JP2007073455A - Abnormality detection method of fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a system abnormality such as abnormal combustion of a catalytic burner while preventing ignition delay and occurrence of misfire due to condensation water in the passage of the catalytic burner. <P>SOLUTION: An anode off-gas exhausted from a fuel cell 1 through an anode off-gas piping 17 is supplied to an inner cylinder 37 arranged in a housing 27 of a catalytic burner 25 and a cathode off-gas exhausted through a cathode off-gas piping 11 is supplied to the housing 27 of the catalytic burner 25. A catalyst 31 is installed in the inner cylinder 37 and a catalyst 29 is installed in the housing 27 at the downstream, respectively, and the anode off-gas is burnt by each catalyst 31, 29. A first and a second temperature sensors A, B are installed, respectively, at the downstream of the catalyst 31, 29, and abnormality of the system is detected by the detected temperature of each temperature sensor A, B. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスをそれぞれ導入して燃焼処理する触媒燃焼器を備えた燃料電池システムの異常検知方法に関する。   The present invention relates to an abnormality detection method for a fuel cell system including a catalytic combustor that introduces an anode off-gas and a cathode off-gas discharged from an anode electrode of a fuel cell and performs combustion processing.

触媒燃焼を用いたシステムとしては、例えば下記特許文献1に記載されたものが知られている。これは、触媒燃焼器における燃料濃度が上昇すると気相燃焼が発生する恐れがあることから、燃焼器の上流側に温度センサを設けることで、異常燃焼を検知している。
特開平11−118115号公報
As a system using catalytic combustion, for example, a system described in Patent Document 1 below is known. This is because gas phase combustion may occur when the fuel concentration in the catalytic combustor rises, and abnormal combustion is detected by providing a temperature sensor upstream of the combustor.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-118115

しかしながら、上記した従来の触媒燃焼器における異常検知方法にあっては、触媒燃焼器内の流路が一つであり、この一つの流路に凝縮水などが流入し、その影響で着火遅れや失火が発生するので、異常燃焼検知が精度よく行えないという問題がある。   However, in the above-described abnormality detection method in the conventional catalytic combustor, there is one flow path in the catalytic combustor. Condensed water or the like flows into this single flow path. Since misfire occurs, there is a problem that abnormal combustion detection cannot be performed with high accuracy.

そこで、本発明は、触媒燃焼器内の流路における凝縮水などの影響による着火遅れや失火の発生を防止した上で、触媒燃焼器の異常燃焼などシステム異常を精度よく検知することを目的としている。   Therefore, the present invention aims to accurately detect system abnormalities such as abnormal combustion of the catalytic combustor after preventing the occurrence of ignition delay and misfire due to the influence of condensed water in the flow path in the catalytic combustor. Yes.

本発明は、燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスを導入して燃焼処理する触媒燃焼器を備えた燃料電池システムの異常検知方法において、前記触媒燃焼器のハウジング内を、それぞれ触媒を有する複数の流路に分割し、この複数の流路のうち、前記アノードオフガスを導入する流路および前記アノードオフガスを導入しない流路の少なくともいずれか一方の前記触媒下流側の温度を検出し、この検出した温度に基づいて異常を検知することを最も主要な特徴とする。   The present invention relates to an abnormality detection method for a fuel cell system including a catalytic combustor that introduces an anode off-gas discharged from an anode electrode of a fuel cell and performs a combustion process, and each of the housings of the catalytic combustor includes a catalyst. The temperature is divided into a plurality of flow paths, and the temperature downstream of at least one of the flow path for introducing the anode off gas and the flow path for not introducing the anode off gas among the plurality of flow paths is detected. The most important feature is to detect an abnormality based on the detected temperature.

本発明によれば、触媒燃焼器のハウジング内を、それぞれ触媒を有する複数の流路に分割したので、触媒燃焼器内の流路における凝縮水などの影響による着火遅れや失火の発生を防止できるとともに、触媒燃焼器内の複数の流路のうち、アノードオフガスを導入する流路およびアノードオフガスを導入しない流路の少なくともいずれか一方の触媒下流側の温度を検出し、この検出した温度に基づいて異常を検知するようにしたため、触媒燃焼器の異常燃焼などのシステム異常を精度よく検知することができる。   According to the present invention, since the inside of the catalyst combustor housing is divided into a plurality of flow paths each having a catalyst, it is possible to prevent the occurrence of ignition delay and misfire due to the influence of condensed water or the like in the flow path in the catalyst combustor. In addition, the temperature downstream of at least one of the flow path for introducing the anode off gas and the flow path for not introducing the anode off gas among the plurality of flow paths in the catalyst combustor is detected, and based on the detected temperature Therefore, the system abnormality such as the abnormal combustion of the catalytic combustor can be accurately detected.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[燃料電池システム全体の構成]
まず、燃料電池システム全体の構成について、図1に示す燃料電池システムの概略構成図に基づき説明する。
[Configuration of the entire fuel cell system]
First, the overall configuration of the fuel cell system will be described based on the schematic configuration diagram of the fuel cell system shown in FIG.

燃料電池1は、カソード極3とアノード極5をそれぞれ備えてスタックケース7内に収容している。カソード極3には、空気供給配管9およびカソードオフガス配管11をそれぞれ接続し、これら各配管9,11の途中には加湿器13を設置する。また、加湿器13の上流側の空気供給配管9とスタックケース7内とは、換気空気供給配管14で接続する。   The fuel cell 1 is provided with a cathode electrode 3 and an anode electrode 5 and accommodated in a stack case 7. An air supply pipe 9 and a cathode offgas pipe 11 are connected to the cathode electrode 3, and a humidifier 13 is installed in the middle of the pipes 9 and 11. The air supply pipe 9 on the upstream side of the humidifier 13 and the inside of the stack case 7 are connected by a ventilation air supply pipe 14.

一方、アノード極5には、水素供給配管15およびアノードオフガス配管17をそれぞれ接続する。また、アノードオフガス配管17と水素供給配管15とを水素循環配管19で接続し、水素循環配管19とアノードオフガス配管17との接続部には水素循環ポンプ21を設置する。水素循環ポンプ21より下流のアノードオフガス配管17にはアノードパージ弁23を設置する。なお、アノードオフガスを循環させる水素循環ポンプ21に代えて、エゼクタなどその他公知のものを用いることが可能である。   On the other hand, a hydrogen supply pipe 15 and an anode offgas pipe 17 are connected to the anode electrode 5, respectively. Further, the anode offgas pipe 17 and the hydrogen supply pipe 15 are connected by a hydrogen circulation pipe 19, and a hydrogen circulation pump 21 is installed at a connection portion between the hydrogen circulation pipe 19 and the anode offgas pipe 17. An anode purge valve 23 is installed in the anode off-gas pipe 17 downstream from the hydrogen circulation pump 21. Instead of the hydrogen circulation pump 21 for circulating the anode off gas, other known ones such as an ejector can be used.

そして、前記したカソードオフガス配管11およびアノードオフガス配管17を触媒燃焼器25に接続する。また、触媒燃焼器25には、スタックケース7内に一端を接続した換気空気排出配管26の他端を接続する。   Then, the cathode offgas pipe 11 and the anode offgas pipe 17 described above are connected to the catalytic combustor 25. The catalyst combustor 25 is connected to the other end of a ventilation air discharge pipe 26 having one end connected to the inside of the stack case 7.

触媒燃焼器25はハウジング27を有し、このハウジング27の一方の端部付近もしくは中央付近に、前記したカソードオフガス配管11,アノードオフガス配管17および換気空気排出配管26をそれぞれ接続し、この各接続部より下流側のハウジング27内に、後述する図2に示すように、アノードオフガスを燃焼させるための二つの触媒29,31を設置する。   The catalytic combustor 25 has a housing 27, and the cathode offgas pipe 11, the anode offgas pipe 17, and the ventilation air discharge pipe 26 are connected to one end or the center of the housing 27, respectively. As shown in FIG. 2, which will be described later, two catalysts 29 and 31 for burning the anode off-gas are installed in the housing 27 on the downstream side of the unit.

触媒29,31は、メタルハニカムやセラミックハニカムなどの担体に白金などの貴金属を担持した、従来公知のものを使用する。そして、下流側の触媒29よりさらに下流側のハウジング27の端部には、触媒29で発生した燃焼ガスを外部に排出する排気管33を接続する。   As the catalysts 29 and 31, a conventionally known catalyst in which a noble metal such as platinum is supported on a carrier such as a metal honeycomb or a ceramic honeycomb is used. Further, an exhaust pipe 33 for discharging combustion gas generated in the catalyst 29 to the outside is connected to an end portion of the housing 27 further downstream than the downstream catalyst 29.

なお、ハウジング27内における触媒29の直上流のガス流路35は、後述する図2におけるような内筒37により内部流路39と外部流路41との二つの流路に分割している。   The gas flow path 35 immediately upstream of the catalyst 29 in the housing 27 is divided into two flow paths, an internal flow path 39 and an external flow path 41, by an inner cylinder 37 as shown in FIG.

上記した構成において、例えば図示しない従来公知の空気供給機器であるコンプレッサによって、空気供給配管9を通して外部空気を供給し、その供給する外部空気は、加湿器13において、カソードオフガス配管11を流れるカソードオフガス中の水分の一部を用いて加湿される。   In the above configuration, external air is supplied through the air supply pipe 9 by, for example, a compressor which is a conventionally known air supply device (not shown), and the supplied external air is the cathode offgas flowing through the cathode offgas pipe 11 in the humidifier 13. It is humidified using a part of the water in it.

燃料電池1のカソード極3に供給した加湿後の空気は、発電に用いた後にカソードオフガスとしてカソード極3より排出される。排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス配管11を通り、途中で加湿器13によって水分の一部が前記した外部空気に奪われた後に、触媒燃焼器25へと供給される。   The humidified air supplied to the cathode electrode 3 of the fuel cell 1 is discharged from the cathode electrode 3 as cathode offgas after being used for power generation. The discharged cathode off gas passes through the cathode off gas pipe 11 and is supplied to the catalytic combustor 25 after a part of the water is taken away by the humidifier 13 on the way.

一方、燃料を水素とした場合、水素は、図示を省略する水素供給源より水素供給配管15を通り、燃料電池1のアノード極5に供給される。この他、炭化水素を燃料とした場合には、改質器により生成した水素リッチな改質ガスを供給するシステムより、同様にこの改質ガスが水素供給配管15を通り燃料電池1のアノード極5に供給される。   On the other hand, when the fuel is hydrogen, the hydrogen is supplied to the anode electrode 5 of the fuel cell 1 through a hydrogen supply pipe 15 from a hydrogen supply source (not shown). In addition, when hydrocarbon is used as the fuel, the reformed gas passes through the hydrogen supply pipe 15 in the same manner from the system that supplies the hydrogen-rich reformed gas generated by the reformer. 5 is supplied.

燃料電池1において発電に使用されなかった燃料ガスは、アノードオフガス配管17から水素循環ポンプ21を経て水素循環配管19を通り、水素供給配管15へと循環し、アノードインガスとしてアノード極5へ再度供給される。または、この燃料電池1で発電に使用されなかった燃料ガスは、アノードオフガスとしてアノードパージ弁23より排出され、それより下流のアノードオフガス配管17を通り触媒燃焼器25に供給される。   The fuel gas that has not been used for power generation in the fuel cell 1 is circulated from the anode off-gas pipe 17 through the hydrogen circulation pump 21 to the hydrogen circulation pipe 19 to the hydrogen supply pipe 15 and again to the anode electrode 5 as anode ingas. Supplied. Alternatively, the fuel gas that has not been used for power generation in the fuel cell 1 is discharged from the anode purge valve 23 as the anode off-gas, and is supplied to the catalytic combustor 25 through the anode off-gas pipe 17 downstream thereof.

そして、この触媒燃焼器25に供給されたアノードオフガスと、同様にして触媒燃焼器25に供給された前述のカソードオフガスとが、ハウジング27内で混合して触媒31,29に達し、アノードオフガス燃焼用の酸化剤として酸素が消費された燃焼後に、燃焼ガスとして排気管33を経てシステム外に排出される。   The anode off gas supplied to the catalytic combustor 25 and the cathode off gas supplied to the catalytic combustor 25 in the same manner are mixed in the housing 27 to reach the catalysts 31 and 29, and the anode off gas combustion is performed. After the combustion in which oxygen is consumed as the oxidizer for combustion, the combustion gas is discharged out of the system through the exhaust pipe 33.

また、加湿器13の上流の空気供給配管9に供給された空気の一部が、換気空気供給配管14を経て燃料電池1の外部のスタックケース7内に換気用空気として供給される。この換気用空気は、燃料電池1からの透過水素を希釈した後、換気空気排出配管26を経て触媒燃焼器27に供給され、微量に含む水素を前記と同様にして触媒29,31にて燃焼処理する。   A part of the air supplied to the air supply pipe 9 upstream of the humidifier 13 is supplied as ventilation air into the stack case 7 outside the fuel cell 1 through the ventilation air supply pipe 14. This ventilation air is diluted with permeated hydrogen from the fuel cell 1 and then supplied to the catalytic combustor 27 through the ventilation air discharge pipe 26, and a small amount of hydrogen is combusted in the catalysts 29 and 31 in the same manner as described above. Process.

ところで燃料電池1は、アノード極5の水素とカソード極3の酸素を用いて電気化学的反応を用いて発電を行なう。この発電運転により水素と酸素が反応し、水/水蒸気がカソード極3内にて生成される。しかし、カソード極3にて生成される水分および、カソード極3に供給される空気に含まれる窒素成分は、極間分圧差により、アノード極5側へと時間の経過とともに拡散する。アノード極5に水分や窒素ガスが溜まると、アノード極5内の水素分圧低下やアノード極5側の膜が水分で覆われるなどして発電効率が低下する。   By the way, the fuel cell 1 generates power using an electrochemical reaction using hydrogen at the anode electrode 5 and oxygen at the cathode electrode 3. By this power generation operation, hydrogen and oxygen react, and water / water vapor is generated in the cathode electrode 3. However, the moisture generated at the cathode electrode 3 and the nitrogen component contained in the air supplied to the cathode electrode 3 diffuse to the anode electrode 5 side over time due to the partial pressure difference between the electrodes. If moisture or nitrogen gas accumulates in the anode electrode 5, the power generation efficiency decreases due to a decrease in the hydrogen partial pressure in the anode electrode 5 or the film on the anode electrode 5 side being covered with moisture.

このようにして発電効率が低下するのを防止する方法として、水素分圧が低下してきたらアノードパージ弁23を開き、そこから不純物ガスなどを排出する。このときに不純物ガスと一緒に未使用の水素も排出されるので、それを触媒燃焼器25にて燃焼処理の上排出する。   As a method for preventing the power generation efficiency from decreasing in this way, when the hydrogen partial pressure decreases, the anode purge valve 23 is opened, and impurity gas and the like are discharged therefrom. At this time, since unused hydrogen is also discharged together with the impurity gas, it is discharged after combustion treatment in the catalytic combustor 25.

アノードパージ弁23の開閉は、燃料電池システムの運転状態に応じて制御する。制御の方法としては、断続的に開いたり閉じたりする断続パージや、常にアノードパージ弁23を開いているがその開度を制御し、単位時間あたりのパージ排出量を制御する連続パージがある。本実施形態における触媒燃焼器25によれば、後述するように効果的な燃焼が可能であり、どちらのパージ方法にも対応可能であるが、一部の制御においては断続的にパージする場合に限定される。   The opening and closing of the anode purge valve 23 is controlled according to the operating state of the fuel cell system. As a control method, there are an intermittent purge that opens and closes intermittently, and a continuous purge that always opens the anode purge valve 23 but controls its opening and controls the purge discharge amount per unit time. According to the catalytic combustor 25 in the present embodiment, effective combustion is possible as will be described later, and it is possible to cope with either purge method. However, in some controls, when intermittently purging is performed. Limited.

次に、触媒燃焼器の構成について詳細に説明する。   Next, the configuration of the catalytic combustor will be described in detail.

[触媒燃焼器の第1の構成]
図2は、触媒燃焼器25の第1の構成を示す概略的な側面断面図である。
[First configuration of catalytic combustor]
FIG. 2 is a schematic side sectional view showing a first configuration of the catalytic combustor 25.

第1の構成の触媒燃焼器25は、そのハウジング27が円筒形状を呈し、ハウジング27内の上部に内筒37を収容することで、触媒29の直上流のガス流路35を、前述したように内部流路39と外部流路41との二つの流路に分割している。   The catalyst combustor 25 having the first configuration has a cylindrical housing 27 and houses the inner cylinder 37 in the upper part of the housing 27, so that the gas flow path 35 immediately upstream of the catalyst 29 is formed as described above. It is divided into two channels, an internal channel 39 and an external channel 41.

なお、上記した二つの流路は、互いに鉛直方向上下に位置するもので、ハウジング27内の上下方向ほぼ中央位置に隔壁板を設けることで、内部流路39に代わる上部流路と、外部流路41に代わる下部流路とに分割してもよい。   The two flow paths described above are positioned vertically above and below, and by providing a partition plate at a substantially central position in the vertical direction within the housing 27, an upper flow path replacing the internal flow path 39 and an external flow path are provided. You may divide | segment into the lower flow path replaced with the path | route 41. FIG.

内筒37は、図2中で右側の一方の端部が触媒29にほぼ接触し、同左側の他方の端部はハウジング27の同左側端部付近に位置している。また、触媒29の排気管33側にも、内筒37と同様の排気側内筒43を設置している。   In the inner cylinder 37, one end portion on the right side in FIG. 2 is substantially in contact with the catalyst 29, and the other end portion on the left side is located near the left end portion of the housing 27. An exhaust side inner cylinder 43 similar to the inner cylinder 37 is also provided on the exhaust pipe 33 side of the catalyst 29.

触媒燃焼器25の上流側には、前記図1に示したように、カソードオフガス配管11およびアノードオフガス配管17をそれぞれ接続するが、ここでは、カソードオフガス配管11をハウジング27の端面に接続し、ハウジング27内にカソードオフガス導入口41を開口させている。   As shown in FIG. 1, the cathode offgas pipe 11 and the anode offgas pipe 17 are connected to the upstream side of the catalyst combustor 25. Here, the cathode offgas pipe 11 is connected to the end face of the housing 27. A cathode offgas inlet 41 is opened in the housing 27.

一方、アノードオフガス配管17はハウジング27の側面に接続した上で内筒37を貫通させ、そのアノードオフガス導入口47を内筒37内に開口させる。このアノードオフガス導入口47は、アノードオフガスを内部に噴出させる燃料噴出パイプ形状とし、例えば先端に穴の空いている直径1/4インチ程度のステンレスパイプとし、そのパイプ端面にアノードオフガスを噴出する燃料噴出孔を設ける。この燃料噴出孔は、パイプ端面の中心に一つあるいは、複数設ける。   On the other hand, the anode off-gas pipe 17 is connected to the side surface of the housing 27 and passes through the inner cylinder 37, and the anode off-gas inlet 47 is opened in the inner cylinder 37. The anode off-gas introduction port 47 has a fuel injection pipe shape for injecting the anode off-gas into the inside. For example, the anode off-gas introduction port 47 is a stainless pipe having a diameter of about ¼ inch with a hole at the tip, and a fuel for injecting the anode off-gas to the pipe end surface. A jet hole is provided. One or more fuel ejection holes are provided at the center of the pipe end face.

上記したアノードオフガス導入口47より下流側の内部流路39に、酸化剤である酸素を含むカソードオフガスと噴出するアノードオフガスとを混合させるガス混合部49を設け、ガス混合部49で混合した混合ガスがその下流の触媒31にて燃焼する。ガス混合部49は、単に空間を形成するだけでもよいが、スワラや複数枚の多孔板など従来公知のガス混合技術を用いてもよい。   A gas mixing unit 49 for mixing the cathode off gas containing oxygen as an oxidant and the ejected anode off gas is provided in the internal flow path 39 downstream from the anode off gas introduction port 47 described above, and mixing is performed in the gas mixing unit 49. The gas burns in the downstream catalyst 31. The gas mixing unit 49 may simply form a space, but may use a conventionally known gas mixing technique such as a swirler or a plurality of perforated plates.

下流側の触媒29は、上流側の触媒31の燃焼熱が全体に伝わることで触媒29全体が活性化されて着火し燃焼する。触媒29と触媒31との間の内部流路39には第1温度センサAを設置し、触媒31下流の流路には第2温度センサBを設置する。上記した第1,第2各温度センサA,Bは、燃焼後のガス温度を検出する温度検出手段を構成している。   The downstream catalyst 29 is ignited and combusted by activating the entire catalyst 29 when the heat of combustion of the upstream catalyst 31 is transmitted to the entire catalyst. A first temperature sensor A is installed in the internal flow path 39 between the catalyst 29 and the catalyst 31, and a second temperature sensor B is installed in the flow path downstream of the catalyst 31. The first and second temperature sensors A and B described above constitute temperature detecting means for detecting the gas temperature after combustion.

なお、換気空気排出配管26については、図2では省略している。   Note that the ventilation air discharge pipe 26 is omitted in FIG.

上記図2の触媒燃焼器25において、カソードオフガス配管11からハウジング27内に導入されたカソードオフガスは、一部が内筒37内の内部流路39に流れ、残りが内筒37の外側でハウジング27内の外部流路41内に流れる。   In the catalytic combustor 25 shown in FIG. 2, a part of the cathode offgas introduced into the housing 27 from the cathode offgas pipe 11 flows into the internal flow path 39 in the inner cylinder 37, and the rest flows outside the inner cylinder 37 in the housing. 27 flows into the external flow path 41 in the flow path.

この際、カソードオフガスには水分が含まれているが、その水分は、重力によって下方を流れ、外部流路41に主として流入し、内部流路37には水分の少ない乾いたカソードオフガスが流入する。この乾いたカソードオフガスが、内部流路37内にアノードオフガス導入口47から導入されるアノードオフガスとガス混合部49で混合し、その下流の触媒31に達して燃焼する。   At this time, although the cathode off gas contains moisture, the moisture flows downward due to gravity and mainly flows into the external channel 41, and a dry cathode off gas with little moisture flows into the internal channel 37. . The dried cathode off gas is mixed with the anode off gas introduced from the anode off gas introduction port 47 into the internal flow path 37 by the gas mixing unit 49, reaches the catalyst 31 downstream thereof, and burns.

触媒31での燃焼は、乾いたカソードオフガスを酸化剤としているので、触媒31には水分が付着しにくく、効率よく着火し燃焼する。このため、凝縮水などの影響による着火遅れや失火の発生を防止することができる。   The combustion in the catalyst 31 uses dry cathode off gas as an oxidant, so that moisture hardly adheres to the catalyst 31 and ignites and burns efficiently. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of ignition delay or misfire due to the influence of condensed water or the like.

この燃焼により触媒31の下流のガス温度が上昇するとともに、内部流路39に対応する触媒29の部位29aが暖められ、その熱が触媒29の全体へと伝わる。これにより、触媒29全体が充分活性化され、水分が多く流入する外部流路41に対応する部位29bにおいても、温度上昇して確実に着火し、燃焼効率が向上する。触媒29にて燃焼後の燃焼ガスは、排気管33から燃焼器外部に排出される。   This combustion raises the gas temperature downstream of the catalyst 31, warms the portion 29 a of the catalyst 29 corresponding to the internal flow path 39, and transfers the heat to the entire catalyst 29. As a result, the entire catalyst 29 is sufficiently activated, and even at the portion 29b corresponding to the external flow path 41 through which a large amount of moisture flows, the temperature rises to ensure ignition and improve the combustion efficiency. The combustion gas burned by the catalyst 29 is discharged from the exhaust pipe 33 to the outside of the combustor.

このように、触媒29では、内部流路39に対応する部位29aを基点として、アノードオフガスを効率よく燃焼させるので、燃料電池1のアノード極3の内部をパージするときに、多量の凝縮水がカソードオフガスにより供給された場合であっても、またアノード極5からカソード極3へ水素が透過する、いわゆるクロスオーバ水素が発生した場合であっても、未燃水素の燃焼器外部への排出を抑えることができる。   Thus, in the catalyst 29, the anode off-gas is efficiently burned starting from the portion 29a corresponding to the internal flow path 39, so that when the inside of the anode electrode 3 of the fuel cell 1 is purged, a large amount of condensed water is generated. Even when it is supplied by cathode off-gas or when so-called crossover hydrogen is generated where hydrogen passes from the anode 5 to the cathode 3, unburned hydrogen is discharged outside the combustor. Can be suppressed.

また、上記した第1の構成による触媒燃焼器25では、アノードオフガスを内筒37内の内部流路39に供給し、この内部流路39に、カソードオフガスの一部を導入しているので、混合ガスの燃料濃度をある程度濃く保つことが可能となり、燃焼特性を改善することができる。   Further, in the catalytic combustor 25 according to the first configuration described above, the anode off gas is supplied to the internal flow path 39 in the inner cylinder 37, and a part of the cathode off gas is introduced into the internal flow path 39. The fuel concentration of the mixed gas can be kept high to some extent, and the combustion characteristics can be improved.

そして、ここでは第1温度センサAが触媒31下流の燃焼ガス温度を、第2温度センサBが触媒29下流の燃焼ガス温度を、それぞれ検出することで、触媒31,29の燃焼異常判定など、後述する各種の異常判定制御に利用することができる。   Here, the first temperature sensor A detects the combustion gas temperature downstream of the catalyst 31, and the second temperature sensor B detects the combustion gas temperature downstream of the catalyst 29, thereby determining combustion abnormality of the catalysts 31 and 29, etc. It can be used for various abnormality determination controls described later.

また、本燃料電池システムを車両などの移動体に搭載する場合には、ハウジング27内に収容する内筒37を、鉛直方向のみを考慮して配置するだけでなく、車両進行方向の前後も加味した配置にすることが望ましい。   Further, when the present fuel cell system is mounted on a moving body such as a vehicle, the inner cylinder 37 accommodated in the housing 27 is arranged not only in consideration of only the vertical direction but also in the front and rear in the vehicle traveling direction. It is desirable to make the arrangement.

カソードオフガス中の凝縮水は、ガス流の影響よりも重力や車両の加減速Gの影響を受ける。通常車両などでは加速するときにより多くの出力が必要となるため、加速時の方が生成される凝縮水の量も多い。逆に減速時は、出力が少なくて済むので生成される凝縮水量が少なく、したがって減速時よりも加速時の方が凝縮水による触媒への影響は大きい。   Condensed water in the cathode off-gas is more affected by gravity and acceleration / deceleration G of the vehicle than by gas flow. Usually, a vehicle or the like needs more output when accelerating, so that the amount of condensed water generated during acceleration is larger. Conversely, when the vehicle is decelerated, the amount of condensed water generated is small because the output is small. Therefore, the effect of the condensed water on the catalyst is greater during acceleration than during deceleration.

したがって、凝縮水は、ハウジング27内の下側のみでなく加速Gの影響も受けて車両後方側に溜まる。よって、ハウジング27内のガス流路35を分割する際には、加速時の凝縮水の動きも加味した分割を行なう。   Therefore, the condensed water accumulates not only on the lower side in the housing 27 but also on the vehicle rear side under the influence of the acceleration G. Therefore, when the gas flow path 35 in the housing 27 is divided, the division is performed in consideration of the movement of the condensed water during acceleration.

このため、ハウジング27を、その内部のガス流路35が車両進行方向と交差する方向、例えば車幅方向に延びるよう車両に設置した上で、鉛直方向上部に位置する内部流路39を、ハウジング27内にて車両前方側に寄せて配置し、内部流路39に水分が流入しにくいようにする。   For this reason, the housing 27 is installed in the vehicle so that the gas flow path 35 in the interior thereof extends in a direction intersecting the vehicle traveling direction, for example, the vehicle width direction, and the internal flow path 39 positioned at the upper part in the vertical direction is disposed in the housing. 27 is arranged close to the vehicle front side so that moisture does not easily flow into the internal flow path 39.

これにより、燃料電池システムを車両などの移動体に搭載した場合の、触媒燃焼器25の燃焼特性をより高めることができる。   Thereby, the combustion characteristic of the catalytic combustor 25 when the fuel cell system is mounted on a moving body such as a vehicle can be further improved.

なお、触媒燃焼器25のハウジング27および内筒37は、内部環境(燃焼温度、圧力、混合ガスなど)に耐えられる材質、例えばステンレス合金などから形成し、燃焼システムとして要求されるガス流量・発熱量などの要求を満足できる設計であれば、その他の材質としてもよい。また、触媒燃焼器25のハウジング27は、必ずしも円筒状である必要はない。   The housing 27 and the inner cylinder 37 of the catalytic combustor 25 are made of a material that can withstand the internal environment (combustion temperature, pressure, mixed gas, etc.), for example, a stainless alloy, and the gas flow rate and heat generation required for the combustion system. Other materials may be used as long as the design satisfies the requirements such as quantity. Further, the housing 27 of the catalytic combustor 25 is not necessarily cylindrical.

[触媒燃焼器の第2の構成]
図3は、触媒燃焼器25の第2の構成を示す側面断面図である。なお、第2の構成の触媒燃焼器25では、前記図2に示した第1の構成と同一の構成部分についてはその説明は省略するものとし、さらに第1の構成と同一の構成部分については同一の符号を付するものとする。
[Second configuration of catalytic combustor]
FIG. 3 is a side sectional view showing a second configuration of the catalytic combustor 25. In the second configuration of the catalytic combustor 25, the description of the same components as those of the first configuration shown in FIG. 2 is omitted, and the same components as those of the first configuration are omitted. The same reference numerals shall be attached.

第2の構成は、前記図2に示した第1の構成の触媒燃焼器25における内筒37を、ハウジング27の中心位置に配置した上で、この内筒37に前記図1に示した換気空気排出配管26を接続し、かつ内筒37の上流側の端部を端板55で閉塞している。その他の構成については、第1の構成とほぼ同様である。   In the second configuration, the inner cylinder 37 in the catalytic combustor 25 of the first configuration shown in FIG. 2 is arranged at the center position of the housing 27, and the ventilation shown in FIG. The air discharge pipe 26 is connected, and the end on the upstream side of the inner cylinder 37 is closed with an end plate 55. Other configurations are substantially the same as the first configuration.

換気空気排出配管26は、アノードオフガス配管17より上流側でハウジング27を貫通させて内部流路39内に突出させ、先端に下流側に向かう換気空気導入口57を設けている。   The ventilation air discharge pipe 26 penetrates the housing 27 on the upstream side of the anode off-gas pipe 17 and protrudes into the internal flow path 39, and is provided with a ventilation air introduction port 57 directed toward the downstream side at the tip.

すなわち、燃料電池1の周辺に微量透過する水素を、図1に示す換気空気供給配管14より供給される空気の一部を用いてスタックケース7内にて希釈し、この希釈したガスを、換気空気排出配管26を通して触媒燃焼器25の内部流路39に供給する。換気空気導入口57は、アノードオフガス導入口47と同様な設計思想を用いて設計可能である。   That is, hydrogen that permeates in the vicinity of the fuel cell 1 is diluted in the stack case 7 using a part of the air supplied from the ventilation air supply pipe 14 shown in FIG. 1, and this diluted gas is ventilated. The air is supplied to the internal flow path 39 of the catalytic combustor 25 through the air discharge pipe 26. The ventilation air introduction port 57 can be designed using the same design concept as the anode off gas introduction port 47.

スタックケース7内から触媒燃焼器25に導入する換気空気は、カソードオフガスと異なり燃料電池1の発電による水分を含まないため、比較的(外気と同程度)乾いた空気である。そのため、この乾いた換気空気を用いて触媒31にて燃焼させることで、より確実かつ効率的な燃焼が可能になる。また、換気空気に微量に含まれる水素は濃度が薄いため、換気空気単独での燃焼は難しいが、アノードオフガスとともに触媒31に供給されるため、確実かつ効果的に燃焼処理することができる。   The ventilation air introduced into the catalyst combustor 25 from within the stack case 7 does not contain moisture generated by the power generation of the fuel cell 1 unlike the cathode offgas, and is relatively dry (similar to the outside air). Therefore, more reliable and efficient combustion becomes possible by burning with the catalyst 31 using this dry ventilation air. Further, since the hydrogen contained in a minute amount in the ventilation air has a low concentration, combustion with the ventilation air alone is difficult, but since it is supplied to the catalyst 31 together with the anode off-gas, the combustion treatment can be reliably and effectively performed.

また、内部流路39を閉塞する端板55は、内筒37に対して閉塞状態で固定する代わりに、例えばバタフライバルブなどを用いて開閉可能な構成としてもよい。これにより、内部流路39の上流側端部を、燃料電池1の運転状態に応じて開閉することが可能となり、その時々の内部流路39内での触媒31の燃焼状態(第1温度センサAで検出する)に応じて、内部流路39に供給するカソードオフガスの流量を調整でき、それに伴い内部流路39における燃焼温度を制御することができる。   The end plate 55 that closes the internal flow path 39 may be configured to be openable and closable using, for example, a butterfly valve instead of being fixed to the inner cylinder 37 in a closed state. As a result, the upstream end of the internal flow path 39 can be opened and closed according to the operating state of the fuel cell 1, and the combustion state of the catalyst 31 in the internal flow path 39 at that time (first temperature sensor). The flow rate of the cathode off-gas supplied to the internal flow path 39 can be adjusted according to (detected by A), and the combustion temperature in the internal flow path 39 can be controlled accordingly.

[触媒燃焼器の第3の構成]
図4は、触媒燃焼器25の第3の構成を示す側面断面図である。第3の構成の触媒燃焼器25は、そのハウジング27内を、供給するガスの特性に応じて三つの流路に分割している。すなわち、ハウジング27内に前記図2に示した第1の構成におけるものとほぼ同様な内筒37を設置して内部流路39を形成し、この内筒37の上端とハウジング27の上部内壁との間に、さらに別の上部内筒59を設置して最上部流路61を形成する。
[Third configuration of catalytic combustor]
FIG. 4 is a side sectional view showing a third configuration of the catalytic combustor 25. The catalytic combustor 25 of the third configuration divides the inside of the housing 27 into three flow paths according to the characteristics of the supplied gas. That is, the inner cylinder 37 substantially the same as that in the first configuration shown in FIG. 2 is installed in the housing 27 to form the internal flow path 39. The upper end of the inner cylinder 37 and the upper inner wall of the housing 27 In addition, another upper inner cylinder 59 is installed to form the uppermost channel 61.

そして、内部流路39にはアノードオフガス配管17を、最上部流路61には換気空気排出配管26を、それぞれ接続し、最上部流路61の上流側端部は端板63によって閉塞する。したがって、ここでは、ハウジング27の上流側端部から、カソードオフガス配管11を経てガス流路35に導入されるカソードオフガスは、その一部が内部流路39に、残りが外部流路41にそれぞれに流入する。   The anode off-gas pipe 17 is connected to the internal flow path 39, and the ventilation air discharge pipe 26 is connected to the uppermost flow path 61. The upstream end of the uppermost flow path 61 is closed by the end plate 63. Therefore, here, a part of the cathode offgas introduced from the upstream end of the housing 27 to the gas flow path 35 via the cathode offgas pipe 11 is in the internal flow path 39 and the rest is in the external flow path 41. Flow into.

触媒29近傍の内部流路39には、図2と同様に触媒31設置し、触媒31の上流側が、アノードオフガスとカソードオフガスとが混合する図示しないガス混合部となる。   As in FIG. 2, the catalyst 31 is installed in the internal flow path 39 in the vicinity of the catalyst 29, and the upstream side of the catalyst 31 is a gas mixing section (not shown) in which the anode off gas and the cathode off gas are mixed.

したがって、この例においても、図2に示した第1の構成と同様に、内部流路39にてアノードオフガスと水分の少ないカソードオフガスとが混合し、その混合ガスが、触媒31にて効率よく燃焼し、その下流の触媒29には、燃焼により昇温した高温ガスが供給される。この高温ガスの熱を受けた触媒29は温度上昇し、触媒29全体の燃焼効率が上昇する。   Therefore, also in this example, as in the first configuration shown in FIG. 2, the anode off gas and the cathode off gas with less moisture are mixed in the internal flow path 39, and the mixed gas is efficiently used in the catalyst 31. The catalyst 29 that burns and is supplied to the downstream catalyst 29 is supplied with a high-temperature gas that has been heated by the combustion. The temperature of the catalyst 29 that receives the heat of the high-temperature gas rises, and the combustion efficiency of the entire catalyst 29 rises.

この際、触媒29には、最上部流路61に換気空気排出配管26から導入された換気用空気も供給され、換気用空気に微量に含まれる水素も、触媒29が充分に温まって触媒活性が高まっているため、極低濃度であっても燃焼処理が可能になる。   At this time, the catalyst 29 is also supplied with the ventilation air introduced from the ventilation air discharge pipe 26 into the uppermost flow path 61, and the hydrogen contained in a minute amount in the ventilation air also warms the catalyst 29 sufficiently so that the catalyst activity is increased. Therefore, combustion processing is possible even at extremely low concentrations.

また、上記図4に示した第3の構成では、上部内筒59に対応して触媒29の下流側に排気側内筒65を配置するとともに、排気側内筒65内に温度検出手段となる第3温度センサCを設け、触媒29下流の排気側内筒63内の燃焼ガス温度を検出することで、触媒29の燃焼異常判定など、後述する各種の異常判定制御に利用することができる。   Further, in the third configuration shown in FIG. 4, the exhaust side inner cylinder 65 is disposed on the downstream side of the catalyst 29 corresponding to the upper inner cylinder 59, and the temperature detection means is provided in the exhaust side inner cylinder 65. By providing the third temperature sensor C and detecting the combustion gas temperature in the exhaust side inner cylinder 63 downstream of the catalyst 29, it can be used for various abnormality determination control described later, such as combustion abnormality determination of the catalyst 29.

[制御の実施例]
以下、前出の各触媒燃焼器25の構成に対してそれぞれの代表的な制御例を示す。
[Example of control]
Hereinafter, typical control examples for the configurations of the catalytic combustors 25 will be described.

図5〜図8に、前記図2に示した第1の構成の触媒燃焼器25における制御例のフローチャートを示し、そのときパージ方法,ガス温度および異常内容を、表1に示す。

Figure 2007073455
5 to 8 show flowcharts of control examples in the catalytic combustor 25 having the first configuration shown in FIG. 2, and Table 1 shows purge methods, gas temperatures, and abnormal contents at that time.
Figure 2007073455

本制御はシステム全体の制御とは別に異常処理制御として実施する。例えば、システム作動中に常に1秒間に数〜千サイクル程度実施され、異常を検知した際にその判定結果を上位制御へと連絡し、適切な処置の実施を促す。なお、本制御は異常判定のみであり、異常判定後のシステム制御は本特許の範囲外なため、説明は省略する。   This control is performed as an abnormal process control separately from the control of the entire system. For example, when the system is operating, it is always carried out for several to several thousand cycles per second, and when an abnormality is detected, the determination result is communicated to the host control to encourage appropriate measures to be taken. Note that this control is only an abnormality determination, and the system control after the abnormality determination is out of the scope of this patent, so the description is omitted.

図5は、図1に示した第1の構成の触媒燃焼器25における第1の制御例(第1の実施形態)を示す。第1の制御例は、表1の異常判定例1a,1bに対応し、パージ方法は連続であり、まず、上位制御より異常判定の指示を受けて制御を開始する(ステップS100)。ここで第1温度センサAが検出した温度Ta(表1ではアノード+カソード温度と表記)を計測し、その温度Taをシステムの運転状態により決定される上限温度Thaと比較する(ステップS101)。このときの上限温度Thaは運転条件によってあらかじめ設定するが、例えば、燃料電池1の運転状態から予想されるアノードオフガスのパージ水素濃度から計算される燃焼温度を用いることが可能である。   FIG. 5 shows a first control example (first embodiment) in the catalytic combustor 25 having the first configuration shown in FIG. The first control example corresponds to the abnormality determination examples 1a and 1b in Table 1, and the purge method is continuous. First, the control is started upon receiving an abnormality determination instruction from the host control (step S100). Here, the temperature Ta detected by the first temperature sensor A (expressed as anode + cathode temperature in Table 1) is measured, and the temperature Ta is compared with the upper limit temperature Tha determined by the operating state of the system (step S101). The upper limit temperature Tha at this time is set in advance according to the operating conditions. For example, it is possible to use a combustion temperature calculated from the purge hydrogen concentration of the anode off gas expected from the operating state of the fuel cell 1.

ここで温度Taが上限温度Thaよりも高い場合は、温度Taが上昇し過ぎているが、その原因はアノードオフガスに含まれる水素などの未使用燃料の量が多い(濃度が高い)からだと判定する(ステップS102)。この判定結果は、表1の異常判定例1aであり、上位制御へと伝え(ステップS107)、上位制御によって適切な処理を行う。   Here, when the temperature Ta is higher than the upper limit temperature Tha, the temperature Ta has increased too much, but the cause is determined to be that the amount of unused fuel such as hydrogen contained in the anode off gas is large (concentration is high). (Step S102). This determination result is an abnormality determination example 1a in Table 1, which is transmitted to the upper control (step S107), and appropriate processing is performed by the upper control.

逆に、温度Taが上限温度Tha以下の場合は、第2温度センサBが検出した温度Tbを計測し、その温度Tbをシステムの運転状態により決定される上限温度Thbと比較する(ステップS103)。このときの上限温度Thbは、運転条件によってあらかじめ設定するが、例えば、燃料電池1の発電量から計算されるカソードオフガスの流量に反比例する温度を用いることが可能である。   Conversely, when the temperature Ta is equal to or lower than the upper limit temperature Tha, the temperature Tb detected by the second temperature sensor B is measured, and the temperature Tb is compared with the upper limit temperature Thb determined by the operating state of the system (step S103). . The upper limit temperature Thb at this time is set in advance according to the operating conditions. For example, a temperature that is inversely proportional to the cathode offgas flow rate calculated from the power generation amount of the fuel cell 1 can be used.

ここで、温度Tbが上限温度Thbよりも高い場合は、温度Tbが上昇し過ぎているが、その原因は本来カソードオフガスに含まれない水素などがクロスオーバなどにより混入しているからだと判定する(ステップS104)。この判定結果は、表1の異常判定例1bであり、前記したステップS107にて上位制御に伝え、上位制御によって適切な処理を行う。   Here, when the temperature Tb is higher than the upper limit temperature Thb, the temperature Tb has risen too much, but it is determined that the cause is that hydrogen or the like that is not originally included in the cathode offgas is mixed due to crossover or the like. (Step S104). This determination result is the abnormality determination example 1b in Table 1, and is transmitted to the upper control in step S107 described above, and appropriate processing is performed by the upper control.

逆に、温度Tbが上限温度Thb以下の場合は、システム異常などの問題はないと判定し(ステップS105)、異常判定制御から上位制御へと戻るか、またはステップS100に戻って再度異常判定制御を開始する(ステップS106)。   On the other hand, when the temperature Tb is equal to or lower than the upper limit temperature Thb, it is determined that there is no problem such as system abnormality (step S105), and the abnormality determination control returns to the upper control, or the process returns to step S100 and the abnormality determination control is performed again. Is started (step S106).

このように、第1の制御例では、アノードオフガスを導入する触媒31下流の内部流路39の温度Taや、カソードオフガスを導入する外部流路41の触媒29下流の温度Tbが高い場合に、アノードオフガスに含まれる水素濃度の上昇や、カソードオフガスに混入する水素量の増大などの異常を検知できるので、異常燃焼発生前に必要な対策を早めに行うことができる。   Thus, in the first control example, when the temperature Ta of the internal flow path 39 downstream of the catalyst 31 for introducing the anode off-gas or the temperature Tb downstream of the catalyst 29 of the external flow path 41 for introducing the cathode off-gas is high, Abnormalities such as an increase in the concentration of hydrogen contained in the anode off-gas and an increase in the amount of hydrogen mixed in the cathode off-gas can be detected, so that necessary measures can be taken early before abnormal combustion occurs.

図6は、前記図5に示した第1の制御例の変形例で、図5におけるステップS101,S102と、ステップS103,S104とを入れ替えただけであり、基本的な制御は第1の制御例と同様であって異常判定例も表1の1a,1bとなるため、詳細は省略する。   FIG. 6 is a modification of the first control example shown in FIG. 5, in which only steps S101 and S102 and steps S103 and S104 in FIG. 5 are replaced, and the basic control is the first control. Since it is the same as the example and the abnormality determination example is 1a and 1b in Table 1, details are omitted.

図7は、図1に示した第1の構成の触媒燃焼器25における第2の制御例(第2の実施形態)を示す。第2の制御例は、表1の異常判定例2a,2b,2cに対応しており、パージ方法は断続である。   FIG. 7 shows a second control example (second embodiment) in the catalytic combustor 25 having the first configuration shown in FIG. The second control example corresponds to the abnormality determination examples 2a, 2b, and 2c in Table 1, and the purge method is intermittent.

第2の制御例は、図5に示した第1の制御例におけるステップS103で、温度Tbが上限温度Thb以下となってシステム異常などの問題がない場合に、実施する。ステップS100〜S107は第1の制御例と同様であるので、これらについての説明は省略する。   The second control example is performed when the temperature Tb is equal to or lower than the upper limit temperature Thb and there is no problem such as a system abnormality in step S103 in the first control example shown in FIG. Steps S100 to S107 are the same as those in the first control example, and a description thereof will be omitted.

ステップS103で、温度Tbが上限温度Thb以下となった後は、第1温度センサAにより検出した温度Taを計測し、その温度Taがシステムの運転(アノードオフガスのパージ制御)に応じて変動しているか確認を行なう(ステップS111A)。   After the temperature Tb becomes equal to or lower than the upper limit temperature Thb in step S103, the temperature Ta detected by the first temperature sensor A is measured, and the temperature Ta fluctuates according to the system operation (anode off gas purge control). (Step S111A).

ここで、温度Taが変動している場合にはステップS112Aへ移行し、温度Taが変動していない場合にはステップステップS112Bへと制御は移行する。同ステップ番号で後ろにアルファベットの識別符号を付するステップは同制御ロジックであるが、下流ステップが異なることを示す。   Here, when the temperature Ta varies, the process proceeds to step S112A, and when the temperature Ta does not vary, the control proceeds to step S112B. The step with the same step number followed by an alphabet identification code is the same control logic, but the downstream step is different.

上記ステップS112A,Bでは、第2温度センサBが検出した温度Tbを計測し、その温度Tbがシステムの運転(アノードオフガスのパージ制御)に応じて変動しているか確認を行なう。このとき、温度Tbが変動している場合と変動していない場合に応じてそれぞれの下流のステップへと移行する。   In the above steps S112A and B, the temperature Tb detected by the second temperature sensor B is measured, and it is confirmed whether the temperature Tb varies according to the system operation (anode off-gas purge control). At this time, the process proceeds to each downstream step depending on whether the temperature Tb is fluctuating or not.

ステップS112Aで温度Tbが変動している場合は、前記図5に示したものと同様のステップS105を経てステップS106へ進む。すなわち、ここでは、断続パージに対応して、触媒31の下流の温度Taおよび触媒29下流の温度Tbが、ともに変動しているので、システム異常などの問題はないと判定し(ステップS105)、異常判定制御から上位制御へと戻るか、またはステップS100に戻って再度異常判定制御を開始する。   If the temperature Tb varies in step S112A, the process proceeds to step S106 through step S105 similar to that shown in FIG. That is, here, since the temperature Ta downstream of the catalyst 31 and the temperature Tb downstream of the catalyst 29 both fluctuate corresponding to the intermittent purge, it is determined that there is no problem such as system abnormality (step S105). The process returns from the abnormality determination control to the higher control, or returns to step S100 and starts the abnormality determination control again.

断続パージを行っているにも拘わらず、ステップS112Aで温度Tbが変動していない場合は、第2温度センサBに異常があると判定し(ステップS114)、その判定結果は、表1の異常判定例2bであり、前記したステップS107にて、上位制御へ伝え、上位制御によって適切な処理を行う。   If the temperature Tb does not fluctuate in step S112A despite the intermittent purging, it is determined that the second temperature sensor B is abnormal (step S114). This is determination example 2b. In step S107 described above, the information is transmitted to the upper control, and appropriate processing is performed by the upper control.

ステップS112Bで温度Tbが変動している場合は、第1温度センサAに異常があると判定し(ステップS113)、その判定結果は、表1の異常判定例2aであり、以後は第2温度センサBの異常時と同様に、ステップS107に進む。   If the temperature Tb varies in step S112B, it is determined that there is an abnormality in the first temperature sensor A (step S113), and the determination result is the abnormality determination example 2a in Table 1, and thereafter the second temperature. In the same manner as when the sensor B is abnormal, the process proceeds to step S107.

前記ステップS112Bで温度Tbが変動していない場合、つまり断続パージを行っているにも拘わらず、温度Ta,Tbのいずれも変動しない場合は、アノードオフガスのパージ制御に異常があると判定し(ステップS115)、その判定結果は、表1の異常判定例2cであり、次のステップS107にて、上位制御へ伝え、上位制御によって適切な処理を行う。   If the temperature Tb does not fluctuate in step S112B, that is, if neither the temperature Ta nor Tb fluctuates despite the intermittent purge being performed, it is determined that the anode off gas purge control is abnormal ( In step S115), the determination result is the abnormality determination example 2c in Table 1. In the next step S107, the determination result is transmitted to the upper control, and appropriate processing is performed by the upper control.

このように、第2の制御例では、断続パージを行う際に、アノードオフガスを導入する触媒31下流の内部流路39の温度Taや、カソードオフガスを導入する外部流路41の触媒29下流の温度Tbが変動しない場合に、第1温度センサAや第2温度センサBの異常を検知できるので、センサ検知異常による診断漏れを事前に防止することができる。   As described above, in the second control example, when intermittent purge is performed, the temperature Ta of the internal flow path 39 downstream of the catalyst 31 for introducing the anode off gas and the downstream of the catalyst 29 of the external flow path 41 for introducing the cathode off gas are provided. When the temperature Tb does not fluctuate, an abnormality in the first temperature sensor A or the second temperature sensor B can be detected, so that a diagnosis failure due to a sensor detection abnormality can be prevented in advance.

また、いずれの温度Ta,Tbにも変動がない場合には、アノードオフガスのパージ制御に異常があると判断するので、異常燃焼が発生する前に事前に適切な処理を施すことができる。   Further, when there is no change in any of the temperatures Ta and Tb, it is determined that there is an abnormality in the purge control of the anode off gas, so that appropriate processing can be performed in advance before abnormal combustion occurs.

図8は、前記図7に示した第2の制御例の変形例を示す。ここでは、図7におけるステップS111Aに代えてステップS111Bとする。このステップS11Bは、ステップS111Aと同様に、第1温度センサAにより検出した温度Taを計測し、その温度がシステムの運転(アノードオフガスのパージ制御)に応じて温度が変動しているか確認を行う。   FIG. 8 shows a modification of the second control example shown in FIG. Here, step S111B is used instead of step S111A in FIG. In step S11B, as in step S111A, the temperature Ta detected by the first temperature sensor A is measured, and it is confirmed whether the temperature fluctuates in accordance with system operation (anode off-gas purge control). .

ここで、温度Taが変動していない場合、「第1温度センサA異常」フラグを立てた後に(ステップS121)、第2温度センサBにより検出した温度Tbを計測し、その温度がシステムの運転(アノードオフガスのパージ制御)に応じて温度が変動しているか確認を行う(ステップS112C)。また、ステップS111Bにて温度Taが変動している場合にも、上記したステップS112Cへ移行する。   Here, when the temperature Ta does not fluctuate, after setting the “first temperature sensor A abnormality” flag (step S121), the temperature Tb detected by the second temperature sensor B is measured, and the temperature is the system operation. It is confirmed whether the temperature fluctuates according to (anode off-gas purge control) (step S112C). Moreover, also when temperature Ta is fluctuating in step S111B, it transfers to above-mentioned step S112C.

ステップS112Cで、温度Tbが変動していない場合に「第2温度センサB異常」フラグを立てた後(ステップS122)、またはスタップS112Cで温度Tbが変動している場合に、各フラグの状態を確認し(ステップS123)、その結果に応じて下流ステップへと制御を移行する。   In step S112C, when the temperature Tb does not change, after setting the “second temperature sensor B abnormality” flag (step S122), or when the temperature Tb is changing in the step S112C, the state of each flag is changed. Confirmation (step S123), and control is shifted to the downstream step according to the result.

例えば、「第1温度センサA異常」フラグを1桁目、「第2温度センサB異常」フラグを2桁目とし、異常がある場合のフラグを「1」、ない場合のフラグを「0」の2進数とした場合、「00」,「01」,「10」,「11」の4種類の判定結果から、それぞれ下流ステップS105(異常なし),S114(第2温度センサB異常),S113(第1温度センサA異常),S115(パージ制御異常)のいずれかを判定し、そのステップへと移行する。   For example, the “first temperature sensor A abnormality” flag is the first digit, the “second temperature sensor B abnormality” flag is the second digit, the flag when there is an abnormality is “1”, and the flag when there is no abnormality is “0”. In the case of the binary number of “00”, “01”, “10”, and “11”, the downstream steps S105 (no abnormality), S114 (second temperature sensor B abnormality), S113 are obtained, respectively. Either (first temperature sensor A abnormality) or S115 (purge control abnormality) is determined, and the process proceeds to that step.

各フラグの組み合わせ毎に指定された下流ステップへと移行した後は、各判定結果を基に上位制御へと判定結果を返す。   After shifting to the downstream step designated for each combination of flags, the determination result is returned to the upper control based on each determination result.

図9は、前記図4に示した第3の構成の触媒燃焼器25における第3の制御例(第3の実施形態)を示す。第3の制御例は、表2の異常判定例3a,3bに対応しており、パージ方法は連続である。

Figure 2007073455
FIG. 9 shows a third control example (third embodiment) in the catalytic combustor 25 having the third configuration shown in FIG. The third control example corresponds to the abnormality determination examples 3a and 3b in Table 2, and the purge method is continuous.
Figure 2007073455

第3の制御例は、図5に示した第1の制御例におけるステップS103で、温度Tbが上限温度Thb以下となってシステム異常などの問題がない場合に、実施する。ステップS100〜S107は第1の制御例と同様であるので、これらについての説明は省略する。   The third control example is performed when the temperature Tb is equal to or lower than the upper limit temperature Thb and there is no problem such as a system abnormality in step S103 in the first control example shown in FIG. Steps S100 to S107 are the same as those in the first control example, and a description thereof will be omitted.

ステップS103で、温度Tbが上限温度Thb以下となった後は、第3温度センサCにより検出した温度Tcを計測し、その温度Tcをシステムの運転状態により決定される上限温度Thcと比較する(ステップS201A)。このときの温度Thcは運転条件によってあらかじめ設定するが、一定温度でもよい。   In step S103, after the temperature Tb becomes equal to or lower than the upper limit temperature Thb, the temperature Tc detected by the third temperature sensor C is measured, and the temperature Tc is compared with the upper limit temperature Thc determined by the operating state of the system ( Step S201A). The temperature Thc at this time is set in advance depending on the operating conditions, but may be a constant temperature.

ここで、温度Tcが上限温度Thcよりも高い場合は、換気空気の圧力Pcを、図示しない圧力センサにより求め、運転下限圧力Plと比較する(ステップS202)。このときの圧力Pcは、システムによって、空気供給圧や空気排出圧など、燃料電池1周辺を換気する空気の流量に比例する圧力を用いればよい。また、運転下限圧力Plは、例えば一定の数値や、燃料電池1の出力などに比例し変動する値を用いることが可能である。   Here, when the temperature Tc is higher than the upper limit temperature Thc, the pressure Pc of the ventilation air is obtained by a pressure sensor (not shown) and compared with the operation lower limit pressure Pl (step S202). The pressure Pc at this time may be a pressure proportional to the flow rate of the air ventilating the periphery of the fuel cell 1, such as an air supply pressure or an air discharge pressure, depending on the system. The operation lower limit pressure Pl can be, for example, a constant value or a value that varies in proportion to the output of the fuel cell 1.

そして、温度Pcが運転下限圧力Plよりも高い場合には、燃料電池1周辺の換気空気への燃料電池1からの水素透過量が増加している異常と判定し(ステップS204:表2の異常判定例3aに対応)、ステップS107より上位制御へと移行する。   When the temperature Pc is higher than the operation lower limit pressure Pl, it is determined that the hydrogen permeation amount from the fuel cell 1 to the ventilation air around the fuel cell 1 is increasing (step S204: abnormality in Table 2). (Corresponding to the determination example 3a), the process proceeds to higher control from step S107.

逆に、圧力Pcが運転下限圧力Pl以下の場合には、燃料電池1周辺の換気空気の流量が低下している異常と判定し(ステップS203:表2の異常判定例3bに対応)、ステップS107より上位制御へと移行する。   On the other hand, when the pressure Pc is equal to or lower than the operation lower limit pressure Pl, it is determined that there is an abnormality in which the flow rate of the ventilation air around the fuel cell 1 is reduced (step S203: corresponding to the abnormality determination example 3b in Table 2). The process proceeds to higher-order control from S107.

また、前記ステップ201Aで、温度Tcが上限温度Thc以下の場合は、前記図5に示したものと同様の異常なしに相当するステップS105を経てステップS106へ進む。   On the other hand, if the temperature Tc is equal to or lower than the upper limit temperature Thc in step 201A, the process proceeds to step S106 through step S105 corresponding to the absence of abnormality similar to that shown in FIG.

このように、第3の制御例では、換気空気を導入する最上部流路61の触媒29下流の温度Tcが高くかつ換気空気の圧力Pcが高い場合に、燃料電池1から換気空気への水素透過量が増加していることを検知でき、水素透過量が多くなりすぎる前に必要な対策を早めに行うことができる。一方、温度Tcが高く圧力Pcが低い場合に、換気空気の流量不足の異常を早期に検知でき、換気空気中の水素濃度が上昇しすぎるのを事前に検知することができる。   Thus, in the third control example, when the temperature Tc downstream of the catalyst 29 in the uppermost flow path 61 for introducing the ventilation air is high and the pressure Pc of the ventilation air is high, the hydrogen from the fuel cell 1 to the ventilation air An increase in permeation amount can be detected, and necessary measures can be taken early before the hydrogen permeation amount becomes excessive. On the other hand, when the temperature Tc is high and the pressure Pc is low, an abnormality in insufficient ventilation air flow can be detected at an early stage, and an excessive increase in the hydrogen concentration in the ventilation air can be detected in advance.

また、第3の制御例の場合、温度のみならず、圧力も利用して異常を検知しているので、異常検知システムとして信頼性が向上する
図10は、前記図9に示した第3の制御例の変形例で、図9におけるステップS101,S102,S103,S104と、ステップS201A,S202,S203,S204とを、制御上問題のない範囲で入れ替えただけであり、基本的な制御は第3の制御例と同様であって異常判定例も表2の3a,3bとなるため、詳細は省略する。
Further, in the case of the third control example, since abnormality is detected using not only temperature but also pressure, reliability is improved as an abnormality detection system. FIG. 10 shows the third example shown in FIG. In a modified example of the control example, steps S101, S102, S103, and S104 in FIG. 9 and steps S201A, S202, S203, and S204 are simply replaced within a range where there is no problem in terms of control. 3 is the same as the control example 3 and the abnormality determination example is also 3a and 3b in Table 2, and the details are omitted.

図11,図12(a),(b)は、上記図9における第3の制御例に対し、さらに断続パージにおける異常検知制御を追加したフローチャートであり、表2の異常判定例3c〜3fに対応している。なお、図12(a),(b)は図11の続きである。   FIGS. 11, 12A, and 12B are flowcharts in which abnormality detection control in intermittent purge is further added to the third control example in FIG. 9, and the abnormality determination examples 3c to 3f in Table 2 are added. It corresponds. 12A and 12B are continued from FIG.

本制御例においては、ステップS100にて開始し、図9の制御を経てステップS201Aにて温度Tcが上限温度Thc以下の場合に、前記したステップS111A(図7),S111B(図8)と同様の制御、すなわち温度Taがシステムの運転(アノードオフガスのパージ制御)に応じて変動しているか確認を行う(ステップS111C)。   In this control example, when the temperature Tc is equal to or lower than the upper limit temperature Thc in step S201A after starting in step S100 and in step S201A, the same as in steps S111A (FIG. 7) and S111B (FIG. 8) described above. That is, it is confirmed whether the temperature Ta fluctuates according to the system operation (anode off gas purge control) (step S111C).

その後、その結果に応じて、前記したステップS112A(図7),S112B(図7),S112C(図8)と同様の制御、すなわち温度Tbがシステムの運転(アノードオフガスのパージ制御)に応じて変動しているか確認を行う(ステップS112D,S112E)。   After that, according to the result, the same control as the above-described steps S112A (FIG. 7), S112B (FIG. 7), S112C (FIG. 8), that is, the temperature Tb depends on the system operation (anode off gas purge control). It is confirmed whether it has fluctuated (steps S112D and S112E).

その後、その結果によって、ステップS205A〜Dのいずれかへと移行する。ステップS205の各ステップにおいては、第3温度センサCの温度Tcが変動するか計測する。その結果、前記したステップS105,S113〜S115,S206〜S209のいずれかへと進み、その結果を上位制御へと戻す。   Thereafter, the process proceeds to one of steps S205A to S205 depending on the result. In each step of step S205, it is measured whether the temperature Tc of the third temperature sensor C varies. As a result, the process proceeds to any of steps S105, S113 to S115, and S206 to S209 described above, and the result is returned to the upper control.

なお、このとき、ステップS206(図11)では、断続パージに拘わらず温度Tcに変動がないことから、第3温度センサCに異常があると判定する(表2の異常判定例3eに対応)。また、ステップS207(図12(a))では、断続パージに拘わらず温度Ta,Tcに変動がないことから、第1,第3温度センサA,Cに異常があると判定し(表2の異常判定例3gに対応)、ステップS208(図11)では、断続パージに拘わらず温度Tb,Tcに変動がないことから、第2,第3温度センサB,Cに異常があると判定し(表2の異常制御例3hに対応)、ステップS209(図12(b))では、断続パージに拘わらず温度Ta,Tbに変動がないことから、第1,第2温度センサA,Bに異常があると判定する(表2の異常制御例3iに対応)。   At this time, in step S206 (FIG. 11), the temperature Tc does not vary regardless of the intermittent purge, and therefore it is determined that the third temperature sensor C is abnormal (corresponding to the abnormality determination example 3e in Table 2). . In step S207 (FIG. 12 (a)), the temperatures Ta and Tc do not vary regardless of the intermittent purge, so it is determined that the first and third temperature sensors A and C are abnormal (see Table 2). In step S208 (FIG. 11), it is determined that the second and third temperature sensors B and C are abnormal because the temperatures Tb and Tc do not change regardless of the intermittent purge. Corresponding to the abnormal control example 3h in Table 2), in step S209 (FIG. 12B), the temperature Ta and Tb do not change regardless of the intermittent purge, so the first and second temperature sensors A and B are abnormal. (Corresponding to abnormality control example 3i in Table 2).

また、図13に示すように、各判定ステップS111D(Ta変動あるか),S112G(Tb変動あるか)、およびS205E(Tc変動あるか)の判定結果により、各温度の変動がなかった際に、ステップS121,S122およびステップS211にて、それぞれ「第1温度センサA異常」フラグ,「第2温度センサB異常」フラグおよび「第3温度センサC異常」フラグを立てる。   Further, as shown in FIG. 13, when there is no change in each temperature based on the determination results of each determination step S111D (whether there is Ta fluctuation), S112G (whether there is Tb fluctuation), and S205E (whether there is Tc fluctuation). In steps S121, S122 and S211, a "first temperature sensor A abnormality" flag, a "second temperature sensor B abnormality" flag and a "third temperature sensor C abnormality" flag are set, respectively.

その後、フラグの内容を確認する(ステップS210)。フラグ内容に応じてステップS105,S113〜S115,S206〜S209のいずれかへと進み、その結果を上位制御へと戻す。このときのフラグ内容は、例えば3桁の2進数とすることが可能である。すなわち、「第1温度センサA異常」フラグを1桁目、「第2温度センサB異常」フラグを2桁目、「第3温度センサC異常」フラグを3桁目とし、異常がある場合のフラグを「1」、ない場合のフラグを「0」の2進数とした場合、「000」,「100」,「010」,「111」,「001」,「101」,「011」,「110」の8種類の判定結果が得られる。   Thereafter, the contents of the flag are confirmed (step S210). The process proceeds to any of steps S105, S113 to S115, and S206 to S209 according to the flag contents, and the result is returned to the upper control. The flag content at this time can be, for example, a 3-digit binary number. That is, the “first temperature sensor A abnormality” flag is the first digit, the “second temperature sensor B abnormality” flag is the second digit, and the “third temperature sensor C abnormality” flag is the third digit. When the flag is “1” and the flag when there is no flag is “0”, “000”, “100”, “010”, “111”, “001”, “101”, “011”, “ 110 ”determination results are obtained.

このように、第3の制御例に対し断続制御を行った場合には、前記した第2の制御例と同様に、断続パージを行う際に、アノードオフガスを導入する触媒31下流の内部流路39の温度Taや、カソードオフガスを導入する外部流路41の触媒29下流の温度Tb、さらには換気空気を導入する触媒29下流の最上部流路61の温度Tcが変動しない場合に、第1温度センサAや第2温度センサBさらには第3温度センサCの異常を検知できるので、センサ検知異常による診断漏れを事前に防止することができる。   As described above, when intermittent control is performed on the third control example, the internal flow path downstream of the catalyst 31 for introducing the anode off-gas when performing intermittent purge, as in the second control example described above. If the temperature Ta of 39, the temperature Tb downstream of the catalyst 29 in the external flow channel 41 for introducing the cathode off-gas, and the temperature Tc of the uppermost flow channel 61 downstream of the catalyst 29 for introducing the ventilation air do not fluctuate, Since the abnormality of the temperature sensor A, the second temperature sensor B, and further the third temperature sensor C can be detected, a diagnosis omission due to the sensor detection abnormality can be prevented in advance.

図14は、前記図3に示した第2の構成の触媒燃焼器25における第4の制御例(第4の実施形態)を示す。第4の制御例は、表3の異常判定例4a〜4dに対応しており、パージ方法は連続である。

Figure 2007073455
FIG. 14 shows a fourth control example (fourth embodiment) in the catalytic combustor 25 having the second configuration shown in FIG. The fourth control example corresponds to the abnormality determination examples 4a to 4d in Table 3, and the purge method is continuous.
Figure 2007073455

第4の制御例は、ステップS100にて開始した異常判定制御が、ステップS103にて第2温度センサBにより検出した温度Tbを計測し、その温度Tbをシステムの運転状態により決定される上限温度Thbと比較する。このときの温度Thbは前出のように運転条件によってあらかじめ設定される温度であり、システムの運転状態に応じて変動する。   In the fourth control example, the abnormality determination control started in step S100 measures the temperature Tb detected by the second temperature sensor B in step S103, and the temperature Tb is determined by the operating state of the system. Compare with Thb. The temperature Thb at this time is a temperature set in advance according to operating conditions as described above, and varies according to the operating state of the system.

ここで、温度Tbが上限温度Thbよりも高い場合は、カソードオフガスに想定以上の高濃度の水素が流入したと判定し(ステップS104)、ステップS107から上位制御へとこの情報を伝え、上位制御によって適切な処理を行う(表3の異常判定例4aに対応)。   Here, when the temperature Tb is higher than the upper limit temperature Thb, it is determined that hydrogen having a higher concentration than expected has flowed into the cathode off gas (step S104), and this information is transmitted from the step S107 to the upper control, and the upper control is performed. To perform appropriate processing (corresponding to abnormality determination example 4a in Table 3).

逆に、温度Tbが上限温度Thb以下の場合は、第2温度センサDにより検出した温度Tdを計測し、その温度Tdをシステムの運転状態により決定される上限温度Thdと比較する(ステップS301)。このときの上限温度Thdは、例えば前出のThaと同様にシステムの運転状態によって変動する制御パラメータとなる。   Conversely, when the temperature Tb is equal to or lower than the upper limit temperature Thb, the temperature Td detected by the second temperature sensor D is measured, and the temperature Td is compared with the upper limit temperature Thd determined by the operating state of the system (step S301). . The upper limit temperature Thd at this time is a control parameter that varies depending on the operating state of the system, for example, similar to the above Tha.

ここで、温度Tdが上限Thd以下の場合には、ステップS105からS106へと移行し、特に異常がないことを上位制御に伝えるか、またはステップS100に戻り、異常検知制御を再開する。   Here, when the temperature Td is equal to or lower than the upper limit Thd, the process proceeds from step S105 to S106, and it is notified to the upper control that there is no abnormality in particular, or the process returns to step S100 and the abnormality detection control is resumed.

前記したステップS301にて温度Tdが上限温度Thdよりも高い場合には、前記図9における制御と同様に、ステップS202にて、燃料電池1周辺の換気空気の運転圧力Pcを、図示しない圧力センサで測定し、その圧力Pcを運転下限圧力Plと比較する。なお、運転下限圧力Plは前出のように一定な値を用いたり、システムの運転状態によって変動する値を用いたりしてもよい。   If the temperature Td is higher than the upper limit temperature Thd in step S301, the operating pressure Pc of the ventilation air around the fuel cell 1 is changed to a pressure sensor (not shown) in step S202, as in the control in FIG. And the pressure Pc is compared with the operation lower limit pressure Pl. The operation lower limit pressure Pl may be a constant value as described above, or may be a value that varies depending on the operation state of the system.

ここで、運転圧力Pcが運転下限圧力Pl以下の場合には、ステップS203にて燃料電池1の換気空気の流量が低下したことによる異常だと判定し(表3の異常判定例4bに相当)、ステップS107から上位制御へと制御を移す。   Here, when the operation pressure Pc is equal to or lower than the operation lower limit pressure Pl, it is determined in step S203 that there is an abnormality due to a decrease in the flow rate of the ventilation air in the fuel cell 1 (corresponding to the abnormality determination example 4b in Table 3). Then, control is transferred from step S107 to higher control.

逆に、運転圧力Pcが運転下限圧力Plよりも高い場合には、アノードガスのパージ水素濃度増加異常、アノードパージ水素流量増加異常、または燃料電池1から周辺の換気空気への水素漏れによる異常だと判定し(ステップS302:異常判定例4c,4dに相当)、ステップS107から上位制御へと制御を移す。   Conversely, when the operating pressure Pc is higher than the operating lower limit pressure Pl, it is an abnormal increase in the purge hydrogen concentration of the anode gas, an abnormal increase in the anode purge hydrogen flow rate, or an abnormality due to hydrogen leakage from the fuel cell 1 to the surrounding ventilation air. (Step S302: Corresponding to the abnormality determination examples 4c and 4d), the control is transferred from Step S107 to the upper control.

このように、第4の制御例では、触媒29下流の温度Tbが高い場合には、カソードオフガスに想定以上の高濃度の水素が流入したことを検知できるので、異常燃焼発生前にクロスオーバ水素増加異常を早期検知でき、必要な対策を早めに行うことができる。   As described above, in the fourth control example, when the temperature Tb downstream of the catalyst 29 is high, it is possible to detect that a hydrogen concentration higher than expected has flowed into the cathode offgas. Increase abnormality can be detected early and necessary countermeasures can be taken early.

また、触媒39下流の内部流路39の温度Tdが高く、換気空気の圧力Pcが低い場合には、換気空気の流量不足の異常を早期に検知でき、換気空気中の水素濃度が上昇しすぎるのを事前に検知することができる。   Further, when the temperature Td of the internal flow path 39 downstream of the catalyst 39 is high and the pressure Pc of the ventilation air is low, an abnormality in the insufficient flow rate of the ventilation air can be detected at an early stage, and the hydrogen concentration in the ventilation air increases excessively. Can be detected in advance.

さらに、触媒39下流の温度Tdが高く、換気空気の圧力Pcが高い場合には、アノードガスのパージ水素濃度増加異常、アノードパージ水素流量増加異常、または燃料電池1から周辺の換気空気への水素漏れによる異常を事前に検知することができ、異常燃焼発生前に必要な対策を早めに行うことができる。   Further, when the temperature Td downstream of the catalyst 39 is high and the pressure Pc of the ventilation air is high, abnormal increase in the purge hydrogen concentration of the anode gas, abnormal increase in the anode purge hydrogen flow rate, or hydrogen from the fuel cell 1 to the surrounding ventilation air Abnormalities due to leakage can be detected in advance, and necessary measures can be taken early before abnormal combustion occurs.

図15は、上記図14に示した第4の制御例の変形例で、図14におけるステップS103,S104と、ステップS301,S202,S302,S203とを、制御上問題のない範囲で入れ替えただけであり、基本的な制御は第4の制御例と同様であって異常判定例も表3の4a〜4dとなるため、詳細は省略する。   FIG. 15 is a modified example of the fourth control example shown in FIG. 14 above. Steps S103 and S104 in FIG. 14 and steps S301, S202, S302, and S203 are simply replaced within a range where there is no problem in control. The basic control is the same as in the fourth control example, and the abnormality determination example is also 4a to 4d in Table 3, so the details are omitted.

最後に、図16に、上記図15における第4の制御例に対し、さらに断続パージにおける異常検知制御を追加した制御例を示す。この制御例は、表2の異常判定例4e〜4gに対応している。   Finally, FIG. 16 shows a control example in which abnormality detection control in intermittent purge is further added to the fourth control example in FIG. This control example corresponds to the abnormality determination examples 4e to 4g in Table 2.

ステップS100で開始し、図15におけるステップS103を経て、つまり第1温度センサDの検出温度Tdが上限温度Thd以下(ステップS301)で、かつ第2温度センサBの検出温度Tbが上限温度Thb以下(ステップS103)の場合に、温度Tdがアノードオフガスの断続パージに応じて変動しているかを確認する(ステップS303)。   Starting from step S100, after step S103 in FIG. 15, that is, the detected temperature Td of the first temperature sensor D is not more than the upper limit temperature Thd (step S301), and the detected temperature Tb of the second temperature sensor B is not more than the upper limit temperature Thb. In the case of (Step S103), it is confirmed whether the temperature Td varies according to the intermittent purge of the anode off gas (Step S303).

ここで、温度Tdが変動していない場合、「第1温度センサD異常」フラグを立てる(ステップS304)。このステップS304の後および、前記ステップS303にて温度Tdがアノードオフガスのパージに応じて変動している場合は、第2温度センサBの検出温度Tbがアノードオフガスのパージに応じて変動しているか確認する(ステップS112F)。   Here, when the temperature Td does not fluctuate, a “first temperature sensor D abnormality” flag is set (step S304). If the temperature Td fluctuates according to the anode off-gas purge after step S304 and in step S303, does the detected temperature Tb of the second temperature sensor B fluctuate according to the anode off-gas purge? Confirm (step S112F).

ここで、温度Tbが変動していない場合、「第2温度センサB異常」フラグを立てる(ステップS122B)。このステップS122Bの後および、前記ステップS112Fにて温度Tbが変動している場合は、温度センサ異常フラグの有無を確認する(ステップS305)。   Here, when the temperature Tb does not fluctuate, a “second temperature sensor B abnormality” flag is set (step S122B). After step S122B and when the temperature Tb varies in step S112F, the presence / absence of a temperature sensor abnormality flag is confirmed (step S305).

この制御例においても、前述した図8の例と同様に、例えば、「第1温度センサD異常」フラグを1桁目、「第2温度センサB異常」フラグを2桁目とし、異常がある場合のフラグを「1」、ない場合のフラグを「0」の2進数とした場合、「00」,「01」,「10」,「11」の4種類の判定結果が得られる。   In this control example, similarly to the example of FIG. 8 described above, for example, the “first temperature sensor D abnormality” flag is set to the first digit and the “second temperature sensor B abnormality” flag is set to the second digit. When the case flag is “1” and the case flag is “0”, four types of determination results “00”, “01”, “10”, and “11” are obtained.

そして、フラグの内容に応じて、前述したステップS105(異常なし),S114(第2温度センサBに異常:表3の異常判定例4fに対応),S306,S115(パージ異常:表3の異常判定例4gに対応)へと制御を移行する。   Then, depending on the content of the flag, the above-described steps S105 (no abnormality), S114 (abnormality in the second temperature sensor B: corresponding to the abnormality determination example 4f in Table 3), S306, S115 (abnormality in purge: abnormality in Table 3) Control is transferred to (corresponding to determination example 4g).

ステップS306では、第1温度センサDに異常があると判定し(表3の異常判定例4eに対応)、ステップS114,S115と同様に、ステップS107より上位制御に伝える。また、異常なしのステップS105の後はステップS106へと続く。   In step S306, it is determined that there is an abnormality in the first temperature sensor D (corresponding to the abnormality determination example 4e in Table 3), and in the same manner as in steps S114 and S115, the control is transmitted to the upper control from step S107. Further, after step S105 with no abnormality, step S106 is continued.

このように、第4の制御例に対し断続パージを行った場合には、前記した第2の制御例と同様に、断続パージを行う際に、アノードオフガスおよび換気空気を導入する触媒31下流の内部流路39の温度Tdや、カソードオフガスを導入する外部流路41の触媒29下流の温度Tbが変動しない場合に、第1温度センサDや第2温度センサBの異常を検知できるので、センサ検知異常による診断漏れを事前に防止することができる。   As described above, when intermittent purge is performed for the fourth control example, as in the above-described second control example, when the intermittent purge is performed, the anode off-gas and the ventilation air downstream of the catalyst 31 are introduced. When the temperature Td of the internal flow path 39 or the temperature Tb downstream of the catalyst 29 of the external flow path 41 for introducing the cathode off gas does not fluctuate, an abnormality in the first temperature sensor D or the second temperature sensor B can be detected. Diagnosis omission due to detection abnormality can be prevented in advance.

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。   Although specific embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.

本発明の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of this invention. 図1の燃料電池システムにおける触媒燃焼器の第1の構成を示す概略的な側面断面図である。FIG. 2 is a schematic side sectional view showing a first configuration of a catalytic combustor in the fuel cell system of FIG. 1. 図1の燃料電池システムにおける触媒燃焼器の第2の構成を示す概略的な側面断面図である。FIG. 3 is a schematic side sectional view showing a second configuration of the catalytic combustor in the fuel cell system of FIG. 1. 図1の燃料電池システムにおける触媒燃焼器の第3の構成を示す概略的な側面断面図である。FIG. 5 is a schematic side sectional view showing a third configuration of the catalytic combustor in the fuel cell system of FIG. 1. 第1の構成の触媒燃焼器における第1の制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st example of control in the catalytic combustor of a 1st structure. 図5における第1の制御例の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of the 1st control example in FIG. 図2に示す第1の構成の触媒燃焼器における第2の制御例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a second control example in the catalytic combustor having the first configuration shown in FIG. 2. FIG. 図7における第2の制御例の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of the 2nd control example in FIG. 図4に示す第3の構成の触媒燃焼器における第3の制御例を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a third control example in the catalytic combustor having the third configuration shown in FIG. 4. 図9における第3の制御例の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of the 3rd control example in FIG. 図9における第3の制御例に対し、断続パージにおける異常検知制御を追加したフローチャートである。10 is a flowchart in which abnormality detection control in intermittent purge is added to the third control example in FIG. 9. 図9における第3の制御例に対し、断続パージにおける異常検知制御を追加したフローチャートである。10 is a flowchart in which abnormality detection control in intermittent purge is added to the third control example in FIG. 9. 図11,12における第3の制御例の変形例を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a modification of the third control example in FIGS. 図3に示す第2の構成の触媒燃焼器における第4の制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 4th example of control in the catalytic combustor of the 2nd structure shown in FIG. 図14における第4の制御例の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of the 4th control example in FIG. 図15における第4の制御例に対し、断続パージにおける異常検知制御を追加したフローチャートである。16 is a flowchart in which abnormality detection control in intermittent purge is added to the fourth control example in FIG. 15.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
3 アノード極
5 カソード極
7 燃料電池を収容するスタックケース
25 触媒燃焼器
27 触媒燃焼器のハウジング
29,31 触媒
35 ガス流路
39 内部流路(アノードオフガスを導入する流路)
41 外部流路(アノードオフガスを導入しない流路)
61 最上部流路(アノードオフガスを導入しない流路)
A,D 第1温度センサ(温度検出手段)
B 第2温度センサ(温度検出手段)
C 第3温度センサ(温度検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 3 Anode electrode 5 Cathode electrode 7 Stack case which accommodates a fuel cell 25 Catalytic combustor 27 Catalytic combustor housing 29, 31 Catalyst 35 Gas flow path 39 Internal flow path (flow path for introducing anode off gas)
41 External channel (channel without introducing anode off gas)
61 Uppermost channel (channel without introducing anode off gas)
A, D First temperature sensor (temperature detection means)
B Second temperature sensor (temperature detection means)
C Third temperature sensor (temperature detection means)

Claims (12)

燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスを導入して燃焼処理する触媒燃焼器を備えた燃料電池システムの異常検知方法において、前記触媒燃焼器のハウジング内を、それぞれ触媒を有する複数の流路に分割し、この複数の流路のうち、前記アノードオフガスを導入する流路および前記アノードオフガスを導入しない流路の少なくともいずれか一方の前記触媒下流側の温度を検出し、この検出した温度に基づいて異常を検知する燃料電池システムの異常検知方法。   In a fuel cell system abnormality detection method including a catalytic combustor that introduces and burns an anode off gas discharged from an anode electrode of a fuel cell, a plurality of flow paths each having a catalyst are disposed in the housing of the catalytic combustor. The temperature of the downstream side of at least one of the flow path for introducing the anode off gas and the flow path for not introducing the anode off gas among the plurality of flow paths is detected, and the detected temperature is set to the detected temperature. An abnormality detection method for a fuel cell system that detects an abnormality based on the above. 請求項1に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを導入する流路の前記触媒下流の温度が、前記燃料電池の運転条件からあらかじめ設定した基準温度よりも高いときに、前記導入したアノードオフガスの流量増加による異常と判定することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   2. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 1, wherein when the temperature downstream of the catalyst in the flow path for introducing the anode off gas is higher than a reference temperature set in advance from operating conditions of the fuel cell, An abnormality detection method for a fuel cell system, characterized in that an abnormality is determined due to an increase in the flow rate of the introduced anode off gas. 請求項1に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを導入しない流路は、前記燃料電池のカソード極から排出されるカソードオフガスを導入する流路であり、前記アノードオフガスを導入しない流路の前記触媒下流の温度が、前記燃料電池の運転条件からあらかじめ設定した基準温度よりも高いときに、前記カソードオフガスへのアノードガス混入による異常と判定することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   2. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 1, wherein the flow path not introducing the anode off gas is a flow path for introducing the cathode off gas discharged from the cathode electrode of the fuel cell, and introduces the anode off gas. When the temperature downstream of the catalyst in the non-flow channel is higher than a reference temperature set in advance from the operating conditions of the fuel cell, it is determined that there is an abnormality due to mixing of the anode gas into the cathode offgas. Anomaly detection method. 請求項1に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを断続的に前記触媒燃焼器に導入する際に、前記複数の流路に設けた前記各触媒下流の温度変動に基づいて異常を検知することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   2. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 1, wherein when the anode off gas is intermittently introduced into the catalytic combustor, based on temperature fluctuations downstream of the catalysts provided in the plurality of flow paths. An abnormality detection method for a fuel cell system, characterized by detecting an abnormality. 請求項4に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを導入する流路の前記触媒下流の温度変動に対し、前記アノードオフガスを導入しない流路の前記触媒下流の温度変動が大きい場合に、前記アノードオフガスを導入する流路の前記触媒下流に設けた温度検出手段に異常があると判定することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   5. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 4, wherein a temperature fluctuation downstream of the catalyst in a flow path not introducing the anode off gas is larger than a temperature fluctuation downstream of the catalyst in the flow path introducing the anode off gas. In this case, it is determined that there is an abnormality in the temperature detection means provided downstream of the catalyst in the flow path for introducing the anode off gas. 請求項4に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを導入する流路の前記触媒下流の温度変動に対し、前記アノードオフガスを導入しない流路の前記触媒下流の温度変動が小さい場合に、前記アノードオフガスを導入しない流路の前記触媒下流に設けた温度検出手段に異常があると判定することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   5. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 4, wherein a temperature fluctuation downstream of the catalyst in a flow path not introducing the anode off gas is smaller than a temperature fluctuation downstream of the catalyst in the flow path introducing the anode off gas. In this case, it is determined that there is an abnormality in the temperature detection means provided downstream of the catalyst in the flow path not introducing the anode off gas. 請求項4に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを導入する流路の前記触媒下流および、前記アソードオフガスを導入しない流路の前記触媒下流のそれぞれの温度が、いずれも変動しない場合に、前記アソードオフガスを前記触媒燃焼器に導入する制御に異常があると判定することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   5. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 4, wherein each of the temperatures downstream of the catalyst in the flow path for introducing the anode off gas and downstream of the catalyst in the flow path for not introducing the assodic off gas are both. An abnormality detection method for a fuel cell system, wherein when there is no fluctuation, it is determined that there is an abnormality in the control for introducing the assode off gas into the catalytic combustor. 請求項1,2,4,5,6,7のいずれか1項に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを導入しない流路は、前記燃料電池を収納するスタックケース内の換気空気を単独で導入する流路であることを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   The abnormality detection method for a fuel cell system according to any one of claims 1, 2, 4, 5, 6, and 7, wherein the flow path not introducing the anode off gas is provided in a stack case that houses the fuel cell. An abnormality detection method for a fuel cell system, characterized by being a flow path for introducing ventilation air alone. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記アノードオフガスを導入しない流路は、前記燃料電池のカソード極から排出されるカソードオフガスを導入する流路であり、前記アノードオフガスを導入する流路に、前記燃料電池を収納するスタックケース内の換気空気を導入することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   The abnormality detection method for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the flow path not introducing the anode off gas is a flow path for introducing the cathode off gas discharged from the cathode electrode of the fuel cell. A method for detecting an abnormality in a fuel cell system, comprising: introducing ventilation air in a stack case housing the fuel cell into a flow path for introducing the anode off gas. 請求項8または9に記載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記燃料電池を収納するスタックケースの換気空気の圧力を検出し、この検出した圧力値に基づいて、異常を検知することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   10. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 8 or 9, wherein a pressure of ventilation air in a stack case housing the fuel cell is detected, and an abnormality is detected based on the detected pressure value. An abnormality detection method for a fuel cell system. 請求項10に載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記スタックケース内の換気空気を導入する流路の前記触媒下流の温度が、運転条件からあらかじめ想定した基準温度よりも高温で、かつ前記スタックケース内の換気空気を導入する流路の圧力が、前記燃料電池の運転条件からあらかじめ想定した圧力よりも高い場合に、前記スタックケース内の換気空気を導入する流路へのアノードガス漏れ量過大による異常と判定することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 10, wherein the temperature downstream of the catalyst in the flow path for introducing the ventilation air in the stack case is higher than a reference temperature assumed in advance from operating conditions, and When the pressure of the flow path for introducing the ventilation air in the stack case is higher than the pressure assumed in advance from the operating conditions of the fuel cell, the amount of anode gas leakage to the flow path for introducing the ventilation air in the stack case An abnormality detection method for a fuel cell system, characterized in that it is determined that an abnormality is caused by an excess. 請求項10載の燃料電池システムの異常検知方法において、前記スタックケース内の換気空気を導入する流路の前記触媒下流の温度が、運転条件からあらかじめ想定した基準温度よりも高温で、かつ前記スタックケース内の換気空気を導入する流路の圧力が、前記燃料電池の運転条件からあらかじめ想定した圧力よりも低い場合に、前記スタックケース内への換気空気の流量不足による異常と判定することを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。   11. The abnormality detection method for a fuel cell system according to claim 10, wherein a temperature downstream of the catalyst in a flow path for introducing ventilation air in the stack case is higher than a reference temperature assumed in advance from operating conditions, and the stack. When the pressure of the flow path for introducing the ventilation air in the case is lower than the pressure assumed in advance from the operating condition of the fuel cell, it is determined that the abnormality is caused by the insufficient flow rate of the ventilation air into the stack case. An abnormality detection method for a fuel cell system.
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