JP2009093966A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されているかどうか検知することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】改質器1と、CO除去器2と、酸化ガスを供給する酸化ガス供給器4と、CO除去器2から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池3と、酸化ガス供給器4から供給される酸化ガスをCO除去器2に供給される水素含有ガスに混入させるための第1の酸化ガス流路6と、第1の酸化ガス流路6より分岐し、CO除去器2より送出される水素含有ガスに酸化ガスを混入させるための第2の酸化ガス流路7と、分岐部より下流の第1の酸化ガス流路に設けられた流量測定器5と、分岐部より下流の第2の酸化ガス流路に設けられた弁8と、制御器9とを備え、制御器9は、酸化ガス供給器4の動作中に、弁8を開放させるよう制御した際の流量測定器5の検出値の変化量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させる燃料電池システムである。
【選択図】図1A fuel cell system capable of detecting whether or not an oxidizing gas for air bleeding is normally supplied.
A reformer, a CO remover, an oxidizing gas supply device that supplies an oxidizing gas, a fuel cell that generates electricity using a hydrogen-containing gas sent from the CO removing device, an oxidation device, A first oxidizing gas channel 6 for mixing the oxidizing gas supplied from the gas supplier 4 with the hydrogen-containing gas supplied to the CO remover 2, and the first oxidizing gas channel 6 are branched. A second oxidizing gas channel 7 for mixing the oxidizing gas into the hydrogen-containing gas delivered from the remover 2, and a flow rate measuring device 5 provided in the first oxidizing gas channel downstream of the branch part; A valve 8 provided in the second oxidizing gas flow path downstream from the branching section and a controller 9 are provided, and the controller 9 is controlled to open the valve 8 during the operation of the oxidizing gas supplier 4. When the amount of change in the detected value of the flow rate measuring device 5 is smaller than a predetermined threshold value, the operation is stopped. A charge the battery system.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、水素含有ガスと酸素含有ガスとを利用して発電する燃料電池システムに関し、特に、水蒸気改質反応により炭化水素系の原料と水とから水素含有ガスを生成して発電に利用する燃料電池システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas, and in particular, generates a hydrogen-containing gas from a hydrocarbon-based raw material and water by a steam reforming reaction and uses it for power generation. The present invention relates to a fuel cell system.
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。 Conventionally, a fuel cell system capable of high-efficiency small-scale power generation is easy to build a system for using thermal energy generated during power generation. Development is progressing as a power generation system.
燃料電池システムでは、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池スタック(以下、単に燃料電池という)に、水素含有ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される水素含有ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この所定の電気化学反応が進行することにより、燃料電池において、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーに直接変換される。このようにして生じた電気的エネルギーを、燃料電池システムは、負荷に向けて出力する。 In a fuel cell system, during a power generation operation, a hydrogen-containing gas and an oxidant gas are supplied to a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a fuel cell) disposed as a main body of the power generation unit. Then, in the fuel cell, a predetermined electrochemical reaction proceeds by using hydrogen contained in the supplied hydrogen-containing gas and oxygen contained in the oxidant gas. As the predetermined electrochemical reaction proceeds, chemical energy of hydrogen and oxygen is directly converted into electrical energy in the fuel cell. The fuel cell system outputs the electric energy generated in this way toward the load.
ところで、燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスの供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されていない。そのため、従来の燃料電池システムには、通常、発電運転時に必要となる水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。 By the way, the supply means of the hydrogen-containing gas necessary for the power generation operation of the fuel cell system is not usually provided as an infrastructure. Therefore, a conventional fuel cell system is usually provided with a reformer for generating a hydrogen-containing gas that is required during power generation operation.
この改質器では、改質触媒において水蒸気改質反応が進行することにより、有機化合物を含む都市ガス等の原料と水とから水素含有ガスが生成される。この際、改質器が有する改質触媒は、加熱器により水蒸気改質反応の進行に適した温度に加熱される。加熱器は、例えば都市ガスと空気との混合ガスを燃焼することにより、改質器が有する改質触媒を加熱する。これにより、改質器では、都市ガス等の原料と水とから水素を含む水素含有ガスが効率良く生成される。燃料電池システムは、改質器が生成する水素含有ガスと酸素含有ガスとしての例えば空気を利用して発電を行う。 In this reformer, a hydrogen-containing gas is generated from a raw material such as a city gas containing an organic compound and water as a steam reforming reaction proceeds in the reforming catalyst. At this time, the reforming catalyst included in the reformer is heated to a temperature suitable for the progress of the steam reforming reaction by the heater. A heater heats the reforming catalyst which a reformer has, for example by burning the mixed gas of city gas and air. Thereby, in the reformer, a hydrogen-containing gas containing hydrogen is efficiently generated from the raw material such as city gas and water. The fuel cell system generates power using, for example, air as a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas generated by the reformer.
なお、改質器から生成する水素含有ガスには一酸化炭素が含まれているが、一酸化炭素によって燃料電池に含まれる触媒が被毒されるため、燃料電池での正常な発電が行えなくなる。そこで、改質器にて生成した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために、変成反応を行う変成器や、酸化反応を行うCO除去器を設けるのが一般的である。ここでは、特にCO除去器について述べる。 The hydrogen-containing gas produced from the reformer contains carbon monoxide, but the catalyst contained in the fuel cell is poisoned by the carbon monoxide, so that normal power generation in the fuel cell cannot be performed. . Therefore, in order to reduce the carbon monoxide concentration in the hydrogen-containing gas generated in the reformer, it is common to provide a shifter that performs a shift reaction and a CO remover that performs an oxidation reaction. Here, a CO remover will be described in particular.
水素含有ガスに酸化ガス供給器から供給された酸化ガス(例えば、空気)を混合し、CO除去器が有する酸化触媒にて酸化反応を行うことにより、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、一酸化炭素の濃度を低減することが出来る。しかしながら、CO除去器を通った後の水素含有ガスには、まだ10ppmほどの一酸化炭素が含まれており、燃料電池を長期間運転する場合、この濃度レベルでは燃料電池が被毒される。そこで、一酸化炭素をさらに除去するために、CO除去器にて処理された水素含有ガスに酸化ガスを供給し、燃料電池のアノード触媒にて一酸化炭素を酸化し除去する方法(以下、これをエアブリードと呼ぶ)が一般的に用いられている。 The hydrogen-containing gas is mixed with an oxidizing gas (for example, air) supplied from an oxidizing gas supplier, and an oxidation reaction is performed with an oxidation catalyst included in the CO remover, so that carbon monoxide contained in the hydrogen-containing gas is oxidized. It can be oxidized to carbon and the concentration of carbon monoxide can be reduced. However, the hydrogen-containing gas after passing through the CO remover still contains about 10 ppm of carbon monoxide. When the fuel cell is operated for a long period of time, the fuel cell is poisoned at this concentration level. Therefore, in order to further remove carbon monoxide, an oxidizing gas is supplied to the hydrogen-containing gas treated by the CO remover, and the carbon monoxide is oxidized and removed by the anode catalyst of the fuel cell (hereinafter referred to as this). Is called air bleed).
エアブリードを行う場合、CO除去器と燃料電池との間に、エアブリード用の酸化ガスを供給する必要があり、そのために、酸化ガス供給器と流量測定器が必要となる。しかしながら、エアブリード専用の酸化ガス供給器と流量測定器を設けると、燃料電池システムのコストが増加したり、装置の大型化などの課題が生じる。 When air bleed is performed, it is necessary to supply an oxidizing gas for air bleed between the CO remover and the fuel cell. For this purpose, an oxidizing gas supply device and a flow rate measuring device are required. However, if an oxidant gas supply device and a flow rate measuring device dedicated to air bleed are provided, the cost of the fuel cell system increases and the size of the apparatus increases.
そこで、エアブリード用の酸化ガス供給器を酸化空気用の酸化ガス供給器と共用する燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この提案された燃料電池システムの構成によれば、部品点数を減らし、コストダウンと装置の小型化を実現することが可能となる。そして、エアブリードを行うことにより、水素含有ガス中の一酸化炭素による燃料電池の被毒を防止することが可能となり、燃料電池での安定した発電を実現できる。 In view of this, a fuel cell system has been proposed in which an oxidizing gas supply device for air bleeding is shared with an oxidizing gas supply device for oxidizing air (see, for example, Patent Document 1). According to the configuration of the proposed fuel cell system, it is possible to reduce the number of parts, reduce the cost, and reduce the size of the apparatus. By performing air bleed, it becomes possible to prevent poisoning of the fuel cell due to carbon monoxide in the hydrogen-containing gas, and stable power generation in the fuel cell can be realized.
さらに、流量測定器はCO除去器へ酸化ガスを供給する経路にのみ設け、エアブリード用の酸化ガスはCO除去器用の流量測定器の上流で経路を分岐し、経路の圧損の差異により、酸化ガス量をそれぞれ最適な量に分けることができる。これにより、部品点数を削減し、コストダウンと装置の小型化を実現できる。
しかしながら、この提案された燃料電池システムでは、エアブリード経路に設けた弁を開放し、エアブリードをしようとする場合に、弁が固着していて開かなかったり、エアブリード経路の配管内に水が凝縮して詰まったりして、エアブリード用の酸化ガスを正常に送れなくなり、燃料電池を劣化させるという課題を有している。 However, in this proposed fuel cell system, when the valve provided in the air bleed path is opened and air bleed is to be performed, the valve is stuck and does not open, or water is in the piping of the air bleed path. There is a problem that the air bleed oxidizing gas cannot be normally sent due to condensation or clogging, and the fuel cell is deteriorated.
なお、エアブリード経路の弁は、燃料電池システムの起動時においてCO除去器にのみ酸化ガスを供給する場合や、燃料電池システムの起動動作において酸化ガス供給器より酸化ガスを供給していない状態においてCO除去器を通流する水蒸気を含んだガスがエアブリード経路に逆流することで生じる水詰まりを防止するために必要となるものであり、削除することは出来ない。 Note that the air bleed path valve is used when supplying the oxidizing gas only to the CO remover at the time of starting the fuel cell system, or when the oxidizing gas supplier is not supplying the oxidizing gas during the starting operation of the fuel cell system. This is necessary to prevent clogging caused by the backflow of gas containing water vapor flowing through the CO remover to the air bleed path, and cannot be deleted.
本発明は、上記従来の燃料電池システムの課題を考慮して、エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されていないことを検知し、燃料電池の劣化が進行することを抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above-described problems of the conventional fuel cell system, the present invention can detect that the oxidizing gas for air bleed is not normally supplied and suppress the progress of deterioration of the fuel cell. An object is to provide a fuel cell system.
上記目的を達成するために、第1の本発明は、
原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのCO除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記CO除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記CO除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第1の酸化ガス流路と、
前記第1の酸化ガス流路より分岐し、前記CO除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第2の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第1の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第2の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値に基づき、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システムである。
In order to achieve the above object, the first present invention provides:
A reformer that generates hydrogen-containing gas using raw materials;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas by an oxidation reaction;
An oxidizing gas supply for supplying oxidizing gas;
A fuel cell that generates electricity using the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A first oxidizing gas flow path for mixing the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supplier into the hydrogen-containing gas supplied to the CO remover;
A second oxidizing gas channel for branching from the first oxidizing gas channel and mixing the oxidizing gas into the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A flow rate measuring device provided in the first oxidizing gas flow path downstream from the branching portion;
A valve provided in the second oxidizing gas flow path downstream from the branch part;
With a controller,
The controller is a fuel cell system characterized in that the operation is stopped based on a detected value of the flow rate measuring device when the valve is controlled to open during operation of the oxidizing gas supply device.
又、第2の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする第1の本発明の燃料電池システムである。
The second aspect of the present invention is
The controller is configured to stop the operation when the amount of change in the detected value of the flow rate measuring device is larger than a predetermined threshold when the valve is opened during the operation of the oxidizing gas supply device. 1 is a fuel cell system according to a first aspect of the present invention.
又、第3の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の操作量を一定に制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする第2の本発明の燃料電池システムである。
The third aspect of the present invention
The controller controls the operating amount of the oxidant gas supply device to be constant and operates when the amount of change in the detected value of the flow meter when the valve is controlled to open is larger than a predetermined threshold value. Is a fuel cell system according to the second aspect of the present invention.
又、第4の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の操作量を増加させるよう制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする第2の本発明の燃料電池システムである。
The fourth aspect of the present invention is
The controller controls to increase the operation amount of the oxidizing gas supply device, and when the change amount of the detection value of the flow rate measuring device when controlling to open the valve is larger than a predetermined threshold, The fuel cell system according to the second aspect of the present invention is characterized in that the operation is stopped.
又、第5の本発明は、
前記制御器が、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器で検出される値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、異常の旨を報知する異常報知器を備えることを特徴とする第2の本発明の燃料電池システムである。
The fifth aspect of the present invention is
If the amount of change in the value detected by the flow meter when the controller controls to open the valve during the operation of the oxidizing gas supply device is larger than a predetermined threshold value, an error is indicated. A fuel cell system according to a second aspect of the present invention is provided with an abnormality alarm device for reporting.
又、第6の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器で検出される値の変化量が所定の閾値よりも大きいことが複数回以上継続した場合、運転を停止させることを特徴とする第2の本発明の燃料電池システムである。
The sixth aspect of the present invention
During the operation of the oxidizing gas supply device, the controller continues more than once that the amount of change in the value detected by the flow meter when the valve is controlled to open is greater than a predetermined threshold value. In this case, the fuel cell system according to the second aspect of the present invention is characterized in that the operation is stopped.
又、第7の本発明は、
原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのCO除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記CO除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記CO除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第1の酸化ガス流路と、
前記第1の酸化ガス流路より分岐し、前記CO除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第2の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第1の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第2の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値になるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システムである。
The seventh aspect of the present invention
A reformer that generates hydrogen-containing gas using raw materials;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas by an oxidation reaction;
An oxidizing gas supply for supplying oxidizing gas;
A fuel cell that generates power using the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A first oxidizing gas flow path for mixing the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supplier into the hydrogen-containing gas supplied to the CO remover;
A second oxidizing gas flow path for branching from the first oxidizing gas flow path and mixing the oxidizing gas into the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A flow rate measuring device provided in the first oxidizing gas flow path downstream from the branching portion;
A valve provided in the second oxidizing gas flow path downstream from the branch part;
With a controller,
The controller operates the oxidizing gas supply when controlling the opening of the valve while controlling the operation amount of the oxidizing gas supply so that the value detected by the flow measuring device becomes a predetermined value. The fuel cell system is characterized in that the operation is stopped when the amount of increase is smaller than a predetermined threshold.
又、第8の本発明は、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする第7の本発明の燃料電池システムである。
Further, the eighth aspect of the present invention is
The controller controls the operating amount of the oxidizing gas supplier so that the value detected by the flow meter is maintained at a predetermined value, and controls the oxidizing gas supplier to open the valve. The fuel cell system according to the seventh aspect of the present invention is characterized in that the operation is stopped when the increase amount of the manipulated variable is smaller than a predetermined threshold value.
又、第9の本発明は、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定量増加するよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする第7の本発明の燃料電池システムである。
The ninth aspect of the present invention provides
The controller controls the operating amount of the oxidizing gas supplier so that the value detected by the flow meter increases by a predetermined amount, and operates the oxidizing gas supplier when controlling the valve to open. The fuel cell system according to the seventh aspect of the present invention is characterized in that the operation is stopped when the amount of increase is smaller than a predetermined threshold value.
又、第10の本発明は、
前記制御器が、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器への操作量の制御指令値の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、異常の旨を報知する異常報知器を備えることを特徴とする第7の本発明の燃料電池システムである。
The tenth aspect of the present invention is
The oxidizing gas supply device when the controller controls to open the valve while controlling the operation amount of the oxidizing gas supply device so that the value detected by the flow rate measuring device is maintained at a predetermined value. A fuel cell system according to a seventh aspect of the present invention is provided with an abnormality notifier for notifying that an abnormality has occurred when the amount of increase in the control command value of the manipulated variable is smaller than a predetermined threshold value.
又、第11の本発明は、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さいことが複数回以上継続した場合、運転を停止させることを特徴とする第7の本発明の燃料電池システムである。
The eleventh aspect of the present invention is
The controller is configured to control the oxidant gas supply unit to open the valve while controlling the operation amount of the oxidant gas supply unit so that the value detected by the flow rate measuring device is maintained at a predetermined value. The fuel cell system according to the seventh aspect of the present invention is characterized in that the operation is stopped when the increase amount of the manipulated variable is smaller than a predetermined threshold value for a plurality of times.
本発明によれば、エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されていないことを検知し、燃料電池の劣化の進行を抑制することが可能な燃料電池システムを提供することが出来る。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can detect that the oxidizing gas for air bleeding is not supplied normally, and can suppress progress of deterioration of a fuel cell can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
先ず、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの構成、及び、エアブリード用酸化ガスを供給開始する際の基本的な動作について、図1を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the fuel cell system according to
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図1では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system according to
図1の改質器1は、都市ガス、LPG、灯油などの少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む原料と水から水素含有ガスを生成する装置であり、水蒸気改質反応を進行させる改質触媒や改質触媒の温度を検知するための温度センサを有している。温度センサとしては本実施の形態では熱電対を用いたが、温度を検知することができれば如何なるセンサでも構わない。また、水は、改質器1の外部にて加熱して水蒸気としてから供給しても構わないが、本実施の形態では改質器1内に水蒸発部が設けられている。又、改質器1に水を供給する水供給器16と、原料を供給する原料供給器17が設けられている。
The
また、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応を進行させるには熱を与える必要があるため、改質器1は加熱器1aを有しており、これにより改質触媒が加熱される。なお、加熱器としては、本実施の形態では燃焼バーナーが用いられ、燃料としては、改質器1を通過した原料や、燃料電池3のアノードから排出されたアノードオフガスが用いられる。なお、加熱することが出来れば、燃焼バーナーである必要はない。
Further, the steam reforming reaction is an endothermic reaction, and it is necessary to apply heat to advance the reaction. Therefore, the
CO除去器2は、改質器1で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための装置であり、水素含有ガス流路10によって改質器1と接続されている。CO除去器2内に設けられている酸化触媒にて、一酸化炭素と酸化ガス中の酸素を反応させて、二酸化炭素に変化させることで、一酸化炭素が低減される。この酸化ガスは酸化ガス供給器4により供給される。なお、本実施の形態では、酸化ガスの一例として空気を用いた。また、酸化ガス供給器4としては、空気ポンプを用いたが、酸化ガスを供給できれば如何なる構成でも構わない。
The
燃料電池3は、供給された水素含有ガスと酸化ガスを用いて発電する装置であり、水素含有ガス流路10によってCO除去器2と接続されている。図示しないが、燃料電池3には酸化剤ガスを供給する経路があり、ブロワなどにより酸化剤ガスとして空気が供給されている。また、燃料電池システムの起動動作時は、改質器1およびCO除去器2を通過した後の水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が高いため、燃料電池3には水素含有ガスを供給せず、燃料電池3をバイパスするバイパス経路15を通じて改質器1が有する加熱器1aに水素含有ガスを供給するように制御が行われる。このように加熱器1aで燃焼させることによって水蒸気改質反応に必要な熱が賄われる。
The fuel cell 3 is a device that generates electric power using supplied hydrogen-containing gas and oxidizing gas, and is connected to the
そして、改質器1およびCO除去器2が十分に温まり、十分に一酸化炭素濃度を低減した水素含有ガスを生成できるようになった時点で、燃料電池3に水素含有ガスを供給し始め、酸化剤ガスと反応させることで発電させる。また、このとき、水素含有ガス中の全ての水素が燃料電池3で発電に使用されるわけではない。そのため、余った水素を含む水素含有ガスは燃料電池3から排出されるアノードオフガスとして、アノードオフガス経路19を通じて改質器1の加熱器1aに供給され、改質触媒を加熱するエネルギーとして利用することで、エネルギーの有効利用を行い、効率的な発電を実現することが出来る。また、燃料電池3で発電をすると、電気と熱が発生する。この熱を有効に利用するために、水を流し、水等の熱媒体との熱交換により熱回収が行われている。図示しないが、このように熱回収した熱媒体(例えば、温水)は貯湯タンクなどに蓄えられ、お湯として利用される。
Then, when the
尚、バイパス経路15は、CO除去器2と燃料電池3の間の水素含有ガス流路10と、燃料電池3と加熱器1aを接続するアノードオフガス経路19とを接続するように配置されている。又、水素含有ガス流路10からバイパス経路15への分岐点には、流路切替器18が設けられている。この流路切替器18によって、CO除去器2を通過した後の水素含有ガスの供給先が、バイパス経路15側若しくは燃料電池3側に切り替えられる。
The
酸化ガス供給器4から供給される酸化ガスをCO除去器2に供給するために、酸化ガス供給器4とCO除去器2の上流の水素含有ガス流路10を接続する第1の酸化ガス流路6が、設けられている。CO除去器2に供給された酸化ガスは、改質器1で生成した水素含有ガスと混合され、CO除去器2にて一酸化炭素の低減に使われる。又、第1の酸化ガス流路6には弁13が設けられており、CO除去器2への酸化ガスの供給及び停止を行うことが出来る。
In order to supply the oxidizing gas supplied from the oxidizing
尚、酸化ガス流路6は本実施の形態ではCO除去器2の上流と接続しているが、改質器1で生成した水素含有ガスと混合が出来るならば、直接CO除去器2に酸化ガスが供給されるよう構成しても構わない。
In this embodiment, the oxidizing gas flow path 6 is connected to the upstream side of the
第1の酸化ガス流路6には流量測定器5が設けられている。この流量測定器5により、CO除去器2に供給される酸化ガスの量が測定され、制御器9により所定の酸化ガス量になるように酸化ガス供給器4が制御される。ここで、CO除去器2に供給する酸化ガスの量が多すぎると、水素含有ガス中の一酸化炭素だけでなく水素ガスも消費されてしまい、効率良く水素含有ガスを生成することが出来なくなる。また、酸化ガスの量が少なすぎると、水素含有ガス中の一酸化炭素を十分に低減することが出来なくなり、燃料電池3での発電に影響を及ぼす。
A flow
又、酸化ガス供給器4と流量測定器5との間の第1の酸化ガス流路6の分岐部14で分岐し、CO除去器2の下流の水素含有ガス流路10と合流する第2の酸化ガス流路7が設けられている。酸化ガス供給器4から供給される酸化ガスの流れは、分岐部14において酸化ガス供給器4からCO除去器2に酸化ガスを供給する第1の酸化ガス流路6と、酸化ガス供給器4からCO除去器2の下流側に酸化ガスを供給する第2の酸化ガス流路7とに分かれる。
Further, a second branch is formed at the
第2の酸化ガス流路7を通過した酸化ガスはCO除去器2の下流に供給され、CO除去器2で酸化されずにCO除去器2を通過した水素含有ガス中の微量な一酸化炭素を酸化反応により低減するために用いられる。本実施の形態では、CO除去器2を通過した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度はおよそ10ppmである。このわずかな一酸化炭素濃度でも燃料電池3を長期間運転する場合は被毒の影響が現れてしまう。そのため、燃料電池3のアノード触媒中に吸着した一酸化炭素を除去する必要があり、酸化ガスと燃料電池3のアノード触媒に吸着した一酸化炭素とを酸化反応させることによって一酸化炭素が除去される。
The oxidizing gas that has passed through the second oxidizing gas flow path 7 is supplied downstream of the
なお、第2の酸化ガス流路7には流量測定器5のようなガス流量計が用いられておらず、第1の酸化ガス流路6の流路圧損と第2の酸化ガス流路7の流路圧損との関係により、酸化ガス供給器4により送られた酸化ガスを所定の割合で分流するように設計されている。そして、流量測定器5で測定される酸化ガスの流量に基づき酸化ガス供給器4から供給する酸化ガスの量を調整することで、第2の酸化ガス流路7を通る酸化ガス流量も所望の量とすることができる。又、このように設計することで、第2の酸化ガス流路7上にガス流量計を設置する必要がなくなり、コストを削減すると共に、装置の小型化を実現することができる。なお、本設計は、第1の酸化ガス経路6からCO除去器2に供給される酸化ガスの量、及び第2の酸化ガス経路7からCO除去器2の下流の水素含有ガス流路10に供給される酸化ガスの量は、それぞれ個別に流量制御しなくても、CO除去器2に供給される水素含有ガス中の一酸化炭素濃度に対して、共に比例制御することで一酸化炭素を低減する目的が達成されることに基づく。
Note that a gas flow meter such as the flow
又、第2の酸化ガス流路7には弁8が設けられており、この弁8によって第2の酸化ガス流路7は開閉可能に構成されている。燃料電池システムの起動時において、CO除去器2が十分に温まっていないため、水素含有ガス中の一酸化炭素を十分に低減できない間は、燃料電池3に水素含有ガスが供給されず、バイパス経路15を介して燃料電池3をバイパスして加熱器1aに水素含有ガスが供給される。このため、弁8が閉じられて第2の酸化ガス流路7が閉止されており、CO除去器2にのみ酸化ガスが供給される。
The second oxidizing gas channel 7 is provided with a
また、起動時において燃料電池システム(特に、改質器1)の温度を上昇させている間に、改質器1を通過した後の水素含有ガスには多量の一酸化炭素が含まれている。その状態でCO除去器2に酸化ガスを供給するとCO除去器2の酸化触媒が過昇温してしまう可能性があり、酸化ガス供給器4を止める場合がある。このとき、一酸化炭素を多量に含んだ水素含有ガスが第2の酸化ガス流路7を逆流し、ひいては酸化ガス供給器4を介して大気に放出してしまう可能性があるため、第2の酸化ガス流路7は、弁8により酸化ガス供給器4に連動して閉止される。この場合は、第1の酸化ガス流路6の弁13も閉じられる。また、停止時・待機時においてシステム内部に含まれる可燃ガスが酸化ガス供給器4を介してシステム外部に漏出しないようにするために弁8及び弁13を閉じる必要がある。以上のような理由から、弁8は必要であり、取り除くことは出来ない。
In addition, the hydrogen-containing gas after passing through the
制御器9は、流量測定器5で計測された酸化ガスの流量を、現在の運転状態(例えば、燃料電池3の発電量)に対応する酸化ガスの目標流量にするために、酸化ガス供給器4の操作量を増減させる装置である。また、制御器9は、流量測定器5の検出値もしくは酸化ガス供給器4の操作量もしくは酸化ガス供給器4への操作量の制御指令値をもとに弁8の異常を検知したり、燃料電池システムを停止する制御も行う。本実施の形態では制御器9の構成としては、マイコン等の演算装置であり、CPU等からなる演算部(図示せず)を有している。制御器9は所定の動作を行うことができれば如何なる構成でも構わない。
The
又、制御器9によって、正常に酸化ガスを水素含有ガス流路10に供給できていない旨の異常が検知された場合に、ユーザーやメンテナンス会社に異常発生の旨を知らせる異常報知器12が設けられている。
In addition, when the
次に、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムがエアブリード用酸化ガスを供給開始するまでの基本的な起動動作について説明する。図2は、本実施の形態1の燃料電池システムの制御フローを示す図である。
Next, a basic start-up operation until the fuel cell system according to
燃料電池システムの起動動作では、制御器9は、図2のS1に示すように、はじめに改質器1を加熱器1aにより加熱し、改質器1を水素含有ガスを生成するのに適した温度に上昇させる。具体的には、改質器1を加熱するために、制御器9により原料供給器17から改質器1に供給開始される。そして、流路切替器18により改質器1内を流通した原料が燃料電池3をバイパスするバイパス経路15を通過した後、加熱器1aに供給され、燃焼される。改質器1内に原料を通す理由は改質器1及びCO除去器2を内部から加熱する熱媒体として原料を用いるためであり、原料を改質器1内を通さず直接加熱器に供給しても構わない。
In the start-up operation of the fuel cell system, the
次に、水蒸気が改質器1に供給されるが、改質器1内に含まれる原料は水の無い状態で所定温度以上に加熱されると、原料中の炭素成分が析出して改質器1の流路が詰まったり、改質触媒を劣化させるため、改質器1の温度が原料中の炭素が析出しない上限温度未満にて改質器1に水蒸気が供給開始される。なお、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、上記上限温度未満にて水供給器16より水が改質器1に供給されるよう制御器9により制御される(S2)。
Next, steam is supplied to the
又、本実施の形態では、加熱器1aの熱により水を水蒸気にしているため、水供給器16より水の供給が開始される際には、水蒸発部が水を蒸発できる温度になるように加熱器1aから出る熱が配分される。なお、本実施の形態では、水供給器16より改質器1に水の供給を開始する改質器1の温度を400℃としたが、炭素が析出しない上限温度未満で水蒸発可能な温度であれば如何なる温度でも構わない。また、この温度は改質器1の構成や温度検知手段の取り付け位置などにより異なってくる。
Moreover, in this Embodiment, since water is made into water vapor | steam with the heat | fever of the heater 1a, when supply of water is started from the
このように改質器1に原料と水蒸気を供給すると、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成し始める。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、改質触媒の温度により生成する水素濃度や一酸化炭素濃度が異なってくる。そして、制御器9は、改質器1内の温度が十分に温まり、水素含有ガス中の水素濃度が増加し始めてから、弁13を開放し、酸化ガス供給器4を動作させることにより、第1の酸化ガス流路6を経由して、CO除去器2に酸化ガスが供給される(S3)。
When the raw material and steam are supplied to the
一方、CO除去器2で行われる酸化反応も平衡反応であるため、CO除去器2は、反応を進めるために必要な温度までヒーターなどにより加熱される。なお、CO除去器2の構成によっては、改質器1から送出されるガスが保有する熱を利用して温めることも可能であり、必ずしもヒーターなどの加熱手段はなくても構わない。CO除去器2により一酸化炭素の濃度が低減されるが、CO除去器2に酸化ガスを供給し始めたばかりの時は、酸化触媒の温度が均一に温まっていないことや、改質器1がまだ十分に温まっておらず高濃度の一酸化炭素が送られてくるなどの理由から、CO除去器2を通過した後の水素含有ガス中の一酸化炭素濃度はまだ十分に低減されていない。そのため、改質器1とCO除去器2がともにそれぞれの最適な反応温度に上昇した後、流路切替器18がバイパス経路15側から燃料電池3側に切り替えられ、燃料電池3に水素含有ガスの供給が開始されることになる。
On the other hand, since the oxidation reaction performed in the
CO除去器2が反応温度に上昇した後も、CO除去器2を通過した後の水素含有ガスには約10ppmの一酸化炭素が含まれており、この一酸化炭素による燃料電池3のアノード被毒を抑制するために、第2の酸化ガス流路7からCO除去器2を通過した後の水素含有ガスに酸化ガスを供給する必要がある。
Even after the
第2の酸化ガス流路7からの酸化ガスの供給を開始するタイミングは、第1の酸化ガス流路6からの酸化ガスの供給を開始してから、燃料電池3に水素含有ガスの供給を開始する直前までの間であって、燃料電池3に供給する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を十分に低減できるタイミングであればよい。本実施の形態では、第1の酸化ガス流路6から酸化ガスの供給を開始した後、酸化ガスの流量が安定してから供給開始することとした。安定時間としては、1分間としたが、時間は装置構成により異なるため、この限りではない。 The timing for starting the supply of the oxidizing gas from the second oxidizing gas flow path 7 is that the supply of the hydrogen-containing gas to the fuel cell 3 is started after the supply of the oxidizing gas from the first oxidizing gas flow path 6 is started. The timing is just before the start, as long as it can sufficiently reduce the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell 3. In the present embodiment, after the supply of the oxidizing gas from the first oxidizing gas channel 6 is started, the supply is started after the flow rate of the oxidizing gas is stabilized. The stabilization time is 1 minute, but this is not limited because the time varies depending on the apparatus configuration.
第2の酸化ガス流路7からの酸化ガスの供給は、酸化ガス供給器4から第1の酸化ガス流路6に酸化ガスが供給されている状態で、制御器9の制御信号により弁8を閉止状態から開放状態にすることで開始される。第1の酸化ガス流路6と第2の酸化ガス流路7に流れる酸化ガスの量の分配比がおよそ4.5:1となるように各々の流路の抵抗が設計されている。この分配比は、弁8、弁13が完全に開放され、第1の酸化ガス流路6、及び第2の酸化ガス流路7に凝縮水などによる詰まりが発生していない状態で実現される。尚、酸化ガス量の分配比はCO除去器2を通った後の水素含有ガス中の一酸化炭素の量や燃料電池の耐被毒性能により変更する必要が生じる。そのため、酸化ガスの分配比は上記比率の限りでなく、それぞれの装置構成に適した比率とすればよい。
The supply of the oxidizing gas from the second oxidizing gas channel 7 is performed by the control signal of the
なお、流量制御の精度で言えば、通常、CO除去器2で水素含有ガス中のCO濃度を所望の濃度にまで確実に低減させ、さらに残った微量(通常、10ppm程度)の一酸化炭素によるアノード触媒被毒をエアブリードによって抑制するよう設計されるので、第1の酸化ガス流路6に供給する酸化ガスの方が、第2の酸化ガス流路7から供給する酸化ガスよりも、目標流量に対する誤差の許容幅が小さい。例えば、本実施の形態では、第1の酸化ガス流路6に許される誤差範囲が±10%であるのに対し、第2の酸化ガス流路7に許される誤差範囲は±30%である。その理由から、流量測定器5はより厳しい流量制御が必要な第1の酸化ガス流路6に設置するのが望ましい。なお、許容される誤差範囲は、装置構成や設計余裕度などにより異なってくるため、この範囲に限定されるものではない。
In terms of the accuracy of flow control, the CO concentration in the hydrogen-containing gas is normally reliably reduced to a desired concentration by the
次に、正常にエアブリードが実施されているか否かを検知する方法について説明する。 Next, a method for detecting whether or not air bleed is normally performed will be described.
上述したように、弁8を開放することによりCO除去器2の下流側に酸化ガスの供給を行うが、弁8が正常に動作せず完全に開放されない場合や、凝縮水等によって第2の酸化ガス流路7が詰まっている場合には、第2の酸化ガス流路7から所定量の酸化ガスを供給することが出来ず、エアブリードを正常に実施することが出来なくなる。従って、エアブリードを正常に行い、燃料電池3の劣化が進行することを抑制するために、第2の酸化ガス流路7から酸化ガスを供給開始した際に所定量の酸化ガスが供給されているか否かを確認する必要がある。
As described above, the oxidant gas is supplied to the downstream side of the
本実施の形態における燃料電池システムは、制御器9が酸化ガス供給器4の操作量を一定に制御しながら、弁8に開放指令を発してエアブリードを開始する際の流量測定器5の検出値に基づきエアブリード動作の異常検知が実施される。
In the fuel cell system according to the present embodiment, the flow
弁8が閉じている状態では、酸化ガス供給器4の操作量を一定に制御しておけば、流量測定器5で測定される流量値もほぼ一定値となる。その状態から、酸化ガス供給器4の操作量を一定に保ったまま、弁8を開放すると、同一能力で送られる酸化ガスが分岐されて第1の酸化ガス流路6と第2の酸化ガス流路7に流れるため、流量測定器5に流れる酸化ガスは少なくなる。
In a state in which the
しかしながら、弁8が正常に動作せず、制御器9が開放指令を発しても閉止状態のままである場合や、第2の酸化ガス流路7が詰まっている場合には、流量測定器5に流れる酸化ガスの量は変化しないか、もしくは、第1の酸化ガス経路6を流れる酸化ガスの流量の減少量が想定される値よりも小さくなる。このように、エアブリードを開始するために、制御器9が、弁8を閉止状態から開放状態にする開放指令を発した時、第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが正常に流通するか否かによって流量測定器5で検出される流量の変化量が異なる。
However, if the
本実施の形態では、流量測定器5によって検出される検出値に基づいて、エアーブリードが正常に行われているか否かが検知される。
In the present embodiment, whether or not air bleed is normally performed is detected based on the detection value detected by the flow
図2に示すS3で、弁13を開放し、第1の酸化ガス流路6を通じて酸化ガスが供給された後、酸化ガスの流量が安定した状態において、流量A(弁8に対する開放指令前)が流量検出器5によって検出される(図2のS6参照)。
In S3 shown in FIG. 2, after the
次に、流量Aの計測後、制御器9は、弁8に対して開放指令を発する(S7)。
Next, after measuring the flow rate A, the
続いて、弁8に対して開放指令を発した後の流量Bが、流量測定器5によって計測される(S6)。
Subsequently, the flow rate B after the opening command is issued to the
ここで、本実施の形態では、本発明の「流量測定器の検出値の変化量」として、流量測定器5によって検出される酸化ガスの流量の変化量が下記式(1)のように定義される。尚、この変化量Xは、絶対値ではなく正又は負の値を有する相対値である。
Here, in the present embodiment, the change amount of the flow rate of the oxidizing gas detected by the flow
変化量X=弁8に対する開放指令後の流量B―弁8に対する開放指令前の流量A・・・(式1)
次に、S7にて制御器9は、流量Aと流量Bから変化量Xを演算する。そして、S8にて、変化量Xと予め設定されている閾値Zの比較を行い、変化量Xが閾値Zよりも大きい場合、すなわち式(2)を満たしている場合には、エアブリードを正常に実施することが出来ていないと判定する。
Change X = flow rate B after opening command for
Next, the
変化量X>閾値Z・・・(式2)
又、弁8が全く動作しない場合や、第2の酸化ガス流路7が完全に詰まっている場合等のように、第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが全く流通しない時の変化量をXoとし、弁13が完全に開放され、第1の酸化ガス流路6及び第2の酸化ガス流路7に凝縮水などによる詰まりが発生していない状態(上述した分配比で酸化ガスが流れる状態)における変化量をXpとすると、閾値Zは、例えば、XoとXpの中央の値に設定することが出来る。尚、この閾値は、装置構成や酸化ガスの分岐の仕方などにより、値は異なってくるため、その値に限られるものではなく、酸化ガス供給器4から供給される酸化ガス量に応じて設定される燃料電池3の触媒性能を劣化させないようなエアーブリードを実現できる所定の閾値以上の酸化ガス量が供給されるときに示される値であればよい。従って、弁8が完全には開放されていない場合であっても、変化量Xが閾値Z以下である場合には、正常と判定されることになる。なお、上述において、上記所定の閾値は、酸化ガス供給器4からの供給される酸化ガス量に応じて設定されるとしたが、これに限定されず、例えば、燃料電池3の発電量、改質器1への原料供給量など、酸化ガス供給器4からの酸化ガスの供給量に比例する各パラメータの値に応じて設定されても構わない。
Change amount X> threshold value Z (Expression 2)
Further, the amount of change when no oxidizing gas flows through the second oxidizing gas flow path 7 as in the case where the
以下に、上記判定について、具体的な数値を例に挙げて説明を行う。 Hereinafter, the determination will be described using specific numerical values as examples.
酸化ガス供給器4からの酸化ガスの操作量を1.65(NL/min)とすると、弁13が開放された後、弁8が開放される前には、第1の酸化ガス流路6中を流れる酸化ガスの流量Aも1.65(NL/min)となっている。
Assuming that the operating amount of the oxidizing gas from the oxidizing
一方、弁8に対して開放指令を行い、弁8が完全に開放状態となり、第2の酸化ガス流路7の詰まりもない場合には、第1の酸化ガス流路6と第2の酸化ガス流路7の分配比は4.5:1であるため、第1の酸化ガス流路6中を流れる酸化ガスの流量Bは1.35(NL/min)となり、第2の酸化ガス流路7中を流れる酸化ガスの流量は0.3(NL/min)となる。そのため、弁8に対する開放指令後、流量測定器5は、1.35(NL/min)という値を検出することになる。
On the other hand, when the opening command is issued to the
従って、弁8が完全に開放状態となり、第2の酸化ガス流路7に詰まりがない場合には、変化量Xpは、―0.3(=1.35―1.65)となる。
Therefore, when the
一方、例えば弁8が故障して全く動作しない場合や、第2の酸化ガス流路7が完全に詰まっている場合には、第2の酸化ガス流路7中に酸化ガスが全く流通しないため、酸化ガス流路の流量Bは1.65(NL/min)となり、変化量Xoは、0(=1.65−1.65)となる。
On the other hand, for example, when the
そこで、閾値Zを例えば―0.15と設定すると、制御器9は、(式1)によって算出する変化量Xが、閾値Zである―0.15よりも大きい場合には、正常にエアブリードが実施されていないと判定することが出来る。
Therefore, when the threshold value Z is set to, for example, -0.15, the
このような制御により、制御器9から弁8に対して開放指令を送っても弁8が開かなかった場合や、第2の酸化ガス流路7が水などにより詰まってしまった場合等によるエアブリード動作の異常を検知することが可能である。
By such control, air is generated when the
尚、図2のS9に示すように、エアブリードが正常に実施されていると判定された場合には、CO除去器2を通過した水素含有ガスが燃料電池3に供給され発電が開始されるが、正常に実施されていないと判断された場合には、燃料電池システムとして次の制御が行われる。一つの対応として、運転が停止される。このまま運転を継続したならば、燃料電池3のアノード触媒の被毒が進行させる恐れがあるからである。
As shown in S9 of FIG. 2, when it is determined that the air bleed is normally performed, the hydrogen-containing gas that has passed through the
また、もう一つの対応として、異常報知器12によって異常が報知される(S10)。異常報知先としては、燃料電池システムの操作リモコン(図示せず)などに報知することにより機器を使用している使用者に報知したり、燃料電池システムのメンテナンスなどを行う会社などに報知することで、使用者やメンテナンス会社等に燃料電池システムの異常に対して適切な対処を促す方法がある。なお、上記適切な対処とは、例えば、使用者であれば、燃料電池システムの停止ボタンを押してシステムを停止させたり、またはメンテナンス会社に連絡することを意味し、メンテナンス会社であれば、インターネット回線等を通じて異常が報知された燃料電池システムに停止信号を出力したり、または異常が報知された燃料電池システムのメンテナンスにメンテナンスマンが向かうことを意味する。 Further, as another measure, an abnormality is notified by the abnormality notifier 12 (S10). As an abnormality notification destination, notify a user who is using the device by notifying an operation remote controller (not shown) of the fuel cell system, or notifying a company that performs maintenance of the fuel cell system, etc. Therefore, there is a method for prompting the user, a maintenance company, etc. to appropriately deal with the abnormality of the fuel cell system. For example, if the user is a user, the user can press the stop button of the fuel cell system to stop the system or contact the maintenance company. This means that a stop signal is output to the fuel cell system in which an abnormality has been notified through, or the maintenance man is heading for the maintenance of the fuel cell system in which the abnormality has been notified.
また、異常を検知した場合に、すぐに異常を確定せずに、数回弁8を開閉動作させ、それでも異常が解消されないならば、異常を確定し、運転を停止させてもよい。また、異常による運転停止が数回起きた時点で異常を報知してもよい。また、異常を検知した場合は、上述のように運転を停止するとともに、異常を報知してもよいし、いずれか一方であってもよい。
Further, when an abnormality is detected, the
以上のように、エアブリードが正常に動作しているか確認しているため、燃料電池に確実にエアブリード用の酸化ガスを供給しながら運転することが出来るので、一酸化炭素による被毒の影響を抑制し、より長期間に渡り好適に運転可能な燃料電池システムを提供することが出来る。 As described above, since it is confirmed that the air bleed is operating normally, the fuel cell can be operated while reliably supplying the oxidizing gas for the air bleed. Thus, it is possible to provide a fuel cell system that can be suitably operated for a longer period of time.
尚、本実施の形態では酸化ガス供給器4の操作量を一定値に制御しながら、弁8の動作確認を行う方法について記載したが、あえて一定値に制御しない場合であっても、弁8の開閉によって流量測定器5で測定される流量の変化量が、所定の値に達しなければ、弁8が異常であると判断してもよい。
In the present embodiment, the method for checking the operation of the
例えば、酸化ガス供給器4の操作量を増加させるように制御が行われてもよい。以下に、増加させるように制御した場合について、具体的な数値を例に挙げて説明する。
For example, the control may be performed so as to increase the operation amount of the oxidizing
(操作量増加制御の例1)
以下に、操作量増加制御の説明例1として弁8を閉じている状態における酸化ガスの供給量(流量A)を1.65(NL/min)とし、制御器9が弁8の開放指令とともに酸化ガス供給量が2.2(NL/min)に増加するよう酸化ガス供給器4の操作量を増加制御した場合を例に挙げて説明する。
(Example 1 of operation amount increase control)
Hereinafter, as an explanation example 1 of the operation amount increase control, the supply amount (flow rate A) of the oxidizing gas in the state where the
この場合、酸化ガス供給器4の操作量の増加後に、弁8が正常に開状態となり、第2の酸化ガス流路7が詰まっていない状態では、増加された供給量2.2(NL/min)が分配され、第1の酸化ガス流路6中を流れる酸化ガスの流量Bは、1.8(NL/min)となり、第2の酸化ガス流路7中を流れる酸化ガスの流量は、0.4(NL/min)となる。従って、制御器9によって、変化量Xpは+0.15(1.8−1.65)と演算される。
In this case, in the state where the
一方、弁8が故障したり、第2の酸化ガス流路7が水で詰まっているため、第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが全く流れない場合には、第1の酸化ガス流路6を流れる酸化ガスの流量Bは、2.2(NL/min)となる。従って、変化量Xoは、+0.55(2.2−1.65)となる。
On the other hand, if the
そこで、例えば閾値を+0.35と設定すると、制御器9が(式1)によって算出する変化量が、閾値Zである+0.35より大きい場合には、弁8が故障していると判断される。
Therefore, for example, if the threshold value is set to +0.35, if the change amount calculated by (Equation 1) by the
このように酸化ガス供給器4の操作量を増加させるように制御した場合であっても、実施の形態のように酸化ガスの操作量を一定に保つように制御した場合であっても、変化量を(式1)のように、絶対値とせず相対値として正負の値の区別を設けたことで、流量測定器5によって検出される値から計算された変化量が、所定の閾値よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判断することが出来る。
Even when the operation amount of the oxidant
(操作量増加制御の例2)
更に、増加制御の例2として、酸化ガス供給器4の操作量を増加させるように変更した例として、弁8を閉じている状態における酸化ガスの供給量(流量A)を1.65(NL/min)とし、制御器9が弁8の開放指令とともに酸化ガス供給量が1.76(NL/min)に増加するよう酸化ガス供給器4の操作量を増加させる場合について説明する。
(Example 2 of operation amount increase control)
Further, as an example 2 of the increase control, as an example in which the operation amount of the oxidizing
この場合、酸化ガス供給器4の操作量の増加後に、弁8が完全に開放状態となり、第2の酸化ガス流路7が詰まっていない状態では、増加された供給量1.76(NL/min)が2つの流路に分配され、第1の酸化ガス流路6中を流れる酸化ガスの流量Bは、1.44(NL/min)となり、第2の酸化ガス流路7中を流れる酸化ガスの流量は、0.32(NL/min)となる。従って、制御器9によって、変化量Xpは−0.21(1.44−1.65)と演算される。
In this case, after the operating amount of the oxidizing
一方、第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが全く流れない場合には、第1の酸化ガス流路6を流れる酸化ガスの流量Bは、1.76(NL/min)となる。従って、変化量Xoは、+0.11(1.76−1.65)となる。 On the other hand, when no oxidizing gas flows through the second oxidizing gas flow path 7, the flow rate B of the oxidizing gas flowing through the first oxidizing gas flow path 6 is 1.76 (NL / min). Therefore, the change amount Xo is +0.11 (1.76-1.65).
そこで、例えば閾値を−0.05と設定すると、制御器9が式(1)によって算出する変化量Xが、閾値Zである−0.05より大きい場合には、エアブリードが正常に行われていないと判定される。
Therefore, for example, if the threshold value is set to −0.05, the air bleed is normally performed when the change amount X calculated by the
このように、酸化ガス供給器4の操作量の増加の程度によって、変化量は、負の値となる場合もあるが、増加量が正の値となる場合と同様に、流量測定器5によって検出される値から計算された変化量が、所定の閾値よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
As described above, the amount of change may be a negative value depending on the degree of increase in the amount of operation of the oxidizing
又、酸化ガス供給器4の操作量を減少させるように酸化ガス供給器4の制御が行われても良い。以下に、酸化ガスの操作量を減少させるように制御した場合について、具体的な数値を挙げて説明する。
Further, the control of the oxidizing
(操作量減少制御の例)
弁8を閉じている状態における酸化ガスの供給量(流量A)を1.65(NL/min)とし、制御器9が弁8の開放指令とともに酸化ガス供給量を1.10(NL/min)に減少させるよう酸化ガス供給器4の操作量を減少させた場合を例に挙げて説明する。
(Example of manipulated variable reduction control)
The supply amount (flow rate A) of the oxidizing gas when the
この場合、酸化ガス供給量の減少後に、弁8が正常に開状態となり、第2の酸化ガス流路7が詰まっていない状態では、第1の酸化ガス流路6中を流れる酸化ガスの流量Bは、0.9(NL/min)となり、第2の酸化ガス流路7中を流れる酸化ガスの流量は、0.2(NL/min)となる。従って、制御器9によって、変化量Xpは−0.75(0.9−1.65)と演算される。
In this case, the flow rate of the oxidizing gas flowing through the first oxidizing gas channel 6 in a state where the
一方、第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが全く流れない場合には、第1の酸化ガス流路6を流れる酸化ガスの流量Bは、1.10(NL/min)となる。従って、変化量Xoは、−0.55(1.10−1.65)となる。 On the other hand, when no oxidizing gas flows through the second oxidizing gas flow path 7, the flow rate B of the oxidizing gas flowing through the first oxidizing gas flow path 6 is 1.10 (NL / min). Therefore, the change amount Xo is −0.55 (1.10-1.65).
そこで、例えば閾値を−0.65と設定すると、制御器9が(式1)によって算出する変化量が、閾値である−0.65より大きい場合には、弁8が故障していると判定される。
Therefore, for example, when the threshold value is set to −0.65, it is determined that the
このように所定量を減少させるように制御した場合であっても、酸化ガス供給器4の操作量を増加するように制御した場合と同様に、流量測定器5によって検出される値から計算された変化量が、所定の閾値よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
Even when it is controlled to decrease the predetermined amount in this way, it is calculated from the value detected by the flow
以上の結果を下記の表1にまとめる。 The above results are summarized in Table 1 below.
この(表1)の各説明例から分かるように、酸化ガス供給器4の操作量が一定である場合、増加する場合、及び減少する場合のいずれの場合においても、(式1)によって計算される相対的な変化量を用いることによって、同一の判定式(式2)を用いて、エアブリードが正常に実施されているか否かを判定することが出来る。なお、本発明の「流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合」とは、弁8を開制御する際に、「流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい」状況を指し、その状況を検出可能であれば、上述の判定方法に依らず、いずれの方法であっても構わない。
As can be seen from the respective explanation examples in (Table 1), when the operation amount of the oxidizing
例えば、本実施の形態では、(式1)を用いているが、(式1)とは逆に弁8に対する開放指令前の流量Aから弁8に対する開放指令後の流量Bを引いても良い。但し、この場合は、(式2)の不等号の向きが反対となり、変化量が、所定の閾値よりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定される。
For example, in the present embodiment, (Equation 1) is used, but conversely to (Equation 1), the flow rate B after the opening command for the
又、上記実施の形態では、(式1)のように変化量を定義し、正負の値を有しているが、(式1)の絶対値である絶対変化量を用いて判定を行っても良い。この場合、本実施の形態で説明した数値を用いて説明すると、酸化ガスの供給量が1.65(NL/min)という値になるよう酸化ガス供給器4の操作量を一定に保持した状態で弁8に開放指令を発すると、弁8が正常に開くとともに第2の酸化ガス流路7の詰まりもない場合、絶対変化量は0.3(NL/min)となる。一方、弁8が故障して開かず第2の酸化ガス流路7に全く酸化ガスが流れない場合には、絶対変化量は0となる。そこで、閾値を0.15(NL/min)とし、絶対変化量が閾値よりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
In the above embodiment, the amount of change is defined as in (Equation 1) and has a positive / negative value, but the determination is performed using the absolute change amount that is the absolute value of (Equation 1). Also good. In this case, when described using the numerical values described in the present embodiment, the operating amount of the oxidizing
一方、酸化ガスの供給量を1.65(NL/min)から2.2(NL/min)に増加するよう酸化ガス供給器4の操作量を増加させる場合には、弁8が正常に開くとともに第2の酸化ガス流路7の詰まりもない場合、絶対変化量は0.15(NL/min)となる。一方、第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが全く流れない場合には、絶対変化量は、0.55(NL/min)となる。そこで、閾値Zを0.35(NL/min)と設定すると、絶対変化量が0.35よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
On the other hand, when the operating amount of the oxidizing
このように絶対変化量を用いた場合には、相対的な変化量を用いた場合と異なり、酸化ガスの供給量を一定に制御する場合や、所定量増加する場合等、制御によって(式2)に示す判定式を適宜変更する必要がある。
When the absolute change amount is used in this manner, unlike the case where the relative change amount is used, the control is performed according to the control (
また、上述のような変化量を用いず、流量測定器5の検出値そのものに基づきエアブリード動作の異常を検知しても構わない。これは、(式1)及び(式2)を用いて導き出される(式3)に示されるように、閾値Zを弁8を閉じている状態における酸化ガスの流量Aに加算した値を閾値Z’として設定し、本閾値Z’よりも弁8に対する開放指令後の酸化ガスの流量Bが大きい場合に、エアブリードが正常に実施することが出来ていないと判定される。
Moreover, you may detect abnormality of an air bleed operation | movement based on the detected value itself of the
弁8に対する開放指令後の流量B>閾値Z+弁8に対する開放指令前の流量A=閾値Z’・・・(式3)
例えば、上述の本実施の形態で説明した数値を用いて説明すると、酸化ガスの供給量が1.65(NL/min)という値になるよう酸化ガス供給器4の操作量を一定に保持した状態で弁8に開放指令を発する場合に設定される閾値Zは、−0.15であるから、閾値Z’は、1.5(NL/min)となる。従って、弁8に対する開放指令後の流量Bが上記閾値Z’よりも大きい場合には、エアブリード動作が正常に実施されていないと判定することが出来る。
Flow rate B after opening command for
For example, when described using the numerical values described in the above-described embodiment, the operation amount of the oxidizing
一方、酸化ガスの供給量を1.65(NL/min)から2.2(NL/min)に増加させるよう酸化ガス供給器の操作量を増加させる場合に設定される閾値Zは、0.35であるから、閾値Z’は、2.0となる。 On the other hand, the threshold value Z set when the operating amount of the oxidizing gas supply unit is increased so as to increase the supply amount of the oxidizing gas from 1.65 (NL / min) to 2.2 (NL / min) is 0. Since it is 35, the threshold value Z ′ is 2.0.
従って、弁8に対する開放指令後の流量Bが上記閾値Z’よりも大きい場合には、エアブリード動作が正常に実施されていないと判定することが出来る。
Therefore, when the flow rate B after the opening command to the
以上のように、変化量を用いず、流量測定器5の検出値そのものを(式3)に示すような閾値Z’と比較することでエアブリード動作の異常を検知することも可能である。
As described above, it is also possible to detect an abnormality in the air bleed operation by comparing the detection value itself of the flow
(実施の形態2)
以下に、本発明にかかる実施の形態2における燃料電池システムについて説明する。本実施の形態の燃料電池システムは、実施の形態1と基本的な構成は同じであるが、正常にエアブリードが実施されていないことを判定する際の判定方法が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
The fuel cell system according to
本実施の形態の燃料電池システムでは、例えば、流量測定器5で測定される値を一定値となるように酸化ガス供給器4の操作量を調整しながら、弁8を開放状態にしてエアブリードを開始する場合において正常にエアブリードが実施されているか否かの判定が行われる。
In the fuel cell system of the present embodiment, for example, while adjusting the operation amount of the oxidizing
上記の場合、弁8が閉じている状態では、流量測定器5での測定値が一定値となるように酸化ガス供給器4を制御する場合、その操作量はほぼ一定値となる。このような状態から、流量測定器5での測定値を一定値となるように制御したまま、弁8を開放状態にした場合、第1の酸化ガス流路6と第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが流れるようになるため、酸化ガス供給器4の操作量を上げなければ流量測定器5で測定される値を一定に保つことはできない。
In the above case, in the state where the
しかしながら、弁8が正常に動作せず、制御器9が、開放指令を発しても閉止状態のままであった場合や、第2の酸化ガス流路7が凝縮水によって詰まっている場合には、酸化ガス供給器4の操作量を変化させなくても流量測定器5で測定される流量は一定となるか、もしくは、第1の酸化ガス経路6を流れる酸化ガスの流量の減少量が想定される値よりも小さくなる。このことから、エアブリードを開始するために、弁8を閉止状態から開放状態にした時、酸化ガス供給器4の操作量が所定の値以上に変化しなければ、エアブリードが正常に行われていないと判定できる。
However, when the
本実施の形態では、酸化ガス供給器4の操作量の変化が下記(式4)のように定義される。
In the present embodiment, the change in the operation amount of the oxidizing
変化量Y=弁8に対する開放指令後の操作量D―弁8に対する開放指令前の操作量C・・・(式4)
すなわち、制御器9は、弁13を開放した後、流量測定器5によって測定される流量が安定した状態における酸化ガス供給器4の操作量Cと、弁8に対して開放指令を発した後の操作量Dから変化量Yを演算する。この演算された変化量Yは、絶対値ではなく正又は負の値を有する相対値である。
Change Y = Operation amount D after opening command for
That is, after opening the
次に、制御器9は、変化量Yと予め設定されている閾値Wの比較を行い、変化量Yが閾値Wよりも小さい場合、すなわち、下記(式5)を満たす場合には、エアブリードを正常に実施することが出来ていないと判定する。
Next, the
変化量Y<閾値W・・・(式5)
又、弁8が全く動作しない場合や、第2の酸化ガス流路7が完全に詰まっている場合等のように、第2の酸化ガス流路7に酸化ガスが全く流通しない時の酸化ガス供給器4の操作量の変化量をYoとし、弁13が完全に開放され、第1の酸化ガス流路6及び第2の酸化ガス流路7に凝縮水などによる詰まりが発生していない状態(上述した分配比で酸化ガスが流れる状態)における酸化ガス供給器4の操作量の変化量をYpとすると、閾値Wは、例えば、YoとYpの中央の値に設定することが出来る。尚、閾値は、装置構成や酸化ガスの分岐の仕方などにより、値は異なってくるため、その値に限られるものではない。
Change amount Y <threshold value W (Expression 5)
Further, the oxidizing gas when no oxidizing gas flows through the second oxidizing gas flow path 7 as in the case where the
上記判定について、具体的な数値を例に挙げて説明を行う。 The determination will be described using specific numerical values as examples.
ここで、流量測定器5で検出される値を1.35(NL/min)に保持するように制御が行われる場合、弁8を開放する前は、酸化ガス供給器4が、例えばブロアの場合、操作量Cは、回転数R1(rpm)となる。
Here, when control is performed so that the value detected by the flow
弁8に開放指令が行われ、弁8が正常に開放状態となり、第2の酸化ガス流路7に詰まりが発生していない場合には、実施の形態1で述べたように、第1の酸化ガス流路6と第2の酸化ガス流路7の分配比は4.5:1であるので、流量測定器5によって検出される値を1.35(NL/min)に維持しようとすると、制御器9は、1.65(NL/min)の流量に対応する回転数R2(rpm)になるように酸化ガス供給器4を制御する必要がある。そのため、酸化ガス供給器4の操作量(回転数)の変化量Ypは、R2−R1となる。
When the
一方、弁8が故障して動作しない場合や、第2の酸化ガス流路7が凝縮水によって完全に詰まっている場合には、第2の酸化ガス流路7に全く酸化ガスが供給されず、酸化ガス供給器4による供給量は変化しないため、操作量(回転数)の変化量Yoは0となる。
On the other hand, when the
そこで、閾値Wを変化量YpとYoの中間値である(R2−R1)/2と設定すると、制御器9は、操作量(回転数)の変化量Yが閾値である(R2−R1)/2よりも小さい場合には、エアブリードを正常に実施することが出来ていないと判定する。
Therefore, when the threshold value W is set to (R2-R1) / 2, which is an intermediate value between the change amounts Yp and Yo, the
以上のように判定することにより、制御器9から弁開放指令を送っても弁8が開かなかった場合や、第2の酸化ガス流路7が水などにより詰まってしまった場合にも、異常を検知することが可能である。
By determining as described above, even when the valve opening command is sent from the
従って、本実施の形態の燃料電池システムでは、酸化ガス供給器4の操作量によってエアブリードが正常に動作しているか確認し、燃料電池システムの劣化を防止することができる。
Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, it is possible to confirm whether the air bleed is operating normally based on the operation amount of the oxidizing
尚、本実施の形態では、流量測定器5で検出される検出値が一定値になるように制御しながら、弁8の動作確認を行う方法について記載したが、あえて一定値に制御しなくても、弁8の開閉に伴う酸化ガス供給器4の操作量の変化量が所定の値に達しなければ、弁8が異常であると判断してよい。
In the present embodiment, the method for checking the operation of the
例えば、流量測定器5の検出値が所定値増加させた目標検出値になるように酸化ガス供給器4の制御が行われても良い。以下に、増加した目標検出値になるように制御した場合について、具体的な数値を例に挙げて説明する。
For example, the oxidizing
(検出値増加制御の例)
弁8を閉じている状態において、検出値が1.65(NL/min)になるように酸化ガス供給器4の操作量が制御され、弁8の開放指令とともに、検出値の目標値が1.8(NL/min)に設定されるように制御が行われる場合を例に挙げて説明する。
(Example of detection value increase control)
In the state where the
弁8を閉じている状態において、検出値が1.65(NL/min)になるためには、酸化ガス供給器4がブロアの場合、回転数がR2(rpm)となるように制御されている。
In order for the detected value to be 1.65 (NL / min) when the
このような場合に、弁8が完全に開放され、第2の酸化ガス流路7に詰まりがない状態において、流量測定器5での検出値が1.8(NL/min)になるようにするためには、第2の酸化ガス流路7に0.4(NL/min)の流量分の酸化ガスが分配されるので、酸化ガス供給器4の操作量Dは、酸化ガス供給器4からの酸化ガス供給量が2.2(NL/min)になるよう回転数をR3(rpm)にする必要がある。従って、操作量の変化量Ypは、R3−R2となる。
In such a case, when the
一方、弁8が動作しない場合や、第2の酸化ガス流路7が完全に詰まっている場合には、第2の酸化ガス流路7中に酸化ガスが全く流れず、酸化ガス供給器4の操作量Dは、酸化ガス供給器からの酸化ガス供給量が1.8(NL/min)になる回転数R4であるため供給量の変化量Yoは、R4−R2となる。
On the other hand, when the
そこで、例えば閾値を、変化量YpとYoの中間値と設定すると、その値は、{(R3―R2)+(R4―R2)}/2=(R3+R4)/2−R2となり、供給量の変化量Yが、閾値Wである(R3+R4)/2−R2よりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判断することが出来る。 Therefore, for example, if the threshold value is set as an intermediate value between the change amounts Yp and Yo, the value becomes {(R3−R2) + (R4−R2)} / 2 = (R3 + R4) / 2−R2. When the change amount Y is smaller than the threshold value W (R3 + R4) / 2−R2, it can be determined that the air bleed is not normally performed.
又、例えば、流量測定器5の検出値が所定値減少させた目標検出値になるように酸化ガス供給器4の操作量の制御が行われても良い。以下に、所定値減少させた目標検出値になるように制御した場合について具体的な数値を例に挙げて説明する。
Further, for example, the operation amount of the oxidizing
(検出値減少制御の例)
流量測定値5の検出値の目標値を1.65(NL/min)から0.9(NL/min)に変更するとともに、弁8に対して開放指令を発した場合を例に挙げて説明する。
(Example of detection value reduction control)
The case where the target value of the detected value of the flow
弁8を閉じている状態において、検出値が1.65(NL/min)になるためには、酸化ガス供給器4の操作量CがR2となるように制御されている。本例では、弁8の開放指令とともに、流量測定値5の検出値の目標値が0.9(NL/min)に設定される。
In order for the detected value to be 1.65 (NL / min) when the
このような場合に、弁8が正常に開放され、第2の酸化ガス流路7に詰まりがない状態で、流量測定器5での検出値が0.9(NL/min)になるようにするためには、第2の酸化ガス流路7に0.2(NL/min)の流量分の酸化ガスが分配されるので、酸化ガス供給器4の操作量Dを酸化ガス供給器4からの酸化ガス流量が1.1(NL/min)になるようR5(rpm)にする必要がある。従って、操作量の変化量Ypは、R5−R2となる。
In such a case, the value detected by the flow
一方、第2の酸化ガス流路7中に酸化ガスが全く流れない場合には、酸化ガス供給器4の操作量Dは、酸化ガス供給器4からの酸化ガス流量が0.9(NL/min)となるようR6(rpm)にする必要がある。そのため、供給量の変化量Yoは、R6−R2となる。
On the other hand, when the oxidizing gas does not flow at all in the second oxidizing gas flow path 7, the operation amount D of the oxidizing
そこで、上記検出値増加制御の例と同様に、例えば閾値Wを変化量YpとYoの中間値である(R5+R6)/2−R2と設定すると、操作量の変化量Yが、閾値Wであるよりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判断することが出来る。 Therefore, as in the example of the detection value increase control, for example, if the threshold value W is set to (R5 + R6) / 2−R2 which is an intermediate value between the change amounts Yp and Yo, the change amount Y of the operation amount is the threshold value W. If it is smaller than that, it can be determined that the air bleed is not normally performed.
以上の結果を(表2)にまとめる。 The above results are summarized in (Table 2).
又、以下の(表3)に酸化ガス供給器4の操作量としての回転数R1〜R6と酸化ガス供給器4からの酸化ガス供給量との対応関係をまとめる。
Further, the following (Table 3) summarizes the correspondence relationship between the rotational speeds R1 to R6 as the operation amount of the oxidizing
酸化ガス供給器4からの酸化ガス供給量を増加させるためには、回転数を増加させる必要があるため、上記(表3)の左から右に向かって回転数は大きくなる。
In order to increase the supply amount of the oxidizing gas from the oxidizing
そのため、(表2)の検出値一定制御の行における各値は正の値であり、回転数の変化量が、閾値(R2―R1)/2より小さい場合には、エアーブリードが正常に実施できていないと判定される。 Therefore, each value in the row of the detection value constant control in (Table 2) is a positive value, and when the amount of change in the rotational speed is smaller than the threshold value (R2-R1) / 2, the air bleed is normally performed. It is determined that it is not completed.
又、(表2)の検出値増加制御の行における各値も正の値であり、(R4―R2)が(R3―R2)よりも小さいため、回転数の変化量が、閾値(R3+R4)/2―R2よりも小さい場合には、エアーブリードが正常に実施できていないと判定される。 In addition, since each value in the row of detection value increase control in (Table 2) is also a positive value and (R4-R2) is smaller than (R3-R2), the amount of change in the rotational speed is the threshold value (R3 + R4). If it is smaller than / 2-R2, it is determined that the air bleed cannot be performed normally.
又、(表2)の検出値減少制御の行における各値は、負の値であり、(R6―R2)が(R5―R2)よりも小さいため、回転数の変化量が、閾値(R5+R6)/2―R2よりも小さい場合には、エアーブリードが正常に実施されていないと判定される。 Further, since each value in the row of detection value reduction control in (Table 2) is a negative value and (R6-R2) is smaller than (R5-R2), the amount of change in the rotational speed is the threshold value (R5 + R6). ) / 2−R2 is smaller, it is determined that the air bleed is not normally performed.
このように、流量検出器5の検出値の目標設定値を減少又は増加させるように制御した場合であっても、検出値を一定に保つように制御した場合であっても、変化量を(式4)の絶対値とせず、相対値として正負の値の区別を設けたことによって、いずれの場合も(式5)の判定式によって、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
Thus, even if it is controlled to decrease or increase the target set value of the detected value of the
又、上記実施の形態では、(式4)のように変化量を定義し、相対的な変化量として正負の値を有しているが、(式4)の絶対値である絶対変化量を用いて判定を行っても良い。但し、絶対値を用いると、(表2)に示す検出目標値を減少させた場合には、|R6―R2|が、|R5―R2|よりも大きくなるため、(式5)を、Y>Wに変更する必要がある。 In the above embodiment, the amount of change is defined as in (Expression 4) and has a positive and negative value as the relative change amount. However, the absolute change amount that is the absolute value of (Expression 4) is The determination may be made by using. However, if the absolute value is used, if the detection target value shown in (Table 2) is decreased, | R6-R2 | becomes larger than | R5-R2 | It is necessary to change to> W.
なお、本実施の形態における燃料電池システムでは、本発明の「酸化ガス供給器の操作量」は、例えば、酸化ガス供給器4自体に設けられた操作量検出器(図示せず)によって検出された検出値であり、本検出値に基づき制御器9が(式5)に基づいてエアブリード動作が正常であるか否かを判定しても構わない。また、他の例として、本発明の「酸化ガス供給器の操作量」が、制御器9から酸化ガス供給器4へ出力される酸化ガス供給器4の操作量の制御指令値であり、制御器9が(式5)に基づいてエアブリード動作が正常であるか否かを判定しても構わない。すなわち、本発明の「酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合」とは、弁8を開制御する際に「酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい」状況を指し、その状況を検出する方法は、上記方法であってもよいし、また、本状況を検出可能であれば上記方法に限定されず、いずれの方法であっても構わない。
In the fuel cell system according to the present embodiment, the “operation amount of the oxidizing gas supply device” of the present invention is detected by, for example, an operation amount detector (not shown) provided in the oxidizing
本発明に係る燃料電池システムは、エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されていないことを検知し、燃料電池の劣化が進行することを抑制することが可能になるという効果を有し、長期間に渡り運転を継続する燃料電池システムに有用である。 The fuel cell system according to the present invention has an effect that it is possible to detect that the oxidizing gas for air bleed is not normally supplied and to prevent the deterioration of the fuel cell from progressing. This is useful for a fuel cell system that continues to operate over a period of time.
1 改質器
2 CO除去器
3 燃料電池
4 酸化ガス供給器
5 流量測定器
6 第1の酸化ガス流路
7 第2の酸化ガス流路
8 弁
9 制御器
10 水素含有ガス流路
11 水素含有ガス流路
12 異常報知器
13 弁
14 分岐部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのCO除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記CO除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記CO除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第1の酸化ガス流路と、
前記第1の酸化ガス流路より分岐し、前記CO除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第2の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第1の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第2の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値に基づき、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システム。 A reformer that generates hydrogen-containing gas using raw materials;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas by an oxidation reaction;
An oxidizing gas supply for supplying oxidizing gas;
A fuel cell that generates power using the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A first oxidizing gas flow path for mixing the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supplier into the hydrogen-containing gas supplied to the CO remover;
A second oxidizing gas channel for branching from the first oxidizing gas channel and mixing the oxidizing gas into the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A flow rate measuring device provided in the first oxidizing gas flow path downstream from the branching portion;
A valve provided in the second oxidizing gas flow path downstream from the branch part;
With a controller,
The fuel cell system characterized in that the controller stops operation based on a detection value of the flow rate measuring device when the valve is opened during the operation of the oxidizing gas supply device.
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのCO除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記CO除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記CO除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第1の酸化ガス流路と、
前記第1の酸化ガス流路より分岐し、前記CO除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第2の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第1の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第2の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値になるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システム。 A reformer that generates hydrogen-containing gas using raw materials;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas by an oxidation reaction;
An oxidizing gas supply for supplying oxidizing gas;
A fuel cell that generates power using the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A first oxidizing gas flow path for mixing the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supplier into the hydrogen-containing gas supplied to the CO remover;
A second oxidizing gas channel for branching from the first oxidizing gas channel and mixing the oxidizing gas into the hydrogen-containing gas delivered from the CO remover;
A flow rate measuring device provided in the first oxidizing gas flow path downstream from the branching portion;
A valve provided in the second oxidizing gas flow path downstream from the branch part;
With a controller,
The controller operates the oxidizing gas supply when controlling the opening of the valve while controlling the operation amount of the oxidizing gas supply so that the value detected by the flow measuring device becomes a predetermined value. A fuel cell system characterized in that the operation is stopped when the amount of increase is smaller than a predetermined threshold.
The controller is configured to control the oxidant gas supply unit to open the valve while controlling the operation amount of the oxidant gas supply unit so that the value detected by the flow rate measuring device is maintained at a predetermined value. 8. The fuel cell system according to claim 7, wherein the operation is stopped when the increase amount of the operation amount is smaller than a predetermined threshold value for a plurality of times.
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