JP2004342389A

JP2004342389A - Fuel cell device

Info

Publication number: JP2004342389A
Application number: JP2003135607A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 広山本; Fumio Ogura; 富美男小倉; Minoru Shibasawa; 実柴沢; Tomoya Kumagai; 知也熊谷
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp; Toshiba International Fuel Cells Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simply carry out a leak test operation of a device. <P>SOLUTION: The fuel cell device carrying out power generation by electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas is made provided with a leak test treatment means 71 executing a leak test of a fuel reforming line 61, and a control unit 55 controlling operation of each part of the device. With this, the leak test treatment means 71 equipped in the control unit 55 automatically executes a leak test of a flow channel to be an object for test. Therefore, it becomes possible to simply carry out the leak test operation of the device. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電を行なう燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新発電システムの一つとして、小容量分散発電が容易であり、ＮＯＸやＳＯＸなどの有害物質の発生がなく、しかも低騒音というメリットを有する電解質膜と触媒とを利用した燃料電池装置が考えられている。
【０００３】
こうした燃料電池装置は、例えば特許文献１などに開示されているように、燃料ガスである天然ガスなどから水素ガスを生成する改質装置と、この水素ガスと酸化剤としての酸素（空気）との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池と、この燃料電池に酸素（空気）を供給する空気供給装置（空気ブロア）と、燃料電池で発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換する電力変換装置（インバータ）と、熱交換器を具備し燃料電池や改質装置で発生する熱を回収して他の排熱利用外部機器に熱を供給する熱回収装置と、本体（パッケージ）内を換気する送風装置（換気ファン）と、排熱を利用しない場合の冷却に使用する放熱装置（クーリングモジュール）とにより基本的に構成される。
【０００４】
また、上記基本的な構成において、各々の構成要素を円滑に動作させるために、天然ガスを昇圧するブロアや、天然ガスの硫黄分を除去する脱硫器や、改質装置に水（蒸気）を送るポンプや、燃料電池の電解膜質を加湿するために、この燃料電池に水を送るポンプや、水中の不純物を除去する浄化装置や、水の電解質を除去するイオン交換装置や、燃料ガス，空気，水の流量を電磁弁で制御する制御部としてのコントローラなどの、様々な補助機器が配置され、配管や配線によって物理的および電気的に接続されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１６８２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の燃料電池装置においては、装置を構成する各機器およびこれらの機器間を結ぶ配管に関し、接続などの機密性が損なわれていると、燃料ガス，水素ガス，およびこの水素ガスを発生する段階で発生する一酸化炭素ガスが漏れ出して、重大な災害をもたらす要因となる。したがって、装置の製造時においては、こうしたリーク（ガス漏れ）がないことを検査する必要があるが、装置内では配管系等がいくつにも分かれており、１階の検査でリークの有無を確認できないという問題があった。
【０００７】
また、１ラインの検査においても、いくつかの電磁弁や調節弁を検査ラインに応じて開け閉めする必要があり、その作業は非常に煩雑である上に、検査ミスも発生しやすい。しかも、検査に長い時間を要するために、製造のリードタイムが長くなると共に、コストアップの要因にもなっていた。
【０００８】
さらに、燃料電池装置を正常に運転するには、事前に水廻りに関する流路に水を張る必要があるため、この作業も該当する流路に応じて電磁弁や調節弁の開け閉めを行なったり、水張り用のポンプの駆動を行なわなければならず、これも作業が煩雑で熟練を要するものであった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決しようとするものであり、装置の検査作業を簡単に行なうことができる燃料電池装置を提供することを第一の目的とする。
【００１０】
また、本発明の第二の目的は、水廻りに関する流路の水張り作業を簡単に行なうことができる燃料電池装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料電池装置によれば、制御部に備えた手段が、検査対象となる流路の検査を自動的に処理実行する。そのため、装置の検査作業を簡単に行なうことが可能になる。
【００１２】
本発明の請求項２記載の燃料電池装置によれば、制御部の信号接続部を検査装置に接続すれば、後は制御部に備えた手段が検査装置の動作を適切なタイミングで自動的に制御するので、検査装置における検査作業の煩雑さを解消することができる。
【００１３】
本発明の請求項３記載の燃料電池装置によれば、検査対象となる流路に設けられた弁部を、自動的に適切なタイミングで制御することができるので、装置内における検査作業の煩雑さを解消することができる。
【００１４】
本発明の請求項４記載の燃料電池装置によれば、検査対象となる流路がリークしているか否かを、音，光，表示などで確認することができる。
【００１５】
本発明の請求項５記載の燃料電池装置によれば、制御部に備えた手段が、対象となる流路の水張り作業を自動的に処理実行する。そのため、水廻りに関する流路の水張り作業を簡単に行なうことが可能になる。
【００１６】
本発明の請求項６記載の燃料電池装置によれば、対象となる流路に設けられた弁部やポンプ部を、自動的に適切なタイミングで制御することができるので、装置内における水張り作業の煩雑さを解消することができる。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、本発明における燃料電池装置の一実施例について、添付図面を参照しながら説明する。装置の全体構成を示す図１において、１は燃料ガスとしての都市ガスを取り入れるための燃料取入れ口で、この燃料取入れ口１は、燃料遮断弁２，活性炭などからなる脱硫器３を経由して、燃料昇圧ブロア４の入口側に接続される。燃料昇圧ブロア４は前記燃料ガスを昇圧するためのもので、その出口は一方が改質燃料遮断弁５の入口に接続され、改質燃料遮断弁５の出口は燃料ガスを予熱する機能も兼用するＣＯ変成・除去器６の受熱側を経由して、改質器７の改質部入口７ａに接続される。また、改質器７の改質部出口７ｂには、前記燃料予熱器６の放熱側を経由して、触媒からなる前記ＣＯ変成・除去器６の入口が接続される。そして、このＣＯ変成・除去器６の出口は、第１の蒸気熱交燃器１３を経由して燃料電池１５のアノード１６の入口に接続される。
【００１８】
一方、前記燃料昇圧ブロア４の出口は、第１のバーナー遮断弁であるスタートバーナー燃料遮断弁１９を経由して、改質器７のバーナー部７ｃにも別に接続される。また、前記燃料電池１５のアノード１６の出口も、オフガス熱交換器２１を通り、第２のバーナー遮断弁であるメインバーナー燃料遮断弁２２を経由して、改質器７のバーナー部７ｃに接続される。
【００１９】
前記改質器７のバーナー排気ガス出口は、第２の蒸気熱交換器２４を経由して排熱熱交換器２５に接続される。また、第２の蒸気熱交換器２４から排熱熱交換器２５に繋がる途中で、燃料電池１５のカソード１７の出口が合流するように、第２の蒸気熱交換器２４から排熱熱交換器２５に至る管路の途中で、燃料電池１５のカソード１７出口からの管路が接続している。これにより、改質器７のバーナー部７ｃから第２の蒸気熱交換器２４を通過した燃焼排気ガスが、燃料電池１５のカソード１７からのカソード排気ガスと共に、排熱熱交換器２５に送り出されるようになっている。
【００２０】
前記燃料電池１５は、触媒を担持した電極としてのアノード１６とカソード１７との間に、固体高分子からなる電解質膜１８を挟持すると共に、アノード１６およびカソード１７のそれぞれに燃料ガスや空気を送り込むための流路を形成したセパレータ（図示せず）を備えて構成される。また２８は、第１の空気供給装置としてのカソード空気ブロアで、これはカソード空気調節弁２９を通って燃料電池１５のカソード１７に接続される。３１は第２の空気供給装置としての選択酸化空気ブロアであり、これは酸化空気調節弁３２を通ってＣＯ選択酸化器１２の入口に接続される。さらに３３は、第３の空気供給装置としてのバーナー空気ブロアであり、これはバーナー空気調節弁３４を通って改質器７のバーナー部７ｃに接続される。
【００２１】
３７は市水入口で、この市水入口３７は市水の流入量を制限する市水調圧弁３８の入口に接続される。市水調圧弁３８の出口は、一方が熱利用外部機器である貯湯槽３９の冷水側に接続されると共に、他方が市水遮断弁４０を経由して排熱熱交換器２５の貯水部２５ａに接続される。この排熱熱交換器２９の貯水部２５ａに貯えられる凝縮水は、水遮断弁４４と、フィルターなどからなる水浄化装置４５を通過し、この水浄化装置４５の出口側に分岐して接続する冷却水ポンプ４６と改質水ポンプ４７にそれぞれ供給される。そして、冷却水ポンプ４６の吐出口は、燃料電池１５のアノード１６に接続される一方で、改質水ポンプ４７の吐出口は、第１の蒸気熱交換器１３および第２の蒸気熱交換器２４を順次接続してなる受熱側流路を経由して水蒸気調節弁４９の入口に接続され、この水蒸気調節弁４９の出口を改質燃料遮断弁５の出口側に接続している。
【００２２】
５１は循環ポンプであり、これは前記貯湯槽３９内から引き込んだ冷水を、オフガス交換器２１から排熱熱交換器２５の受熱側通路２５ｂを経由して、再び貯湯槽３９に温水として送り込むもので、これにより貯湯槽３９の上部には温水が貯えられる。
【００２３】
５５は、上述した装置各部の運転を制御するための制御装置で、これは各ポンプ４６，４７，５１や、各ブロア４，２８，３１，３３や、各遮断弁２，５，１９，２２，４０，４４や、各調節弁２９，３２，３４，４９や、図示しない各センサなどの入出力デバイスの他に、ソフトウェア上の機能として制御プログラムを組み込んで構成される。なお、本図には図示していないが、空気や水の流れおよび温度を監視する各種センサのほかに、条件設定のためのコントローラや、開閉器（電磁弁）なども、制御装置５５に各々電気的に接続した状態で装置に組み込まれている。さらに、５６はインバータで、これは発電された直流電力を商用電圧および周波数を有する交流電力に変換するためのものである。そして、前記市水調圧弁３８，貯湯槽３９，温水出口遮断弁５２を除く上記各構成が、パッケージである装置本体５７内に収容される。
【００２４】
図２は、ガス漏れのリーク検査を行なう際の構成を示すものである。ここでは、改質燃料遮断弁５および水蒸気調節弁４９から、ＣＯ変成・除去器６の受熱側，改質器７，ＣＯ変成・除去器６の放熱側，および第１の蒸気熱交燃器１３を経て燃料電池１５のアノード１６に至り、且つ酸化空気調節弁３２からＣＯ選択酸化器１２の入口に至る経路も有する燃料改質ライン６１（図２の太線参照）の検査を行なえるように、ガス供給源である窒素ガスボンベ６３と、圧力調整手段６４と、検査ラインの開口部の開閉操作手段である検査ガス遮断弁６５と、圧力測定手段６６とを、燃料電池１５のアノード１６の入口に繋がる配管部６７に順次接続してなる検査装置６８が、燃料改質ライン６１に装着される。なお、この燃料改質ライン６１のリーク検査は、燃料電池１５を装置本体５７に取付ける前に行なうものとする。
【００２５】
図３は、上記燃料改質ライン６１のリーク検査に関わる各部の電気的構成を示すものである。同図において、制御装置５５はソフトウェア上のプログラム機能として、燃料改質ライン６１を含めた各ラインのリーク検査を処理実行するリーク検査処理手段７１を備えている。このリーク検査処理手段７１は、入力側ポートにある制御装置５５の信号接続部５５ａに圧力測定手段６６を接続するとともに、出力側ポートにある信号接続部５５ｂに酸化空気調節弁３２と、水蒸気調節弁４９と、改質燃料遮断弁５と、圧力調整手段６４と、検査ガス遮断弁６５と、検査結果を音，光または表示などで出力報知する出力手段７２を接続して構成される。なお、図３における制御装置５５の入出力の構成は、特に燃料改質ライン６１のリーク検査に関するものだけを示したが、制御装置５５は各ポンプ４６，４７，５１や、各ブロア４，２８，３１，３３や、各遮断弁２，５，１９，２２，４０，４４や、各調節弁２９，３２，３４，４９の動作を全て制御している。
【００２６】
別な例として、排熱熱交換器２５からイオン交換装置４３，水遮断弁４４，水浄化装置４５，改質水ポンプ４７，第１の蒸気熱交換器１３，ＣＯ変成・除去器６，および水蒸気調節弁４９を経て、改質燃料遮断弁５に至る改質用水ライン７４に水を満たす水張りを行なう際の構成を図４に示す。
【００２７】
制御装置５５はソフトウェア上のプログラム機能として、改質用水ライン７４の水張りを処理実行する水張り処理手段７５を備えている。この水張り処理手段７５は、排熱熱交換器２５内に設けられた水位計７６を入力側ポートに接続すると共に、改質燃料遮断弁５，改質水ポンプ４７，水遮断弁４４，水蒸気調節弁４９，市水調圧弁３８，市水遮断弁４０を出力側ポートに接続して構成される。
【００２８】
次に、上記構成についてその作用を説明する。起動スイッチ（図示せず）を投入することにより、燃料電池装置としての運転を開始すると、燃料ガスが燃料取入れ口１から開弁した燃料遮断弁２を経由して、脱硫器３に送り出される。ここで燃料ガスに含まれる硫黄分が脱硫剤の吸着作用により取り除かれる。脱硫器３により硫黄分を除去する目的は、その後の改質器７などの触媒が燃料硫黄分により劣化するのを防止することにある。
【００２９】
脱硫器３を通過した燃料ガスは、昇圧ブロア４により昇圧された後、開弁したスタートバーナー燃料遮断弁１９を経由して、改質器７のバーナー部７ｃに送り出される。また、バーナー空気ブロア３３から送り込まれる空気が、バーナー空気調節弁３４を通って改質器７のバーナー部７ｃで燃料ガスと混合および燃焼され、改質器７を改質に必要な温度にまで昇温させる。一方、この改質器７のバーナー部７ｃから排出されるバーナー排ガス（燃焼排気ガス）は、第４の蒸気熱交換器２４を通過して、燃料電池１５のカソード１７からの出口空気（カソード排気ガス）と共に、排熱熱交換器２５に送り出され、ここで持っている熱エネルギーを放出する。
【００３０】
改質器７が設定した温度に上昇すると、制御装置５５は改質燃料遮断弁５を開弁する。こうなると、前記燃料昇圧ブロア４から改質燃料遮断弁５を通過した燃焼ガスが、ＣＯ変成・除去器６で発生した水蒸気と混合され、この混合した燃焼ガスが、ＣＯ変成・除去器６を通って改質器７の改質部７ａに送り出される。この改質部７ａはバーナー部７ｃにより約７５０℃前後に加熱されており、燃料ガスはここで触媒の作用により水素ガスと炭酸ガス（二酸化炭素）とに変化する。しかし、ここで生成したガスには、一酸化炭素も若干含まれているが、後述する固体高分子型の燃料電池１５は、一酸化炭素によりその性能が著しく低下するため、一酸化炭素の濃度を一定値以下にする必要がある。
【００３１】
改質器７を通過した燃料ガスはＣＯ変成・除去器６に入り、ここで触媒の作用により一酸化炭素は水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素とに変化し、一酸化炭素の濃度をかなり低いレベルにまで低下させることができる。ＣＯ変成・除去器６を通過する燃料ガスは、選択酸化空気ブロア３１により送り込まれた空気（酸素）と混合されながら、その中に含まれる一酸化炭素が触媒の作用により二酸化炭素に変化する。この時点で初めて燃料電池１５に悪影響を及ぼさない濃度まで、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を下げることができる。
【００３２】
ＣＯ変成・除去器６を通過した燃料ガスは、燃料電池１５の一方の電極であるアノード１６に送り込まれる。また、他方の電極であるカソード１７には、カソード空気ブロア２８からカソード空気調節弁２９を通って空気（酸素）が送り込まれる。アノード１６の水素は触媒の作用によりイオン化し、電解膜質１８を通ってカソード１７側の酸素と結び付く。これにより、水が生成されると同じに反応熱が発生する。またこの電気化学反応によって、アノード１６にマイナス極、カソード１７にプラス極の電位が生じ、燃料電池１５より電力を取り出すことができる。
【００３３】
アノード１６を通過した燃料ガスは、大部分の水素ガスが消費されているが、まだかなりの濃度の水素ガスと若干の水蒸気とを含んでおり、これをオフガス熱交換器２１で水蒸気の一部を凝縮水として取り除いた後、メインバーナー燃料遮断弁２２から改質器７のバーナー部７ｃに戻して、バーナー空気ブロア３３からバーナー空気調節弁３４を通過して送り込まれた空気と混合させ、バーナー部７ｃで燃焼させる。この状態では、制御装置５５によりスタートバーナー燃料遮断弁２２が閉弁され、改質器７のバーナー部７ｃはアノード１６を通過した残留する水素ガス（オフガス）を利用して燃焼を継続する。
【００３４】
カソード１７を通過した空気は、燃料電池１５で発生した水（水蒸気）と熱を有しており、この空気は排熱熱交換器２５を通過して冷却されることにより凝縮水に戻る。また、循環ポンプ５１により貯湯槽３９の下部より吸引された水が、オフガス熱交換器２１を経て排熱熱交換器２５の受熱側を通過し、暖められて貯湯槽３９の上部に徐々に蓄積されて行く。
【００３５】
排熱熱交換器２５の貯水部２５ａに貯えられる凝縮水は、開弁した水遮断弁４４から水浄化装置４５に入って不純物が除去される。水浄化装置４５で浄化された水は、冷却水ポンプ４６により燃料電池１５のアノード１６に送り込まれ、固体高分子膜（電解質膜１８）の加湿および燃料電池１５の冷却に使用される。同じく改質水ポンプ４７により、第３の蒸気熱交換器１３に送り込まれた水は、この第３の蒸気熱交燃器１３から第４の蒸気熱交換器２４，ＣＯ変成・除去器６を通過して加熱され、水蒸気となって開弁した水蒸気調節弁４９から燃料ガスに混合される。さらに燃料電池１５のアノード１６およびカソード１７にそれぞれ接続されたインバータ５６によって、直流電力は商用電圧／周波数の交流電力に変換される。以上の動作により、燃料電池装置は発電を行うことができる。
【００３６】
次に、貯湯槽１７を含む熱利用外部機器の動作について説明する。先ず、燃料電池装置を運転する前に市水調圧弁３８と市水遮断弁４０を開放し、市水入口３７から取り込まれる市水を貯湯槽３９に満たしておく。その後、燃料電池装置の運転を開始すると循環ポンプ５１が作動し、この循環ポンプ５１によって貯湯槽３９の冷水がオフガス熱交換器２１および排熱熱交換器２５に送り込まれ、燃料電池１５のカソード１７や改質器７のバーナー部７ｃからの排気ガスの熱エネルギーを貰って温水となる。この温水は排熱熱交換器２５から貯湯槽３９の温水入口に送り出され、再び貯湯槽３９に戻る。貯湯槽３９の内部は水温の違いにより２層状態になっており、温水は貯湯槽３９の上層に、冷水は貯湯槽３９の下層に位置している。ここで、貯湯槽３９の上層にある温水を使用することが可能になる。
【００３７】
次に、前述の燃料改質ライン６１のリーク検査に関する動作手順を、図５のフローチャートに基づき説明する。まず、検査装置６８を構成する配管部６７の開口先端部を、燃料改質ライン６１と連通するように燃料電池１５のアノード１６の入口に接続し、制御装置５５の信号接続部に、圧力調整手段６４，検査ガス遮断弁６５および圧力測定手段６６からの信号ケーブルをそれぞれ接続する。次にステップＳ１において、制御装置５５に接続される入力手段（例えば選択キー）を利用して、制御装置５５のシステムを検査モードに設定する。こうなると、制御装置５５のリーク検査処理手段７１は、予め設定されている各遮断弁２，５，１９，２２，４０，４４や、各調節弁２９，３２，３４，４９の開閉を制御する（ステップＳ２）。特に、水蒸気を混合した燃料ガスを改質して燃料電池１５に送り込むまでの燃料改質ライン６１のリーク検査では、リーク検査処理手段７１により酸化空気調節弁３２を閉弁して選択酸化空気ブロア３１から燃料改質ライン６１への空気の流入を遮断すると共に、燃料改質ライン６１の入口側にある水蒸気調節弁４９および改質燃料遮断弁５を閉弁する。
【００３８】
続いてリーク検査処理手段７１は、ステップＳ３において検査ガス遮断弁６５を開弁し、窒素ガスボンベ６３からの検査ガス（窒素）を燃料改質ライン６１に注入する。その際、リーク検査処理手段７１は、圧力測定手段６６による燃料改質ライン６１の検査圧力を監視しながら、この検査圧力が設定圧力になるように、圧力調整手段６４を制御して検査ガスの注入圧力を調整する。そして、圧力測定手段６６からの検査圧力が設定圧力に達すると、ステップＳ４において、リーク検査処理手段７１は設定時間間隔に圧力測定手段６６からの検査圧力を読み込み、この検査圧力が安定した範囲内に収まっているならば、検査ガス遮断弁６５を閉弁する（ステップＳ５，Ｓ６）と共に、最初の燃料改質ライン６１内のガス圧力を、圧力測定手段６６より読み込む（ステップＳ７）。
【００３９】
その後、ステップＳ８において、リーク検査処理手段７１は設定時間が経過すると、燃料改質ライン６１内のガス圧力を圧力測定手段６６より再度読み込む。そして、次のステップＳ９にて、燃料改質ライン６１内のガス圧力が規格値内であれば、燃料改質ライン６１内からのリークがない旨の例えば「ＯＫ」の報知を出力手段７２に行わせる（ステップＳ１０）。逆に、前記ステップＳ９にて、燃料改質ライン６１内のガス圧力が規格値内でなければ、燃料改質ライン６１内からリークが発生している旨の例えば「ＮＧ」の報知を出力手段７２に行わせる。
【００４０】
こうして、検査装置６８を燃料改質ライン６１を繋げて、制御装置５５をリーク検査処理手段７１による検査モードに移行させるだけで、後はリーク検査処理手段７１が処理実行する一連の手順に従って、燃料改質ライン６１内でリーク（ガス漏れ）が発生しているか否かを自動的に検査することができる。
【００４１】
なお、上記燃料改質ライン６１の検査では該当する箇所が存在しなかったが、例えば排熱熱交換器２５から排気ガスを放出する排気ガスラインのリーク検査では、検査に際して排気ガスラインの出口開口部を塞ぐ必要があるが、この場合は検査装置６８に設けられるエアシリンダなどを駆動して、出口開口部を閉塞するのが好ましい。
【００４２】
また、改質用水ライン７４の水張りを行なう場合の動作手順を説明すると、この場合は入力手段を利用して、制御装置５５のシステムを水張り検査モードに設定し、水張り検査処理手段７５により改質用水ライン７４の途中にある水遮断弁４４と水蒸気調節弁４９を開弁する一方で、改質用水ライン７４の終端にある改質燃料遮断弁５を閉弁する。次に水張り処理手段７５は改質水ポンプ４７を動作させ、排熱熱交換器２５の貯水部２５ａに貯えられる水を水浄化装置４５に通して、排熱熱交換器２５から水蒸気調節弁４９までの流路を水で満たす。なお、貯水部２５ａ内の水位は、排熱熱交換器２５内に設けられた水位計７６により検知され、水張り処理手段７５は、この水位計７６の検知出力を基に市水遮断弁４０の開閉、ひいては排熱熱交換器２５内への市水の流入量を制御して、貯水部２５ａ内の水位を一定に保つようにしている。
【００４３】
また、水蒸気調節弁４９までの改質用水ライン７４内に水が満たされたか否かを判断するには、第４の蒸気熱交換器２４を越えて水が満たされていればよいことから、例えば改質水ポンプ４７の駆動時間により判断したり、さもなければ改質用水ライン７４の途中に水位検知手段を設け、この水位検知手段からの検知出力により判断してもよい。
【００４４】
以上のように本実施例では、ガスである燃料ガスと酸化剤ガス（空気中の酸素）との電気化学的反応により発電を行う燃料電池装置において、装置に設けられる流路（例えば、燃料改質ライン６１）の検査すなわちリーク検査を処理実行する手段としてのリーク検査処理手段７１を、装置の各部の動作を制御する制御部たる制御装置５５に設けている。
【００４５】
こうすると、制御装置５５に備えたリーク検査処理手段７１が、検査対象となる流路のリーク検査を自動的に処理実行する。そのため、装置のリーク検査作業を簡単に行なうことが可能になる。
【００４６】
また本実施例では特に、検査対象となる流路に、ガス圧調整手段６４や、検査ラインの開口部の開閉操作手段に相当する検査ガス遮断弁６５や、圧力測定手段６６や、検査ガスを注入するための検査装置６８を設けると共に、この検査装置６８との信号接続部５５ａ，５５ｂを制御装置５５に設けている。
【００４７】
このようにすれば、制御装置５５の信号接続部５５ａ，５５ｂを検査装置６８に接続すれば、後はリーク検査処理手段７１が検査装置６８の動作を適切なタイミングで自動的に制御するので、検査装置６８におけるリーク検査作業の煩雑さを解消することができる。
【００４８】
さらに本実施例では、検査対象となる流路に設けられる弁部（各遮断弁２，５，１９，２２，４０，４４や、各調節弁２９，３２，３４，４９）の開閉または開度を、リーク検査処理手段７１により制御するように構成している。
【００４９】
このようにすれば、検査対象となる流路に設けられた弁部を、わざわざ手動ではなく自動的に適切なタイミングで制御することができるので、装置内におけるリーク検査作業の煩雑さを解消することができる。
【００５０】
また本実施例では、圧力測定手段６６からの検査圧力を読み込み、この検査圧力が安定するように圧力調整手段６４を制御して、検査圧力が安定したらガス供給ラインである配管部６７に設けられた検査ガス遮断弁６５を閉弁し、設定時間後における流路（例えば、燃料改質ライン６１）の圧力低下値を検査規格値と比較して、その比較結果を出力手段７２に音，光，表示などで出力するように構成している。
【００５１】
このようにすると、検査対象となる燃料改質ライン６１がリークしているか否かを、音，光，表示などで確認することができる。
【００５２】
なお、ここでいう流路とは、燃料改質ライン６１のみならず、起動用燃料ラインや、燃焼空気・排気ガスラインや、カソード空気ラインや、改質・電池冷却用水ラインや、熱回収用ラインなどを含む。
【００５３】
また本実施例では、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、流路である例えば改質用水ライン７４の水張りを処理実行する手段としての水張り処理手段７５を、装置の制御装置５５に設けている。
【００５４】
このようにすると、制御装置５５に備えた水張り処理手段７５が、対象となる改質用水ライン７４の水張り作業を自動的に処理実行する。そのため、水廻りに関する改質用水ライン７４の水張り作業を簡単に行なうことが可能になる。
【００５５】
また特に本実施例の水張り処理手段７５は、流路である例えば改質用水ライン７４に設けられる弁部（改質燃料遮断弁５，水遮断弁４４，水蒸気調節弁４９など）の開閉もしくは開度や、ポンプ部（改質用水ポンプ４７など）の運転を制御するように構成している。
【００５６】
このようにすると、対象となる改質用水ライン７４に設けられた弁やポンプを、自動的に適切なタイミングで制御することができるので、装置内における水張り作業の煩雑さを解消することができる。
【００５７】
なお、ここでいう流路とは、改質用水ライン７４のみならず、電池冷却用水ラインや熱回収水ラインなどを含む。
【００５８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、実施例では固体高分子型の燃料電池装置について説明したが、溶融炭素型や固体酸化物型などの他の発電方式でも構わない。また、燃料電池装置の構成も本実施例のものに限定されないことは勿論、実施例ではリーク検査と水張りの処理手段を、制御装置５５のソフトウェア上の機能として組み込んだ例を示したが、別な検査に関する処理手段を制御装置５５に設け、検査装置６８を流路に接続したときに、同様に処理手段が検査を自動的に処理実行するものでもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の燃料電池装置によれば、制御部に備えた手段が検査対象となる流路の検査を自動的に処理実行するので、装置の検査作業を簡単に行なうことが可能になる。
【００６０】
本発明の請求項２記載の燃料電池装置によれば、検査装置における検査作業の煩雑さを解消することができる。
【００６１】
本発明の請求項３記載の燃料電池装置によれば、装置内における検査作業の煩雑さを解消することができる。
【００６２】
本発明の請求項４記載の燃料電池装置によれば、検査対象となる流路がリークしているか否かを確認できる。
【００６３】
本発明の請求項５記載の燃料電池装置によれば、水廻りに関する流路の水張り作業を簡単に行なうことが可能になる。
【００６４】
本発明の請求項６記載の燃料電池装置によれば、装置内における水張り作業の煩雑さを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における燃料電池装置のシステム構成を示す概略説明図である。
【図２】同上、リーク検査時における燃料電池装置のシステム構成を示す概略説明図である。
【図３】同上、燃料改質ラインのリーク検査に関わる燃料電池装置のブロック構成図である。
【図４】同上、水張りに関する燃料電池装置のブロック構成図である。
【図５】同上、燃料改質ラインのリーク検査の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２，５，１９，２２，４０，４４遮断弁（弁部）
２９，３２，３４，４９調節弁（弁部）
４６，４７，５１ポンプ（ポンプ部）
５５制御装置（制御部）
５５ａ，５５ｂ信号接続部
６１燃料改質ライン（流路）
６８検査装置
７１リーク検査処理手段（手段）
７４改質用水ライン（流路）
７５水張り処理手段（手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell device that generates power.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as one of the new power generation systems, a fuel cell device using an electrolyte membrane and a catalyst, which is advantageous in that small-capacity distributed power generation is easy, does not generate harmful substances such as NOX and SOX, and has low noise, has been proposed. It is considered.
[0003]
Such a fuel cell device includes, as disclosed in Patent Document 1, for example, a reforming device that generates hydrogen gas from natural gas or the like as a fuel gas, and the hydrogen gas and oxygen (air) as an oxidant. Fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction of the fuel cell, an air supply device (air blower) that supplies oxygen (air) to the fuel cell, and power conversion that converts electric energy generated by the fuel cell into commercial voltage and frequency A device (inverter), a heat recovery device equipped with a heat exchanger that recovers heat generated in the fuel cell and the reformer and supplies heat to other external devices that utilize waste heat, and ventilation inside the body (package) And a heat radiating device (cooling module) used for cooling when waste heat is not used.
[0004]
Further, in the above basic configuration, in order to operate each component smoothly, water (steam) is supplied to a blower for increasing the pressure of natural gas, a desulfurizer for removing sulfur from natural gas, and a reformer. Pump to feed water, pump to feed water to the fuel cell to humidify the electrolyte membrane of the fuel cell, purification device to remove impurities in water, ion exchange device to remove water electrolyte, fuel gas, air Various auxiliary devices such as a controller as a control unit for controlling the flow rate of water by a solenoid valve are arranged, and are physically and electrically connected by piping and wiring.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-216828 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the fuel cell device having the above-described configuration, when the confidentiality of the connection and the like is impaired with respect to each device constituting the device and the piping connecting these devices, the fuel gas, the hydrogen gas, and the hydrogen gas are generated. Leakage of carbon monoxide gas generated at the stage is a cause of serious disaster. Therefore, it is necessary to inspect for such a leak (gas leak) at the time of manufacturing the device, but the piping system is divided into several parts in the device, and the presence of the leak is confirmed by the inspection on the first floor. There was a problem that could not be done.
[0007]
Also, in the inspection of one line, it is necessary to open and close several solenoid valves and control valves in accordance with the inspection line, and the operation is very complicated and an inspection error is likely to occur. In addition, since a long time is required for the inspection, the production lead time is lengthened and the cost is increased.
[0008]
Furthermore, in order to operate the fuel cell device normally, it is necessary to fill the flow path relating to the water beforehand with water, so this work also involves opening and closing the solenoid valve and the control valve according to the corresponding flow path. In addition, the pump for water filling had to be driven, which was also complicated and required skill.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a first object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of easily performing an inspection operation of the device.
[0010]
A second object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of easily performing a work of filling a flow path relating to water circulation.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the fuel cell device of the first aspect of the present invention, the means provided in the control unit automatically executes and executes the inspection of the flow path to be inspected. Therefore, the inspection work of the device can be easily performed.
[0012]
According to the fuel cell device of the second aspect of the present invention, if the signal connection part of the control unit is connected to the inspection device, then the means provided in the control unit automatically operates the inspection device at an appropriate timing. Since the control is performed, the complexity of the inspection operation in the inspection device can be eliminated.
[0013]
According to the fuel cell device of the third aspect of the present invention, the valve portion provided in the flow path to be inspected can be automatically controlled at an appropriate timing, so that the inspection work in the device is complicated. Can be eliminated.
[0014]
According to the fuel cell device of the fourth aspect of the present invention, it is possible to confirm whether or not the flow path to be inspected is leaking by sound, light, display, or the like.
[0015]
According to the fuel cell device of the fifth aspect of the present invention, the means provided in the control unit automatically executes the water filling work of the target flow path. For this reason, it is possible to easily perform the work of filling the flow path related to the surroundings of the water.
[0016]
According to the fuel cell device of the sixth aspect of the present invention, the valve section and the pump section provided in the target flow path can be automatically controlled at an appropriate timing. Can be eliminated.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a fuel cell device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1 showing the overall configuration of the apparatus, reference numeral 1 denotes a fuel intake for taking in city gas as a fuel gas, and the fuel intake 1 is passed through a fuel cutoff valve 2, a desulfurizer 3 made of activated carbon and the like. , Is connected to the inlet side of the fuel pressurizing blower 4. The fuel pressurizing blower 4 pressurizes the fuel gas, and one of its outlets is connected to the inlet of the reformed fuel cutoff valve 5, and the outlet of the reformed fuel cutoff valve 5 also has a function of preheating the fuel gas. The reformer 7 is connected to a reformer inlet 7 a via a heat receiving side of the CO shifter / remover 6. Further, an inlet of the CO shifter / remover 6 made of a catalyst is connected to a reformer outlet 7b of the reformer 7 via a heat radiation side of the fuel preheater 6. The outlet of the CO shift / remover 6 is connected to the inlet of the anode 16 of the fuel cell 15 via the first steam heat combustor 13.
[0018]
On the other hand, the outlet of the fuel pressurizing blower 4 is separately connected to a burner section 7c of the reformer 7 via a start burner fuel cutoff valve 19 which is a first burner cutoff valve. The outlet of the anode 16 of the fuel cell 15 is also connected to the burner section 7c of the reformer 7 through the off-gas heat exchanger 21 and the main burner fuel cutoff valve 22, which is a second burner cutoff valve. Is done.
[0019]
The burner exhaust gas outlet of the reformer 7 is connected to a waste heat exchanger 25 via a second steam heat exchanger 24. In addition, during the connection from the second steam heat exchanger 24 to the exhaust heat exchanger 25, the exhaust heat exchanger from the second steam heat exchanger 24 is connected so that the outlet of the cathode 17 of the fuel cell 15 merges. In the middle of the pipeline to 25, a pipeline from the cathode 17 outlet of the fuel cell 15 is connected. Thus, the combustion exhaust gas that has passed through the second steam heat exchanger 24 from the burner portion 7c of the reformer 7 is sent to the exhaust heat exchanger 25 together with the cathode exhaust gas from the cathode 17 of the fuel cell 15. It has become.
[0020]
The fuel cell 15 sandwiches an electrolyte membrane 18 made of a solid polymer between an anode 16 and a cathode 17 as electrodes carrying a catalyst, and sends a fuel gas or air to each of the anode 16 and the cathode 17. (Not shown) formed with a flow path for the flow path. Reference numeral 28 denotes a cathode air blower as a first air supply device, which is connected to the cathode 17 of the fuel cell 15 through a cathode air control valve 29. Reference numeral 31 denotes a selective oxidizing air blower as a second air supply device, which is connected to an inlet of the CO selective oxidizer 12 through an oxidizing air control valve 32. Further, reference numeral 33 denotes a burner air blower as a third air supply device, which is connected to a burner section 7c of the reformer 7 through a burner air control valve 34.
[0021]
Reference numeral 37 denotes a city water inlet, and the city water inlet 37 is connected to an inlet of a city water pressure regulating valve 38 for limiting an inflow amount of city water. One of the outlets of the city water pressure regulating valve 38 is connected to the cold water side of a hot water tank 39 which is an external heat utilization device, and the other is connected to a water storage section 25 a of the exhaust heat exchanger 25 via a city water cutoff valve 40. Connected to. The condensed water stored in the water storage portion 25a of the exhaust heat exchanger 29 passes through a water shutoff valve 44 and a water purification device 45 including a filter and the like, and is branched and connected to the outlet side of the water purification device 45. The cooling water is supplied to a cooling water pump 46 and a reforming water pump 47, respectively. The outlet of the cooling water pump 46 is connected to the anode 16 of the fuel cell 15, while the outlet of the reforming water pump 47 is connected to the first steam heat exchanger 13 and the second steam heat exchanger. 24 are connected to the inlet of a steam control valve 49 via a heat receiving side flow path formed by sequentially connecting the steam control valves 24, and the outlet of the steam control valve 49 is connected to the outlet side of the reforming fuel cutoff valve 5.
[0022]
Reference numeral 51 denotes a circulation pump which sends cold water drawn from the hot water tank 39 from the off-gas exchanger 21 to the hot water tank 39 again via the heat receiving side passage 25b of the exhaust heat exchanger 25 as hot water. Thus, hot water is stored in the upper part of the hot water storage tank 39.
[0023]
Reference numeral 55 denotes a control device for controlling the operation of each part of the above-described device, which includes pumps 46, 47, 51, blowers 4, 28, 31, 33, shutoff valves 2, 5, 19, 22. , 40, 44, the control valves 29, 32, 34, 49, and input / output devices such as sensors (not shown), and a control program as a software function. Although not shown in the figure, in addition to various sensors for monitoring the flow and temperature of air and water, a controller for setting conditions, a switch (electromagnetic valve), and the like are also provided to the control device 55. It is built into the device in an electrically connected state. Further, 56 is an inverter for converting the generated DC power into AC power having a commercial voltage and a frequency. The above-described components except for the city water pressure regulating valve 38, the hot water tank 39, and the hot water outlet shut-off valve 52 are housed in the apparatus main body 57 which is a package.
[0024]
FIG. 2 shows a configuration for performing a leak test for gas leakage. Here, from the reformed fuel cutoff valve 5 and the steam control valve 49, the heat receiving side of the CO shift / removal unit 6, the reformer 7, the heat radiation side of the CO shift / removal unit 6, and the first steam heat exchanger The fuel reforming line 61 (see the bold line in FIG. 2) having a path from the oxidizing air control valve 32 to the inlet of the CO selective oxidizer 12 to the anode 16 of the fuel cell 15 via the fuel cell 15 can be inspected. A nitrogen gas cylinder 63 serving as a gas supply source, a pressure adjusting means 64, a test gas shut-off valve 65 serving as an opening / closing operation means for an opening of a test line, and a pressure measuring means 66. An inspection device 68 sequentially connected to a piping section 67 connected to the fuel reforming line 61 is mounted on the fuel reforming line 61. The leak inspection of the fuel reforming line 61 is performed before the fuel cell 15 is attached to the apparatus main body 57.
[0025]
FIG. 3 shows an electrical configuration of each part related to the leak inspection of the fuel reforming line 61. In the figure, the control device 55 includes, as a program function on software, a leak inspection processing means 71 for executing a leak inspection of each line including the fuel reforming line 61. The leak inspection processing means 71 connects the pressure measuring means 66 to the signal connection part 55a of the control device 55 at the input side port, and connects the oxidized air control valve 32 and the steam control part to the signal connection part 55b at the output side port. The valve 49, the reformed fuel cutoff valve 5, the pressure adjusting means 64, the test gas cutoff valve 65, and the output means 72 for notifying the test result by sound, light or display are connected. Although the input / output configuration of the control device 55 in FIG. 3 is particularly concerned only with the leak inspection of the fuel reforming line 61, the control device 55 includes the pumps 46, 47, 51 and the blowers 4, 28 , 31, 33, the shutoff valves 2, 5, 19, 22, 40, 44 and the control valves 29, 32, 34, 49 are all controlled.
[0026]
As another example, from the exhaust heat exchanger 25 to the ion exchanger 43, the water shutoff valve 44, the water purifier 45, the reforming water pump 47, the first steam heat exchanger 13, the CO conversion / remover 6, and FIG. 4 shows a configuration in which water is filled with water in the reforming water line 74 that reaches the reforming fuel cutoff valve 5 through the steam control valve 49.
[0027]
The control device 55 includes a water filling processing means 75 for executing water filling of the reforming water line 74 as a program function on software. The water filling processing means 75 connects a water level gauge 76 provided in the exhaust heat exchanger 25 to an input port, and also includes a reformed fuel cutoff valve 5, a reformed water pump 47, a water cutoff valve 44, and a steam control. The valve 49, the city water pressure regulating valve 38, and the city water cutoff valve 40 are connected to the output side port.
[0028]
Next, the operation of the above configuration will be described. When the operation as a fuel cell device is started by turning on a start switch (not shown), fuel gas is sent out from a fuel inlet 1 to a desulfurizer 3 via a fuel cutoff valve 2 opened. Here, the sulfur contained in the fuel gas is removed by the adsorption action of the desulfurizing agent. The purpose of removing the sulfur content by the desulfurizer 3 is to prevent the subsequent catalyst such as the reformer 7 from being deteriorated by the fuel sulfur content.
[0029]
The fuel gas that has passed through the desulfurizer 3 is pressurized by the pressurizing blower 4 and then sent out to the burner section 7c of the reformer 7 via the opened start burner fuel cutoff valve 19. Further, the air sent from the burner air blower 33 passes through the burner air control valve 34 and is mixed and burned with the fuel gas in the burner section 7c of the reformer 7 to bring the reformer 7 to a temperature required for reforming. Raise the temperature. On the other hand, the burner exhaust gas (combustion exhaust gas) discharged from the burner section 7c of the reformer 7 passes through the fourth steam heat exchanger 24 and exits from the cathode 17 of the fuel cell 15 (cathode exhaust gas). Together with the gas) and is sent to the exhaust heat exchanger 25 to release the thermal energy it has.
[0030]
When the temperature of the reformer 7 increases, the control device 55 opens the reformed fuel cutoff valve 5. When this happens, the combustion gas that has passed through the reforming fuel cutoff valve 5 from the fuel pressurizing blower 4 is mixed with the steam generated by the CO shift / removal unit 6, and the mixed combustion gas passes through the CO shift / removal unit 6. Then, it is sent out to the reforming section 7a of the reformer 7. The reforming section 7a is heated to about 750 ° C. by the burner section 7c, and the fuel gas is changed into hydrogen gas and carbon dioxide gas (carbon dioxide) by the action of the catalyst. However, although the gas generated here contains a small amount of carbon monoxide, the performance of the polymer electrolyte fuel cell 15 described below is significantly reduced by carbon monoxide. Must be less than a certain value.
[0031]
The fuel gas that has passed through the reformer 7 enters the CO shifter / remover 6, where carbon monoxide reacts with water vapor by the action of a catalyst to change into hydrogen gas and carbon dioxide, thereby reducing the concentration of carbon monoxide. It can be reduced to much lower levels. The fuel gas passing through the CO shift / removal unit 6 is mixed with air (oxygen) sent by the selective oxidizing air blower 31, and carbon monoxide contained therein is changed to carbon dioxide by the action of a catalyst. At this point, the concentration of carbon monoxide contained in the fuel gas can be reduced to a concentration that does not adversely affect the fuel cell 15 for the first time.
[0032]
The fuel gas that has passed through the CO conversion / removal unit 6 is sent to an anode 16 which is one electrode of a fuel cell 15. Air (oxygen) is fed from a cathode air blower 28 through a cathode air control valve 29 to the cathode 17 which is the other electrode. Hydrogen of the anode 16 is ionized by the action of a catalyst, and is combined with oxygen on the cathode 17 side through the electrolyte membrane 18. This generates the same heat of reaction as water is produced. Further, due to this electrochemical reaction, a negative electrode potential is generated at the anode 16 and a positive electrode potential is generated at the cathode 17, so that electric power can be extracted from the fuel cell 15.
[0033]
Although most of the hydrogen gas is consumed in the fuel gas that has passed through the anode 16, the fuel gas still contains a considerable concentration of hydrogen gas and a small amount of water vapor. Is removed from the main burner fuel cutoff valve 22 to the burner section 7c of the reformer 7, and is mixed with the air sent from the burner air blower 33 through the burner air control valve 34 to remove the condensed water. It is burned in the section 7c. In this state, the start burner fuel cutoff valve 22 is closed by the control device 55, and the burner section 7c of the reformer 7 continues burning using the residual hydrogen gas (off gas) that has passed through the anode 16.
[0034]
The air that has passed through the cathode 17 has water (steam) generated by the fuel cell 15 and heat. This air passes through the exhaust heat exchanger 25 and is cooled to return to condensed water. Further, the water sucked from the lower part of the hot water storage tank 39 by the circulation pump 51 passes through the off-gas heat exchanger 21, passes through the heat receiving side of the exhaust heat exchanger 25, is warmed, and gradually accumulates in the upper part of the hot water storage tank 39. Go being.
[0035]
The condensed water stored in the water storage section 25a of the exhaust heat exchanger 25 enters the water purification device 45 from the opened water shutoff valve 44 to remove impurities. The water purified by the water purification device 45 is sent to the anode 16 of the fuel cell 15 by the cooling water pump 46, and is used for humidifying the solid polymer membrane (electrolyte membrane 18) and cooling the fuel cell 15. Similarly, the water sent to the third steam heat exchanger 13 by the reforming water pump 47 passes from the third steam heat exchanger 13 to the fourth steam heat exchanger 24 and the CO conversion / removal unit 6. The fuel gas passes through and is heated to be mixed with fuel gas from a steam control valve 49 which is opened as a steam. Further, the DC power is converted into AC power having a commercial voltage / frequency by inverters 56 connected to the anode 16 and the cathode 17 of the fuel cell 15, respectively. With the above operation, the fuel cell device can generate power.
[0036]
Next, the operation of the heat utilizing external device including the hot water storage tank 17 will be described. First, before operating the fuel cell device, the city water pressure regulating valve 38 and the city water shutoff valve 40 are opened, and the city water taken in from the city water inlet 37 is filled in the hot water tank 39. Thereafter, when the operation of the fuel cell device is started, the circulation pump 51 is operated, and the cold water in the hot water storage tank 39 is sent to the off-gas heat exchanger 21 and the exhaust heat exchanger 25 by the circulation pump 51, and the cathode 17 of the fuel cell 15 is discharged. Heat energy is obtained from the exhaust gas from the burner section 7c of the reformer 7 and the water is heated. This hot water is sent from the exhaust heat exchanger 25 to the hot water inlet of the hot water tank 39 and returns to the hot water tank 39 again. The inside of the hot water storage tank 39 has a two-layer state due to a difference in water temperature. The hot water is located in the upper layer of the hot water storage tank 39 and the cold water is located in the lower layer of the hot water storage tank 39. Here, it is possible to use the warm water in the upper layer of the hot water storage tank 39.
[0037]
Next, an operation procedure relating to the above-described leak inspection of the fuel reforming line 61 will be described with reference to a flowchart of FIG. First, the opening end of the pipe section 67 constituting the inspection device 68 is connected to the inlet of the anode 16 of the fuel cell 15 so as to communicate with the fuel reforming line 61, and the pressure adjustment is made to the signal connection portion of the control device 55. The signal cables from the means 64, the test gas shut-off valve 65 and the pressure measuring means 66 are connected respectively. Next, in step S1, the system of the control device 55 is set to the inspection mode using input means (for example, a selection key) connected to the control device 55. In this case, the leak inspection processing means 71 of the control device 55 controls the opening and closing of the preset shutoff valves 2, 5, 19, 22, 40, 44 and the control valves 29, 32, 34, 49. (Step S2). In particular, in the leak inspection of the fuel reforming line 61 until the fuel gas mixed with water vapor is reformed and sent to the fuel cell 15, the oxidizing air control valve 32 is closed by the leak inspection processing means 71 to select the oxidizing air blower. The flow of air from 31 to the fuel reforming line 61 is cut off, and the steam control valve 49 and the reformed fuel cutoff valve 5 on the inlet side of the fuel reforming line 61 are closed.
[0038]
Subsequently, the leak inspection processing means 71 opens the inspection gas shut-off valve 65 in step S3 and injects the inspection gas (nitrogen) from the nitrogen gas cylinder 63 into the fuel reforming line 61. At this time, while monitoring the inspection pressure of the fuel reforming line 61 by the pressure measuring unit 66, the leak inspection processing unit 71 controls the pressure adjusting unit 64 so that the inspection pressure becomes the set pressure, and controls the pressure of the inspection gas. Adjust the injection pressure. Then, when the inspection pressure from the pressure measuring means 66 reaches the set pressure, in step S4, the leak inspection processing means 71 reads the inspection pressure from the pressure measuring means 66 at set time intervals, and this inspection pressure falls within a stable range. If so, the inspection gas shut-off valve 65 is closed (steps S5 and S6), and the gas pressure in the first fuel reforming line 61 is read from the pressure measuring means 66 (step S7).
[0039]
Thereafter, in step S8, when the set time has elapsed, the leak inspection processing means 71 reads the gas pressure in the fuel reforming line 61 again from the pressure measuring means 66. Then, in the next step S9, if the gas pressure in the fuel reforming line 61 is within the standard value, for example, a notification of "OK" indicating that there is no leak from the fuel reforming line 61 is sent to the output means 72. (Step S10). Conversely, if the gas pressure in the fuel reforming line 61 is not within the standard value in the step S9, for example, a notification of "NG" indicating that a leak has occurred from the fuel reforming line 61 is output. 72.
[0040]
Thus, by simply connecting the inspection device 68 to the fuel reforming line 61 and shifting the control device 55 to the inspection mode by the leak inspection processing means 71, the fuel injection is performed according to a series of procedures executed by the leak inspection processing means 71. Whether or not a leak (gas leak) has occurred in the reforming line 61 can be automatically inspected.
[0041]
In the inspection of the fuel reforming line 61, there was no corresponding portion. However, for example, in a leak inspection of an exhaust gas line that discharges exhaust gas from the exhaust heat exchanger 25, an outlet opening of the exhaust gas line is required for inspection. In this case, it is preferable to close the outlet opening by driving an air cylinder or the like provided in the inspection device 68.
[0042]
The operation procedure for filling the reforming water line 74 will be described. In this case, the system of the control device 55 is set to the filling test mode using the input means, and the reforming test processing means 75 sets the system to the filling test mode. While the water shutoff valve 44 and the steam control valve 49 in the middle of the water line 74 are opened, the reformed fuel cutoff valve 5 at the end of the water line 74 is closed. Next, the water filling processing means 75 operates the reforming water pump 47 to pass the water stored in the water storage section 25 a of the waste heat exchanger 25 through the water purification device 45, and from the waste heat exchanger 25 to the steam control valve 49. Fill the flow path with water. The water level in the water storage section 25a is detected by a water level gauge 76 provided in the exhaust heat exchanger 25, and the water filling processing means 75 detects the water level of the city water shutoff valve 40 based on the detection output of the water level meter 76. Opening / closing, and eventually, the amount of city water flowing into the exhaust heat exchanger 25 is controlled so that the water level in the water storage section 25a is kept constant.
[0043]
In addition, in order to determine whether or not the reforming water line 74 up to the steam control valve 49 is filled with water, it is only necessary to fill the water beyond the fourth steam heat exchanger 24. For example, the determination may be made based on the driving time of the reforming water pump 47, or the water level detecting means may be provided in the middle of the reforming water line 74, and the determination may be made based on the detection output from the water level detecting means.
[0044]
As described above, in the present embodiment, in a fuel cell device that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas, which is a gas, and an oxidizing gas (oxygen in the air), a flow path (for example, a fuel conversion device) provided in the device is provided. A leak test processing means 71 as a means for executing the test of the quality line 61), that is, the leak test, is provided in the control device 55 as a control unit for controlling the operation of each unit of the apparatus.
[0045]
Then, the leak inspection processing means 71 provided in the control device 55 automatically executes a leak inspection of the flow path to be inspected. Therefore, it is possible to easily perform a leak inspection operation of the device.
[0046]
In this embodiment, in particular, the gas pressure adjusting means 64, the test gas shut-off valve 65 corresponding to the opening / closing operation means of the opening of the test line, the pressure measuring means 66, and the test gas are supplied to the flow path to be tested. An inspection device 68 for injection is provided, and signal connections 55a and 55b to the inspection device 68 are provided in the control device 55.
[0047]
In this way, if the signal connection portions 55a and 55b of the control device 55 are connected to the inspection device 68, the leak inspection processing means 71 automatically controls the operation of the inspection device 68 at appropriate timing. The complexity of the leak inspection work in the inspection device 68 can be eliminated.
[0048]
Further, in the present embodiment, the opening / closing or opening of the valve section (each of the shut-off valves 2, 5, 19, 22, 40, and 44, and each of the control valves 29, 32, 34, and 49) provided in the flow path to be inspected. Are controlled by the leak inspection processing means 71.
[0049]
With this configuration, the valve portion provided in the flow path to be inspected can be automatically controlled at an appropriate timing instead of manually, thereby eliminating the complexity of the leak inspection operation in the apparatus. be able to.
[0050]
In the present embodiment, the inspection pressure from the pressure measurement unit 66 is read, and the pressure adjustment unit 64 is controlled so that the inspection pressure is stabilized. The inspection gas shut-off valve 65 is closed, the pressure drop value of the flow path (for example, the fuel reforming line 61) after the set time is compared with the inspection standard value, and the comparison result is output to the output means 72 as sound or light. , Display, etc.
[0051]
By doing so, it is possible to confirm whether or not the fuel reforming line 61 to be inspected is leaking by sound, light, display, or the like.
[0052]
Here, the flow path means not only the fuel reforming line 61, but also a starting fuel line, a combustion air / exhaust gas line, a cathode air line, a reforming / cell cooling water line, and a heat recovery line. Including lines.
[0053]
Further, in the present embodiment, in a fuel cell device that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, a water filling processing means 75 as a means for executing water filling of, for example, a reforming water line 74 which is a flow path, It is provided in the control device 55 of the device.
[0054]
In this way, the water filling processing means 75 provided in the control device 55 automatically performs the water filling work of the target reforming water line 74. Therefore, the work of filling the reforming water line 74 with respect to the surrounding water can be easily performed.
[0055]
Further, in particular, the water filling processing means 75 of the present embodiment opens or closes or opens a valve portion (reformed fuel cutoff valve 5, water cutoff valve 44, steam control valve 49, etc.) provided in the flow path, for example, the reforming water line 74. The operation of the pump unit (reforming water pump 47 and the like) is controlled.
[0056]
By doing so, the valves and pumps provided in the target reforming water line 74 can be automatically controlled at appropriate timing, so that the complexity of the water filling operation in the apparatus can be eliminated. .
[0057]
Here, the flow path includes not only the reforming water line 74 but also a battery cooling water line, a heat recovery water line, and the like.
[0058]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in the embodiments, the polymer electrolyte fuel cell device has been described, but another power generation system such as a molten carbon type or a solid oxide type may be used. In addition, the configuration of the fuel cell device is not limited to that of the present embodiment. Needless to say, in this embodiment, an example is shown in which the leak inspection and water filling processing means are incorporated as software functions of the control device 55. A processing unit related to the inspection may be provided in the control device 55, and when the inspection device 68 is connected to the flow path, the processing unit may automatically execute the inspection.
[0059]
【The invention's effect】
According to the fuel cell device of the first aspect of the present invention, since the means provided in the control unit automatically performs the inspection of the flow path to be inspected, the inspection work of the device can be easily performed. become.
[0060]
According to the fuel cell device of the second aspect of the present invention, it is possible to eliminate the complexity of the inspection work in the inspection device.
[0061]
According to the fuel cell device of the third aspect of the present invention, the complexity of the inspection work in the device can be eliminated.
[0062]
According to the fuel cell device of the fourth aspect of the present invention, it is possible to confirm whether or not the flow path to be inspected is leaking.
[0063]
According to the fuel cell device of the fifth aspect of the present invention, it is possible to easily perform the operation of filling the flow path relating to the water circulation.
[0064]
According to the fuel cell device of the sixth aspect of the present invention, it is possible to eliminate the complexity of water filling work in the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a system configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a system configuration of the fuel cell device at the time of a leak test.
FIG. 3 is a block diagram of a fuel cell device relating to a leak inspection of a fuel reforming line.
FIG. 4 is a block diagram of the fuel cell device related to water filling.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a leak inspection of the fuel reforming line.
[Explanation of symbols]
2,5,19,22,40,44 Shutoff valve (valve part)
29, 32, 34, 49 Control valve (valve part)
46, 47, 51 Pump (pump section)
55 control unit (control unit)
55a, 55b signal connection
61 Fuel reforming line (flow path)
68 Inspection equipment
71 Leak inspection processing means (means)
74 Reforming water line (flow path)
75 Watering treatment means (means)

Claims

A fuel cell device for generating electric power by a chemical reaction of gas, wherein a means for performing a process of inspecting a flow path is provided in a control unit of the device.

2. The fuel cell device according to claim 1, wherein an inspection device is provided in the flow path, and a signal connection portion with the inspection device is provided in the control unit.

2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the means controls a valve provided in the flow path.

The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3, wherein the means is configured to compare a change pressure of the flow path with a standard value and output a result.

A fuel cell device for generating electric power by a chemical reaction of a gas, wherein a means for performing a process of filling a flow channel is provided in a control unit of the device.

The fuel cell device according to claim 5, wherein the means controls a valve unit and a pump unit provided in the flow path.