JP2006351481A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely detect abnormal reaction inside a fuel cell. <P>SOLUTION: In a fuel cell system obtaining electromotive force from chemical reaction of reaction gas by supplying the reaction gas whose pressure is adjusted to prescribed pressure to each electrode of the fuel cell, a pressure measuring means measuring the pressure of the reaction gas in a gas passage is installed. The fuel cell system compares the pressure measured with the pressure measuring means with previously stored decision pressure, judges whether the measured pressure is larger than the decision pressure or not, and when decision is made that the measured pressure is larger than the decision pressure, the fuel cell system judges that the abnormal reaction occurs in the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池システムに関する。より具体的には、燃料電池の電極に反応ガスを供給して、前記反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system. More specifically, the present invention relates to a fuel cell system in which a reaction gas is supplied to an electrode of a fuel cell and an electromotive force is obtained from a chemical reaction of the reaction gas.

特開平9−147895号には、燃料電池の発電部の出力電圧を測定する電圧センサと、発電部の温度を検出する温度センサとを備える燃料電池システムが開示されている。このシステムの燃料電池においては、アノード側電極触媒層に供給される燃料ガス、あるいはカソード側電極触媒層に供給される酸化剤ガスがクロスリークして、電極触媒層や固体高分子膜中で異常燃焼を起こす場合がある。特に、電極中の触媒は燃焼触媒として作用するため、比較的低温で燃焼を起こしやすい。このため、上記従来の燃料電池システムは、燃料電池の燃焼状態を検知する機能を有する。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-147895 discloses a fuel cell system including a voltage sensor that measures the output voltage of the power generation unit of the fuel cell and a temperature sensor that detects the temperature of the power generation unit. In the fuel cell of this system, the fuel gas supplied to the anode-side electrode catalyst layer or the oxidant gas supplied to the cathode-side electrode catalyst layer cross leaks, causing abnormalities in the electrode catalyst layer and the solid polymer membrane. May cause combustion. In particular, since the catalyst in the electrode acts as a combustion catalyst, combustion is likely to occur at a relatively low temperature. For this reason, the conventional fuel cell system has a function of detecting the combustion state of the fuel cell.

具体的には、まず電圧センサによりアノード電極の電圧とカソード電極の電圧とを検出し、両者の電位差を算出する。この電位差が所定の基準値より小さくなっている場合、正常な発電が行われていないと判断される。発電異常の原因が異常燃焼に起因するものである場合、その異常燃焼により発生する熱により、電極の温度が上昇しているものと考えられる。したがって、上記従来の燃料電池システムは、発電異常を検出した場合、温度センサにより電極の温度を検出し、検出された電極の温度が基準温度よりも高い場合に、燃料電池内において異常燃焼が起きていると判断する。異常燃焼が起きていると判断した場合には、燃料電池への反応ガスの供給を停止する。   Specifically, first, the voltage sensor detects the voltage of the anode electrode and the voltage of the cathode electrode, and calculates the potential difference between them. When this potential difference is smaller than a predetermined reference value, it is determined that normal power generation is not performed. When the cause of power generation abnormality is due to abnormal combustion, it is considered that the temperature of the electrode is increased by the heat generated by the abnormal combustion. Therefore, in the conventional fuel cell system, when a power generation abnormality is detected, the temperature of the electrode is detected by a temperature sensor, and when the detected electrode temperature is higher than the reference temperature, abnormal combustion occurs in the fuel cell. Judge that When it is determined that abnormal combustion has occurred, the supply of the reaction gas to the fuel cell is stopped.

特開平9−147895号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-147895 特開2003−45466号公報JP 2003-45466 A

上記従来の燃料電池システムにおいては、アノード電極とカソード電極との電位差から異常を予測し、その後、電極の温度から異常燃焼の有無を判断する。しかし、熱は拡散しやすいため、異常燃焼により発生した熱は、温度センサに伝達されるまでに拡散されて、正確に伝達されない場合があると考えられる。特に、燃焼状態となっているエリアと温度センサの配置位置とがある程度離れている場合、温度センサに伝わるまでの熱の拡散が大きいため、十分な感度で燃焼状態を検出できない場合があると考えられる。しかしながら、燃料電池において燃焼状態が放置されることは、好ましいものではなく、十分に高い感度でその検出を行うことが望ましい。   In the conventional fuel cell system, an abnormality is predicted from the potential difference between the anode electrode and the cathode electrode, and then the presence or absence of abnormal combustion is determined from the electrode temperature. However, since heat easily diffuses, it is considered that the heat generated by abnormal combustion is diffused before being transmitted to the temperature sensor and may not be accurately transmitted. In particular, if the area that is in the combustion state and the position where the temperature sensor is located are somewhat distant from each other, it is considered that the combustion state may not be detected with sufficient sensitivity due to the large diffusion of heat until it is transmitted to the temperature sensor. It is done. However, it is not preferable to leave the combustion state in the fuel cell, and it is desirable to perform detection with sufficiently high sensitivity.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池内における異常反応を感度良く検出できるように改良した燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an improved fuel cell system so that an abnormal reaction in the fuel cell can be detected with high sensitivity.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池の各電極に、所定圧に調整された反応ガスを供給して、前記反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池システムにおいて、
前記反応ガスのガス流路内の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記圧力測定手段により測定された測定圧力と、予め記憶された判定圧力とを比較して、前記測定圧力が判定圧力より大きいか否かを判定する圧力判定手段と、
前記測定圧力が前記判定圧力より大きいと判定された場合に、前記燃料電池内において異常反応が発生したと判断する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system in which a reaction gas adjusted to a predetermined pressure is supplied to each electrode of a fuel cell and an electromotive force is obtained from a chemical reaction of the reaction gas.
Pressure measuring means for measuring the pressure in the gas flow path of the reaction gas;
A pressure determination unit that compares the measurement pressure measured by the pressure measurement unit with a determination pressure stored in advance to determine whether the measurement pressure is greater than a determination pressure;
Control means for determining that an abnormal reaction has occurred in the fuel cell when the measured pressure is determined to be greater than the determination pressure;
It is characterized by providing.

第2の発明は、第1の発明において、
前記燃料電池は、積層された複数の単電池を備え、
前記ガス流路は、
1本のガス供給管と、
前記ガス供給管に集合して接続し、前記各単電池の電極に、前記反応ガスを供給するように配置された複数の分岐管と、
前記複数の分岐管が集合して接続し、前記分岐管からガスを排出する1本のガス排出管と、を備え、
前記圧力測定手段は、前記ガス供給管または前記ガス排出管に配置されることを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The fuel cell includes a plurality of stacked unit cells,
The gas flow path is
One gas supply pipe,
A plurality of branch pipes connected to the gas supply pipes and arranged to supply the reaction gas to the electrodes of the unit cells;
A plurality of branch pipes connected together, and one gas discharge pipe for discharging gas from the branch pipes,
The pressure measuring means is arranged in the gas supply pipe or the gas discharge pipe.

第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記ガス流路に配置され、その開度によって、前記ガス流路内の圧力を自動的に所定圧に調整する圧力調整バルブと、
前記圧力調整バルブの開度を測定する開度測定手段と、
前記開度測定手段により測定された測定開度と、予め記憶された判定開度とを比較して、前記測定開度が、前記判定開度より大きいか否かを判定する開度判定手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記測定圧力が前記判定圧力より大きく、かつ、前記測定開度が前記判定開度より大きい場合にのみ、異常反応が起きていると判断することを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
A pressure adjusting valve that is arranged in the gas flow path and automatically adjusts the pressure in the gas flow path to a predetermined pressure according to the opening degree;
Opening degree measuring means for measuring the opening degree of the pressure regulating valve;
An opening degree determining means for comparing the measured opening degree measured by the opening degree measuring means with a judgment opening degree stored in advance and determining whether the measured opening degree is larger than the judgment opening degree; ,
With
The control means includes
It is determined that an abnormal reaction has occurred only when the measured pressure is greater than the determination pressure and the measured opening is greater than the determined opening.

第4の発明は、第1から第4のいずれかの発明において、
前記燃料電池は、積層された複数の単電池を備え、
前記燃料電池システムは、
前記各単電池が発生する電圧を個々に測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段により測定された前記各単電池の測定電圧と、予め記憶された判定電圧とをそれぞれ比較して、前記各測定電圧が前記判定電圧より小さいか否かを判定する電圧判定手段と、
前記測定電圧が前記判定電圧より小さいと判定された単電池を、異常反応が発生した異常発生単電池として特定する単電池特定手段と、
を備えることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The fuel cell includes a plurality of stacked unit cells,
The fuel cell system includes:
Voltage measuring means for individually measuring the voltage generated by each unit cell;
A voltage determination unit that compares the measured voltage of each unit cell measured by the voltage measurement unit with a determination voltage stored in advance and determines whether or not each measurement voltage is smaller than the determination voltage; ,
A unit cell specifying means for specifying the unit cell determined that the measured voltage is smaller than the determination voltage as an abnormal unit cell in which an abnormal reaction has occurred;
It is characterized by providing.

第5の発明は、第4の発明において、
前記測定圧力の、変化の割合を算出する変化率算出手段と、
前記変化の割合と、前記異常発生単電池の測定電圧とに応じて、前記異常発生単電池内における異常発生エリアを特定する異常発生エリア特定手段と、
を備えることを特徴とする。
A fifth invention is the fourth invention,
Change rate calculating means for calculating the rate of change of the measured pressure;
An abnormality occurrence area specifying means for specifying an abnormality occurrence area in the abnormality occurrence unit cell according to the rate of change and the measured voltage of the abnormality occurrence unit cell;
It is characterized by providing.

第6の発明は、第1から第5のいずれかの発明において、
前記ガス流路は、カソードガス流路であることを特徴とする。
A sixth invention is any one of the first to fifth inventions,
The gas flow path is a cathode gas flow path.

前記第7の発明は、第1から第6のいずれかの発明において、
前記制御手段は、異常反応発生と判断した場合に、前記燃料電池システムの発電を停止することを特徴とする。
In a seventh aspect based on any one of the first to sixth aspects,
The control means stops power generation of the fuel cell system when it is determined that an abnormal reaction has occurred.

第1の発明によれば、燃料電池システムは、燃料電池の反応ガスのガス流路内の圧力を測定する圧力測定手段を有し、測定圧力の変化により、ガス流路内における異常反応を検知する。ここで、異常反応を温度センサにより検出することも考えられる。しかしながら、異常反応により発生した熱は、燃料電池の構成部材に拡散され、更には、燃料電池外部へも放出される。したがって、異常反応による温度上昇を温度センサに確実に伝達することは困難である。このため、温度による異常反応の検出にはばらつきが生じやすく、特に、異常反応エリアと温度センサの配置位置とが離れている場合には、異常反応の検出が困難となる。これに対して、燃料電池の反応ガスのガス流路は閉空間となっているため、異常反応により生じた圧力の変化は、確実に圧力センサに伝達することができる。仮に、圧力測定手段と異常反応が発生したエリアとが離れている場合であっても、圧力の変化は圧力測定手段の配置されている位置まで、比較的正確に伝達される。したがって、第1の発明によれば、感度良く、ガス流路内における異常反応を検出することができる。   According to the first invention, the fuel cell system has pressure measuring means for measuring the pressure in the gas flow path of the reaction gas of the fuel cell, and detects an abnormal reaction in the gas flow path by the change in the measured pressure. To do. Here, it is also conceivable to detect an abnormal reaction with a temperature sensor. However, the heat generated by the abnormal reaction is diffused to the constituent members of the fuel cell and further released to the outside of the fuel cell. Therefore, it is difficult to reliably transmit the temperature increase due to the abnormal reaction to the temperature sensor. For this reason, variations in detection of an abnormal reaction due to temperature are likely to vary. In particular, when the abnormal reaction area and the position where the temperature sensor is arranged are separated, it is difficult to detect the abnormal reaction. In contrast, since the gas flow path of the reaction gas of the fuel cell is a closed space, a change in pressure caused by an abnormal reaction can be reliably transmitted to the pressure sensor. Even if the pressure measuring means is away from the area where the abnormal reaction has occurred, the pressure change is transmitted relatively accurately to the position where the pressure measuring means is disposed. Therefore, according to the first invention, it is possible to detect an abnormal reaction in the gas flow path with high sensitivity.

また、第2の発明によれば、燃料電池システムの圧力調整手段は、ガス流路の分岐前のガス供給管または、集合後のガス排出管に配置される。異常反応による圧力変化は、異常反応が発生した単電池のみでなく、ガス流路全体に反映される。したがって、1の圧力調整手段のみで、燃料電池全体の異常反応を検出することができる。   According to the second invention, the pressure adjusting means of the fuel cell system is arranged in the gas supply pipe before the branch of the gas flow path or the gas discharge pipe after the assembly. The pressure change due to the abnormal reaction is reflected not only in the unit cell in which the abnormal reaction has occurred but also in the entire gas flow path. Therefore, the abnormal reaction of the entire fuel cell can be detected with only one pressure adjusting means.

また、第3の発明によれば、圧力測定手段による測定圧力に加えて、ガス流路内の圧力を自動的に調整する圧力調整バルブの測定開度を用いて異常反応の有無を判断する。したがって、測定圧力および測定開度の一方に誤りがある場合にも、誤って異常反応の有無が判断されるのを避けることができる。したがって、より正確に燃料電池の異常反応を検出することができる。   According to the third aspect of the invention, the presence or absence of an abnormal reaction is determined using the measured opening of the pressure adjustment valve that automatically adjusts the pressure in the gas flow path in addition to the pressure measured by the pressure measuring means. Therefore, even when there is an error in one of the measurement pressure and the measurement opening, it can be avoided that the presence or absence of an abnormal reaction is erroneously determined. Therefore, the abnormal reaction of the fuel cell can be detected more accurately.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成を説明するための模式図である。
図1に示すように、燃料電池システムは、水素タンク2を備える。水素タンク2には、水素供給管4の一端が接続されている。水素供給管4には、圧力調整バルブ6が設けられている。圧力調整バルブ6は、水素供給管4内の圧力を自動的に所定圧に調整するバルブである。水素供給管4の他端は、燃料電池8の水素入口に接続されている。燃料電池8は固体高分子型の電池である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating the configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a hydrogen tank 2. One end of a hydrogen supply pipe 4 is connected to the hydrogen tank 2. The hydrogen supply pipe 4 is provided with a pressure adjustment valve 6. The pressure adjustment valve 6 is a valve that automatically adjusts the pressure in the hydrogen supply pipe 4 to a predetermined pressure. The other end of the hydrogen supply pipe 4 is connected to the hydrogen inlet of the fuel cell 8. The fuel cell 8 is a solid polymer type battery.

燃料電池8の水素オフガスの出口には、水素オフガス排出管10が配置されている。水素オフガス排出管10には、開閉バルブ12が設けられている。開閉バルブ12は、水素オフガス排出管10を開閉する。開閉バルブ12に対して、ガスの流れの上流側において、水素オフガス排出管10には水素循環用配管14の一端が配置されている。水素循環用配管14の他端は、水素供給管4に接続されている。   A hydrogen off gas discharge pipe 10 is disposed at the hydrogen off gas outlet of the fuel cell 8. An open / close valve 12 is provided in the hydrogen off-gas discharge pipe 10. The on-off valve 12 opens and closes the hydrogen off-gas discharge pipe 10. One end of a hydrogen circulation pipe 14 is arranged in the hydrogen off-gas discharge pipe 10 on the upstream side of the gas flow with respect to the on-off valve 12. The other end of the hydrogen circulation pipe 14 is connected to the hydrogen supply pipe 4.

燃料電池システムは、コンプレッサ20を備える。コンプレッサ20には、空気供給管22の一端が接続されている。空気供給管22の他端は、燃料電池8の空気入口に接続されている。また燃料電池8の空気オフガスの出口には、空気オフガス排出管24の一端が接続されている。   The fuel cell system includes a compressor 20. One end of an air supply pipe 22 is connected to the compressor 20. The other end of the air supply pipe 22 is connected to the air inlet of the fuel cell 8. One end of an air off gas discharge pipe 24 is connected to the air off gas outlet of the fuel cell 8.

燃料電池8の空気オフガス出口付近において、空気オフガス排出管24には、圧力センサ26が配置されている。圧力センサ26は空気オフガス排出管24内の、空気オフガス出口付近の圧力(以下、「出口圧力」と称する)に応じた出力を発するセンサである。圧力センサ26に対して、空気オフガスの流れの下流側において、空気オフガス排出管24には圧力調整バルブ28が配置されている。圧力調整バルブ28は、その開度を変化させることにより流出する空気オフガスの量を調整し、これにより、空気の通過路内の圧力を自動的に所定圧に調整するバルブである。   A pressure sensor 26 is disposed in the air off-gas discharge pipe 24 in the vicinity of the air off-gas outlet of the fuel cell 8. The pressure sensor 26 is a sensor that emits an output corresponding to the pressure in the air off-gas discharge pipe 24 near the air off-gas outlet (hereinafter referred to as “outlet pressure”). A pressure regulating valve 28 is disposed in the air off-gas discharge pipe 24 on the downstream side of the air off-gas flow with respect to the pressure sensor 26. The pressure adjustment valve 28 is a valve that adjusts the amount of air off-gas flowing out by changing the opening thereof, and thereby automatically adjusts the pressure in the air passage to a predetermined pressure.

燃料電池8には、電圧計30が接続されている。電圧計30は、燃料電池8の出力電圧をセルごとに測定することができる。また、燃料電池システムは、制御装置32を備える。制御装置32には、水素タンク2、圧力調整バルブ6、開閉バルブ12、コンプレッサ20、圧力センサ26、圧力調整バルブ28、電圧計30がそれぞれ接続されている。制御装置32は、圧力センサ26、電圧計30からの出力を受けて、出口圧力、燃料電池8の各セルの電圧を算出し、必要に応じてコンプレッサ20及び水素タンク2からの反応ガスの供給量や圧力調整バルブ6、28の開度等を制御する。   A voltmeter 30 is connected to the fuel cell 8. The voltmeter 30 can measure the output voltage of the fuel cell 8 for each cell. Further, the fuel cell system includes a control device 32. The control device 32 is connected to the hydrogen tank 2, the pressure adjustment valve 6, the on-off valve 12, the compressor 20, the pressure sensor 26, the pressure adjustment valve 28, and the voltmeter 30. The control device 32 receives outputs from the pressure sensor 26 and the voltmeter 30, calculates the outlet pressure and the voltage of each cell of the fuel cell 8, and supplies the reaction gas from the compressor 20 and the hydrogen tank 2 as necessary. The amount and the opening degree of the pressure regulating valves 6 and 28 are controlled.

図2は実施の形態1の燃料電池システムにおいて、燃料電池8の酸素ガス流路内に燃焼が発生する場合について説明するための模式図である。
燃料電池8内には、図示を省略するが複数のセルが積層されている。セル内には、カソード、アノード、および両電極に挟まれた固体高分子膜等が配置されている。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a case where combustion occurs in the oxygen gas flow path of the fuel cell 8 in the fuel cell system of the first embodiment.
A plurality of cells are stacked in the fuel cell 8 although not shown. In the cell, a cathode, an anode, and a solid polymer film sandwiched between both electrodes are disposed.

図2に示すように、各セルのカソード側には酸素ガス流路34が設けられている。酸素ガス流路34の両端はそれぞれ、燃料電池の空気入口と空気オフガス出口とにおいて、空気供給管22と空気オフガス排出管24とに接続されている。酸素ガス流路34には、カソードに酸素を供給する酸化剤ガスとして空気が供給される。尚、図2においては、酸素ガス流路34を3本のみ、真直ぐな配管として模式的に表している。しかし、実際には、酸素ガス流路34は全てのセルのカソード側に設けられおり、それぞれ、複雑に蛇行した形状を有する。この燃料電池システムにおいて、空気通過路は、1本の空気供給管22から、各セルの酸素ガス流路34に分岐して、再び集合して1本の空気オフガス排出管24に接続するように構成されている。   As shown in FIG. 2, an oxygen gas flow path 34 is provided on the cathode side of each cell. Both ends of the oxygen gas passage 34 are connected to the air supply pipe 22 and the air off-gas discharge pipe 24 at the air inlet and the air off-gas outlet of the fuel cell, respectively. Air is supplied to the oxygen gas channel 34 as an oxidant gas for supplying oxygen to the cathode. In FIG. 2, only three oxygen gas flow paths 34 are schematically shown as straight pipes. However, actually, the oxygen gas flow path 34 is provided on the cathode side of all the cells, and each has a complicatedly meandering shape. In this fuel cell system, the air passage is branched from one air supply pipe 22 to the oxygen gas flow path 34 of each cell, and gathers again to be connected to one air off-gas discharge pipe 24. It is configured.

一方、アノード側にも同様に、水素ガス流路(図示せず)が設けられ、水素ガス流路の両端はそれぞれ、水素入口と水素オフガス出口において、水素供給管4と水素オフガス排出管10とに接続されている。水素ガス流路には、燃料ガスとして水素が供給される。   On the other hand, similarly, a hydrogen gas flow path (not shown) is also provided on the anode side, and both ends of the hydrogen gas flow path are connected to the hydrogen supply pipe 4 and the hydrogen off gas discharge pipe 10 at the hydrogen inlet and the hydrogen off gas outlet, respectively. It is connected to the. Hydrogen is supplied as a fuel gas to the hydrogen gas flow path.

燃料電池システムの発電の際には、水素ガス流路からアノード側に水素が供給され、酸素ガス流路34からカソード側に空気が供給される。アノードに供給された水素は、アノードの触媒によって電子が分離することにより水素イオンとなる。水素イオンは、固体高分子膜を通り、カソード側に移動する。カソードでは水素イオンと、空気中の酸素とが反応して水が生成される。水素イオンから分離した電子は、別経路でカソードに向かう。これによって、カソードから、アノードに電流が流れ、電力が発生する。   During power generation of the fuel cell system, hydrogen is supplied from the hydrogen gas flow path to the anode side, and air is supplied from the oxygen gas flow path 34 to the cathode side. The hydrogen supplied to the anode becomes hydrogen ions as electrons are separated by the catalyst of the anode. Hydrogen ions move to the cathode side through the solid polymer membrane. At the cathode, hydrogen ions react with oxygen in the air to produce water. The electrons separated from the hydrogen ions travel to the cathode through another path. As a result, current flows from the cathode to the anode, and electric power is generated.

このような発電反応中に、燃料電池8のアノード、カソードにそれぞれ供給される水素ガス、空気が、固体高分子膜を通過してリークする場合がある。例えば、図2に示すように、水素ガス流路から、酸素ガス流路34にリークした場合、リーク水素36が酸素ガス流路34の触媒上で酸素と反応して燃焼を起こす場合がある。   During such a power generation reaction, hydrogen gas and air respectively supplied to the anode and cathode of the fuel cell 8 may leak through the solid polymer film. For example, as shown in FIG. 2, when the hydrogen gas channel leaks to the oxygen gas channel 34, the leaked hydrogen 36 may react with oxygen on the catalyst in the oxygen gas channel 34 to cause combustion.

図3は、酸素ガス流路34において燃焼が起きた場合の出口圧力の変化を表すグラフである。
酸素ガス流路34において燃焼が生じた場合、燃焼による熱により空気が膨張して圧力が上昇する。酸素ガス流路34は閉空間であるから、膨張による圧力変化は確実に圧力センサ26の位置まで伝達される。したがって、出口圧力は、図3に示すように、燃焼が生じた時間T直後から、急激に上昇を開始する。
FIG. 3 is a graph showing a change in outlet pressure when combustion occurs in the oxygen gas flow path 34.
When combustion occurs in the oxygen gas flow path 34, the air expands due to heat generated by the combustion and the pressure rises. Since the oxygen gas flow path 34 is a closed space, the pressure change due to expansion is reliably transmitted to the position of the pressure sensor 26. Therefore, as shown in FIG. 3, the outlet pressure starts to rise sharply immediately after time T 1 when combustion occurs.

出口圧力が上昇すると、圧力調整バルブ28は、圧力を一定に調整するため、その開度を大きく開く。圧力調整バルブ28の開放された後、出口圧力は通常の圧力に戻る。その後、時間Tにおいて燃焼反応が終了すると、圧力調整バルブ28の開度は通常の開度に戻る。 When the outlet pressure rises, the pressure adjustment valve 28 opens its opening greatly in order to adjust the pressure to a constant level. After the pressure regulating valve 28 is opened, the outlet pressure returns to normal pressure. Thereafter, the combustion of the reaction is completed at time T 2, the opening degree of the pressure regulating valve 28 returns to the normal opening.

制御装置32は、検出の必要がある規模の燃焼が生じたと判断する基準となる出口圧力の上昇値を、「判定圧力」として記憶する。この圧力は、燃料電池のスタック全体の体積と検出の必要がある規模の燃焼体積とから求められる。制御装置は、出口圧力が、判定圧力を超えたか否かで、燃焼の有無を判断する。制御装置32は、燃料電池8内で燃焼が起きているものと判断した場合、コンプレッサ20及び水素タンク2からの燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を一端停止する。   The control device 32 stores, as a “determination pressure”, an increase value of the outlet pressure that serves as a reference for determining that combustion of a scale that needs to be detected has occurred. This pressure is determined from the volume of the entire stack of fuel cells and the combustion volume of the scale that needs to be detected. The control device determines the presence or absence of combustion based on whether or not the outlet pressure exceeds the determination pressure. When it is determined that combustion is occurring in the fuel cell 8, the control device 32 stops the supply of fuel gas and oxidant gas from the compressor 20 and the hydrogen tank 2.

図4は、燃料電池システムの制御装置32が行う制御のルーチンについて説明するためのフロー図である。
まずステップS102において、出口圧力を測定する(ステップS102)。制御装置32は、燃料電池8の空気オフガス出口付近に取り付けられた圧力センサ26の出力から出口圧力を算出する。出口圧力を測定することにより、酸素ガス流路34内のどこかで生じた圧力の変化を検出することができる。
FIG. 4 is a flowchart for explaining a control routine performed by the control device 32 of the fuel cell system.
First, in step S102, the outlet pressure is measured (step S102). The control device 32 calculates the outlet pressure from the output of the pressure sensor 26 attached near the air off-gas outlet of the fuel cell 8. By measuring the outlet pressure, a change in pressure generated somewhere in the oxygen gas flow path 34 can be detected.

次に、測定した出口圧力が、判定圧力より大きくなっているか否かの判定を行う(ステップS104)。制御装置32は、予め記憶した判定圧力と出口圧力を比較して、出口圧力の方が高いかどうかを判定する。これにより、燃料電池8内の燃焼による圧力上昇が起きているか否かが判定される。   Next, it is determined whether or not the measured outlet pressure is greater than the determination pressure (step S104). The control device 32 compares the determination pressure stored in advance with the outlet pressure to determine whether the outlet pressure is higher. Thereby, it is determined whether or not a pressure increase due to combustion in the fuel cell 8 occurs.

ステップS104において、出口圧力が判定圧力より大きいと判定された場合には、燃料電池8内で燃焼が起きているものと判断され、燃料電池システムを停止する(ステップS106)。即ち、制御装置32は、燃料電池8への水素ガス及び空気の供給を停止する。ステップS104において出口圧力が判定圧力以下と判定された場合には、燃料電池システムは正常に動作しているものと判断され、一旦このルーチンを終了する。   If it is determined in step S104 that the outlet pressure is greater than the determination pressure, it is determined that combustion is occurring in the fuel cell 8, and the fuel cell system is stopped (step S106). That is, the control device 32 stops the supply of hydrogen gas and air to the fuel cell 8. If it is determined in step S104 that the outlet pressure is equal to or lower than the determination pressure, it is determined that the fuel cell system is operating normally, and this routine is temporarily terminated.

以上のように実施の形態1においては、出口圧力から、燃料電池8内の燃焼状態を検出する。燃料電池8への酸素ガス流路34は閉じられた空間であることから、いずれかのセル内で起きた燃焼により上昇した圧力は、温度とは異なり外部に放出されることなく、出口圧力にまでそのまま伝達される。したがって、出口圧力の測定により、温度センサを用いる場合に比して、感度よく燃焼状態を検出することができる。したがって、異常燃焼をより確実に検出することができ、異常燃焼が燃料電池システムのトラブルに発展するのを確実に回避することができる。   As described above, in the first embodiment, the combustion state in the fuel cell 8 is detected from the outlet pressure. Since the oxygen gas flow path 34 to the fuel cell 8 is a closed space, the pressure increased by the combustion that has occurred in any of the cells is different from the temperature and is not discharged to the outside without being discharged outside. Until it is transmitted. Therefore, it is possible to detect the combustion state with high sensitivity by measuring the outlet pressure as compared with the case of using the temperature sensor. Therefore, abnormal combustion can be detected more reliably, and the abnormal combustion can be reliably avoided from developing into a trouble in the fuel cell system.

実施の形態1においては、燃料電池8の空気オフガス出口付近に圧力センサ26を配置する場合について説明した。このように出口圧力によって燃焼を検出する場合でも、センサの配置位置による検出精度のばらつきを抑えることができる。したがって、例えば、燃料電池の入口付近で燃焼が起きている場合にも感度よく燃焼状態を検出することができる。また、空気通過路は閉空間であるため、圧力センサ26は、他の位置に配置されても、感度よく燃焼による圧力変化を検出することができる。したがって、この発明において、圧力センサ26の配置位置はこの位置に限るものではなく、例えば、燃料電池8の空気入口側に配置するものであってもよく、また、各酸素ガス流路34内に複数の圧力センサ26を設けるものであってもよい。   In the first embodiment, the case where the pressure sensor 26 is arranged near the air off-gas outlet of the fuel cell 8 has been described. Thus, even when combustion is detected by the outlet pressure, it is possible to suppress variation in detection accuracy due to the position of the sensor. Therefore, for example, even when combustion occurs near the inlet of the fuel cell, the combustion state can be detected with high sensitivity. Moreover, since the air passage is a closed space, the pressure sensor 26 can detect a pressure change due to combustion with high sensitivity even if it is disposed at another position. Therefore, in the present invention, the position of the pressure sensor 26 is not limited to this position. For example, the pressure sensor 26 may be disposed on the air inlet side of the fuel cell 8. A plurality of pressure sensors 26 may be provided.

また、実施の形態1においては、圧力調整バルブ28により空気通過路内の圧力を一定に調整する場合を前提とし、出口圧力が判定圧力にまで上昇した場合に、燃焼と判断する場合について説明した。これは、通常の運転状態であって、供給されるガス圧がある程度一定である場合に、異常燃焼を判定することを前提としたものである。しかし、この発明は必ずしもこれに限るものではない。例えば、空気通過路内の圧力が変化する場合には、通常の発電状態の出口圧力に対して上昇した上昇値を算出して、この上昇値に対応して予め記憶させておいた判定値(すなわち変化量の許容範囲)を基準に燃焼を判断するものであってもよい。   Further, in the first embodiment, a case has been described in which it is determined that combustion is performed when the outlet pressure rises to the determination pressure, assuming that the pressure in the air passage is adjusted to be constant by the pressure adjustment valve 28. . This is based on the premise that abnormal combustion is determined in a normal operation state where the supplied gas pressure is constant to some extent. However, the present invention is not necessarily limited to this. For example, when the pressure in the air passage changes, an increased value that is increased with respect to the outlet pressure in the normal power generation state is calculated, and a judgment value (stored in advance corresponding to this increased value ( That is, the combustion may be determined based on a change amount allowable range).

また、実施の形態1においては、空気通過路における燃焼を検出する場合について説明した。しかしながら、この発明は、水素通過路側に圧力センサを配置して圧力変化を検出することにより、水素ガス流路側に生じた燃焼状態について検出するものであってもよい。   Moreover, in Embodiment 1, the case where the combustion in an air passage was detected was demonstrated. However, in the present invention, a combustion state generated on the hydrogen gas flow path side may be detected by arranging a pressure sensor on the hydrogen passage path side and detecting a pressure change.

実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2における燃料電池システムにおける圧力調整バルブ28の開度変化を説明するための図である。
実施の形態2の燃料電池システムは、実施の形態1において説明した燃料電池システムと同様の構成を有する。但し、実施の形態2においては、燃料電池8の燃焼状態の有無の判断において、圧力センサ26の出力に加えて、圧力調整バルブ28の開度も考慮する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining a change in the opening degree of the pressure adjustment valve 28 in the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
The fuel cell system of the second embodiment has the same configuration as the fuel cell system described in the first embodiment. However, in the second embodiment, in addition to the output of the pressure sensor 26, the opening degree of the pressure adjustment valve 28 is also taken into consideration when determining whether or not the fuel cell 8 is in a combustion state.

燃料電池8の酸素ガス流路34内において、燃焼が起きた場合、出口圧力は図3に示すように変化する。出口圧力が上昇すると、これに応じて、酸素ガス流路34内の圧力を所定圧力に戻すため、図5に示すように、圧力調整バルブ28の開度が大きくなる。圧力調整バルブ28は、燃焼発生時間T後に開放され、燃焼終了時間Tが経過後、酸素ガス流路34内の燃焼による空気の膨張が収まった後で、通常の開度に戻る。 When combustion occurs in the oxygen gas flow path 34 of the fuel cell 8, the outlet pressure changes as shown in FIG. When the outlet pressure rises, the pressure in the oxygen gas flow path 34 is returned to a predetermined pressure accordingly, so that the opening degree of the pressure adjustment valve 28 increases as shown in FIG. Pressure regulating valve 28 is opened after the combustion-generated time T 1, after the combustion end time T 2, after the expansion of air due to the combustion of the oxygen gas passage 34 has subsided, the flow returns to the normal opening.

制御装置32は、バルブ開度が、検出の必要がある規模の燃焼が生じたと判断する基準となる開度を「判定開度」として記憶する。実施の形態2においては、図3に示す出口圧力が判定圧力以上となった場合であって、更に、バルブ開度が判定開度以上になった場合にのみ、燃焼の発生と判断してシステムを停止するようにする。これにより、圧力センサ26の誤作動等により高い圧力が検出された場合に、誤って燃焼発生と判断されるのを防ぐことができる。   The control device 32 stores, as a “determination opening”, an opening that serves as a reference for determining that the opening of the valve has caused combustion of a scale that needs to be detected. In the second embodiment, the system determines that combustion has occurred only when the outlet pressure shown in FIG. 3 is equal to or higher than the determination pressure and when the valve opening is equal to or higher than the determination opening. To stop. Thereby, when a high pressure is detected due to malfunction of the pressure sensor 26 or the like, it can be prevented that it is erroneously determined that combustion has occurred.

図6は、実施の形態2において燃料電池システムの制御装置32が実行する制御のルーチンを示すフローである。
実施の形態2における制御のルーチンは、図4に示すルーチンのステップS104とステップS106との間で、ステップS202、S204を実行する点を除き、図4の制御のルーチンと同じものである。
FIG. 6 is a flowchart showing a control routine executed by the control device 32 of the fuel cell system in the second embodiment.
The control routine in the second embodiment is the same as the control routine of FIG. 4 except that steps S202 and S204 are executed between step S104 and step S106 of the routine shown in FIG.

図6に示すように、ステップS104において、出口圧力が、判定圧力以上であると判定された場合、ステップS202において、圧力調整バルブ28の開度を測定する。制御装置32は、圧力調整バルブ28の開度に関する情報から開度を算出する。次に、測定した圧力調整バルブ28の開度が判定開度より大きいか否を判断する(ステップS204)。即ち、制御装置32は、予め記憶された判定開度と圧力調整バルブ28の開度とを比較して、圧力調整バルブ28の開度が判定開度より大きいか否かを判断する。これにより、酸素ガス流路34内の圧力が上昇しているか否かが判断される。   As shown in FIG. 6, when it is determined in step S104 that the outlet pressure is equal to or higher than the determination pressure, the opening degree of the pressure adjustment valve 28 is measured in step S202. The control device 32 calculates the opening degree from information related to the opening degree of the pressure regulating valve 28. Next, it is determined whether or not the measured opening of the pressure adjustment valve 28 is larger than the determination opening (step S204). That is, the control device 32 compares the determination opening stored in advance with the opening of the pressure adjustment valve 28 to determine whether the opening of the pressure adjustment valve 28 is larger than the determination opening. Thereby, it is determined whether or not the pressure in the oxygen gas flow path 34 has increased.

圧力調整バルブ28の開度が、判定開度より大きいと判断された場合には、燃焼が起きているものと判断して燃料電池システムを停止する(ステップS106)。一方、開度が判定開度以下であると判断された場合には、燃焼は起きていないものと判断され、一旦このルーチンを停止する。したがって、出口圧力が判定圧力より大きいと判断された場合であっても、開度が判定開度より大きくない場合には、燃焼は起きていないものと判断される。   If it is determined that the opening of the pressure adjustment valve 28 is larger than the determination opening, it is determined that combustion is occurring and the fuel cell system is stopped (step S106). On the other hand, if it is determined that the opening is equal to or less than the determination opening, it is determined that combustion has not occurred, and this routine is temporarily stopped. Therefore, even when it is determined that the outlet pressure is greater than the determination pressure, if the opening is not greater than the determination opening, it is determined that combustion has not occurred.

以上のように、実施の形態2においては、出口圧力と、圧力調整バルブ28の開度との両方を、燃料電池8の燃焼の検出に用いる。これにより、圧力センサ26や圧力調整バルブ28の誤作動がある場合にも、誤って燃焼と判断されるのを避けることができる。したがって、圧力センサあるいは圧力調整バルブ28の誤作動によって、燃料電池システムが無駄に停止するのを防止することができる。   As described above, in the second embodiment, both the outlet pressure and the opening degree of the pressure adjustment valve 28 are used for detecting the combustion of the fuel cell 8. Thereby, even when there is a malfunction of the pressure sensor 26 or the pressure adjustment valve 28, it is possible to avoid erroneously determining combustion. Therefore, it is possible to prevent the fuel cell system from being stopped unnecessarily due to a malfunction of the pressure sensor or the pressure adjustment valve 28.

なお、実施の形態2においては、出口圧力と圧力調整バルブ28の開度との両方を考慮して燃焼を検出した。しかしながら、この発明は、圧力調整バルブ28の開度と出口圧力とを組み合わせて、燃焼の判断用いるものに限るものではない。例えば、実施の形態1のように、出口圧力を単独で判定材料として用いるものであってもよく、あるいは、図5の圧力調整バルブ28の開度特性を利用して、図6のステップS102、S104を行わずに、圧力調整バルブ28の開度を単独で、燃焼検出に用いるものであってもよい。また、より出口圧力の測定に代えて、電極に温度センサを配置して温度変化と、圧力調整バルブの開度28の変化を、燃焼の判断材料とするものであってもよい。   In the second embodiment, combustion is detected in consideration of both the outlet pressure and the opening degree of the pressure adjustment valve 28. However, the present invention is not limited to the combination of the opening degree of the pressure regulating valve 28 and the outlet pressure, which is used for judging combustion. For example, as in the first embodiment, the outlet pressure may be used alone as a determination material, or, using the opening characteristic of the pressure adjustment valve 28 in FIG. 5, step S102 in FIG. Without performing S104, the opening of the pressure regulating valve 28 may be used alone for combustion detection. Further, instead of measuring the outlet pressure, a temperature sensor may be disposed on the electrode, and a change in temperature and a change in the opening degree 28 of the pressure adjustment valve may be used as a judgment material for combustion.

実施の形態3.
図7は実施の形態3における燃料電池8について説明するための模式図である。
実施の形態3の燃料電池システムは、実施の形態1の燃料電池システムと同様の構成を有する。
図7は、燃料電池8のスタック内の各セル38とセル38内の酸素ガス流路34とを模式的に表している。図7に示すように、燃料電池8には複数のセル38が積層されて構成されている。複数のセル38には、それぞれ酸素ガス流路34が設けられている。酸素ガス流路34は、それぞれ、空気供給管22から分岐した、空気の通過路である。各セル38内において発生する電圧は、電圧計30により個々に測定することができる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the fuel cell 8 in the third embodiment.
The fuel cell system of Embodiment 3 has the same configuration as the fuel cell system of Embodiment 1.
FIG. 7 schematically shows each cell 38 in the stack of the fuel cell 8 and the oxygen gas flow path 34 in the cell 38. As shown in FIG. 7, the fuel cell 8 is configured by stacking a plurality of cells 38. Each of the plurality of cells 38 is provided with an oxygen gas flow path 34. The oxygen gas flow paths 34 are air passages branched from the air supply pipe 22, respectively. The voltage generated in each cell 38 can be individually measured by a voltmeter 30.

燃焼を起こしたセル38aにおいては、発生する電圧が低下する。したがって、電圧が低下したセル38aを燃焼発生セル38aとして特定する。また、燃焼発生セル38aの電圧の低下幅が大きい場合、即ち、燃焼発生セル38aの出力電圧が小さい場合、燃焼発生セル38内にはガスが供給されていないことが予想される。したがって、この場合、上流側エリアAでリークが生じ、このエリアAで燃焼が発生しているものと予測することができる。一方、燃焼発生セル38aの電圧の低下幅が小さい場合、即ち、燃焼したセル38の出力電圧が比較的大きい場合、燃焼はそのセル38aの下流側エリアCで生じており、上流側エリアA、中央部Bには通常どおり反応ガスが供給され、発電反応が起きているものと予想される。   In the cell 38a in which combustion has occurred, the generated voltage decreases. Therefore, the cell 38a whose voltage has dropped is identified as the combustion generation cell 38a. Further, when the voltage decrease width of the combustion generating cell 38a is large, that is, when the output voltage of the combustion generating cell 38a is small, it is expected that no gas is supplied into the combustion generating cell 38. Therefore, in this case, it can be predicted that a leak occurs in the upstream area A and combustion occurs in this area A. On the other hand, when the voltage decrease of the combustion generating cell 38a is small, that is, when the output voltage of the combusted cell 38 is relatively large, combustion occurs in the downstream area C of the cell 38a, and the upstream area A, The reaction gas is supplied to the central part B as usual, and the power generation reaction is expected to occur.

図8は、燃料電池8内の、あるセル38aの酸素ガス流路34の上流側エリアAで燃焼が発生した場合の出口圧力の変化を表すグラフである。図9は、燃料電池8の下流側エリアCで燃焼が発生した場合の出口圧力の変化を表すグラフである。
セル38aの上流側エリアAで燃焼が発生した場合には、リークした水素が酸素と激しく反応して、発熱による周囲ガスの膨張が起きる。しかしながら、ガス流路の燃焼エリアよりも下流側の容積が大きい。したがって、膨張した圧力の影響は緩やかに伝わるため、図8に示すように、出口圧力の変化の立ち上がり、下がり共に緩やかになる。
FIG. 8 is a graph showing a change in outlet pressure when combustion occurs in the upstream area A of the oxygen gas flow path 34 of a certain cell 38 a in the fuel cell 8. FIG. 9 is a graph showing changes in the outlet pressure when combustion occurs in the downstream area C of the fuel cell 8.
When combustion occurs in the upstream area A of the cell 38a, the leaked hydrogen reacts violently with oxygen, and the surrounding gas expands due to heat generation. However, the downstream volume is larger than the combustion area of the gas flow path. Therefore, since the influence of the expanded pressure is transmitted gently, as shown in FIG. 8, both the rise and fall of the change in the outlet pressure become gentle.

一方、セル38aの下流側エリアCで燃焼が発生している場合には、圧力センサ26までの容積が小さい。したがって、燃焼による空気の膨張は、圧力センサ26にすぐに伝わり、その出力に影響を与える。したがって、図9に示すように、出口圧力の変化の立ち上がり、下がりが急激になる。なお、どのエリアで燃焼が起きている場合にも、燃焼反応の量に応じて、出口圧力の上昇のピークは大きくなる。   On the other hand, when combustion occurs in the downstream area C of the cell 38a, the volume to the pressure sensor 26 is small. Therefore, the expansion of air due to combustion is immediately transmitted to the pressure sensor 26 and affects its output. Therefore, as shown in FIG. 9, the rise and fall of the change in the outlet pressure are abrupt. In any area where combustion occurs, the peak of the rise in the outlet pressure increases depending on the amount of combustion reaction.

実施の形態3においては、燃焼エリアの違いによる圧力変化及び電圧変化の違いを利用して、燃焼発生エリアを特定する。具体的に、セル38aの電圧の低下幅が大きい場合には、上流側エリアAで燃焼が起きているものと判断する。一方、セル電圧の低下幅が小さく、かつ、出口圧力の変化が急激である場合には、下流側エリアCで燃焼が起きているものと判断する。その他の場合には、中央付近の燃焼であると判断する。   In the third embodiment, the combustion occurrence area is specified using the difference in pressure change and voltage change due to the difference in combustion area. Specifically, when the voltage decrease in the cell 38a is large, it is determined that combustion is occurring in the upstream area A. On the other hand, if the cell voltage drop is small and the outlet pressure changes rapidly, it is determined that combustion occurs in the downstream area C. In other cases, it is determined that the combustion is near the center.

制御装置32は、燃焼発生セル38aの特定において、セル38が発生する電圧の基準となる値を「第1判定電圧」として記憶する。また、エリアの特定において、燃焼が上流側エリアAで起きていると判断できる程度に、大きな幅で電圧が低下したと判断できる基準となる電圧を「第2判定電圧」として記憶する。第2判定電圧は、第1判定電圧よりも小さな電圧である。また、燃焼が下流側エリアCで起きていると判断できる程度に、急激に圧力が変化したと判断できる基準となる圧力変化の割合を「判定変化率」として記憶する。   The control device 32 stores, as the “first determination voltage”, a reference value of the voltage generated by the cell 38 in specifying the combustion generating cell 38a. Further, in specifying the area, a reference voltage that can be determined to have a voltage drop with a large width to the extent that it can be determined that combustion is occurring in the upstream area A is stored as the “second determination voltage”. The second determination voltage is a voltage smaller than the first determination voltage. Further, the ratio of the pressure change that is a reference for determining that the pressure has suddenly changed to such an extent that it can be determined that the combustion is occurring in the downstream area C is stored as the “determination change rate”.

図10は、この発明の実施の形態3において燃料電池システムの制御装置32が行うルーチンについて説明するためのフロー図である。
図10に示す制御のルーチンは、図3のステップS104において圧力が判定圧力以上であると判断された場合、あるいは、図6のステップS204においてバルブの開度が判定開度以上であると判断された場合に続いて実行される。
FIG. 10 is a flowchart for illustrating a routine performed by the control device 32 of the fuel cell system in the third embodiment of the present invention.
The control routine shown in FIG. 10 determines that the pressure is greater than or equal to the determination pressure in step S104 of FIG. 3, or the valve opening is determined to be greater than or equal to the determination opening in step S204 of FIG. It is executed after that.

具体的に、ステップS104またはステップS204において、燃焼が起きていると判断された場合、まず、燃料電池8の各セル38の出力電圧を測定する(ステップS302)。制御装置32は、電圧計30の出力から、各セル38の電圧を算出することにより、各セル38が発電する電圧を個々に測定する。次に、燃焼発生セル38aを特定する(ステップS304)。制御装置32は、測定された電圧が、第1判定電圧より小さくなっているか否かを、セル38ごとに判定し、出力電圧が第1判定電圧よりも小さくなっているセル38を、燃焼が発生した燃焼発生セル38aとして特定する。   Specifically, when it is determined in step S104 or step S204 that combustion has occurred, first, the output voltage of each cell 38 of the fuel cell 8 is measured (step S302). The control device 32 individually measures the voltage generated by each cell 38 by calculating the voltage of each cell 38 from the output of the voltmeter 30. Next, the combustion generation cell 38a is specified (step S304). The control device 32 determines, for each cell 38, whether or not the measured voltage is lower than the first determination voltage, and combustion occurs in the cell 38 whose output voltage is lower than the first determination voltage. The generated combustion generation cell 38a is specified.

次に、燃焼発生セル38aの電圧が、第2判定電圧より小さいか否かが判断される(ステップS306)。制御装置32は、予め記憶した第1判定電圧より小さい第2判定電圧と、燃焼発生セル38aの電圧とを比較して、燃焼発生セル38aの電圧が第2判定電圧より小さいか否かを判定する。これにより、燃焼発生セル38aの電圧が、上流側エリアAで燃焼を発生したと判断できる程度に大きく低下しているか否かが判定される。ステップS306において、燃焼発生セル38aの電圧が第2判定電圧より小さいと判断された場合、この燃焼は燃焼発生セル38aの上流側エリアAで起きたものと判定し(ステップS308)、このルーチンを終了する。   Next, it is determined whether or not the voltage of the combustion generating cell 38a is smaller than the second determination voltage (step S306). The control device 32 compares the second determination voltage smaller than the first determination voltage stored in advance with the voltage of the combustion generation cell 38a, and determines whether or not the voltage of the combustion generation cell 38a is lower than the second determination voltage. To do. Thereby, it is determined whether or not the voltage of the combustion generating cell 38a has greatly decreased to such an extent that it can be determined that combustion has occurred in the upstream area A. If it is determined in step S306 that the voltage of the combustion generating cell 38a is smaller than the second determination voltage, it is determined that this combustion has occurred in the upstream area A of the combustion generating cell 38a (step S308), and this routine is executed. finish.

一方、燃焼発生セル38aの電圧が第2判定電圧以上であると判断された場合、出口圧力の変化率を算出する(ステップS310)。制御装置32は、ステップS102において測定した出口圧力のデータをもとに、その変化率を算出する。次に、変化率が、判定変化率より大きいか否かを判定する(ステップS312)。制御装置32は、予め記憶した判定変化率と、算出した変化率とを比較して、変化率が判定変化率より大きいか否かを判定する。これにより、出口圧力の変化が、燃焼が下流側エリアCで発生したと判断できる程度に急激であるか否かが判断される。   On the other hand, when it is determined that the voltage of the combustion generating cell 38a is equal to or higher than the second determination voltage, the rate of change of the outlet pressure is calculated (step S310). The control device 32 calculates the rate of change based on the outlet pressure data measured in step S102. Next, it is determined whether or not the change rate is larger than the determination change rate (step S312). The control device 32 compares the determination change rate stored in advance with the calculated change rate, and determines whether or not the change rate is larger than the determination change rate. Thereby, it is determined whether or not the change in the outlet pressure is so rapid that it can be determined that combustion has occurred in the downstream area C.

ステップS312において、変化率が判定変化率より大きいと判断された場合には、燃焼は、セル38aの下流側エリアCで起きたものと判定し(ステップS314)、このルーチンを終了する。一方、変化率が判定変化率以下であると判断された場合、燃焼は燃焼発生セル38aの中央部Bで起きたものと判定し(ステップS316)、このルーチンを終了する。   If it is determined in step S312 that the rate of change is greater than the determined rate of change, it is determined that combustion has occurred in the downstream area C of the cell 38a (step S314), and this routine is terminated. On the other hand, when it is determined that the change rate is equal to or less than the determination change rate, it is determined that combustion has occurred in the central portion B of the combustion generation cell 38a (step S316), and this routine is terminated.

以上説明したように、実施の形態3によれば、燃焼が起きているセルを特定し、更に、燃焼発生セル38aのどの部分において燃焼が発生しているかを判断することができる。これらの情報により、燃焼に対して処置を早急に取ることができる。また、これらの情報は、燃料電池8のメンテナンスや燃焼の原因特定等に役立てることができる。   As described above, according to the third embodiment, it is possible to specify a cell in which combustion occurs and further determine in which part of the combustion generation cell 38a combustion is occurring. With this information, treatment for combustion can be taken immediately. These pieces of information can be used for maintenance of the fuel cell 8, identification of the cause of combustion, and the like.

なお、実施の形態3においては、電圧が第2電圧より小さい場合に上流側エリアAでの燃焼と判断し、変化率が判定変化率より大きい場合に下流側エリアCでの燃焼と判断し、それ以外の場合には、中央部Bでの燃焼と判断する場合について説明した。しかし、この発明において、燃焼個所の特定はこれに限るものではなく、例えば、変化率及び電圧のいずれか一方のみを判断材料として、上流側エリア、下流側エリアのいずれかのエリアでの燃焼と判断するものであってもよい。また、燃焼しているエリアの特定は、3箇所、あるいは2箇所に分けるものではなく、判定の基準値をいくつか記憶させて、3以上のエリアに分けて特定するものであってもよい。   In Embodiment 3, when the voltage is smaller than the second voltage, it is determined that combustion is in the upstream area A, and when the change rate is greater than the determination change rate, it is determined that combustion is in the downstream area C. In other cases, the case where it is determined that the combustion is in the central portion B has been described. However, in the present invention, the identification of the combustion location is not limited to this. For example, only one of the change rate and the voltage is used as a judgment material, and the combustion in either the upstream area or the downstream area is determined. It may be determined. The identification of the burning area is not limited to three or two, but may be performed by storing several determination reference values and dividing into three or more areas.

また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及している場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。   Also, in the above embodiment, when referring to the number of each element, quantity, quantity, range, etc., unless specifically stated or in principle clearly specified by the number, It is not limited to the number mentioned. Further, the structures described in the embodiments, steps in the method, and the like are not necessarily essential to the present invention unless otherwise specified or clearly specified in principle.

なお、実施の形態1〜3において、燃料ガス及び酸化剤ガス、即ち、水素及び酸素は、この発明の「反応ガス」に該当し、水素供給管4及び空気供給管22は「ガス供給管」に該当し、水素ガス流路及び酸素ガス流路34は「分岐管」に該当し、水素オフガス排出管10及び空気オフガス排出管24は「ガス排出管」に該当し、圧力調整バルブ28は「圧力調整バルブに該当し、   In the first to third embodiments, the fuel gas and the oxidant gas, that is, hydrogen and oxygen correspond to the “reaction gas” of the present invention, and the hydrogen supply pipe 4 and the air supply pipe 22 are “gas supply pipe”. The hydrogen gas flow path and the oxygen gas flow path 34 correspond to “branch pipes”, the hydrogen off gas discharge pipe 10 and the air off gas discharge pipe 24 correspond to “gas discharge pipes”, and the pressure adjustment valve 28 Applicable to pressure regulating valve,

また、実施の形態1〜3において、ステップS102を実行することにより、この発明の「圧力測定手段」が実現され、ステップS104を実行することにより「圧力判定手段」が実現され、ステップS106を実行することにより「制御手段」が実現される。また、実施の形態2において、ステップS202、S204を実行することにより、この発明の「開度測定手段」及び「開度判定手段」がそれぞれ実現される。また、実施の形態3においてステップS302を実行することにより、「電圧測定手段」が実現され、ステップS304を実行することにより、「電圧判定手段」及び「単電池特定手段」が実現される。また、ステップS310を実行することにより、この発明の「変化率算出手段」が実現し、ステップS306〜S316を実行することにより「エリア特定手段」が実現される。   In the first to third embodiments, by executing step S102, the “pressure measuring means” of the present invention is realized, and by executing step S104, the “pressure determining means” is realized, and step S106 is executed. By doing so, the “control means” is realized. In the second embodiment, by executing steps S202 and S204, the “opening measuring means” and the “opening determining means” of the present invention are realized. Further, by executing step S302 in the third embodiment, a “voltage measuring unit” is realized, and by executing step S304, a “voltage determining unit” and a “single cell specifying unit” are realized. Further, by executing step S310, the “change rate calculating means” of the present invention is realized, and by executing steps S306 to S316, “area specifying means” is realized.

この発明の実施の形態1における燃料電池システムについて説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における燃料電池システムについて説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の燃料電池システムにおいて、燃焼が起きた場合の出口圧力の変化について説明するためのグラフである。In the fuel cell system of Embodiment 1 of this invention, it is a graph for demonstrating the change of the exit pressure when combustion occurs. この発明の実施の形態1において、燃料電池システムの制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフロー図である。In Embodiment 1 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of control which the control apparatus of a fuel cell system performs. この発明の実施の形態2の燃料電池システムにおいて、燃焼が起きた場合の圧力調整バルブの開度について説明するためのグラフである。In the fuel cell system of Embodiment 2 of this invention, it is a graph for demonstrating the opening degree of the pressure control valve when combustion arises. この発明の実施の形態2において、燃料電池システムの制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフロー図である。In Embodiment 2 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of control which the control apparatus of a fuel cell system performs. この発明の実施の形態3における燃料電池システムについて説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the fuel cell system in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3の燃料電池システムにおいて、燃料電池の入口付近で燃焼が起きた場合の出口圧力の変化を表すグラフである。In the fuel cell system of Embodiment 3 of this invention, it is a graph showing the change of the exit pressure when combustion occurs near the entrance of the fuel cell. この発明の実施の形態3の燃料電池システムにおいて、燃料電池の出口付近で燃焼が起きた場合の出口圧力の変化を表すグラフである。In the fuel cell system of Embodiment 3 of this invention, it is a graph showing the change of outlet pressure when combustion occurs near the outlet of the fuel cell. この発明の実施の形態3において、燃料電池システムの制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフロー図である。In Embodiment 3 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of control which the control apparatus of a fuel cell system performs.

符号の説明Explanation of symbols

2 水素タンク
4 水素供給管
6 圧力調整バルブ
8 燃料電池
10 水素オフガス排出管
12 開閉バルブ
14 水素循環用配管
20 コンプレッサ
22 空気供給管
24 空気オフガス排出管
26 圧力センサ
28 圧力調整バルブ
30 電圧計
32 制御装置
34 酸素ガス流路
36 リーク水素
38 セル
38a 燃焼発生セル
2 Hydrogen tank 4 Hydrogen supply pipe 6 Pressure adjustment valve 8 Fuel cell 10 Hydrogen off gas discharge pipe 12 Open / close valve 14 Hydrogen circulation pipe 20 Compressor 22 Air supply pipe 24 Air off gas discharge pipe 26 Pressure sensor 28 Pressure adjustment valve 30 Voltmeter 32 Control Apparatus 34 Oxygen gas flow path 36 Leak hydrogen 38 cell 38a Combustion generation cell

Claims (7)

燃料電池の各電極に、所定圧に調整された反応ガスを供給して、前記反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池システムにおいて、
前記反応ガスのガス流路内の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記圧力測定手段により測定された測定圧力と、予め記憶された判定圧力とを比較して、前記測定圧力が判定圧力より大きいか否かを判定する圧力判定手段と、
前記測定圧力が前記判定圧力より大きいと判定された場合に、前記燃料電池内において異常反応が発生したと判断する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system for supplying an electromotive force from a chemical reaction of the reaction gas by supplying a reaction gas adjusted to a predetermined pressure to each electrode of the fuel cell,
Pressure measuring means for measuring the pressure in the gas flow path of the reaction gas;
A pressure determination unit that compares the measurement pressure measured by the pressure measurement unit with a determination pressure stored in advance to determine whether the measurement pressure is greater than a determination pressure;
Control means for determining that an abnormal reaction has occurred in the fuel cell when the measured pressure is determined to be greater than the determination pressure;
A fuel cell system comprising:
前記燃料電池は、積層された複数の単電池を備え、
前記ガス流路は、
1本のガス供給管と、
前記ガス供給管に集合して接続し、前記各単電池の電極に、前記反応ガスを供給するように配置された複数の分岐管と、
前記複数の分岐管が集合して接続し、前記分岐管からガスを排出する1本のガス排出管と、を備え、
前記圧力測定手段は、前記ガス供給管または前記ガス排出管に配置されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The fuel cell includes a plurality of stacked unit cells,
The gas flow path is
One gas supply pipe,
A plurality of branch pipes connected to the gas supply pipes and arranged to supply the reaction gas to the electrodes of the unit cells;
A plurality of branch pipes connected together, and one gas discharge pipe for discharging gas from the branch pipes,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the pressure measuring unit is disposed in the gas supply pipe or the gas discharge pipe.
前記ガス流路に配置され、その開度によって、前記ガス流路内の圧力を自動的に所定圧に調整する圧力調整バルブと、
前記圧力調整バルブの開度を測定する開度測定手段と、
前記開度測定手段により測定された測定開度と、予め記憶された判定開度とを比較して、前記測定開度が、前記判定開度より大きいか否かを判定する開度判定手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記測定圧力が前記判定圧力より大きく、かつ、前記測定開度が前記判定開度より大きい場合にのみ、異常反応が起きていると判断することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
A pressure adjusting valve that is arranged in the gas flow path and automatically adjusts the pressure in the gas flow path to a predetermined pressure according to the opening degree;
Opening degree measuring means for measuring the opening degree of the pressure regulating valve;
An opening degree determining means for comparing the measured opening degree measured by the opening degree measuring means with a judgment opening degree stored in advance and determining whether the measured opening degree is larger than the judgment opening degree; ,
With
The control means includes
3. The fuel according to claim 1, wherein it is determined that an abnormal reaction occurs only when the measured pressure is greater than the determination pressure and the measured opening is greater than the determined opening. Battery system.
前記燃料電池は、積層された複数の単電池を備え、
前記燃料電池システムは、
前記各単電池が発生する電圧を個々に測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段により測定された前記各単電池の測定電圧と、予め記憶された判定電圧とをそれぞれ比較して、前記各測定電圧が前記判定電圧より小さいか否かを判定する電圧判定手段と、
前記測定電圧が前記判定電圧より小さいと判定された単電池を、異常反応が発生した異常発生単電池として特定する単電池特定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。
The fuel cell includes a plurality of stacked unit cells,
The fuel cell system includes:
Voltage measuring means for individually measuring the voltage generated by each unit cell;
A voltage determination unit that compares the measured voltage of each unit cell measured by the voltage measurement unit with a determination voltage stored in advance and determines whether or not each measurement voltage is smaller than the determination voltage; ,
A unit cell specifying means for specifying the unit cell determined that the measured voltage is smaller than the determination voltage as an abnormal unit cell in which an abnormal reaction has occurred;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記測定圧力の、変化の割合を算出する変化率算出手段と、
前記変化の割合と、前記異常発生単電池の測定電圧とに応じて、前記異常発生単電池内における異常発生エリアを特定する異常発生エリア特定手段と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
Change rate calculating means for calculating the rate of change of the measured pressure;
An abnormality occurrence area specifying means for specifying an abnormality occurrence area in the abnormality occurrence unit cell according to the rate of change and the measured voltage of the abnormality occurrence unit cell;
The fuel cell system according to claim 4, comprising:
前記ガス流路は、カソードガス流路であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the gas flow path is a cathode gas flow path. 前記制御手段は、異常反応発生と判断した場合に、前記燃料電池システムの発電を停止することを特徴とする請求項1から7に記載の燃料電池システム。   8. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit stops power generation of the fuel cell system when it is determined that an abnormal reaction has occurred.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014232635A (en) * 2013-05-29 2014-12-11 日産自動車株式会社 Cell voltage measuring apparatus

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