JP2023104027A - fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to fuel cell systems.
従来、この種の燃料電池システムとしては、可燃ガスの漏れを検出する可燃ガスセンサと、可燃ガスセンサへの通電を継断するリレーと、を備え、可燃ガスセンサへの通電を間欠的に行なうものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このシステムでは、燃料電池が発電している最中は、可燃ガスセンサへの通電を停止し、代わって、原燃料ガスポンプのデューティやエアブロワのデューティを監視することにより、原燃料ガス供給管における原燃料ガス供給弁と流量センサとの間でガス漏れが発生しているか否かを判定する。また、原燃料ガス供給管における流量センサと原燃料ガスポンプとの間と、原燃料ガスポンプと燃料電池スタックとの間は、システム起動中には、燃焼部の温度に基づいて着火異常や失火異常を判定することによりガス漏れの可能性を検出し、発電中には、電圧センサにより検出される発電出力に基づいてスタック電圧の低下を判定したり、温度センサにより検出される燃焼触媒の温度に基づいて燃焼触媒の高温異常を判定したりすることによりガス漏れの可能性を検出する。可燃ガスセンサは通電によって高温状態になると劣化が進みやすいため、可燃ガスセンサへの通電時間を少なくすることで、可燃ガスセンサの劣化を遅らせることができる。
Conventionally, a fuel cell system of this type has been proposed that includes a combustible gas sensor for detecting leaks of combustible gas and a relay for turning on and off the power supply to the combustible gas sensor so that the power supply to the combustible gas sensor is intermittently applied. (See
上述した燃料電池システムでは、システムが異常に至らないように保護制御が実行される場合には、可燃ガスの漏れが生じていても、保護制御が働き、異常が検知されることなく、システムが継続して運転されるおそれがある。 In the fuel cell system described above, if protective control is executed to prevent the system from becoming abnormal, even if combustible gas leaks, the protective control will work and the system will continue without any abnormalities being detected. There is a risk of continued operation.
本発明の燃料電池システムは、システムが異常に至らないように保護制御が実行される場合においても、ガス漏れの判定をより確実に行ないつつ、可燃ガスセンサへの通電時間を短くしてその劣化の進行を遅らせることを主目的とする。 In the fuel cell system of the present invention, even when protective control is executed to prevent the system from becoming abnormal, gas leakage can be determined more reliably, and the energization time of the combustible gas sensor can be shortened to prevent its deterioration. The main purpose is to slow progression.
本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The fuel cell system of the present invention employs the following means in order to achieve the above-described main object.
本発明の第1の燃料電池システムは、
アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池と、
原燃料ガスを前記アノードガスに改質する改質部と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記改質部に前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記燃料電池システムに要求される要求発電出力に基づく目標ガス流量で前記原燃料ガスが供給されるよう前記原燃料ガス供給部を制御すると共に、前記燃料電池の状態に基づいて保護制御として前記目標ガス流量を増量補正する制御部と、
可燃ガスの漏れを検出する可燃ガスセンサと、
前記可燃ガスセンサへの通電のオンオフを行なう通電切替部と、
前記保護制御が実行されるまでは、前記可燃ガスセンサへの通電がオフされるよう前記通電切替部を制御し、前記保護制御が実行されると、前記可燃ガスセンサへの通電がオンされるよう前記通電切替部を制御すると共に前記可燃ガスセンサの検出信号に基づいて可燃ガスの漏れが生じているか否かを判定する判定部と、
を備えることを要旨とする。
A first fuel cell system of the present invention comprises:
a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas;
a reformer that reforms the raw fuel gas into the anode gas;
a combustion unit for burning off-gas from the fuel cell;
a raw fuel gas supply unit that supplies the raw fuel gas to the reforming unit;
The raw fuel gas supply unit is controlled so that the raw fuel gas is supplied at a target gas flow rate based on the required power generation output required for the fuel cell system, and the target is controlled as protection control based on the state of the fuel cell. a control unit that increases and corrects the gas flow rate;
a combustible gas sensor for detecting leakage of combustible gas;
an energization switching unit that turns on and off energization of the combustible gas sensor;
Until the protection control is executed, the energization switching unit is controlled so that the energization to the combustible gas sensor is turned off, and when the protection control is executed, the energization to the combustible gas sensor is turned on. a determination unit that controls the energization switching unit and determines whether or not the combustible gas is leaking based on the detection signal of the combustible gas sensor;
The gist is to provide
この本発明の第1の燃料電池システムでは、燃料電池の状態に基づいて目標ガス流量を増量補正する保護制御を実行するものである。このシステムにおいて、保護制御が実行されるまでは、可燃ガスセンサへの通電をオフとし、保護制御が実行されると、可燃ガスセンサへの通電をオンとして可燃ガスセンサの検出信号に基づいて可燃ガスの漏れが生じているか否かを判定する。通常は可燃ガスセンサへの通電をオフとしておき、ガス漏れの発生により働く保護制御の実行を契機として可燃ガスセンサへの通電をオンとすることで、可燃ガスセンサを用いてガス漏れの判定をより確実に行ないつつ、可燃ガスセンサへの通電時間を短くしてその劣化の進行を遅らせることができる。 In the first fuel cell system of the present invention, protection control is executed to increase the target gas flow rate based on the state of the fuel cell. In this system, the power to the combustible gas sensor is turned off until the protection control is executed. is occurring. Normally, power to the combustible gas sensor is turned off, and by turning on the power to the combustible gas sensor when the protective control that is triggered by the occurrence of a gas leak is executed, the gas leak can be determined more reliably using the combustible gas sensor. It is also possible to shorten the energization time of the combustible gas sensor while delaying the progress of its deterioration.
こうした本発明の第1の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度に相関する電池相関温度を検出する電池温度検出部を備え、前記制御部は、前記保護制御として、前記電池相関温度が所定温度以下になったことに基づいて前記目標ガス流量を増量補正してもよい。発電反応が発熱反応である燃料電池においては、ガス漏れにより燃料電池に供給される燃料に不足が生じると、燃料電池の温度が低下する結果、原燃料ガスを増量させる保護制御が働く。このため、保護制御の実行により可燃ガスセンサへの通電をオンとすることで、可燃ガスセンサへの通電時間を少なくしつつ、ガス漏れの判定をより確実に行なうことができる。 In the first fuel cell system of the present invention, a battery temperature detection unit that detects a cell correlated temperature that correlates with the temperature of the fuel cell is provided, and the control unit performs the protection control so that the cell correlated temperature reaches a predetermined temperature. The target gas flow rate may be corrected to increase based on the following. In a fuel cell whose power generation reaction is an exothermic reaction, when the fuel supplied to the fuel cell runs short due to gas leakage, the temperature of the fuel cell drops, and as a result, protective control is activated to increase the amount of raw fuel gas. Therefore, by turning on the energization of the combustible gas sensor by executing the protection control, it is possible to more reliably determine the gas leakage while reducing the energization time of the combustible gas sensor.
また、本発明の第1の燃料電池システムにおいて、前記燃焼部の失火を検出する失火検出部を備え、前記制御部は、前記保護制御として、前記失火検出部により失火が検出されたことに基づいて前記目標ガス流量を増量補正してもよい。ガス漏れにより燃料電池に供給される燃料に不足が生じると、燃焼部へ供給されるオフガスも不足し、失火に至る場合が生じ、原燃料ガスを増量させる保護制御が働く。このため、保護制御の実行により可燃ガスセンサへの通電をオンとすることで、可燃ガスセンサへの通電時間を少なくしつつ、ガス漏れの判定をより確実に行なうことができる。この場合、前記失火検出部は、前記燃焼部の温度低下あるいは前記燃焼部から排出される燃焼排ガスの経路に設置された燃焼触媒の温度上昇を検出してもよい。 Further, in the first fuel cell system of the present invention, a misfire detection section for detecting a misfire in the combustion section is provided, and the control section performs the protection control based on detection of a misfire by the misfire detection section. The target gas flow rate may be corrected by increasing the amount of the target gas flow rate. If the fuel supplied to the fuel cell becomes insufficient due to gas leakage, the off-gas supplied to the combustion section also becomes insufficient, which may lead to misfire, and protective control is activated to increase the amount of raw fuel gas. Therefore, by turning on the energization of the combustible gas sensor by executing the protection control, it is possible to more reliably determine the gas leakage while reducing the energization time of the combustible gas sensor. In this case, the misfire detection section may detect a temperature drop of the combustion section or a temperature rise of a combustion catalyst installed in a path of combustion exhaust gas discharged from the combustion section.
本発明の第2の燃料電池システムは、
アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池と、
原燃料ガスを前記アノードガスに改質する改質部と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記改質部に前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記燃料電池の発電出力が前記燃料電池システムに要求される要求発電出力になるように前記燃料電池の掃引電流を制御し、前記燃料電池の出力電圧が低下した際に保護制御として前記出力電圧が所定電圧以下とならないように前記掃引電流を制限する制御部と、
可燃ガスの漏れを検出する可燃ガスセンサと、
前記可燃ガスセンサへの通電のオンオフを行なう通電切替部と、
前記保護制御が実行されるまでは、前記可燃ガスセンサへの通電がオフされるよう前記通電切替部を制御し、前記保護制御が実行されると、前記可燃ガスセンサへの通電がオンされるよう前記通電切替部を制御すると共に前記可燃ガスセンサの検出信号に基づいて可燃ガスの漏れが生じているか否かを判定する判定部と、
を備えることを要旨とする。
A second fuel cell system of the present invention comprises:
a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas;
a reformer that reforms the raw fuel gas into the anode gas;
a combustion unit for burning off-gas from the fuel cell;
a raw fuel gas supply unit that supplies the raw fuel gas to the reforming unit;
The sweep current of the fuel cell is controlled so that the power generation output of the fuel cell becomes the required power generation output required by the fuel cell system, and the output voltage is reduced as protective control when the output voltage of the fuel cell drops. a control unit that limits the sweep current so that it does not fall below a predetermined voltage;
a combustible gas sensor for detecting leakage of combustible gas;
an energization switching unit that turns on and off energization of the combustible gas sensor;
Until the protection control is executed, the energization switching unit is controlled so that the energization to the combustible gas sensor is turned off, and when the protection control is executed, the energization to the combustible gas sensor is turned on. a determination unit that controls the energization switching unit and determines whether or not the combustible gas is leaking based on the detection signal of the combustible gas sensor;
The gist is to provide
この本発明の第2の燃料電池システムは、燃料電池の発電出力が燃料電池システムに要求される要求発電出力になるように燃料電池の掃引電流を制御し、燃料電池の出力電圧が低下した際に保護制御として出力電圧が所定電圧以下とならないように掃引電流を制限するものである。このシステムにおいて、保護制御が実行されるまでは、可燃ガスセンサへの通電をオフとし、保護制御が実行されると、可燃ガスセンサへの通電をオンとして可燃ガスセンサの検出信号に基づいて可燃ガスの漏れが生じているか否かを判定する。ガス漏れにより燃料電池に供給される燃料が不足すると、出力電圧が低下するため、所定電圧以下とならないように掃引電流を制限する保護制御が働く。このため、ガス漏れの発生により働く保護制御の実行を契機として可燃ガスセンサへの通電をオンとすることで、可燃ガスセンサを用いてガス漏れの判定をより確実に行ないつつ、可燃ガスセンサへの通電時間を短くしてその劣化の進行を遅らせることができる。 The second fuel cell system of the present invention controls the sweep current of the fuel cell so that the power output of the fuel cell becomes the required power output required of the fuel cell system, and when the output voltage of the fuel cell drops, Secondly, as protection control, the sweep current is limited so that the output voltage does not fall below a predetermined voltage. In this system, the power to the combustible gas sensor is turned off until the protection control is executed. is occurring. When the fuel supplied to the fuel cell runs short due to gas leakage, the output voltage drops, so protective control is activated to limit the sweep current so that the voltage does not fall below a predetermined voltage. Therefore, by turning on the power supply to the combustible gas sensor with the execution of the protection control that is triggered by the occurrence of gas leakage, the combustible gas sensor can be used to determine the gas leak more reliably, while the power supply time to the combustible gas sensor is reduced. can be shortened to delay the progress of its deterioration.
また、本発明の第1または第2の燃料電池システムにおいて、前記判定部は、前記可燃ガスの漏れが生じていないと判定し、且つ、前記保護制御の実行が解除されるか前記可燃ガスセンサへの通電をオンしてから所定時間が経過すると、前記可燃ガスセンサへの通電をオフとしてもよい。こうすれば、ガス漏れの判定をより確実に行ないつつ、可燃ガスセンサの通電時間を最小限にすることができる。 Further, in the first or second fuel cell system of the present invention, the determination unit determines that the combustible gas is not leaking, and determines whether the execution of the protection control is canceled or the combustible gas sensor When a predetermined time elapses after turning on the energization of the combustible gas sensor, the energization of the combustible gas sensor may be turned off. In this way, it is possible to minimize the energizing time of the combustible gas sensor while determining gas leakage more reliably.
本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態の燃料電池システム10の概略構成図であり、図2は、電源基板91を含む電源供給系の概略構成図である。本実施形態の燃料電池システム10は、図1に示すように、アノードガス中の水素とカソードガス中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池スタック21を含む発電モジュール20と、原燃料ガス供給管31を介して発電モジュール20にアノードガスの原料となる原燃料ガス(例えば天然ガスやLPガス)を供給する原燃料ガス供給装置30と、発電モジュール20に原燃料ガスからアノードガスへの改質(水蒸気改質)に必要な改質水を供給する改質水供給装置40と、発電モジュール20(燃料電池スタック21)にカソードガスとしてのエアを供給するエア供給装置50と、発電モジュール20において発生した排熱を回収する排熱回収装置60と、燃料電池スタック21において電気化学反応(発電)に使用されなかった未使用燃料の一部を原燃料ガス供給管31に還流させる還流装置80と、可燃ガスのガス漏れを検出する可燃ガスセンサ116と、システム全体をコントロールする制御装置100と、を備える。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
発電モジュール20は、燃料電池スタック21や、気化器22、改質器23、燃焼器24、2つの熱交換器26,27を含み、これらは、断熱性を有するモジュールケース29に収容されている。
The
燃料電池スタック21は、酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とをそれぞれ有し、左右方向(水平方向)に配列された複数の固体酸化物形の単セルを備える。各単セルのアノード電極内には、図示しないアノードガス通路が形成されている。また、各単セルのカソード電極内には、図示しないカソードガス通路が形成されている。更に、燃料電池スタック21の近傍には、温度センサ112が設置されている。温度センサ112は、燃料電池スタック21の温度に相関する温度(スタック相関温度Tst)を検出する。
The
発電モジュール20の気化器22および改質器23は、モジュールケース29内の燃料電池スタック21の上方に間隔をおいて配設される。また、燃料電池スタック21と気化器22および改質器23との間には、燃料電池スタック21の作動や、気化器22および改質器23での反応に必要な熱を発生させる燃焼器24が配設される。燃焼器24には、着火ヒータ25が設置されている。
The
気化器22は、燃焼器24からの熱により原燃料ガス供給装置30からの原燃料ガスと改質水供給装置40からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器22により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、その混合ガスは、当該気化器22から改質器23に流入する。また、改質器23の入口付近には、当該改質器23に流入する混合ガスの温度(気化器温度)を検出する温度センサ111が設置されている。
The
改質器23は、その内部に充填された例えばRu系またはNi系の改質触媒を有し、燃焼器24からの熱の存在下で、改質触媒による気化器22からの混合ガスの反応(水蒸気改質反応)によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、改質器23は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応(一酸化炭素シフト反応)によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質器23によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質器23により生成されたアノードガスは、アノードガス配管71を通って各単セルのアノードガス通路へ流入し、アノード電極に供給される。
The
また、カソードガスとしてのエアは、カソードガス配管72を介して各単セルのカソードガス通路へ流入し、カソード電極に供給される。各単セルのカソード電極では、酸化物イオン(O2
-)が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノード電極で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。
Air as the cathode gas flows into the cathode gas passage of each unit cell through the
各単セルにおいて電気化学反応(発電)に使用されなかったアノードガス(以下、「アノードオフガス」という)は、アノードオフガス配管73を通って凝縮器62に供給され、凝縮器62により冷却させられてアノードオフガスに含まれる水蒸気が除去された後、アノードオフガス配管74を通って燃焼器24に供給される。アノードオフガス配管73,74には熱交換器26が設置され、アノードオフガス配管74を流れるアノードオフガス(凝縮器62を通過した後のアノードオフガス)は、熱交換器26において燃料電池スタック21からアノードオフガス配管73を流れる高温のアノードオフガス(凝縮器62を通過する前のアノードオフガス)との熱交換により昇温させられる。また、各単セルにおいて電気化学反応(発電)に使用されなかったカソードガス(以下、「カソードオフガス」という)は、カソードオフガス配管75を通って燃焼器24に供給される。
The anode gas not used for the electrochemical reaction (power generation) in each single cell (hereinafter referred to as "anode off-gas") is supplied to the
燃焼器24に流入したアノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、燃焼器24に流入した酸素を含むカソードオフガスと混合される。そして、着火ヒータ25により点火させられて燃焼器24で混合ガス(以下、「オフガス」という)が着火すると、当該オフガスの燃焼により、燃料電池スタック21の作動や、気化器22での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、改質器23での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。また、燃焼器24では、未燃燃料を含む燃焼排ガスが生成され、当該燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管76を通り、熱交換器27および燃焼触媒28を経て外気へ排出される。燃焼触媒28は、燃焼排ガス中の未燃燃料を再燃焼させるための酸化触媒である。燃焼触媒28には、その温度(触媒温度Tca)を検出するための温度センサ113が設置されている。
The anode off-gas that has flowed into the
原燃料ガス供給装置30は、原燃料ガスを供給する原燃料供給源1と気化器22とを接続する原燃料ガス供給管31と、当該原燃料ガス供給管31に設置された開閉弁(2連弁)32,33、オリフィス34、ゼロガバナ(均圧弁)35、ガスポンプ36および脱硫器38とを有する。原燃料ガスは、ガスポンプ36を作動させることで、原燃料供給源1から脱硫器38を介して気化器22へと圧送(供給)される。また、原燃料ガス供給管31のオリフィス34とゼロガバナ35との間には、原燃料ガス供給管31を流れる原燃料ガスの単位時間当りの流量(ガス流量Qg)を検出する流量センサ39が設置されている。
The raw fuel
改質水供給装置40は、改質水を貯留する改質水タンク42と、改質水タンク42と気化器22とを接続する改質水供給管41と、改質水供給管41に設置された改質水ポンプ43と、を有する。改質水タンク42内の改質水は、改質水ポンプ43を作動させることで、当該改質水ポンプ43により気化器22へと圧送(供給)される。
The reforming
エア供給装置50は、モジュールケース29内に設置されたカソードガス配管72に接続されるエア供給管51と、エア供給管51の入口に設けられたエアフィルタ52と、エア供給管51に設置されたエアポンプ53と、を有する。エアポンプ53を作動させることで、カソードガスとしてのエアは、エアフィルタ52を介してエア供給管51に吸引され、カソードガス配管72を通って燃料電池スタック21(カソード電極)へと圧送(供給)される。カソードガス配管72を流れるエアは、熱交換器27において燃焼排ガス配管76を流れる高温の燃焼排ガスと熱交換されて昇温させられる。
The
排熱回収装置60は、湯水を貯留する貯湯タンク61と、燃料電池スタック21からアノードオフガス配管73を流れるアノードオフガスと湯水とを熱交換してアノードオフガス中に含まれる水蒸気を凝縮させる凝縮器62と、貯湯タンク61と凝縮器62とに接続された循環配管63と、循環配管63に組み込まれた循環ポンプ64と、を有する。貯湯タンク61内に貯留されている湯水は、循環ポンプ64を作動させることで、凝縮器62へと導入され、凝縮器62でアノードオフガスとの熱交換によって昇温させられた後、貯湯タンク61へと返送される。
The exhaust
また、凝縮器62におけるアノードオフガス側の通路出口には、凝縮水配管44とアノードオフガス配管74とが接続されており、アノードオフガス中の水蒸気が貯湯タンク61からの湯水との熱交換により凝縮することにより得られた凝縮水は、凝縮水配管44を通って改質水タンク42内に導入される。なお、改質水タンク42には、凝縮水配管44を通過した凝縮水を精製する図示しない水精製器が設置されている。また、上述したように、凝縮器62において水蒸気が除去されたアノードオフガスは、アノードオフガス配管74を通って燃焼器24に供給される。
Further, a
更に、排熱回収装置60は、循環配管63に組み込まれたラジエータ65と、ラジエータ65にエアを送るラジエータファン(電動ファン)66と、発電モジュール20で発電した電力を消費して循環配管63内の湯水を加熱する電気ヒータ67と、を有する。ラジエータ65は、循環配管63の循環ポンプ64と凝縮器62との間に位置するように設置されている。電気ヒータ67は、循環配管63のラジエータ65と循環ポンプ64との間に位置するように設置されている。
Furthermore, the exhaust
還流装置80は、アノードオフガス配管74から分岐すると共に原燃料ガス供給管31におけるゼロガバナ35とガスポンプ36との間に接続される還流配管81と、還流配管81に設置される電磁弁82と、還流配管81に形成されるオリフィス83と、を有する。電磁弁82は、常閉式の開閉弁であり、アノードオフガス配管74から原燃料ガス供給管31へのアノードオフガスの還流ラインは、電磁弁82が閉弁された状態において遮断され、電磁弁82を開弁することにより開放される。
The
燃料電池スタック21の出力端子には、パワーコンディショナ90の入力端子が接続され、当該パワーコンディショナ90の出力端子は、リレーを介して電力系統2から負荷4への電力ライン3に接続されている。また、燃料電池スタック21の出力端子には、当該燃料電池スタック21から出力される電流(出力電流I)を検出する電流センサ114が設置されている。燃料電池スタック21の出力端子間には、当該燃料電池スタック21から出力される電圧(出力電圧V)を検出する電圧センサ115が設置されている。
The output terminal of the
パワーコンディショナ90は、燃料電池スタック21から出力された直流電力を所定電圧(例えば、DC250V~300V)の直流電力に変換するDC/DCコンバータや、変換された直流電力を電力系統と連系可能な電圧(例えば、AC200V)の交流電力に変換するインバータを有する。これにより、燃料電池スタック21からの直流電力を交流電力に変換して家電製品等の負荷4に供給することが可能となる。
The
また、パワーコンディショナ90には、電源基板91が接続されている。電源基板91は、燃料電池スタック21からの直流電力や電力系統2からの交流電力を低圧の直流電力に変換して、ガスポンプ36や改質水ポンプ43、エアポンプ53、循環ポンプ64等の補機類、流量センサ39や温度センサ111,112,113、電流センサ114、電圧センサ115等のセンサ類、制御装置100へ供給する。また、図2に示すように、電源基板91にはリレー92を介して可燃ガスセンサ116に接続されており、リレー92をオンオフすることで、他の補機類とは独立して電源基板91から可燃ガスセンサ116に直流電力の供給と供給の停止とが可能となっている。また、パワーコンディショナ90や電源基板91等が配置される補機室には、当該パワーコンディショナ90や電源基板91を冷却するための図示しない冷却ファンと換気ファンとが配置されている。冷却ファンは、パワーコンディショナ90や電源基板91の発熱部に空気を送り込む。発熱部を冷却して昇温した空気は、換気ファンにより大気中に排出される。
A
可燃ガスセンサ116は、本実施形態では、触媒燃焼式ガスセンサとして構成される。ここで、触媒燃焼式ガスセンサは、白金触媒などの酸化触媒(燃焼触媒)をアルミナなどの担体に担持させたものを白金線コイル上に固定した検知素子と、酸化触媒を持たない補償素子とによりブリッジ回路を構成したものである。触媒燃焼式ガスセンサはブリッジ回路に電流を印加した状態で使用され、検知素子は電流の印加によって加熱されて触媒反応が起こりやすい温度(例えば200~500℃)に保持される。検知素子は可燃ガスが触れると触媒燃焼反応により発熱して抵抗値が変化するため、ブリッジ回路の平衡が崩れ、ブリッジ回路の出力端子には不均衡電圧が出力される。不均衡電圧とガス濃度との間には比例関係を有するため、不均衡電圧を測定することによりガス濃度を検知することができる。例えば、爆発下限界濃度付近のガス濃度に対応するセンサ出力(不均衡電圧)を閾値に定めることで、センサ出力が閾値以上のときに、ガス漏れが生じていると判断することができる。こうした触媒燃焼式ガスセンサは、有機シリコン化合物などにより触媒が被毒したり、耐熱温度以上の使用により触媒が熱劣化を起こしたりすることが知られており、経年使用(通電)によって触媒が劣化し、性能低下を招きやすい。
The
制御装置100は、CPU101を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPU101の他に処理プログラムを記憶するROM102と、データを一時的に記憶するRAM103と、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置100には、流量センサ39や、温度センサ111,112,113、電流センサ114、電圧センサ115、可燃ガスセンサ116等からの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置100からは、開閉弁32,33のソレノイドや、ガスポンプ36のポンプモータ、改質水ポンプ43のポンプモータ、エアポンプ53のポンプモータ、循環ポンプ64のポンプモータ、着火ヒータ25、電磁弁82のソレノイド等への各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、制御装置100には、無線式または有線式の通信回線を介して図示しないリモコンが接続される。制御装置100は、燃料電池システム10のユーザにより操作された当該リモコンからの信号に基づいて各種制御を実行する。
The
次に、こうして構成された燃料電池システム10の動作について説明する。図3は、制御装置100のCPU101により実行される発電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、システムが起動されたときに所定時間毎(例えば、数msec毎や数十msec毎)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the
発電制御ルーチンが実行されると、制御装置100のCPU101は、まず、負荷4が要求する要求出力(要求電力)Preqや、電流センサ114からの出力電流I、電圧センサ115からの出力電圧V、温度センサ112からのスタック相関温度Tst、温度センサ113からの触媒温度Tca等のデータを入力する(ステップS100)。次に、CPU101は、入力した出力電圧Vが閾値αよりも大きいか否かを判定する(ステップS110)。ここで、閾値αは、燃料電池スタック21を適正に運転するために許容される出力電圧の下限値よりも若干高い電圧に定められている。
When the power generation control routine is executed, the
CPU101は、出力電圧Vが閾値αよりも大きいと判定すると、入力した出力電流Iと出力電圧Vとに基づいて出力電力Pを算出し(ステップS120)、算出した出力電力Pと入力した要求出力Preqとに基づいて出力電力Pが要求出力Preqに近づくように燃料電池スタック21から出力すべき要求電流Ireqを設定する(ステップS130)。続いて、CPU101は、要求電流Ireqと入力した出力電流Iに所定量ΔIを加えたものとのうち小さい方を目標出力電流Itagに設定する(ステップS140)。ここで、所定量ΔIは、単位時間当りに許容される出力電流Iの増加量であり、出力電流Iの増加に伴う出力電圧Vの低下の速度が予め定められた仕様上限を超えないように定められている。そして、CPU101は、設定した目標出力電流Itagに基づいて原燃料ガス供給装置30が供給する原燃料ガスの目標流量である目標ガス流量Qgtagを設定し(ステップS150)、第1保護制御フラグF1に第1保護制御が実行中でないことを示す値0を設定する(ステップS160)。
When the
一方、CPU101は、出力電圧Vが閾値α以下であると判定すると、出力電圧Vが閾値α(電圧下限値近傍)に維持されるようにパワーコンディショナ90(DC/DCコンバータ)を制御して燃料電池スタック21の掃引電流(燃料電池スタック21から取り出す電流)を調整すると共に(ステップS170)、掃引電流の大きさに応じて原燃料ガス供給装置30から原燃料ガスが供給されるように目標ガス流量Qtagを設定する(ステップS175)。掃引電流の調整は、燃料電池スタック21を保護する第1保護制御として実行されるものであり、本実施形態では、出力電圧Vと閾値αとの偏差に基づいて掃引電流をフィードバック制御することにより行なうことができる。これにより、出力電流Iが低下し、出力電圧Vは、閾値α(電圧下限値近傍)に維持される。そして、CPU101は、第1保護制御フラグF1に第1保護制御が実行中であることを示す値1を設定する(ステップS180)。
On the other hand, when the
CPU101は、目標出力電流Itagを設定すると、ステップS140またはS160で設定した目標出力電流Itagに基づいて原燃料ガス供給装置30が供給する原燃料ガスの目標流量である目標ガス流量Qgtagを設定する(ステップS180)。
After setting the target output current Itag, the
次に、CPU101は、ステップS100で入力したスタック相関温度Tstが閾値βよりも大きいか否かを判定する(ステップS190)。ここで、閾値βは、燃料電池スタック21の適正運転温度範囲における下限温度よりも若干高い温度に定められている。CPU101は、スタック相関温度Tstが閾値βよりも大きいと判定すると、燃料電池スタック21は適正温度範囲内にあると判断し、第2保護制御フラグF2に第2保護制御が実行中でないことを示す値0を設定する(ステップS200)。
Next,
一方、CPU101は、スタック相関温度Tstが閾値β以下であると判定すると、燃料電池スタック21は適正温度範囲内における下限温度付近にあると判断し、第2保護制御として、燃料電池スタック21を昇温させるために、目標ガス流量Qgtagを増量させる増量補正を行なう(ステップS210)。増量補正は、例えば、スタック相関温度Tstが低いほど多い流量をステップS180で設定した目標ガス流量Qgtagに加算することにより行なうことができる。そして、CPU101は、第2保護制御フラグF2に第2保護制御が実行中であることを示す値1を設定する(ステップS220)。
On the other hand, when the
次に、CPU101は、ステップS100で入力した触媒温度Tcaが閾値γ未満であるか否かを判定する(ステップS230)。ここで、閾値γは、燃焼器24の失火(部分失火)を判定するための閾値である。燃焼器24を通過した燃焼排ガス中に含まれる未燃燃料の量が多いほど未燃燃料の燃焼により、触媒温度Tcaは高くなる。このため、触媒温度Tcaに基づいて燃焼器24で燃え残った未燃燃料の量を推定することで、燃焼器24での燃焼状態、すなわち失火(部分失火)を判定することができる。CPU101は、触媒温度Tcaが閾値γ未満であると判定すると、燃焼器24に失火(部分失火)は生じていないと判断し、第3保護制御フラグF3に第3保護制御が実行中でないことを示す値0を設定する(ステップS240)。
Next, the
一方、CPU101は、触媒温度Tcaが閾値γ以上であると判定すると、燃焼器24に失火(部分失火)が生じていると判断し、第3保護制御として、正常な燃焼状態に復帰させるために、目標ガス流量Qgtagを増量させる増量補正を行なう(ステップS250)。増量補正は、失火のパターンによって異なる加算量を目標ガス流量Qgtagに加算することにより行なわれる。例えば単発失火に対しては一定の流量を目標ガス流量Qgtagに加算することにより行なわれ、連続失火に対しては目標ガス流量Qgtagの加算量を更に増量することにより行なわれる。そして、CPU101は、第3保護制御フラグF3に第3保護制御が実行中であることを示す値1を設定する(ステップS260)。
On the other hand, when the
次に、CPU101は、改質器23におけるスチームカーボン比SC(原燃料ガス中の炭化水素に含まれる炭素と水蒸気改質のために添加される水蒸気とのモル比)が目標比SCtagとなるように、目標ガス流量Qgtagに基づいて改質水供給装置40が供給する改質水の目標流量である目標改質水流量Qwtagを設定する(ステップS270)。更に、CPU101は、空気利用率Uaが目標利用率Uatagとなるように、エア供給装置50が供給するエアの目標流量である目標エア流量Qatagを設定する(ステップS280)。
Next, the
CPU101は、こうして目標ガス流量Qgtagと目標改質水流量Qwtagと目標エア流量Qatagとを設定すると、目標ガス流量Qgtagで原燃料ガスが供給されるようにガスポンプ36を制御すると共に(ステップS290)、目標改質水流量Qwtagで改質水が供給されるように改質水ポンプ43を制御し(ステップS300)、目標エア流量Qatagでエアが供給されるようにエアポンプ53を制御して(ステップS310)、発電制御ルーチンを終了する。本実施形態では、原燃料ガス供給管31には流量センサ39が設置されている。このため、ガスポンプ36の制御は、目標ガス流量Qgtagと流量センサ39からのガス流量Qgとの偏差に基づいてフィードバック演算(例えば比例積分演算)によりガスポンプ36のデューティ(ガスポンプデューティ)を設定し、設定したガスポンプデューティでガスポンプ36のポンプモータを駆動制御することにより行なわれる。また、改質水ポンプ43の制御は、目標改質水流量Qwtagに基づいて改質水ポンプ43のデューティ(改質水ポンプデューティ)を設定し、設定した改質水ポンプデューティで改質水ポンプ43のポンプモータを駆動制御することにより行なわれる。エアポンプ53の制御は、目標エア流量Qatagにエアポンプ53のデューティ(エアポンプデューティ)を設定し、設定したエアポンプデューティでエアポンプ53のポンプモータを駆動制御することにより行なわれる。
After setting the target gas flow rate Qgtag, the target reforming water flow rate Qwtag, and the target air flow rate Qtag, the
ここで、上述した第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御は、他の要因によって働く場合もあるが、原燃料ガス供給管31における流量センサ39から燃料電池スタック21に至る経路においてガス漏れが発生した場合にも働く。すなわち、ガス漏れが発生すると、燃料電池スタック21で発電に必要な燃料(アノードガス)が不足するため、出力電圧Vが低下する。そして、出力電圧Vが閾値α(電圧下限値近傍)に至ると、第1保護制御が働き、出力電圧Vが閾値αに維持されるように燃料電池スタック21の掃引電流が調整(低減)される。また、燃料電池スタック21の発電反応は発熱反応であるため、発電に必要な燃料が不足すると、燃料電池スタック21の温度(スタック相関温度Tst)が低下する。そして、スタック相関温度Tstが閾値βまで低下すると、第2保護制御が働き、目標ガス流量Qgtagが増量される。さらに、燃焼器24へ供給されるオフガスも不足するため、燃焼器24で失火(部分失火)する場合も生じる。この場合、燃焼触媒28で燃焼する未燃燃料が増加するため、触媒温度Tcaが上昇する。そして、触媒温度Tcaが閾値γまで上昇すると、第3保護制御が働き、目標ガス流量Qgtagが増量される。したがって、第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御のいずれかの実行により、ガス漏れが発生している可能性があることを認識することができる。
Here, the above-described first protection control, second protection control, and third protection control may work due to other factors, but in the route from the
次に、可燃ガスセンサ116を用いて可燃ガスの漏れを検出する際の動作について説明する。図4は、制御装置100のCPU101により実行されるガス漏れ判定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、所定時間毎(例えば数msec毎や数十msec毎)に繰り返し実行される。
Next, the operation of detecting leakage of combustible gas using
ガス漏れ判定処理では、CPU101は、まず、第1保護制御フラグF1、第2保護制御フラグF2および第3保護制御フラグF3のいずれかが値1であるか否かを判定する(ステップS400)。第1保護制御フラグF1が値1であるか否かの判定は、第1保護制御が実行中であるか否かの判定となり、第2保護制御フラグF2が値1であるか否かの判定は、第2保護制御が実行中であるか否かの判定となり、第3保護制御フラグF3が値1であるか否かの判定は、第3保護制御が実行中であるか否かの判定となる。CPU101は、第1保護制御フラグF1、第2保護制御フラグF2および第3保護制御フラグF3のいずれかが値1であると判定すると、ガス漏れが発生している可能性があると判断し、実行済みフラグFが値0であるか否かを判定する(ステップS410)。ここで、実行済みフラグFは、後述するガス漏れ判定が実行済みであるか否かを判定するものであり、値0は、実行済みでないことを示し、値1は、実行済みであることを示す。
In the gas leak determination process, the
CPU101は、実行済みフラグFが値0であり、ガス漏れ判定が実行済みでないと判定すると、可燃ガスセンサ116が通電オフ状態中であるか否かを判定する(ステップS420)。CPU101は、通電オフ状態中であると判定すると、リレー92のオンにより可燃ガスセンサ116の通電をオンして(ステップS430)、ステップS440に進む。一方、CPU101は、通電オン状態中であると判定すると、ステップS430をスキップしてステップS440に進む。
When the
次に、CPU101は、可燃ガスセンサ116からの検出信号を入力し(ステップS440)、入力した検出信号に基づいてガス漏れが発生しているか否かを判定する(ステップS450)。CPU101は、ガス漏れが発生していると判定すると、安全を確保するために、燃料電池システム10を直ちに停止して(ステップS460)、ガス漏れ判定処理を終了する。
Next, the
一方、CPU101は、ガス漏れが発生していないと判定すると、可燃ガスセンサ116の通電をオンしてから予め定められた所定の判定時間が経過したか否かを判定する(ステップS470)。ここで、判定時間は、ガス漏れ判定の所要時間であり、例えば数秒や数十秒に定められる。CPU101は、所定の判定時間が経過していないと判定すると、ガス漏れ判定処理を一旦終了する。一方、CPU101は、所定の判定時間が経過したと判定すると、リレー92のオフにより可燃ガスセンサ116の通電をオフすると共に(ステップS480)、実行済みフラグFに値1を設定して(ステップS490)、ガス漏れ判定処理を終了する。ガス漏れ判定処理は、所定時間毎に繰り返し実行されるため、第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御のいずれかが実行中であれば、CPU101は、ステップS450でガス漏れが発生したと判定するか、ステップS470で所定の判定時間が経過したと判定するまで、可燃ガスセンサ116の通電オン状態を継続し、可燃ガスセンサ116を用いたガス漏れ判定を行なう。そして、判定時間が経過してガス漏れ判定が終了すると、実行済みフラグFに値1が設定されるため、いずれかの保護制御が実行中であっても、ステップS410で否定的な判定がなされ、実行済みフラグが値0にリセットされるまでは、ガス漏れ判定は実行されない。
On the other hand, when
CPU101は、ステップS400で第1保護制御フラグF1、第2保護制御フラグF2および第3保護制御フラグF3のいずれもが値0である、すなわち、第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御のいずれもが実行中でないと判定すると、可燃ガスセンサ116が通電オン状態中であるか否かを判定する(ステップS500)。CPU101は、可燃ガスセンサ116が通電オン状態中であると判定すると、リレー92のオフにより可燃ガスセンサ116の通電をオフにすると共に(ステップS480)、実行済みフラグFに値1を設定して(ステップS490)、ガス漏れ判定処理を終了する。すなわち、CPU101は、ガス漏れ判定の実行中に、実行中の保護制御(第1保護制御、第2保護制御または第3保護制御)が終了すると、所定の判定時間の経過、すなわちガス漏れ判定の結果が確定されるのを待つことなく、ガス漏れ判定を終了し、可燃ガスセンサ116の通電をオフにするのである。これにより、可燃ガスセンサ116の無駄な通電を回避して可燃ガスセンサ116の通電時間をより少なくすることが可能となる。
In step S400, the
一方、CPU101は、可燃ガスセンサ116が通電オフ状態であると判定すると、実行済みフラグFに値0を設定して(ステップS510)、ガス漏れ判定処理を終了する。これにより、第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御のいずれかが実行されると、可燃ガスセンサ116の通電がオンされ、ガス漏れ判定が実行されることとなる。
On the other hand, when the
図5は、可燃ガスセンサ116の状態遷移図である。図示するように、可燃ガスセンサ116は、保護制御(第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御のいずれか)が実行されると通電がオンとされ、通電がオンとされてから所定の判定時間が経過するか実行中の保護制御が終了すると通電がオフとされる。上述したように、保護制御は、ガス漏れの発生に起因して働く。このため、通常は可燃ガスセンサ116への通電をオフとし、保護制御が実行されると、可燃ガスセンサ116への通電をオンとしてガス漏れ判定を行なうことで、可燃ガスセンサ116への通電時間を短くして劣化の進行を遅らせながら、ガス漏れを素早く検知することができ、安全性を担保することができる。
FIG. 5 is a state transition diagram of the
なお、本実施形態では、ガスポンプ36の制御は、目標ガス流量Qgtagと流量センサ39により検出されるガス流量Qgとの偏差に基づいてフィードバック制御によってガスポンプデューティを設定することにより行なわれる。この場合、原燃料ガス供給管13における流量センサ39の上流側の経路でガス漏れが発生すると、正常時よりもガス流量Qgが減少するから、フィードバック制御の作用によりガスポンプデューティが上昇する。このため、ガスポンプデューティを監視し、ガスポンプデューティの上昇により可燃ガスセンサ116の通電をオンしてガス漏れ判定を行なうことで、流量センサ39の上流側でのガス漏れを検出することが可能となる。
In this embodiment, the control of the
以上説明した本実施形態の燃料電池システム10では、ガス漏れに起因して働く保護制御(第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御)が実行されるまでは、可燃ガスセンサ116への通電をオフとし、保護制御が実行されると、可燃ガスセンサ116への通電をオンとして可燃ガスセンサ116の検出信号に基づいてガス漏れの判定を行なう。これにより、可燃ガスセンサ116を用いてガス漏れの判定をより確実に行ないつつ、可燃ガスセンサ116への通電時間を短縮してその劣化の進行を遅らせることができる。
In the
上述した実施形態では、CPU101は、燃焼触媒28に設置された温度センサ113からの触媒温度Tcaに基づいて失火(部分失火)の有無を判定した。しかし、燃焼器24に温度センサを設置し、CPU101は、当該温度センサからの燃焼器24内の温度に基づいて失火(部分失火)の有無を判定するようにしてもよい。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態では、CPU101は、ガス漏れに起因して働く保護制御として、第1保護制御、第2保護制御および第3保護制御を実行するものとした。しかし、いずれか一部の保護制御の実行を省略してもよいし、他の保護制御を追加で実行してもよい。そして、当該他の保護制御の実行により可燃ガスセンサ116への通電をオンとしてガス漏れ判定を行なってもよい。
In the embodiment described above, the
実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック21が本発明の「燃料電池」に相当し、改質器23が「改質部」に相当し、燃焼器24が「燃焼部」に相当し、原燃料ガス供給装置30が「原燃料ガス供給部」に相当し、発電制御ルーチンを実行する制御装置100のCPU101が「制御部」に相当し、可燃ガスセンサ116が「可燃ガスセンサ」に相当し、リレー92が「通電切替部」に相当し、ガス漏れ判定処理を実行する制御装置100のCPU101が「判定部」に相当する。また、温度センサ112が「電池温度検出部」に相当する。また、温度センサ113が「失火検出部」に相当する。
The correspondence relationship between the main elements of the embodiments and the main elements of the invention described in the column of Means for Solving the Problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 Note that the correspondence relationship between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of Means for Solving the Problem indicates that the embodiment implements the invention described in the column of Means to Solve the Problem. Since it is an example for specifically explaining the mode for solving the problem, it does not limit the elements of the invention described in the column of the means for solving the problem. That is, the interpretation of the invention described in the column of Means to Solve the Problem should be made based on the description in that column, and the embodiment should be based on the description of the invention described in the column of Means to Solve the Problem. This is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As described above, the mode for carrying out the present invention has been described using the embodiment, but the present invention is not limited to such an embodiment at all, and various forms can be used without departing from the scope of the present invention. Of course, it can be implemented.
本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to the manufacturing industry of fuel cell systems.
1 原燃料供給源、2 電力系統、3 電力ライン、4 負荷、10 燃料電池システム、13 原燃料ガス供給配管、20 発電モジュール、21 燃料電池スタック、22 気化器、23 改質器、24 燃焼器、25 着火ヒータ、26,27 熱交換器、28 燃焼触媒、29 モジュールケース、30 原燃料ガス供給部、31 原燃料ガス供給管、32,33 開閉弁、34 オリフィス、35 ゼロガバナ、36 ガスポンプ、38 脱硫器、39 流量センサ、40 改質水供給装置、41 改質水供給管、42 改質水タンク、43 改質水ポンプ、44 凝縮水配管、50 エア供給装置、51 エア供給管、52 エアフィルタ、53 エアポンプ、60 排熱回収装置、61 貯湯タンク、62 凝縮器、63 循環配管、64 循環ポンプ、65 ラジエータ、67 電気ヒータ、71 アノードガス配管、72 カソードガス配管、73,74 アノードオフガス配管、75 カソードオフガス配管、76 燃焼排ガス配管、80 還流装置、81 還流配管、82 電磁弁、83 オリフィス、90 パワーコンディショナ、91 電源基板、92 リレー、100 制御装置、101 CPU、102 ROM、103 RAM、111,112,113 温度センサ、114 電流センサ、115 電圧センサ、116 可燃ガスセンサ。 1 raw fuel supply source 2 power system 3 power line 4 load 10 fuel cell system 13 raw fuel gas supply pipe 20 power generation module 21 fuel cell stack 22 vaporizer 23 reformer 24 combustor , 25 ignition heater, 26, 27 heat exchanger, 28 combustion catalyst, 29 module case, 30 raw fuel gas supply unit, 31 raw fuel gas supply pipe, 32, 33 on-off valve, 34 orifice, 35 zero governor, 36 gas pump, 38 Desulfurizer 39 Flow rate sensor 40 Reformed water supply device 41 Reformed water supply pipe 42 Reformed water tank 43 Reformed water pump 44 Condensed water pipe 50 Air supply device 51 Air supply pipe 52 Air Filter, 53 Air pump, 60 Exhaust heat recovery device, 61 Hot water storage tank, 62 Condenser, 63 Circulation pipe, 64 Circulation pump, 65 Radiator, 67 Electric heater, 71 Anode gas pipe, 72 Cathode gas pipe, 73, 74 Anode off gas pipe , 75 cathode offgas pipe, 76 combustion exhaust gas pipe, 80 reflux device, 81 reflux pipe, 82 solenoid valve, 83 orifice, 90 power conditioner, 91 power supply board, 92 relay, 100 control device, 101 CPU, 102 ROM, 103 RAM , 111, 112, 113 temperature sensor, 114 current sensor, 115 voltage sensor, 116 combustible gas sensor.
Claims (6)
原燃料ガスを前記アノードガスに改質する改質部と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記改質部に前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記燃料電池システムに要求される要求発電出力に基づく目標ガス流量で前記原燃料ガスが供給されるよう前記原燃料ガス供給部を制御すると共に、前記燃料電池の状態に基づいて保護制御として前記目標ガス流量を増量補正する制御部と、
可燃ガスの漏れを検出する可燃ガスセンサと、
前記可燃ガスセンサへの通電のオンオフを行なう通電切替部と、
前記保護制御が実行されるまでは、前記可燃ガスセンサへの通電がオフされるよう前記通電切替部を制御し、前記保護制御が実行されると、前記可燃ガスセンサへの通電がオンされるよう前記通電切替部を制御すると共に前記可燃ガスセンサの検出信号に基づいて可燃ガスの漏れが生じているか否かを判定する判定部と、
を備える燃料電池システム。 a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas;
a reformer that reforms the raw fuel gas into the anode gas;
a combustion unit for burning off-gas from the fuel cell;
a raw fuel gas supply unit that supplies the raw fuel gas to the reforming unit;
The raw fuel gas supply unit is controlled so that the raw fuel gas is supplied at a target gas flow rate based on the required power generation output required for the fuel cell system, and the target is controlled as protection control based on the state of the fuel cell. a control unit that increases and corrects the gas flow rate;
a combustible gas sensor for detecting leakage of combustible gas;
an energization switching unit that turns on and off energization of the combustible gas sensor;
Until the protection control is executed, the energization switching unit is controlled so that the energization to the combustible gas sensor is turned off, and when the protection control is executed, the energization to the combustible gas sensor is turned on. a determination unit that controls the energization switching unit and determines whether or not the combustible gas is leaking based on the detection signal of the combustible gas sensor;
a fuel cell system.
前記燃料電池の温度に相関する電池相関温度を検出する電池温度検出部を備え、
前記制御部は、前記保護制御として、前記電池相関温度が所定温度以下になったことに基づいて前記目標ガス流量を増量補正する、
燃料電池システム。 A fuel cell system according to claim 1,
A battery temperature detection unit that detects a battery correlation temperature that correlates with the temperature of the fuel cell,
As the protection control, the control unit increases and corrects the target gas flow rate based on the battery correlation temperature becoming equal to or lower than a predetermined temperature.
fuel cell system.
前記燃焼部の失火を検出する失火検出部を備え、
前記制御部は、前記保護制御として、前記失火検出部により失火が検出されたことに基づいて前記目標ガス流量を増量補正する、
燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 1 or 2,
A misfire detection unit that detects a misfire in the combustion unit,
As the protective control, the control unit increases and corrects the target gas flow rate based on detection of a misfire by the misfire detection unit.
fuel cell system.
前記失火検出部は、前記燃焼部の温度低下あるいは前記燃焼部から排出される燃焼排ガスの経路に設置された燃焼触媒の温度上昇を検出する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3,
The misfire detection unit detects a decrease in temperature of the combustion unit or an increase in temperature of a combustion catalyst installed in a path of combustion exhaust gas discharged from the combustion unit.
fuel cell system.
原燃料ガスを前記アノードガスに改質する改質部と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記改質部に前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記燃料電池の発電出力が前記燃料電池システムに要求される要求発電出力になるように前記燃料電池からの掃引電流を制御し、前記燃料電池の出力電圧が低下した際に保護制御として前記出力電圧が所定電圧以下とならないように前記掃引電流を制限する制御部と、
可燃ガスの漏れを検出する可燃ガスセンサと、
前記可燃ガスセンサへの通電のオンオフを行なう通電切替部と、
前記保護制御が実行されるまでは、前記可燃ガスセンサへの通電がオフされるよう前記通電切替部を制御し、前記保護制御が実行されると、前記可燃ガスセンサへの通電がオンされるよう前記通電切替部を制御すると共に前記可燃ガスセンサの検出信号に基づいて可燃ガスの漏れが生じているか否かを判定する判定部と、
を備える燃料電池システム。 a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas;
a reformer that reforms the raw fuel gas into the anode gas;
a combustion unit for burning off-gas from the fuel cell;
a raw fuel gas supply unit that supplies the raw fuel gas to the reforming unit;
controlling the sweep current from the fuel cell so that the power generation output of the fuel cell becomes the required power generation output required by the fuel cell system, and controlling the output voltage as protective control when the output voltage of the fuel cell drops a control unit that limits the sweep current so that does not fall below a predetermined voltage;
a combustible gas sensor for detecting leakage of combustible gas;
an energization switching unit that turns on and off energization of the combustible gas sensor;
Until the protection control is executed, the energization switching unit is controlled so that the energization to the combustible gas sensor is turned off, and when the protection control is executed, the energization to the combustible gas sensor is turned on. a determination unit that controls the energization switching unit and determines whether or not the combustible gas is leaking based on the detection signal of the combustible gas sensor;
a fuel cell system.
前記判定部は、前記可燃ガスの漏れが生じていないと判定し、且つ、前記保護制御の実行が解除されるか前記可燃ガスセンサへの通電をオンしてから所定時間が経過すると、前記可燃ガスセンサへの通電をオフとする、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The determination unit determines that no leakage of the combustible gas has occurred, and when a predetermined time has elapsed since execution of the protection control was canceled or power supply to the combustible gas sensor was turned on, the combustible gas sensor turn off the power to
fuel cell system.
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JP2022004767A JP2023104027A (en) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | fuel cell system |
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