JP3908573B2

JP3908573B2 - 燃料電池発電システム

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Publication number: JP3908573B2
Application number: JP2002075011A
Authority: JP
Inventors: 徳寿佐薙; 裕二永田; 実奥村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2022-03-18
Also published as: JP2003272684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池冷却水系からの水漏れを速やかに検出し、燃料処理系および燃料電池本体へのダメージを最小限にすることが可能な、予防保全手段を具備する燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池発電システムにおいては、電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統（燃料改質系統）ＦＳに対して水漏れが発生することが考えられる。この水漏れは、燃料電池を長時間運転することにより電池冷却水系統ＣＳを構成している配管内が腐食したり、該配管を加工したり配管を接続する際に加工ミスや、接続ミス等により発生することが考えられる。
【０００３】
以下、図５を参照して従来の燃料電池発電システムについて説明する。燃料電池発電システムは、概略燃料電池本体５と、燃料処理系統ＦＳと、電池冷却水系統ＣＳから構成されている。
【０００４】
燃料電池本体５としては、後述する燃料を供給する燃料極５ａと、後述する酸化剤を供給する酸化剤極５ｂと、冷却体５ｃから構成されている。
【０００５】
燃料処理系統ＦＳの主要な機器としては、原燃料１の炭化水素中に含まれる改質触媒の被毒成分である硫黄化成分を除去する脱硫器２と、炭化水素を後述する気水分離器６で分離された水蒸気で改質し水素を生成させる改質器３と、改質ガス中で含まれ電池触媒の被毒成分である一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素に変換する一酸化炭素変成器４とから構成されている。ここで、燃料処理系統とは、天然ガスなどの原燃料ガスを改質器や一酸化炭素（ＣＯ）変成器などの反応装置によって水素リッチガスに変え、燃料電池本体５に供給するためのものである。
【０００６】
電池冷却水系統ＣＳとしては、水タンク７と、給水ポンプ８と、給水弁９と、気水分離器６と、冷却体５ｃと、一酸化炭素変成器４と、から構成されている。気水分離器６には、水タンク７内の水が給水ポンプ８及び給水弁９を介して２方向に分岐され、この分岐された水の一方は気水分離器６に供給され、また分岐された水の他方は冷却体５ｃの入口部でさらに２方向に分岐され、この分岐された水の一方及び他方は直接気水分離器６並び冷却体５ｃを介して気水分離器６に供給され、気水分離器６で分離された水蒸気１０は改質器３に供給されるようになっている。このように、電池冷却水系統ＣＳは、燃料電池本体５の作動温度を適切に維持するために、燃料電池本体５の冷却体５ｃには冷却水を供給している。
【０００７】
この場合、給水ポンプ８及び給水弁９は、図示しない気水分離器制御器からの制御指令により、給水ポンプ８が起動すると共に、給水弁９の開度が制御され、これにより気水分離器６内の水面が一定になるように制御されるようになっている。
【０００８】
なお、電池冷却水系統ＣＳの一部は一酸化炭素変成器４の温度を適切に保つ目的で、一酸化炭素変成器４に供給され、燃料処理系統との熱交換を行っており、また、電池冷却水系統ＣＳで生成された改質蒸気１０は、燃料処理系ガスとの熱交換で昇温された後、脱硫器２で脱硫された燃料と合流して、改質器３に供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の従来の燃料電池発電システムにおいては、システムの電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統ＦＳに対して水漏れが発生することが考えられる。この水漏れは、例えば燃料電池を長時間運転することにより電池冷却水系統ＣＳを構成している配管内が腐食したり、また該配管を加工したり配管を接続する際に加工ミスや、接続ミス等により発生することが考えられる。
【００１０】
このように、燃料処理系統ＦＳと電池冷却水系統ＣＳとの熱交換部分で、配管の破損などによる電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統ＦＳへ水漏れが発生した場合は、燃料極５ａに適切な燃料を供給することができず、燃料電池システムは発電状態を継続することが困難となる。
【００１１】
さらに、水が燃料処理系統ＦＳの各触媒へ浸入することで、機器がダメージを受け、さらには燃料電池本体５、改質器３、脱硫器２、一酸化炭素変成器４が冠水し、これら機器の機能を喪失する可能性もある。
【００１２】
このような水漏れは、速やかに検出できなければ、燃料電池の信頼性が低下することから、水漏れを速やかに検出できる燃料電池発電システムの開発が望まれている。
【００１３】
本発明は、このような要望を満足するためなされたもので、その目的は、燃料処理系統と電池冷却水系統との熱交換部分で、配管の破損などによる電池冷却水系統から燃料処理系統へ水漏れが発生した場合においても、速やかにこれを検出し、燃料処理系統の各触媒への浸水や、燃料電池本体、改質器、脱硫器、一酸化炭素変成器の冠水を最小限に留めることが可能な燃料電池発電システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に対応する発明は、燃料極と酸化剤極を備え、水素と酸素から電気を発生させる燃料電池本体に対して燃料を供給するための燃料処理系統と、前記燃料電池本体を適切な温度に保つための電池冷却水系統を備えた燃料電池発電システムであって、前記燃料処理系統は、原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫器と、前記原燃料を水素濃度の高い改質ガスに改質して、前記燃料極に供給するとともに、前記燃料電池本体における未反応の水素を燃焼させ、自身の温度を適切に保つ改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させ、前記燃料極に供給する一酸化炭素変成器とからなり、前記電池冷却水系統は、前記燃料電池本体を冷却するための水を供給する水タンクと、前記水タンクの水を導入し前記改質器及び前記一酸化炭素変成器に夫々必要な蒸気を供給するための気水分離器と、前記気水分離器と前記水タンク間に配設され前記気水分離器の水面を一定に保つための給水ポンプ及び給水弁とからなり、前記燃料電池システムの起動中において、前記水タンクの水位、前記給水ポンプの運転時間、前記給水弁の動作時間の少なくとも一つを監視し、前記燃料電池システムの電池冷却水系から燃料処理系統への水漏れを検出する予防保全手段を備えた燃料電池発電システムである。
【００１５】
前記目的を達成するために、請求項２に対応する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前記予防保全手段は、前記水タンクの水位を測定するセンサ、前記給水ポンプの運転時間を測定するセンサ、前記給水弁の動作時間を測定するセンサで測定された測定値の少なくとも一つと設定値を減算し、この減算結果が所定範囲を超えたとき、前記燃料電池発電システムに対して起動中止指令を出力するものである請求項１記載の燃料電池発電システムである。
【００１６】
請求項１叉は２に記載の発明によれば、起動中のシステムにおいて電池冷却水系統から燃料処理系統への水漏れに対して、これを十分かつ速やかに検出することができ、燃料処理系統の各触媒への浸水や、燃料電池本体、改質器、脱硫器、一酸化炭素変成器の冠水を最小限に留めることが可能である。
【００１７】
前記目的を達成するために、請求項３に対応する発明は、燃料極と酸化剤極を備え、水素と酸素から電気を発生させる燃料電池本体に対して燃料を供給するための燃料処理系統と、前記燃料電池本体を適切な温度に保つための電池冷却水系統を備えた燃料電池発電システムであって、前記燃料処理系統は、原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫器と、前記原燃料を水素濃度の高い改質ガスに改質して、前記燃料極に供給するとともに、前記燃料電池本体における未反応の水素を燃焼させ、自身の温度を適切に保つ改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させ、前記燃料極に供給する一酸化炭素変成器とからなり、前記電池冷却水系統は、前記燃料電池本体を冷却するための水を供給する水タンクと、前記水タンクの水を導入し前記改質器及び前記一酸化炭素変成器に夫々必要な蒸気を供給するための気水分離器と、前記気水分離器と前記水タンク間に配設され前記気水分離器の水面を一定に保つための給水ポンプ及び給水弁とからなり、前記燃料電池システムの発電中において、前記脱硫器の温度、前記一酸化炭素変成器の温度、前記燃料極の入口温度、前記燃料処理系統の圧力、前記燃料電池本体の電圧、前記水タンクの水位、前記給水ポンプの運転時間、前記給水弁の動作時間の少なくとも一つを監視し、前記燃料電池システムの電池冷却水系統から燃料処理系統系への水漏れを検出する予防保全手段を備えた燃料電池発電システムである。
【００１８】
前記目的を達成するために、請求項４に対応する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前記予防保全手段は、前記脱硫器の温度を測定するセンサ、前記一酸化炭素変成器の温度を測定するセンサ、前記燃料極の入口温度を測定するセンサ、前記燃料処理系統の圧力を測定するセンサ、前記燃料電池本体の電圧を測定するセンサ、前記水タンクの水位を測定するセンサ、前記給水ポンプの運転時間を測定するセンサ、前記給水弁の動作時間を測定するセンサの少なくとも一つと設定値を減算し、この減算結果が所定範囲を超えたとき、前記燃料電池発電システムに対してシステム停止指令を出力するものである請求項３記載の燃料電池発電システムである。
【００１９】
請求項３叉は４に記載の発明によれば、発電中のシステムにおいて電池冷却水系統から燃料処理系への水漏れに対して、これを十分かつ速やかに検出することができ、燃料処理系統の各触媒への浸水や、燃料電池本体、改質器、脱硫器、一酸化炭素変成器の冠水を最小限に留めることが可能である。
【００２０】
前記目的を達成するために、請求項５に対応する発明は、燃料極と酸化剤極を備え、水素と酸素から電気を発生させる燃料電池本体に対して燃料を供給するための燃料処理系統と、前記燃料電池本体を適切な温度に保つための電池冷却水系統を備えた燃料電池発電システムであって、前記燃料処理系統は、原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫器と、前記原燃料を水素濃度の高い改質ガスに改質して、前記燃料極に供給するとともに、前記燃料電池本体における未反応の水素を燃焼させ、自身の温度を適切に保つ改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させ、前記燃料極に供給する一酸化炭素変成器とからなり、前記電池冷却水系統は、前記燃料電池本体を冷却するための水を供給する水タンクと、前記水タンクの水を導入し前記改質器及び前記一酸化炭素変成器に夫々必要な蒸気を供給するための気水分離器と、前記気水分離器と前記水タンク間に配設され前記気水分離器の水面を一定に保つための給水ポンプ及び給水弁とからなり、前記燃料電池システムの停止中において、前記水タンクの水位、前記給水ポンプの運転時間、前記給水弁の動作時間の少なくとも一つを監視し、前記燃料電池システムの電池冷却水系統から燃料処理系統への水漏れを検出する予防保全手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００２１】
前記目的を達成するために、請求項６に対応する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前記予防保全手段は、前記水タンクの水位を測定するセンサ、前記給水ポンプの運転時間を測定するセンサ、前記給水弁の動作時間を測定するセンサで測定された測定値の少なくとも一つと設定値を減算し、この減算結果が所定範囲を超えたとき、警報を発報するものである請求項５記載の燃料電池発電システムである。
【００２２】
請求項５叉は６に記載の発明によれば、停止中のシステムにおいて電池冷却水系統から燃料処理系統への水漏れに対して、これを十分かつ速やかに検出することができ、燃料処理系統の各触媒への浸水や、燃料電池本体、改質器、脱硫器、一酸化炭素変成器の冠水を最小限に留めることが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による燃料電池発電システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
［構成］
本発明の第１の実施形態は、図１に示すように構成されている。図５の従来の技術と異なる点は、脱硫器温度センサ１２、一酸化炭素変成器温度センサ１３、燃料極入口温度センサ１４、燃料系圧力センサ１５、電池電圧センサ１６、水タンク水位センサ１７、気水分離器水位センサ１８、給水ポンプ回転数センサまたはオンタイムセンサ１９、給水弁開度センサまたはオンタイムセンサ２０を新たに追加し、これらの検出結果をパソコンのＣＰＵからなる予防保全手段４０に入力し、この内部で以下に述べるような処理を行い、警報を発報したり、システムに対して停止指令を与えたり、起動停止指令を与えたりするものである。
【００２５】
脱硫器温度センサ１２は、脱硫器２の温度を測定するものである。一酸化炭素変成器温度センサ１３は、一酸化炭素変成器４の温度を測定するものである。燃料極入口温度センサ１４は、燃料極入口の温度を測定するもの。燃料系統圧力センサ１５は、燃料処理系統ＦＳの圧力を測定するものである。電池電圧センサ１６は、燃料電池本体５の電圧を測定するものである。水タンク水位センサ１７は、水タンクの水位を測定するものである。気水分離器水位センサ１８は、気水分離器６の水位を測定するものである。給水ポンプ回転数センサまたはオンタイムセンサ１９は、給水ポンプ８の動作時間を測定するものである。給水給水弁開度センサまたはオンタイムセンサ２０は、給水弁９の動作時間を測定するものである。
【００２６】
これらセンサ１２〜２０の検出値を予防保全手段４０に取り込み、予防保全手段４０において水漏れの兆候が認められた場合には、燃料電池発電システムが起動中の場合は、予防保全手段４０が警報を自動発報すると共に、システムの起動を速やかにかつ自動的に取りやめる。また、燃料電池発電システムが発電中の場合は、予防保全手段４０が警報を自動発報し、システムを速やかにかつ自動的に停止させる。さらに、燃料電池発電システムが停止中の場合は、予防保全手段４０が警報を自動発報する。
【００２７】
図２は燃料電池発電システムの起動中の予防保全手段４０の制御機能を説明するための図である。予防保全手段４０は、減算器２１〜２４と、比較器３１〜３４と、論理積回路３０とから構成されている。
【００２８】
減算器２１は、水タンク水位センサ１７で測定された現在の水タンク水位と、過去の測定値例えば水タンク水位センサ１７によるシステムが起動直後の水位が入力され、両者の水位の差が求められる。比較器３１は、減算器２１からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００２９】
減算器２２は、気水分離器水位センサ１８で測定された現在の気水分離器水位と、過去の測定値例えば気水分離器水位センサ１８によるシステムが起動直後の水位が入力され、両者の水位の差が求められる。比較器３２は、減算器２２からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００３０】
減算器２３は、オンタイムセンサ１９で測定された給水ポンプ８のオンタイム（運転時間）と、過去の測定値例えばオンタイムセンサ１９によるシステムが起動直後のオンタイムが入力され、両者のオンタイムの差が求められる。比較器３３は、減算器２３からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００３１】
減算器２４は、オンタイムセンサ２０で測定された給水弁９のオンタイム（動作時間）と、過去の測定値例えばオンタイムセンサ２０によるシステムが起動直後のオンタイムが入力され、両者のオンタイムの差が求められる。比較器３４は、減算器２４からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００３２】
論理積回路３０は、各比較器３１〜３４の出力を夫々入力し、全てが“１”になったとき警報を発報すると共にシステム全体に対して起動停止指令を出力する。
【００３３】
このことは、次のようなことを意味する。すなわち、システムの起動中において、電池冷却水系統ＣＳそとから燃料処理系統ＦＳへの改質蒸気が供給されるまでは、電池冷却水系統ＣＳは閉ループであり、保有水の減少が認められた場合、これは即ち電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統ＦＳも含めた外部への水漏れが発生したことを意味する。よって、予防保全手段４０は、警報を自動発報し、システムの起動停止指令を出力するので、システムが速やかにかつ自動的に停止される。
【００３４】
図３は燃料電池発電システムの発電中の予防保全手段４０の制御機能を説明するための図である。予防保全手段４０は、図２の減算器２１〜２４及び図２の比較器３１〜３４以外に、減算器２５〜２９と、比較器３５〜３９と、論理和回路４１と、論理積回路４２が新たに追加されている。
【００３５】
減算器２５は、脱硫器温度センサ１２で測定された現在の温度と、過去の測定値例えば脱硫器温度センサ１２によるシステムが起動直後の温度が入力され、両者の温度の差が求められる。比較器３５は、減算器２５からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００３６】
減算器２６は、一酸化炭素変成器温度センサ１３で測定された現在の温度と、過去の測定値例えば一酸化炭素変成器温度センサ１３によるシステムが起動直後の温度が入力され、両者の温度の差が求められる。比較器３６は、減算器２６からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００３７】
減算器２７は、燃料極入口温度センサ１４で測定された現在の温度と、過去の測定値例えば燃料極入口温度センサ１４によるシステムが起動直後の温度が入力され、両者の温度の差が求められる。比較器３７は、減算器２７からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００３８】
減算器２８は、燃料系統圧力センサ１５で測定された現在の圧力と、過去の測定値例えば燃料系統圧力センサ１５によるシステムが起動直後の圧力が入力され、両者の圧力の差が求められる。比較器３８は、減算器２８からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００３９】
減算器２９は、電池電圧センサ１６で測定された現在の電圧と、過去の測定値例えば電池電圧センサ１６によるシステムが起動直後の電圧が入力され、両者の電圧の差が求められる。比較器３９は、減算器２９からの出力が予め設定された敷居値を超えるかどうかを判断し敷居値を超える場合には、“１”を出力し、敷居値以下のときは“０”を出力する。
【００４０】
論理和回路４１は、比較器３５〜３７の出力を入力し、このうち少なくとも比較器の一つから信号が出力されたとき、“１”を出力する。論理積回路４２は、比較器３１〜３４及び３８，３９の出力を入力し、これらの全てが出力を生じたとき警報を発報すると共に、システム停止指令を出力する。
【００４１】
このようにシステムの発電中において、電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統ＦＳへの水漏れが発生した場合、水漏れの箇所にもよるが、脱硫器温度、一酸化炭素変成器温度、燃料極入口温度の少なくとも一つの温度は下降し、浸水した水が圧力損失要素となることで、燃料処理系統ＦＳの圧力は上昇し、燃料極５ａに適切なガスが供給されなくなることで、電池電圧は下降し、水タンク７から電池冷却水系統ＣＳへの補給水が増加することで、水タンク水位、気水分離器水位は低下し、給水ポンプ８のオンタイム、給水弁９のオンタイムは増加する現象が見られる。よって、発電中においては、予防保全手段４０は脱硫器温度、一酸化炭素変成器温度、燃料極入口温度、電池電圧、水タンク水位、気水分離器水位、給水ポンプ８のオンタイム、給水弁９のオンタイムの現在値と、これらの過去の値とを、減算器２１〜２９および比較器３１〜３９を用いることで比較し、この結果、電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統ＦＳへの水漏れが認められた場合に、警報を自動発報し、システムを速やかにかつ自動的に停止させる指令を出力する。
【００４２】
図４は燃料電池発電システムの停止中の予防保全手段４０の制御機能を説明するための図である。予防保全手段４０は、図２と同様に減算器２１〜２４と、比較器３１〜３４と、論理積回路４３とから構成されている。
【００４３】
減算器２１〜２４と、比較器３１〜３４の機能は、図２と同一であり、また論理積回路４１は、比較器３１〜３４の出力を入力し、この出力が全て“１”のとき警報を発報するようになっている。
【００４４】
このようにシステムの停止中においては、電池冷却水系統ＣＳは閉ループであり、保有水の減少が認められた場合、これは即ち電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統ＦＳも含めた外部への水漏れを意味する。よって、停止中においては、予防保全手段４０は水タンク水位、気水分離器水位、給水ポンプのオンタイム、給水弁のオンタイムの現在値と、これらの過去の値とを、減算器２１〜２４および比較器３１〜３４を用いることで比較し、この結果、保有水の減少が認められた場合に、警報を自動発報する。
【００４５】
以上述べた実施形態によれば、燃料処理系統ＦＳと電池冷却水系統ＣＳとの熱交換部分で、配管の破損などによる電池冷却水系統ＣＳから燃料処理系統ＦＳへ水漏れが発生した場合においても、速やかにこれを検出し、燃料処理系統ＦＳの各触媒への浸水や、燃料電池本体５、改質器１１、脱硫器２、一酸化炭素変成器４の冠水を最小限に留めることが実現可能である。
【００４６】
＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されず、例えば次のように変形して実施できる。前述の実施形態では、脱硫器２と一酸化炭素変成器４を一体に形成したものを例にあげて説明したが、脱硫器２と一酸化炭素変成器４をそれぞれ別体構成としたものでも同様に実施できる。
【００４７】
また、図２の実施形態では、各比較器３１〜３４の出力を論理積回路２９に入力し論理積回路２９の出力として警報発報及び起動停止指令を出力するようにしたが、論理積回路２９を論理和回路に代えると共に、各比較器３１〜３４の出力を入力し、該論理和回路の出力として警報発報及び起動停止指令を出力するようにしてもよい。このように構成することにより、前述の実施形態より信頼性が低下するが、従来の技術の燃料電池発電システムに比べて電池冷却水系統から燃料処理系統へ水漏れを速やかに検出することが可能になる。
【００４８】
さらに、図３の実施形態では、各比較器３５〜３７の出力を夫々論理和回路３９に入力し、かつ各比較器３５〜３７の出力を夫々論理和回路３０に入力し、比較器３１〜３４及び３８並びに論理和回路３９の出力を論理積回路３０に入力するように構成し、論理積回路３０の出力として警報発報及びシステム停止指令を出力するようにした例をあげたが、論理和回路３９と論理積回路３０を設けず、この代わりに一つの論理和回路だけで構成し、該論理和回路の出力とし警報発報及びシステム停止指令を出力するようにしてもよい。このように構成することにより、前述の実施形態より信頼性が低下するが、従来の技術の燃料電池発電システムに比べて電池冷却水系統から燃料処理系統へ水漏れを速やかに検出することが可能になる。
【００４９】
また、図４の実施形態では各比較器３１〜３４の出力を論理積回路４０に入力するようにし、該論理積回路４０の出力として警報発報を出力するようにしたが、論理積回路２９を論理和回路に代えると共に、各比較器３１〜３４の出力を、入力するようにし、該論理和回路の出力として警報発報を出力するようにしてもよい。このように構成することにより、前述の実施形態より信頼性が低下するが、従来の技術の燃料電池発電システムに比べて電池冷却水系統から燃料処理系統へ水漏れを速やかに検出することが可能になる。
【００５０】
さらに、前述した各実施形態はいずれも各比較器３１〜３４、３５〜３９の出力を論理積回路、論理和回路、これらの組み合わせたものを例にあげたが、これらの論理回路に入力せず、各比較器３１〜３４、３５〜３９の出力を直接出力し、これを操作者が見て判断するようにしてもよい。このように構成することにより、前述の実施形態より信頼性が低下するが、従来の技術の燃料電池発電システムに比べて電池冷却水系統から燃料処理系統へ水漏れを速やかに検出することが可能になる。
【００５１】
また、前述の実施形態で説明した給水ポンプ回転数センサまたはオンタイムセンサ１９、給水弁開度センサまたはオンタイムセンサ２０は、新たに設けない場合には前述した図示しない気水分離器制御器の指令値や計算値で代用することも可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料処理系統と電池冷却水系統との熱交換部分で、配管の破損などによる電池冷却水系統から燃料処理系統へ水漏れが発生した場合においても、速やかにこれを検出し、燃料処理系統の各触媒への浸水や、燃料電池本体、改質器、脱硫器、一酸化炭素変成器の冠水を最小限に留めることが可能な燃料電池発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電システムの第１の実施形態の概略構成を示す系統図。
【図２】図１のシステムが起動中の予防保全手段の制御機能を説明するための図。
【図３】図１のシステムが発電中の予防保全手段の制御機能を説明するための図。
【図４】図１のシステムが停止中の予防保全手段の制御機能を説明するための図。
【図５】従来の燃料電池発電システムの概略構成を示す系統図。
【符号の説明】
１…原燃料
２…脱硫器
３…改質器
４…一酸化炭素変成器
５…燃料電池本体
５ａ…燃料極
５ｂ…酸化剤極
５ｃ…冷却体
６…気水分離器
７…水タンク
８…給水ポンプ
９…給水弁
１０…改質蒸気
１２…脱硫器温度センサ
１３…一酸化炭素変成器温度センサ
１４…燃料極入口温度センサ
１５…燃料系圧力センサ
１６…電池電圧センサ
１７…水タンク水位センサ
１８…気水分離器水位センサ
１９…給水ポンプ回転数センサまたはオンタイムセンサ
２０…給水弁開度センサまたはオンタイムセンサ
２１〜２９…減算器
３１〜３９…比較器
３０，４２，４３…論理積回路
４０…予防保全手段
４１…論理和回路
ＣＳ…電池冷却水系統
ＦＳ…燃料処理系統

Claims

燃料極と酸化剤極を備え、水素と酸素から電気を発生させる燃料電池本体に対して燃料を供給するための燃料処理系統と、前記燃料電池本体を適切な温度に保つための電池冷却水系統を備えた燃料電池発電システムであって、
前記燃料処理系統は、原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫器と、前記原燃料を水素濃度の高い改質ガスに改質して、前記燃料極に供給するとともに、
前記燃料電池本体における未反応の水素を燃焼させ、自身の温度を適切に保つ改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させ、前記燃料極に供給する一酸化炭素変成器とからなり、
前記電池冷却水系統は、前記燃料電池本体を冷却するための水を供給する水タンクと、前記水タンクの水を導入し前記改質器及び前記一酸化炭素変成器に夫々必要な蒸気を供給するための気水分離器と、前記気水分離器と前記水タンク間に配設され前記気水分離器の水面を一定に保つための給水ポンプ及び給水弁とからなり、
前記燃料電池システムの起動中において、前記水タンクの水位、前記給水ポンプの運転時間、前記給水弁の動作時間の少なくとも一つを監視し、前記燃料電池システムの電池冷却水系から燃料処理系統への水漏れを検出する予防保全手段を備えた燃料電池発電システム。
前記予防保全手段は、前記水タンクの水位を測定するセンサ、前記給水ポンプの運転時間を測定するセンサ、前記給水弁の動作時間を測定するセンサで測定された測定値の少なくとも一つと設定値を減算し、この減算結果が所定範囲を超えたとき、前記燃料電池発電システムに対して起動中止指令を出力するものである請求項１記載の燃料電池発電システム。
燃料極と酸化剤極を備え、水素と酸素から電気を発生させる燃料電池本体に対して燃料を供給するための燃料処理系統と、前記燃料電池本体を適切な温度に保つための電池冷却水系統を備えた燃料電池発電システムであって、
前記燃料処理系統は、原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫器と、前記原燃料を水素濃度の高い改質ガスに改質して、前記燃料極に供給するとともに、前記燃料電池本体における未反応の水素を燃焼させ、自身の温度を適切に保つ改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させ、前記燃料極に供給する一酸化炭素変成器とからなり、
前記電池冷却水系統は、前記燃料電池本体を冷却するための水を供給する水タンクと、前記水タンクの水を導入し前記改質器及び前記一酸化炭素変成器に夫々必要な蒸気を供給するための気水分離器と、前記気水分離器と前記水タンク間に配設され前記気水分離器の水面を一定に保つための給水ポンプ及び給水弁とからなり、
前記燃料電池システムの発電中において、前記脱硫器の温度、前記一酸化炭素変成器の温度、前記燃料極の入口温度、前記燃料処理系統の圧力、前記燃料電池本体の電圧、前記水タンクの水位、前記給水ポンプの運転時間、前記給水弁の動作時間の少なくとも一つを監視し、前記燃料電池システムの電池冷却水系統から燃料処理系統系への水漏れを検出する予防保全手段を備えた燃料電池発電システム。
前記予防保全手段は、前記脱硫器の温度を測定するセンサ、前記一酸化炭素変成器の温度を測定するセンサ、前記燃料極の入口温度を測定するセンサ、前記燃料処理系統の圧力を測定するセンサ、前記燃料電池本体の電圧を測定するセンサ、前記水タンクの水位を測定するセンサ、前記給水ポンプの運転時間を測定するセンサ、前記給水弁の動作時間を測定するセンサの少なくとも一つと設定値を減算し、この減算結果が所定範囲を超えたとき、前記燃料電池発電システムに対してシステム停止指令を出力するものである請求項３記載の燃料電池発電システム。
燃料極と酸化剤極を備え、水素と酸素から電気を発生させる燃料電池本体に対して燃料を供給するための燃料処理系統と、前記燃料電池本体を適切な温度に保つための電池冷却水系統を備えた燃料電池発電システムであって、
前記燃料処理系統は、原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫器と、前記原燃料を水素濃度の高い改質ガスに改質して、前記燃料極に供給するとともに、前記燃料電池本体における未反応の水素を燃焼させ、自身の温度を適切に保つ改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させ、前記燃料極に供給する一酸化炭素変成器とからなり、
前記電池冷却水系統は、前記燃料電池本体を冷却するための水を供給する水タンクと、前記水タンクの水を導入し前記改質器及び前記一酸化炭素変成器に夫々必要な蒸気を供給するための気水分離器と、前記気水分離器と前記水タンク間に配設され前記気水分離器の水面を一定に保つための給水ポンプ及び給水弁とからなり、
前記燃料電池システムの停止中において、前記水タンクの水位、前記給水ポンプの運転時間、前記給水弁の動作時間の少なくとも一つを監視し、前記燃料電池システムの電池冷却水系統から燃料処理系統への水漏れを検出する予防保全手段を備えた燃料電池発電システム。
前記予防保全手段は、前記水タンクの水位を測定するセンサ、前記給水ポンプの運転時間を測定するセンサ、前記給水弁の動作時間を測定するセンサで測定された測定値の少なくとも一つと設定値を減算し、この減算結果が所定範囲を超えたとき、警報を発報するものである請求項５記載の燃料電池発電システム。