JP2012253033A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システムは、改質用燃料から改質ガスを生成する改質器1と、前記改質器1で生成させた改質ガスに基づいて発電する燃料電池2aと、制御装置3とを備えている。制御装置3は、燃料電池システムの作動を停止させる停止制御形態が異なる複数の停止制御形態を備えており、異状原因に応じて、複数の停止制御形態から特定の停止制御形態を選択する。
【選択図】図1
Description
(1)改質器と燃料電池のアノードとの連通を遮断し、改質器の改質ガスを燃料電池に供給することを禁止する制御。この場合、燃料電池には改質ガスが供給されることが禁止されている。
(2)改質器と燃料電池のアノードとの連通を遮断し、改質器の改質ガスを燃料電池のスタックに供給することを禁止すると共に、改質用燃料を改質器に供給することを禁止する制御。この場合、(1)に加えて、改質用燃料を改質器に供給することが禁止されているため、改質器では改質ガスが生成されない。
(3)改質器と燃料電池のアノードとの連通を遮断し、改質器の改質ガスを燃料電池のスタックに供給することを禁止すると共に、改質用燃料を改質器に供給することを禁止し、且つ、燃焼用空気を改質器の燃焼部に供給することを禁止する制御。この場合、(2)に加えて、直接的な燃焼性がないものの助燃性をもつ燃焼用空気を改質器の燃焼部に供給することを禁止されている。
制御A…燃料電池システムの通常の停止制御に相当する。制御Aは、軽微な部品故障における停止制御にも相当する。軽微な部品故障とは、一般的には、二次的な不具合につながらない部品故障に相当する。
制御B…スタック2の出力異状、温度異状、給排水異状、ガス漏れ異状、電気系異状等における停止制御に相当する。
制御C…圧力異状における停止制御に相当する。
制御D…重要部品の異状、燃料電池システムボックス内の温度異状、制御異状、停電異状等における停止制御における停止制御に相当する。この場合、一般的には、二次的な不具合につながるおそれが高い部品故障に相当する。
図2は制御Aを示す。制御Aは、燃料電池システムを正常に運転しているときにおいて通常に停止させる場合に相当する。あるいは、制御Aは、軽微な部品故障における停止制御に相当する。この場合、構成部品の故障は特に認められない場合において、制御装置3が燃料電池システムを停止させる停止制御形態である。図2に示すように、停止指令が出力されるまでは、制御装置3は、燃焼用燃料バルブ40を開放して燃焼用燃料を燃焼部11に供給していると共に、改質用燃料バルブ42を開放し、改質用燃料を改質器1に供給している。制御装置3または操作者(ユーザ、メンテナンス者等)により停止指令が出力されると、制御装置3は、閉鎖指令100により改質用燃料バルブ42を閉鎖する。この結果、制御装置3は、改質用燃料を改質部10に供給することを禁止し、改質部10における改質反応を抑える。同様に、制御装置3は燃焼用燃料バルブ40を閉鎖する。これにより燃焼用燃料を燃焼部11に供給することを禁止し、燃焼部11の燃焼を禁止する。
図3は制御Bを示す。制御Bは制御Aと基本的には同様の構成をもち、制御Aよりも更に高い緊急停止性をもつ場合の制御に相当する。以下、制御Aと相違する部分を中心として説明する。燃料電池システムの運転が停止しているため、図3の特性線Y1に示すように、燃料電池2aのスタック2のアノード21側の圧力P2が次第に低下する。スタック2の内部に残留するアノードガスの反応、スタック2の冷却が寄与しているものと推察される。
図4は制御Cを示す。制御Cは制御Bと基本的には同様の構成をもつものであり、制御Bよりも更に高い緊急停止性をもつ場合の制御に相当する。以下、制御Bと相違する部分を中心として説明する。即ち、制御Cは、緊急停止性が更に高い制御であり、燃料電池システムの構成部品に損傷が発生するおそれがあったとしても、制御装置3は、燃料電池システムをより適切に停止すべく、優先的に制御Cを実行する。
図5は制御Dを示す。制御Dは制御Cと基本的には同様の構成をもつものであり、制御Cよりも更に高い緊急停止性をもち、燃料電池システムの二次的な損傷につながるおそれがある場合における制御である。即ち、制御Dは、最も緊急停止性が高い制御であり、構成部品に損傷が発生するおそれがあったとしても、制御装置3は、優先的に制御Dを実行する。以下、制御Cと相違する部分を中心として説明する。制御Dによれば、制御Cと同様に、燃料電池システムの発電運転が停止しているため、図5の特性線U1に示すように、燃料電池2aのスタック2のアノード21の圧力P2が次第に低下していく。しかし制御装置3は、パージバルブ82を閉鎖しており、パージバルブ82の開放を禁止している。このため図5の特性線U1に示すように、スタック2のアノード21の圧力は次第に低下したままとなる。
有するため、図1〜図6を準用することができる。以下、実施例1,2と異なる部分を中
心として説明する。図7は制御装置3が発電運転時に実行する記憶処理のフローチャートを示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。先ず、制御装置3は燃料電池システムの運転情報を読み込み(ステップSB202)、燃料電池システムが運転(起動モード、発電運転モード、待機モード)中か否か判定する(ステップSB204)。燃料電池システムが運転中であれば、タイマーをスタートし(ステップSB206)、一定時間が経過したか否か判定する(ステップSB208)。一定時間が経過していれば、圧力情報を読み込み、記憶する(ステップSB210)。次に温度情報を読み込み、記憶する(ステップSB212)。ボックス内の温度情報を読み込み、記憶する(ステップSB214)。次にガス漏れ情報を読み込み、記憶する(ステップSB216)。次に重要部品の情報を読み込み、記憶する(ステップSB218)。次にスタック2の出力情報を読み込み、記憶する(ステップSB222)。次に電気系情報を読み込み、記憶する(ステップSB224)。次に制御系情報を読み込み、記憶する(ステップSB226)。次に、その他の情報を読み込み、記憶する(ステップSB228)。その他の情報としては、燃料電池システムの運転時間、燃料電池システムの起動回数を記憶する。これにより燃料電池システムの累積運転時間および累積起動回数がそれぞれ記憶される。更に現在の運転コードを表示する指令を出力し(ステップSB230)、メインルーチンにリターンする。各記憶は、制御装置3が第2メモリ34(不揮発性メモリ)の所定のエリアに各情報を書き込むことにより行われる。
(1)供給バルブ52を閉鎖し、改質器1の出口1pとスタック2のアノード21の入口21iとの連通を遮断し、改質ガスを燃料電池2aのスタック2に供給することを禁止する制御。この場合、スタック2のアノード21には改質ガスが供給されないため、スタック2のアノード21の負圧化が容認されている。
(2)前記したように改質ガスを燃料電池2aのスタック2に供給することを禁止すると共に、バルブ42を閉鎖し、改質用燃料を改質器1に供給することを禁止する制御。この場合、(1)の制御と同様に、スタック2のアノード21には改質ガスが供給されないため、スタック2のアノード21の負圧化が容認されている。更に、(1)の制御に加えて、改質用燃料を改質器1に供給することが禁止されている。このため、改質器1における改質反応は制限され、改質器1において改質ガスの生成は禁止されている。
(3)前記したように改質ガスを燃料電池2aのスタック2に供給することを禁止すると共に、バルブ42を閉鎖し、改質用燃料を改質器1に供給することを禁止し、更に、ブロア16をオフとし、燃焼用空気を改質器1の燃焼部11に供給することを禁止する制御。この場合、(1)(2)の制御に加えて、助燃性をもつ燃焼用空気を改質器1の燃焼部11に供給することが更に禁止されている。
Claims (11)
- 改質用燃料から改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成させた改質ガスに基づいて発電する燃料電池とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムを制御する制御装置が設けられており、
前記制御装置は、前記燃料電池システムの作動を停止させる停止制御形態が異なる複数の停止制御形態を備えており、前記燃料電池システムの異状原因に応じて、複数の前記停止制御形態から特定の前記停止制御形態を選択することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1において、前記改質器と前記燃料電池との間に設けられ前記改質器で生成された前記改質ガスを前記燃料電池に供給する開閉可能な供給バルブが設けられており、
緊急停止性が相対的に低いときに前記制御装置が実行する停止制御形態は、前記供給バルブを開放させて前記改質器の改質ガスを前記燃料電池に供給して封入する操作を含み、
緊急停止性が相対的に高いときに前記制御装置が実行する停止制御形態は、前記供給バルブを閉鎖させて前記改質器の改質ガスを前記燃料電池に供給することを禁止する操作を含むことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または2において、前記改質器は、改質用燃料から改質ガスを生成する改質部と、燃焼用空気および燃焼用燃料が供給され前記燃焼用燃料の燃焼により前記改質部を加熱する燃焼部とを備えており、
緊急停止性が相対的に低いときに前記制御装置が実行する停止制御形態は、前記燃焼部への燃焼用燃料の供給を禁止させつつ、前記燃焼部へ燃焼用空気を供給させて前記改質器を冷却する操作を含み、
緊急停止性が相対的に高いときに前記制御装置が実行する停止制御形態は、前記燃焼部への燃焼用燃料の供給を停止させつつ、前記燃焼部への燃焼用空気の供給を禁止する操作を含むことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または2において、前記改質器から前記燃料電池に向かう改質ガスに含まれている水分を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器を冷却させる冷却媒体を移動させる凝縮系搬送源と、前記燃料電池を冷却する前記冷却媒体が循環する冷却媒体通路と、貯湯槽に繋がる貯湯通路と、前記冷却媒体通路の前記冷却媒体および前記貯湯通路の水を熱交換させる熱交換部と、前記貯湯通路の水を移動させる貯湯系搬送源とが設けられており、
緊急停止性が相対的に低いときに前記制御装置が実行する停止制御形態は、前記凝縮系搬送源および前記貯湯系搬送源を駆動させる冷却操作を含み、
緊急停止性が相対的に高いときに前記制御装置が実行する停止制御形態は、前記凝縮系搬送源および前記貯湯系搬送源を駆動の禁止する禁止操作を含むことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または2において、前記燃料電池システムの運転状態を定期的または不定期的に記憶するメモリと、前記燃料電池システムの再起動時に、前記メモリに記憶されている前記燃料電池システムの運転状態に基づいて燃料電池システムの再起動を制御する再起動制御手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項5において、前記再起動制御手段は、再起動スイッチの操作に伴い診断モードを実行し、前記診断モードにおける診断の結果、前記燃料電池システムの構成部品の状態が良好であるとき再起動を許可し、前記構成部品の状態が良好でないとき、再起動を禁止する再起動禁止手段を備えていることを特徴とする特徴とする燃料電池システム。
- 請求項1〜6のうちのいずれか一項において、前記制御装置は、前記燃料電池システムの異状原因の程度または種類に応じて、(1)(2)(3)を使い分ける。
(1)改質器と燃料電池のアノードとの連通を遮断し、前記改質器の改質ガスを前記燃料電池に供給することを禁止する制御
(2)前記改質器と前記燃料電池のアノードとの連通を遮断し、前記改質器の改質ガスを前記燃料電池に供給することを禁止すると共に、改質用燃料を前記改質器に供給することを禁止する制御
(3)前記改質器と前記燃料電池のアノードとの連通を遮断し、前記改質器の改質ガスを前記燃料電池に供給することを禁止すると共に、改質用燃料を改質器に供給することを禁止し、且つ、燃焼用空気を前記改質器に供給することを禁止する制御 - 請求項1〜7のうちのいずれか一項において、前記燃料電池システムの運転停止に伴い前記改質器の内部の圧力が高圧化されるとき、前記改質器に残留するガスを前記燃料電池のアノードに供給して前記アノードの過剰負圧化を抑制するアノード過剰負圧化防止手段を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項1〜8のうちのいずれか一項において、前記燃料電池システムの運転停止に伴い前記改質器の内部の圧力が高圧化されるとき、前記改質器に残留するガスを、前記燃焼部に供給し、前記改質器の過剰高圧化を抑制する改質器過剰高圧化防止手段を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項1〜9のうちのいずれか一項において、前記燃料電池システムの運転を非常停止させるために操作者により操作される非常停止操作子が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項1〜10のうちのいずれか一項において、異状要因により前記燃料電池システムが非常停止した後に初めて起動させるために操作者により操作され、操作に伴い、前記燃料電池システムの機能の一部または全部を解除し、操作されないと、前記燃料電池システムの機能の一部または全部を制限する制限解除操作子が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
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