JP2010238520A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関し、特にガス漏れが生じた際のシステム停止処理に関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, and more particularly to a system stop process when a gas leak occurs.
燃料電池システムは、都市ガスやＬＰガス等の原料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置と、水素生成装置で生成された水素リッチな燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池とを備える。 A fuel cell system includes a hydrogen generator that generates steam by reforming raw materials such as city gas and LP gas to generate a hydrogen-rich fuel gas, and a hydrogen-rich fuel gas and an oxidant gas that are generated by the hydrogen generator. And a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction.
このような燃料電池システムは、都市ガス、ＬＰガス、水素リッチな燃料ガス等の可燃性ガスを利用する為、ガス漏れが発生した場合に早期に異常を検知すると共に、発火や爆発等の危険事象の発生を抑制することが重要となる。 Such a fuel cell system uses a combustible gas such as city gas, LP gas, or hydrogen-rich fuel gas, so when a gas leak occurs, an abnormality is detected at an early stage and there is a risk of ignition or explosion. It is important to suppress the occurrence of events.
このような燃料電池システムとして、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。この技術においては、例えば水素生成装置又は燃料電池から可燃性ガスが漏れた場合、漏洩した可燃性ガスを換気ファン３４により排気口からパッケージ３３外へ排気すると共に、ガス漏れ検知器の検知信号に基づき、可燃性ガスの漏れを検知する。そして、可燃性ガス検知器がガス漏れを検知すると、燃料電池システムの運転を停止すると共に、可燃性ガス検知器が検知する漏洩ガスの濃度が設定濃度以下となるまで換気装置の運転を継続する。
ところで、上述の従来技術は、換気ファン３４が停止していた場合において、可燃性ガス漏れの異常を検知した場合、換気ファン３４を動作させ、漏出ガスをパッケージ３３外部より排出されるよう構成されている。しかし、換気ファン３４を停止した状態もしくは換気ファン３４が動作異常を起こしている状態で、可燃性ガスの漏れ異常が検知された場合は、パッケージ３３内の全体が可燃ガスの燃焼範囲に入っている可能性があり、そのような状態で換気ファン３４の動作を行うよう制御しようとすると、制御器に電力を供給する電源回路のリレーや高圧部よりスパークが発生して可燃性ガスが引火する可能性がある。 By the way, in the case where the ventilation fan 34 is stopped, the above-described conventional technology is configured to operate the ventilation fan 34 and to discharge the leaked gas from the outside of the package 33 when an abnormality of combustible gas leakage is detected. ing. However, if an abnormality in the leakage of combustible gas is detected in a state where the ventilation fan 34 is stopped or in a state where the ventilation fan 34 is operating abnormally, the entire package 33 enters the combustible gas combustion range. If it is attempted to control the ventilation fan 34 to operate in such a state, a spark is generated from a relay of a power supply circuit that supplies power to the controller or a high-pressure unit, and the combustible gas is ignited. there is a possibility.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、筐体の内部を換気するファンが停止しているもしくは動作異常を起こしている状態において、筐体内におけるガス漏れが生じた場合に従来よりも安全性が向上する燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and gas leakage in the housing occurs when the fan that ventilates the interior of the housing is stopped or malfunctioned. An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which the safety is improved as compared with the conventional case.
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、制御器と、前記制御器に制御動作のための電力を供給する電源回路と、前記燃料電池、前記制御器及び前記電源回路を収納する筐体と、前記筐体内における可燃性ガスの漏れを検知する可燃性ガス漏れ検知器と、前記筐体内部を換気する換気ファンと、を備え、前記換気ファンの動作異常状態もしくは動作停止中で、かつ前記可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知された場合に、前記電源回路の動作が停止するよう構成されている。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen, a controller, and a power supply circuit that supplies electric power for a control operation to the controller. A housing that houses the fuel cell, the controller, and the power supply circuit, a combustible gas leak detector that detects leakage of combustible gas in the housing, and a ventilation fan that ventilates the interior of the housing The operation of the power supply circuit is stopped when the ventilation fan is in an abnormal operation state or during operation stop and when a gas leak is detected by the combustible gas leak detector.
本発明は上記のように構成され、筐体の内部を換気するファンが停止しているもしくは動作異常を起こしている状態において、筐体内におけるガス漏れが生じた場合であっても従来よりも安全性を向上することが可能になる。 The present invention is configured as described above, and even when a gas leak in the casing occurs in a state where the fan that ventilates the inside of the casing is stopped or malfunctioned, it is safer than before. It becomes possible to improve the property.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付してその重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals throughout all the drawings, and redundant description thereof is omitted.
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、制御器と、前記制御器に制御動作のための電力を供給する電源回路と、前記燃料電池、前記制御器及び前記電源回路を収納する筐体と、前記筐体内における可燃性ガスの漏れを検知する可燃性ガス漏れ検知器と、前記筐体内部を換気する換気ファンと、を備え、前記換気ファンの動作異常状態もしくは動作停止中において、前記可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知された場合に、前記電源回路の動作が停止するよう構成されている。 A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen, a controller, a power supply circuit that supplies electric power for a control operation to the controller, and the fuel A housing that houses the battery, the controller, and the power supply circuit, a combustible gas leak detector that detects leakage of combustible gas in the housing, and a ventilation fan that ventilates the interior of the housing. The operation of the power supply circuit is stopped when a gas leak is detected by the combustible gas leak detector while the ventilation fan is operating abnormally or is not operating.
「燃料電池」は、還元剤ガスとして水素を含む燃料ガスを用いてこれを酸化剤ガスと反応させて発電するものであればよく、例えば、高分子電解質形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池等を「燃料電池」として用いることができる。 The “fuel cell” only needs to generate electricity by using a fuel gas containing hydrogen as a reducing agent gas and reacting it with an oxidant gas. For example, a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, A molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, or the like can be used as the “fuel cell”.
「前記換気ファンの動作異常状態もしくは動作停止中で、かつ前記可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知されている場合」のうち、「前記換気ファンの動作異常状態で、前記可燃性ガス漏れ異常検知器でガス漏れが検知されている場合」とは、換気ファンの動作異常状態が発生した後に、ガス漏れ異常が検知される場合と、ガス漏れ異常が検知された後に、換気ファンの動作異常が発生した場合の両方を含む。以下では、後者の場合における実施の形態を例示する。また、「換気ファンの動作停止中」とは、換気ファンが制御上（例えば制御指令に従って）停止していることを意味する。一方、「換気ファンの動作異常状態」とは、換気ファンが正常に動作しない状態を意味する。従って、この場合には、換気ファンに運転指令が入力されても換気ファンが停止したままである場合があり得る。 Among the “abnormal operation state of the ventilation fan or the operation is stopped and a gas leak is detected by the combustible gas leak detector”, “the combustible gas leak is detected in the abnormal operation state of the ventilation fan”. `` When a gas leak is detected by the anomaly detector '' means that the operation of the ventilation fan is detected after an abnormal gas leak is detected after the abnormal operation of the ventilation fan occurs, or after the abnormal gas leak is detected. Includes both cases where an abnormality occurs. In the following, an embodiment in the latter case is illustrated. Further, “when the operation of the ventilation fan is stopped” means that the ventilation fan is stopped for control (for example, according to a control command). On the other hand, the “abnormal operation state of the ventilation fan” means a state where the ventilation fan does not operate normally. Accordingly, in this case, the ventilation fan may remain stopped even if an operation command is input to the ventilation fan.
以上に説明したような構成によれば、換気ファンの動作異常状態もしくは動作停止中において可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知された場合には、電源回路の動作が停止されて制御器に制御動作のための電力が供給されなくなるので、換気ファンが動作せずに筐体内の全体が可燃ガスの燃焼範囲に入っていたとしても、制御器に電力を供給する電源回路のリレーや高圧部よりスパークが発生して可燃性ガスが引火することを防止することができる。その結果、筐体の内部を換気するファンが停止しているもしくは動作異常を起こしている状態において、筐体内におけるガス漏れが生じた場合であっても従来よりも安全性を向上することができる。 According to the configuration as described above, when a gas leak is detected by the combustible gas leak detector in an abnormal operation state of the ventilation fan or when the operation is stopped, the operation of the power supply circuit is stopped and the controller is stopped. Since power for control operation is not supplied, even if the ventilation fan does not operate and the entire inside of the housing is in the combustible gas combustion range, the relay or high voltage section of the power supply circuit that supplies power to the controller It is possible to prevent sparks from being generated and the combustible gas from being ignited. As a result, even when a gas leak occurs in the housing in a state where the fan for ventilating the inside of the housing is stopped or malfunctioning, the safety can be improved as compared with the conventional case. .
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically exemplified.
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、換気ファンの動作異常状態において可燃性ガス漏れが検知される場合に対応する形態を例示するものである。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention exemplifies a form corresponding to a case where a flammable gas leak is detected in an abnormal operation state of a ventilation fan.
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、主な構成要素として、「燃料電池」の一例である燃料電池１と、水素生成装置２と、燃焼器３と、原料ガス供給路４と、原料ガス調整器５と、水供給器６と、燃焼空気供給器７と、酸化剤ガス供給器８と、ガス漏れ検知器９と、制御器１０と、筐体１１と、換気ファン１２と、遮断弁２１と、換気ファン異常検知器２９と、電源回路３０と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the present embodiment includes, as main components, a fuel cell 1, which is an example of a “fuel cell”, a
燃料電池１は、アノードに供給される水素を含む燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとを用いて発電する。 The fuel cell 1 generates power using a fuel gas containing hydrogen supplied to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode.
水素生成装置２は、原料ガス流量調整器５とともに燃料ガス供給器の一例を構成している。水素生成装置２は、原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応から水素リッチな燃料ガスを生成し、これを、燃料ガス供給経路１７を通じて燃料電池１のアノードに供給する。水素生成装置２は、本実施の形態では、外部から供給される原料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器（図示せず）と、改質器で生成された改質ガス中の水蒸気と一酸化炭素ガスを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器（図示せず）と、変成器でシフト反応された改質ガス中の一酸化炭素を酸化して一酸化炭素濃度を所定濃度（例えば１０ｐｐｍ）以下に低下させてこれを燃料ガスとして外部に送出する選択酸化器（図示せず）と、を備えている。
The
水素生成装置２（正確には改質器）には原料ガス供給路４の下流端が接続されている。原料ガス供給路４の上流端は原料ガス供給源に接続される。原料ガス供給路４には上流側から遮断弁２１と原料ガス流量調整器５とが順に設置されている。原料ガスは、少なくとも炭素と水素とから構成される有機化合物を含むガスであればよく、例えば、天然ガス、都市ガス、ブタンガス、プロパンガス等を原料ガスとして用いることができる。原料ガス供給源としては、大気圧に対して正圧の供給圧を有する原料ガスインフラ、または大気圧に対して正圧の供給圧を有する原料ガスボンベ等が挙げられ、具体的には、天然ガスインフラ、都市ガスインフラ、ブタンガスボンベ、プロパンガスボンベ等が例示される。遮断弁２１はその開放及び閉止により原料供給経路４上の原料ガスの流通を許容及び遮断する。遮断弁２１は、例えば開閉弁で構成される。また、本実施の形態では、筐体１１内の原料供給経路４上に単一の遮断弁２１が設けられるよう構成されているが、筐体１１内の原料ガス供給経路４上に複数の遮断弁を設ける形態を採用した場合、遮断弁２１は、燃料電池システムの運転停止時に閉止される上記遮断弁のうち最上流の遮断弁として定義される。原料ガス流量調整器５は、原料供給経路４の原料ガスの流量を調整する。原料ガス流量調整器５は、本実施の形態では、原料ガスの供給圧力を昇圧する昇圧器（図示せず）と、昇圧した原料ガスの流量を調整する調整弁（図示せず）とで構成される。昇圧器は、プランジャーポンプ等で構成される。調整弁は流量調整弁等で構成される。
The downstream end of the raw material gas supply path 4 is connected to the hydrogen generator 2 (more precisely, the reformer). The upstream end of the source gas supply path 4 is connected to a source gas supply source. A
また、水素生成装置２には、水供給経路１６を介して水供給器６が接続されている。水供給器６は、水供給経路１６を通じて水素生成装置２に水を供給する。水供給器は、例えば、水タンクと給水ポンプとで構成される。
Further, a
また、水素生成装置２（正確には改質器）は燃焼器３によって加熱されるよう構成されている。燃焼器２は燃料電池１のアノードから排出される未消費の燃料ガス（オフガス）を、オフガス供給経路１８を通じて供給され、かつ燃焼空気供給器７から燃焼空気を、燃焼空気供給経路１９を通じて供給される。そして、オフガスを、燃焼空気を用いて燃焼させ、その燃焼熱によって水素生成装置２を加熱する。
The hydrogen generator 2 (more precisely, the reformer) is configured to be heated by the combustor 3. The
酸化剤ガス供給器８は酸化剤ガス供給経路２０を通じて酸化剤ガスを燃料電池１のカソードに供給する。酸化剤ガスとしては本実施の形態では空気が用いられる。酸化剤ガス供給器８は、例えば、ブロワで構成される。
The oxidant
ガス漏れ検知器９は筐体１１の内部における可燃性ガスの漏れを検知する機能を有する。ガス漏れ検知器９は、本実施の形態では可燃性ガスの濃度を検知する可燃ガスセンサで構成されている。この可燃ガスセンサは、例えば接触燃焼式センサであり、この接触燃焼式センサは、触媒を担持した担体の内部に一定電流が通電される白金線コイルが埋設されてなる検知素子を備えている。この構成によれば、検知素子が可燃性ガスに曝されると、検知素子に接触した可燃性ガスが触媒により燃焼されて白金線コイルの温度が上昇し、それによりその電気抵抗が変化してこの電気抵抗の変化に応じて白金線コイルの両端の電圧（出力電圧）が変化する。その結果、ガス濃度に見合う電圧が出力される。ガス漏れ検知器９は、単独のガス漏れ検知で構成される他、ガス漏れ検知能力を向上させる為に、複数のガス漏れ検知器を組み合わせて構成されてもよい。例えば、ガス漏れ検知器９が可燃ガスセンサで構成される場合には、検知可能なガスの種類が異なる複数の可燃ガスセンサを用いることにより、多数の種類のガスを検知な可能なガス漏れ検知器９を構成することができる。そして、本実施の形態では、このガス漏れ検知器９が筐体１１の内部の換気ファン１２の近傍に設置されている。
The
換気ファン異常検知器２９は、換気ファン１２の動作異常を検知する機能を有する。換気ファン異常検知器２９は、例えば、換気ファン１２の回転数を検出してこれを後述する制御器１０に入力する。制御器１０は、換気ファン異常検知器２９で検出される換気ファン１２の回転数が所定の閾値回転数以下であると、換気ファン１２が異常であると判定する（異常を検知する）。
The ventilation
筐体１１は、燃料電池システムの主要な構成要素、すなわち、燃料電池１、水素生成装置２、燃焼器３、原料ガス供給路４、原料ガス調整器５、水供給器６、燃焼空気供給器７、酸化剤ガス供給器８、ガス漏れ検知器９、遮断弁２１、制御器１０、換気ファン異常検知器２９、及び電源回路３０を収容する。筐体１１は、例えば金属材料から成っている。筐体１１には、外気を筐体１１の内部に吸入するための吸気口１３Ａと筐体１１の内部の空気を外部に排出するための排気口１３Ｂとが設けられている。排気口１３Ｂには換気ファン１２が設けられている。この構成により、換気ファン１２が動作すると、吸気口１３Ａから外気が筐体１１の内部に吸入され、それが筐体１１の内部を通流して排気口１３Ｂから筐体１１の外部に排出される。これにより、筐体１１の内部が換気される。また、筐体１１の内部において可燃性ガスが漏れてもその漏れたガスは換気ファン１２によって直ちに筐体１１の外部に排出される。なお、吸気口１３Ａから吸入される外気がなるべく筐体１１の内部を隅々まで流れるようにするために、吸気口１３Ａと排気口１３Ｂとは、筐体１１の互いに対向する位置に設けられることが好ましい。
The
制御器１０は、演算部と記憶部とを有し、記憶部に格納され所定のプログラムを演算部が読み出して実行することにより、燃料電池システム全体の動作を制御する。具体的には制御器１０は、燃料電池システムの所要の検知器から所要の検知情報を入力され、その検知情報に基づいて、遮断弁２１、原料ガス流量調整器５、水供給器６、燃焼空気供給器７、酸化剤ガス供給器８、及び電源回路３０を含む燃料電池システムの所要の構成要素を制御し、それにより燃料電池システムの動作を制御する。特に本実施の形態では、制御器１０は、ガス漏れ検知器９の検知出力に基づいてガス漏れ異常処理を行い、かつ、換気ファン異常検知器２９の検知出力に基づいて電源回路３０の動作を停止する。ここで、本発明において制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器からなる制御器群をも意味する。それ故、制御器１０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して燃料電池システムを制御するように構成されていてもよい。従って、例えば、制御器１０は、上述のガス漏れ異常処理のみを行い、燃料電池システム全体の動作の制御は他の制御器で行ってもよい。
The
制御器１０は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、そのＣＰＵによって演算部が構成され、その内部メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ、ハードディスク等）によって記憶部が構成される。
The
電源回路３０は、制御器１０に制御動作のための所定の電力を供給する。電源回路３０は、燃料電池システムの外部の電源（例えば商用電力網）から電力を供給される。従って、上記のように制御器１０が、換気ファン異常検知器２９の検知出力に基づいて電源回路３０の動作を停止すると、電源回路３０から制御器１０への電力供給も停止し、制御器１０の動作も停止される。また、電源回路３０は制御器１０によってその動作を制御される。なお、電源回路３０を、制御器１０以外に、燃料電池システムの所定の要素に電力を供給するよう構成してもよい。
The
筐体１１の外面には、操作者が、燃料電池システムの運転に関する指令、設定データ等の情報を入力するための操作器１４が設けられている。操作器１４から入力された情報は制御器１０に入力され、そこで適宜処理されて燃料電池システムの運転、設定等が行われる。なお、本実施の形態においては、使用者が燃料電池システムを操作する操作器とメンテナンスマンが操作する操作器を兼用する形態であるが、使用者用の操作器とメンテナンスマン用の操作器とを個別に設ける形態を採用しても構わない。その場合、操作器１４が、メンテナンスマン用の操作器となる。
On the outer surface of the
また、燃料電池システムは、燃料電池システムに異常が生じたときに異常の旨を報知する表示器１５を備えている。表示器１５として、例えば液晶パネルが用いられる。
Further, the fuel cell system includes a
次に、以上のように構成された燃料電池システムの動作を説明する。なお、以下に説明する燃料電池システムの動作は、特に断りのない限り、制御器１０の制御により遂行される。
Next, the operation of the fuel cell system configured as described above will be described. Note that the operation of the fuel cell system described below is performed under the control of the
まず、一般的な動作を簡単に説明する。燃料電池システムは、起動処理と、発電運転と、停止処理と、停止状態との４つの動作モードを有する。これらの４つの動作モードは制御器１０の制御により遂行される。起動処理は、燃料電池システムを安全かつ円滑に立ち上げて発電運転に移行させる動作である。発電運転は発電を行う動作である。停止処理は燃料電池システムを発電運転から安全かつ円滑に停止させて停止状態に移行させる動作である。停止状態とは発電に直接関与する構成要素は停止しており、制御器１０は動作している状態で、停止状態には、次回の起動を待機している待機状態とメンテ作業等により異常状態が解除されるまで、待機状態に移行できない異常停止状態とがある。
First, a general operation will be briefly described. The fuel cell system has four operation modes: a start process, a power generation operation, a stop process, and a stop state. These four operation modes are performed under the control of the
図１において、燃料電池システムは、制御器１０からの起動開始の制御信号により起動する。制御器１０は、例えば、図示されない負荷電力検知器で検知される負荷電力が所定値以上となったとき、又は操作器１４から運転指令が入力されたときに起動開始の制御信号を出す。具体的には、制御器１０は、まず、遮断弁２１に開放指令を出し、その後、原料ガス流量調整器５、水供給器６、燃焼空気供給器７、酸化剤ガス供給器８、換気ファン１２に動作指令を出す。制御器１０は、原料ガス流量調整器５を制御することで、原料ガス供給路４を通じて水素生成装置２に原料ガスを供給する。また、水供給器６を制御することで、水供給経路１６を通じて水素生成装置２に水を供給する。さらに、制御器１０は、起動時に限り図示されない経路により原料ガス又は水素生成装置２で生成された水素リッチな燃料ガスを燃焼器３に供給するとともに燃焼空気供給器７を制御して燃焼空気供給経路１９を通じて燃焼空気を燃焼器３に供給し、それにより水素生成装置２に燃焼熱を供給する。
In FIG. 1, the fuel cell system is activated by the activation start control signal from the
これにより、水素生成装置２では、水供給器６から供給される水が燃焼器３から供給される燃焼熱により蒸発させられて水蒸気が生成され、原料ガス流量調整器５で流量調整された原料ガスとこの水蒸気とが燃焼器３から供給される燃焼熱を利用して水蒸気改質反応されて水素リッチな燃料ガスが生成される。そして、この水素リッチな燃料ガスが燃料電池１のアノードに供給され、一方、酸化剤ガス供給器８から酸化剤ガスとしての空気が燃料電池１のカソードに供給される。
Thereby, in the
燃料電池１では、これらの供給されたガスが反応し、発電を行う。燃料電池１で消費されなかった水素リッチな燃料ガスはオフガス供給経路１８を通じて燃焼器３に供給され、燃焼空気供給経路１９を通じて供給される燃焼空気を用いて燃焼される。なお、この時点で、図示されない経路による原料ガス又は水素生成装置２で生成された水素リッチな燃料ガスの燃焼器３への供給が制御器１０により停止される。
In the fuel cell 1, these supplied gases react to generate power. The hydrogen-rich fuel gas that has not been consumed in the fuel cell 1 is supplied to the combustor 3 through the off-
これにより、燃料電池システムでは、燃料電池１により発電が行われる。また、この発電運転中においても換気ファン１２は動作している。
Thereby, in the fuel cell system, the fuel cell 1 generates power. Further, the
そして、制御器１０からの運転停止の制御信号が出力されると、燃料電池システムは停止処理を開始する。制御器１０は、例えば、図示されない負荷電力検知器で検知される負荷電力が所定値未満となったとき、又は使用者の操作により操作器１４から運転停止指令が入力されたときに運転停止の制御信号を出す。具体的には、制御器１０は、原料ガス流量調整器５、水供給器６、燃焼空気供給器７、及び酸化剤ガス供給器８に停止指令を出し、その後、遮断弁２１に閉止指令を出す。これにより、原料ガス流量調整器５、水供給器６、燃焼空気供給器７、及び酸化剤ガス供給器８が停止し、かつ遮断弁２１が閉止される。その後、制御器１０は換気ファン１２に停止指令を出し、それより換気ファン１２が停止する。これにより、燃料電池システムは停止状態（待機状態）となる。
When the control signal for stopping operation is output from the
次に、本実施の形態の特徴的動作であるガス漏れ異常処理を、図２を用いて説明する。 Next, the gas leakage abnormality process, which is a characteristic operation of the present embodiment, will be described with reference to FIG.
図２は図１の燃料電池システムにおけるガス漏れ異常処理の内容を示すフローチャートである。このガス漏れ異常処理は、制御器１０において、記憶部に格納されたガス漏れ異常処理プログラムを演算部が読み出して実行することにより遂行される。また、このガス漏れ異常処理は、燃料電池システムの運転中、すなわち、起動処理、発電、及び停止処理の少なくともいずれか一つにおいて実行される。
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of the gas leakage abnormality process in the fuel cell system of FIG. This abnormal gas leakage process is performed in the
制御器１０は、燃料電池システムの運転中において、ガス漏れを検知したか否か判定する（ステップＳ１）。具体的には、制御器１０は、ガス漏れ検知器９の出力電圧が所定の閾値以上であるとガス漏れ（筐体１１内への可燃性がガス漏れ）を検知したと判定する。一方、検知器９の出力電圧が所定の閾値未満であるとガス漏れを検知しないと判定する。ガス漏れを検知しない場合（ステップＳ１でＮＯ）には、制御器１０はステップＳ１に戻り、再度、ガス漏れを検知したか否か判定する。従って、この場合には、燃料電池システムの運転が継続される。
The
一方、ガス漏れを検知した場合には、燃料電池システムは、ガス漏れ異常処理を開始する。具体的には、制御器１０は燃料電池システムの停止処理を開始する（ステップＳ２）。
On the other hand, when a gas leak is detected, the fuel cell system starts a gas leak abnormality process. Specifically, the
次に、制御器１０は、表示器１５に対し、ガス漏れ異常表示指令を出す(ステップＳ３)。これにより、表示器１５はガス漏れ異常が生じた旨の表示を行う。これにより、ガス漏れ異常が発生したことがユーザに報知される。
Next, the
次に、制御器１０は、換気ファン１２に運転指令を出し（ステップＳ４）、その後、制御器１０は、換気ファン異常検知２９の検知出力に基づいて換気ファン１２の異常を検知したか否か判定する（ステップＳ５）。そして、換気ファン１２の異常を検知しない場合にはステップＳ６〜Ｓ８を遂行し、換気ファン１２の異常を検知した場合にはステップＳ９を遂行する。
Next, the
ここで、まず、上述のようにステップＳ２〜Ｓ５が遂行された結果について説明する。表示器１５のガス漏れ異常表示を見たユーザは、メンテナンスマン(maintenance man）を呼ぶ。一方、燃料電池システムでは、停止処理としての所定の動作が実行され、燃料電池システムの停止処理が完了する。この停止処理おいては遮断弁２１が閉止され、かつ換気ファン１２に運転指令が出力される。制御器１０は、燃料電池システムの停止処理が完了した後も、換気ファン１２に運転指令を出す。
Here, first, the result of performing steps S2 to S5 as described above will be described. The user who sees the gas leak abnormality display on the
次に、制御器１０が換気ファン１２の異常を検知しない場合について説明する。この場合、上述の停止処理において換気ファン１２による換気動作が実行される。また、制御器１０は、停止処理が完了した後も、ガス漏れ異常表示指令を出力し、表示器１５はガス漏れ異常表示を継続する。なお、この停止状態は、異常停止状態であるため、制御器１０は、燃料電池システムの次回起動を許可しない状態に設定されており、使用者が、操作器１４を介して運転開始の指示を入力しても、燃料電池システムの運転は開始されない。また、換気ファン１２による上記換気動作は、連続的に換気ファンを動作させる連続換気動作であってもよいし、換気ファンの動作期間と停止期間とを周期的に繰返す間欠換気動作であってもよい。
Next, the case where the
このような状態において、制御器１０は、操作器１４から換気ファン停止指令が入力されたか否か判定する（ステップＳ６）。換気ファン停止指令が入力されていない場合には、換気ファン停止指令が入力されるのを待機する（ステップＳ６でＮＯ，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）。
In such a state, the
そして、メンテナンスマンが燃料電池システムの設置場所に到着し、メンテナンスマンが操作器１４により換気ファン１２の停止指令を入力すると、制御器１０は、換気ファン停止指令が入力されたと判定し（ステップＳ６でＹＥＳ）、換気ファン１２に運転停止指令を出す（ステップＳ７）。これにより、換気ファン１２が停止する。
次に、制御器１０は、操作器１４から異常解除信号が入力されたか否か判定する（ステップＳ８）。異常解除信号が入力されていない場合には、異常解除信号が入力されるのを待機する（ステップＳ８でＮＯ，Ｓ８）。
この間、メンテナンスマンがガス漏れ異常に対してメンテナンス作業を行い、これが完了して、メンテナンスマンが操作器１４により異常解除信号を入力すると、制御器１０は、異常解除信号が入力されたと判定し（ステップＳ８でＹＥＳ）、表示器１５にガス漏れ異常表示解除指令を出す（ステップＳ９）。これにより、表示器１５のガス漏れ異常表示が消える。また、制御器１０は、燃料電池システムの状態を、起動を許可しない状態（異常停止状態）から燃料電池システムの起動を許可する状態（待機状態）に変更する。これにより、メンテナンスマンや使用者により操作器１４を介して運転開始指令が入力された場合、制御器１０は、運転開始指令を出力し、燃料電池システムの起動処理を開始することが可能になる。
Then, when the maintenance man arrives at the installation location of the fuel cell system and the maintenance man inputs a stop command for the
Next, the
During this time, the maintenance man performs maintenance work for the gas leakage abnormality, and when this is completed and the maintenance man inputs the abnormality release signal by the
次に、制御器１０が換気ファン１２の異常を検知した場合について説明する。この場合、上述の停止処理において、制御器１０から運転指令が換気ファン１２に出力されるが、換気ファン１２による換気動作は実行されない。このため、継続する可燃性ガスの漏れにより筐体１１の内部の全体が可燃ガスの燃焼範囲に入っている可能性がある。なお、上述の停止処理においては換気ファン１２が正常に動作して、換気ファン１２による換気動作が実行され、その後換気ファン１２に異常が発生してステップＳ５においてその異常が検知される場合も起こり得る。しかし、このような場合でも、ステップＳ４以降において換気ファン１２による喚起が実行されないことによって、メンテナンスマンが到着するまでに時間が掛かるような場合には、やはり、可燃性ガスの漏れが継続して、筐体１１の内部の全体が可燃ガスの燃焼範囲に入る可能性がある。
このような状態において、制御器１０は換気ファン１２の異常を検知したと判定すると、ステップＳ１０に進み、電源回路３０の動作を停止させる。これにより、電源回路３０から制御器１０に制御動作のための電力が供給されなくなるので、筐体１１の内部の全体が可燃ガスの燃焼範囲に入っていたとしても、制御器１０に電力を供給する電源回路３０のリレーや高圧部よりスパークが発生して可燃性ガスが引火することを防止することができる。なお、制御器１０へ電力が供給されなくなると、燃料電池システムは制御されない状態で停止するが、メンテナンスマンにより操作器１４を介して異常解除信号が入力されることにより、制御器１０により制御される状態に安定して復帰するよう構成されている。
Next, a case where the
In such a state, when the
かくして、ガス漏れ異常処理が完了する。なお、上記においては、換気ファン１２の換気動作以外の停止動作の完了をもって停止処理完了としたが、操作器１４の停止指令による換気ファン１２の停止をもって停止処理完了としてもよい。また、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、ガス漏れ箇所が停止処理完了後もガス漏れが継続する可能性の高い場所であるか否かに拘わらず、具体的には、ガス漏れ箇所が遮断弁２１の上流であるか否かに拘わらず、このガス漏れ異常処理は、一律に実行される。
Thus, the gas leakage abnormality process is completed. In the above description, the stop process is completed when the stop operation other than the ventilation operation of the
なお、上記では燃料電池システムの停止処理において、換気ファン１２が運転される場合を説明したが、当該停止処理においては、換気ファン１２を運転せず、停止処理後において換気ファン１２を運転するようにしてもよい。
In the above description, the
次に、本実施の形態の変形例を説明する。 Next, a modification of the present embodiment will be described.
［変形例］
図３は本変形例に係る燃料電池システムにおけるガス漏れ異常処理の内容を示すフローチャートである。
[Modification]
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the gas leakage abnormality process in the fuel cell system according to this modification.
本変形例では、図１及び図２の構成におけるステップＳ５が、ステップＳ４とステップＳ６との間ではなく、ステップＳ２とステップＳ３との間で遂行される。これ以外は、図１及び図２の構成と同じである。具体的には、ステップＳ２で燃料電池システムの停止処理を開始した後、制御器１は、換気ファン１２の異常を検知したか否か判定する。但し、本変形例では、ステップＳ２で燃料電池システムの停止処理において、換気ファン１２が運転されることが前提である。このような本変形例によれば、図１及び図２の構成に比べて早い段階で、換気ファン１２の異常を検知して、電源回路３０のリレー等により可燃性ガスが引火することを防止することができる。
In this modification, step S5 in the configuration of FIGS. 1 and 2 is performed not between step S4 and step S6, but between step S2 and step S3. Other than this, the configuration is the same as that of FIGS. 1 and 2. Specifically, after starting the stop process of the fuel cell system in step S2, the controller 1 determines whether or not an abnormality of the
このように、本実施の形態の燃料電池システムによれば、筐体１１の内部を換気する換気ファン１２が動作異常を起こしている状態において、筐体１１内におけるガス漏れが生じた場合において実施の形態１の燃料電池システムよりもより安全性を向上することができる。
As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, in the state where the
なお、上記では特定のガス漏れ異常処理を例示したが、ガス漏れ異常処理において換気ファンが運転されることが前提であることを除いて、ガス漏れ異常処理の内容は、特に限定されない。 In addition, although the specific gas leak abnormality process was illustrated above, the content of the gas leak abnormality process is not particularly limited except that the ventilation fan is operated in the gas leak abnormality process.
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、換気ファンの動作停止中において、前記可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知される場合に対応する形態を例示するものである。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention exemplifies a form corresponding to a case where a gas leak is detected by the combustible gas leak detector while the operation of the ventilation fan is stopped.
本実施の形態の燃料電池システムは、ガス漏れ異常処理の内容が異なる他は、実施の形態１の燃料電池システムと同じである。 The fuel cell system of the present embodiment is the same as the fuel cell system of the first embodiment except that the contents of the gas leakage abnormality process are different.
図４は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムのガス漏れ異常処理の内容を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing the contents of the gas leakage abnormality process of the fuel cell system according to
図４に示すように、本実施の形態では、制御器１０は、まず、ガス漏れを検知したか否か判定する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１は、実施の形態１（図２）のステップＳ１と全く同じであるので、その詳しい説明を省略する。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the
次に、制御器１０は、換気ファン１２が停止中か否か判定する（ステップＳ２２）。ここで、「換気ファン１２が停止中」には、燃料電池システムが「停止状態（待機状態）」にあって、そのために換気ファン１２が停止している場合と、燃料電池システムが、これ以外の状態、すなわち、起動処理、発電運転、及び停止処理の少なくともいずれかにあって、制御上の必要に応じて換気ファンが停止している場合と、が含まれる。そして、いずれの場合においても、可燃性ガスの漏れが発生した場合には、換気ファン１２による換気動作が実行されないため、継続する可燃性ガスの漏れにより、筐体１１の内部の全体が可燃ガスの燃焼範囲に入っている可能性がある。
Next, the
換気ファン１２が停止中でない場合には、制御器１０は、ガス漏れ異常処理を行う（ステップＳ２４）。このガス漏れ異常処理として、例えば、実施の形態１のガス漏れ異常処理を行うことができる。もちろん、ガス漏れ異常処理は、特に限定されないので、これ以外のガス漏れ異常処理を行っても構わない。
一方、換気ファン１２が停止中である場合には、制御器１０は、電源回路３０の動作を停止する（ステップＳ２３）。これにより、電源回路３０から制御器１０に制御動作のための電力が供給されなくなるので、筐体１１の内部の全体が可燃ガスの燃焼範囲に入っていたとしても、制御器１０に電力を供給する電源回路３０のリレーや高圧部よりスパークが発生して可燃性ガスが引火することを防止することができる。なお、制御器１０へ電力が供給されなくなると、燃料電池システムは制御されない状態で停止するが、メンテナンスマンにより操作器１４を介して異常解除信号が入力されることにより、制御器１０により制御される状態に安定して復帰するよう構成されている。
If the
On the other hand, when the
かくして、本実施の形態のガス漏れ異常処理が完了する。 Thus, the gas leakage abnormality process of the present embodiment is completed.
このように、本実施の形態の燃料電池システムによれば、筐体１１の内部を換気する換気ファン１２の動作停止中において、筐体１１内におけるガス漏れが生じた場合であっても安全性を確保することができる。
As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, safety is ensured even when gas leakage occurs in the
なお、上述の実施の形態１及び２では、燃料電池システムが燃料ガス供給装置として水素生成装置２を備える場合を説明したが、燃料ガス供給装置として水素ボンベ、水素吸蔵合金等を備えてもよい。
［変形例２］
上記実施の形態２の燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転状態（起動処理、発電運転、停止処理、停止状態（待機状態））に拘わらず、換気ファン１２の動作が停止中において、ガス漏れ検知器９により可燃性ガスの漏れが検知されると、電源回路３０の動作を停止するよう構成されている。本変形例においては、遮断弁２１を閉止して、原料ガスの供給を停止している状態か否かで、電源回路３０の動作を停止するか否かの判定することを特徴とする。より具体的には、遮断弁２１を閉止した状態（例えば、停止状態）において、換気ファン１２の動作停止中に、可燃性ガスのガス漏れが検知された場合は、制御器１０の制御により電源回路３０の動作を停止する。一方、遮断弁２１を開放し、原料ガスを供給している状態（例えば、発電運転）において、換気ファン１２の動作停止中に、可燃性ガスのガス漏れが検知された場合は、制御器１０の制御により電源回路３０の動作を停止せず、例えば、実施の形態１の燃料電池システムのようなガス漏れ異常処理を実行する。
これは、原料ガス供給中において可燃性ガス漏れが発生した場合は、遮断弁２１よりも下流のガス経路からのガス漏れである可能性がある。この場合、ガス漏れ検知器９によるガス漏れ検知後の停止処理で遮断弁２１が閉止されると、可燃性ガス漏れが停止するため、仮に不安全な状態（燃焼範囲に入った状態）であっても、換気ファン１２による換気によりこの状態が速やかに解消し、引火せずに安全に排出される可能性がある。そこで、本変形例においては、原料ガス供給中において可燃性ガス漏れが発生した場合は、換気ファン１２の動作が停止中であっても、筐体１１内の可燃性ガスを排出し、安全な状態への復帰を優先する。
しかしながら、遮断弁２１を閉止している状態で、可燃性ガスの漏れが検知される場合は、遮断弁２１よりも上流の箇所からのガス漏れである可能性が高い。この場合、原料ガス供給源（特に、都市ガスインフラ）より継続的に原料ガスが漏洩するため、換気ファン１２の換気動作により速やかに安全な状態に復帰しにくく、原料ガス供給中に可燃性ガス漏れが検知された場合に比べ、換気動作中に引火してしまう可能性が高くなる。そこで、本変形例においては、遮断弁２１を閉止した状態において、換気ファン１２の停止中に可燃性ガスの漏れが検知された場合は、電源回路３０の動作を停止させる。
なお、上記制御は、燃料電池システムの運転状態が、発電状態、停止状態である場合だけでなく、起動処理、停止処理においても同様の制御を採用しても構わない。
In the first and second embodiments described above, the fuel cell system includes the
[Modification 2]
In the fuel cell system of the second embodiment, the gas leakage occurs while the operation of the
This may be a gas leak from a gas path downstream of the
However, when the leakage of the flammable gas is detected in a state where the
The above control may be applied not only in the case where the operation state of the fuel cell system is the power generation state and the stop state, but also in the start process and the stop process.
本発明の燃料電池システムは、ガス漏れが生じた際にシステム停止処理を行って安全性を確保することが可能な、家庭用等で用いられる燃料電池システムとして有用である。 The fuel cell system of the present invention is useful as a fuel cell system used at home or the like, which can ensure safety by performing a system stop process when a gas leak occurs.
１ 燃料電池
２ 水素生成装置
３ 燃焼器
４ 原料ガス供給経路
５ 原料ガス流量調整器
６ 水供給器
７ 燃焼空気供給器
８ 酸化剤ガス供給器
９ ガス漏れ検知器
１０ 制御器
１１ 筐体
１２ 換気ファン
１３Ａ 吸気口
１３Ｂ 排気口
１４ 操作器
１５ 表示器
１６ 水供給経路
１７ 燃料ガス供給経路
１８ オフガス供給経路
１９ 燃焼空気供給経路
２０ 酸化剤ガス供給経路
２１ 遮断弁
２９ 換気ファン異常検知器
３０ 電源回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記遮断弁が開放され前記原料ガスが前記水素生成装置に供給されるとともに、前記換気ファンが停止している状態において、前記可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知された場合、前記電源回路の動作を停止せず、
前記遮断弁が閉止されるとともに、前記換気ファンが停止している状態において、前記可燃性ガス漏れ検知器でガス漏れが検知された場合、前記電源回路の動作を停止するよう構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。 A hydrogen generator that generates a fuel gas containing hydrogen using a source gas, a source gas path through which the source gas supplied to the hydrogen generator flows, and a shut-off valve provided in the source gas path;
In the state where the shutoff valve is opened and the source gas is supplied to the hydrogen generator, and the ventilation fan is stopped, when the gas leak is detected by the combustible gas leak detector, the power supply circuit Without stopping the operation of
When the shutoff valve is closed and the ventilation fan is stopped, the operation of the power supply circuit is stopped when a gas leak is detected by the combustible gas leak detector. The fuel cell system according to claim 1.
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