KR20030024883A - 연료전지 발전장치 - Google Patents

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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

연료가스 생성기를 가열하는 연소기의 착화 및 실화의 판별을 확실하게 할 수 있고 안전하게 운전할 수 있는 연료전지 발전장치를 제공하기 위해서, 발전원료와 물로부터 수소를 주성분으로 하는 연료가스를 생성하는 연료가스 생성기, 상기 연료가스 생성기에 물을 공급하는 물공급기, 및 상기 연료가스와 산화제가스를 사용하여 발전을 하는 연료전지를 구비한 연료전지 발전장치에, 상기 발전원료, 상기 연료가스 및 상기 연료전지로부터 배출되는 오프가스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 연소용 연료를 연소하여 상기 연료가스 생성기를 가열하는 연소기, 및 상기 연소기내에 형성되는 화염의 상태를 검지하는 화염검지기를 설치한다.

Description

연료전지 발전장치{FUEL CELL ELECTRICITY GENERATOR}
종래의 연료전지를 사용한 발전장치에 대하여, 도 3 및 도 4를 사용하여 설명한다. 도 3은, 종래의 연료전지 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다. 또한, 도 4는, 종래의 연료전지발전장치의 제어회로의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3의 연료전지(1)에서는, 공기극(2)과 연료극(3)이 고분자전해질막(4)을 끼워 배치되고, 공기극(2)의 상류측은 공기를 공급하는 블로워(5, Blower)에 연이어 통하고 있다. 수소생성기(연료가스생성기)(6)에는 천연가스 또는 메탄올 등의 원료인 발전연료 (X) 및 수증기 개질반응에 필요한 물(Y)가 공급되고, 얻어지는 연료가스(G)는 전환밸브(7)를 지나 연료극(3)에 공급되어, 연료극(3)과 접하는 소정의 유로를 하류쪽에 향해 흐른다. 이 때, 연료가스(G)중의 수소중에 필요한 양의 수소만이 전극반응으로 소비되고, 남은 수소 등은 오프가스(OG)로서 연소기(8)에 공급된다. 연료가스(G)를 연료극(3)에 공급하지 않은 경우에는, 연료가스(G)는 전환밸브(7)를 지나 연소기(8)에 공급된다.
통상, 연료전지 발전장치가 정지하고 있는 동안에는, 연료가스 생성기(6) 및 연료극(3) 등의 연료가스(G) 및 오프가스(OG)의 유로는, 질소 등의 불활성가스로 채워지고 있다. 또한, 연료전지 발전장치를 기동하더라도, 연료가스생성기(6)의 온도가 안정할 때까지는, 연료가스(G) 중의 일산화탄소농도가 높다. 일산화탄소는 연료전지(1)의 고분자 전해질막(4)에 있는 전극의 촉매를 열화시키기 때문에, 일산화탄소농도가 높은 연료가스(G)를 연료전지(1)에 보낼 수는 없고, 기동 후 수십분∼수시간의 사이에, 연료가스(G)는 전환밸브(7)를 지나 연소기(8)에 공급된다. 기동 후 수십분∼수시간 경과하여, 연료가스생성기(6)의 온도가 안정된 후, 연료전지 (1)로써 발전을 시작할 때에 연료가스(G)는 전환밸브(7)를 지나 연료극(3)에 공급된다.
연소기(8)에 공급된 연료가스(G) 또는 오프가스(OG)는 팬(9)으로부터 공급된 공기에 의해서 연소하여 연소실(10)에 화염(11:火炎)을 형성하고, 연소가스에 의해서 연료가스생성기(6)를 가열한다. 연소실(10)의 화염(11)은, 화염에 소정의 전압을 인가했을 때에 흐르는 이온전류에 의해서 화염검지된다.
화염검지부(12)는, 화염(11)과 접촉하도록 설치된 내열성의 도전체(13)를 통해 연소기(8)로 흐르는 이온전류를 측정하기 위해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 화염 (11)을 불꽃(炎)저항(RF)으로서, 도전체(13)와 연소기(8)에 소정전압을 인가하는 직류전원(14)과, 화염(11)이 흐르는 이온전류(IF)와 등가인 전류(IRA)를 전압으로 변환하기 위한 저항(RA)(15)과, 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 검지하는 전압검지부(16)와, 이들을 제어하는 제어부(도시하지 않음)로 구성되어 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 화염검지부(12)의 제어부(제어회로)는, 불꽃저항 (RF)으로 흐르는 이온전류(IF)와 등가인 전류(IRA)를 저항(RA)(15)으로 흐르게 하기 위해서, 같은 특성을 가진 트랜지스터(Q1)(17) 및 (Q2)(18)과, 같은 저항치를 갖는 저항(R1)(19) 및 (R2)(20)에 의해서 커런트 미러 회로(Current mirror circuit)를 형성하고 있다. 따라서, 저항(R1)(19) 및 (R2)(20)에 흐르는 전류 (IR1) 및 (IR2)은 같고, 또한 전류(IR1) 및 (IR2)와 같은 전류가 화염(11)이 흐르는 이온전류(IF)와 등가인 전류(IRA)로서 흐르고, 저항(RA)(15)의 양 끝단에 전압이 발생한다. 즉, 이 화염검지부(12)에 의해서 화염(11)의 착화 및 실화 등의 연소상태가 검지된다.
이러한 종래의 연료전지 발전장치에서는, 연료가스(G) 및 오프가스(OG)의 탄화수소의 농도는, 수증기 개질반응에 의해서 발전원료(X)중의 탄화수소가 수소로 전환되어 있기 때문에 현저히 낮다. 탄화수소의 농도가 작으면 화염(11)중의 이온농도도 작아져서 화염(11)이 흐르는 전류값도 작아지며, 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압도 작아진다. 요컨대 화염검지부(12)의 검지전압이 작아져서 착화시 및 실화시의 상태판별이 어렵게 된다고 하는 문제점이 있다. 예를 들면, 실화를 착화라고 잘못 판정한 경우, 연료가스를 계속 공급하는 것에 의해, 연소부가 고온(400℃이상)인 상황하에서는 폭발한계농도이상이 되면, 폭발착화할 위험성이 있다. 또한, 착화를 실화라고 잘못 판정한 경우, 불필요한 실화판정에 의한 기기동작정지 등의 불량이 발생할 수 있다.
그래서, 본 발명은, 상기 종래 기술이 가진 문제점을 해결하기 위해서, 연료가스 생성기를 가열하는 연소기의 착화 및 실화의 판별을 확실하게 할 수 있고, 안전하게 운전할 수 있는 연료전지 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 연료가스 생성기에 공급하는 발전원료, 연료전지의 연료극에서 배출되는 오프가스 또는 수소생성기로 생성되는 생성가스(연료가스)를, 상기 연료가스 생성기를 가열하기 위한 연소용 연료로서 이용하는 연료전지 발전장치에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 연료전지 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 연료전지 발전장치의 제어회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 종래의 연료전지 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는, 종래의 연료전지 발전장치의 제어회로의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은, 발전원료와 물로부터 수소를 주성분으로 하는 연료가스를 생성하는 연료가스 생성기, 상기 연료가스 생성기에 물을 공급하는 물공급기, 및 상기 연료가스와 산화제가스를 사용하여 발전을 하는 연료전지를 구비한 연료전지 발전장치로서, 상기 발전원료, 상기 연료가스 및 상기 연료전지로부터 배출되는 오프가스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 연소용 연료(이하, 「오프가스 등」이라고도 한다)를 연소시켜 상기 연료가스 생성기를 가열하는 연소기, 및 상기 연소기내에 형성되는 화염의 상태를 검지하는 화염검지기를 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치에 관한 것이다.
상기 화염검지기는, 화염의 이온전류에 비례한 불꽃검지전류를 검지함으로써 상기 화염의 상태를 검지하는 것이 유효하다.
또한, 상기 연료전지 발전장치는, 상기 연소용 연료에 함유된 탄화수소량에 따라 상기 염검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 제어기를 가진 것이 유효하다. 이 제어기는, 상기 화염검지기에 조립되어 있어도 좋다.
또한, 상기 연료전지 발전장치는, 상기 연료가스 생성기의 온도를 검지하는 온도검지기를 가지며, 상기 제 1 제어부가 상기 온도검지기에 의한 검지온도에 따라 상기 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환할 수 있는 것이 유효하다.
또한, 상기 연료전지 발전장치는, 상기 연소기에 공기를 공급하는 송풍기를 가지며, 상기 제 1 제어부가 상기 송풍기로부터 상기 연소기에 공급되는 공기량에 따라 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환할 수 있는 것이 유효하다.
또한, 상기 제 1 제어부가, 상기 물공급기로부터 상기 수소생성기에 공급되는 물의 양에 따라 상기 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환할 수 있는 것도 유효하다.
또한, 상기 연료전지 발전장치는, 상기 연료가스중의 탄화수소의 농도를 검지하는 탄화수소 센서를 가지며, 상기 제 1 제어부가 상기 탄화수소 센서의 출력치에 기초하여 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환할 수 있는 것이 유효하다.
또한, 상기 제 1 제어부가, 상기 연료가스 생성기로 보내는 발전원료공급량에 따라 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환할 수 있는 것이 유효하다.
또한, 상기 연료전지 발전장치는, 상기 연료전지의 발전을 시작할 때, 상기 연료가스를 상기 연료전지에 공급함과 동시에, 상기 연소기의 착화동작을 하는 제 2 제어부를 가진 것이 유효하다.
또한, 상기 제 2 제어부가, 상기 연소기의 착화동작 중에는 상기 화염검지기에 화염검지를 시킬 수 없는 것이 유효하다.
또한, 상기 제 2 제어부가, 상기 연료가스를 공급하고 나서 소정시간은, 상기 화염검지기에 화염검지를 시킬 수 없는 것이 유효하다.
또한, 상기 제 2 제어부가, 상기 연료가스를 공급하고 나서 상기 불꽃검지전류가 소정치 이상이 될 때까지 화염검지를 시킬 수 없는 것이 유효하다.
본 발명의 연료전지 발전장치는, 오프가스 등에 함유된 탄화수소량에 따라 상기 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하여 화염검지를 함으로써, 착화 레벨과 실화(소화) 레벨과의 차를 크게 확보할 수 있고, 또한 노이즈 마진도 크게 할 수 있기 때문에, 오(誤)인식 및 오(誤)판정을 회피할 수 있어, 착화 및 실화를 확실하게 판정할 수 있고, 실화판정의 잘못에 의한 폭발착화 및 가스누출 등의 위험이나, 착화판정의 잘못에 의한 불필요한 기기정지동작 등을 회피할 수 있는 것이다.
이하에, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도 1 및 도 2를 사용하여 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들에만 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에서의 연료전지 발전장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시형태 1에서의 연료전지 발전장치의 화염검지부의 제어회로의 구성도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 도 3 및 도 4에 나타낸 종래의 연료전지를 사용한 발전장치와 같은 기능을 가진 구성요소에 대해서는, 동일부호로 나타내고, 그들 기능의 상세한 내용은 상술한 바와 같기 때문에 생략한다.
도 1에 있어서, 온도검지부(30)는 연료가스 생성기(6)의 온도를 검지하고, 펌프(31)는 원료수(Y)를 공급하는 물공급부이다. 또한, 탄화수소 센서(32)가 연료가스(G) 중의 탄화수소의 농도를 검지한다. 이러한 탄화수소 센서(32)로서는, 가스클로방식, 적외선 흡수식 또는 광음향식 등의 탄화수소 센서를 사용할 수 있다.
연료극(3)으로부터 배출되는 오프가스(OG) 및 연료가스 생성기(6)로 생성되는 연료가스(G)는, 각각 가스공급로(33a 및 33b)에서 연소기(8)에 공급된다. 연소기(8)에는 송풍기인 팬(9)이 설치된다. 제 1 제어부(34)는 온도검지부(30) 또는 탄화수소 센서(32)의 검출치에 따라서 펌프(31) 및 팬(9)을 운전제어한다.
또한, 화염검지부(35)의 제어회로는, 온도검지부(30)에 의한 검지온도에 따라, 화염검지부(35)의 화염의 이온전류를 이것에 비례한 불꽃검지전류로 변환하여, 이 전류를 불꽃검지전압으로서 검지하고, 이 전압의 검지신호가 화염검지부(35)로부터 제 1 제어부(34)에 입력되고, 또한 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 신호를 제 1 제어부(34)로부터 화염검지부(35)로 출력하도록 접속되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 화염검지부(35)의 제어회로는, 저항(R6)(36)을 통해 트랜지스터(Q3)(37)에 신호를 출력하여 온 또는 오프로 하고, 저항(R8)(38)을통해 트랜지스터(Q4)(39)에 신호를 출력하여 온 또는 오프로 한다. 그리고, 트랜지스터(Q3)(37)가 온일 때에는, 식(1):
RX1= R2·R3/(R2+ R3)
로 표시되는 저항(R2)(20) 및 저항(R3)(40)으로 이루어지는 병렬합성저항 (RX1)에 흐르는 전류에 의한 전압강하와, 저항(R1)(19)에 흐르는 전류(IR1)에 의한 전압강하가 같아진다. 또한, 트랜지스터(Q4)(39)가 온일 때에는, 식(2):
RX2= R2·R4/(R2+ R4)
로 표시되는 저항(R2)(20) 및 저항(R4)(41)로 이루어지는 병렬합성저항(RX2)에 흐르는 전류에 의한 전압강하와, 저항(R1)(19)에 흐르는 전류(IR1)에 의한 전압강하가 같아진다.
다음에, 본 발명의 연료전지 발전장치의 동작 및 작용에 대하여 설명한다. 연료가스 생성기(6)에 원료인 발전원료(X)와 물(Y)을 공급하면, 수증기 개질반응에 의해 발전원료(X)에 함유된 탄화수소가 개질되어 수소가 풍부한 연료가스(G)를 얻을 수 있다. 이 연료가스(G)는 오프가스 등으로서 가스공급로(33a) 또는 (33b)로부터 연소기(8)에 공급된다. 오프가스 등은 팬(9)으로부터 공급된 공기에 의해서 연소하여 연소실(10)에 화염(11)을 형성한다. 화염(11)에 의한 연소가스는 연료가스 생성기(6) 자체를 가열하여 그 온도를 상승시켜 수증기 개질반응을 지속시킨다.
화염(11)의 화염검지는, 제 1 제어부(34)에 의해, 화염(11)중의 이온에 의해서 흐르는 이온전류를 이온전류와 비례한 불꽃검지전류로 변환하여, 이 전류를 불꽃검지전압으로서 전압검지부(16)로 검지하여, 이 검지신호를 제1 제어부(34)에 입력하고, 또한 제 1 제어부(34)로부터 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 신호를 화염검지부(35)에 출력함으로써 이루어진다.
제 1 제어부(34)는, 온도검지부(30)에 의해 검지되는 연료가스 생성기(6)의 온도가 소정온도 이상이 되었을 때, 저항(R6)(36)을 통해 트랜지스터(Q3)(37)에 신호를 출력하여 온으로 한다. 이 때 병렬합성저항(RX1)이, 저항(R1)(19)에 흐르는 전류(IR1)에 의한 전압강하와, 병렬합성저항(RX1)에 흐르는 전류에 의한 전압강하가 같아지도록 접속되어 있기 때문에, 트랜지스터(Q3)(37)가 온일 때의 트랜지스터 (Q2)(18)의 콜렉터전류(IR2)는, 트랜지스터(Q3)(37)가 오프일 때의 트랜지스터(Q2) (18)의 콜렉터전류(IR2)의 R2/RX1배로 증폭된다. 이 증폭된 콜렉터전류(IR2a)가 저항(RA)(15)에 흐르고, 이 전류는 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 전압검지부 (16)로 검지함으로써 검지할 수 있다.
또한, 제 1 제어부(34)는, 온도검지부(30)에 의해 검지되는 연료가스 생성기(6)의 온도가 소정온도보다 더욱 상승하였을 때, 저항(R8)(38)을 통해 트랜지스터(Q4)(39)에 신호를 출력하여 온으로 한다. 병렬합성저항(RX2)은, 저항(R1) (19)에 흐르는 전류(IR1)에 의한 전압강하와, 병렬합성저항(RX2)에 흐르는 전류에 의한 전압강하가 같아지도록 접속되어 있기 때문에, 트랜지스터(Q4)(39)가 온 일때의 트랜지스터(Q2)(18)의 콜렉터전류(IR2)는, 트랜지스터(Q4)(39)가 오프일 때의 트랜지스터(Q2)(18)의 콜렉터전류(IR2)의 R2/RX2배로 증폭된다. 이 증폭된 콜렉터전류(IR2b)가 저항(RA)(15)으로 흐르고, 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 전압검지부(16)로 검지함으로써 상기 전류를 검지할 수가 있다. 또, 도 2에 있어서, 트랜지스터(Q2)의 콜렉터전류는 IRA로 나타내었다.
연소기(8)에 의해 연료가스 생성기(6)의 가열을 시작하여, 연료가스 생성기 (6)의 온도가 상승하면, 공급되는 오프가스 등에 함유된 탄화수소의 양이 적어져, 화염(11)의 이온전류도 적어지게 된다. 오프가스 등에 함유된 탄화수소의 양은 연료가스 생성기(6)로 수소로 전화(轉化)되지 않은 나머지의 탄화수소의 양이 되므로, 전화율이 연료가스 생성기(6)의 온도의 상승에 동반하여 소정치 이상이 되면 탄화수소의 양이 적어져, 화염(11)의 이온전류도 적어진다. 따라서, 제 1 제어부 (34)에 의해, 불꽃검지전류의 증폭율을 트랜지스터(Q3)(37) 또는 (Q4)(39)를 온으로 함으로써 소정치로 전환하여, 증폭율을 크게 함으로써, 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 검지하는 전압검지부(16)에 의해서 착화레벨과 실화(소화) 레벨과의 차를 필요한 만큼 확보한다. 그리고, 이렇게 함으로써 노이즈 마진도 적정히 확보할 수 있기 때문에, 오인식 및 오판정을 회피할 수 있어, 착화 및 실화를 확실하게 판정할 수가 있다.
또한, 연료가스 생성기(6)의 온도가 소정온도보다도 높은 경우에는, 팬(9)의 송풍량이 증가하도록 제 1 제어부(34)에 의해서 팬(9)을 운전제어한다. 마찬가지로, 연료가스 생성기(6)의 온도가 소정온도보다도 낮은 경우에는, 팬(9)의 송풍량이 감소하도록 제 1 제어부(34)에 의해서 팬(9)을 운전제어한다.
팬(9)의 송풍량을 감소시키면 오프가스 등의 연소에 필요한 양 이하의 양의 공기를 공급하게 되기 때문에, 공기가 부족한 경향이 되어, 연료가스 생성기(6)가 공냉(空冷)부족이 된다. 그 때문에, 연료가스 생성기(6)의 온도가 상승하여, 연소에 공급되는 오프가스 등에 함유되는 탄화수소량이 감소하여, 화염(11)의 이온전류도 적어진다.
반대로, 팬(9)의 송풍량을 증가시키면 오프가스 등의 연소에 필요한 양 이상의 양의 공기를 공급하게 되기 때문에, 공기가 과잉경향이 되고, 연료가스 생성기 (6)가 공냉(空冷)과다해지므로, 연료가스 생성기(6)의 온도가 하강하여, 연소에 공급되는 오프가스 등에 함유된 탄화수소량이 증가한다. 그 때문에, 화염(11)의 이온전류도 증가한다. 즉, 팬(9)의 송풍량에 따라, 오프가스 등에 함유된 탄화수소량을 증가 또는 감소시킬 수 있어, 화염(11)의 이온전류도 증가 또는 감소한다.
제 1 제어부(34)에 의해, 트랜지스터(Q3)(37) 또는 (Q4)(39)를 온함으로써 소정치로 전환하여, 불꽃검지전류의 증폭율을 크게 함으로써, 전압검지부(16)에 의해서 검지하는 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 증대시켜 착화레벨과 실화(소화) 레벨과의 차를 충분히 확보한다. 그리고, 노이즈 마진도 적정히 확보하여, 오인식 및 오판정을 회피할 수 있어, 착화 및 실화를 확실하게 판정할 수가 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 송풍부(팬, 9)로부터 연소기(8)에 공급되는 공기량에 따라서 화염검지부(35)의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하여 확실하게 화염의 검지를 할 수 있다.
또한, 연료가스 생성기(6)의 온도가 소정온도보다도 높은 경우에는, 펌프 (31)로부터 공급하는 물(Y)의 양이 증가하도록 제 1 제어부(34)에 의해서 펌프(31)를 운전제어한다.
펌프(31)의 공급량을 증가시키면, 수증기 개질반응에 필요한 양 이상의 양의물이 연료가스 생성기(6)에 공급되기 때문에, 과잉의 물의 현열(顯熱)이나 증발잠열에 의해서 연료가스 생성기(6)의 온도를 저하시킬 수 있어, 발전원료의 전화율을 저감시키고, 오프가스 등에 함유되는 탄화수소의 농도를 소정치 이상으로서 이온전류치를 측정가능한 정도로 충분히 크게 할 수 있다.
한편, 펌프(31)로부터의 물공급량을 감소시키면, 수증기 개질반응에 필요한 양보다 적은 양의 물이 연료가스 생성기(6)에 공급되게 되기 때문에, 물의 현열이나 증발잠열도 적어져, 연료가스 생성기(6)의 온도가 상승하고, 발전원료의 전화율도 높아져 연소용 연료에 함유되는 탄화수소량도 감소한다. 그 때문에, 화염(11)의 이온전류도 적어진다. 이 때, 제 1 제어부(34)에 의해, 트랜지스터(Q3)(37) 또는 (Q4)(39)을 온(On) 함으로써 증폭율을 소정치로 전환하여, 불꽃검지전류의 증폭율을 크게 하고, 전압검지부(16)에 의해서 검지하는 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 크게 할 수 있어, 착화 레벨과 실화(소화) 레벨과의 차를 충분히 확보할 수가 있다. 그리고, 노이즈 마진도 적정히 확보할 수가 있어, 오인식 및 오판정을 회피할 수가 있어, 착화 및 실화를 확실하게 판정할 수가 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 연료가스 생성기(6)에 공급되는 물의 양에 따라 상기 화염검지부(35)의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하여 화염검지를 할 수 있다.
또한, 탄화수소 센서(32)에 의해서 연료가스(G)에 함유되는 탄화수소의 농도를 검지하여, 제 1 제어부(34)로 발전연료의 전화율을 산출하여도 좋다. 산출된 전화율에 따라 팬(9) 및 펌프(31)의 적어도 하나를 제 1 제어부(34)로 제어함과 동시에, 연소용 연료중의 탄화수소량에 따라 화염(11)의 이온전류를 변화시킨다. 제 1 제어부(34)에 의해, 트랜지스터(Q3)(37) 또는 (Q4)(39)을 온(On) 함으로써 증폭율을 소정치로 전환하여, 불꽃검지전류의 증폭율을 적정화하여, 전압검지부(16)에 의해서 검지하는 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 증대시켜, 착화 레벨과 실화(소화)레벨과의 차를 충분히 확보한다. 그리고, 노이즈 마진도 적정히 확보할 수가 있고, 오인식 및 오판정을 회피할 수가 있어, 착화 및 실화를 확실하게 판정할 수가 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 탄화수소 센서(32)의 출력치에 기초하여 화염검지부(35)의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하여 화염검지를 할 수 있다.
또한, 연료가스 생성기(6)로 보내는 발전원료 공급량으로부터 탄화수소의 전화율을 산출하여도 좋다. 산출된 전화율에 따라 팬(9) 및 펌프(31)의 적어도 하나를 제 1 제어부(34)로 제어함과 동시에, 발전원료의 탄화수소량에 따라 화염(11)의 이온전류도 변화한다. 제 1 제어부(34)에 의해, 트랜지스터(Q3)(37) 또는 (Q4) (39)을 온(On) 함으로써 증폭율을 소정치로 전환하여, 불꽃검지전류의 증폭율을 적정화함으로써, 전압검지부(16)에 의해서 검지하는 저항(RA)(15)의 양 끝단의 전압을 증대시켜, 착화레벨과 실화(소화) 레벨과의 차를 충분히 확보할 수가 있다. 그리고, 노이즈 마진도 적정히 확보할 수 있기 때문에, 오인식 및 오판정을 회피할 수가 있고, 착화 및 실화를 확실하게 판정할 수 있어, 실화판정의 잘못에 의한 폭발착화 및 가스누출 등의 위험이나, 착화판정의 잘못에 의한 불필요한 기기정지동작 등을 회피할 수가 있는 것이다.
이러한 구성으로 함으로써, 연료가스 생성기(6)로 보내는 발전원료공급량에 따라 화염검지부(35)의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하여 화염검지를 할 수 있다.
또, 상기에서는, 제 1 제어부(34)에 의해, 불꽃검지전류의 증폭율을 트랜지스터(Q3)(37) 또는 (Q4)(39)을 온(On) 함으로써 소정치로 전환하고 있지만, 직류전원(14)의 전압(VA)을 가변하는 것으로도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.
다음에, 본 발명에 관한 연료전지 발전장치는, 상기 연료전지의 발전을 시작할 때, 상기 연료가스를 상기 연료전지에 공급함과 동시에, 상기 연소기의 착화동작을 하는 제 2 제어부를 가진 것이 유효하다. 이 제 2 제어부의 기능은, 상기 제 1 제어부에 갖게 하여도 좋다.
기동 후 수십분∼수시간의 사이에, 연료가스(G)가 전환밸브(7)를 지나 연소기(8)에 공급되고, 연료전지(1)의 연료극(3)으로 공급되지 않은 동안에, 연료극(3)에는 질소 등의 불활성가스가 충만한 상태이며, 발전을 시작할 때에 연료가스를 전환밸브(7)를 지나 연료극(3)에 공급하면, 연료극(3)에 충만한 불활성가스가 밀어내어져 연소기(8)에 도달한다. 불활성가스가 연소기(8)에 도달하면 연소상태가 불안정하게 되어, 최악의 경우에는 화염이 소실하지만, 그 후에도 수소가 풍부한 연료가스가 연소기(8)로 계속 보내져, 연소도가 높은 가스가 연소기(8)에 충만한 후, 재착화하여 폭발이 일어날 가능성이 있다. 그러나, 연료전지(1)가 발전을 시작할 때에, 연료가스를 연료전지(1)에 공급함과 동시에, 연소기(8)의 착화동작을 함으로써 연소기(8)에 공급되는 연소가스가 착화가능한 성분이 되었을 때에 재빨리 재착화하기 때문에, 화염이 소실하더라도 폭발에 이르는 것과 같은 사태는 발생하지 않는다.
또한, 상기 제 2 제어부가, 상기 연소기의 착화동작중에, 상기 연료가스를 상기 연료전지에 공급하고 나서 소정시간, 및 상기 연료가스를 상기 연료전지에 공급하고 나서 상기 불꽃검지전류가 소정치 이상이 될 때까지 화염검지를 시킬 수 없는 것이 유효하다.
통상, 연소기(8)로써 화염이 소실한 경우에는, 연소도가 높은 가스가 연소기 (8)를 충만한 뒤에 재착화하여 폭발이 일어나는 것을 방지하기 위해서, 연료전지 발전장치를 긴급히 정지시킬 필요가 있다. 그러나, 발전을 시작하기 위해서 연료가스를 연료전지(1)에 공급했을 때에, 연소기(8)의 화염이 일단 소실하더라도, 연소기(8)의 착화동작이 행하여지고 있으면 안전하고 신속하게 재착화가 가능하다. 그 때문에, 단시간의 실화를 무시하여 다시 화염이 안정이 된 후에 화염검지를 재개함으로써, 연료전지 발전장치의 안전성을 저하시키는 일없이, 또한 확실하게 발전시작을 하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 연료가스 생성기(6)가 단일의 반응실, 즉 개질기로 이루어지는 예를 나타내었지만, 연료가스 생성기(6)는 CO의 시프트 반응을 하는 변성기 및 CO의 산화반응을 하는 정화기를 가지고 있어도 좋다.
이상과 같이, 종래 연료가스 생성기의 수증기 개질반응에 의한 발전원료(X)중의 탄화수소로부터 수소에의 전화율에 대응하여, 연소용 연료에 함유되는 탄화수소량이 변화하여 연소기의 이온전류가 증감하여 버리는 데 대하여, 본 발명에 의하면, 연소용 연료에 함유되는 탄화수소량에 따라 화염검지부의 화염검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하여 화염검지를 함에 따라, 화염검지가 가능한 이온전류를 얻을 수 있어, 착화레벨과 실화(소화) 레벨과의 차를 충분히 확보할 수가 있다. 또한, 노이즈 마진도 적정히 확보할 수가 있어, 오인식 및 오판정을 회피할 수가 있으며, 착화 및 실화를 확실하게 판정할 수가 있다.
또한, 연료가스 생성기의 온도, 송풍부에서 연소기에 공급하는 공기량, 물공급부에서 연료가스 생성기에 보내는 물의 양, 연료가스(G)에 함유되는 탄화수소의 농도 또는 연료가스 생성기로 보내는 발전원료 공급량에 따라 화염검지부의 화염검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하여 화염검지를 함으로써, 착화 레벨과 실화(소화)레벨과의 차를 충분히 확보함과 동시에 노이즈 마진도 적정히 확보하여, 오인식 및 오판정을 회피할 수가 있다.

Claims (12)

  1. 발전원료와 물로부터 수소를 주성분으로 하는 연료가스를 생성하는 연료가스 생성기, 상기 연료가스 생성기에 물을 공급하는 물공급기, 및 상기 연료가스와 산화제가스를 사용하여 발전을 하는 연료전지를 구비한 연료전지 발전장치로서,
    상기 발전원료, 상기 연료가스 및 상기 연료전지로부터 배출되는 오프가스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 연소용 연료를 연소하여 상기 연료가스 생성기를 가열하는 연소기, 및 상기 연소기내에 형성되는 화염의 상태를 검지하는 화염검지기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 화염검지기가, 화염의 이온전류에 비례한 불꽃검지전류를 검지함으로써 상기 화염의 상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연소용 연료에 함유되는 탄화수소량에 따라 상기 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 제 1 제어부를 가진 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연료가스 생성기의 온도를 검지하는 온도검지기를 가지며, 상기 제 1 제어부가 상기 온도검지기에 의한 검지온도에 따라 상기 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연소기에 공기를 공급하는 송풍기를 가지며, 상기 제 1 제어부가 상기 송풍기로부터 상기 연소기에 공급되는 공기량에 따라 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어부가, 상기 물공급기로부터 상기 수소생성기에 공급되는 물의 양에 따라 상기 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연료가스중의 탄화수소의 농도를 검지하는 탄화수소 센서를 가지며, 상기 제 1 제어부가 상기 탄화수소 센서의 출력치에 기초하여 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어부가, 상기 수소생성기로 보내는 발전원료 공급량에 따라 화염검지기의 불꽃검지전류의 증폭율을 소정치로 전환하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연료전지의 발전을 시작할 때, 상기 연료가스를 상기 연료전지에 공급함과 동시에, 상기 연소기의 착화동작을 하는 제 2 제어부를 가진 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 제어부가, 상기 연소기의 착화동작중에는 상기 화염검지기에 화염검지를 시킬 수 없는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 제어부가, 상기 연료가스를 상기 연료전지에 공급하고 나서 소정시간은, 상기 화염검지기에 화염검지를 시킬 수 없는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 제어부가, 상기 연료가스를 상기 연료전지에 공급하고 나서 상기 불꽃검지전류가 소정치 이상이 될 때까지 화염검지를 시킬 수 없는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
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