JP3026013B2 - 熱料電池システムの運転停止装置 - Google Patents

熱料電池システムの運転停止装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料電池システムの運転停止装置に関し、さ
らに詳しくは燃料ガス生成用の改質装置と燃料電池セル
との運転を制御部によって制御するようにした燃料電池
システムの運転停止装置に関する。
〔従来技術〕
燃料電池システムは、燃料電池の発電を効率よく行う
ために、燃料ガス生成用の改質装置と燃料電池セルとの
運転を制御部によって制御するように構成されたもので
ある。
このような燃料電池シテスムの運転を停止する場合、
外部負荷に対するメインスイッチをオフすると同時に、
制御部の電源もオフにすると、燃料電池システムのメン
テナンス上から好ましくない場合がある。例えば、その
運転停止時に改質装置の燃焼バーナが停止していない
と、次の運転再スタートまで燃焼が継続し、燃料が無駄
に消費されてしまうことになる。また、燃料電池が蓄電
池とのハイブリッドシステムである場合には、運転停止
時に蓄電池の充電量が規定値より低くなっていると、次
の運転再スタート時に円滑な始動が行えないことがある
などの問題を生ずるからである。
したがって、従来の装置では、燃料電池システムを運
転停止する時に、運転管理者が上述した事項を注意深く
チェックしてから制御部の電源を停止するなどの必要が
あった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上述のような問題を解消し、運転管
理者が単にメインスイッチをオフすれば、燃料電池シス
テム内の保安問題が自動的に防止されるようにした燃料
電池システムの運転停止装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成する本発明は、燃料ガス生成用の改質
装置と該改質装置の燃料ガスを使用して発電を行う燃料
電池セルとを制御部によって運転制御すると共に、前記
燃料電池セルに蓄電池を並列に接続し、前記燃料電池セ
ルと負荷との間にメインスイッチを設けた燃料電池シス
テムにおいて、前記制御部に対する前記燃料電池セルか
らの電源回路として、前記メインスイッチを介するか又
は連動させて入力する回路と、該メインスイッチの状態
に基づいて開閉する保持スイッチ回路を介して入力する
回路との2系統を設けると共に、前記メインスイッチが
オフしたときの停止モードとして、前記保持スイッチ回
路を介してアイドル運転を継続する停止モードIと、前
記蓄電池の充電を完了しかつ前記燃料電池システムが保
安停止状態になったのち前記保持スイッチ回路をオフに
する停止モードIIと、前記蓄電池の充電を除いて前記燃
料電池システムが保安停止状態になったのち前記保持ス
イッチ回路をオフにする停止モードIIIとを設定し、こ
れら停止モードI〜IIIの切換スイッチを設けたことを
特徴とするものである。
このような構成とすることによって、メインスイッチ
がオフされるだけで、燃料電池システムは保安状態にな
ったところで自動的に停止する。
以下、図に示す実施例を参照して、本発明を説明す
る。
第1図は本発明の運転停止装置を設けた燃料電池シス
テムの一例を示し、かつ蓄電池が組合せられたハイブリ
ッドシステムを例示したものである。
1は燃料ガスとして水素を生成する改質装置、2は燃
料ガス(水素)と空気(酸素)とを反応させて発電を行
う燃料電池セル、3は燃料電池セル2に並列に接続され
た蓄電池、4は燃料電池セル2と蓄電池3との両方に接
続された負荷である。ここで蓄電池3は、負荷4に対し
て電力を供給すると共に、また電気容量が不足したとき
燃料電池セル2から充電されるようになっている。
改質装置1は、液体原料気化用の蒸発器5とこの蒸発
器5で気化した原料ガスを反応させる反応層6を有して
いる。また、その下方には加熱用に2種類のバーナ7m,7
hを設けている。また、改質装置の下部には空気を供給
する送風機11が接続されている。
8は加熱用の燃料(メタノール)を貯留した燃料タン
クである。この燃料タンク8から燃料が供給ポンプ9に
よりバルブ10を介してバーナ7mに供給され、送風機11か
ら供給された空気によって燃焼して加熱ガスになる。加
熱ガスは上記蒸発器5と反応層6との加熱を行う。一
方、12は反応用の液体原料(メタノールと水との混合
液)を貯留した原料タンクである。液体原料は供給ポン
プ13によりバルブ14を介して蒸発器5に供給され、蒸発
器5で気化されたのち反応層6で反応して水素主体の燃
料ガス(改質ガス)に変えられる。
反応層6で生成した水素主体の燃料ガスは、供給管15
により貯留タンク16,バルブ17を経て燃料電池2に供給
される。貯留タンク16では燃料ガスを一時的に貯留し、
所定量を燃料電池セル2に供給する。余剰の燃料ガスは
リリーフ弁18又は/及びバイパス弁19を介してバーナ7h
に還流され、加熱用として消費される。また、このバー
ナ7hには、燃料電池セル2で未反応のまま排気された余
剰の水素ガスも、リクレイマ20,バルブ21を経て供給さ
れる。
燃料電池セル2において、上記燃料ガス(水素)と反
応させる空気は、送風機22からバルブ23を介して供給さ
れる。送風機22の上流側には四方弁24が接続され、大気
中の低温空気と改質装置1の高温空気とのいずれか一方
が適宜選択されて導入されるようになっている。燃料電
池セル2で反応に供せられなかった余剰の空気は、バル
ブ25を介して外気へ排出される。
燃料電池セル2と蓄電池3とは外部負荷4に電力を供
給するように接続されている。30は負荷4に対する電流
をオン,オフする手動のメインスイッチである。このメ
インスイッチ30は、負荷4に対してオン,オフするスイ
ッチであると共に、制御部32に対する電源ラインのメイ
ンスイッチでもある。さらに上記負荷4に対する電気回
路には燃料電池セル2の出力電流ICを検知する電流セン
サ28、蓄電池3の端子電圧VBを検知する電圧センサ27が
接続されている。
制御部32は記憶部,演算部などを有するマイクロコン
ピュータから構成されている。この制御部32は、電圧セ
ンサ27,電流センサ28から蓄電池の端子電圧,燃料電池
の出力電流や、温度センサ41,42,43,44から反応層温
度,バーナ温度,燃料電池反応温度,雰囲気温度などの
信号を入力し、ポンプ9,13、送風機11,22、バルブ10,1
4,17,19,21,23,24,25などに制御信号を出力して、改質
装置1および燃料電池セル2の運転を制御するようにし
ている。
このような燃料電池システムにおいて、上記制御部32
の電源回路には、第2図に示すように2系統が設けられ
ている。第1の系統は、負荷4に対するメインスイッチ
30を介するか又はこれと連動するように構成されてい
る。このメインスイッチ30のオン,オフの状態は、燃料
電池システムの運転中、絶えずメインスイッチ状態入力
ラインによってモニターされるようになっている。
また、第2の系統は、保持リレー31から構成された保
持スイッチ回路である。この保持リレー31は、メインス
イッチ30がオンされると同時に保持リレー制御によって
オンになり、そのオンが運転中維持されるようになって
いる。そして、この保持リレー31のオンの状態は、上記
メインスイッチ30がオフになっても直ちにオフにはなら
ず、以下に説明するような燃料電池システムの保安停止
状態が確認されたのちに、初めて保持リレー制御によっ
てオフになるようになっている。
第4図は、上述の制御部32の電源回路を更に具体的に
示したものである。この図中の35,36はノイズフィルタ
である。また、上記電源回路における保持スイッチ回路
としては、上述した保持リレーに代えて、第5図に示す
ようにトランジスター31′によるとか、或いはFETを使
用するようにしたものでもよい。34はトランジスター3
1′をオン,オフ制御するフォトカプラーである。
本発明において保安停止状態とは、運転停止後もその
ままの状態を放置すると、次の燃料電池システム運転の
再スタートの支障になるとか、装置機能の劣化や故障を
早めて寿命を低下するなどするため、その原因を保安の
ため停止させた状態にすることをいう。
このような保安停止を要する対象としては、次のよう
な事項の少なくとも一つである。
(1) 蓄電池の充電量が規定値より低くなっているこ
と (2) 燃焼バーナが停止していないこと (3) 燃料電池セルに一定量の新気又は不活性ガスが
導入されていないこと (4) 改質装置の反応層の温度が触媒の活性化点以下
になっていないこと、或いは反応層内に活性化を抑制す
るた不活性ガスが導入されていないこと などである。
上記(1)のように運転停止時に蓄電池の充電量が規
定値より低くなっていると、次の運転スタート時に円滑
な起動ができなくなることがある。蓄電池の充電量は電
圧センサ27によって検出することができ、またこの電圧
センサ27の検出値によって上記保持リレー制御をし、燃
料電池セル2によって必要な充電量まで充電を行うこと
ができる。
上記(2)の状態は、燃料を無駄に消費する原因にな
る。この状態は温度センサ42によって検出することがで
き、ポンプ9の停止とバルブ1の閉弁によって保安停止
状態にすることができる。
上記(3)の状態は、燃料電池セル内に水蒸気が残っ
ていることを意味する。水蒸気が残存していると、電解
液のリン酸が水を吸って燃料電池セルの劣化を早める原
因になる。この状態は運転停止後に一定時間の間、四方
弁24を外気に連通させると共に、その新気を送風機22に
よってセル内に強制的に供給するとか、或いは窒素ガス
のような不活性ガスを吹き込むことによって保安停止状
態にすることができる。水蒸気は、上記操作を一定の決
められた時間行うようにしてもよいが、燃料電池セル内
に水蒸気センサを設け、その検出信号によって保安状態
を確認にし、操作を停止するようにしてもよい。
また、上記(4)の状態は、改質装置の反応層の触媒
の劣化を招き、反応層寿命を低下させることになる。こ
の状態は温度センサ41によって触媒層の温度を検出する
ようにし、また送風機11によって冷たい外気を吹き込み
ながら冷却することによって保安停止状態にすることが
できる。
上述した燃料電池システムでは、メインスイッチ30を
オフにしたときの運転停止の態様として、アイドル運転
(停止モードI),蓄電池充電後停止(停止モードI
I),蓄電池充電なしの停止(停止モードIII)の三つの
停止モードのいずれかが実施されるようにしてある。こ
れら三つの停止モードの選択は、運転管理者が停止モー
ド切換スイッチ33を予め手動で操作することにより制御
部32に入力させるようになっている。
このように停止モード切換スイッチ33によって、いず
れか一つの停止モードが入力し、その状態でメインスイ
ッチ30をオフにすると、第3図に示すようなフローチャ
ートに従った運転停止が実施される。図3に示すよう
に、停止モードIでは負荷4への電力供給は停止される
ものの保持リレー31を介して燃料電池システムのアイド
ル運転が継続される。停止モードIIでは上記(1)の保
安停止処理が実施され、かつ上記(2)〜(4)の保安
停止処理が実施される。また、停止モードIIIでは上記
(2)〜(4)の保安停止処理だけが実施される。
このように停止モードII,IIIにおいては、運転管理者
が単にメインスイッチ30をオフにするだけで、保安上の
問題を何ら生じることなく燃料電池システムを自動的に
運転停止することができる。しかも、上記停止モードI
〜IIIを切換スイッチ33で切り換えることにより、通常
運転の停止時に行われる保安停止処理の内容を任意に変
更することが可能である。即ち、停止モードIを選択し
た場合、メインスイッチ30をオフにするだけで、通常運
転から保安停止処理を行うことなくアイドル運転に移行
することができる。また、停止モードIIを選択した場
合、メインスイッチ30をオフにするだけで、通常運転の
再スタートに備えて蓄電池3を充電することができる。
但し、蓄電池3の充電は必ずしも必要ではないので、停
止モードIIIの選択により保安停止処理から蓄電池3の
充電を除外することも可能である。
〔発明の効果〕
上述したように本発明の運転停止装置は、燃料電池シ
ステムの制御部に対する燃料電池セルからの電源回路と
して、メインスイッチを介するか又は連動して入力する
回路と保持スイッチ回路を介して入力する回路との2系
統設けられ、かつその保持スイッチ回路を、上記メイン
スイッチがオフしたのち燃料電池システムが保安停止状
態になってからオフするような構成にしたので、運転管
理者は単にメインスイッチをオフ操作するだけで、燃料
電池システム内の保安問題を生ずることなく自動停止さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の停止装置を具備する燃料電池システム
の概略図、第2図は本発明の停止装置の一例を示す回路
図、第3図は本発明による運転停止操作のフローチャー
ト、第4図は第2図をさらに具体的にした回路図、第5
図は他の実施例による回路である。 1……改質装置、2……燃料電池、3……蓄電池、4…
…負荷、30……メインスイッチ、31……保持リレー(保
持スイッチ回路)、31′……トランジスタ(保持スイッ
チ回路)、32……制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−314768(JP,A) 特開 平2−112164(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料ガス生成用の改質装置と該改質装置の
    燃料ガスを使用して発電を行う燃料電池セルとを制御部
    によって運転制御すると共に、前記燃料電池セルに蓄電
    池を並列に接続し、前記燃料電池セルと負荷との間にメ
    インスイッチを設けた燃料電池システムにおいて、前記
    制御部に対する前記燃料電池セルからの電源回路とし
    て、前記メインスイッチを介するか又は連動させて入力
    する回路と、該メインスイッチの状態に基づいて開閉す
    る保持スイッチ回路を介して入力する回路との2系統を
    設けると共に、前記メインスイッチがオフしたときの停
    止モードとして、前記保持スイッチ回路を介してアイド
    ル運転を継続する停止モードIと、前記蓄電池の充電を
    完了しかつ前記燃料電池システムが保安停止状態になっ
    たのち前記保持スイッチ回路をオフにする停止モードII
    と、前記蓄電池の充電を除いて前記燃料電池システムが
    保安停止状態になったのち前記保持スイッチ回路をオフ
    にする停止モードIIIとを設定し、これら停止モードI
    〜IIIの切換スイッチを設けた燃料電池システムの運転
    停止装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020015875A1 (de) * 2018-07-17 2020-01-23 Audi Ag Elektrisches energiesystem mit brennstoffzellen

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