffnet
und geschlossen wird. Das Ableitventil 82 wird durch einen
Elektromagnet gebildet. Wenn das Ableitventil 82 geöffnet wird, wird
der Brennstoff von der Brennstoffquelle 49 dem Einlass 21i der
Anode 21 des Stapels 2 der Brennstoffzelle 2a durch
die Ableitleitung 80 zugeführt.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, sind Temperatursensoren 83 bis 89 vorgesehen.
Der Temperatursensor 83 erfasst die Temperatur innerhalb
der Reformierungseinrichtung 1. Der Temperatursensor 84 erfasst
die Temperatur des Verbrennungsbereichs 11. Der Temperatursensor 85 erfasst
die Temperatur des Stapels 2 der Brennstoffzelle 2a.
Der Temperatursensor 86 erfasst die Temperatur eines Bereichs
der Anodengasleitung 5 stromabwärts des Kondensators 50.
Der Temperatursensor 87 erfasst die Temperatur der Kühlmittelleitung 62 des
Kondensierungssystems 60. Der Temperatursensor 88 erfasst
die Temperatur der Brennstoffzellenkühlungsleitung 71.
Der Temperatursensor 89 erfasst die Temperatur der Warmwasserspeicherleitung 77.
-
Die
Steuerungsvorrichtung 3 ist vorgesehen. Die Steuerungsvorrichtung 3 (ein
Computer) beinhaltet eine Eingangsverarbeitungsschaltung 30,
eine CPU 31, eine Ausgangsverarbeitungsschaltung 32, einen
ersten Speicher 33 und einen zweiten Speicher 34.
Der zweite Speicher 34 ist ein beschreibbarer Speicher
und wird durch einen nichtflüchtigen
Speicher gebildet. Signale von den Temperatursensoren 83 bis 89 und
den Drucksensoren 51 und 56 werden in die Eingangsverarbeitungsschaltung 30 der
Steuerungsvorrichtung 3 eingegeben. Die Ausgangsverarbeitungsschaltung 32 gibt
Steuerungssignale an Bestandteilkomponenten wie Pumpen und Ventile
aus.
-
Gemäß der Ausführungsform
sind ein Startschalter 101E, ein Schalter 111E (eine
Normalstopp-Betätigungsvorrichtung),
ein Notstoppschalter 104E (eine Notstopp-Betätigungsvorrichtung),
ein Warnvorrichtungsstoppschalter 105E (eine Warnstopp-Betätigungsvorrichtung),
ein Rücksetzschalter 108E (eine
Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung,
eine Rücksetz-Betätigungsvorrichtung
oder ein Rücksetzschalter)
und DIP-Schalter 125E (eine Betriebsveränderungs-Betätigungsvorrichtung)
vorgesehen. Der Startschalter 101E startet das Brennstoffzellensystem.
Der Schalter 111E stoppt den Leistungserzeugungsbetrieb
des Brennstoffzellensystems. Der Notstoppschalter 104E versetzt
den Betrieb des Brennstoffzellensystems in einen Notstopp. Der Warnvorrichtungs-Stoppschalter 105E wird durch
eine Bedienungsperson (z. B. einen Anwender oder eine für die Wartung
verantwortliche Person) verwendet, um eine Warnvorrichtung (einen
Summer) zu stoppen, wenn die Warnvorrichtung (der Summer oder die
Warneinrichtung) betätigt
wird, um mitzuteilen, dass eine Störung im Brennstoffzellensystem
vorliegt (z. B. der Leistungserzeugungsbetrieb gestoppt oder unterbrochen
wird). Der Rücksetzschalter 108E wird
durch eine Bedienungsperson betätigt,
um das Brennstoffzellensystem das erste Mal zu starten, nachdem
der Betrieb des Brennstoffzellensystems aufgrund einer Störung in
einen Notstopp versetzt worden ist. Die DIP-Schalter 125E werden
verwendet, um Anweisungen für
unterschiedliche Funktionen an das Brennstoffzellensystem auszugeben.
Schaltsignale von den Schaltern werden in die Eingangsverarbeitungsschaltung 30 eingegeben.
-
Ein
Betriebszustandsanzeigebereich 102E, eine Anzeigebereich 103E,
ein erster Anzeigebereich 106E, ein zweiter Anzeigebereich 107E,
ein Anzeigebereich 115E, ein Anzeigebereich 114E und
dergleichen sind vorgesehen. Der Betriebszustandsanzeigebereich 102E zeigt
an, ob das Brennstoffzellensystem momentan in Betrieb ist. Der Anzeigebereich 103E zeigt
den aktuellen Wert der Ausgabe aus dem Brennstoffzellensystem an.
Der erste Anzeigebereich 106E zeigt den aktuellen Betriebscode
des Brennstoffzellensystems an. Der zweite Anzeigebereich 107E zeigt
einen Fehlercode an, wenn das Brennstoffzellensystem aufgrund einer
Störung
gestoppt wird. Der Anzeigebereich 115E zeigt die Gesamtanzahl
von Malen an, die das Brennstoffzellensystems gestartet worden ist.
Der Anzeigebereich 114E zeigt an, dass eine Überprüfung, wie
z. B. eine Routineprüfung,
ausgeführt
werden muss, wenn die Gesamtzeitdauer, während der die Brennstoffzelle
in Betrieb ist, eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet, und/oder die
Gesamtanzahl von Malen, die das Brennstoffzellensystem gestartet
worden ist, eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschreitet. Die Ausgangsverarbeitungsschaltung 32 der
Steuerungsvorrichtung 3 gibt Steuerungssignale an die jeweiligen
Anzeigebereiche und dergleichen aus.
-
Anschließend erfolgt
eine Beschreibung des Falls, in dem das Brennstoffzellensystem gestartet wird.
In diesem Fall steuert die Steuerungsvorrichtung 3 die
Brennstoffpumpe 4 an, öffnet
das Verbrennungsbrennstoffventil 40 und steuert die Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 an,
um die Verbrennungsluft dem Verbrennungsbereich 11 durch
die Verbrennungsluftleitung 17 zuzuführen. In diesem Fall schließt die Steuerungsvorrichtung
das Ableitventil 82, das Zuführventil 52, das Abgasventil 57 und das
Reformierungsbrennstoffventil 42. Weil die Steuerungsvorrichtung 3 das
Verbrennungsbrennstoffventil 40 öffnet, wird der Verbrennungsbrennstoff
von der Brennstoffquelle 49 dem Verbrennungsbereich 11 zugeführt, und
die Verbrennung läuft
im Verbrennungsbereich 11 ab. Somit wird der Reformierungsbereich 10 auf
eine hohe Temperatur erwärmt,
die für die
Reformierungsreaktion geeignet ist. In dieser Situation öffnet die
Steuerungsvorrichtung 3 das Reformierungsbrennstoffventil 42.
Folglich wird der Reformierungsbrennstoff der Reformierungseinrichtung 1 zusammen
mit dem im Verdampfungsbereich (nicht gezeigt) erzeugten Dampf zugeführt. Dementsprechend wird
der Reformierungsbrennstoff in der Reformierungseinrichtung 1 einer
Dampfreformierung unterzogen und das wasserstoffhaltige, reformierte
Gas wird als Anodengas erzeugt. In der Anfangsstufe des Vorgangs
zum Starten der Brennstoffzelle ist die Zusammensetzung des reformierten
Gases nicht notwendigerweise stabil. Daher öffnet die Steuerungsvorrichtung 3 das
Umgehungsventil 67, während
das Zuführventil 52 und
das Abgasventil 57 in der Anfangsstufe des Vorgangs zum
Starten des Brennstoffzellensystems geschlossen werden. In diesem Fall
gelangt das in der Reformierungseinrichtung 1 erzeugte,
reformierte Gas durch die Anodengasleitung 5. Die Menge
der im reformierten Gas enthaltenen Feuchtigkeit wird im Kondensator 50 reduziert. Dann
wird das reduzierte Gas dem Verbrennungsbereich 11 durch
das Umgehungsventil 67 und die Umgehungsleitung 11 zugeführt. Somit
wird das reformierte Gas zur Verbrennung im Verbrennungsbereich 11 zugeführt. Das
erzeugte Verbrennungsabgas wird durch die Verbrennungsabgasleitung 1m der
Reformierungseinrichtung 1 abgeführt. Wenn die Zusammensetzung
des reformierten Gases stabil wird, schließt die Steuerungsvorrichtung 3 das
Umgehungsventil 67 und öffnet
das Zuführventil 52 und das
Abgasventil 57. In diesem Fall strömt das in der Reformierungseinrichtung 1 erzeugte,
reformierte Gas als Anodengas durch die Anodengasleitung 5 zum
Kondensator 50. Die Menge der im reformierten Gas enthaltenen
Feuchtigkeit wird im Kondensator 50 reduziert. Dann wird
das reformierte Gas dem Einlass 21i der Anode 21 der
Brennstoffzelle 2a durch den Zusammenströmungsbereich 5w und
das geöffnete
Zuführventil 52 zugeführt. Luft
wird als Kathodengas der Kathode 22 des Stapels 2 der
Brennstoffzelle 2a durch die Kathodengasleitung 27 zugeführt. Somit
führt der
Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a den Leistungserzeugungsbetrieb
aus, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems
schaltet die Steuerungsvorrichtung 3 die Kondensierungssystempumpe 63 ein,
wodurch das Kühlmittel
in der Kühlmediumleitung 62 zirkuliert
wird. Somit wird das reformierte Gas (Anodengas), das in der Anodengasleitung 5 strömt, gekühlt, und
aus dem reformierten Gas eine übermäßige Feuchtigkeit
entfernt.
-
Während des
Betriebs des Brennstoffzellensystems wird im Stapel 2 Wärme erzeugt.
Die Steuerungsvorrichtung 3 schaltet die Brennstoffzellenkühlungspumpe 72 und die
Warmwasserspeichersystempumpe 79 ein. In diesem Fall wird
das Kühlmittel in
der Brennstoffzellenkühlungsleitung 71 durch
die Brennstoffzellen-Kühlungspumpe 72 zirkuliert,
und der Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a wird gekühlt. Zudem
wird das Wasser in der Warmwasserspeicherleitung 77 durch
die Warmwasserspeichersystempumpe 79 zirkuliert, und die
Wärme des
Kühlmittels
in der Brennstoffzellenkühlungsleitung 71 wird
durch den Wärmetauscher 78 auf
das Wasser in der Warmwasserspeicherleitung 77 übertragen.
Folglich wird die im Stapel 2 erzeugte Wärmeenergie
im Warmwasserspeichertank 76 in Form von Warmwasser gespeichert.
-
Gemäß der Ausführungsform
speichert der erste Speicher 33 der Steuerungsvorrichtung 3 eine Mehrzahl
von unterschiedlichen Programmen bezüglich der Modi (Stoppsteuerungsmodi)
zum Stoppen der Betriebsabläufe
der das Brennstoffzellensystem bildenden Komponenten. Wenn sich
in dem Brennstoffzellensystem eine Störung ereignet, wählt die Steuerungsvorrichtung 3 einen
spezifischen Stoppsteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Stoppsteuerungsmodi
gemäß der Ursache
der Störung
des Brennstoffzellensystems aus und führt den spezifischen Stoppsteuerungsmodus
aus.
-
Gemäß der Ausführungsform
führt die
Steuerungsvorrichtung 3 eine in 2 gezeigte
Steuerung A, eine in 3 gezeigte Steuerung B, eine
in 4 gezeigte Steuerung C oder eine in 5 gezeigte
Steuerung D gemäß der Dringlichkeit
aus, die Ursache der Störung
zu beseitigen. In 2 bis 5 zeigt
die horizontale Achse jeweils die Zeit an. Die Steuerungen A bis
D sind so konfiguriert, dass sie zeitbezogen ablaufen, so dass es
selbst dann nicht zu Problemen kommt, wenn sich eine Störung in
zumindest einem der Sensoren ereignet. Die Steuerung A gilt als
eine Normalstoppsteuerung für
das Brennstoffzellensystem. Die Steuerung A gilt auch als eine Stoppsteuerung,
die ausgeführt
wird, wenn in einer Komponente eine geringfügige Störung auftritt. Die „geringfügige Störung in
einer Komponente" bezeichnet
eine Störung
in einer Komponente, die im Allgemeinen kein sekundäres Problem
verursacht. Die Steuerung B gilt als eine Stoppsteuerung, die beispielsweise
ausgeführt
wird, wenn die Abgabe vom Stapel 2 abnorm ist, eine Temperaturanomalität auftritt,
die Zuführung/Abführung von
Wasser abnorm ist, ein Gasaustritt eintritt oder sich eine Störung in
einem elektrischen System ereignet. Die Steuerung C gilt als Stoppsteuerung,
die ausgeführt
wird, wenn eine Druckabnormalität
auftritt. Die Steuerung D gilt als Stoppsteuerung, die beispielsweise
ausgeführt wird,
wenn sich eine Störung
in einer wichtigen Komponente ereignet, die Temperatur innerhalb
des Brennstoffzellensystembehälters
abnorm ist, eine Steuerungsanomalität auftritt oder ein Stromausfall eintritt.
Das heißt,
dass die Steuerung D ausgeführt wird,
wenn eine Störung
vorliegt, die im Allgemeinen sehr wahrscheinlich zur Verursachung
eines sekundären
Problems führt.
-
(Steuerung
A) 2 zeigt die Steuerung A. Die Steuerung A gilt
als die Steuerung, die ausgeführt
wird, um das Brennstoffzellensystem auf normale Weise zu stoppen,
wenn das Brennstoffzellensystem normal betrieben wird. Alternativ
gilt die Steuerung A als die Stoppsteuerung, die ausgeführt wird, wenn
eine geringfügige
Störung
in einer Komponente auftritt. In diesem Fall handelt es sich bei
der Steuerung A um einen Stoppsteuerungsmodus zum Stoppen des Brennstoffzellensystems,
wenn bestimmt wird, dass in keiner Bestandteilskomponente eine Störung vorliegt.
Wie in 2 gezeigt ist, öffnet die Steuerungsvorrichtung 3 das
Verbrennungsbrennstoffventil 40, um den Verbrennungsbrennstoff
dem Verbrennungsbereich 11 zuzuführen, und öffnet das Reformierungsbrennstoffventil 42,
um den Reformierungsbrennstoff der Reformierungseinrichtung 1 zuzuführen, bis
eine Stoppanweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems ausgegeben
wird. Wenn die Steuerungsvorrichtung 3 oder eine Bedienperson
(z. B. ein Anwender oder eine mit der Wartung betraute Person) die
Stoppanweisung ausgibt, schließt
die Steuerungsvorrichtung 3 das Reformierungsbrennstoffventil 42 unter
Heranziehung einer Schließanweisung 100.
Demzufolge untersagt die Steuerungsvorrichtung 3 eine Zuführung des
Reformierungsbrennstoffs zum Reformierungsbereich 10, wodurch die
Reformierungsreaktion im Reformierungsbereich 10 unterdrückt wird.
Desgleichen schließt
die Steuerungsvorrichtung 3 das Verbrennungsbrennstoffventil 40,
um dadurch die Zufuhr des Verbrennungsbrennstoffs zum Verbrennungsbereich 11 zu
untersagen. Auf diese Weise wird eine Verbrennung im Verbrennungsbereich 11 untersagt.
-
Weil
der Betrieb des Brennstoffzellensystems soeben gestoppt worden ist,
ist die Temperatur der Reformierungseinrichtung 1 immer
noch hoch. Zudem wird das im flüssigen
Zustand befindliche Reformierungswasser, das im Reformierungsbereich 10 der
Reformierungseinrichtung 1 verbleibt, verdampft. Somit
steigt der Druck P1 in der Reformierungseinrichtung 1 allmählich auf
einen hohen Wert an. Wenn das Umgehungsventil 67 geschlossen
wird, steigen der Druck innerhalb der Reformierungseinrichtung 1 und
der Druck in der Leitung, der sich vom Auslass 1p der Reformierungseinrichtung
durch die Anodengasleitung 5, den Kondensator 50,
den Zusammenströmungsbereich 5w zum
Einlass 67i des Umgehungsventils 67 und zum Einlass 52i des
Zuführventils 52 ausdehnt,
auf hohe Werte an.
-
Obwohl
die Stoppanweisung ausgegeben wird, öffnet daher die Steuerungsvorrichtung 3 das Umgehungsventil 67 für eine vorbestimmte
Zeit. Das heißt,
dass die Steuerungsvorrichtung 3 das Umgehungsventil 67 von
der Zeit t1, zu der die Stoppanweisung ausgegeben wird, bis zur
Zeit t3 öffnet.
Dadurch wird verhindert, dass der Druck P1 im Reformierungsbereich 10 der
Reformierungseinrichtung 1 auf einen übermäßig hohen Wert ansteigt. In
diesem Fall besteht die Möglichkeit,
das Auftreten einer Störung
in Bestandteilskomponenten in der Reformierungseinrichtung 1 aufgrund
eines übermäßig hohen Drucks
zu unterdrücken
oder zu verhindern. Wenn die vorbestimmte Zeit nach der Zeit t1,
zu der die Stoppanweisung ausgegeben wird, d. h. zur Zeit t3, verstrichen
ist, schließt
die Steuerungsvorrichtung 3 das Umgehungsventil 67 unter
Verwendung einer Schließanweisung 101,
um dadurch die Reformierungseinrichtung 1 luftdicht abzudichten.
-
Nach
der Zeit t3 kann jedoch der Druck P1 in der Reformierungseinrichtung
aufgrund einer Verdampfung von in der Reformierungseinrichtung 1 zurückgebliebenem
Wasser allmählich
ansteigen, wie durch die Kennlinie X1 in 2 gezeigt
ist. Wenn das Umgehungsventil 67 wie vorstehend beschrieben
geschlossen ist, steigen der Druck innerhalb der Reformierungseinrichtung 1 und
der Druck in der Leitung, der sich vom Auslass 1p der Reformierungseinrichtung 1 durch
die Anodengasleitung 5, den Kondensator 50, den
Zusammenströmungsbereich 5w zum Einlass 67i des
Umgehungs ventils 67 und zum Einlass 52i des Zuführventils 52 ausdehnt,
auf hohe Werte an. Wenn der Druck P1 in der Reformierungseinrichtung 1 auf
einen vorbestimmten Wert erhöht wird, öffnet die
Steuerungsvorrichtung 3 dementsprechend das Umgehungsventil 67 für eine vorbestimmte
Zeit ta unter Verwendung einer Anweisung 102, um dadurch
den hohen Druck aus der Reformierungseinrichtung 1 abzulassen.
In diesem Fall wird das Hochdruckgas durch die Verbrennungsabgasleitung 1m nach
außen
abgeführt.
Nachdem die vorbestimmte Zeit ta verstrichen ist, schließt die Steuerungsvorrichtung 3 das
Umgehungsventil 67 erneut. Wenn der Druck P1 in der Reformierungseinrichtung 1 auf
den vorbestimmten Wert erhöht
wird, öffnet
die Steuerungsvorrichtung 3 das Umgehungsventil 67 erneut
für die
vorbestimmte Zeit ta, wie vorstehend beschrieben ist.
-
Selbst
nach der Zeit t3 setzt die Steuerungsvorrichtung 3 ferner
den Betrieb der Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 unter
Verwendung einer Fortsetzungsanweisung fort. Somit wird die Verbrennungsluft
dem Verbrennungsbereich 11 der Reformierungseinrichtung 1 als
zum Abkühlen
dienende Luft zugeführt,
um dadurch den Verbrennungsbereich 11 und den Reformierungsbereich 10 unter
Verwendung der Verbrennungsluft zu kühlen. In diesem Fall wird das
Feuer im Verbrennungsbereich 11 ausgemacht, weil die Zufuhr
des Verbrennungsbrenngases zum Verbrennungsbereich 11 untersagt
wird. Die Temperatur der Reformierungseinrichtung 1 nimmt ab
und erreicht einen Sollwert zur Zeit t5. Zur Zeit t5 hat sich die
Reformierungseinrichtung 1 einschließlich dem Verbrennungsbereich 11 abgekühlt, und
die Temperatur der Reformierungseinrichtung 1 hat sich zur
Zeit t5 bereits auf einen geringen Wert verringert. Daher schaltet
die Steuerungsvorrichtung 3 die Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 unter
Verwendung einer Anweisung 104 ab, um dadurch die Zufuhr
der Verbrennungsluft zum Verbrennungsbereich 11 der Reformierungseinrichtung 1 zu
untersagen.
-
Wenn
die Temperatur der Reformierungseinrichtung 1 zurückgegangen
ist und den Sollwert zur Zeit t5 erreicht, öffnet die Steuerungsvorrichtung 3 das
Reformierungsbrennstoffventil 42 für eine vorbestimmte Zeit tc
unter Verwendung einer Öffnungsanweisung 105,
so dass der Reformierungsbrennstoff (z. B. ein Gas auf Kohlenwasserstoffbasis)
in der Reformierungseinrichtung 1 gehalten wird. Selbst
wenn die Reformierungseinrichtung 1 weiter abkühlt, ist
es möglich,
zu verhindern, dass der Druck in der Reformierungseinrichtung 1 negativ
wird, und die Funktionen zum Schützen
des Inneren der Reformierungseinrichtung 1 zu verbessern.
Dadurch wird die Möglichkeit
gemindert, dass Außenluft
oder Kondenswasser versehentlich in das Innere der Reformierungseinrichtung 1 gelangen.
-
Wenn
der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt wird, wird die
Erzeugung elektrischer Leistung im Stapel 2 der Brennstoffzelle 2 gestoppt, jedoch
aufgrund einer Reaktion des Anodengases, das im Inneren des Stapels 2 verblieben
ist, Wasser erzeugt. Wie durch die Kennlinie X2 in 2 gezeigt ist,
nimmt daher der Druck P2 auf der Seite der Anode 21 des
Stapels 2 der Brennstoffzelle 2a allmählich ab.
Um dementsprechend zu verhindern, dass der Druck P2 auf der Seite
der Anode 21 des Stapels 2 übermäßig negativ wird, öffnet die
Steuerungsvorrichtung 3 das Ableitventil 82 für eine vorbestimmte Zeit
tb unter Verwendung einer Öffnungsanweisung 106,
so dass der Reformierungsbrennstoff (z. B. ein Gas auf Kohlenwasserstoffbasis)
in der Anode 21 des Stapels 2 gehalten wird. Somit
wird der Druck in der Anode 21 des Stapels 2 auf
einem hohen Wert gehalten. Dadurch wird verhindert, dass der Druck
im Inneren des Stapels 2 negativ wird. Dementsprechend
besteht die Möglichkeit,
zu verhindern, dass Außenluft
in den Stapel 2 gelangt. Dadurch wird der im Inneren des
Stapels 2 befindliche Katalysator geschützt. Wenn der Druck P2 auf
der Seite der Anode 21 des Stapels 2 erneut zurückgeht, öffnet die
Steuerungsvorrichtung 3 das Ableitventil 82 erneut
für die vorbestimmte
Zeit tb unter Verwendung der Anweisung 106.
-
Zudem
setzt die Steuerungsvorrichtung 3 den Betrieb der Kondensierungssystempumpe 63 unter
Verwendung der Fortsetzungsanweisung 108 fort, um dadurch
das Kühlmittel
von der Kondensierungssystempumpe 63 bei einer Sollströmungsrate bis
zur Zeit t5 zuzuführen.
Die Steuerungsvorrichtung 3 setzt ferner den Betrieb der
Warmwasserspeicherpumpe 79 unter Verwendung einer Fortsetzungsanweisung 109 fort,
um dadurch das Wasser bis zur Zeit t5 bei einer Sollströmungsrate
von der Warmwasserspeicherpumpe 79 zuzuführen. Zudem
setzt die Steuerungsvorrichtung 3 den Betrieb der Brennstoffzellenkühlpumpe 72 unter
Verwendung einer Fortsetzungsanweisung 110 fort, um dadurch
das Kühlmittel von
der Brennstoffzellenkühlpumpe 72 bis
zur Zeit t5 zuzuführen.
Weil in diesem Fall die Kondensierungssystempumpe 63 in
Betrieb ist, wird die Kühlleistung im
Kondensator 50 sichergestellt, und die Leistung der Kühlung des
in der Anodengasleitung 5 strömenden Anodengases wird angemessen
sichergestellt. Weil die Warmwasserspeichersystempumpe 79 in Betrieb
ist, wird außerdem
die Kühlleistung
in der Warmwasserspeicherleitung 77 angemessen sichergestellt.
Somit wird die Leistung von auf die Kühlung bezogenen Komponenten
sichergestellt. Die Kühlung
der damit in Verbindung stehenden Komponenten kann zur Zeit t5,
bei der die Temperatur der Reformierungseinrichtung 1 (Verbrennungsbereich 11) ausreichend
zurückgegangen
ist, abgeschlossen werden. Daher schaltet die Steuerungsvorrichtung 3 die
Kondensierungssystempumpe 63 unter Verwendung einer Stoppanweisung 111 ab
und schaltet die Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 unter
Verwendung einer Stoppanweisung 112 ab und schaltet die
Brennstoffzellenkühlungspumpe 72 unter
Verwendung einer Stoppanweisung 113 zur Zeit t5 ab.
-
Wenn
eine geringfügige
Störung
in einer Komponente oder dergleichen vorliegt, stoppt die Steuerungsvorrichtung 3 entsprechend
der Ausführungsform
das Brennstoffzellensystem gemäß der vorstehend
beschriebenen Steuerung A, d. h. dem gleichen Steuerungsmodus wie
dem Stoppsteuerungsmodus während
eines Normalbetriebs.
-
(Steuerung
B) 3 zeigt die Steuerung B. Die Steuerung B weist
im Grunde die gleiche Konfiguration auf wie die Steuerung A. Die
Steuerung B gilt als eine Steuerung, die ausgeführt wird, wenn die Dringlichkeit,
das Brennstoffzellensystem zu stoppen, höher ist als wenn die Steuerung
A ausgeführt wird.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Steuerung B mit Schwerpunkt
auf den Unterschieden zwischen der Steuerung B und der Steuerung
A. Weil der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt wird, nimmt
der Druck P2 auf der Seite der Anode 21 des Stapels 2 der
Brennstoffzelle 2a allmählich
ab, wie durch die Kennlinie Y1 in 3 gezeigt
ist. Man nimmt an, dass der Druck P2 aufgrund der Reaktion des Anodengases,
das im Stapel 2 verbleibt, und der Kühlung des Stapels 2 allmählich abnimmt.
-
In
der Steuerung B wird jedoch dem Ableitventil 82 durch die
Steuerungsvorrichtung 3 die Öffnung untersagt. Das heißt, dass
die Steuerungsvorrichtung 3 die Zuführung des Reformierungsbrennstoffs
zur Anode 2 des Stapels 2 untersagt. In diesem Fall
wird ein Anstieg des Drucks der Anode 21 des Stapels 2 verhindert.
Somit bleibt die Zuführung
des Reformierungsbrenngases zur Anode 21 des Stapels 2 weiterhin
gestoppt. Weil der Druck in der Anode 21 des Stapels 2 weiterhin
allmählich
abnimmt, besteht in diesem Fall die Möglichkeit, dass Außenluft
in die Brennstoffzelle 2a eindringt, die Oxidation des
Katalysators in der Brennstoffzelle 2a fortgesetzt wird
und sich dementsprechend die Leistung des Katalysators verändert. Obwohl
die Möglichkeit
des Eintretens einer solchen Situation in Betracht gezogen wird,
untersagt die Steuerungsvorrichtung 3 die Zuführung des
Reformierungsbrenngases zur Anode 21 des Stapels 2.
Dies wird damit begründet,
dass der Reformierungsbrennstoff entzündlich ist, und es daher zu einem
sekundären
Problem kommen kann, wenn der Reformierungsbrennstoff der Anode 21 zugeführt wird.
Selbst wenn sich die Leistung des Katalysators in der Brennstoffzelle 2a verändert, kann
der Katalysator in der Brennstoffzelle 2a wiederhergestellt
werden, wenn die Steuerungsvorrichtung 3 einen Postprozess
zum Wiederherstellen des Katalysators unter Verwendung des reformierten,
wasserstoffhaltigen Gases ausführt,
das einen reduzierenden Effekt hat. In der Steuerung B wird ferner
die Öffnungsanweisung 105,
die in der Steuerung A bereitgestellt wird, nicht bereitgestellt.
Weil dementsprechend der Reformierungsbrennstoff der Reformierungseinrichtung 1,
die abgekühlt
worden ist, nicht zugeführt
wird, kann der Druck in der Reformierungseinrichtung 1 negativ
werden.
-
(Steuerung
C) 4 zeigt die Steuerung C. Die Steuerung C weist
im Grund die gleiche Konfiguration auf wie die Steuerung B. Die
Steuerung C gilt als eine Steuerung, die ausgeführt wird, wenn die Dringlichkeit,
das Brennstoffzellensystem zu stoppen, sogar noch höher ist
als wenn die Steuerung B ausgeführt
wird. Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Steuerung C mit
Schwerpunkt auf den Unterschieden zwischen der Steuerung C und die
Steuerung B. Das heißt,
dass die Steuerung C ausgeführt wird,
wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu stoppen, sogar
noch höher
ist als wenn die Steuerung B ausgeführt wird. Obwohl die Bestandteilskomponenten
des Brennstoffzellensystems beschädigt sein können, räumt die Steuerungsvorrichtung 3 einer
Ausführung
der Steuerung C höhere
Priorität
ein, um das Brennstoffzellensystem angemessener stoppen zu können.
-
Da
das Brennstoffzellensystem wie in der Steuerung B gestoppt wird,
nimmt in der Steuerung C der Druck P2 auf der Seite der Anode 21 des
Stapels 2 der Brennstoffzelle 2a allmählich ab,
wie durch die Kennlinie W1 in 4 gezeigt
ist. In der Steuerung C wird jedoch dem Ableitventil 82 durch
die Steuerungsvorrichtung 3 die Öffnung untersagt. Daher nimmt
der Druck P2 in der Anode 21 des Stapels 2 allmählich ab.
Der Druck P2 in der Anode 21 des Stapels 2 darf
somit negativ werden, und die Eigenschaft des Katalysators im Stapel 2 darf
sich ändern.
-
Wenn
die Stoppanweisung ausgegeben wird, schließt die Steuerungsvorrichtung 3 ferner
in der Steuerung C das Umgehungsventil 67 unter Verwendung
einer Schließanweisung 302 und öffnet im Anschluss
daran das Umgehungsventil 67 nicht. Demzufolge untersagt
die Steuerungsvorrichtung 3 den Betrieb zum Ablassen des
Drucks aus der Reformierungseinrichtung 1. Wie durch die
Kennlinie W2 in 4 gezeigt ist, steigt daher
der Druck P1 im Inneren der Reformierungseinrichtung 1 allmählich auf
einen hohen Wert an. In diesem Fall kann sich die Leistung der auf
die Reformierungseinrichtung 1 bezogenen Komponenten verändern. Trotzdem
räumt die Steuerungsvorrichtung 3 einer
Ausführung
der Steuerung C eine höhere
Priorität
ein. Somit untersagt die Steuerungsvorrichtung 3 dem Umgehungsventil 67 die Öffnung und
erlaubt dem Druck in der Reformierungseinrichtung 1, auf
einen hohen Wert anzusteigen.
-
Wenn
die Stoppanweisung zum Stoppen des Betriebs des Brennstoffzellensystems
ausgegeben wird, untersagt ferner in der Steuerung C die Steuerungsvorrichtung 3 den
Betrieb der Kondensierungssystempumpe 63 unter Verwendung
einer Stoppanweisung 304, den Betrieb der Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 unter
Verwendung einer Stoppanweisung 305 und den Betrieb der
Brennstoffzellenkühlpumpe 72 unter
Verwendung einer Stoppanweisung 306. Demzufolge besteht
die Möglichkeit,
die Erzeugung von Wärme
aufgrund des Betriebs der Kondensierungssystempumpe 63,
die Erzeugung von Wärme
aufgrund des Betriebs der Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 und
die Erzeugung von Wärme
aufgrund des Betriebs der Brennstoffzellenkühlpumpe 72 zu verhindern.
In diesem Fall kann sich jedoch die Kühlungsleistung des Brennstoffzellensystems
verschlechtern, weil das Wasser (oder Kühlmittel) nicht in der Kühlmittelleitung 62 des
Kondensierungssystems 60, in der Brennstoffzellen-Kühlungsleitung 71 und
in der Warmwasserspeicherleitung 77 strömt. Trotzdem untersagt die
Steuerungsvorrichtung 3 die Betriebsabläufe der Kondensierungssystempumpe 63,
der Warmwasserspeicherpumpe 79 und der Brennstoffzellenkühlungspumpe 72 und
lässt eine
Verschlechterung der Kühlungsleistung
des Brennstoffzellensystems zu. In der Steuerung C setzt jedoch
die Steuerungsvorrichtung 3 den Betrieb der Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 unter
Verwendung der Fortsetzungsanweisung 103 fort, wodurch
die Verbrennungsluft dem Verbrennungsbereich 11 durch die
Verbrennungsluftleitung 17 wie in der Steuerung B zugeführt wird.
Somit verbessert die Steuerungsvorrichtung 3 die Kühlungsleistung
der Reformierungseinrichtung 1, d. h. fördert die Kühlung des Verbrennungsbereichs 11 und
des Reformierungsbereichs 10. Dies hat den Grund, dass die
Temperatur der Reformierungseinrichtung 1 bis unmittelbar
vor dem Stoppen des Leistungserzeugungsbetriebs des Brennstoffzellensystems
hoch ist, und daher die Reformierungseinrichtung 1 gekühlt werden
muss.
-
(Steuerung
D) 5 stellt die Steuerung D dar. Die Steuerung D
weist im Grunde die gleiche Konfiguration auf wie die Steuerung
C. Die Steuerung D gilt als eine Steuerung, die ausgeführt wird, wenn
die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu stoppen, höher ist
als wenn die Steuerung C ausgeführt
wird, und ein Sekundärschaden
im Brennstoffzellensystem bewirkt werden kann. Das heißt, dass
die Steuerung D ausgeführt
wird, wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu stoppen,
am höchsten
ist. Wenngleich die Bestandteilskomponenten Schaden nehmen können, räumt die Steuerungsvorrichtung 3 der
Ausführung
der Steuerung D eine höhere
Priorität
ein. Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Steuerung D mit Schwerpunkt auf
den Unterschieden zwischen der Steuerung D und der Steuerung C.
Da der Leistungserzeugungsbetrieb des Brennstoffzellensystems wie
in der Steuerung C gestoppt wird, nimmt in der Steuerung D der Druck
P2 in der Anode 21 des Stapels 2 der Brennstoffzelle 2a allmählich ab,
wie durch die Kennlinie U1 in 5 gezeigt
ist. Die Steuerungsvorrichtung 3 schließt jedoch das Ableitventil 82 und
untersagt dem Ableitventil 82 die Öffnung. Daher nimmt der Druck P2
in der Anode 21 des Stapels 2 weiterhin ab, wie durch
die Kennlinie U1 in 5 gezeigt ist.
-
Wenn
die Stoppanweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems in der
Steuerung D ausgegeben wird, untersagt die Steuerungsvorrichtung 3 dem
Umgehungsventil 67 unter Verwendung einer Schließanweisung 402 die Öffnung.
Das heißt,
dass die Steuerungsvorrichtung 3 den Betrieb zum Ablassen
des Drucks aus der Reformierungseinrichtung 1 untersagt.
Der Druck P1 im Inneren der Reformierungseinrichtung 1 nimmt
somit allmählich
ab, wie durch die Kennlinie U2 gezeigt ist.
-
Wenn
die Stoppanweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems in der
Steuerung D ausgegeben wird, untersagt die Steuerungsvorrichtung 3 ferner
den Betrieb der Kondensierungssystempumpe 63 unter Verwendung
einer Stoppanweisung 404, den Betrieb der Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 unter
Verwendung einer Stoppanweisung 405 und den Betrieb der
Brennstoffzellenkühlpumpe 72 unter Verwendung
einer Stoppanweisung 406. Es ist daher möglich, eine
Wärmeerzeugung
aufgrund des Betriebs der Kondensierungssystempumpe 63,
eine Wärmeerzeugung
aufgrund des Betriebs der Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 und
eine Wärmeerzeugung
aufgrund des Betriebs der Brennstoffzellenkühlpumpe 72 zu verhindern.
In diesem Fall strömt
jedoch kein Wasser (oder Kühlmittel)
in der Kühlmediumleitung 62 des
Kondensierungssystems 60, in der Brennstoffzellenkühlungsleitung 71 und
in der Warmwasserspeicherleitung 77. Somit kann sich die
Kühlleistung
des Brennstoffzellensystems verschlechtern. Ungeachtet dessen untersagt
die Steuerungsvorrichtung 3 die Betriebsabläufe der
Kondensierungssystempumpe 63, der Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 und
der Brennstoffzellenkühlpumpe 72.
-
Die
Steuerungsvorrichtung 3 stoppt in der Steuerung D den Betrieb
der Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 und
untersagt, im Gegensatz zur Steuerung C, den Betrieb der Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 unter
Verwendung einer Stoppanwei sung 408. Dabei wird der Kühlbetrieb
zum Zuführen
von Luft zum Kühlen
des Verbrennungsbereichs 11 der Reformierungseinrichtung 1 durch
die Verbrennungsluftleitung 17 untersagt. Das heißt, dass
die Kühlung
des Verbrennungsbereichs 11 und des Reformierungsbereichs 10 untersagt
wird.
-
Wie
vorstehend beschrieben, schaltet die Steuerungsvorrichtung 3 in
der Steuerung D die Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 unter
Verwendung der Stoppanweisung 408 aus. Dementsprechend
wird die Verbrennungsluft zum Kühlen
weder dem Verbrennungsbereich 11 der Reformierungseinrichtung 1 noch
der Reformierungseinrichtung 1 zugeführt. Somit werden der Verbrennungsbereich 11 der
Reformierungseinrichtung 1 und die Reformierungseinrichtung 1 spontan
abgekühlt.
Weil die Verbrennung durch die Verbrennungsluft gefördert wird, wird
die Zufuhr der Verbrennungsluft zum Kühlen der Reformierungseinrichtung 1 gestoppt,
um eine sekundäre
Veränderung
der Leistung des Brennstoffzellensystems oder eine sekundäre Beschädigung des
Brennstoffzellensystems zu verhindern.
-
Wenn,
wie vorstehend beschrieben, die Stoppanweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems
ausgegeben wird, stoppt in der Steuerung D die Steuerungsvorrichtung 3 die
Zufuhr des Reformierungsbrennstoffs zur Reformierungseinrichtung 1,
schließt
das Umgehungsventil 67 und stoppt die Zufuhr der Verbrennungsluft,
stoppt den Betrieb der Kondensierungssystempumpe 63, stoppt
den Betrieb der Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 und stoppt
den Betrieb der Brennstoffzellenkühlpumpe 72. Wenngleich
in der Steuerung D eine sekundäre Störung verursacht
werden kann, muss die Steuerung D ausgeführt werden, wenn die Dringlichkeit, das
Brennstoffzellensystem zu stoppen, extrem hoch ist. Wenn eine sekundäre Störung in
einer Komponente auftritt, muss die defekte Komponente durch eine
neue ersetzt oder repariert werden.
-
Wenn
gemäß der Ausführungsform
eine defekte Komponente identifiziert wird und die Steuerungsvorrichtung 3 die
Steuerung ausführt,
die einen Stoppprozess beinhaltet, in dem die defekte Komponente
verwendet wird, führt
die Steuerungsvorrichtung 3 die Steuerung zum Stoppen des
Brennstoffzellensystems ohne Verwendung der defekten Komponente
aus. Die Steuerungsvorrichtung 3 kann beispielsweise die
Temperatur des Verbrennungsbereichs 11 der Reformierungseinrichtung 1 überwachen
und kann die normale Stoppsteuerung ausführen. Wenn in diesem Fall eine
Störung
in einem Temperatursensor auftritt und der defekte Temperatursensor
identifiziert wird, führt
die Steuerungsvorrichtung 3 die Steuerung zum Stoppen des
Brennstoffzellensystems basierend auf der verstrichenen Zeit aus,
ohne das Signals des defekten Temperatursensors zu verwenden.
-
6 zeigt
eine zweite Ausführungsform. Die
zweite Ausführungsform
wird nachstehend mit Schwerpunkt auf den Unterschieden zwischen
der zweiten Ausführungsform
und der ersten Ausführungsform
beschrieben. Wenn in der ersten Ausführungsform der Leistungserzeugungsbetrieb
des Brennstoffzellensystem gestoppt wird, wird Wasser, das in der
Reformierungseinrichtung 1 zurückgeblieben ist, durch eine
Restwärme
in der Reformierungseinrichtung 1 verdampft. In der ersten
Ausführungsform
untersagt die Steuerungsvorrichtung 3 in der Steuerung
C dem Umgehungsventil 67, geöffnet zu werden, wie in 4 gezeigt
ist. Der Druck P1 innerhalb der Reformierungseinrichtung 1 steigt
daher allmählich
auf einen hohen Wert an. Auch in der Steuerung D steigt der Druck
P1 im Inneren der Reformierungseinrichtung 1 allmählich auf
einen hohen Wert an, wie in 5 gezeigt
ist. In diesem Fall kann der Druck P1 abhängig von einer Stoppbedingung
einen übermäßig hohen
Wert erreichen, und die auf die Reformierungseinrichtung 1 bezogenen
Komponenten können
beschädigt
werden.
-
Dementsprechend
betreibt die Steuerungsvorrichtung 3 in der zweiten Ausführungsform
im Grunde die Ventile und Pumpen in einer der Steuerungen A bis
D entsprechend der Ursache einer Störung des Brennstoffzellensystems
(wobei sich jedoch die Kurven, die die Anstiege in den Drücken P1
und P2 anzeigen, von denen in der ersten Ausführungsform unterscheiden).
In der zweiten Ausführungsform wird
ferner die nachstehende mechanische Struktur verwendet. Das heißt, dass
es sich bei dem Umgehungsventil 67 um ein elektromagnetisches
Ventil handelt, das gemäß einer
Anweisung geöffnet
wird, die durch die Steuerungsvorrichtung 3 bereitgestellt wird.
Das Umgehungsventil 67 wird durch eine Elektromagnetspule
geöffnet
und geschlossen. Zudem beinhaltet das Umgehungsventil 67 einen
Entlastungsbereich 67a, bei dem es sich um ein mechanisches
Rückschlagventil
handelt, das als Reaktion auf den Druck mechanisch geöffnet wird.
-
Der
Entlastungsbereich 67a beinhaltet eine Leitung 67c,
ein bewegliches Ventilelement 67c und ein Federelement 67f.
Die Leitung 67c weist eine Ventilöffnung 67b auf, die
normalerweise geschlossen ist. Das Ventilelement 67c schließt die Ventilöffnung 67b der
Leitung 67c. Bei dem Federelement 67f handelt
es sich um ein kraftansetzendes Element, das auf das Ventilelement 67e eine
Kraft in einer Richtung ansetzt, dass das Ventilelement 67e die Ventilöffnung 67b schließt. Die
Ventilöffnung 67b ist parallel
zur Umgehungsleitung 66 bereitgestellt (die Ventilöffnung des
Umgehungsventils 67). Die Ventilöffnung 67b wird normalerweise
durch das Ventilelement 67e aufgrund der Antriebkraft des
Federelements 67f mechanisch geschlossen.
-
Selbst
wenn die Steuerungsvorrichtung 3 dem Umgehungsventil 67 untersagt,
geöffnet
zu werden, wenn ein Eingangsdruck Pe (siehe 6) stromauf
des Umgehungsventils 67 einen Solldruck Pk1 überschreitet,
bei dem der Entlastungsbereich 67a geöffnet wird, wird das Ventilelement 67e des Entlastungsbereichs 67a ungeachtet
der durch die Steuerungsvorrichtung 3 ausgeführten Steuerung mechanisch
eingezogen, während
es sich der Kraft des Federelements 67f widersetzt. Somit
wird die Ventilöffnung 67b des
Entlastungsbereichs 67a automatisch geöffnet. In diesem Fall wird
die Ventilöffnung 67b des
Entlastungsbereichs 67a als Reaktion auf den Druck Pe stromauf
des Umgehungsventils 67 mechanisch geöffnet. Wenngleich in diesem
Fall das Umgehungsventil 67, bei dem es sich um das elektromagnetische
Ventil handelt, nicht geöffnet
wird, wird das unter hohem Druck stehende Gas im Inneren der Reformierungseinrichtung 1 dem
Verbrennungsbereich 11 zugeführt, und dann nach außerhalb
durch die Verbrennungsabgasleitung 1m abgeführt. Dadurch
wird verhindert, dass der Druck im Inneren der Reformierungseinrichtung 1 übermäßig hoch
wird. Somit werden die Funktionen zum Schützen der Bestandteilskomponenten
der Reformierungseinrichtung 1 verbessert. Somit funktioniert
der Entlastungsbereich 67a als die Einrichtung zum Verhindern
eines übermäßig hohen
Drucks in der Reformierungseinrichtung.
-
In
der zweiten Ausführungsform
handelt es sich ferner bei dem Zuführventil 52, das stromauf
der Anode des Stapels 2 positioniert ist, um ein elektromagnetisches
Ventil, das gemäß einer
durch die Steuerungsvorrichtung 3 bereitgestellten Anweisung geöffnet und
geschlossen wird. Das Zuführventil 52 wird
durch eine Elektromagnetspule geöffnet
und geschlossen. Zudem beinhaltet das Zuführventil 52 einen
Entlastungsbereich 52a, bei dem es sich um ein Rückschlagventil
handelt, das als Reaktion auf den Druck mechanisch geöffnet wird.
Wie in 6 gezeigt ist, beinhaltet der Entlastungsbereich 52a eine Leitung 52c,
ein bewegliches Ventilelement 52e und ein Federelement 52f.
Die Leitung 52c weist eine Ventilöffnung 52b auf, die
normalerweise geschlossen ist. Das Ventilelement 52e schließt die Ventilöffnung 52b der
Leitung 52c. Bei dem Federelement 52f handelt
es sich um kraftansetzendes Element, das eine Kraft auf das Ventilelement 52e in
einer Richtung ansetzt, dass das Ventilelement 52e die Ventilöffnung 52b schließt. Die
Ventilöffnung 52b ist parallel
zu der Anodengasleitung 5 angeordnet (die Ventilöffnung des
Zuführventils 52).
Die Ventilöffnung 52b wird
normalerweise aufgrund der Kraft des Federelements 52f durch
das Ventilelement 52e mechanisch geschlossen.
-
Selbst
wenn die Steuerungsvorrichtung 3 dem Zuführventil 52 untersagt,
geöffnet
zu werden, wenn ein Eingangsdruck Pf (siehe 6) stromauf des
Zuführventils 52 einen
Solldruck Pk2 überschreitet,
bei dem der Entlastungsbereich 52a geöffnet wird, wird das Ventilelement 52e des
Entlastungsbereichs 52a ungeachtet der durch die Steuerungsvorrichtung 3 ausgeführten Steuerung
mechanisch eingefahren, während
es sich der Kraft des Federelements 52f widersetzt. Somit
wird die Ventilöffnung 52b des
Entlastungsbereichs 52a automatisch geöffnet. In diesem Fall wird
die Ventilöffnung 52b des Entlastungsbereichs 52a als
Reaktion auf den Druck Pf stromauf des Zuführventils 52 mechanisch
geöffnet.
In diesem Fall wird das Gas der Anode 21 des Stapels 2 zugeführt, obwohl
das Zuführventil 52 nicht geöffnet ist.
Dadurch wird verhindert, dass der Druck auf der Seite der Anode 21 übermäßig negativ
wird. Somit ist es möglich,
die Möglichkeit
zu reduzieren, dass Außenluft
in die Anode 21 des Stapels 2 eindringt. So mit
funktioniert der Entlastungsbereich 52a als eine Einrichtung
zum Verhindern eines übermäßigen Negativdrucks
an der Anode.
-
In
der zweiten Ausführungsform
können
das Umgehungsventil 67 und der Entlastungsbereich 67a einstückig bereitgestellt
werden. Alternativ können das
Umgehungsventil 67 und der Entlastungsbereich 67a separat
voneinander bereitgestellt werden. Das Zuführventil 52 und das
Entlastungsventil 52a können
einstückig
bereitgestellt werden. Alternativ können das Zuführventil 52 und
das Entlastungsventil 52a separat voneinander bereitgestellt
werden. Die Beziehung zwischen dem Solldruck Pk1, bei dem der Entlastungsbereich 67a geöffnet wird,
und dem Solldruck Pk2, bei dem der Entlastungsbereich 52 geöffnet wird,
kann wie folgt eingestellt werden. Der Solldruck Pk1 kann höher sein
als der Solldruck Pk2 (Pk1 > Pk2);
der Solldruck Pk1 kann geringer sein als der Solldruck Pk2 (Pk1 < Pk2); der Solldruck
Pk1 kann gleich dem Solldruck Pk2 sein (Pk1 = Pk2); und der Solldruck
Pk1 kann im Wesentlichen gleich dem Solldruck Pk2 sein. Wenn der
Solldruck Pk1 höher
ist als der Solldruck Pk2 (Pk1 > Pk2),
wird das Gas innerhalb der Reformierungseinrichtung 1 vorzugsweise an
die Anode 21 des Stapels 2 abgeführt. Daher
ist es möglich,
angemessen zu verhindern, dass der Druck P2 in der Anode 21 des
Stapels 2 übermäßig negativ
wird. In der zweiten Ausführungsform
werden sowohl der Entlastungsbereich 67a als auch der Entlastungsbereich 52a bereitgestellt.
Es kann jedoch entweder nur der Entlastungsbereich 67a oder
der Entlastungsbereich 52a bereitgestellt werden.
-
7 bis 9B zeigt
eine dritte Ausführungsform. 1 bis 6 können zur
Darstellung von Bereichen herangezogen werden, die die gleiche Konfiguration
wie in der ersten oder zweiten Ausführungsform aufweisen. Nachstehend
erfolgt eine Beschreibung der dritten Ausführungsform mit Schwerpunkt
auf den Unterschieden zwischen der dritten Ausführungsform und der ersten und
zweiten Ausführungsform. 7 zeigt
ein Flussdiagramm einer Speicherroutine, die durch die Steuerungsvorrichtung 3 ausgeführt wird,
wenn der Leistungserzeugungsbetrieb ausgeführt wird. Das Flussdiagramm der
Speicherroutine ist nicht auf dieses Flussdiagramm begrenzt. Zunächst liest
die Steuerungsvorrichtung Informationen über den Betrieb des Brennstoffzellensystems (Schritt
S202) und bestimmt, ob das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist
(d. h. ob das Brennstoffzellensystem sich in entweder dem Startmodus,
dem Leistungserzeugungsbetrieb oder im Bereitschaftsbetrieb befindet)
(Schritt SB204). Wenn das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist,
startet die Steuerungsvorrichtung 3 einen Zeitgeber (Schritt
SB206) und bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist (Schritt
SB208). Wenn die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, liest und speichert
die Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über den Druck
(Schritt SB210). Anschließend
liest und speichert die Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über die
Temperatur (Schritt SB212). Anschließend liest und speichert die
Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über die Temperatur im Brennstoffzellensystembehälter (Schritt
SB214). Anschließend
liest und speichert die Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über einen
Gasaustritt (Schritt S216). Anschließend liest und speichert die
Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über wichtige Komponenten (Schritt S218).
Anschließend
liest und speichert die Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über Komponenten,
die nicht von Bedeutung sind (Schritt SB220). Anschließend liest
und speichert die Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über die
Leistungsabgabe aus dem Stapel 2 (Schritt SB222). Anschließend liest und
speichert die Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über das
elektrische System (Schritt S224). Anschließend liest und speichert die
Steuerungsvorrichtung 3 Informationen über das Steuersystem (Schritt SB226).
Anschließend
liest und speichert die Steuerungsvorrichtung 3 die anderen
Informationen (Schritt S228). Als diese anderen Informationen speichert
die Steuerungsvorrichtung 3 die Zeitdauer während der,
das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist, und die Anzahl der Male,
die das Brennstoffzellensystem gestartet worden ist. Somit speichert
die Steuerungsvorrichtung 3 die insgesamte Zeitdauer, während der
das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist, und die insgesamte Anzahl
der Male, die das Brennstoffzellensystem gestartet worden ist. Ferner gibt
die Steuerungsvorrichtung 3 eine Anweisung zum Anzeigen
eines aktuellen Betriebscodes (Schritt SB230) aus, und dann kehrt
die Routine zu einer Hauptroutine zurück. Die Steuerungsvorrichtung 3 speichert
die jeweiligen Informationen, indem sie jeweilige Informationen
in einen vorbestimmten, entsprechenden Bereich des zweiten Speichers 34 (nichtflüchtigen
Speichers) schreibt.
-
Selbst
wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystem gestoppt wird, werden
gemäß der zweiten Ausführungsform
die jeweiligen Informationen, z. B. der Betriebszustand einer jeweiligen
Bestandteilskomponente und ein Wert, der von einem jeweiligen Sensor
ausgegeben wird, unmittelbar bevor der Betrieb des Brennstoffzellensystems
gestoppt wird, in dem vorbestimmten, entsprechenden Bereich des zweiten
Speichers 34 (nichtflüchtigen
Speichers) gespeichert.
-
8 ist
ein Bedienfeld 100E des Brennstoffzellensystems, das durch
eine Bedienperson (z. B. einen Anwender oder eine mit der Wartung
betrauten Person) bedient wird. Das Bedienfeld 100E ist
an einer solchen Position angeordnet, dass die Bedienperson das
Bedienfeld 100E ohne Weiters bedienen kann. Wie in 8 gezeigt
ist, beinhaltet das Bedienfeld 100E den Startschalter 101E,
den Schalter 111E (die normale Stoppbetätigungsvorrichtung), den Betriebszustandsanzeigebereich 102E,
den Anzeigebereich 103E, den Notausschalter 104E (die
Notstopp-Betätigungsvorrichtung),
den Warnvorrichtungs-Stoppschalter 105E (die Warnstopp-Betätigungsvorrichtung),
den ersten Anzeigebereich 106E, den zweiten Anzeigebereich 107E,
den Rücksetzschalter 108E (die
Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung,
die Rücksetzbetätigungsvorrichtung
oder den Neustartschalter), den Anzeigebereich 113E, den
Anzeigebereich 115E, den Anzeigebereich 114E und
DIP-Schalter 125E (die Betriebsänderungs-Betätigungsvorrichtung).
Der Startschalter 101E startet das Brennstoffzellensystem.
Der Schalter 111E stoppt den Leistungserzeugungsbetrieb
des Brennstoffzellensystems. Der Betriebszustands-Anzeigebereich 102E zeigt
an, ob das Brennstoffzellensystem momentan in Betrieb ist. Der Anzeigebereich 103E zeigt
den Istwert der Leistungsabgabe des Brennstoffzellensystems an.
Der Notstoppschalter 104E versetzt den Betrieb des Brennstoffzellensystems
in einen Notstopp. Der Warnvorrichtungs-Stoppschalter 105E wird
durch eine Bedienperson (z. B. einen Anwender oder eine mit der
Wartung betrauten Person) zum Stoppen einer Warnvorrichtung (eines
Summers) verwendet, wenn die Warnvorrichtung (der Summer, die Warneinrichtung) betätigt wird,
um mitzuteilen, dass im Brennstoffzellensystem eine Störung aufgetreten
ist (z. B. dass der Leistungserzeugungsbetrieb gestoppt oder unterbrochen
worden ist). Der erste Anzeigebereich 106E zeigt den momentanen
Betriebscode des Brennstoffzellensystems an. Der zweite Anzeigebereich 107E zeigt
einen Fehlercode an, wenn das Brennstoffzellensystem aufgrund einer
Störung
gestoppt wird. Der Rücksetzschalter 108E wird
durch eine Bedienperson betätigt,
um das Brennstoffzellensystem das erste Mal, nachdem der Betrieb
des Brennstoffzellensystems aufgrund einer Störung in einen Notstopp versetzt
worden ist, zu starten. Der Anzeigebereich 113E zeigt die
insgesamte Zeitdauer an, während
der das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist (im Allgemeinen die
Zeitdauer insgesamt, während
der der Leistungserzeugungsbetrieb ausgeführt wird). Der Anzeigebereich 115E zeigt
die insgesamte Anzahl der Male an, die das Brennstoffzellensystem
bislang gestartet worden ist. Der Anzeigebereich 114E zeigt an,
dass eine Prüfung,
wie eine Routineprüfung,
ausgeführt
werden muss, wenn die insgesamte Zeitdauer, während der das Brennstoffzellensystem
in Betrieb ist, eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet, und/oder die
insgesamte Anzahl der Male, die das Brennstoffzellensystems gestartet
worden ist, eine vorbestimmte Häufigkeit überschreitet.
Die DIP-Schalter 125E werden zum Eingeben von Anweisungen
für unterschiedliche
Funktionen des Brennstoffzellensystems verwendet.
-
Die
Schalter werden durch eine Bedienperson betätigt. Die aus den Schaltern
ausgegebenen Signale werden in die Steuerungsvorrichtung 3 eingegeben.
Der vorstehend beschrieben Notstoppschalter 104E (die Notstopp-Betätigungsvorrichtung) ist
vom Schalter 111E (der Normalstopp-Betätigungsvorrichtung) gesondert
bereitgestellt. Die Stelle, wo der Notstopp-Schalter 104E bereitgestellt
ist, ist nicht auf das Bedienfeld 100E beschränkt. Der
Notstopp-Schalter 104E kann auf einem in einem Gebäude bereitgestellten
Fernsteuerungsbedienfeld angeordnet sein, oder im Hauptgehäuse (der
Warmwasserspeichereinheit und/oder der Stapeleinheit) angeordnet
sein, so dass die Bedienperson den Notstoppschalter 104E ohne
Weiteres betätigen
kann, wenn im Brennstoffzellensystem eine Störung auftritt. Einstellungen
können
derart vorgenommen werden, dass die Steuerung C oder die Steuerung
D startet, wenn der Notstopp-Schalter 104E betätigt wird.
Die Steuerung C und die Steuerung D sind Steuerungen, die ausgeführt werden,
wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu stoppen, hoch
ist.
-
Der
zweite Speicher 34 der Steuerungsvorrichtung 3 speichert
die insgesamte Zeitdauer, während
der das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist, und die insgesamte
Anzahl der Male, die das Brennstoffzellensystem gestartet worden
ist. Wenn die insgesamte Zeitdauer, während der das Brennstoffzellensystem
in Betrieb ist, eine vorbestimmte erste Zeitdauer Wal überschreitet,
und/oder die insgesamte Anzahl von Malen, die das Brennstoffzellensystem gestartet
worden ist, eine vorbestimmte erste Anzahl von Malen Wa1' überschreitet, gibt die Steuerungsvorrichtung 3 an
den Anzeigebereich 114E eine Anweisung zum Anweisen des
Anzeigebereichs 114E aus, anzuzeigen, dass die Routineprüfung ausgeführt werden
muss. Wenn ferner die insgesamte Zeitdauer, während der das Brennstoffzellensystem
in Betrieb ist, eine vorbestimmte zweite Zeitdauer Wa2 (Wa2 > Wal) überschreitet,
und/oder die insgesamte Anzahl von Malen, die das Brennstoffzellensystem gestartet
worden ist, eine vorbestimmte zweite Anzahl von Malen Wa2' (Wa2' > Wa1') überschreitet, gibt
die Steuerungsvorrichtung 3 die Anweisung zum Anweisen
des Anzeigebereichs 114E, um anzuzeigen, dass die Routineprüfung ausgeführt werden muss,
und eine Anweisung zum Stoppen eines Teils der oder aller Funktionen
des Brennstoffzellensystems aus.
-
Der
Rücksetzschalter 108E ist
eine Betriebsvorrichtung zum Zurücksetzen
des Brennstoffzellensystems, wenn das Brennstoffzellensystem neu
gestartet wird. Nachdem das Brennstoffzellensystem in einen Notstopp
versetzt worden ist, gibt die Steuerungsvorrichtung 3 eine
Anweisung zum Einschränken
eines Teils der oder aller Funktionen des Brennstoffzellensystems
aus, bis der Rücksetzschalter 108 betätigt wird.
In diesem Fall wird z. B. die Zufuhr des Brennstoffs zur Brennstoffelektrode
der Brennstoffzelle gestoppt, wird die Zufuhr des Oxidationsgases zur
Oxidationselektrode der Brennstoffzelle gestoppt und/oder der Betrieb
der Reformierungseinrichtung gestoppt. Die Steuerungsvorrichtung 3 kann
einen einheitlichen Aufbau aufweisen oder durch Kombinieren einer
Mehrzahl von Steuerungsbereichen gebildet werden.
-
Die
vorstehend beschriebenen Betriebscodes beinhalten die Codes Nr.
1 bis Nr. 4. Code Nr. 1 zeigt einen Bereitschaftsmodus an. Im Bereitschaftsmodus
sind die Zusatzaggregate abgeschaltet, die Reformierungseinrichtung 1 wird
nicht betrieben, und die Brennstoffzelle 2a erzeugt keine
elektrische Leistung. Code Nr. 2 zeigt einen Startmodus an. Im Startmodus
wird die Reformierungseinrichtung 1 gestartet, und die
Brennstoffzelle 2a erzeugt keine elektrische Leistung.
Code Nr. 3 zeigt einen Leistungserzeugungs-Betriebsmodus an. Im
Leistungserzeugungs-Betriebsmodus erzeugt die Reformierungseinrichtung 1,
die gestartet worden ist, das reformierte Gas, und die Brennstoffzelle 2a erzeugt elektrische
Leistung. Code Nr. 4 zeigt einen Stoppmodus an. Im Stoppmodus wird
die Reformierungseinrichtung 1, die das reformierte Gas
erzeugt hat, gestoppt, und der Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a,
der elektrische Leistung erzeugt hat, wird gestoppt.
-
Eine
Mehrzahl von Fehlercodes wird eingestellt. Die Fehlercodes zeigen
entsprechende Störungen
oder entsprechende Probleme der Bestandteilskomponenten des Brennstoffzellensystems
an. Der Fehlercode Nr. 100 zeigt z. B. an, dass eine Druckanomalität vorliegt.
Der Fehlercode Nr. 101 zeigt an, dass eine Temperaturanomalität vorliegt.
Der Fehlercode Nr. 102 zeigt an, dass die Temperatur innerhalb des
Brennstoffzellensystembehälters
abnorm ist. Bei dem Brennstoffzellensystembehälter handelt es sich um das
Außengehäuse des
Brennstoffzellensystems. Der Fehlercode Nr. 103 zeigt an, dass die
Zuführung/Abführung von
Wasser anomal ist. Der Fehlercode Nr. 104 zeigt an, dass Gas austritt.
Der Fehlercode Nr. 105 zeigt an, dass in einer wichtigen Komponente
eine Störung
vorliegt, die wahrscheinlich eine sekundäre Störung oder ein Problem verursacht.
Der Fehlercode Nr. 106 zeigt an, dass eine Störung in einer Komponente vorliegt,
die nicht von Bedeutung ist. Der Fehlercode Nr. 107 zeigt an, dass die
Leistungsabgabe aus dem Stapel 2 abnorm ist. Der Fehlercode
Nr. 108 zeigt an, dass im elektrischen System eine Störung vorliegt.
Der Fehlercode Nr. 109 zeigt an, dass eine Steuerungsanomaliät vorliegt. Der
Fehlercode Nr. 110 zeigt an, dass ein Stromausfall vorliegt.
-
9A und 9B sind
ein Flussdiagramm einer Routine, die durch die Steuerungsvorrichtung 3 ausgeführt wird,
wenn eine Bedienperson (z. B. ein Anwender oder eine mit der Wartung
betraute Person) das Brennstoffzellensystem neu startet, nachdem
das Brennstoffzellensystem aufgrund einer Störung oder dergleichen gestoppt
worden ist. Wie in 9A und 9B gezeigt
ist, liest die Steuerungsvorrichtung 3 den Betriebszustand
des Rücksetzschalters 108E,
der durch eine Bedienperson (z. B. einen Anwender oder eine mit
der Wartung betraute Person) betätigt
wird (Schritt S202). Wenn der Rücksetzschalter 108E betätigt worden
ist, um das Brennstoffzellensystem zu starten (JA bei Schritt S204), liest
die Steuerungsvorrichtung 3, die die Neustartsteuerungseinrichtung
darstellt, vorzugsweise den im zweiten Speicher 34 (nichtflüchtigen
Speicher) gespeicherten Betriebszustand des Brennstoffzellensystem,
unmittelbar bevor das Brennstoffzellensystem gestoppt wird (Schritt
S206).
-
Die
Steuerungsvorrichtung 3 bewirkt, dass der erste Anzeigebereich 106E des
Bedienfelds 100E, den Betriebscode anzeigt, der ausgewählt wird,
unmittelbar bevor das Brennstoffzellensystem gestoppt wird (Schritt
S208). Wenn der Betriebscode sich vom Bereitschaftscode unterscheidet,
wird angenommen, dass das Brennstoffzellensystem aufgrund eines
Stromausfalls des Netzstromversorgungssystems gestoppt worden ist.
Die Steuerungsvorrichtung 3 bewirkt zudem, dass der zweite
Anzeigebereich 107E den Fehlercode anzeigt, der ausgewählt wird,
wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt wird (Schritt S210). Eine
Bedienperson (z. B. ein Anwender oder eine mit der Wartung betraute Person)
bestimmt die Ursache der Störung
des Brennstoffzellensystems basierend auf dem Fehlercode.
-
Die
Steuerungsvorrichtung 3 führt einen Diagnosemodus aus,
um zu bestimmen, ob eine Störung in
einer Bestandteilskomponente des Brennstoffzellensystems vorliegt.
Das heißt,
dass die Steuerungsvorrichtung 3 bestimmt, ob eine Druckanomalität vorliegt
(Schritt S212). Anschließend
bestimmt die Steuerungsvorrichtung 3, ob eine Temperaturanomalität vorliegt
(Schritt S214). Anschließend
bestimmt die Steuerungsvorrichtung 3, ob die Temperatur
innerhalb des Brennstoffzellensystembehälters anomal ist (Schritt S216).
Anschließend
bestimmt die Steuerungsvorrichtung 3, ob die Zuführung/Abführung von Wasser
zum/vom Brennstoffzellensystem anomal ist (Schritt S218). Anschließend bestimmt
die Steuerungsvorrichtung 3, ob ein Gas austritt (Schritt
S220). Dann bestimmt die Steuerungsvorrichtung 3, ob in
einer wichtigen Komponente eine Störung vorliegt (Schritt S222).
Anschließend
bestimmt die Steuerungsvorrich tung 3, ob in einer Komponente,
die nicht von Bedeutung ist, eine Störung vorliegt (Schritt S224).
Dann bestimmt die Steuerungsvorrichtung 3, ob die Leistungsabgabe
aus dem Stapel 2 anomal ist (Schritt S226). Dann bestimmt
die Steuerungsvorrichtung 3, ob im elektrischen System
eine Störung vorliegt
(Schritt S228). Die Steuerungsvorrichtung 3 bestimmt, ob
eine Steuerungsanomalität
vorliegt (Schritt S230). Wenn basierend auf den Ergebnissen der
im Diagnosemodus vorgenommenen Bestimmungen bestimmt worden ist,
dass sich die Bestandteilskomponenten in einem Normalzustand befinden und
daher das Brennstoffzellensystem problemlos gestartet werden kann,
gibt die Steuerungsvorrichtung 3 anschließend ein
Signal aus, das den Neustart des Brennstoffzellensystems genehmigt
(Schritt S232, die Neustartgenehmigungseinrichtung). Wenn basierend
auf den Ergebnissen der im Diagnosemodus vorgenommenen Bestimmungen
bestimmt wird, dass zumindest eine der Bestandteilskomponenten sich
nicht im Normalzustand befindet, und daher ein Problem auftreten
kann, wenn das Brennstoffzellensystem gestartet wird, gibt die Steuerungsvorrichtung 3 ein
Signal aus, das den Neustart des Brennstoffzellensystems untersagt
(Schritt S234, Neustart-Untersagungseinrichtung).
-
1 kann
verwendet werden, um Bereiche der Konfiguration einer vierten Ausführungsform
darzustellen, die mit denen der Konfiguration der ersten Ausführungsform
identisch sind. Die Steuerungsvorrichtung 3 führt eine
erste Steuerung, eine zweite Steuerung oder eine dritte Steuerung
gemäß der Schwere
oder Art der Ursache einer Störung
des Brennstoffzellensystems aus. Die erste Steuerung untersagt die
Zuführung
des reformierten Gases zum Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a,
indem das Zuführventil 52 geschlossen
wird und die Verbindung zwischen dem Auslass 1p der Reformierungseinrichtung 1 und
dem Einlass 21i der Anode 21 des Stapels 2 unterbrochen
wird. In diesem Fall darf der Druck in der Anode 21 des
Stapels 2 negativ werden, weil das reformierte Gas nicht
der Anode 21 des Stapels 2 zugeführt wird.
Die zweite Steuerung untersagt die Zufuhr des reformierten Gases
zum Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a, wie vorstehend
beschrieben, und untersagt zudem die Zufuhr des Reformierungsbrennstoffs zur
Reformierungseinrichtung 1, indem das Reformierungsbrennstoffventil 42 geschlossen
wird. In diesem Fall darf der Druck in der Anode 21 des
Stapels 2 negativ werden, weil das reformierte Gas wie
in der ersten Steuerung der Anode 21 des Stapels 2 nicht zuge führt wird.
Zudem wird neben der Steuerung, die mit der ersten Steuerung identisch
ist, die Zufuhr des Reformierungsbrennstoffs an die Reformierungseinrichtung 1 untersagt.
Daher wird die Reformierungsreaktion in der Reformierungseinrichtung 1 eingeschränkt und
die Erzeugung des reformierten Gases in der Reformierungseinrichtung 1 untersagt.
Die dritte Steuerung untersagt die Zufuhr des reformierten Gases
zum Stapel 2 der Brennstoffzelle 2a und untersagt
die Zufuhr des Reformierungsbrennstoffs an die Reformierungseinrichtung 1,
indem das Reformierungsbrennstoffventil 41, wie vorstehend
beschrieben, geschlossen wird, und untersagt ferner die Zufuhr der
Verbrennungsluft zum Verbrennungsbereich 11 der Reformierungseinrichtung 1,
indem die Verbrennungsluft-Gebläseeinrichtung 16 abgeschaltet
wird. In diesem Fall wird zudem die Zufuhr der die Verbrennung unterstützenden
Verbrennungsluft an den Verbrennungsbereich 11 der Reformierungseinrichtung 1 neben
der Steuerung, die mit der ersten Steuerung und der zweiten Steuerung
identisch ist, untersagt.
-
1 bis 9B können zur
Darstellung von Bereichen der Konfiguration einer fünften Ausführungsform
verwendet werden, die mit jenen der Konfigurationen der ersten bis
vierten Ausführungsform
identisch sind.
-
Wenn
in der fünften
Ausführungsform
bestimmt wird, dass sich ein Erdbeben ereignet (beispielsweise,
wenn ein Bereich zur Bestimmung einer Fallbewegung bestimmt, dass
der Warmwasserspeichertank 76 und/oder der Stapel 2 herunterfallen/herunterfällt, und
daher eine Einrichtung zum Bestimmen eines Erdbebens bestimmt, dass
sich ein Erdbeben ereignet), wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem
zu stoppen, gering ist, wählt
die Steuerungsvorrichtung 3 die Steuerung A oder die Steuerung
B aus. Wenn die Dringlichkeit, das Brennstoffzellensystem zu stoppen,
hoch ist, wählt
die Steuerungsvorrichtung 3 die Steuerung C oder die Steuerung
D aus. Immer wenn die Intensität
eines Erdbebens hoch ist, wählt
die Steuerungsvorrichtung 3 die Steuerung D aus. Wenn die
Erdbebenintensität
gering ist, kann die Steuerungsvorrichtung 3 die Steuerung
A oder die Steuerung B auswählen.
Wenn ferner bestimmt wird, dass sich ein Erdbeben ereignet, kann die
Steuerungsvorrichtung 3 Anweisungen zum Schließen der
Ventile in den Leitungen, durch die das Warmwasser im Wasserwas serspeichertank 76 und das
warme Kühlmittel
im Brennstoffzellenkühlsystem 70 strömt, an die
Ventile in den Leitungen ausgeben, um zu verhindern, dass das Warmwasser
und das warme Kühlwasser
aus dem Brennstoffzellensystem herausströmen. Ferner kann die Steuerungsvorrichtung 3 eine
Anweisung zum Stoppen der Warmwasserspeichersystem-Pumpe 79 des
Warmwasserspeichersystems 75 ausgeben und eine Anweisung
zum Stoppen der Brennstoffzellen-Kühlungspumpe 72 des
Brennstoffzellenkühlungssystems 70 ausgeben.
-
Beispiele
für die
Einrichtung zum Bestimmen eines Erdbebens beinhalten einen Fallbewegungssensor,
den Bereich zum Bestimmen einer Fallbewegung, der bestimmt, ob der
Warmwasserspeichertank 76 und/oder der Stapel 2 herunterfallen/herunterfällt, einen
Vibrationssensor, der Vibrationen erfasst, und einen Erdbebenschwingungssensor,
der Erdbebenschwingungen erfasst. Wenn eine Blitzschlagsbestimmungseinrichtung
bestimmt, dass ein Blitz in den Boden in der näheren Umgebung eingeschlagen
hat, wählt
die Steuerungsvorrichtung 3 eine der Steuerungen A bis
D aus. Abhängig
vom Schweregrad des Blitzschlags wählt die Steuerungsvorrichtung 3 die
Steuerung C oder die Steuerung D aus.
-
In
einer jeweiligen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
beinhaltet der Stapel 2 die ionenleitende Polymermembran
(protonenleitende Membran). Die ionenleitende Membran 20 ist
jedoch nicht auf die ionenleitende Polymermembran beschränkt. Die
ionenleitende Membran 20 kann eine ionenleitende Oxidmembran
sein. Daneben ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen und
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Innerhalb
des Schutzbereichs der Erfindung besteht die Möglichkeit, entsprechende Modifizierungen
vorzunehmen. Die spezifische Struktur und Funktion von einer der
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
kann in den anderen Ausführungsformen
verwendet werden.
-
In
einer jeweiligen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
wählt die
Steuerungsvorrichtung einen spezifischen Stoppsteuerungsmodus aus
der Mehrzahl der Stoppsteuerungsmodi basierend auf der Ursache einer
Störung
in Bezug auf das Brenn stoffzellensystem aus. Somit besteht die Möglichkeit,
einen Stoppsteuerungsmodus auszuführen, der der Ursache der Störung angemessen
ist.
-
Die
nachstehenden technischen Ideen wurden aus der vorstehenden Beschreibung
hergeleitet.
-
[Zusätzliche
Beschreibung 1] Ein Brennstoffzellensystem beinhaltet eine Reformierungseinrichtung,
die unter Verwendung eines Reformierungsbrennstoffs ein reformiertes
Gas erzeugt; eine Brennstoffzelle, die eine elektrische Leistung
unter Verwendung des reformierten Gases erzeugt, das durch die Reformierungseinrichtung
erzeugt wird; und eine Steuerungsvorrichtung, die einen Stopp des
Betriebs der Reformierungseinrichtung und einen Stopp des Betriebs
der Brennstoffzelle steuert. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet
eine Einrichtung zum Verhindern eines übermäßigen Negativdrucks an der
Anode zum Verhindern, dass ein Druck in der Anode des Stapels der
Brennstoffzelle übermäßig negativ
wird, indem ein Gas, das in der Reformierungseinrichtung verblieben
ist, der Anode des Stapels der Brennstoffzelle zugeführt wird,
wenn ein Druck innerhalb der Reformierungseinrichtung aufgrund des
Betriebsstopps des Brennstoffzellensystems einen hohen Wert erreicht.
Wenn der Druck innerhalb der Reformierungseinrichtung aufgrund des
Betriebsstopps des Brennstoffzellensystems einen hohen Wert erreicht,
wird das überschüssige Gas,
das in der Reformierungseinrichtung verblieben ist, der Anode der Brennstoffzelle
zugeführt.
Dadurch wird verhindert, dass der Druck in der Anode übermäßig negativ
wird. Dadurch wird ermöglicht,
zu verhindern, dass der Druck in der Reformierungseinrichtung übermäßig hoch
wird, und die Funktionen zum Schutz der Bestandteilskomponenten
der Reformierungseinrichtung zu verbessern.
-
[Zusätzliche
Beschreibung 2] Ein Brennstoffzellensystem beinhaltet eine Reformierungseinrichtung,
die ein reformiertes Gas unter Verwendung eines Reformierungsbrennstoffs
erzeugt; eine Brennstoffzelle, die eine elektrische Leistung unter
Verwendung des durch die Reformierungseinrichtung erzeugten, reformierten
Gases erzeugt; und eine Steuerungsvorrichtung, die einen Betriebsstopp
der Reformierungseinrichtung und einen Betriebsstopp der Brennstoffzelle
steuert. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet eine Einrichtung
zum Verhindern eines übermäßig hohen
Drucks in der Reformierungseinrichtung zum Verhindern, dass ein
Druck in der Reformierungseinrichtung übermäßig hoch wird, indem ein in
einem Reformierungsbereich der Reformierungseinrichtung zurückgebliebenes
Gas einem Verbrennungsbereich der Reformierungseinrichtung zugeführt wird,
der eine Verbrennungsabgasleitung beinhaltet, wenn der Druck innerhalb
der Reformierungseinrichtung aufgrund des Betriebsstopps des Brennstoffzellensystems
hoch wird. Dadurch wird verhindert, dass der Druck innerhalb der
Reformierungseinrichtung übermäßig hoch
wird, und die Funktionen zum Schutz der Bestandteilskomponenten
der Reformierungseinrichtung werden verbessert.
-
[Zusätzliche
Beschreibung 3] Ein Brennstoffzellensystem beinhaltet eine Reformierungseinrichtung,
die unter Verwendung eines Reformierungsbrennstoffs ein reformiertes
Gas erzeugt; und eine Brennstoffzelle, die unter Verwendung des
durch die Reformierungseinrichtung erzeugten reformierten Gases
eine elektrische Leistung erzeugt. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet
eine Steuerungsvorrichtung, die das Brennstoffzellensystem steuert.
In diesem Fall wird das Brennstoffzellensystem dem Zweck entsprechend
gesteuert.
-
[Zusätzliche
Beschreibung 4] Das in der zusätzlichen
Beschreibung 3 beschriebene Brennstoffzellensystem beinhaltet eine
Notstopp-Betätigungsvorrichtung,
die durch eine Bedienperson (z. B. einen Anwender oder eine mit
der Wartung betraute Person) betätigt
wird, um den Betrieb des Brennstoffzellensystems in einen Notstopp
zu versetzen. Die Notstopp-Betätigungsvorrichtung
ist unabhängig
von und gesondert von einer Betätigungsvorrichtung
angeordnet, die die Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems
stoppt. Der Betrieb des Systems wird durch die Notstopp-Betätigungsvorrichtung rasch
gestoppt.
-
[Zusätzliche
Beschreibung 5] Das in der zusätzlichen
Beschreibung 3 oder 4 beschriebene Brennstoffzellensystem beinhaltet
eine Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung.
Wenn die Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung
durch eine Bedie nungsperson (z. B. einen Anwender oder eine mit
der Wartung betraute Person) betätigt
wird, um das Brennstoffzellensystem das erste Mal zu starten, nachdem
der Betrieb des Brennstoffzellensystems aufgrund einer Störung in
einen Notstopp versetzt worden ist, wird die Einschränkung eines Teils
der oder aller Funktionen des Brennstoffzellensystems gestoppt.
Wenn die Einschränkungsstopp-Betätigungsvorrichtung
nicht betätigt
wird, ist ein Teil der oder alle Funktionen (Leistungserzeugungsfunktion)
des Brennstoffzellensystems eingeschränkt. Mit dieser Konfiguration
ist es möglich,
das Brennstoffzellensystem problemlos neu zu starten.
-
[Zusätzliche
Beschreibung 6] Das in einer der vorstehenden Beschreibungen 3 bis
5 beschriebene Brennstoffzellensystem beinhaltet eine Warneinrichtung
zum Mitteilen, das im Brennstoffzellensystem eine Störung vorliegt
(z. B. dass der Leistungserzeugungsbetrieb gestoppt oder unterbrochen ist).
Im Brennstoffzellensystem schränkt
die Steuerungsvorrichtung einen Teil der oder alle Funktionen (Leistungserzeugungsfunktion)
der Brennstoffzelle ein, wenn die Warneinrichtung eine Warnung ausgibt. In
diesem Fall wird z. B. die Erzeugung des Anodengases, die Zufuhr
des Anodengases, die Erzeugung des Kathodengases und/oder die Zufuhr
des Kathodengases gestoppt.