JP2023104027A - fuel cell system - Google Patents

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JP2023104027A
JP2023104027A JP2022004767A JP2022004767A JP2023104027A JP 2023104027 A JP2023104027 A JP 2023104027A JP 2022004767 A JP2022004767 A JP 2022004767A JP 2022004767 A JP2022004767 A JP 2022004767A JP 2023104027 A JP2023104027 A JP 2023104027A
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fuel cell
combustible gas
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energization
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JP2022004767A
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成明 松井
Nariaki Matsui
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Aisin Corp
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Aisin Corp
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Abstract

To reduce an energization time to a combustible gas sensor to delay the progress of deterioration thereof while more reliably determining gas leakage.SOLUTION: A fuel cell system includes a control section, a combustible gas sensor, an energization switching section, and a determination section. The control section controls a raw fuel gas supply section such that a raw fuel gas is supplied at a target gas flow rate based on a required power output, and also upwardly corrects the target gas flow rate, as a protection control, based on the status of a fuel cell. The determination section controls, until the protection control is performed, the energization switching section such that energization to the combustible gas sensor is turned off, and, when the protection control is performed, the determination section controls the energization switching section such that energization to the combustible gas sensor is turned on and also determines whether a combustible gas leakage occurs based on the detection signal of the combustible gas sensor.SELECTED DRAWING: Figure 5

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 Patent Document 1, for example). In this system, while the fuel cell is generating power, power supply to the combustible gas sensor is stopped. It is determined whether gas leakage occurs between the gas supply valve and the flow sensor. Also, during system start-up, ignition and misfire abnormalities are detected based on the temperature of the combustion section between the flow rate sensor and the raw fuel gas pump in the raw fuel gas supply pipe and between the raw fuel gas pump and the fuel cell stack. During power generation, a drop in stack voltage is determined based on the power output detected by the voltage sensor, and the temperature of the combustion catalyst detected by the temperature sensor is determined. The possibility of gas leakage is detected by determining the high temperature abnormality of the combustion catalyst. Since the combustible gas sensor is likely to deteriorate when it reaches a high temperature due to energization, the deterioration of the combustible gas sensor can be delayed by reducing the energization time of the combustible gas sensor.

特開2018-147620号公報JP 2018-147620 A

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.

本実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment; FIG. 電源基板を含む電源供給系の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a power supply system including a power supply substrate; FIG. 発電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of a power generation control routine; ガス漏れ判定処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of gas leak determination processing; 可燃ガスセンサの状態遷移図である。It is a state transition diagram of a combustible gas sensor.

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 fuel cell system 10 of this embodiment, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a power supply system including a power supply substrate 91. As shown in FIG. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 of this embodiment includes a power generation module 20 including a fuel cell stack 21 that generates power through an electrochemical reaction between hydrogen in the anode gas and oxygen in the cathode gas; A raw fuel gas supply device 30 that supplies a raw fuel gas (for example, natural gas or LP gas) as a raw material of anode gas to the power generation module 20 via a supply pipe 31, and a raw fuel gas to the anode gas to the power generation module 20. A reformed water supply device 40 that supplies reformed water necessary for reforming (steam reforming), an air supply device 50 that supplies air as a cathode gas to the power generation module 20 (fuel cell stack 21), and a power generation module. An exhaust heat recovery device 60 for recovering the exhaust heat generated in the fuel cell stack 20, and a reflux device for refluxing part of the unused fuel that has not been used for the electrochemical reaction (power generation) in the fuel cell stack 21 to the raw fuel gas supply pipe 31. 80, a combustible gas sensor 116 for detecting gas leakage of combustible gas, and a controller 100 for controlling the entire system.

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 power generation module 20 includes a fuel cell stack 21, a vaporizer 22, a reformer 23, a combustor 24, and two heat exchangers 26 and 27, which are housed in a heat insulating module case 29. .

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 fuel cell stack 21 has an electrolyte such as zirconium oxide and an anode electrode and a cathode electrode sandwiching the electrolyte, and includes a plurality of solid oxide single cells arranged in the left-right direction (horizontal direction). An anode gas passage (not shown) is formed in the anode electrode of each single cell. A cathode gas passage (not shown) is formed in the cathode electrode of each single cell. Furthermore, a temperature sensor 112 is installed near the fuel cell stack 21 . The temperature sensor 112 detects a temperature correlated with the temperature of the fuel cell stack 21 (stack correlated temperature Tst).

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 vaporizer 22 and the reformer 23 of the power generation module 20 are arranged above the fuel cell stack 21 in the module case 29 with a space therebetween. Between the fuel cell stack 21 and the vaporizer 22 and the reformer 23 is a combustor 24 that generates heat necessary for the operation of the fuel cell stack 21 and the reaction in the vaporizer 22 and the reformer 23. is arranged. An ignition heater 25 is installed in the combustor 24 .

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 vaporizer 22 heats the raw fuel gas from the raw fuel gas supply device 30 and the reformed water from the reformed water supply device 40 with the heat from the combustor 24, preheats the raw fuel gas, and heats the reformed water. evaporate to form water vapor. The raw fuel gas preheated by the vaporizer 22 is mixed with steam, and the mixed gas flows from the vaporizer 22 into the reformer 23 . A temperature sensor 111 is installed near the inlet of the reformer 23 to detect the temperature of the mixed gas flowing into the reformer 23 (vaporizer temperature).

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 reformer 23 has, for example, a Ru-based or Ni-based reforming catalyst filled therein, and in the presence of heat from the combustor 24, the mixed gas from the vaporizer 22 reacts with the reforming catalyst. A (steam reforming reaction) produces hydrogen gas and carbon monoxide. Furthermore, the reformer 23 produces hydrogen gas and carbon dioxide through a reaction (carbon monoxide shift reaction) between carbon monoxide produced in the steam reforming reaction and steam. As a result, the reformer 23 generates anode gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, unreformed raw fuel gas, and the like. The anode gas generated by the reformer 23 flows through the anode gas pipe 71 into the anode gas passage of each single cell and is supplied to the anode electrode.

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 cathode gas pipe 72 and is supplied to the cathode electrode. Oxide ions (O 2 ) are generated at the cathode electrode of each single cell, and the oxide ions permeate the electrolyte and react with hydrogen and carbon monoxide at the anode electrode to obtain electrical energy.

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 condenser 62 through the anode off-gas pipe 73 and cooled by the condenser 62. After water vapor contained in the anode offgas is removed, the anode offgas is supplied to the combustor 24 through the anode offgas pipe 74 . A heat exchanger 26 is installed in the anode offgas pipes 73 and 74 , and the anode offgas (the anode offgas after passing through the condenser 62 ) flowing through the anode offgas pipe 74 is transferred from the fuel cell stack 21 to the anode offgas in the heat exchanger 26 . The temperature is raised by heat exchange with the high-temperature anode off-gas flowing through the pipe 73 (the anode off-gas before passing through the condenser 62). Also, the cathode gas not used for the electrochemical reaction (power generation) in each unit cell (hereinafter referred to as “cathode off-gas”) is supplied to the combustor 24 through the cathode off-gas pipe 75 .

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 combustor 24 is combustible gas containing fuel components such as hydrogen and carbon monoxide, and is mixed with the oxygen-containing cathode off-gas that has flowed into the combustor 24 . Then, when the mixture gas (hereinafter referred to as "off gas") is ignited in the combustor 24 by being ignited by the ignition heater 25, the combustion of the off gas causes the operation of the fuel cell stack 21 and the raw fuel gas in the vaporizer 22. Heat necessary for preheating of the gas, generation of steam, steam reforming reaction in the reformer 23, and the like is generated. Further, in the combustor 24, combustion exhaust gas containing unburned fuel is generated, and the combustion exhaust gas passes through the combustion exhaust gas pipe 76, the heat exchanger 27 and the combustion catalyst 28, and is discharged to the outside air. The combustion catalyst 28 is an oxidation catalyst for reburning unburned fuel in the combustion exhaust gas. The combustion catalyst 28 is provided with a temperature sensor 113 for detecting its temperature (catalyst temperature Tca).

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 gas supply device 30 includes a raw fuel gas supply pipe 31 that connects a raw fuel gas supply source 1 that supplies the raw fuel gas and a vaporizer 22, and an on-off valve (2) installed in the raw fuel gas supply pipe 31. connected valves) 32, 33, an orifice 34, a zero governor (pressure equalizing valve) 35, a gas pump 36 and a desulfurizer 38. The raw fuel gas is pumped (supplied) from the raw fuel supply source 1 to the vaporizer 22 via the desulfurizer 38 by operating the gas pump 36 . Between the orifice 34 of the raw fuel gas supply pipe 31 and the zero governor 35, a flow rate sensor 39 for detecting the flow rate (gas flow rate Qg) of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply pipe 31 per unit time is installed. It is

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 water supply device 40 is installed in a reforming water tank 42 that stores reforming water, a reforming water supply pipe 41 that connects the reforming water tank 42 and the vaporizer 22 , and the reforming water supply pipe 41 . and a modified water pump 43 . The reformed water in the reformed water tank 42 is pumped (supplied) to the vaporizer 22 by the reformed water pump 43 by operating the reformed water pump 43 .

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 air supply device 50 includes an air supply pipe 51 connected to the cathode gas pipe 72 installed in the module case 29 , an air filter 52 provided at the inlet of the air supply pipe 51 , and an air filter 52 installed in the air supply pipe 51 . and an air pump 53 . By operating the air pump 53, air as the cathode gas is sucked into the air supply pipe 51 through the air filter 52 and pressure-fed (supplied) through the cathode gas pipe 72 to the fuel cell stack 21 (cathode electrode). be done. The air flowing through the cathode gas pipe 72 is heat-exchanged with the high-temperature flue gas flowing through the flue gas pipe 76 in the heat exchanger 27 to raise the temperature thereof.

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 heat recovery device 60 includes a hot water storage tank 61 that stores hot water, and a condenser 62 that exchanges heat between the hot water and the anode off-gas flowing through the anode off-gas pipe 73 from the fuel cell stack 21 to condense water vapor contained in the anode off-gas. , a circulation pipe 63 connected to the hot water storage tank 61 and the condenser 62 , and a circulation pump 64 incorporated in the circulation pipe 63 . The hot water stored in the hot water storage tank 61 is introduced into the condenser 62 by operating the circulation pump 64, and heated by the condenser 62 by heat exchange with the anode off-gas. sent back to.

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 condensed water pipe 44 and an anode offgas pipe 74 are connected to a passage outlet on the anode offgas side of the condenser 62 , and water vapor in the anode offgas is condensed by heat exchange with hot water from the hot water storage tank 61 . The condensed water thus obtained is introduced into the reforming water tank 42 through the condensed water pipe 44 . The reformed water tank 42 is provided with a water purifier (not shown) for purifying the condensed water that has passed through the condensed water pipe 44 . Further, as described above, the anode off-gas from which water vapor has been removed in the condenser 62 is supplied to the combustor 24 through the anode off-gas pipe 74 .

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 heat recovery device 60 includes a radiator 65 incorporated in the circulation pipe 63 , a radiator fan (electric fan) 66 that sends air to the radiator 65 , and the electric power generated by the power generation module 20 to consume the power generated in the circulation pipe 63 . and an electric heater 67 for heating hot water. The radiator 65 is installed so as to be positioned between the circulation pump 64 of the circulation pipe 63 and the condenser 62 . The electric heater 67 is installed so as to be positioned between the radiator 65 of the circulation pipe 63 and the circulation pump 64 .

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 reflux device 80 includes a reflux pipe 81 branched from the anode offgas pipe 74 and connected between the zero governor 35 and the gas pump 36 in the raw fuel gas supply pipe 31; and an orifice 83 formed in the pipe 81 . The solenoid valve 82 is a normally closed on-off valve, and the anode offgas recirculation line from the anode offgas pipe 74 to the raw fuel gas supply pipe 31 is cut off when the solenoid valve 82 is closed. It is released by opening the valve.

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 fuel cell stack 21 is connected to the input terminal of a power conditioner 90, and the output terminal of the power conditioner 90 is connected to the power line 3 from the power system 2 to the load 4 via a relay. there is A current sensor 114 for detecting a current (output current I) output from the fuel cell stack 21 is installed at the output terminal of the fuel cell stack 21 . A voltage sensor 115 for detecting the voltage (output voltage V) output from the fuel cell stack 21 is installed between the output terminals of the fuel cell stack 21 .

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 power conditioner 90 is a DC/DC converter that converts the DC power output from the fuel cell stack 21 into DC power of a predetermined voltage (for example, DC 250 V to 300 V), and the converted DC power can be interconnected with the power system. It has an inverter that converts it into AC power with a reasonable voltage (for example, AC 200V). As a result, the DC power from the fuel cell stack 21 can be converted into AC power and supplied to the load 4 such as a home appliance.

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 power substrate 91 is connected to the power conditioner 90 . The power supply board 91 converts the DC power from the fuel cell stack 21 and the AC power from the power system 2 into low-voltage DC power, and supplies auxiliary equipment such as the gas pump 36, the reformed water pump 43, the air pump 53, and the circulation pump 64. Sensors such as the flow rate sensor 39 , the temperature sensors 111 , 112 , 113 , the current sensor 114 and the voltage sensor 115 are supplied to the controller 100 . Also, as shown in FIG. 2, the power supply board 91 is connected to the combustible gas sensor 116 via a relay 92, and by turning on and off the relay 92, the power supply board 91 can be operated independently of other auxiliary equipment. The combustible gas sensor 116 can be supplied with DC power and the supply can be stopped. In addition, a cooling fan and a ventilation fan (not shown) for cooling the power conditioner 90 and the power supply board 91 are arranged in the auxiliary machine room where the power conditioner 90 and the power supply board 91 are arranged. The cooling fan sends air to the heat generating portions of the power conditioner 90 and the power supply board 91 . The air heated by cooling the heat-generating part is discharged into the atmosphere by a ventilation fan.

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 combustible gas sensor 116 is configured as a catalytic combustion gas sensor in this embodiment. Here, the catalytic combustion gas sensor consists of a detection element in which an oxidation catalyst (combustion catalyst) such as a platinum catalyst (combustion catalyst) supported on a carrier such as alumina is fixed on a platinum wire coil, and a compensating element that does not have an oxidation catalyst. It constitutes a bridge circuit. The catalytic combustion gas sensor is used with current applied to the bridge circuit, and the sensing element is heated by the current application and held at a temperature (for example, 200 to 500° C.) at which the catalytic reaction is likely to occur. When the sensing element comes into contact with combustible gas, it generates heat due to a catalytic combustion reaction and changes its resistance value. Since there is a proportional relationship between the imbalance voltage and the gas concentration, the gas concentration can be detected by measuring the imbalance voltage. For example, by setting a sensor output (imbalance voltage) corresponding to a gas concentration near the lower explosion limit concentration as a threshold, it is possible to determine that a gas leak has occurred when the sensor output is equal to or higher than the threshold. It is known that the catalyst of such a catalytic combustion type gas sensor is poisoned by organic silicon compounds, etc., and the catalyst is thermally deteriorated when used above the heat-resistant temperature. , which is likely to cause performance degradation.

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 control device 100 is configured as a microprocessor centered around a CPU 101, and in addition to the CPU 101, includes a ROM 102 for storing processing programs, a RAM 103 for temporarily storing data, and an input/output port (not shown). Various detection signals from the flow rate sensor 39, the temperature sensors 111, 112, 113, the current sensor 114, the voltage sensor 115, the combustible gas sensor 116, etc. are input to the control device 100 via input ports. Also, from the control device 100, the solenoids of the on-off valves 32 and 33, the pump motor of the gas pump 36, the pump motor of the reforming water pump 43, the pump motor of the air pump 53, the pump motor of the circulation pump 64, the ignition heater 25, the electromagnetic Various control signals to the solenoid of the valve 82 and the like are output through the output port. A remote controller (not shown) is connected to the control device 100 via a wireless or wired communication line. The control device 100 executes various controls based on signals from the remote controller operated by the user of the fuel cell system 10 .

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 fuel cell system 10 configured in this way will be described. FIG. 3 is a flow chart showing an example of a power generation control routine executed by the CPU 101 of the control device 100. As shown in FIG. This routine is repeatedly executed at predetermined time intervals (for example, every several milliseconds or several tens of milliseconds) when the system is started.

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 CPU 101 of the control device 100 first determines the required output (required power) Preq required by the load 4, the output current I from the current sensor 114, the output voltage V from the voltage sensor 115, Data such as the stack correlation temperature Tst from the temperature sensor 112 and the catalyst temperature Tca from the temperature sensor 113 are input (step S100). Next, the CPU 101 determines whether or not the input output voltage V is greater than the threshold α (step S110). Here, the threshold value α is set to a voltage slightly higher than the lower limit value of the output voltage that is allowed for proper operation of the fuel cell stack 21 .

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 CPU 101 determines that the output voltage V is greater than the threshold value α, the CPU 101 calculates the output power P based on the input output current I and the output voltage V (step S120). Based on Preq, the required current Ireq to be output from the fuel cell stack 21 is set so that the output power P approaches the required output Preq (step S130). Subsequently, the CPU 101 sets the smaller one of the requested current Ireq and the input output current I plus a predetermined amount ΔI as the target output current Itag (step S140). Here, the predetermined amount ΔI is an allowable increase in the output current I per unit time, and is set so that the rate of decrease in the output voltage V accompanying the increase in the output current I does not exceed a predetermined specification upper limit. It is defined. Then, the CPU 101 sets the target gas flow rate Qgtag, which is the target flow rate of the raw fuel gas supplied by the raw fuel gas supply device 30, based on the set target output current Itag (step S150), and sets the first protection control flag F1. A value of 0 is set to indicate that the first protection control is not being executed (step S160).

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 CPU 101 determines that the output voltage V is equal to or lower than the threshold value α, the power conditioner 90 (DC/DC converter) is controlled so that the output voltage V is maintained at the threshold value α (near the voltage lower limit value). The sweep current of the fuel cell stack 21 (current taken out from the fuel cell stack 21) is adjusted (step S170), and the raw fuel gas is supplied from the raw fuel gas supply device 30 according to the magnitude of the sweep current. A gas flow rate Qtag is set (step S175). The adjustment of the sweep current is performed as first protection control for protecting the fuel cell stack 21. In this embodiment, the sweep current is feedback-controlled based on the deviation between the output voltage V and the threshold value α. can do. As a result, the output current I decreases, and the output voltage V is maintained at the threshold value α (near the voltage lower limit value). Then, the CPU 101 sets the value 1 indicating that the first protection control is being executed to the first protection control flag F1 (step S180).

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 CPU 101 sets the target gas flow rate Qgtag, which is the target flow rate of the raw fuel gas supplied by the raw fuel gas supply device 30, based on the target output current Itag set in step S140 or S160 ( step S180).

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, CPU 101 determines whether or not stack correlation temperature Tst input in step S100 is greater than threshold value β (step S190). Here, the threshold β is set to a temperature slightly higher than the lower limit temperature in the proper operating temperature range of the fuel cell stack 21 . When the CPU 101 determines that the stack correlation temperature Tst is higher than the threshold value β, the CPU 101 determines that the fuel cell stack 21 is within the proper temperature range, and indicates in the second protection control flag F2 that the second protection control is not being executed. A value of 0 is set (step S200).

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 CPU 101 determines that the stack correlation temperature Tst is equal to or lower than the threshold β, it determines that the fuel cell stack 21 is near the lower limit temperature within the appropriate temperature range, and raises the fuel cell stack 21 as second protection control. In order to increase the temperature, an increase correction is performed to increase the target gas flow rate Qgtag (step S210). The increase correction can be performed, for example, by adding a larger flow rate as the stack correlation temperature Tst is lower to the target gas flow rate Qgtag set in step S180. Then, the CPU 101 sets the value 1 indicating that the second protection control is being executed to the second protection control flag F2 (step S220).

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 CPU 101 determines whether or not the catalyst temperature Tca input in step S100 is less than the threshold value γ (step S230). Here, the threshold γ is a threshold for determining misfire (partial misfire) of the combustor 24 . The greater the amount of unburned fuel contained in the combustion exhaust gas that has passed through the combustor 24, the higher the catalyst temperature Tca due to combustion of the unburned fuel. Therefore, by estimating the amount of unburned fuel left unburned in the combustor 24 based on the catalyst temperature Tca, it is possible to determine the combustion state in the combustor 24, that is, misfire (partial misfire). When the CPU 101 determines that the catalyst temperature Tca is less than the threshold value γ, it determines that a misfire (partial misfire) has not occurred in the combustor 24, and sets the third protection control flag F3 to indicate that the third protection control is not being executed. 0 is set (step S240).

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 CPU 101 determines that the catalyst temperature Tca is equal to or higher than the threshold value γ, it determines that a misfire (partial misfire) has occurred in the combustor 24, and performs third protection control to return to a normal combustion state. , increase correction is performed to increase the target gas flow rate Qgtag (step S250). The increase correction is performed by adding an addition amount that differs depending on the misfire pattern to the target gas flow rate Qgtag. For example, for a single misfire, a fixed flow rate is added to the target gas flow rate Qgtag, and for continuous misfires, the addition amount of the target gas flow rate Qgtag is further increased. Then, the CPU 101 sets the third protective control flag F3 to a value of 1 indicating that the third protective control is being executed (step S260).

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 CPU 101 adjusts the steam carbon ratio SC (molar ratio between carbon contained in hydrocarbons in the raw fuel gas and steam added for steam reforming) in the reformer 23 to the target ratio SCtag. Then, the target reforming water flow rate Qwtag, which is the target flow rate of the reforming water supplied by the reforming water supply device 40, is set based on the target gas flow rate Qgtag (step S270). Furthermore, the CPU 101 sets the target air flow rate Qatag, which is the target flow rate of the air supplied by the air supply device 50, so that the air utilization rate Ua becomes the target utilization rate Uatag (step S280).

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 CPU 101 controls the gas pump 36 so that the raw fuel gas is supplied at the target gas flow rate Qgtag (step S290). The reforming water pump 43 is controlled to supply reforming water at the target reforming water flow rate Qwtag (step S300), and the air pump 53 is controlled to supply air at the target air flow rate Qtag (step S310 ), ending the power generation control routine. In this embodiment, a flow rate sensor 39 is installed in the raw fuel gas supply pipe 31 . Therefore, the gas pump 36 is controlled by setting the duty of the gas pump 36 (gas pump duty) by feedback calculation (for example, proportional integral calculation) based on the deviation between the target gas flow rate Qgtag and the gas flow rate Qg from the flow rate sensor 39. This is done by driving and controlling the pump motor of the gas pump 36 with the gas pump duty set. Further, the reforming water pump 43 is controlled by setting the duty of the reforming water pump 43 (reforming water pump duty) based on the target reforming water flow rate Qwtag. This is done by driving and controlling the pump motor of 43. The control of the air pump 53 is performed by setting the duty of the air pump 53 (air pump duty) to the target air flow rate Qatag, and driving and controlling the pump motor of the air pump 53 with the set air pump duty.

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 flow rate sensor 39 in the raw fuel gas supply pipe 31 to the fuel cell stack 21 It also works in the event of a gas leak. That is, when a gas leak occurs, the fuel (anode gas) required for power generation in the fuel cell stack 21 runs short, so the output voltage V drops. Then, when the output voltage V reaches the threshold value α (near the voltage lower limit value), the first protection control works, and the sweep current of the fuel cell stack 21 is adjusted (reduced) so that the output voltage V is maintained at the threshold value α. be. Further, since the power generation reaction of the fuel cell stack 21 is an exothermic reaction, the temperature of the fuel cell stack 21 (stack correlation temperature Tst) decreases when the fuel required for power generation is insufficient. Then, when the stack correlation temperature Tst drops to the threshold value β, the second protection control works and the target gas flow rate Qgtag is increased. Furthermore, since the off-gas supplied to the combustor 24 is also insufficient, a misfire (partial misfire) may occur in the combustor 24 . In this case, since the amount of unburned fuel that burns in the combustion catalyst 28 increases, the catalyst temperature Tca rises. Then, when the catalyst temperature Tca rises to the threshold value γ, the third protection control works and the target gas flow rate Qgtag is increased. Therefore, execution of any one of the first protection control, the second protection control, and the third protection control allows recognition of the possibility that gas leakage has occurred.

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 combustible gas sensor 116 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of gas leak determination processing executed by the CPU 101 of the control device 100. As shown in FIG. This process is repeatedly executed at predetermined time intervals (for example, every several milliseconds or several tens of milliseconds).

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 CPU 101 first determines whether any one of the first protection control flag F1, the second protection control flag F2, and the third protection control flag F3 is 1 (step S400). Determination of whether the first protection control flag F1 is value 1 is determination of whether the first protection control is being executed, and determination of whether the second protection control flag F2 is value 1. determines whether or not the second protection control is being executed. Determination whether or not the third protection control flag F3 is 1 is determination of whether or not the third protection control is being executed. becomes. When the CPU 101 determines that any one of the first protection control flag F1, the second protection control flag F2, and the third protection control flag F3 is 1, it determines that there is a possibility that gas leakage has occurred. It is determined whether or not the executed flag F is 0 (step S410). Here, the execution completion flag F determines whether or not the gas leak determination described later has been executed. show.

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 CPU 101 determines that the execution completion flag F is 0 and the gas leakage determination has not been executed, it determines whether the combustible gas sensor 116 is in the off state (step S420). When the CPU 101 determines that the power is off, it turns on the power to the combustible gas sensor 116 by turning on the relay 92 (step S430), and proceeds to step S440. On the other hand, when the CPU 101 determines that the power supply is on, the CPU 101 skips step S430 and proceeds to step S440.

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 CPU 101 inputs a detection signal from the combustible gas sensor 116 (step S440), and determines whether gas leakage occurs based on the input detection signal (step S450). When the CPU 101 determines that gas leakage has occurred, the CPU 101 immediately stops the fuel cell system 10 to ensure safety (step S460), and terminates the gas leakage determination process.

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 CPU 101 determines that gas leakage has not occurred, CPU 101 determines whether or not a predetermined determination time has elapsed since power supply to combustible gas sensor 116 was turned on (step S470). Here, the determination time is the time required for gas leakage determination, and is set to several seconds or tens of seconds, for example. When the CPU 101 determines that the predetermined determination time has not elapsed, the CPU 101 temporarily terminates the gas leak determination process. On the other hand, when the CPU 101 determines that the predetermined determination time has elapsed, it turns off the power to the combustible gas sensor 116 by turning off the relay 92 (step S480), and sets the executed flag F to a value of 1 (step S490). , the gas leakage determination process ends. Since the gas leakage determination process is repeatedly executed at predetermined time intervals, if any one of the first protection control, the second protection control, and the third protection control is being executed, the CPU 101 determines in step S450 that gas leakage has occurred. The combustible gas sensor 116 continues to be energized and the gas leakage determination using the combustible gas sensor 116 is continued until it is determined in step S470 that the predetermined determination time has elapsed. Then, when the determination time has passed and the gas leakage determination is completed, the value 1 is set in the execution completion flag F, so even if any protection control is being executed, a negative determination is made in step S410. , the gas leakage determination is not executed until the executed flag is reset to the value 0.

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 CPU 101 determines that all of the first protection control flag F1, the second protection control flag F2, and the third protection control flag F3 are 0, that is, the first protection control, the second protection control, and the third protection control. When it is determined that none of the controls are being executed, it is determined whether or not the combustible gas sensor 116 is in the energized ON state (step S500). When the CPU 101 determines that the combustible gas sensor 116 is in the energized ON state, it turns off the energization of the combustible gas sensor 116 by turning off the relay 92 (step S480), and sets the executed flag F to the value 1 (step S490), the gas leakage determination process is terminated. That is, when the protection control (first protection control, second protection control, or third protection control) being executed ends during the execution of the gas leakage determination, the CPU 101 determines that the predetermined determination time has elapsed, that is, the gas leakage determination is performed. Without waiting for the determination of the result, the gas leakage determination is terminated and the power supply to the combustible gas sensor 116 is turned off. This makes it possible to avoid wasteful energization of the combustible gas sensor 116 and reduce the energization time of the combustible gas sensor 116 .

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 CPU 101 determines that the combustible gas sensor 116 is in the de-energized state, the CPU 101 sets the executed flag F to 0 (step S510), and terminates the gas leakage determination process. Accordingly, when any one of the first protection control, the second protection control and the third protection control is executed, the combustible gas sensor 116 is energized and the gas leakage determination is executed.

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 combustible gas sensor 116. As shown in FIG. As illustrated, the combustible gas sensor 116 is energized when protection control (either of the first protection control, the second protection control, and the third protection control) is executed, and after the energization is turned on, a predetermined When the judgment time has elapsed or the protection control being executed is completed, the power supply is turned off. As noted above, protective controls are activated due to the occurrence of a gas leak. For this reason, the power supply to the combustible gas sensor 116 is normally turned off, and when the protection control is executed, the power supply to the combustible gas sensor 116 is turned on to perform the gas leak determination, thereby shortening the power supply time to the combustible gas sensor 116. It is possible to quickly detect gas leaks while slowing down the progress of deterioration by using the system, thereby ensuring safety.

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 gas pump 36 is performed by setting the gas pump duty by feedback control based on the deviation between the target gas flow rate Qgtag and the gas flow rate Qg detected by the flow rate sensor 39 . In this case, if a gas leak occurs in the path upstream of the flow rate sensor 39 in the raw fuel gas supply pipe 13, the gas flow rate Qg will decrease from the normal state, so the gas pump duty will rise due to the action of feedback control. Therefore, by monitoring the gas pump duty and energizing the combustible gas sensor 116 as the gas pump duty rises to determine gas leakage, gas leakage upstream of the flow sensor 39 can be detected.

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 fuel cell system 10 of the present embodiment described above, until the protective control (first protective control, second protective control, and third protective control) that works due to gas leakage is executed, the combustible gas sensor 116 is When the energization is turned off and the protection control is executed, the energization to the combustible gas sensor 116 is turned on, and gas leakage determination is performed based on the detection signal of the combustible gas sensor 116 . As a result, it is possible to use the combustible gas sensor 116 to more reliably determine gas leakage, and to shorten the energization time of the combustible gas sensor 116 to delay the progress of its deterioration.

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 CPU 101 determines the presence or absence of misfire (partial misfire) based on the catalyst temperature Tca from the temperature sensor 113 installed in the combustion catalyst 28 . However, a temperature sensor may be installed in the combustor 24, and the CPU 101 may determine the presence or absence of a misfire (partial misfire) based on the temperature inside the combustor 24 from the temperature sensor.

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 CPU 101 executes the first protection control, the second protection control, and the third protection control as protection controls that work due to gas leakage. However, execution of some of the protection controls may be omitted, or other protection controls may be additionally executed. Then, gas leak determination may be performed by turning on the power supply to the combustible gas sensor 116 by executing the other protection control.

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 fuel cell stack 21 corresponds to the "fuel cell" of the present invention, the reformer 23 corresponds to the "reforming section", the combustor 24 corresponds to the "combustion section", and the raw fuel gas is supplied. The device 30 corresponds to the "raw fuel gas supply section", the CPU 101 of the control device 100 that executes the power generation control routine corresponds to the "control section", the combustible gas sensor 116 corresponds to the "combustible gas sensor", and the relay 92 corresponds to the " energization switching section", and the CPU 101 of the control device 100 that executes the gas leakage determination process corresponds to the "determination section". Also, the temperature sensor 112 corresponds to the "battery temperature detection unit". Also, the temperature sensor 113 corresponds to the "misfire detector".

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)

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.
請求項1に燃料電池システムであって、
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.
請求項1または2に記載の燃料電池システムであって、
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.
請求項3に記載の燃料電池システムであって、
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.
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.
請求項1ないし5いずれか1項に記載の燃料電池システムであって、
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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