JP5851946B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システム及びその異常検出方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and an abnormality detection method thereof.

従来の燃料電池システムの異常検出方法として、例えば、特許文献1に示すものが知られている。特許文献1に示すシステムでは、燃焼器や燃料処理器や燃料電池スタックを筐体に収納し、当該筐体内にガス検知器を設けている。当該ガス検知器から検知信号を受信すると、弁を閉じて可燃性ガスの供給を停止している。また、特許文献2のシステムは、燃料電池システムのシステム停止時に、触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、改質装置に原燃料ガスを封入して封止し、その状態で封止空間の温度と圧力を経時的に検出し、検出結果に基づく圧力降下速度と、演算によって算出された圧力降下速度とを比較することにより、気密性の異常を判断している。   As a conventional method for detecting an abnormality in a fuel cell system, for example, the one shown in Patent Document 1 is known. In the system shown in Patent Document 1, a combustor, a fuel processor, and a fuel cell stack are housed in a casing, and a gas detector is provided in the casing. When the detection signal is received from the gas detector, the valve is closed and the supply of the combustible gas is stopped. Further, in the system of Patent Document 2, when the temperature of the catalyst layer becomes equal to or lower than the decomposition temperature of the raw fuel gas when the fuel cell system is stopped, the raw fuel gas is sealed and sealed in the reformer. In the state, the temperature and pressure of the sealed space are detected with time, and the pressure drop speed based on the detection result is compared with the pressure drop speed calculated by the calculation, thereby determining the airtight abnormality.

再公表特許WO2008/023729号公報Republished patent WO2008 / 023729 特開2010−15808号公報JP 2010-15808 A

ここで、特許文献1に係るシステムでは、筐体内に一定量のガスが存在する状態となるまでガス検知器が検知することができないという問題があった。また、筐体内にガスが存在していれば検知することができるものの、弁の故障などの装置内部での気密性に関する異常は検知できないという問題があった。また、特許文献2に係るシステムでは、システム停止中に気密性に関する異常(亀裂等の損傷)が発生する場合もあり、そのような場合は、次の運転の停止時まで異常を検知することができず、異常を有した状態で運転が行われるという問題があった。更に、停止時の圧力降下速度に基づく検出方法では、正確に気密性に関する異常を検出することができない場合がある。従って、燃料電池システムでの気密性に関する異常を、より短時間で、且つ正確に検出することが従来より求められていた。   Here, the system according to Patent Document 1 has a problem that the gas detector cannot detect until a certain amount of gas is present in the housing. In addition, although gas can be detected if there is gas in the housing, there is a problem that abnormalities related to airtightness inside the apparatus such as a valve failure cannot be detected. Further, in the system according to Patent Document 2, an abnormality related to airtightness (damage such as a crack) may occur while the system is stopped. In such a case, the abnormality may be detected until the next operation is stopped. There was a problem that the operation was performed in an abnormal state. Furthermore, in the detection method based on the pressure drop speed at the time of stopping, there may be a case where an abnormality relating to airtightness cannot be detected accurately. Therefore, it has been conventionally required to detect an abnormality related to airtightness in a fuel cell system in a shorter time and accurately.

そこで、本発明は、気密性に関する異常を、より短時間で、且つ正確に検出できる燃料電池システム及び異常検出方法を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and an abnormality detection method capable of accurately detecting an abnormality related to airtightness in a shorter time and more accurately.

本発明に係る燃料電池システムは、原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、水素製造部によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、水素製造部の改質ガスの出口側を開閉する開閉部と、開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出部と、システム内の異常を検出する異常検出部と、を備え、異常検出部は、システム起動時に、開閉部が閉じられ、且つ、原燃料が水素製造部へ供給されたときに圧力検出部によって検出された圧力に基づく値が、第1の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出し、異常検出部は、圧力に基づく値と、第1の閾値よりも小さい第2の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定するA fuel cell system according to the present invention includes a hydrogen production unit that produces a reformed gas containing hydrogen using raw fuel, a fuel cell stack that generates electric power using the reformed gas produced by the hydrogen production unit, An abnormality detection unit comprising an opening / closing part that opens and closes the outlet side of the reformed gas in the hydrogen production part, a pressure detection part that detects a pressure upstream of the opening / closing part, and an abnormality detection part that detects an abnormality in the system. When the system is started, the opening / closing unit is closed, and the value based on the pressure detected by the pressure detection unit when the raw fuel is supplied to the hydrogen production unit is less than the first threshold value, The abnormality detection unit detects an abnormality related to airtightness by comparing the value based on the pressure with a second threshold smaller than the first threshold .

水素製造部の改質ガスの出口側が開閉部で閉じられ、且つ、原燃料が水素製造部に供給されている場合、気密性に関する異常が無い場合は、開閉部より上流側では圧力が上昇する。一方、気密性に関する異常がある場合、異常が無い場合に比して圧力上昇は小さくなる。従って、当該条件下での圧力に基づく値に対して、異常が無い場合の値として第1の閾値を予め設定しておくことで、異常検出部は、システム起動時に、前記条件下で圧力検出部によって検出された圧力に基づく値が、第1の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出することが可能となる。異常検出部は、システム起動時に異常を検出することができるため、気密性に関する異常がある状態で燃料電池システムを運転することを防止できる。また、システム起動時に、水素製造部の出口側を閉じて原燃料の供給を行うと、短時間で圧力が上昇するため速やかに異常を検出でき、異常がある時と無い時とで明確に圧力に差がでるため、正確に異常を検出することができる。以上によって、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。また、気密性に関する異常がある場合は、開閉部を閉じて改質を行ったときの圧力上昇は小さくなるが、異常の箇所により、圧力上昇が小さくなる度合いは異なる。従って、圧力に基づく値と第2の閾値とを比較することで、異常の箇所を判定することができ、これによって、異常を検出した後の修理を効率よく行うことが可能となる。 When the reformed gas outlet side of the hydrogen production unit is closed by the open / close unit and the raw fuel is supplied to the hydrogen production unit, if there is no abnormality related to airtightness, the pressure increases upstream from the open / close unit. . On the other hand, when there is an abnormality related to airtightness, the pressure increase is smaller than when there is no abnormality. Therefore, by setting the first threshold value in advance as a value when there is no abnormality with respect to the value based on the pressure under the condition, the abnormality detection unit can detect the pressure under the condition when the system is started. When the value based on the pressure detected by the unit is smaller than the first threshold value, it is possible to detect an abnormality related to airtightness. Since the abnormality detection unit can detect an abnormality at the time of system startup, it can prevent the fuel cell system from being operated in a state where there is an abnormality related to airtightness. In addition, if the raw fuel is supplied by closing the outlet side of the hydrogen production department when the system is started up, the pressure rises in a short time, so that an abnormality can be detected quickly, and the pressure is clearly determined when there is an abnormality and when there is no abnormality. Therefore, an abnormality can be accurately detected. As described above, an abnormality relating to airtightness can be detected in a shorter time and more accurately. In addition, when there is an abnormality related to airtightness, the pressure increase when the reforming is performed with the opening / closing part closed is small, but the degree of the pressure increase is different depending on the abnormal part. Therefore, by comparing the value based on the pressure and the second threshold value, it is possible to determine the location of the abnormality, thereby making it possible to efficiently perform repair after detecting the abnormality.

また、本発明に係る異常検出方法は、原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、水素製造部によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備える燃料電池システムの異常を検出する異常検出方法であって、水素製造部の改質ガスの出口側を開閉部で閉じる閉止工程と、開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出工程と、システム内の異常を検出する異常検出工程と、を備え、圧力検出工程では、システム起動時に、閉止工程が実行され、且つ、原燃料が水素製造部へ供給されたときの圧力を検出し、異常検出工程では、当該圧力に基づく値が、第1の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出し、圧力に基づく値と、第1の閾値よりも小さい第2の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定するThe abnormality detection method according to the present invention includes a hydrogen production unit that generates a reformed gas containing hydrogen using raw fuel, and a fuel cell stack that generates power using the reformed gas generated by the hydrogen production unit. An abnormality detection method for detecting an abnormality in a fuel cell system comprising: a closing step of closing the reformed gas outlet side of the hydrogen production section with an opening / closing section; and a pressure for detecting a pressure upstream of the opening / closing section A pressure detecting step, and a pressure detecting step for detecting an abnormality in the system. In the pressure detecting step, the pressure when the closing process is executed and the raw fuel is supplied to the hydrogen production section is started at the time of starting the system. In the detection and abnormality detection step, when the value based on the pressure is smaller than the first threshold, an abnormality related to airtightness is detected , and the value based on the pressure and the second threshold smaller than the first threshold are detected. By comparing with Determining an abnormality of the position regarding airtightness.

異常検出工程では、システム起動時に異常を検出することができるため、気密性に関する異常がある状態で燃料電池システムを運転することを防止できる。また、システム起動時に、水素製造部の出口側を閉じて改質を行うと短時間で圧力が上昇するため速やかに異常を検出でき、異常がある時と無い時とで明確に圧力に差がでるため、正確に異常を検出することができる。以上によって、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。また、気密性に関する異常がある場合は、開閉部を閉じて改質を行ったときの圧力上昇は小さくなるが、異常の箇所により、圧力上昇が小さくなる度合いは異なる。従って、圧力に基づく値と第2の閾値とを比較することで、異常の箇所を判定することができ、これによって、異常を検出した後の修理を効率よく行うことが可能となる。 In the abnormality detection step, an abnormality can be detected when the system is started, and therefore it is possible to prevent the fuel cell system from being operated in a state where there is an abnormality related to airtightness. Also, when the reforming is performed by closing the outlet side of the hydrogen production section when the system is started, the pressure rises in a short time, so that an abnormality can be detected quickly, and there is a clear difference in pressure between when there is an abnormality and when there is no abnormality. Therefore, the abnormality can be detected accurately. As described above, an abnormality relating to airtightness can be detected in a shorter time and more accurately. In addition, when there is an abnormality related to airtightness, the pressure increase when the reforming is performed with the opening / closing part closed is small, but the degree of the pressure increase is different depending on the abnormal part. Therefore, by comparing the value based on the pressure and the second threshold value, it is possible to determine the location of the abnormality, thereby making it possible to efficiently perform repair after detecting the abnormality.

また、燃料電池システムにおいて、水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、異常検出部は、水素製造部の昇温開始後に温度検出部によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、原燃料に関する異常を検出することが可能となる。   The fuel cell system further includes a temperature detection unit that detects a temperature of the hydrogen production unit, and the abnormality detection unit is configured to detect the raw fuel based on the temperature detected by the temperature detection unit after the start of temperature increase in the hydrogen production unit. Detect an abnormality related to supply. This makes it possible to detect an abnormality related to the raw fuel before detecting an abnormality related to airtightness.

また、燃料電池システムにおいて、水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、異常検出部は、水素製造部での改質開始後に温度検出部によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、改質水の供給に関する異常を検出することが可能となる。   The fuel cell system further includes a temperature detection unit that detects the temperature of the hydrogen production unit, and the abnormality detection unit performs reforming based on the temperature detected by the temperature detection unit after the start of reforming in the hydrogen production unit. Detect abnormalities in water supply. This makes it possible to detect an abnormality related to the supply of reforming water before detecting an abnormality related to airtightness.

本発明によれば、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。   According to the present invention, an abnormality relating to airtightness can be detected more accurately in a shorter time.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの一部を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows a part of fuel cell system which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の制御部の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the control part of FIG. 本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the fuel cell system which concerns on one Embodiment of this invention. 変形例に係る処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content which concerns on a modification.

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの一部を示す概略ブロック図である。図1に示すように、水素製造装置(FPS:Fuel Processing System)1は、例えば家庭用の燃料電池システム100において水素供給源として利用されるものである。ここでの水素製造装置(水素製造部)1は、水素を含有する改質ガスを燃料電池スタック20に供給する。燃料電池スタック20は、改質ガスと酸化剤を用いて発電を行う。燃料電池スタック20は、例えば、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)を採用することができる。酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス(通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい)、酸素富化空気が用いられる。   FIG. 1 is a schematic block diagram showing a part of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a hydrogen production apparatus (FPS: Fuel Processing System) 1 is used as a hydrogen supply source in, for example, a household fuel cell system 100. The hydrogen production apparatus (hydrogen production unit) 1 here supplies a reformed gas containing hydrogen to the fuel cell stack 20. The fuel cell stack 20 generates power using the reformed gas and the oxidant. The fuel cell stack 20 can employ, for example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). As the oxidizing agent, for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removal method), or oxygen-enriched air is used.

本実施形態に係る水素製造装置1に対する原燃料としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでいてもよい)若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。   As the raw fuel for the hydrogen production apparatus 1 according to the present embodiment, for example, a hydrocarbon fuel is used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. Examples of hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. Those derived from fuel and those derived from biomass can be used as appropriate. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.

燃料電池システム100は、水素製造装置1、脱硫部2、加熱装置10,11、燃料電池スタック20、制御部30を備えている。また、水素製造装置1は、改質部6、シフト反応部7、選択酸化反応部8を備えている。水素製造装置1の入口側の流路、すなわち脱硫部2と水素製造装置1との間の流路には、ポンプ21、三方弁22、圧力計(圧力検出部)23が設けられている。水素製造装置1の改質部6には、改質水を供給するためのポンプ24が接続されている。水素製造装置1の出口側の流路、すなわち水素製造装置1の選択酸化反応部8と燃料電池スタック20との間の流路には、開閉弁26が設けられている。水素製造装置1には温度を測定するための温度計(温度検出部)27が設けられている。   The fuel cell system 100 includes a hydrogen production device 1, a desulfurization unit 2, heating devices 10 and 11, a fuel cell stack 20, and a control unit 30. The hydrogen production apparatus 1 includes a reforming unit 6, a shift reaction unit 7, and a selective oxidation reaction unit 8. A pump 21, a three-way valve 22, and a pressure gauge (pressure detector) 23 are provided in the flow path on the inlet side of the hydrogen production apparatus 1, that is, the flow path between the desulfurization section 2 and the hydrogen production apparatus 1. A pump 24 for supplying reforming water is connected to the reforming unit 6 of the hydrogen production apparatus 1. An opening / closing valve 26 is provided in the flow path on the outlet side of the hydrogen production apparatus 1, that is, the flow path between the selective oxidation reaction unit 8 of the hydrogen production apparatus 1 and the fuel cell stack 20. The hydrogen production apparatus 1 is provided with a thermometer (temperature detector) 27 for measuring temperature.

脱硫部2は、外部から導入された原燃料を脱硫触媒によって脱硫して硫黄分を除去する。硫黄分が除去された原燃料は、ポンプ21によって水素製造装置1の改質部6に供給される。   The desulfurization unit 2 desulfurizes raw fuel introduced from the outside with a desulfurization catalyst to remove sulfur. The raw fuel from which the sulfur content has been removed is supplied to the reforming unit 6 of the hydrogen production apparatus 1 by the pump 21.

改質部(SR:SteamReforming)6は、脱硫部2から供給された原燃料のガスと、改質水による水蒸気との混合ガスを改質触媒によって水蒸気改質して改質ガスを生成し、この改質ガスをシフト反応部7へ供給する。この改質部6にあっては、水蒸気改質反応が吸熱反応であるため、改質部6の改質触媒を加熱するための熱源として加熱装置10を利用している。   A reforming section (SR: Steam Reforming) 6 generates a reformed gas by steam reforming a mixed gas of raw fuel gas supplied from the desulfurization section 2 and steam with reformed water using a reforming catalyst, This reformed gas is supplied to the shift reaction unit 7. In the reforming unit 6, since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the heating device 10 is used as a heat source for heating the reforming catalyst of the reforming unit 6.

シフト反応部7は、改質部6から供給された改質ガスの一酸化炭素濃度(CO濃度)を低下させるためのものであり、改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応させて水素及び二酸化炭素に転換する。   The shift reaction unit 7 is for lowering the carbon monoxide concentration (CO concentration) of the reformed gas supplied from the reforming unit 6, and shifts the carbon monoxide in the reformed gas to generate hydrogen and Convert to carbon dioxide.

選択酸化反応部(PROX:Preferential Oxidation)8は、シフト反応部7でシフト反応させた改質ガス中のCO濃度をさらに低下させる。これは、燃料電池スタック20に高濃度の一酸化炭素を供給すると、燃料電池スタック20の触媒が被毒して大きく性能低下するためである。具体的には、選択酸化反応部8は、改質ガス中の一酸化炭素と酸化剤とを選択酸化触媒で反応させて選択的に酸化し、二酸化炭素に転換する。   A selective oxidation reaction unit (PROX) 8 further reduces the CO concentration in the reformed gas subjected to the shift reaction in the shift reaction unit 7. This is because if a high concentration of carbon monoxide is supplied to the fuel cell stack 20, the catalyst of the fuel cell stack 20 is poisoned and the performance is greatly reduced. Specifically, the selective oxidation reaction unit 8 causes carbon monoxide and an oxidizing agent in the reformed gas to react with each other with a selective oxidation catalyst to selectively oxidize the carbon dioxide and convert it into carbon dioxide.

加熱装置10は、改質部6を加熱するための装置であり、例えばバーナが適用される。加熱装置10では、原燃料がバーナ燃料として供給されて燃焼される(例えば、三方弁22の開閉により、原燃料が加熱装置10へ流れる)。加熱装置11は、シフト反応部7及び選択酸化反応部8を加熱するための装置であり、例えばヒータ等が適用される。   The heating device 10 is a device for heating the reforming unit 6, and for example, a burner is applied. In the heating device 10, the raw fuel is supplied as burner fuel and burned (for example, the raw fuel flows to the heating device 10 by opening and closing the three-way valve 22). The heating device 11 is a device for heating the shift reaction unit 7 and the selective oxidation reaction unit 8, and for example, a heater or the like is applied.

このような水素製造装置1では、まず、バーナ燃料及び燃料電池スタック20からのオフガス(燃料電池スタック20で反応に使用されない残ガス)の少なくとも一方と空気とが加熱装置10に供給されて燃焼され、かかる燃焼によって改質部6の改質触媒が加熱される。これと共に、脱硫部2で脱硫された原燃料とポンプ24によって供給された改質水による水蒸気とが混合され、混合ガスが生成される。この混合ガスは、改質部6に供給されて改質触媒で水蒸気改質され、これにより、改質ガスが生成される。そして、生成された改質ガスは、シフト反応部7によってその一酸化炭素濃度が例えば数%程度まで低下され、選択酸化反応部8によってその一酸化炭素濃度が10ppm以下まで低下された後水素リッチガスとして、後段の燃料電池スタック20へ導出される。   In such a hydrogen production apparatus 1, first, at least one of burner fuel and off-gas from the fuel cell stack 20 (residual gas not used for reaction in the fuel cell stack 20) and air are supplied to the heating device 10 and burned. Thus, the reforming catalyst of the reforming unit 6 is heated by such combustion. At the same time, the raw fuel desulfurized in the desulfurization unit 2 and the water vapor by the reformed water supplied by the pump 24 are mixed to generate a mixed gas. This mixed gas is supplied to the reforming unit 6 and subjected to steam reforming by the reforming catalyst, thereby generating reformed gas. The generated reformed gas has its carbon monoxide concentration reduced to, for example, about several percent by the shift reaction unit 7, and after its carbon monoxide concentration has been reduced to 10 ppm or less by the selective oxidation reaction unit 8, the hydrogen-rich gas. To the fuel cell stack 20 at the subsequent stage.

圧力計23は、水素製造装置1の上流側において、当該水素製造部1に供給される原燃料のガスの圧力を検出する機能を有している。圧力計23は、開閉弁26が閉じられることによる圧力変化を検出する機能を有している。なお、圧力計23は、原燃料のガス及び改質ガスの少なくとも一方の圧力を検出することができるならば、開閉弁26の上流側のいずれの位置に設けてもよい。例えば、水素製造装置1の選択酸化部8と開閉弁26との間の流路に設けて、改質ガスの圧力(水素製造装置1での改質が行われない状態では原燃料ガスの圧力)を検出してもよい。ただし、流量制御等のためにポンプ21と水素製造装置1との間に設けられている圧力計23の圧力を本実施形態の異常検出方法にも用いることにより、既存の圧力計を流用することができる。なお、複数の圧力計23を設けて、原燃料ガスの圧力と、改質ガスの圧力の両方を測定してもよい。   The pressure gauge 23 has a function of detecting the pressure of the raw fuel gas supplied to the hydrogen production unit 1 on the upstream side of the hydrogen production apparatus 1. The pressure gauge 23 has a function of detecting a pressure change caused by closing the on-off valve 26. The pressure gauge 23 may be provided at any position upstream of the on-off valve 26 as long as it can detect the pressure of at least one of the raw fuel gas and the reformed gas. For example, it is provided in a flow path between the selective oxidation unit 8 of the hydrogen production apparatus 1 and the on-off valve 26, and the pressure of the reformed gas (the pressure of the raw fuel gas in a state where the reforming in the hydrogen production apparatus 1 is not performed). ) May be detected. However, the existing pressure gauge can be diverted by using the pressure of the pressure gauge 23 provided between the pump 21 and the hydrogen production apparatus 1 for the flow rate control or the like in the abnormality detection method of this embodiment. Can do. A plurality of pressure gauges 23 may be provided to measure both the pressure of the raw fuel gas and the pressure of the reformed gas.

温度計27は、水素製造装置1の温度を検出する機能を有している。温度計27は、水素製造装置1にて改質可能な温度となったことを判断できるものであればどこの温度を検出してもよい。例えば、温度計27は、改質部6の改質触媒層における代表点や出口部の温度を検出してもよく、シフト反応部7または選択酸化反応部8の触媒層の温度を検出してもよい。また、複数カ所の温度を検出してもよい。   The thermometer 27 has a function of detecting the temperature of the hydrogen production apparatus 1. The thermometer 27 may detect any temperature as long as it can be determined that the hydrogen production apparatus 1 has reached a reformable temperature. For example, the thermometer 27 may detect the temperature at the representative point or the outlet of the reforming catalyst layer of the reforming unit 6, or detect the temperature of the catalyst layer of the shift reaction unit 7 or the selective oxidation reaction unit 8. Also good. Moreover, you may detect the temperature of several places.

制御部30は、燃料電池システム100全体の制御を行う機能を有しており、例えば電子制御を行うデバイス(例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、および入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイス)によって構成されている。制御部30は、ポンプ21、三方弁22、圧力計23、ポンプ24、温度計27、開閉弁26、その他図示されない燃料電池システム100中のセンサや電子機器と電気的に接続されており、信号の入出力を行う。図2に示すように、制御部30は、運転制御部31、開閉制御部32、温度取得部33、圧力取得部34、異常検出部35を備えている。   The control unit 30 has a function of controlling the entire fuel cell system 100. For example, a device that performs electronic control (for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), And a device configured to include an input / output interface). The control unit 30 is electrically connected to the pump 21, the three-way valve 22, the pressure gauge 23, the pump 24, the thermometer 27, the on-off valve 26, and other sensors and electronic devices in the fuel cell system 100 (not shown). I / O is performed. As shown in FIG. 2, the control unit 30 includes an operation control unit 31, an opening / closing control unit 32, a temperature acquisition unit 33, a pressure acquisition unit 34, and an abnormality detection unit 35.

運転制御部31は、燃料電池システム100の運転制御を行う機能を有しており、水素製造装置1での水素を製造するための制御、燃料電池スタック20で発電をするための制御を行う。運転制御部31は、例えば、ポンプ21,24などを制御することにより、原燃料、改質水、酸化剤を所定のタイミングで各部位へ供給する。   The operation control unit 31 has a function of performing operation control of the fuel cell system 100, and performs control for producing hydrogen in the hydrogen production apparatus 1 and control for generating power in the fuel cell stack 20. For example, the operation control unit 31 controls the pumps 21 and 24 to supply raw fuel, reforming water, and oxidant to each part at a predetermined timing.

開閉制御部32は、開閉弁26の開閉制御を実行する機能を有している。開閉制御部32は、システム起動時において燃料電池システム100の気密性に関する異常を検出する際に、開閉弁26を閉じるように制御する。温度取得部33は、温度計27で検出された温度を取得する機能を有している。圧力取得部34は、圧力計23で検出された圧力を取得する機能を有している。   The open / close control unit 32 has a function of executing open / close control of the open / close valve 26. The open / close control unit 32 controls the open / close valve 26 to be closed when detecting an abnormality related to the airtightness of the fuel cell system 100 at the time of system startup. The temperature acquisition unit 33 has a function of acquiring the temperature detected by the thermometer 27. The pressure acquisition unit 34 has a function of acquiring the pressure detected by the pressure gauge 23.

異常検出部35は、燃料電池システム100内の異常を検出する機能を有している。異常検出部35は、開閉弁26が閉じられ、且つ、原燃料が水素製造装置1に供給されているときに圧力計23で検出された圧力に基づく値が、第1の閾値以下である場合に、気密性に関する異常を検出する機能を有している。なお、異常検出に用いる「圧力に基づく値」として、どのような値を用いてもよく、例えば、所定時間内における圧力変化量の値(圧力をPで表した場合のΔPに該当する値)を用いてよい。その他、固定の圧力値を用いてもよい(ΔPではなく、Pを用いる)。開閉弁26が閉じられ、且つ、原燃料が水素製造装置1に供給されているときは、原燃料のガスや改質ガスが水素製造装置1の流路内に貯まるため、圧力が上昇する。気密性に異常がある場合の圧力上昇は、異常が無い場合の圧力上昇に比して、遅くなる。従って、圧力に基づく値と予め定めておいた閾値を比較することによって、気密性に関する異常を検知することができる。   The abnormality detection unit 35 has a function of detecting an abnormality in the fuel cell system 100. The abnormality detection unit 35 is configured such that the value based on the pressure detected by the pressure gauge 23 when the on-off valve 26 is closed and the raw fuel is supplied to the hydrogen production device 1 is equal to or less than the first threshold value. In addition, it has a function of detecting an abnormality related to airtightness. Note that any value may be used as the “value based on pressure” used for abnormality detection. For example, a value of a pressure change amount within a predetermined time (a value corresponding to ΔP when the pressure is represented by P). May be used. In addition, a fixed pressure value may be used (P is used instead of ΔP). When the on-off valve 26 is closed and the raw fuel is supplied to the hydrogen production apparatus 1, since the raw fuel gas and the reformed gas are stored in the flow path of the hydrogen production apparatus 1, the pressure increases. The pressure increase when there is an abnormality in airtightness is slower than the pressure increase when there is no abnormality. Therefore, an abnormality relating to airtightness can be detected by comparing a value based on pressure with a predetermined threshold value.

異常検出部35は、圧力に基づく値と、第1の閾値よりも小さい第2の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する機能を有する。異常の箇所を判定するとは、水素製造装置1の気密性に異常があるのか、出口側の開閉弁26に異常があるのかを判定することである。出口側の開閉弁26に異常がある場合は、水素製造装置1に異常がある場合よりも、圧力に対する影響が大きく、圧力上昇が遅くなる。従って、検出された圧力に基づく値と予め定めておいた閾値を比較することによって、気密性に関する異常の箇所を判定することができる。なお、水素製造装置1の気密性に異常がある状態とは、水素製造装置1から外部(ただし、水素製造装置1全体が筐体に収納されている場合は、当該筐体の空間内)へ微量のガスが出ることである。水素製造装置1の気密性の異常として、例えば、水素製造装置1の最外壁の亀裂や、(配管などの)接続部分のシール性不足などが挙げられる。開閉弁26の気密性の異常として、例えば、故障により閉止できないなどが挙げられる。   The abnormality detection unit 35 has a function of determining a location of an abnormality related to airtightness by comparing a value based on pressure with a second threshold value that is smaller than the first threshold value. Determining the location of abnormality is to determine whether there is an abnormality in the airtightness of the hydrogen production apparatus 1 or whether there is an abnormality in the on-off valve 26 on the outlet side. When there is an abnormality in the on-off valve 26 on the outlet side, the influence on the pressure is greater than when there is an abnormality in the hydrogen production apparatus 1, and the pressure increase is delayed. Therefore, by comparing the value based on the detected pressure with a predetermined threshold value, it is possible to determine the location of abnormality related to airtightness. In addition, the state where there is an abnormality in the airtightness of the hydrogen production apparatus 1 refers to the hydrogen production apparatus 1 to the outside (however, in the case where the entire hydrogen production apparatus 1 is housed in the enclosure). A trace amount of gas comes out. Examples of the abnormality in the air tightness of the hydrogen production apparatus 1 include a crack in the outermost wall of the hydrogen production apparatus 1 and a lack of sealability at a connection portion (such as a pipe). As an abnormality of the airtightness of the on-off valve 26, for example, it cannot be closed due to a failure.

異常検出部35は、温度計27によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する機能を有する。異常検出部35は、水素製造装置1の昇温開始後に検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出できる。異常検出部35は、水素製造装置1で改質を開始できる温度まで昇温する際の温度の上昇の状況に基づいて、異常を検出する。改質部6を加熱する加熱装置10としてバーナを用いる場合、着火しなかったり、水素製造装置1の温度上昇速度が低い場合は、原燃料系の故障、すなわち原燃料の供給に関する異常が推定される。原燃料の供給に関する異常としては、例えば、原燃料供給用のポンプ21の故障や、供給弁である三方弁22の故障や、配管詰まりなどが挙げられる。   The abnormality detection unit 35 has a function of detecting an abnormality related to the supply of raw fuel based on the temperature detected by the thermometer 27. The abnormality detection unit 35 can detect an abnormality related to the supply of raw fuel based on the temperature detected after the start of the temperature increase of the hydrogen production apparatus 1. The abnormality detection unit 35 detects an abnormality based on the state of temperature rise when the temperature is raised to a temperature at which reforming can be started in the hydrogen production apparatus 1. When a burner is used as the heating device 10 for heating the reforming unit 6, when ignition does not occur or the temperature rise rate of the hydrogen production device 1 is low, a malfunction of the raw fuel system, that is, an abnormality related to the supply of the raw fuel is estimated. The Examples of abnormalities related to the supply of raw fuel include a failure of the pump 21 for supplying raw fuel, a failure of the three-way valve 22 serving as a supply valve, and a clogged pipe.

異常検出部35は、温度計27によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する機能を有する。異常検出部35は、水素製造装置1で水素製造装置1での改質開始後の温度に基づいて、改質水系の異常を検出できる。水素製造装置1へ改質水が供給されるようにポンプ24を制御し、原燃料が供給されるようにポンプ21を制御した場合、すなわち水素製造装置1での改質を開始させた場合、改質部6で吸熱反応により水素製造装置1の温度に影響がある。しかしながら、吸熱反応が起こらず(改質が起こらず)温度に異常がある場合は、改質水系の故障、すなわち改質水の供給に関する異常が推定される。改質水の供給に関する異常としては、例えば、改質水供給用のポンプ24の故障や、改質水の供給弁の故障や、配管詰まりなどが挙げられる。   The abnormality detection unit 35 has a function of detecting an abnormality related to the supply of reforming water based on the temperature detected by the thermometer 27. The abnormality detection unit 35 can detect an abnormality of the reforming water system based on the temperature after the start of reforming in the hydrogen production apparatus 1 in the hydrogen production apparatus 1. When the pump 24 is controlled so that the reforming water is supplied to the hydrogen production apparatus 1 and the pump 21 is controlled so that the raw fuel is supplied, that is, when reforming in the hydrogen production apparatus 1 is started, The temperature of the hydrogen production apparatus 1 is affected by the endothermic reaction in the reforming unit 6. However, when the endothermic reaction does not occur (reforming does not occur) and the temperature is abnormal, a failure of the reforming water system, that is, an abnormality related to the supply of the reforming water is estimated. Examples of the abnormality relating to the supply of reforming water include a failure of the reforming water supply pump 24, a failure of the reforming water supply valve, and a clogged pipe.

次に、図3を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム100の異常検出方法について説明する。図3は、燃料電池システム100の処理内容を示すフローチャートである。図3に示す処理は、システム起動時に燃料電池システム100内の異常を検出するための処理である。図3の処理は、燃料電池システム100のシステム起動時に、制御部30において所定のタイミングで実行される。なお、ここでの「システム起動」とは、コールドスタート及びホットスタートのどちらの場合も含まれる。また、図3の処理内容は一例に過ぎず、適宜処理内容や処理の順序を変更してもよい。   Next, with reference to FIG. 3, the abnormality detection method of the fuel cell system 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents of the fuel cell system 100. The process shown in FIG. 3 is a process for detecting an abnormality in the fuel cell system 100 when the system is activated. The process of FIG. 3 is executed at a predetermined timing in the control unit 30 when the fuel cell system 100 is activated. Here, “system activation” includes both cold start and hot start. Moreover, the processing content of FIG. 3 is only an example, and you may change a processing content and the order of a process suitably.

図3に示すように、運転制御部31は、燃料電池システム100のシステム起動を開始する(ステップS10)。運転制御部31は、ポンプ21及び三方弁22を制御してバーナである加熱装置10へ原燃料を供給して着火すると共に、加熱装置11を制御して(ヒータをONにする)、水素製造装置1の昇温を開始する(ステップS20)。なお、S20の段階で、後述の異常検出のための処理に影響を及ぼさない範囲内で、燃料電池システム100内での所定の機器等の起動を行っておいてもよい(例えば、燃料電池スタック側の機器や、排熱系の機器など)。次に、運転制御部31は、ポンプ24を制御して改質部6へ改質水を供給する(ステップS30)。温度取得部33は、温度計27の検出結果の取得を開始することで、水素製造装置1の温度Tの測定を開始する(ステップS40)。異常検出部35は、S40で測定された温度Tが改質開始条件判定温度T以上であるか否かを判定する(ステップS50)。なお、改質開始条件判定温度Tは、水素製造装置1が改質を開始することができるまで昇温されたことを示す温度であり、温度Tの測定箇所などに対して任意の値が設定される。例えば、温度Tが改質部6の改質触媒層の代表点の温度であった場合、改質触媒層での改質が可能となるときの温度(例えば、600〜650℃)を改質開始条件判定温度Tとして設定することができる。温度Tが別の測定箇所の温度であった場合、異なる改質開始条件判定温度Tが設定される。なお、複数カ所における温度についての改質開始条件判定温度Tを判定してもよい。 As shown in FIG. 3, the operation control unit 31 starts system activation of the fuel cell system 100 (step S <b> 10). The operation control unit 31 controls the pump 21 and the three-way valve 22 to supply raw fuel to the heating device 10 as a burner and ignite it, and also controls the heating device 11 (turns on the heater) to produce hydrogen. The temperature rise of the apparatus 1 is started (step S20). It should be noted that in the stage of S20, a predetermined device or the like in the fuel cell system 100 may be activated within a range that does not affect processing for detecting an abnormality described later (for example, a fuel cell stack). Side equipment, waste heat equipment, etc.). Next, the operation control unit 31 supplies the reforming water to the reforming unit 6 by controlling the pump 24 (step S30). Temperature acquisition unit 33, by starting acquisition of the thermometer 27 of the detection result, to start the measurement of the temperature T C of the hydrogen production apparatus 1 (step S40). Abnormality detector 35, the temperature T C measured in S40 is equal to or modification start condition determination temperature T L above (step S50). Incidentally, the reforming start condition determination temperature T L is the temperature that indicates that a hydrogen production apparatus 1 is raised to be able to initiate a modification, any value for such measurement spots the temperature T C Is set. For example, if the temperature T C was the temperature of the representative points of the reforming catalyst layer of the reforming section 6, reforming temperature (e.g., 600 to 650 ° C.) at which it is possible to reforming in the reforming catalyst layer It can be set as the quality start condition determination temperature TL . If the temperature T C was the temperature of the different measurement points, different modification start condition determining temperature T L is set. In addition, you may determine the reforming start condition determination temperature TL about the temperature in several places.

S50において、温度Tが改質開始条件判定温度Tより小さいと判定された場合、異常検出部35は、昇温開始から所定時間が経過したか否かを判定する(ステップS60)。所定時間として、燃料電池システム100に異常が無い場合に、昇温開始から改質開始条件判定温度Tとなるまでに要する時間を設定することができる。なお、所定時間は、5〜120分に設定することができる。S60において所定時間が経過していないと判定された場合、再びS50の処理を行う。一方、S60において所定時間が経過したと判定された場合、異常検出部35は、原燃料の供給に関する異常、すなわち原燃料系の異常を検出する(ステップS70)。加熱装置10のバーナに原燃料を供給するような制御を行っているにも関わらず、所定時間内に水素製造装置1が改質可能な温度まで昇温してないということは、原燃料系が故障しており、バーナが着火せず加熱が行われていないことや、十分な火力が得られず温度上昇速度が低くなっていることが推定される。S70で異常が検出されると、運転制御部31は、システムの起動工程を中止する(ステップS80)。すなわち、運転制御部31は、システム内の各機器の運転を停止する。S80で起動工程が中止された後、図3に示す処理は終了する。この後、燃料電池システム100内の原料系の点検を行ってよい。 In S50, when the temperature T C is determined to be modified start condition determination temperature T L is less than, the abnormality detecting unit 35 determines whether a predetermined time has elapsed from the start heating (step S60). As the predetermined time, when there is no abnormality in the fuel cell system 100, it is possible to set a time required from the start of the temperature rise to the reforming start condition determination temperature TL . The predetermined time can be set to 5 to 120 minutes. If it is determined in S60 that the predetermined time has not elapsed, the process of S50 is performed again. On the other hand, when it is determined in S60 that the predetermined time has elapsed, the abnormality detection unit 35 detects an abnormality related to the supply of raw fuel, that is, an abnormality of the raw fuel system (step S70). Although the control is performed so that the raw fuel is supplied to the burner of the heating apparatus 10, the temperature of the hydrogen production apparatus 1 has not been raised to a temperature at which reforming can be performed within a predetermined time. It is estimated that the burner did not ignite and heating was not performed, and that sufficient heating power was not obtained and the rate of temperature increase was low. When an abnormality is detected in S70, the operation control unit 31 stops the system startup process (step S80). That is, the operation control unit 31 stops the operation of each device in the system. After the activation process is stopped in S80, the process illustrated in FIG. 3 ends. Thereafter, the raw material system in the fuel cell system 100 may be inspected.

一方、S50において、温度Tが改質開始条件判定温度T以上であると判定された場合、すなわち、所定時間内に水素製造装置1での改質が開始できるような温度条件となったと判断された場合、開閉制御部32は、開閉弁26を閉じることにより、水素製造装置1の出口を閉止する(ステップS90)。次に、運転制御部31は、水素製造装置1での改質を開始する(ステップS100)。運転制御部31は、ポンプ21を制御することによって、水素製造装置1の改質部6に原燃料を供給することで、水素製造装置1での改質を開始させる。これによって、水素製造装置1で改質ガスが生成される一方、開閉弁26が閉じられていることにより、水素製造装置1での圧力が上昇してゆく。圧力取得部34は、水素製造装置1の改質ガスの出口側が開閉弁26で閉じられ、且つ、原燃料が供給されて水素製造装置1での改質が行われているときの圧力計23の検出結果を取得し、所定時間内における圧力変化量ΔPを取得する(ステップS110)。なお、ここでの「所定時間」は、異常があるときと異常が無いときの判定を行うことができる程度に圧力変化量に差を出すことのできる時間の長さであれば、どのように設定してもよい。 On the other hand, in S50, the temperature T C if it is determined that the reforming start condition determination temperature T L above, i.e., became temperature conditions, such as reforming can begin in a hydrogen production apparatus 1 within a predetermined time When it is determined, the opening / closing control unit 32 closes the outlet of the hydrogen production apparatus 1 by closing the opening / closing valve 26 (step S90). Next, the operation control unit 31 starts reforming in the hydrogen production apparatus 1 (step S100). The operation control unit 31 controls the pump 21 to supply the raw fuel to the reforming unit 6 of the hydrogen production apparatus 1 to start reforming in the hydrogen production apparatus 1. As a result, the reformed gas is generated in the hydrogen production apparatus 1, while the on-off valve 26 is closed, whereby the pressure in the hydrogen production apparatus 1 increases. The pressure acquisition unit 34 is a pressure gauge 23 when the reformed gas outlet side of the hydrogen production apparatus 1 is closed by the on-off valve 26 and the raw fuel is supplied to perform reforming in the hydrogen production apparatus 1. The pressure change amount ΔP within a predetermined time is acquired (step S110). In addition, what is the “predetermined time” here as long as it is possible to make a difference in the amount of pressure change to the extent that it is possible to determine when there is an abnormality and when there is no abnormality? It may be set.

異常検出部35は、S110で取得した圧力変化量ΔPが第1閾値P異常であるか否かを判定する(ステップS120)。第1閾値Pは、燃料電池システム100の気密性に関する異常の有無を検出するために、予め設定された閾値である。第1閾値Pは、例えば、圧力計23の測定位置などによって、適宜変更されてよい。S120において圧力変化量ΔPが第1閾値P以上であると判定された場合、異常検出部35は、気密性の異常は無いと判断する。その後、開閉制御部32は、開閉弁26を開くことによって、水素製造装置1の出口を開放する(ステップS130)。これにより、水素製造装置1で生成した改質ガスは、燃料電池スタック20へ供給される。運転制御部31は、起動工程を継続し(ステップS140)、燃料電池システム100で発電を行うために必要であって、S140までに実行されていない各工程を実行する。例えば、運転制御部31は、燃料電池スタック20側の機器(例えば、酸化剤用のポンプなど)の運転を開始する。S140が終了すると、燃料電池システム100の運転を継続する。 Abnormality detector 35, the pressure change amount ΔP acquired in S110 determines whether the first threshold value P 1 abnormality (step S120). The first threshold value P 1 is a threshold value set in advance in order to detect the presence / absence of an abnormality related to the airtightness of the fuel cell system 100. The first threshold value P 1 is, for example, by measuring the position of the pressure gauge 23 may be modified as desired. If the pressure change amount ΔP is determined to be the first threshold value P 1 or more in S120, the abnormality detector 35, the airtightness of the abnormality is judged that there is no. Thereafter, the opening / closing control unit 32 opens the outlet of the hydrogen production apparatus 1 by opening the opening / closing valve 26 (step S130). As a result, the reformed gas generated by the hydrogen production apparatus 1 is supplied to the fuel cell stack 20. The operation control unit 31 continues the startup process (step S140), and executes each process that is necessary for generating power in the fuel cell system 100 and that has not been executed by S140. For example, the operation control unit 31 starts an operation of a device (for example, an oxidant pump) on the fuel cell stack 20 side. When S140 ends, the operation of the fuel cell system 100 is continued.

一方、S120において圧力変化量ΔPが第1閾値Pより小さいと判定された場合、異常検出部35は、燃料電池システム100に気密性に関する異常があると判断し、気密性に関する異常の箇所を判定するために、圧力変化量ΔPが第2閾値P以上であるか否かを判定する(ステップS150)。第2閾値Pは、水素製造装置1の気密性に異常があるのか、出口側の開閉弁26に異常があるのかを判定するために、予め設定された閾値である。第2閾値Pは、圧力計23の測定位置などによって、適宜変更されてよい。S150において圧力変化量ΔPが第2閾値P以上であると判定された場合、異常検出部35は、水素製造装置1の気密性の異常を検出する(ステップS160)。その後、開閉制御部32は、開閉弁26を開くことによって、水素製造装置1の出口を開放する(ステップS170)。また、運転制御部31は、システムの起動工程を中止する(ステップS175)。すなわち、運転制御部31は、システム内の各機器の運転を停止する。S175で起動工程が中止された後、図3に示す処理は終了する。この後、水素製造装置1の気密性に関する点検を行ってよい。 On the other hand, if the pressure change amount ΔP is determined that the first threshold value P 1 is smaller than in S120, the abnormality detecting unit 35 determines that there is an abnormality regarding airtightness in the fuel cell system 100, the location of abnormality relating airtightness It determined in order to determine, whether the pressure change amount ΔP is the second threshold value P 2 or more (step S150). The second threshold value P 2 is whether there is abnormality in the air-tightness of the hydrogen production apparatus 1, in order to determine whether there is an abnormality in the opening and closing valve 26 on the outlet side, a preset threshold value. The second threshold value P 2 is such as by measuring the position of the pressure gauge 23 may be modified as desired. If the pressure change amount ΔP is determined to be the second threshold value P 2 than in S150, the abnormality detecting unit 35 detects the air-tightness of an abnormality in the hydrogen generating device 1 (step S160). Thereafter, the opening / closing control unit 32 opens the outlet of the hydrogen production apparatus 1 by opening the opening / closing valve 26 (step S170). In addition, the operation control unit 31 stops the system startup process (step S175). That is, the operation control unit 31 stops the operation of each device in the system. After the activation process is stopped in S175, the process shown in FIG. 3 ends. Thereafter, an inspection regarding the airtightness of the hydrogen production apparatus 1 may be performed.

一方、S150において圧力変化量ΔPが第2閾値Pより小さいと判定された場合、異常検出部35は、出口の開閉弁26の気密性の異常を検出する(ステップS180)。その後、開閉制御部32は、開閉弁26を開くことによって、水素製造装置1の出口を開放する(ステップS190)。また、運転制御部31は、システムの起動工程を中止する(ステップS195)。すなわち、運転制御部31は、システム内の各機器の運転を停止する。S195で起動工程が中止された後、図3に示す処理は終了する。この後、開閉弁26の気密性に関する点検を行ってよい。 On the other hand, if the pressure change amount ΔP is determined that the second threshold value P 2 is less than in S150, the abnormality detecting unit 35 detects the air-tightness of the abnormality of the opening and closing valve 26 of the outlet (step S180). Thereafter, the opening / closing control unit 32 opens the outlet of the hydrogen production apparatus 1 by opening the opening / closing valve 26 (step S190). Further, the operation control unit 31 stops the system startup process (step S195). That is, the operation control unit 31 stops the operation of each device in the system. After the activation process is stopped in S195, the process shown in FIG. 3 ends. Thereafter, an inspection regarding the airtightness of the on-off valve 26 may be performed.

次に、本実施形態に係る燃料電池システム100及び異常検出方法の作用・効果について説明する。   Next, operations and effects of the fuel cell system 100 and the abnormality detection method according to the present embodiment will be described.

例えば、水素製造装置及び燃料電池スタックを筐体に収納して筐体内にガス検知器を設けて異常を検出する場合、筐体内に一定量のガスが存在しなくてはガス検知器が検知することができないという問題がある。また、異常のある箇所を判別することが困難であるという問題がある(水素製造装置に異常があるのか、燃料電池スタックに異常があるのか判別できない)。また、筐体内へガスが出るような異常は検知できるものの、弁の故障などのように筐体内へガスが出ない異常を検知することができない。   For example, when a hydrogen detector and a fuel cell stack are housed in a housing and a gas detector is provided in the housing to detect an abnormality, the gas detector detects if a certain amount of gas is not present in the housing. There is a problem that can not be. In addition, there is a problem that it is difficult to determine where there is an abnormality (it cannot be determined whether there is an abnormality in the hydrogen production apparatus or an abnormality in the fuel cell stack). In addition, although an abnormality such as gas exiting into the casing can be detected, an abnormality such as a valve failure that prevents gas from exiting into the casing cannot be detected.

また、燃料電池システムのシステム停止時に、触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、改質装置に原燃料ガスを封入して封止し、その状態で封止空間の温度と圧力を経時的に検出し、検出結果に基づく圧力降下速度と、演算によって算出された圧力降下速度とを比較することにより、気密性の異常を判断する方法がある。しかしながら、当該方法では、システム停止中に気密性に関する異常(亀裂等の損傷)が発生する場合もあり、そのような場合は、次の運転の停止時まで異常を検知することができないという問題があった。また、直近の停止が停電などによる緊急停止だった場合は、異常の検出の工程が実施されないままシステム起動が行われてしまう。すなわち、異常を有した状態で、次の運転が行われるという問題がある。また、停止時に原燃料を改質装置に封入した場合、次の運転のシステム起動時に改質触媒へのコーキングが問題となる。更に、停止時の圧力降下速度に基づく検出方法では、正確に気密性に関する異常を検出することができない場合がある。例えば、圧力降下速度は、供給ガスの温度・圧力や、パッケージ内温度など(例えば、冬場は圧力降下速度が速く、夏場が遅いなど)外的要因により大きく変化するため、正確に異常を検出することが難しい場合がある。また、損傷度合いによっては、異常検出開始時の圧力が所定の圧力に達していない可能性があり、正確に異常検出を行えない場合がある。また、停止時は改質部が高温(高圧)であるため、異常時にガスが出る量が多くなる場合がある。   In addition, when the fuel cell system is stopped, after the temperature of the catalyst layer becomes equal to or lower than the decomposition temperature of the raw fuel gas, the reformer is sealed by sealing the raw fuel gas, and in this state, the temperature of the sealed space The pressure is detected over time, and the pressure drop speed based on the detection result is compared with the pressure drop speed calculated by calculation, thereby determining an abnormality in airtightness. However, in this method, abnormalities related to airtightness (damage such as cracks) may occur while the system is stopped. In such a case, there is a problem that the abnormality cannot be detected until the next operation is stopped. there were. In addition, when the most recent stop is an emergency stop due to a power failure or the like, the system is started without performing the abnormality detection process. That is, there is a problem that the next operation is performed in a state where there is an abnormality. Further, when the raw fuel is enclosed in the reformer at the time of stopping, coking to the reforming catalyst becomes a problem when the system is started in the next operation. Furthermore, in the detection method based on the pressure drop speed at the time of stopping, there may be a case where an abnormality relating to airtightness cannot be detected accurately. For example, the pressure drop rate changes greatly due to external factors such as the temperature and pressure of the supply gas and the temperature in the package (for example, the pressure drop rate is high in winter and slow in summer). It can be difficult. Further, depending on the degree of damage, there is a possibility that the pressure at the start of abnormality detection does not reach a predetermined pressure, and abnormality detection may not be performed accurately. In addition, since the reforming section is at a high temperature (high pressure) at the time of stoppage, the amount of gas emitted may increase when there is an abnormality.

これに対して、本実施形態に係る燃料電池システム100では、開閉弁26で水素製造装置1の出口側を閉じ、原燃料を水素製造装置1に供給したときの圧力変化量ΔPに基づいて気密性に関する異常を検出している。水素製造装置1の改質ガスの出口側が開閉弁26で閉じられ、且つ、原燃料が水素製造装置1に供給されている場合、気密性に関する異常が無い場合は、開閉弁26より上流側では圧力が上昇する。一方、気密性に関する異常がある場合、異常が無い場合に比して圧力上昇は小さくなる。従って、当該条件下での圧力変化量ΔPに対して、異常が無い場合の値として第1閾値Pを予め設定しておくことで、異常検出部35は、システム起動時に、圧力変化量ΔPが、第1閾値Pより小さい場合に、気密性に関する異常を検出することが可能となる。 In contrast, in the fuel cell system 100 according to the present embodiment, the outlet side of the hydrogen production apparatus 1 is closed by the on-off valve 26, and the airtightness is based on the pressure change ΔP when the raw fuel is supplied to the hydrogen production apparatus 1. Detecting abnormalities related to sex. When the reformed gas outlet side of the hydrogen production apparatus 1 is closed by the on-off valve 26 and the raw fuel is supplied to the hydrogen production apparatus 1, if there is no abnormality related to airtightness, on the upstream side of the on-off valve 26, Pressure increases. On the other hand, when there is an abnormality related to airtightness, the pressure increase is smaller than when there is no abnormality. Accordingly, the pressure change amount ΔP in the conditions, that the abnormality in advance set the first threshold value P 1 as the value in the absence, the abnormality detecting unit 35, when the system is started, the pressure change amount ΔP but when the first threshold value P 1 is smaller than it is possible to detect the abnormality relating to airtightness.

本実施形態に係る燃料電池システム100及び異常検出方法では、異常検出部35は、システム起動時に異常を検出することができるため、気密性に関する異常がある状態で燃料電池システム100を運転することを防止できる。また、システム起動時に、水素製造装置1の出口側を閉じて改質を行うと短時間で圧力が上昇するため速やかに異常を検出でき、異常がある時と無い時とで明確に圧力に差がでるため、正確に異常を検出することができる。以上によって、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。   In the fuel cell system 100 and the abnormality detection method according to the present embodiment, the abnormality detection unit 35 can detect an abnormality at the time of system startup, and therefore operates the fuel cell system 100 in a state where there is an abnormality related to airtightness. Can be prevented. Also, when the reforming is performed by closing the outlet side of the hydrogen production apparatus 1 at the time of starting the system, the pressure rises in a short time, so that an abnormality can be detected quickly, and there is a clear difference between the pressure when there is an abnormality and when there is no abnormality. Therefore, it is possible to accurately detect an abnormality. As described above, an abnormality relating to airtightness can be detected in a shorter time and more accurately.

本実施形態に係る燃料電池システム100では、システム起動時に短時間で気密性に関する異常を検知できるため、異常があった場合であっても、外部へ出てゆくガスの量を極力少なくすることができる。システム起動時の異常検出であるため、前回の運転のどの段階で異常が発生しても、次の運転では速やかに異常を検出できる上、前回の運転時の状況(例えば、緊急停止など)に関わらず、異常を検出できる。また、停止時に原燃料を封止する必要もないので、改質触媒へのコーキングも生じない。   In the fuel cell system 100 according to the present embodiment, an abnormality relating to airtightness can be detected in a short time when the system is started. Therefore, even when there is an abnormality, the amount of gas that goes out can be reduced as much as possible. it can. Because it is an abnormality detection at the time of system start-up, no matter what stage of the previous operation, an abnormality can be detected immediately in the next operation, and the situation during the previous operation (for example, emergency stop) Regardless, abnormalities can be detected. Further, since it is not necessary to seal the raw fuel at the time of stopping, coking to the reforming catalyst does not occur.

また、燃料電池システム100において、異常検出部35は、圧力変化量ΔPと、第1閾値Pよりも小さい第2閾値Pとを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する。気密性に関する異常がある場合は、開閉弁26を閉じて改質を行ったときの圧力上昇は小さくなるが、異常の箇所により、圧力上昇が小さくなる度合いは異なる。従って、圧力変化量ΔPと第2閾値Pとを比較することで、異常の箇所を判定することができる。このように、異常の箇所まで特定した上で異常を検出することによって、異常を検出した後の修理を効率よく行うことが可能となる。 Further, in the fuel cell system 100, the abnormality detecting unit 35 determines the pressure change amount [Delta] P, by comparing the second threshold value P 2 is smaller than the first threshold value P 1, a portion of the abnormality relating to airtightness. When there is an abnormality related to airtightness, the pressure rise when the on-off valve 26 is closed and reforming is reduced, but the degree of the pressure rise is different depending on the location of the abnormality. Therefore, by comparing the pressure change amount ΔP and the second threshold value P 2, it is possible to determine an abnormality of the location. Thus, it is possible to efficiently perform repair after detecting an abnormality by specifying the abnormality and then detecting the abnormality.

また、燃料電池システム100は、水素製造装置1の温度を検出する温度計27を更に備えている。温度計27は、水素製造装置1の昇温開始後の温度を検出し、異常検出部35は、水素製造装置1で改質を開始できる温度まで昇温する際の温度計27によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、原燃料に関する異常を検出することが可能となる。   The fuel cell system 100 further includes a thermometer 27 that detects the temperature of the hydrogen production apparatus 1. The thermometer 27 detects the temperature after the start of temperature increase of the hydrogen production apparatus 1, and the abnormality detection unit 35 is detected by the thermometer 27 when the temperature is raised to a temperature at which the hydrogen production apparatus 1 can start reforming. An abnormality related to the supply of raw fuel is detected based on the temperature. This makes it possible to detect an abnormality related to the raw fuel before detecting an abnormality related to airtightness.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

例えば、上述の図3で示す処理内容に変えて、図4に示す処理内容を実行してもよい。図3では水素製造装置1の出口の閉止(ステップS90)の後、改質を開始(ステップS100)していたのに対し、図4では、改質を開始(ステップS100)した後、水素製造装置1の出口の閉止(ステップS90)を行っている。また、改質開始と出口の閉止との間に、改質水の供給に関する異常の判定も行っている。なお、その他の部分については、図4は図3と同様の処理を行っている。   For example, the processing content shown in FIG. 4 may be executed instead of the processing content shown in FIG. In FIG. 3, reforming is started (step S100) after closing the outlet of the hydrogen production apparatus 1 (step S90), whereas in FIG. 4, hydrogen production is started after reforming is started (step S100). The exit of the apparatus 1 is closed (step S90). Further, an abnormality regarding the supply of reforming water is also determined between the start of reforming and the closing of the outlet. For other portions, FIG. 4 performs the same processing as FIG.

具体的には、水素製造装置1での改質開始(ステップS100)の後、異常検出部35は、S40で測定された温度Tが改質判定温度T以下であるか否かを判定する(ステップS210)。なお、改質判定温度Tは、水素製造装置1に正常に改質水が供給されていないことを示す温度であり、温度Tの測定箇所などに対して任意の値が設定される。例えば、温度Tが改質部6の改質触媒層の代表点の温度であった場合、改質触媒層で正常に吸熱反応が起きていないときの温度を改質判定温度Tとして設定することができる。温度Tが別の測定箇所の温度であった場合、異なる改質判定温度Tが設定される。なお、複数カ所における温度についての改質判定温度Tを判定してもよい。なお、S210で改質系の異常検出のために用いた温度Tcは、S50で原燃料系の異常検出のために用いた温度Tcと同一のものを用いて判定を行ってもよいが、必ずしも同一である必要はなく、S50の判定のために用いる温度Tcと、S210の判定のために用いる温度Tcとで、異なるものを用いてよい。 Specifically, after the reforming start of hydrogen production apparatus 1 (step S100), the abnormality detecting unit 35 determines the measured temperature T C is to or smaller than reforming determination temperature T H in S40 (Step S210). Note that reforming determination temperature T H is the temperature that indicates that normal reforming water to the hydrogen production apparatus 1 is not supplied, an arbitrary value is set for such measurement spots temperature T C. For example, if the temperature T C was the temperature of the representative points of the reforming catalyst layer in the reformer unit 6, sets the temperature at which the normal endothermic reaction in the reforming catalyst layer does not occur as the modifying determination temperature T H can do. If the temperature T C was the temperature of the different measurement points, different modification determination temperature T H is set. It is also possible to determine the modification determination temperature T H of the temperature at a plurality locations. Note that the temperature Tc used for the abnormality detection of the reforming system in S210 may be determined using the same temperature Tc used for the abnormality detection of the raw fuel system in S50. The temperature Tc used for the determination of S50 may be different from the temperature Tc used for the determination of S210.

S210において、温度Tが改質判定温度Tより大きいと判定された場合、異常検出部35は、改質開始から所定時間が経過したか否かを判定する(ステップS220)。所定時間として、燃料電池システム100に異常が無い場合に、改質開始から吸熱反応が開始して改質判定温度T以下となるまでに要する時間を設定することができる。なお、所定時間は、0〜30分に設定することができる。S220において所定時間が経過していないと判定された場合、再びS210の処理を行う。一方、S220において所定時間が経過したと判定された場合、異常検出部35は、改質水料系の異常を検出する(ステップS230)。改質部6に改質水を供給する制御を行っているにも関わらず所定時間経過しても水素製造装置1が温度が高いということは、改質水系が故障しており、吸熱反応が起きていないことが推定される。S230で異常が検出されると、運転制御部31は、システムの起動工程を中止する(ステップS240)。すなわち、運転制御部31は、システム内の各機器の運転を停止する。S240で起動工程が中止された後、図4に示す処理は終了する。この後、燃料電池システム100内の原料系の点検を行ってよい。 In S210, when the temperature T C is determined to be greater than the reforming determination temperature T H, the abnormality detecting unit 35 determines whether or not a predetermined time from the reforming start has elapsed (step S220). As the predetermined time, when there is no abnormality in the fuel cell system 100, it is possible to set the time required for the following reforming determination temperature T H and endothermic reaction starts from the reforming start. The predetermined time can be set to 0 to 30 minutes. If it is determined in S220 that the predetermined time has not elapsed, the process of S210 is performed again. On the other hand, when it is determined in S220 that the predetermined time has elapsed, the abnormality detection unit 35 detects an abnormality in the reforming water system (step S230). The fact that the temperature of the hydrogen production apparatus 1 is high even after a predetermined time has passed despite the control of supplying the reforming water to the reforming unit 6 means that the reforming water system has failed and the endothermic reaction has not occurred. It is estimated that it has not happened. When an abnormality is detected in S230, the operation control unit 31 stops the system startup process (step S240). That is, the operation control unit 31 stops the operation of each device in the system. After the activation process is stopped in S240, the process shown in FIG. 4 ends. Thereafter, the raw material system in the fuel cell system 100 may be inspected.

以上のように、異常検出部35は、水素製造装置1での改質を開始させたときの、温度計27によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、改質水の供給に関する異常を検出することが可能となる。なお、図3の制御処理を採用する場合であっても、改質を開始した直後に図4に示すS210〜S240の処理を行うことで、改質水の供給に関する異常を検出するための処理を行ってもよい。ただし、図3の制御処理では、改質水系の異常を検出するよりも早く圧力が上がってしまうため、改質系の異常を検出するのに十分な時間を確保できない可能性がある。従って、改質系の異常を検出する場合は、図4の制御処理を採用することがより好ましい。   As described above, the abnormality detection unit 35 detects an abnormality related to the supply of reforming water based on the temperature detected by the thermometer 27 when the reforming in the hydrogen production apparatus 1 is started. This makes it possible to detect an abnormality related to the supply of reforming water before detecting an abnormality related to airtightness. Even when the control process of FIG. 3 is employed, a process for detecting an abnormality related to the supply of reforming water by performing the processes of S210 to S240 shown in FIG. 4 immediately after the start of reforming. May be performed. However, in the control process of FIG. 3, the pressure rises earlier than when the abnormality of the reforming water system is detected, so there is a possibility that sufficient time cannot be secured for detecting the abnormality of the reforming system. Therefore, when detecting an abnormality in the reforming system, it is more preferable to employ the control process of FIG.

また、本発明では、少なくとも、燃料電池システム100の気密性の異常の有無さえ判定できればよく、原燃料の供給に関する異常の検出処理、改質水の供給に関する異常の検出処理を省略してもよく、気密性に関する異常の箇所の判定処理(第2閾値を用いた判定)を省略してもよい。   Further, in the present invention, it is sufficient that at least the presence or absence of an airtight abnormality of the fuel cell system 100 can be determined, and the abnormality detection process related to the supply of raw fuel and the abnormality detection process related to the supply of reforming water may be omitted. In addition, the determination process (determination using the second threshold value) of an abnormal portion related to airtightness may be omitted.

1…水素製造装置、2…脱硫部、6…改質部、7…シフト反応部、8…選択酸化反応部、20…燃料電池スタック、23…圧力計(圧力検出部)、26…開閉弁(開閉部)、27…温度計(温度検出部)、30…制御部、31…運転制御部、32…開閉制御部、温度取得部、34…圧力取得部、35…異常検出部、100…燃料電池システム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen production apparatus, 2 ... Desulfurization part, 6 ... Reformation part, 7 ... Shift reaction part, 8 ... Selective oxidation reaction part, 20 ... Fuel cell stack, 23 ... Pressure gauge (pressure detection part), 26 ... Open / close valve (Open / close unit), 27 ... thermometer (temperature detection unit), 30 ... control unit, 31 ... operation control unit, 32 ... open / close control unit, temperature acquisition unit, 34 ... pressure acquisition unit, 35 ... abnormality detection unit, 100 ... Fuel cell system.

Claims (4)

原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、
前記水素製造部によって生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記水素製造部の前記改質ガスの出口側を開閉する開閉部と、
前記開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出部と、
システム内の異常を検出する異常検出部と、を備え、
前記異常検出部は、システム起動時に、前記開閉部が閉じられ、且つ、前記原燃料が前記水素製造部へ供給されたときに前記圧力検出部によって検出された圧力に基づく値が、第1の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出し、
前記異常検出部は、前記圧力に基づく値と、前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する、燃料電池システム。
A hydrogen production unit that generates a reformed gas containing hydrogen using raw fuel;
A fuel cell stack that generates electricity using the reformed gas generated by the hydrogen production unit;
An open / close section that opens and closes the outlet side of the reformed gas of the hydrogen production section;
A pressure detection unit for detecting pressure upstream from the opening and closing unit;
An anomaly detection unit for detecting an anomaly in the system,
The abnormality detection unit has a value based on a pressure detected by the pressure detection unit when the open / close unit is closed and the raw fuel is supplied to the hydrogen production unit when the system is started up. When it is smaller than the threshold, an abnormality related to airtightness is detected ,
The abnormality detection unit is a fuel cell system that determines an abnormality location related to airtightness by comparing a value based on the pressure with a second threshold value that is smaller than the first threshold value .
前記水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記異常検出部は、前記水素製造部の昇温開始後に前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する請求項1に記載の燃料電池システム。
A temperature detection unit for detecting the temperature of the hydrogen production unit;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the abnormality detection unit detects an abnormality related to supply of raw fuel based on a temperature detected by the temperature detection unit after the start of temperature increase in the hydrogen production unit.
前記水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記異常検出部は、前記水素製造部での改質開始後に前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
A temperature detection unit for detecting the temperature of the hydrogen production unit;
The fuel cell system according to claim 1 or 2 , wherein the abnormality detection unit detects an abnormality related to the supply of reforming water based on the temperature detected by the temperature detection unit after the start of reforming in the hydrogen production unit. .
原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、
前記水素製造部によって生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備える燃料電池システムの異常を検出する異常検出方法であって、
前記水素製造部の前記改質ガスの出口側を開閉部で閉じる閉止工程と、
前記開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出工程と、
システム内の異常を検出する異常検出工程と、を備え、
前記圧力検出工程では、システム起動時に、前記閉止工程が実行され、且つ、前記原燃料が前記水素製造部へ供給されたときの圧力を検出し、
前記異常検出工程で
当該圧力に基づく値が、第1の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出し、
前記圧力に基づく値と、前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する、異常検出方法。
A hydrogen production unit that generates a reformed gas containing hydrogen using raw fuel;
An abnormality detection method for detecting an abnormality of a fuel cell system comprising: a fuel cell stack that generates electric power using the reformed gas generated by the hydrogen production unit,
A closing step of closing an outlet side of the reformed gas of the hydrogen production unit with an opening and closing unit;
A pressure detecting step for detecting pressure upstream from the opening and closing unit;
An anomaly detection process for detecting an anomaly in the system,
In the pressure detection step, when the system is started, the closing step is executed, and the pressure when the raw fuel is supplied to the hydrogen production unit is detected,
In the abnormality detection step ,
When the value based on the pressure is smaller than the first threshold, an abnormality related to airtightness is detected ,
An abnormality detection method for determining a location of an abnormality related to airtightness by comparing a value based on the pressure with a second threshold value smaller than the first threshold value .
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