CN100474675C

CN100474675C - 燃料电池发电***

Info

Publication number: CN100474675C
Application number: CNB2005800029047A
Authority: CN
Inventors: 上田哲也; 宫内伸二; 田中良和
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: CN1910779A; JPWO2006006672A1; JP5063110B2; WO2006006672A1; US20080026271A1

Abstract

本发明是一种燃料电池发电***，具备能够检测运行状态异常的检测部(1)、至少根据该检测部的输出信号输出规定的保护动作指令信号的保护控制装置(2)、根据该保护控制装置输出的所述保护动作指令信号进行规定的保护动作的保护动作器(4)、以及使所述保护动作指令信号输出到所述保护控制装置用的模拟信号的输出用的模拟信号发生器(5)，具备利用所述模拟信号发生器将所述模拟信号输入到所述保护控制装置，以此使所述保护动作指令信号输出，确认所述保护动作器的所述保护动作进行的异常自我诊断功能，同时所述保护控制装置包含判断所述检测部故障的故障判断部(3)，所述故障判断部判断出所述检测部故障的情况下也由所述保护控制部输出所述保护动作指令信号，所述故障判断部没有判断出所述检测部的故障的情况下也确认所述保护动作进行的故障自我诊断功能。

Description

燃料电池发电***

技术领域

本发明涉及使氢与氧发生反应以进行发电的燃料电池发电***。

背景技术

向来，能够进行高效率小规模发电的燃料电池发电***，容易构筑利用发电时发生的热量用的***，同时能够实现高的能量利用效率，因此适合作为分散型发电***使用。

燃料电池发电***具有作为其发电部的主体的燃料电池。作为这种燃料电池，通常使用固体高分子型燃料电池和磷酸型燃料电池等。在这些燃料电池中，使用氢作为发电用的燃料。但是，这种氢的供给装置目前尚未作为基础设施整备。因此在燃料电池发电***中通常设置生成发电需要的氢用的重整装置。在该重整装置中，使用甲烷等碳水化合物系的原燃料，生成富含氢气的富氢气体(以下称为“重整气体“)。燃料电池使用这种重整装置提供的重整气体与空气进行发电。

但是，在燃料电池发电***中，设置保证其安全性用的各种各样的诊断机构。例如，燃料电池发电***具有用于诊断重整装置是否对燃料电池正常地提供重整气体用的重整气体供给机构的故障诊断机构。于是，在该故障诊断机构检测出重整气体供给机构发生故障时，燃料电池发电***进行停止其发电运行等保护动作。这样，燃料电池发电***能够利用各种诊断机构保证其安全的发电运行。

在这里，作为保证燃料电池发电***的安全的发电运行用的诊断机构的一个例子，对上述重整气体供给机构的故障诊断机构进行大概说明。

图7是示意性表示已有的燃料电池发电***的重整气体供给机构的故障诊断机构的构成的方框图。在图7，摘录显示燃料电池发电***的重整气体供给机构及其故障诊断机构的一部分。

如图7所示，已有的燃料电池发电***的故障诊断机构101具有：利用重整气体与空气进行发电输出电力的燃料电池51、向该燃料电池51导入图7未图示的重整装置生成的重整气体用的重整气体供给用配管54、通过该重整气体供给用配管54的重整装置向燃料电池51提供重整气体时中断或继续提供重整气体用的第1开闭阀52和第2开闭阀53、控制该第1开闭阀52和第2开闭阀53的开闭动作用的致动器52a和致动器53a、检测重整气体供给用配管54内的重整气体的压力用的压力传感器55(检测部件)、以及控制致动器52a和致动器53a的动作同时根据压力传感器55的输出信号诊断第1开闭阀52和第2开闭阀53的异常或故障的故障诊断部56。

而且如图7所示，燃料电池51和未图示的重整装置利用重整气体供给用配管54连接。又，在该重整气体供给用配管54的规定的位置上分别配设第1开闭阀52和第2开闭阀53。这第1开闭阀52和第2开闭阀53上分别设置致动器52a和致动器53a。又在重整气体供给用配管54的第1开闭阀52和第2开闭阀53之间配设压力传感器55。故障诊断部56与致动器52a和致动器53a以及压力传感器55利用图5中以虚线所示的配线相互连接。

在这样构成的故障诊断机构101中，利用例如故障诊断部56在第1开闭阀52和第2开闭阀53同时关闭时压力传感器55检测出规定的压力值以上的压力值的情况下，检测第1开闭阀52的泄漏，故障诊断部56对第1开闭阀52的故障进行判断。

又，在第1开闭阀52打开而且第2开闭阀53关闭时压力传感器55检测出规定的压力值以下的压力值的情况下，检测第2开闭阀53的泄漏，故障诊断部56对第2开闭阀53的故障进行判断。

然后，在故障诊断部56判断为第1开闭阀52或第2开闭阀53的至少一方有故障的情况下燃料电池发电***进行停止该发电运行等规定的保护动作(参照例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开平9-22711号公报

发明内容

但是，上述已有的结构中，存在由于压力传感器的压力检测性能随着时间的经过而劣化从而不能够检测出开闭阀的异常或故障的危险。在这种情况下，由于存在不能够检测出开闭阀的异常等危险，燃料电池发电***存在其发电运行停止等的保护动作不能够进行正常的危险。因此，在上述已有的结构中，为了保证安全，操作者通过定期进行检查以进一步确认开闭阀有无异常或故障。

例如在利用手动操作适当操作图7所示的第1开闭阀52和第2开闭阀53之后，利用压力传感器55以外的校正过的压力传感器测定如上所述的燃料气体供给用配管54内的压力，以此确认第1开闭阀52和第2开闭阀53有无异常等情况。又根据情况，有时候从燃料电池发电***取下开闭阀，另行对该取下的开闭阀进行检查，以此确认开闭阀有无异常等情况。因此由于该操作者进行定期检查，产生了人工费等费用，操作燃料电池发电***的维持费用变高的问题。

本发明是为解决上述存在问题而作出的，其目的在于提供即使是检测部件随着时间而劣化也定期利用异常检测和故障检测确认保护动作，同时由于进行自我诊断，不需要定期检查，从而维持费用低廉的燃料电池发电***。

为了解决上述存在问题，本发明的燃料电池发电***，具备能够检测运行状态的异常的检测部、至少根据该检测部的输出信号输出规定的保护动作指令信号的保护控制装置、根据该保护控制装置输出的所述保护动作指令信号进行规定的保护动作的保护动作器、以及使所述保护动作指令信号输出到所述保护控制装置用的模拟信号的输出用的模拟信号发生器，其中利用所述模拟信号发生器将所述模拟信号输入到所述保护控制装置，以此使所述保护动作指令信号输出，确认所述保护动作器的所述保护动作进行的异常自我诊断功能，同时所述保护控制装置包含判断所述检测部故障的故障判断部，具备所述故障判断部判断出所述检测部故障的情况下也使所述保护控制装置输出所述保护动作指令信号，所述故障判断部没有判断出所述检测部故障的情况下也利用所述模拟信号发生器将所述模拟信号输入到所述保护控制装置，以此使所述保护动作指令信号输出，确认所述保护动作器的所述保护动作进行的故障自我诊断功能。

采用这样的结构时，由于利用异常自我诊断功能读取对保护动作进行确认，操作者不需要进行定期检查，同时能够保证燃料电池发电***的安全发电运行。又能够提供维持费用低廉的燃料电池发电***。又由于利用故障自我诊断功能定期对保护动作进行确认，操作者不需要定期进行检查，能够保证燃料电池发电***的安全运行。又能够提供维持费用低廉的燃料电池发电***。

在上述情况下，利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少其一对所述保护动作进行确认是定期进行的。

采用这样的结构时，能够利用异常自我诊断功能和故障自我诊断功能中的至少其一对保护动作定期进行确认，因此能够更好保证燃料电池发电***的安全运行。

又，在上述情况下，也可以是还具备切断发电必需的原燃料的供给的原燃料切断器、以及切断发电产生的电力的输出的电气输出切断器，所述保护动作器至少包含所述原燃料切断器或所述电气输出切断器。

采用这样的结构时，提供给燃料电池发电***的原燃料被原燃料切断器切断，或燃料电池发电输出的电力被电气输出切断器切断，因此能够可靠地保证燃料电池发电***的安全。

在上述情况下，也可以是所述检测部至少包含温度检测器、压力检测器、电压检测器、电流检测器、转速检测器、以及可燃性气体检测器中的任意一个。

采用这样的结构时，能够检测燃料电池发电***运行时的温度、压力、电压、电流、转速、以及可燃性气体的泄漏等运行状态，因此能够可靠地保证燃料电池发电***的安全。

在上述情况下，也可以是还具备控制发电运行的启动或停止的发电停止指令装置，利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少其一对所述保护动作进行确认，在所述发电停止指令装置输出的发电运行的正常的停止的指令信号被输入到所述保护控制装置的情况下实施。

采用这样的结构时，能够恰当地利用异常自我诊断功能和故障自我诊断功能中的至少其一对保护动作进行确认。

在上述情况下，也可以是所述检测部具备检测功能互不相同的多个检测器，利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少其一对所述保护动作进行确认，以所述多个检测器为对象以一定的顺序实施。

采用这样的结构时，有必要就对所配设的全部检测器利用异常自我诊断功能和故障自我诊断功能中的至少其一进行保护动作的确认并且以充分的频度实施确认，因此操作者不需要定期进行检查，同时能够保证燃料电池发电***的安全。

在上述情况下，也可以是还具备显示部，根据所述异常的检测和所述故障的判断中的至少任意一方实施所述保护动作的情况下，所述显示部显示出表示是异常状态的意思，根据所述关于正常停止的指令信号，利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少任意一方实施所述保护动作的情况下则不进行显示。

采用这样的结构时，明确表示出实施保护动作时的实施理由，因此燃料电池发电***的使用者能够采取合适的判断和处置。

而且，在上述情况下，也可以是还具备监视和控制发电运行的全部动作的主控制装置，所述故障判断部、所述保护控制装置或所述保护动作器中的至少任意一方发生异常或故障的情况下，所述主控制装置使所述动作停止。

采用这样的结构时，即使是故障判断部、保护控制装置、或保护动作器发生异常或故障的情况下，也由于主控制装置使燃料电池发电***的动作完全停止，因此能够提供安全性更有保证的燃料电池发电***。

本发明用如上所述的手段实施，即使是检测部件随着时间的经过而劣化，也能够定期利用异常检测和故障检测确认保护动作，同时由于进行自我诊断，不需要定期进行检查，所以能够提供维持费用低廉的燃料电池发电***。

附图说明

图1是示意性表示燃料电池发电***的控制***的结构的结构图。

图2是示意性例示模拟信号发生器的结构的结构图。

图3是示意性例示另一模拟信号发生器的结构的结构图。

图4是示意性例示另一模拟信号发生器的结构的结构图。

图5是示意性表示燃料电池发电***的***结构的结构图。

图6是表示燃料电池发电***的控制动作的流程图。

图7是示意性表示已有的燃料电池发电***的重整气体供给机构的故障诊断机构的结构的方框图。

符号说明

1 检测部

2 保护控制装置

3 故障判断部

4 保护动作器

5 模拟信号发生器

5a、5b 模拟信号发生器

6 发电停止指令装置

7 显示部

11 重整装置

12 燃烧装置

13 燃烧废气路径

14 原燃料控制装置

15 原燃料供给路径

16 一氧化碳转化器

17 一氧化碳去除器

18 燃料电池组

19 氢供给路径

20 空气供给路径

21 反应空气供给装置

22 燃烧空气控制装置

23 废气供给路径

24 电力输出控制装置

51 燃料电池

52 第1开闭阀

52a 致动器

53 第2开闭阀

53a 致动器

54 重整气体供给用配管

55 压力传感器

56 故障诊断部

100 燃料电池发电***

101 故障诊断机构

102 控制***

103 主控制装置

104 框体

SW1～7 开关

a～e 配线

b’ 配线

T 温度检测器

P 压力检测器

V 电压检测器

I 电流检测器

R 转速检测器

G 可燃性气体检测器

F 原燃料切断器

E 电气输出切断器

R1～R4 电阻器

具体实施方式

实施形态1

下面参照附图对本发明的实施形态进行说明。

图1是示意性表示本发明的燃料电池发电***的控制***的结构的结构图。在这里，所谓控制***意味着有保证燃料电池发电***的发电运行安全的功能的***(故障诊断机构等)。

如图1所示，本实施形态的控制***102具有检测燃料电池发电***的运行状态(例如生成提供给燃料电池的重整气体的，图1中未图示的重整装置内的温度和压力、利用重整气体和空气进行发电的燃料电池的温度、提供重整装置和燃料电池所必需的空气的燃烧空气控制装置以及反应空气供给装置中的鼓风机等的转速、燃料电池进行发电得到的电力的电压值和电流值、以及燃料电池发电***的框体内部的重整气体等可燃性气体的浓度等)的检测部1。该检测部1在本实施形态中由温度检测器T、压力检测器P、电压检测器V、电流检测器I、转速检测器R、以及可燃性气体检测器G等多个检测器构成。又，该检测部1形成能够检测燃料电池发电***的运行状态异常的结构。在这里，在本说明书中，所谓运行状态的异常意味着检测部1检测出的温度、压力、转速、电流值或电压值、浓度超出预先设定的规定运行范围的状态。而且如图1所示，检测部1与下述保护控制装置2利用规定的配线相互电气连接。

又，该控制***102具有至少根据检测部1输出的输出信号输出确保燃料电池发电***的安全用的规定的保护动作指令信号的保护控制装置2。在这里，该保护控制装置2包含能够对检测部1的故障进行判断的故障判断部3。而且如图1所示，保护控制装置2和下述保护动作器4利用规定的配线相互电气连接。

又，该控制***102具有根据保护控制装置2输出的规定的保护动作指令信号进行确保燃料电池发电***安全用的规定的保护动作的保护动作器4。该保护动作器4在本实施形态中由原燃料切断器F和电气输出切断器E构成。在这里，原燃料切断器F具有根据需要切断作为生成提供给重整装置的重整气体用的原料的甲烷等碳氢化合物(原燃料)的供应的功能。又，电气输出切断器E具有根据需要切断利用燃料电池发电得到的电力从燃料电池发电***的输出的功能。

又，该控制***102具有多个将用于强制输出规定的保护动作指令信号的模拟信号输出到保护控制装置2的模拟信号发生器5。这些模拟信号发生器5在检测部1和保护控制装置2之间设置温度检测器T、压力检测器P、电压检测器V、电流检测器I、转速检测器R、以及可燃性气体检测器G。该模拟信号发生器5输出的模拟信号一旦被输入保护控制装置2，就从保护控制装置2输出上述规定的保护动作指令信号。于是，保护动作器4根据该保护控制装置2输出的规定的保护动作指令信号进行规定的保护动作。

在这里，例示出模拟信号发生器5的结构。

图2是示意性例示本实施形态的模拟信号发生器的结构的结构图。图2(a)例示涉及温度检测器T的模拟信号发生器的结构。又，图2(b)例示涉及压力检测器P的模拟信号发生器的结构。在这里，在本实施形态中，涉及电压检测器V、电流检测器I、转速检测器R、以及可燃性气体检测器G的模拟信号发生器的结构与图2(b)所示的结构相同。还有，图2(a)和图2(b)所示的模拟信号发生器的结构是一个例子，也可以利用其他电子电路等构成模拟信号发生器。

如图2(a)所示，涉及温度检测器T的模拟信号发生器5由开关SW1和开关SW2构成。而且该开关SW1和开关SW2各自的一方端子相互连接，而且在温度检测器T延伸出的配线b’上电气连接。又，开关SW1的另一端子电气连接于温度检测器T延伸出的配线a上。还有，开关SW2的另一端子电气连接于配线b上。还有，配线a和配线b分别连接于图1所示的保护控制装置2的没有特别图示的连接端子上。

如图2(a)所示的温度检测器T的模拟信号发生器5中，在开关SW2为接通状态开关SW1为接通状态时，配线a和配线b处于短路状态。这是模拟构成温度检测器T的例如热敏电阻的短路引起的异常状态。还有，在开关SW2为接通状态，开关SW1为断开状态的情况下，模拟热敏电阻的短路状态被解除。另一方面，在开关SW1为断开状态下，开关SW2为断开状态时，配线b和配线b’形成断线状态(开路状态)。这模拟例如热敏电阻的开路引起的异常状态。还有，在开关SW1为断开状态而开关SW2为接通状态下，模拟热敏电阻的开路状态被解除。这样，通过在模拟信号发生器5中对开关SW1和开关SW2进行控制，对温度检测器T的短路状态和开路状态进行模拟。

又，如图2(b)所示，涉及压力检测器P的模拟信号发生器5由开关SW3和开关SW4构成。而且，该开关SW3和开关SW4的各一个端子相互连接，而且电气连接于从压力检测器P的没有特别图示的检测端子延伸出的配线d上。又，开关SW3的另一端子电气连接于从压力检测器P延伸出的电位保持于0V的配线c上。还有，开关SW4的另一端子电气连接于从压力检测器P延伸出的电位保持为5V的配线e上。还有，配线c、配线d、配线e分别连接于图1所示的保护控制装置2的未特别图示的连接端子上。

如图2(b)所示的压力检测器P的模拟信号发生器5中，在开关SW4处于断开状态而开关SW3为接通状态时，配线c与配线d处于短路状态。在这里，假定压力检测器P的检测端子能够输出的正常范围的电压为1～2V，则由于配线c与配线d处于短路状态，配线d的电位为0V，所以能够模拟压力检测器P的异常状态。还有，开关SW4为断开状态而开关SW3为断开状态时，压力检测器P的模拟的异常状态被解除。另一方面，在开关SW3处于断开状态而开关SW4处于接通状态时，配线d与配线e处于短路状态。在这里，适用上述假定时，配线d与配线e处于短路状态，因此配线d的电位为5V，所以借助于此也能够模拟压力检测器P的异常状态。还有，开关SW3为断开状态而开关SW4为断开状态的情况下，模拟压力检测器P的异常状态被解除。这样，在模拟信号发生器5对开关SW3和SW4进行控制，以此模拟压力检测器P的异常状态。

但是，关于图2所示的温度检测器T和压力检测器P各自的模拟信号发生器5，明确地分离模拟温度检测器T和压力检测器P的异常状态和故障状态也是可能的。

图3和图4是例示本实施形态的其他模拟信号发生器的结构的结构示意图。在这里，图3表示涉及温度检测器T的其他模拟信号发生器的结构。又，图4表示涉及压力检测器P的其他模拟信号发生器的结构。还有，在本实施形态中，涉及电压检测器V、电流检测器I、转速检测器R、以及可燃性气体检测器G的其他模拟信号发生器的结构与图4所示的结构相同。

如图3所示，涉及温度检测器T的其他模拟信号发生器5a由开关SW1和开关SW2、开关SW5和开关SW6、以及电阻器R1和电阻器R2构成。而且开关SW1和开关SW2与开关SW5和开关SW6各自的一方的端子相互连接，而且连接于从温度检测器T延伸出的配线b’上。又，开关SW1的另一端子电气连接于温度检测器T延伸出的配线a上。又，开关SW5的另一端子通过电阻器R1电气连接于从温度检测器T延伸出的配线a上。还有，开关SW2的另一端子电气连接于配线b。又，开关SW6的另一端子通过电阻器R2电气连接于配线b。还有，配线a和配线b分别连接于图1所示的保护控制装置2的未特别图示的连接端子上。

在图3所示的涉及温度检测器T的另一模拟信号发生器5a中，开关SW2处于接通状态，而且开关SW5和开关SW6各自处于断开状态，而开关SW1处于接通状态时，配线a与配线b短路。这模拟构成温度检测器T的例如热敏电阻的短路引起的故障状态。还有，在开关SW2处于接通状态而且开关SW5和开关SW6分别处于断开状态，而开关SW1处于断开状态的情况下，模拟热敏电阻的短路状态被解除。

又，开关SW1处于断开状态，而且开关SW5和开关SW6分别处于断开状态，而开关SW2处于断开状态时，配线b和配线b’为断开状态(开路状态)。这是模拟例如热敏电阻断开引起的故障状态。还有，在开关SW1处于断开状态而且开关SW5和开关SW6分别处于断开状态，而开关SW2处于接通状态的情况下，模拟热敏电阻的断开状态被解除。

又，开关SW2处于接通状态，而且开关SW1和开关SW6分别处于断开状态，而开关SW5为接通状态时，通过适当选择电阻器R1的电阻值，使配线a与配线b之间的电阻值为热敏电阻的电阻值与电阻器R1的电阻值的并联合成电阻值，因此能够使配线a与配线b之间的电阻值为低于热敏电阻可能变化的电阻值范围的电阻值。这是模拟构成温度检测器T的热敏电阻的异常状态。还有，在开关SW2处于接通状态而且开关SW1和开关SW6分别处于断开状态，而开关SW5处于断开状态的情况下，模拟热敏电阻的异常状态被解除。

又，开关SW2处于断开状态，而且开关SW1和开关SW5分别处于断开状态，而开关SW6为接通状态时，通过适当选择电阻器R2的电阻值，使配线a与配线b之间的电阻值为热敏电阻的电阻值与电阻器R2的电阻值的串联电阻值，因此能够使配线a与配线b之间的电阻值为高于热敏电阻可能变化的电阻值范围的高电阻值。这是模拟构成温度检测器T的热敏电阻的异常状态。还有，在开关SW2处于接通状态而且开关SW1和开关SW5分别处于断开状态，而开关SW6处于断开状态的情况下，模拟热敏电阻的异常状态被解除。

这样，在模拟信号发生器5a中开关SW1～开关SW2以及开关SW5～开关SW6得到适当控制，因此能够模拟温度检测器T的异常状态。

另一方面，如图4所示，涉及压力检测器P的另一模拟信号发生器5b由开关SW3～开关SW4以及开关SW7、电阻器R3和电阻器R4构成。而且开关SW3～开关SW4以及开关SW7各自的一方端子相互连接，而且电气连接于从压力检测器P的未特别图示的检测端子延伸出的配线d上。又如图4所示，开关SW3的另一端子电气连接于从压力检测器P延伸出的电位保持于0V的配线c上。又，开关SW4的另一端子电气连接于从压力检测器P延伸出的电位保持于5V的配线e上。又如图4所示，开关SW7的另一端子通过电阻器R3电气连接于从压力检测器P延伸出的电位保持于5V的配线e上。又，开关SW7的另一端子通过电阻器R4接地。还有，配线c、配线d、以及配线e分别连接于图1所示的保护控制装置2的未特别图示的连接端子上。

在图4所示的涉及压力检测器P的另一模拟信号发生器5b中，在开关SW4和开关SW7为断开状态下开关SW3为接通状态时，配线c和配线d为短路状态。在这里，从压力检测器P的检测端子能够输出的正常范围的电压假定为1～2V，则由于配线c和配线d短路，所以配线d的电位为0V，因此能够模拟压力检测器P的故障状态。还有，在开关SW4和开关SW7为断开状态下开关SW3为断开状态时，模拟压力检测器P的故障状态被解除。

又，在开关SW3和开关SW7为断开状态下开关SW4为接通状态时，配线d和配线e为短路状态。在这里，适用上述假定时，由于配线d和配线e处于短路状态，所以配线d的电位为5V，因此能够模拟压力检测器P的故障状态。还有，在开关SW3和开关SW7为断开状态下开关SW4为断开状态时，模拟压力检测器P的故障状态被解除。

又，在开关SW3和开关SW4为断开状态下开关SW7接通状态时，配线d处在连接于电阻器R3和电阻器R4的连接部的状态。在这里，在配线d连接于电阻器R3和电阻器R4的连接部的情况下，通过分别适当选择电阻值作为电阻器R3和电阻器R4的电阻值，配线d的电位为由电阻器R3和电阻器R4分压的例如3V。也就是说，适用上述假定时，能够模拟压力检测器P的异常状态。还有，开关SW3和开关SW4在断开状态下开关SW7采取断开状态时，模拟压力检测器P的异常状态被解除。

这样，在模拟信号发生器5b中适当控制开关SW3～开关SW4以及开关SW7，能够模拟压力检测器P的异常状态。

这样，在本实施形态中，借助于模拟信号发生器5(或模拟信号发生器5a及模拟信号发生器5b)的动作，输出模拟检测部1的异常(故障)的模拟信号。然后，一旦由模拟信号发生器5输出的模拟信号被输入保护控制装置2，就从保护控制装置2输出规定的保护动作指令信号。于是，保护动作器4根据该保护控制装置2输出的规定的保护动作指令信号，进行规定的保护动作。还有，包含模拟信号发生器5和模拟信号发生器5a以及模拟信号发生器5b的开关SW1～SW7的接通、断开的动作由保护控制装置2进行合适的控制。

又，如图1所示，本实施形态的控制***102具有对燃料电池发电***的发电运行的启动和停止进行控制的发电停止指令装置6。该发电停止指令装置6通过保护控制装置2等对燃料电池发电***的发电运行的启动和停止进行控制。在这里，如图1所示，发电停止指令装置6与保护控制装置2利用规定的配线相互电气连接。

还有，该控制***102具有能够显示保护动作器4进行保护动作时在燃料电池发电***中有异常状态发生的显示部7。该显示部7和保护控制装置2利用规定的配线相互电气连接。该显示部7配设于燃料电池发电***的主体或燃料电池发电***用的遥控器内。

下面参照附图对组装有上述检测部1、保护控制装置2、以及保护控制器4等的燃料电池发电***进行说明。还有，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标以相同的符号，其重复说明省略。又，对于图1所示的结构要素中的模拟信号发生器5、发电停止指令装置6、以及显示部7，在图5中省略其记述。。

图5是示意性表示本发明实施形态的燃料电池发电***的***结构的结构图。

如图5所示，本实施形态的燃料电池发电***100具有将甲烷等碳氢化合物原燃料提供给下述重整装置11的原燃料控制装置14。该原燃料控制装置14利用原燃料供给路径15连接于能够经常供应原燃料的基础设施与重整装置11上。

又，该燃料电池发电***100具有使用由原燃料控制装置14通过原燃料供给路径15提供的原燃料生成重整气体的重整装置11。该重整装置11具备将重整装置11的规定地方加热到生成重整气体所需要的温度的燃烧装置12和用于排出该燃烧装置12排出的燃烧废气的燃烧废气路径13。在这里，在燃烧装置12上连接提供燃烧所需要的空气的燃烧空气控制装置22以及提供从下述燃料电池阻18排出的废气的废气供给路径23。废气供给路径23的另一端部连接于燃料电池组18。又，在重整装置11的上游侧连接原燃料控制装置14和原燃料供给路径15，在其下游侧通过规定的配管连接一氧化碳转化器16和一氧化碳去除器17。在这些一氧化碳转化器16和一氧化碳去除器17中，将重整装置11排出的重整气体中的一氧化碳去除。去除该一氧化碳的重整气体通过氢供给路径19被提供给燃料电池组18。

又，该燃料电池发电***100具有提供发电所需要的空气的反应空气供给装置21。发电所需要的空气利用该反应空气供给装置21通过空气供给路径20提供给燃料电池组18。

然后，该燃料电池发电***100具有燃料电池组18作为其发电部的主体。该燃料电池组18通过氢供给路径19连接于一氧化碳去除器17和一氧化碳转化器16，通过空气供给路径20连接于反应空气供给装置21。也就是说，在该燃料电池组18中，使用通过氢供给路径19提供的重整气体和通过空气供给路径提供的空气进行能够输出电力的发电。

又，这种燃料电池发电***中100具有对由燃料电池组18生成的电力进行控制的电气输出控制装置24。这种电气输出控制装置24通过规定的配线电气连接于燃料电池组18的输出端子上。利用这种电气输出控制装置24，从燃料电池发电***100输出适合家用电气设备用的电力。

又，这种燃料电池发电***100具备控制和监视燃料电池发电***100的全部动作的主控制装置103。这种主控制装置103适合使用MPU等。

还有，这种燃料电池发电***100具备在其内部容纳构成燃料电池发电***100的重整装置11、燃料电池组18、主控制装置103等各种构成要素的框体104。

在这里，在本发明的实施形态中，如图5所示，图1所示的检测部1内，在重整装置11和燃料电池组18设置温度检测器T，在重整装置11又设置压力检测器P，在电力输出控制装置24设置电压检测器V和电流检测器I，在反应空气供给装置21和燃烧空气控制装置22设置转速检测器R，在框体104的例如内壁上设置可燃性气体检测器G。又如图5所示，在图1所示的保护动作器4内，原燃料切断器F设置于原燃料供给路径15的原燃料控制装置14的上游侧。又，电气输出切断器E设置于电力输出控制装置24的输出侧。又如图5所示，设置至少根据检测部1的输出信号控制保护动作器4的动作的保护控制装置2。这些检测部1以及保护动作器4和保护控制装置2，利用图5中虚线所示的规定的配线相互电气连接。

下面参照附图对图5所示的燃料电池发电***100的基本运行动作进行说明。

原燃料控制装置14所提供的甲烷等碳化氢系原燃料通过原燃料供给路径15提供给重整装置11。然后在该重整装置11内部利用燃烧装置12进行加热，利用重整反应变换为重整气体。这时燃烧装置12使用燃烧空气控制装置22提供的空气和燃料电池组18排出的废气对原燃料进行加热。

在重整装置11生成的重整气体在一氧化碳转化器16和一氧化碳去除器17中充分去除一氧化碳之后，通过氢供给路径19提供给燃料电池组18。另一方面，由反应空气供给装置21提供的空气通过空气供给路径20被提供给燃料电池组18。这样提供的重整气体中的氢气与空气中的氧被使用于燃料电池组18内部的电化学反应。借助于此在燃料电池组18中进行发电。

然后，燃料电池组18发生的电力同电气输出控制装置24输出，作为对家庭提供的电力使用。还有，如上所述，在燃料电池组18中没有被使用于电化学反应而余留的重整气体通过废气供给路径23提供给燃烧装置12，在该燃烧装置12中作为重整反应用的加热燃料使用。

但是，在具有图1～图5所示的结构的燃料电池发电***100的运行动作中，在温度检测器T检测出重整装置11或燃料电池组18有温度异常上升的情况下、电压检测器V检测出燃料电池组18的异常电压上升或下降的情况下、电流检测器I检测出燃料电池组18的异常电流上升的情况下、转速检测器R检测出反应空气供给装置21或燃烧空气控制装置22的电动机转速异常(上升或下降)的情况下、可燃性气体检测器G检测出框体104内部的重整气体等可燃性气体的泄漏的情况下，各保护控制装置2保护动作指令信号输出到作为保护动作器4的原燃料切断器F和电气输出切断器E。以此使原燃料切断器F停止对原燃料控制装置14的原燃料供应，同时电气输出切断器E停止从燃料电池组18(电气输出控制装置24)输出电力，作为安全保护动作，停止燃料电池发电***100的发电运行。这时，根据需要在设置于遥控器等的显示部7上显示出表示发生异常状态的信息。

又，在具有图1～图5所示的结构的燃料电池发电***100的运行动作中，在构成检测部1的各种检测器的任何一个发生故障的情况下，保护控制装置2的故障判断部3判断该检测器的故障，与上述异常检测的情况一样，保护控制装置2将保护动作指令信号输出到保护动作器4。借助于此，作为安全保护动作，停止燃料电池发电***100的发电运行。这时也根据需要在设置于遥控器等的显示部7上显示出表示发生异常状态的信息。在这里，作为具体的例子对温度检测器T发生故障的情况进行说明。作为温度检测器T的一个例子的热敏电阻发生故障的情况下，作为其故障的原因，可以考虑断线或者短路。在这种情况下，热敏电阻的电阻值为无穷大或0，因此在热敏电阻的电阻值为例如相当于燃料电池组18的被考虑的温度的电阻值范围以外(即超过上限或低于下限)的情况下，故障判断部3判断为温度检测器T有故障，根据该判断，为了安全，作为保护动作停止发电运行。

下面对燃料电池发电***100具有的表示本发明的特征的异常自我诊断功能进行说明。

在本实施形态的燃料电池发电***100中，即使是发电运行正常进行，检测部1没有检测出异常状态的情况下，也与定期性(例如进行定期检查那样的一年的周期)利用模拟信号发生器5，检测部1进行异常检测的情况一样将相同的模拟信号输入到保护控制装置2，借助于此，确认燃料电池发电***100的保护动作是否正常进行。具体地说，在作为温度检测器T的一个例子的热敏电阻检测出温度异常上升的情况下，热敏电阻的电阻值下降到相当于异常温度的阈值的电阻值以下(负特性元件的情况下)，因此如果模拟信号发生器5输出相当于与热敏电阻检查出该异常的情况下一样的低电阻值的模拟信号(或短路信号)则能够利用异常自我诊断功能保护进行保护动作的确认。该模拟信号发生器5的模拟信号输出可以利用图2所示的结构进行。

在这里，利用模拟信号发生器5定期将模拟信号输入到保护控制装置2，利用图5中未特别图示的定时器和主控制装置103通常具备的钟表功能进行。例如在利用钟表功能的情况下，主控制装置103的存储部存储确认保护动作是否正常进行的时期。又，主控制装置103对下一次的保护动作的确定时期(例如一年后的日期和时间)进行计算并存储于存储部。然后，利用时钟功能确认了上述下一次保护动作的确认时期已经到来时，主控制装置103控制模拟信号发生器5将模拟信号输入到保护控制装置2。还有，这些主控制装置103的一连串控制动作利用在主控制装置103的存储部预先设定的软件执行。

接着对燃料电池发电***100具有的作为本发明的特征的故障自我诊断功能进行说明。

在本实施形态的燃料电池发电***100中，即使是发电运行正常进行，故障判断部3没有判断出检测部1的故障的情况下，也定期(例如进行定期检查那样的一年的周期)借助于模拟信号发生器5向保护控制装置2输入与检测部1发生故障时相同的模拟信号，以此确认燃料电池发电***100中的保护动作是否正常进行。具体地说，设想作为温度检测器T的一个例子的热敏电阻发生故障的情况下，如果模拟信号发生器5与上述异常自我诊断功能的情况一样输出热敏电阻的电阻值超过上限(或低于下限)那样的模拟信号，则能够利用故障自我诊断功能进行保护动作的确认。利用这种模拟信号发生器5进行的模拟信号输出也利用图2所示的结构执行。

图6是表示燃料电池发电***的控制动作的流程图。

在图1～图6中，使燃料电池发电***100的发电运行开始的情况下，从图1所示的发电停止指令装置6接收规定的启动指令(利用运行开关进行手动启动，或根据电力负荷上升检测自动启动等)(步骤S1)，借助于此，开始启动运行(步骤S2)，不久就转移到发电运行(步骤S3)。这时图1和图5所示的检测部1经常监视发电运行的状态是否正常而且在检测部1检测出发电运行的异常或检测出检测部1的故障的情况下(步骤S4中判定为否)，如上所述，进行异常。故障检测(步骤S21)，借助于保护动作器4的保护动作停止发电运行(步骤S9)。这时，如果判断为该保护动作造成的发电运行停止是由于发电运行的异常或检测部1的故障所引起(步骤S10中判定为否)，则在遥控器等上配置的显示部7上进行表示有异常的显示(步骤S22)，而且燃料电池发电***100保持发电运行的停止状态(步骤S23)。

另一方面，在燃料电池发电***100的发电运行正常进行时(步骤S4中判定为是)，发电停止指令装置6输出正常停止指令(利用运行开关手动使其停止或根据电力负荷下降检测自动停止等)，发电运行被停止的情况下(步骤S5)，通常进行正常的停止(步骤S6中判定为否、以及步骤S31)但是在判定为定期的自我诊断时期(例如进行定期检查那样的一年的周期)的情况下(步骤S6中判定为是)，首先从检测部1中的多个检测器内选定作为对象的检测器N号(步骤S7)，实施该选定的N号检测器的异常自我诊断或故障自我诊断(步骤S8)。然后，通过在步骤S8实施自我诊断，燃料电池发电***100的发电运行由于保护动作器4的保护动作而停止(步骤S9)。这时，如果判断为该保护动作引起的发电运行停止是起因于自我诊断(步骤S10中判定为是)，由于正常停止时的自我诊断引起的保护动作，表示异常的显示不进行，使检测部1的检测器的顺序提前1，以备下一个的自我诊断。以下依序进行检测部1的多个检测器的自我诊断。还有，多个检测器的自我诊断也可以如上所述以一定顺序进行，但是也可以考虑各检测器的随时间的经过而劣化的程度和安全上的重要性，频繁地执行特定检测器的自我诊断。

又，如图5所示，本发明的实施形态的燃料电池发电***100具备涉及对发电运行的全部动作进行控制和监视的主控制装置103。而且，在故障判断部3、保护控制装置2、或保护动作器4中的至少任意一个发生异常或故障的情况下，主控制装置103强制使燃料电池发电***100的全部动作停止。借助于此，能够更可靠地确保燃料电池发电***100的发电运行的安全。

这样，在保护控制装置2从发电停止指令装置6接收正常停止指令的情况下，对异常自我诊断功能或故障自我诊断功能进行的保护动作进行确认，借助于此，可以不必为自我诊断而停止***，又由于在显示部不显示保护动作产生的异常状态，所以能够在用户不注意时自动进行自我诊断。

又，如果采用本发明，由于将模拟信号发生器5(或模拟信号发生器5a以及模拟信号发生器5b)做成图2(或图3及图4)那样的结构，容易根据需要简便地模拟温度检测器T、压力检测器P、电压检测器V、电流检测器I、转速检测器R、以及可燃性气体检测器G的故障状态和异常状态两种状态。

如上所述，如果采用本发明，对于压力传感器等检测部件随着时间的经过而发生的劣化，也定期对异常检测和故障检测而导致的保护动作进行确认，通过进行自我诊断可以不需要定期检查，能够使燃料电池发电***的维持费用降低。

工业应用性

本发明的燃料电池发电***由于对检测部件随着时间而发生的劣化也定期地对异常检测和故障检测而导致的保护动作定期进行确认，同时由于进行自我诊断，不再需要定期检查，因此作为维持费用低廉的燃料电池发电***是有用的。

又，对于电动汽车等的汽车用电源的用途，也可以应用本发明的燃料电池发电***。

Claims

1.一种燃料电池发电***，其特征在于，

具备能够检测运行状态的异常的检测部、至少根据该检测部的输出信号输出规定的保护动作指令信号的保护控制装置、根据该保护控制装置输出的所述保护动作指令信号进行规定的保护动作的保护动作器、以及输出用于使所述保护控制装置输出所述保护动作指令信号的模拟信号的模拟信号发生器，

其中利用所述模拟信号发生器将所述模拟信号输入到所述保护控制装置，以此使所述保护动作指令信号输出，确认所述保护动作器的所述保护动作进行的异常自我诊断功能，

同时所述保护控制装置包含判断所述检测部故障的故障判断部，

所述故障判断部判断出所述检测部故障的情况下也使所述保护控制装置输出所述保护动作指令信号，所述故障判断部没有判断出所述检测部故障的情况下也利用所述模拟信号发生器将所述模拟信号输入到所述保护控制装置，以此使所述保护动作指令信号输出，确认所述保护动作器的所述保护动作进行的故障自我诊断功能，

所述燃料电池发电***还具备控制发电运行的启动或停止的发电停止指令装置，

利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少其一对所述保护动作进行的确认，是在所述发电停止指令装置输出的发电运行的正常的停止的指令信号被输入到所述保护控制装置的情况下实施的。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发电***，其特征在于，利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少其一对所述保护动作进行确认是定期进行的。

3.根据权利要求1中所述的燃料电池发电***，其特征在于，

还具备切断发电必需的原燃料的供给的原燃料切断器、以及切断发电产生的电力的输出的电气输出切断器，

所述保护动作器至少包含所述原燃料切断器或所述电气输出切断器。

4.根据权利要求3所述的燃料电池发电***，其特征在于，所述检测部至少包含温度检测器、压力检测器、电压检测器、电流检测器、转速检测器、以及可燃性气体检测器中的任意一个。

5.根据权利要求1所述的燃料电池发电***，其特征在于，

所述检测部具备检测功能互不相同的多个检测器，

利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少其一对所述保护动作进行确认，以所述多个检测器为对象以一定的顺序实施。

6.根据权利要求5所述的燃料电池发电***，其特征在于，

还具备显示部，

根据所述异常的检测和所述故障的判断中的至少任意一方实施所述保护动作的情况下，所述显示部显示出表示是异常状态的意思，根据所述关于正常停止的指令信号利用所述异常自我诊断功能和所述故障自我诊断功能中的至少任意一方实施所述保护动作的情况下则不进行显示。

7.根据权利要求1所述的燃料电池发电***，其特征在于，

还具备监视和控制发电运行的全部动作的主控制装置，

所述故障判断部、所述保护控制装置或所述保护动作器中的至少任意一方发生异常或故障的情况下，所述主控制装置使所述全部动作停止。