JP2006310109A - Fuel cell power generating system - Google Patents

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JP2006310109A JP2005131743A JP2005131743A JP2006310109A JP 2006310109 A JP2006310109 A JP 2006310109A JP 2005131743 A JP2005131743 A JP 2005131743A JP 2005131743 A JP2005131743 A JP 2005131743A JP 2006310109 A JP2006310109 A JP 2006310109A
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Masaki Oshima
雅樹 大嶋
Hiroshi Yatabe
広志 谷田部
Kazuhito Koyama
一仁 小山
Noriyuki Imada
典幸 今田
Terufumi Miyata
輝史 宮田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately cancel abnormality, corresponding to an abnormal cause by properly determining the abnormal cause of a fuel cell power generation system. <P>SOLUTION: If voltage reduction of a fuel cell is voltage reduction of the cell (S3) as a whole, when a physical quantity correlated to an anode gas flow rate is less than a set value (S4), the voltage reduction of the fuel cell is determined to be caused by the lack of the amount of hydrogen (S5), when the physical quantity correlated to the anode gas flow rate is larger than the set value (S4); and when the anode gas temperature is lower than the set value, it is determined to be caused by the lack of humidification of reformed gas (S8, S9), when the anode gas temperature is higher than the set value, it is determined to be caused by CO poisoning (S8, S12). In any of the cases, the load current of the fuel cell is reduced (S6-S13) and a command for increasing the amount of hydrogen of the reformed gas corresponding to each cause (S7), a command for raising the anode gas temperature (S11) or a command for reducing the CO concentration of the reformed gas (S14) is outputted. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素製造装置と燃料電池とを備えてなる燃料電池発電システムに係り、具体的には、固体高分子型の燃料電池の電圧変動を抑制して燃料電池発電システムを安定に運転する技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation system including a hydrogen production apparatus and a fuel cell. Specifically, the present invention relates to a stable operation of a fuel cell power generation system by suppressing voltage fluctuations in a polymer electrolyte fuel cell. Regarding technology.

燃料電池発電システムは、総合効率が高いことから、省エネルギーが可能となる家庭用コ−ジェネレーションシステムの一つとして、一般家庭向けの小規模な固体高分子型の燃料電池発電システムが提案されている。このような家庭向けの燃料電池発電システムでは、例えば、発電電力を電力会社の電力系統に連結して供給する一方、発電に伴い発生する熱により湯を生成して給湯することが検討されている。家庭向けの燃料電池発電システムを普及させるには、システム全体の性能向上、小型軽量化、量産化、低コスト化することに加えて、できるだけ保守や点検を不要にして、安定な運転を継続できるシステムが要望される。   Since the fuel cell power generation system has high overall efficiency, a small-scale polymer electrolyte fuel cell power generation system for general households has been proposed as one of the home cogeneration systems that can save energy. . In such a household fuel cell power generation system, for example, it is considered to supply hot water by generating heat using heat generated during power generation while supplying generated power connected to a power system of an electric power company. . In order to popularize the fuel cell power generation system for home use, in addition to improving the performance of the entire system, reducing the size and weight, mass production, and reducing the cost, it is possible to maintain stable operation without requiring maintenance and inspection as much as possible. A system is desired.

一般に、燃料電池発電システムの安定な運転を妨げるような異常は、燃料電池の電圧低下として現れるから、燃料電池の電圧低下に基づいて燃料電池発電システムの異常を検知して対応することが考えられる。例えば、特許文献1には、燃料電池の電圧低下が燃料電池の一部のセルの電圧低下に起因する場合は、それらの一部のセルがフラッディング(水詰まり)を起こしていると判定し、燃料電池内にガスをパージして詰まった水を排出させることが提案されている。また、特許文献2には、燃料電池の電圧変化の時間微分値をとり、その絶対値が大きければフラッディングと判定し、ガス供給量を増やしたり、冷却水流量を減らしてガス温度を上昇させてフラッディングを解消させることが提案されている。なお、フラッディングを解消するガスパージ方法は、ガス流量及びガス圧力を増加させたり、燃料電池の負荷を絞って燃料電池における水素消費量を抑えて流通ガス量を増加させることよる(特許文献3)。   In general, an abnormality that prevents stable operation of the fuel cell power generation system appears as a drop in the voltage of the fuel cell. Therefore, it is conceivable to detect and respond to the abnormality of the fuel cell power generation system based on the voltage drop of the fuel cell. . For example, in Patent Document 1, when the voltage drop of the fuel cell is caused by the voltage drop of some of the cells of the fuel cell, it is determined that some of the cells are flooded (water clogging), It has been proposed to purge the gas in the fuel cell to discharge the clogged water. In Patent Document 2, the time differential value of the voltage change of the fuel cell is taken, and if the absolute value is large, it is determined as flooding, the gas supply amount is increased, or the cooling water flow rate is decreased to increase the gas temperature. It has been proposed to eliminate flooding. In addition, the gas purge method for eliminating flooding is to increase the flow rate of gas by increasing the gas flow rate and gas pressure, or by reducing the load of the fuel cell to suppress the hydrogen consumption in the fuel cell (Patent Document 3).

一方、特許文献4には、燃料電池の電圧低下の原因として、燃料電池の電極等が一酸化炭素(CO)によって被毒されることが挙げられている。   On the other hand, Patent Document 4 mentions that the fuel cell electrodes and the like are poisoned by carbon monoxide (CO) as a cause of the voltage drop of the fuel cell.

特開2003−031242号公報JP 2003-031242 A 特開2001−148253号公報JP 2001-148253 A 特開2003−217622号公報JP 2003-217622 A 特開2000−48845号公報JP 2000-48845 A

しかしながら、水素製造装置と燃料電池とを備えてなる燃料電池発電システムにおける電池電圧の低下等の異常は、フラッディングやCO被毒に限らず、種々の原因が考えられるが、従来技術である特許文献1〜4では、異常原因を総合的に判定することについては配慮されていない。例えば、固体高分子型燃料電池スタックのアノードに水素製造装置から燃料である改質ガスを供給し、カソードに酸化剤ガスを供給して発電を行なう燃料電池発電システムでは、電圧低下の原因は燃料電池スタックではなく、水素製造装置の系統にあることが多い。そのため、異常を解消して燃料電池発電システムを安定して運転制御するためには、発電という事象の発生元である燃料電池スタックの挙動を判断材料として異常の原因を判定して、水素製造装置の挙動を制御して異常を解消することが必要となる。特に、異常原因に対応させて適切な対策を施して、水素製造装置と燃料電池の両者が安定に運転を継続できるように、燃料電池発電システムを構築する必要がある。   However, abnormalities such as a decrease in battery voltage in a fuel cell power generation system including a hydrogen production apparatus and a fuel cell are not limited to flooding or CO poisoning, but can be caused by various causes. In 1-4, it is not considered about comprehensively determining the cause of the abnormality. For example, in a fuel cell power generation system in which reformed gas as a fuel is supplied from a hydrogen production device to an anode of a polymer electrolyte fuel cell stack and an oxidant gas is supplied to a cathode to generate power, the cause of the voltage drop is fuel It is often in the system of hydrogen production equipment, not the battery stack. Therefore, in order to eliminate the abnormality and stably control the operation of the fuel cell power generation system, the cause of the abnormality is determined based on the behavior of the fuel cell stack that is the source of the event of power generation, and the hydrogen production apparatus It is necessary to control the behavior of the problem and eliminate the abnormality. In particular, it is necessary to construct a fuel cell power generation system so that both the hydrogen production apparatus and the fuel cell can continue to operate stably by taking appropriate measures in response to the cause of the abnormality.

そこで、本発明は、燃料電池発電システムの異常原因を的確に判定することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to accurately determine the cause of abnormality of the fuel cell power generation system.

また、本発明は、異常原因に対応させて適切に異常を解消することができ、水素製造装置と燃料電池の両者の運転を安定して継続できるようにすることを他の課題とする。   Another object of the present invention is to appropriately solve an abnormality in response to the cause of the abnormality, and to enable stable operation of both the hydrogen production apparatus and the fuel cell.

本発明は、上記課題を解決するため、固体高分子型のセルを複数積層してなる燃料電池と、該燃料電池のアノードに水素を含む改質ガスを供給する水素製造装置と、前記燃料電池のカソードに酸素を含む酸化剤ガスを供給する供給装置と、前記燃料電池の電圧低下発生時の異常原因判定手段を有する制御装置とを備えた燃料電池発電システムにおいて、前記異常原因判定手段は、前記燃料電池の電圧低下が全体のセルの電圧低下であり、前記アノードガス流量に相関する物理量が設定値未満のとき、前記燃料電池の電圧低下は水素量不足が原因であると判断する水素量異常判定手段を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel cell in which a plurality of polymer electrolyte cells are stacked, a hydrogen production apparatus for supplying a reformed gas containing hydrogen to the anode of the fuel cell, and the fuel cell. In the fuel cell power generation system comprising a supply device for supplying an oxidant gas containing oxygen to the cathode of the fuel cell and a control device having an abnormality cause determination means upon occurrence of a voltage drop in the fuel cell, the abnormality cause determination means includes: When the voltage drop of the fuel cell is a voltage drop of the entire cell, and the physical quantity correlated with the anode gas flow rate is less than a set value, the amount of hydrogen that is judged to be caused by an insufficient hydrogen amount An abnormality determining means is provided.

すなわち、燃料電池の電圧低下が一部のセルの電圧低下に起因する場合は、フラッディングが原因である。しかし、全体的にセルの電圧が低下している場合は、フラッディング以外の原因によるものであるが、その原因は、水素量不足、改質ガスの加湿不足、あるいは燃料電池のCO被毒によることが考えられるので、それらの原因を区別する必要がある。   That is, when the voltage drop of the fuel cell is caused by the voltage drop of some cells, it is caused by flooding. However, if the cell voltage is decreased overall, it is due to a cause other than flooding. The cause is insufficient hydrogen, insufficient reformed gas humidification, or CO poisoning of the fuel cell. Therefore, it is necessary to distinguish the causes.

そこで、水素量の不足が原因のときは、アノードガス流量に相関する物理量(例えば、入口ガス圧力)が低下しているはずであるから、アノードガス流量に相関する物理量と設定値とを比較し、設定値未満のときに、水素量の不足が原因と判定することができる。そして、水素不足が原因と判定したときは、燃料電池の負荷電流を減少させるとともに、水素製造装置に改質ガスの水素量を増加させる指令を出力する。ここで、負荷電流を減少させる理由は、水素不足により電圧低下が発生したにもかかわらず負荷電流をそのときの値に維持しようとすると、燃料電池の電極や電解質膜を劣化させるおそれがあるからである。また、負荷電流の減少量は、予め設定された設定量(例えば、2A)とする。改質ガスの水素量を増加させる指令は、例えば、改質器の改質触媒温度を調節する指令とすることができる。具体的には、改質器への投入空気量又は投入水分量、あるいは改質器の冷却水量を調節する指令によることができる。   Therefore, when the shortage of hydrogen is the cause, the physical quantity correlated with the anode gas flow rate (for example, inlet gas pressure) should have decreased, so the physical quantity correlated with the anode gas flow rate is compared with the set value. When the value is less than the set value, it can be determined that the shortage of the hydrogen amount is the cause. When it is determined that the shortage of hydrogen is the cause, the load current of the fuel cell is decreased, and a command for increasing the hydrogen amount of the reformed gas is output to the hydrogen production apparatus. Here, the reason for reducing the load current is that there is a risk of degrading the electrode and electrolyte membrane of the fuel cell if the load current is maintained at the value at that time even though the voltage drop has occurred due to the lack of hydrogen. It is. The amount of decrease in load current is set to a preset amount (for example, 2A). The command for increasing the hydrogen amount of the reformed gas can be, for example, a command for adjusting the reforming catalyst temperature of the reformer. Specifically, it can be based on a command for adjusting the amount of air input to the reformer or the amount of water input, or the amount of cooling water in the reformer.

このようにして、アノードに供給される水素量が設定値に増加したとき、燃料電池の負荷電流を元の値に復帰させる。これにより、燃料電池システムの異常状態を解消して、運転を安定に継続させることができる。   In this way, when the amount of hydrogen supplied to the anode increases to the set value, the load current of the fuel cell is returned to the original value. Thereby, the abnormal state of the fuel cell system can be resolved and the operation can be continued stably.

一方、燃料電池の電圧低下が全体のセルの電圧低下で、アノードガス流量に相関する物理量が設定値以上の場合は、水素量不足が原因ではない。この場合は、アノードガス温度を検出し、その検出温度が設定値未満のとき、燃料電池の電圧低下は改質ガスの加湿不足が原因であると判断することができる。また、燃料電池の電圧低下が加湿不足が原因のときは、燃料電池の負荷電流を減少させるとともに、水素製造装置に改質ガスの温度を昇温させる指令を出力することにより、加湿不足を解消する。   On the other hand, when the voltage drop of the fuel cell is the voltage drop of the entire cell and the physical quantity correlated with the anode gas flow rate is equal to or larger than the set value, the hydrogen amount is not insufficient. In this case, when the anode gas temperature is detected and the detected temperature is lower than the set value, it can be determined that the fuel cell voltage drop is caused by insufficient humidification of the reformed gas. In addition, when the fuel cell voltage drop is caused by insufficient humidification, the load current of the fuel cell is reduced, and a command to raise the temperature of the reformed gas is output to the hydrogen production device to eliminate insufficient humidification. To do.

ここで、負荷電流を減少させるのは、上記の水素不足の場合と同様の理由である。また、改質ガスの温度を昇温させる指令は、燃料電池あるいは改質ガスの管路にヒータが設けられている場合は、そのヒータをオンする指令とすることができる。又は、これに代えて、あるいはこれと共に、水素製造装置と燃料電池との間に設けられた熱交換器の熱回収量を低減する指令とすることができる。このようにして、アノード入口のガス温度が設定値に回復したとき、燃料電池の負荷電流を元の値に復帰させる。これにより、燃料電池システムの異常状態を解消して、運転を安定に継続させることができる。   Here, the reason why the load current is decreased is the same reason as in the case of the above-mentioned hydrogen shortage. In addition, the command to raise the temperature of the reformed gas can be a command to turn on the heater when a heater is provided in the fuel cell or the reformed gas pipe. Alternatively, or in addition to this, a command for reducing the heat recovery amount of the heat exchanger provided between the hydrogen production apparatus and the fuel cell can be used. In this way, when the gas temperature at the anode inlet is restored to the set value, the load current of the fuel cell is restored to the original value. Thereby, the abnormal state of the fuel cell system can be resolved and the operation can be continued stably.

さらに、燃料電池の電圧低下が全体のセルの電圧低下で、アノードガス流量に相関する物理量が設定値以上で、かつ、アノードガス温度が設定値以上のときは、燃料電池の電圧低下はCO被毒が原因であると判断することができる。そして、燃料電池の電圧低下がCO被毒が原因のときは、燃料電池の負荷電流を減少させるとともに、水素製造装置にCO濃度を減少させる指令を出力することにより、CO被毒を解消することができる。   Further, when the voltage drop of the fuel cell is the voltage drop of the entire cell, the physical quantity correlated with the anode gas flow rate is equal to or higher than the set value, and the anode gas temperature is equal to or higher than the set value, the voltage drop of the fuel cell It can be determined that poison is the cause. And when the voltage drop of the fuel cell is caused by CO poisoning, the load current of the fuel cell is reduced and the CO poisoning is eliminated by outputting a command to reduce the CO concentration to the hydrogen production device. Can do.

ここで、負荷電流を減少させるのは、上記の水素不足の場合と同様の理由によるが、さらに、水素の消費量を減らして燃料電池内のガス流速を上げることにより、内部に付着しているCOをパージするためである。また、CO濃度を減少させる指令は、水素製造装置のCOシフト触媒温度及び/又はCO選択酸化触媒温度を、改質ガス中のCO濃度が減少する方向に調節する指令とする。このようにして、改質ガス中のCO濃度が設定値に減少したとき、燃料電池の負荷電流を元の値に復帰させる。これにより、燃料電池システムの異常状態を解消して、運転を安定に継続させることができる。   Here, the load current is decreased for the same reason as in the case of the above-mentioned hydrogen shortage, but is further adhered to the inside by reducing the hydrogen consumption and increasing the gas flow rate in the fuel cell. This is for purging CO. Further, the command for reducing the CO concentration is a command for adjusting the CO shift catalyst temperature and / or the CO selective oxidation catalyst temperature of the hydrogen production apparatus in a direction in which the CO concentration in the reformed gas decreases. In this way, when the CO concentration in the reformed gas decreases to the set value, the load current of the fuel cell is returned to the original value. Thereby, the abnormal state of the fuel cell system can be resolved and the operation can be continued stably.

本発明によれば、燃料電池発電システムの異常原因を的確に判定することができる。   According to the present invention, the cause of abnormality of the fuel cell power generation system can be accurately determined.

また、異常原因に対応させて適切に異常を解消することができ、水素製造装置と燃料電池の両者の運転を安定して継続できる。   Further, the abnormality can be appropriately resolved in response to the cause of the abnormality, and the operation of both the hydrogen production apparatus and the fuel cell can be continued stably.

以下、本発明の燃料電池発電システムを実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, a fuel cell power generation system of the present invention will be described based on embodiments.

図1に、本発明の燃料電池発電システムの全体構成を示す。燃料電池1は、複数のセル(例えば、80セル)を積層した燃料電池スタックとして構成されている。各セルは、固体高分子型の電解膜を挟んでアノードとカソードが設けられ、それらの各セルは直列に接続されている。各セルのアノードとカソードは、それぞれ水素リッチな改質ガスが供給されるアノード室と、酸素を含んだ空気が供給されるカソード室に連通されている。   FIG. 1 shows the overall configuration of the fuel cell power generation system of the present invention. The fuel cell 1 is configured as a fuel cell stack in which a plurality of cells (for example, 80 cells) are stacked. Each cell is provided with an anode and a cathode with a polymer electrolyte membrane interposed therebetween, and these cells are connected in series. The anode and cathode of each cell are in communication with an anode chamber to which a hydrogen-rich reformed gas is supplied and a cathode chamber to which oxygen-containing air is supplied.

水素製造装置2は、炭化水素、アルコール類、エーテル類などの水素を含有する燃料と、酸素又は空気と、水又は水蒸気を原料として水素リッチな改質ガスを製造するものであり、図示していないが、周知のとおり、改質反応器と、改質ガス中のCOを除去するCO変成器、及びCO選択酸化器を有して構成されている。また、改質反応器内には、改質触媒層と、この改質触媒層の上流側に改質反応の吸熱反応の熱を補うための部分燃焼用の燃焼触媒層が設けられている。CO変成器は改質反応器で生成された改質ガス中のCOを除去するCOシフト触媒層が設けられ、CO選択酸化器はCO変成器から排出される改質ガス中の微量のCOを酸化する選択酸化触媒層が設けられている。そして、CO選択酸化器から排出される改質ガスが燃料配管3を介して燃料電池1のアノードガス入口1aに供給されるようになっている。アノードガス入口部には、改質ガスの圧力を計測するアノードガス入口圧力計測器4と、改質ガスの温度を計測するアノードガス入口温度計測器5が設けられている。   The hydrogen production apparatus 2 produces a hydrogen-rich reformed gas using hydrogen-containing fuel such as hydrocarbons, alcohols, ethers, etc., oxygen or air, and water or steam as raw materials. As is well known, the reformer is configured to have a reforming reactor, a CO converter for removing CO in the reformed gas, and a CO selective oxidizer. In the reforming reactor, a reforming catalyst layer and a combustion catalyst layer for partial combustion for supplementing the heat of the endothermic reaction of the reforming reaction are provided upstream of the reforming catalyst layer. The CO converter is provided with a CO shift catalyst layer that removes CO in the reformed gas generated in the reforming reactor, and the CO selective oxidizer removes a small amount of CO in the reformed gas discharged from the CO converter. A selective oxidation catalyst layer for oxidation is provided. The reformed gas discharged from the CO selective oxidizer is supplied to the anode gas inlet 1 a of the fuel cell 1 through the fuel pipe 3. An anode gas inlet pressure measuring device 4 for measuring the pressure of the reformed gas and an anode gas inlet temperature measuring device 5 for measuring the temperature of the reformed gas are provided at the anode gas inlet.

一方、燃料電池1のカソード室に設けられたカソードガス入口1bには、ブロワ6から酸化剤ガスとして例えば空気が供給されるようになっている。燃料電池1のアノードとカソードはインバータ7に接続され、インバータ7は燃料電池1で発電された直流電力を所定の交流に変換して負荷8に供給するようになっている。燃料電池1の発電反応に寄与した改質ガスの排ガスは、アノード排ガスとしてアノード排ガス管9から排出される。また、燃料電池1発電反応に寄与した空気の排気は、カソード排ガスとしてカソード排ガス管10から排出される。また、燃料電池1には、燃料電池1を昇温又は冷却するための循環水が、水循環装置11から流通されるようになっている。循環水の温度は、循環水ヒータ12により調整可能になっている。さらに、燃料電池1には、セル単位又は複数セルのグループ単位で発電電圧を計測するセル電圧計測器13が設けられている。インバータ7には、負荷電流を計測する負荷電流計測器14が設けられている。   On the other hand, for example, air is supplied as an oxidant gas from the blower 6 to the cathode gas inlet 1 b provided in the cathode chamber of the fuel cell 1. The anode and cathode of the fuel cell 1 are connected to an inverter 7, and the inverter 7 converts DC power generated by the fuel cell 1 into a predetermined AC and supplies it to a load 8. The reformed gas exhaust gas contributing to the power generation reaction of the fuel cell 1 is discharged from the anode exhaust gas pipe 9 as anode exhaust gas. Further, the exhaust of air that has contributed to the power generation reaction of the fuel cell 1 is discharged from the cathode exhaust pipe 10 as cathode exhaust gas. In addition, circulating water for heating or cooling the fuel cell 1 is circulated from the water circulation device 11 to the fuel cell 1. The temperature of the circulating water can be adjusted by the circulating water heater 12. Furthermore, the fuel cell 1 is provided with a cell voltage measuring device 13 that measures a generated voltage in units of cells or in groups of a plurality of cells. The inverter 7 is provided with a load current measuring device 14 that measures the load current.

制御装置15は、水素製造装置2、ブロワ6、インバータ7、水循環装置11、循環水ヒータ12などを制御することにより、燃料電池システムの全体を制御するようになっている。特に、本実施形態では、アノードガス入口圧力計測器4、アノードガス入口温度計測器5、セル電圧計測器13、負荷電流計測器14などから入力される計測値に基づいて、燃料電池システムの異常を検出して、その異常を解消する制御を行うようになっている。   The control device 15 controls the entire fuel cell system by controlling the hydrogen production device 2, the blower 6, the inverter 7, the water circulation device 11, the circulation water heater 12, and the like. In particular, in the present embodiment, the abnormality of the fuel cell system is determined based on the measurement values input from the anode gas inlet pressure measuring device 4, the anode gas inlet temperature measuring device 5, the cell voltage measuring device 13, the load current measuring device 14, and the like. Is detected, and control to eliminate the abnormality is performed.

ここで、図1のように構成される燃料電池システムの動作概要を説明する。水素製造装置2から所定の温度及び湿度に調整された水素リッチな改質ガスをアノードガス入口1aへ供給するとともに、ブロワ6から空気をカソードガス入口1bへ供給する。これにより、燃料電池1にて電気化学反応による発電が起こり、発電電力はインバータ7を介して負荷8に供給される。燃料電池1内の温度は、燃料電池1の循環水出口に設けられた冷却水温度計測器16により計測されて制御装置15に入力される。制御装置15は、冷却水温度計測器16の計測温度を設定温度に保持するように、水循環装置9より循環させる循環水の量及び温度を制御する。また、循環水ヒータ12により循環冷却水の温度を制御する。また、制御装置15は、基本的に、燃料電池1の発電電力を所定値(例えば、定格値)に保持するように、水素製造装置2、ブロワ6、インバータ7、水循環装置11、循環水ヒータ12など、燃料電池システムの全体を制御する。   Here, an outline of the operation of the fuel cell system configured as shown in FIG. 1 will be described. A hydrogen-rich reformed gas adjusted to a predetermined temperature and humidity is supplied from the hydrogen production apparatus 2 to the anode gas inlet 1a, and air is supplied from the blower 6 to the cathode gas inlet 1b. As a result, power generation by an electrochemical reaction occurs in the fuel cell 1, and the generated power is supplied to the load 8 via the inverter 7. The temperature in the fuel cell 1 is measured by a cooling water temperature measuring device 16 provided at the circulating water outlet of the fuel cell 1 and input to the control device 15. The control device 15 controls the amount and temperature of the circulating water circulated from the water circulation device 9 so as to keep the measured temperature of the cooling water temperature measuring device 16 at the set temperature. Further, the temperature of the circulating cooling water is controlled by the circulating water heater 12. The control device 15 basically has a hydrogen production device 2, a blower 6, an inverter 7, a water circulation device 11, a circulating water heater so as to keep the generated power of the fuel cell 1 at a predetermined value (for example, a rated value). 12, etc., to control the entire fuel cell system.

次に、本発明の特徴である燃料電池発電システムの異常原因を的確に判定する異常原因判定手段、及び異常原因に対応させて適切に異常を解消する各手段に係る制御装置15の詳細構成を動作とともに説明する。図2に、異常原因判定及び異常を解消する制御手順の一実施形態のフローチャートを示す。   Next, a detailed configuration of the abnormality cause determining means for accurately determining the cause of abnormality of the fuel cell power generation system, which is a feature of the present invention, and the control device 15 relating to each means for appropriately eliminating the abnormality corresponding to the cause of the abnormality The operation will be described. FIG. 2 shows a flowchart of an embodiment of a control procedure for determining an abnormality cause and eliminating the abnormality.

図2に示すように、制御装置15は、アノードガス入口圧力計測器4、アノードガス入口温度計測器5、セル電圧計測器13、負荷電流計測器14などの測定値を読み込む(S1)。次いで、セル電圧計測器13の測定値に基づいて、燃料電池1のセル電圧が基準範囲よりも低下しているか否かを判定する(S2)。この判定は、複数セル全体の合計電圧である燃料電池1の発電出力電圧により判断することができる。発電出力電圧(もしくは、各セルの電圧)が基準範囲内であれば、異常無しと判定してステップS1に戻って、図2のフローチャートの処理を繰り返す。一方、発電出力電圧が基準範囲よりも低下している場合は、ステップS3に進んで、セル電圧低下の原因がフラッディングによるものか、フラッディング以外の事象によるものかを判別する。ここで、セル電圧計測器13の詳細構成を図3に示す。図示のように、セル電圧計測器13は、各セル20のアノード21とカソード22に接続された端子を有し、各セル単位で電圧を計測するとともに、セルスタック全体の電圧(発電出力電圧)を計測可能に構成されている。また、直列接続されたセル20の両端のアノードとカソードがインバータ7の入力端に接続されている。   As shown in FIG. 2, the control device 15 reads measured values of the anode gas inlet pressure measuring device 4, the anode gas inlet temperature measuring device 5, the cell voltage measuring device 13, the load current measuring device 14, and the like (S1). Next, based on the measured value of the cell voltage measuring device 13, it is determined whether or not the cell voltage of the fuel cell 1 is lower than the reference range (S2). This determination can be made based on the power generation output voltage of the fuel cell 1 that is the total voltage of the plurality of cells. If the power generation output voltage (or the voltage of each cell) is within the reference range, it is determined that there is no abnormality, the process returns to step S1, and the process of the flowchart of FIG. 2 is repeated. On the other hand, when the power generation output voltage is lower than the reference range, the process proceeds to step S3 to determine whether the cause of the cell voltage drop is due to flooding or an event other than flooding. Here, a detailed configuration of the cell voltage measuring device 13 is shown in FIG. As shown in the figure, the cell voltage measuring device 13 has terminals connected to the anode 21 and the cathode 22 of each cell 20, measures the voltage in units of each cell, and the voltage of the entire cell stack (power generation output voltage). Is configured to be measurable. Further, the anode and cathode at both ends of the cell 20 connected in series are connected to the input terminal of the inverter 7.

ここで、参考までに、図4に、各セルの電流値(A)と平均電圧の特性を示す。図示のように、電流が増加するにつれてセル電圧が緩やかに減少する特性を有している。図中、線25は正常な場合のセルの平均電圧(初期値)、線26は何らかの原因により電圧低下を判定する低下判定値(基準セル電圧)、線27は発電を停止させる停止判定値を示している。また、セルの平均電圧とは、燃料電池1の発電電圧をセル数で割った値である。   For reference, FIG. 4 shows the current value (A) and average voltage characteristics of each cell. As shown in the figure, the cell voltage gradually decreases as the current increases. In the figure, line 25 is a normal cell average voltage (initial value) when normal, line 26 is a decrease determination value (reference cell voltage) for determining a voltage drop for some reason, and line 27 is a stop determination value for stopping power generation. Show. The average cell voltage is a value obtained by dividing the power generation voltage of the fuel cell 1 by the number of cells.

(フラッディングが原因の場合)
フラッディングによるセル電圧の低下は、通常、図5に示すように、経過時間とともに一部のセルの電圧低下として現れる。また、フラッディング以外の場合は、図6に示すように、経過時間とともに全てのセル電圧が不安定に低下する。そこで、ステップS3の判別で、一部のセルの電圧と基準セル電圧との差が許容範囲よりも低下しているセルの個数が全体に占める割合を調べ、一部のセル電圧が低下している場合は、フラッディングによる流路閉塞が電圧低下の原因であると判定する。一方、複数のセルの電圧が全体的に低下している場合は、電圧低下の原因がフラッディング以外によるものであると判定する。なお、セル電圧の低下は、個々のセル電圧について判定してもよいが、複数のセルからなるグループもしくはブロック単位で判定することもできる。
(If it is caused by flooding)
A drop in cell voltage due to flooding usually appears as a drop in the voltage of some cells over time as shown in FIG. In cases other than flooding, as shown in FIG. 6, all the cell voltages are unstablely lowered with the elapsed time. Therefore, in the determination of step S3, the ratio of the number of cells in which the difference between the voltage of some cells and the reference cell voltage is lower than the allowable range is examined, and some cell voltages are reduced. If it is, it is determined that the flow path blockage due to flooding is the cause of the voltage drop. On the other hand, when the voltages of the plurality of cells are decreased as a whole, it is determined that the cause of the voltage decrease is due to other than flooding. Note that the decrease in the cell voltage may be determined for each cell voltage, but can also be determined in units of groups or blocks composed of a plurality of cells.

電圧低下の原因がフラッディングによる場合は、ステップS15でその旨出力した後、インバータ7に負荷電流を設定量(例えば、2A)減少させる指令を出力した後(S16)、燃料電池1の冷却水(循環水)温度を設定温度上昇させる指令を水循環装置11の循環水ヒータ12に出力する。ここで、負荷電流を減少させる理由は、燃料電池1の電極及び電解質膜の劣化を防止することと、電極反応を減少させて水の生成量を減らすとともに、ガスの流通量を増加させて詰まった水をパージするためである。また、冷却水温度を上昇させる理由は、凝縮水の量を減らすためである。このようにして、水素製造装置2の運転条件、つまり冷却水温度が設定値まで上昇するまで、その制御を維持する(S18、S19)。そして、冷却水温度計測器16により計測され冷却水温度が設定値まで上昇したことを確認して(S18)、負荷電流を元の値(所定値)に増加させて元の制御に戻す。これにより、燃料電池システムの異常状態を解消して、運転を安定に継続させることができる。   If the cause of the voltage drop is due to flooding, after outputting that fact in step S15, after outputting a command to reduce the load current to the inverter 7 by a set amount (for example, 2A) (S16), the cooling water ( A command to increase the temperature of the circulating water) is output to the circulating water heater 12 of the water circulation device 11. Here, the reason why the load current is reduced is to prevent the electrode and electrolyte membrane of the fuel cell 1 from deteriorating, reduce the electrode reaction to reduce the amount of water generated, and increase the gas flow rate to clog. This is for purging water. The reason for raising the cooling water temperature is to reduce the amount of condensed water. In this way, the control is maintained until the operating condition of the hydrogen production apparatus 2, that is, the coolant temperature rises to the set value (S18, S19). Then, it is confirmed that the coolant temperature measured by the coolant temperature measuring device 16 has risen to the set value (S18), and the load current is increased to the original value (predetermined value) to return to the original control. Thereby, the abnormal state of the fuel cell system can be resolved and the operation can be continued stably.

(水素量減少が原因の場合)
ステップS3における判別の結果、電圧低下がフラッディング以外の原因と判断された場合、アノードガス入口圧力が設定値よりも低下しているか否かを判定し(S4)、低下している場合は水素量の減少が原因と判定して、その旨出力する(S5)。そして、インバータ7に負荷電流を設定量(例えば、2A)減少させる指令を出力した後(S6)、水素製造装置2に水素量の増加指令を出力する。ここで、負荷電流を減少させる理由は、水素不足(アノードガス欠乏状態)により電圧低下が発生したにもかかわらず負荷電流をそのときの値に維持しようとすると、燃料電池の電極や電解質膜を劣化させるおそれがあるからである。水素量を増加させる指令は、例えば、改質器の改質触媒温度を調節する指令、具体的には、改質器への投入空気量又は投入水分量、あるいは改質器の冷却水量を調節する指令による。このようにして、水素製造装置2の運転条件が指令に応じた値に上昇し、アノードガス入口圧力が設定値に回復するまで、その制御を維持する(S18、S19)。そして、アノードガス入口圧力が設定値に回復したことを確認して(S18)、負荷電流を元の値(所定値)に増加させて元の制御に戻す。これにより、燃料電池システムの異常状態を解消して、運転を安定に継続させることができる。
(If the cause is a decrease in the amount of hydrogen)
If the result of determination in step S3 is that the voltage drop is determined to be a cause other than flooding, it is determined whether or not the anode gas inlet pressure is lower than the set value (S4). Is determined to be the cause, and a message to that effect is output (S5). Then, after outputting a command to decrease the load current to the inverter 7 by a set amount (for example, 2A) (S6), an instruction to increase the hydrogen amount is output to the hydrogen production apparatus 2. Here, the reason why the load current is reduced is that if the voltage drop occurs due to a hydrogen shortage (anode gas deficiency state) and the load current is maintained at the current value, the electrode of the fuel cell or the electrolyte membrane This is because it may deteriorate. A command to increase the amount of hydrogen is, for example, a command to adjust the reforming catalyst temperature of the reformer, specifically, an amount of input air or water content to the reformer, or a cooling water amount of the reformer. Depending on the order to In this way, the control is maintained until the operating condition of the hydrogen production apparatus 2 rises to a value according to the command and the anode gas inlet pressure recovers to the set value (S18, S19). Then, after confirming that the anode gas inlet pressure has been restored to the set value (S18), the load current is increased to the original value (predetermined value) and returned to the original control. Thereby, the abnormal state of the fuel cell system can be resolved and the operation can be continued stably.

(改質ガスの加湿不足が原因の場合)
ステップS4の判定において、アノードガス入口ガス圧力が設定値以下でない場合、水素量減少が電圧低下の原因ではないから、ステップS8に進んで、アノードガス入口温度が設定値よりも低いか否かを判断する。そして、アノードガス入口温度が設定値よりも低い場合は、改質ガスの加湿不足であると判断して、その旨を出力する(S9)。そして、インバータ7に負荷電流を設定量(例えば、2A)減少させる指令を出力した後(S10)、水素製造装置2に改質ガスであるアノードガス入口温度の上昇指令を出力して(S11)、アノード露点を上昇させる。ここで、負荷電流を減少させる理由は、加湿不足によるガス透過不足を抑制することが目的であり、また燃料電池の電極や電解質膜を劣化させるのを防止するためである。改質ガスの温度を昇温させる指令は、燃料電池1あるいは改質ガスの燃料配管3にヒータが設けられている場合は、そのヒータをオンする指令とすることができる。又は、これに代えて、あるいはこれと共に、水素製造装置2と燃料電池1との間に設けられた熱交換器の熱回収量を低減する指令とすることができる。このようにして、アノード入口ガス温度が設定値に回復したとき(S18,S19)、負荷電流を元の値に復帰させる(S20)。これにより、燃料電池システムの異常状態を解消して、運転を安定に継続させることができる。
(If the cause is insufficient humidification of the reformed gas)
If it is determined in step S4 that the anode gas inlet gas pressure is not lower than the set value, the decrease in the hydrogen amount is not the cause of the voltage drop. Therefore, the process proceeds to step S8 to check whether the anode gas inlet temperature is lower than the set value. to decide. If the anode gas inlet temperature is lower than the set value, it is determined that the reformed gas is insufficiently humidified, and a message to that effect is output (S9). Then, after outputting a command to reduce the load current to the inverter 7 by a set amount (for example, 2A) (S10), a command to increase the anode gas inlet temperature, which is the reformed gas, is output to the hydrogen production device 2 (S11). Increase the anode dew point. Here, the reason why the load current is decreased is to suppress the gas permeation deficiency due to insufficient humidification and to prevent the deterioration of the electrodes and the electrolyte membrane of the fuel cell. When the heater is provided in the fuel cell 1 or the reformed gas fuel pipe 3, the command to raise the temperature of the reformed gas can be a command to turn on the heater. Or it can be set as the instruction | command which reduces the heat recovery amount of the heat exchanger provided between the hydrogen production apparatus 2 and the fuel cell 1 instead of this or with this. Thus, when the anode inlet gas temperature is restored to the set value (S18, S19), the load current is returned to the original value (S20). Thereby, the abnormal state of the fuel cell system can be resolved and the operation can be continued stably.

(CO被毒が原因の場合)
ステップS8の判断において、アノードガス入口温度が設定値より低くないと判断された場合は、電圧低下の原因が加湿不足ではなく、燃料電池1のCO被毒と考えられるから、その旨を出力する(S12)。なお、CO被毒によりセル電圧が低下する場合の改質ガス中のCO濃度に対するセル電圧の時間的変化の例を図7に示す。この電圧変化傾向より、COモニタを使用せずに改質ガス中のCO濃度の概算値を把握することができる。そして、ステップS13へ進んで、負荷電流を設定量(例えば、2A)減少させる指令をインバータ7に出力するとともに(S13)、水素製造装置2に一酸化炭(CO)濃度を低減する指令を出力する(S14)。ここで、負荷電流を低減させる理由は、白金の一次被毒によりアノードにおいて水素の電離能力が低下した状態で発電を行なうことを防止することを目的とする。また、改質ガス中にCOが混入したままアノードまで到達すると、アノード中の触媒に一酸化炭素被毒が生じ、水素の電離反応が阻害される。そこで、改質ガス中のCO濃度を減少させて、アノードに一酸化炭素が混入するのを防止して、アノードに既に付着しているCOを排出して発電環境を回復する。改質ガス中のCO濃度を減少させるには、CO選択酸化器への空気注入量を増加させるか、水素製造装置2へ供給される原料ガス供給量を増加させることによることができる。あるいは、COシフト触媒温度の調節を行い、又はCO選択酸化触媒温度の調節を行なう。なお、通常時のCOシフト触媒温度、CO選択酸化触媒温度は、それぞれ、例えば250〜350℃、120〜180℃とすることができる。このように、ステップS4、S8、S12の判定により、従来のように高価なCOモニタによってCO濃度を計測することなしに、CO被毒を判断できる。このようにして、CO濃度が設定値に回復したとき(S18,S19)、負荷電流を元の値に復帰させる(S20)。これにより、燃料電池システムの異常状態を解消して、運転を安定に継続させることができる。
(If it is caused by CO poisoning)
If it is determined in step S8 that the anode gas inlet temperature is not lower than the set value, the cause of the voltage drop is not due to insufficient humidification, but is considered to be CO poisoning of the fuel cell 1, and this is output. (S12). FIG. 7 shows an example of the temporal change of the cell voltage with respect to the CO concentration in the reformed gas when the cell voltage decreases due to CO poisoning. From this voltage change tendency, an approximate value of the CO concentration in the reformed gas can be grasped without using a CO monitor. Then, the process proceeds to step S13, and a command to reduce the load current by a set amount (for example, 2A) is output to the inverter 7 (S13), and a command to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) is output to the hydrogen production apparatus 2. (S14). Here, the purpose of reducing the load current is to prevent power generation in a state where the ionization ability of hydrogen is reduced at the anode due to the primary poisoning of platinum. Further, when the reformed gas reaches the anode with CO mixed therein, carbon monoxide poisoning occurs in the catalyst in the anode, and the ionization reaction of hydrogen is inhibited. Therefore, the CO concentration in the reformed gas is reduced to prevent carbon monoxide from being mixed into the anode, and CO already attached to the anode is discharged to restore the power generation environment. In order to reduce the CO concentration in the reformed gas, it is possible to increase the amount of air injected into the CO selective oxidizer or increase the amount of raw material gas supplied to the hydrogen production apparatus 2. Alternatively, the CO shift catalyst temperature is adjusted, or the CO selective oxidation catalyst temperature is adjusted. In addition, the normal CO shift catalyst temperature and the CO selective oxidation catalyst temperature can be set to, for example, 250 to 350 ° C. and 120 to 180 ° C., respectively. As described above, the determination of steps S4, S8, and S12 makes it possible to determine the CO poisoning without measuring the CO concentration with an expensive CO monitor as in the prior art. In this way, when the CO concentration is restored to the set value (S18, S19), the load current is returned to the original value (S20). Thereby, the abnormal state of the fuel cell system can be resolved and the operation can be continued stably.

(その他の実施形態)
図2の実施の形態において、電圧低下の原因が上記のいずれの場合であっても、ステップS18の回復判断は、セル電圧計測器13により計測する発電電圧が基準電圧の許容範囲内に上昇したことにより判断してもよいし、また発電電圧が上昇傾向に移ったことにより判断してもよい。
(Other embodiments)
In the embodiment of FIG. 2, regardless of the cause of the voltage drop described above, the recovery determination in step S18 is that the generated voltage measured by the cell voltage meter 13 has risen within the allowable range of the reference voltage. It may be judged by the fact that the power generation voltage has shifted to an upward trend.

また、ステップS4において、アノードガス入口圧力の低下により電圧低下の原因が水素量減少と判断するのは、燃料電池1に流入する水素リッチな改質ガスの量が少ないことを意味する。したがって、アノードガス入口圧力の低下に代えて、アノードガス流量の低下、あるいはアノードガス流量に相関する物理量であるアノードガス出口圧力の低下、アノードガス入口圧力と出口圧力の差圧の低下により、水素量減少と判断することができる。   In step S4, determining that the cause of the voltage decrease due to the decrease in the anode gas inlet pressure is a decrease in the amount of hydrogen means that the amount of hydrogen-rich reformed gas flowing into the fuel cell 1 is small. Therefore, instead of a decrease in the anode gas inlet pressure, a decrease in the anode gas flow rate, a decrease in the anode gas outlet pressure, which is a physical quantity correlated with the anode gas flow rate, or a decrease in the differential pressure between the anode gas inlet pressure and the outlet pressure, It can be judged that the amount is reduced.

さらに、アノード室に供給される水素リッチな改質ガスの量が減少すると、カソード室に供給される空気の酸素消費量が減少するから、カソードガス入口圧力が上昇する。そこで、ステップS4の判断対象を、アノードガス入口圧力の低下に代えて、カソードガス流量に相関する物理量であるカソードガス出口圧力又はカソードガスの入口圧力と出口圧力の差圧が増加したした場合に、水素量減少と判断することができる。   Further, when the amount of the hydrogen-rich reformed gas supplied to the anode chamber decreases, the oxygen consumption of the air supplied to the cathode chamber decreases, so that the cathode gas inlet pressure increases. Therefore, instead of lowering the anode gas inlet pressure, the determination object in step S4 is when the cathode gas outlet pressure or the differential pressure between the cathode gas inlet pressure and the outlet pressure, which is a physical quantity correlated with the cathode gas flow rate, is increased. It can be determined that the amount of hydrogen is reduced.

また、ステップS8において、アノードガス入口温度が設定値より低いか否かにより加湿不足とCO被毒を区別しているが、アノードガス入口温度に代えて、アノードガス入口温度に相関する物理量である燃料電池1内の内部のアノードガス温度が設定許容値より低いか否かにより加湿不足とCO被毒を区別することができる。さらに、燃料電池1内のアノードガス温度とアノードガス入口温度との差をとり、この差が設定許容値(例えば、15℃)以上である場合に、加湿不足が原因であると判定することができる。   Further, in step S8, insufficient humidification and CO poisoning are distinguished depending on whether or not the anode gas inlet temperature is lower than a set value, but instead of the anode gas inlet temperature, the fuel is a physical quantity that correlates with the anode gas inlet temperature. Insufficient humidification and CO poisoning can be distinguished based on whether or not the anode gas temperature inside the battery 1 is lower than the set allowable value. Further, the difference between the anode gas temperature in the fuel cell 1 and the anode gas inlet temperature is taken, and when this difference is equal to or greater than a set allowable value (for example, 15 ° C.), it is determined that the cause is insufficient humidification. it can.

さらに、図2の実施形態では、一部のセルの電圧低下の低下によりフラッディングが起きていると判定した。これに代えて、セル電圧の低下は垂直に近い勾配の場合に、フラッディングが起きたことを判定することができる。すなわち、図8(a)に示すように、フラッディングが起きた場合、セル電圧の低下勾配は垂直に近いほどの大きな傾きを示す。一方、フラッディング以外の原因で電圧が低下するときは、図8(b)に示すように、変化の勾配が緩やかに現れる。そこで、セル電圧の低下勾配に基づいて、電圧低下の原因をフラッディングによる場合と、フラッディング以外による場合とを判別することができる。   Further, in the embodiment of FIG. 2, it is determined that flooding occurs due to a decrease in voltage drop of some cells. Alternatively, it can be determined that the flooding has occurred when the cell voltage drop has a gradient close to vertical. That is, as shown in FIG. 8A, when flooding occurs, the cell voltage decrease gradient shows a large gradient as it is close to vertical. On the other hand, when the voltage decreases due to a cause other than flooding, as shown in FIG. Therefore, based on the cell voltage decrease gradient, it is possible to determine whether the cause of the voltage decrease is due to flooding or not.

したがって、図2のステップS3の判定において、電圧あるいは電流の低下が垂直に近い場合はフラッディングと判定し、それ以外の場合は、フラッディング以外の原因、つまり、水素量不足、加湿不足、CO被毒が原因としてステップS4〜S12の判定を行うようにすることができる。   Therefore, in the determination of step S3 in FIG. 2, if the voltage or current drop is nearly vertical, it is determined to be flooding. Otherwise, the cause other than flooding, that is, insufficient hydrogen amount, insufficient humidification, CO poisoning. As a cause, the determinations in steps S4 to S12 can be performed.

以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、セル電圧のバラツキから電圧低下が「フラッディングによる流路閉塞」によるものか、「水素量減少」によるものか、「加湿不足」によるものか、「CO濃度増加」によるものかを判断することにより、燃料電池1の運転状態を悪化させることなく、また高価なCOモニタを用いることなく燃料電池発電システムの安定な運転を行うことができる。   As described above, according to each embodiment of the present invention, the voltage drop due to the variation in cell voltage is due to “flow channel blockage due to flooding”, “decrease in hydrogen amount”, or “insufficient humidification”. It is possible to perform stable operation of the fuel cell power generation system without deteriorating the operation state of the fuel cell 1 and without using an expensive CO monitor by determining whether the fuel cell is due to an increase in CO concentration or not. it can.

本発明の燃料電池発電システムの一実施形態の系統構成図である。It is a system configuration | structure figure of one Embodiment of the fuel cell power generation system of this invention. 本発明の特徴に係る異常原因判定及び異常を解消する制御手順の一実施形態のフローチャートである。It is a flowchart of one Embodiment of the control procedure which eliminates abnormality cause determination and abnormality which concern on the characteristic of this invention. 図1のセル電圧計測器の詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the cell voltage measuring device of FIG. セルの電流値と平均電圧の特性を示す図である。It is a figure which shows the electric current value of a cell, and the characteristic of an average voltage. フラッディングによるセル電圧の経過時間に対する低下の特徴を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the fall with respect to the elapsed time of the cell voltage by flooding. フラッディング以外の場合のセル電圧の経過時間に対する低下の特徴を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the fall with respect to the elapsed time of the cell voltage in cases other than flooding. CO被毒によりセル電圧が低下する場合の改質ガス中のCO濃度に対するセル電圧の時間的変化の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the time change of the cell voltage with respect to CO density | concentration in reformed gas when a cell voltage falls by CO poisoning. フラッディングによるセル電圧の低下勾配は同図(a)のように垂直に近いほどの大きな傾きを示し、フラッディング以外の原因で電圧が低下するときは同図(b)のように変化の勾配が緩やかであること示す図である。The gradient of the cell voltage drop due to flooding is so large that it is nearly vertical as shown in FIG. 9A. When the voltage drops due to a cause other than flooding, the gradient of change is gentle as shown in FIG. It is a figure which shows that it is.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
2 水素製造装置
4 アノードガス入口圧力計測器
5 アノードガス入口温度計測器
6 ブロワ
7 インバータ
8 負荷
11 水循環装置
12 循環水ヒータ
13 セル電圧計測器
14 負荷電流計測器
15 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Hydrogen production apparatus 4 Anode gas inlet pressure measuring device 5 Anode gas inlet temperature measuring device 6 Blower 7 Inverter 8 Load 11 Water circulating device 12 Circulating water heater 13 Cell voltage measuring device 14 Load current measuring device 15 Control device

Claims (9)

固体高分子型のセルを複数積層してなる燃料電池と、該燃料電池のアノードに水素を含む改質ガスを供給する水素製造装置と、前記燃料電池のカソードに酸素を含む酸化剤ガスを供給する供給装置と、前記燃料電池の電圧低下発生時の異常原因判定手段を有する制御装置とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記異常原因判定手段は、前記燃料電池の電圧低下が全体のセルの電圧低下であり、前記アノードガス流量に相関する物理量が設定値未満のとき、前記燃料電池の電圧低下は水素量不足が原因であると判断する水素量異常判定手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
A fuel cell in which a plurality of polymer electrolyte cells are stacked, a hydrogen production apparatus for supplying a reformed gas containing hydrogen to the anode of the fuel cell, and an oxidant gas containing oxygen to the cathode of the fuel cell A fuel cell power generation system comprising: a supply device configured to perform control, and a control device having abnormality cause determination means when a voltage drop occurs in the fuel cell.
The abnormality cause determining means is that when the fuel cell voltage drop is a voltage drop of the entire cell, and the physical quantity correlated with the anode gas flow rate is less than a set value, the fuel cell voltage drop is caused by an insufficient amount of hydrogen. A fuel cell power generation system comprising hydrogen amount abnormality determination means for determining that
前記制御装置は、前記燃料電池の電圧低下が水素不足が原因のとき、前記燃料電池の負荷電流を減少させるとともに、前記水素製造装置に前記改質ガスの水素量を増加させる指令を出力することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電システム。   The control device outputs a command to decrease the load current of the fuel cell and increase the amount of hydrogen of the reformed gas to the hydrogen production device when the voltage drop of the fuel cell is caused by hydrogen shortage. The fuel cell power generation system according to claim 1. 前記制御装置は、前記アノードに供給される水素量が設定値に増加したとき、前記燃料電池の負荷電流を元の値に復帰させることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池発電システム。   3. The fuel cell power generation system according to claim 2, wherein when the amount of hydrogen supplied to the anode increases to a set value, the control device returns the load current of the fuel cell to the original value. 4. 固体高分子型のセルを複数積層してなる燃料電池と、該燃料電池のアノードに水素を含む改質ガスを供給する水素製造装置と、前記燃料電池のカソードに酸素を含む酸化剤ガスを供給する供給装置と、前記燃料電池の電圧低下発生時の異常原因判定手段を有する制御装置とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記異常原因判定手段は、前記燃料電池の電圧低下が全体のセルの電圧低下で、前記アノードガス流量に相関する物理量が設定値以上で、前記アノードガス温度が設定値未満のとき、前記燃料電池の電圧低下は前記改質ガスの加湿不足が原因であると判断する加湿異常判定手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
A fuel cell in which a plurality of polymer electrolyte cells are stacked, a hydrogen production apparatus for supplying a reformed gas containing hydrogen to the anode of the fuel cell, and an oxidant gas containing oxygen to the cathode of the fuel cell A fuel cell power generation system comprising: a supply device configured to perform control, and a control device having abnormality cause determination means when a voltage drop occurs in the fuel cell.
When the fuel cell voltage drop is a voltage drop of the entire cell, the physical quantity correlated with the anode gas flow rate is greater than or equal to a set value, and the anode gas temperature is less than the set value, the abnormality cause determination means A fuel cell power generation system comprising a humidification abnormality determination means for determining that the voltage drop is caused by insufficient humidification of the reformed gas.
前記制御装置は、前記燃料電池の電圧低下が加湿不足が原因のとき、前記燃料電池の負荷電流を減少させるとともに、前記水素製造装置に前記改質ガスの温度を昇温させる指令を出力することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池発電システム。   When the voltage drop of the fuel cell is caused by insufficient humidification, the control device decreases the load current of the fuel cell and outputs a command to raise the temperature of the reformed gas to the hydrogen production device. The fuel cell power generation system according to claim 4. 前記制御装置は、前記アノードガス温度が設定値に回復したとき、前記燃料電池の負荷電流を元の値に復帰させることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池発電システム。   6. The fuel cell power generation system according to claim 5, wherein the control device returns the load current of the fuel cell to the original value when the anode gas temperature recovers to a set value. 7. 固体高分子型のセルを複数積層してなる燃料電池と、該燃料電池のアノードに水素を含む改質ガスを供給する水素製造装置と、前記燃料電池のカソードに酸素を含む酸化剤ガスを供給する供給装置と、前記燃料電池の電圧低下発生時の異常原因判定手段を有する制御装置とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記異常原因判定手段は、前記燃料電池の電圧低下が全体のセルの電圧低下で、前記アノードガス流量に相関する物理量が設定値以上で、前記アノードガス温度が設定値以上のとき、前記燃料電池の電圧低下はCO被毒が原因であると判断するCO被毒判定手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
A fuel cell in which a plurality of polymer electrolyte cells are stacked, a hydrogen production apparatus for supplying a reformed gas containing hydrogen to the anode of the fuel cell, and an oxidant gas containing oxygen to the cathode of the fuel cell A fuel cell power generation system comprising: a supply device configured to perform control, and a control device having abnormality cause determination means when a voltage drop occurs in the fuel cell.
When the fuel cell voltage drop is a voltage drop of the entire cell, the physical quantity correlated with the anode gas flow rate is equal to or higher than a set value, and the anode gas temperature is equal to or higher than the set value, A fuel cell power generation system comprising CO poisoning determining means for determining that the voltage drop is caused by CO poisoning.
前記制御装置は、前記燃料電池の電圧低下がCO被毒が原因のとき、前記燃料電池の負荷電流を減少させるとともに、前記水素製造装置にCO濃度を減少させる指令を出力することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池発電システム。   When the fuel cell voltage drop is caused by CO poisoning, the control device reduces the load current of the fuel cell and outputs a command to reduce the CO concentration to the hydrogen production device. The fuel cell power generation system according to claim 7. 前記制御装置は、前記CO濃度が設定値に減少したとき、前記燃料電池の負荷電流を元の値に復帰させることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池発電システム。   9. The fuel cell power generation system according to claim 8, wherein when the CO concentration decreases to a set value, the control device returns the load current of the fuel cell to the original value.
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