JP5577682B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、改質触媒を用いて原料および水蒸気から水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成器と燃料電池を一体化させた燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system in which a hydrogen generator that generates hydrogen-rich fuel gas from a raw material and steam using a reforming catalyst and a fuel cell are integrated .
水素生成器を良好に運転させるためには、流路からのガス漏れを検知することが好ましい。特に、装置の運転停止時において密閉区間を形成する範囲でのガス漏れ部位は、運転停止時において内部温度低下に伴なった圧力低下によって外部から空気を吸入し触媒を劣化させる原因となる。 In order to satisfactorily operate the hydrogen generator, it is preferable to detect the gas leakage from the flow path. In particular, a gas leakage portion in a range that forms a sealed section when the apparatus is shut down causes air to be sucked in from the outside due to a pressure drop accompanying a drop in internal temperature when the apparatus is shut down, thereby deteriorating the catalyst.
従来のガス漏れ検知を行なう燃料電池システムとしては、水素生成器を含む密閉空間の圧力低下によりガス漏れ検知を行なうものがあった(例えば、特許文献1参照)。また、水素生成器を配備したパッケージ内にガス検知センサを設け、水素生成器からパッケージ内部に漏れ出したガス漏れ検知を行なうものもあった(例えば、特許文献2参照)。図5は、前記特許文献1に記載された従来の水素生成器を用いた燃料電池システムを示すものである。 The fuel cell system which performs a conventional gas leak detection, there is performs gas leak detection by the pressure drop of the sealed space including the hydrogen generator (for example, see Patent Document 1). Further, the gas detection sensor provided in a package deployed hydrogen generator, was also performs gas leak detection leaking inside the package from the hydrogen generator (for example, see Patent Document 2). Figure 5 shows a fuel cell system using the conventional hydrogen generator described in Patent Document 1.
図5に示す燃料電池システムでは、原料ガスと水蒸気から燃料ガスを生成する水素生成器101と、水素生成器を加熱するバーナ102と、燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池103と、原料ガスを水素生成器に供給する原料ガス流路104と、燃料電池に生成した燃料ガスを供給する燃料ガス流路105と、生成した燃料ガスを燃料電池をバイパスさせる燃料ガスバイパス流路106と、燃料電池から排出される燃料ガスをバーナに供給する燃料オフガス流路107と、原料ガスの供給・遮断を行なう遮断弁108と、
燃料ガスバイパス流路への燃料ガスの通流・遮断を行なう遮断弁109と、燃料電池への燃料ガスの供給・遮断を行なう遮断弁110と、燃料電池からの燃料ガスの排出・遮断を行なう遮断弁111と、水素生成器の圧力を検知する圧力センサ112とを備えていた。そして、水素生成器のガス漏れ検知を行なうときには、遮断弁108を開放し、かつ遮断弁109、110、111は閉止する。原料ガスを図示していないポンプで圧送し、遮断弁109、110より上流の水素生成器101およびガス流路に圧力を印加する。圧力センサ112の圧力が所定値よりも高くなったら図示していないポンプを停止させ、遮断弁108を閉止し、遮断弁108、109、110で囲まれた水素生成器101およびガス流路を含む区間を密閉区間にし、所定時間(例えば5分)における圧力低下を監視することにより、ガス漏れ検知を行なう。
In the fuel cell system shown in FIG. 5, a
A
また漏れ検知動作の実行時期としては、燃料電池システムの出荷前、燃料電池システムの起動直前、出荷後の配管や部品の組み替え時、出荷後の配管や部品の交換時、燃料電池システムのメンテナンス時が開示されている。 The leak detection operation is performed before the fuel cell system is shipped, immediately before the start of the fuel cell system, when pipes and parts are replaced after shipment, when pipes and parts are replaced after shipment, and when the fuel cell system is maintained. Is disclosed.
しかしながら、前記従来の構成では圧力低下によりガス漏れ検知を行なうため、水素生成器が継続的に温度低下をしているときには内部圧力も低下するためガス漏れ検知を行なうことができない。一般的に水素生成器が水素生成を継続しているときには水素生成器101内部の温度は500℃〜800℃と高温であるため、水素生成器は水素生成を停止すると約30℃程度の常温まで温度低下することになるが、この間のガス漏れ検知を行なうことができないという課題があった。この間のガス漏れに関しては、水素生成器からパッケージ内部に漏れ出したガス漏れに関しては特許文献2記載のガス検知センサにより検知することができるが、一方、遮断弁109を介して下流の燃料ガス流路に漏れ出すガス漏れは、燃焼を停止しているバーナ102を通じてシステムの外部に排出されるため、ガス漏れ検知を行なうことができない。すなわち、水素生成器が水素生成を停止してから、約30℃程度の常温まで温度低下するまでの間において、水素生成器より下流の遮断弁での内部リークによるガス漏れを検知することができない、という課題を有していた。
However, since the gas leakage is detected by the pressure drop in the conventional configuration, the gas pressure cannot be detected because the internal pressure is also lowered when the temperature of the hydrogen generator is continuously lowered. Since
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水素生成器の内部圧力が低下している場合においても水素生成器より下流流路へのガス漏れを検知することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention is the one that solves the conventional problem, a fuel cell system capable of detecting the gas leakage into the downstream flow path from the hydrogen generator even when the internal pressure of the hydrogen generator is lowered The purpose is to provide.
上述した従来の課題を解決するために、第1の本発明は、原料ガスを用いて水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器を加熱するバーナと、前記原料ガスを原料供給源から前記水素生成器に供給する原料ガス流路と、前記原料ガス流路に設けられた原料ガス遮断弁と、前記燃料ガスを前記水素生成器から排出する燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路に設けられ前記水素生成器から排出された燃料ガスを通流または遮断する燃料ガス遮断弁と、前記燃料ガス遮断弁より上流の前記燃料ガス流路から分岐し前記バーナへ燃料ガスを供給する第2燃料ガス流路と、前記第2燃料ガス流路に設けられ前記水素生成器から排出された燃料ガスを通流または遮断する第2燃料ガス遮断弁と、前記燃料ガス遮断弁より下流の前記燃料ガス流路に接続され水素と酸素を用いて発電を行なう燃料電池と、前記燃料電池において発電に使用されずに前記燃料電池から排出された残余燃料ガ
スを前記第2燃料ガス遮断弁より下流の前記第2燃料ガス流路に排出する第3燃料ガス流路と、前記第3燃料ガス流路に設けられ前記燃料電池から排出された残余燃料ガスを通流または遮断する第3燃料ガス遮断弁と、前記第3燃料ガス流路との合流点より下流の前記第2燃料ガス流路に設けられガス漏れを検知するガス漏れ検知手段と、前記原料ガス遮断弁と前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁との弁の開閉を制御して、前記ガス漏れ検知手段により前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作をする制御部とを備え、前記制御部が、前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、前記水素生成器の運転停止時において前記原料ガス遮断弁と前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁を遮断した後、前記燃料ガス遮断弁、前記第2燃料ガス遮断弁および前記第3燃料ガス遮断弁を遮断した状態で前記原料ガス遮断弁を開放して、前記ガス漏れ検知手段により前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を判断する燃料電池システムである。
In order to solve the above-described conventional problems, the first aspect of the present invention includes a hydrogen generator that generates a hydrogen-rich fuel gas using a source gas, a burner that heats the hydrogen generator, and the source gas. and from the raw material supply source gas flow path for supplying the hydrogen generator, and the raw material gas shutoff valve disposed in the feed gas passage, and the fuel gas channel for discharging the fuel gas from the hydrogen generator, the a fuel gas shutoff valve for Tsuryu or blocking the fuel gas discharged from the hydrogen generator provided in the fuel gas flow passage is branched from the upstream said fuel gas passage from the fuel gas shutoff valve the fuel gas to the burner A second fuel gas flow path for supplying fuel, a second fuel gas cutoff valve provided in the second fuel gas flow path for passing or blocking the fuel gas discharged from the hydrogen generator, and the fuel gas cutoff valve The fuel gas further downstream A fuel cell for generating electric power by using the connected hydrogen and oxygen into the flow path, residual fuel gas discharged from the fuel cell without being used for power generation in the fuel cell
A third fuel gas passage for discharging the gas to the second fuel gas passage downstream of the second fuel gas shutoff valve, and a residual fuel gas provided in the third fuel gas passage and discharged from the fuel cell a third fuel gas shutoff valve for Tsuryu or block, and gas leak detection means for detecting a gas leakage is provided in the second fuel gas flow path downstream of the confluence between the third fuel gas flow path, said the opening and closing of the valve of the raw material gas shutoff valve and the fuel gas shutoff valve and the second fuel gas shutoff valve and the third fuel gas shutoff valve is controlled, the said fuel gas cutoff valve by the gas leak detection means first A fuel gas shut-off valve and a control unit for detecting gas leak due to internal leak from the third fuel gas shut-off valve , wherein the control unit detects gas leak due to internal leak from the second fuel gas shut-off valve. When operating, the hydrogen production The fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, A fuel cell that opens the source gas shut-off valve in a state in which the third fuel gas shut-off valve is shut off, and determines whether or not there is a gas leak due to an internal leak from the second fuel gas shut-off valve by the gas leak detection means System .
本構成によると、水素生成器の内部圧力が低下している場合においても、原料ガス遮断弁と燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁との弁の開閉を制御して、ガス漏れ検知手段により水素生成器より下流流路に設けた燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を検知することができる。 With this configuration, even when the internal pressure of the hydrogen generator is lowered, controls the opening and closing of the valve of the raw material gas shutoff valve and the fuel gas shutoff valve and the second fuel gas shutoff valve and the third fuel gas shutoff valve Then, the presence or absence of gas leakage due to internal leakage from the fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, and the third fuel gas cutoff valve provided in the downstream flow path from the hydrogen generator can be detected by the gas leakage detection means. it can.
本発明の燃料電池システムによれば、水素生成器の内部圧力が低下している場合においても、原料ガス遮断弁と燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁との弁の開閉を制御して、ガス漏れ検知手段により水素生成器より下流流路に設けた燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を検知することができる。 According to the fuel cell system of the present invention, even when the internal pressure of the hydrogen generator is lowered, the raw material gas shutoff valve and the fuel gas shutoff valve and the second fuel gas shutoff valve and the third fuel gas shutoff valve by controlling the opening and closing of the valve, the presence or absence of gas leakage due to internal leakage from the fuel gas shutoff valve and the second fuel gas shutoff valve and the third fuel gas shutoff valve provided on the downstream channel from the hydrogen generator by the gas leakage detection means Can be detected.
第1の本発明は、原料ガスを用いて水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器を加熱するバーナと、前記原料ガスを原料供給源から前記水素生成器に供給する原料ガス流路と、前記原料ガス流路に設けられた原料ガス遮断弁と、前記燃料ガスを前記水素生成器から排出する燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路に設けられ前記水素生成器から排出された燃料ガスを通流または遮断する燃料ガス遮断弁と、前記燃料ガス遮断弁より上流の前記燃料ガス流路から分岐し前記バーナへ燃料ガスを供給する第2燃料ガス流路と、前記第2燃料ガス流路に設けられ前記水素生成器から排出された燃料ガスを通流または遮断する第2燃料ガス遮断弁と、前記燃料ガス遮断弁より下流の前記燃料ガス流路に接続され水素と酸素を用いて発電を行なう燃料電池と、前記燃料電池において発電に使用されずに前記燃料電池から排出された残余燃料ガスを前記第2燃料ガス遮断弁より下流の前記第2燃料ガス流路に排出する第3燃料ガス流路と、前記第3燃料ガス流路に設けられ前記燃料電池から排出された残余燃料ガスを通流または遮断する第3燃料ガス遮断弁と、前記第3燃料ガス流路との合流点より下流の前記第2燃料ガス流路に設けられガス漏れを検知するガス漏れ検知手段と、前記原料ガス遮断弁と前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁との弁の開閉を制御して、前記ガス漏れ検知手段に
より前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作をする制御部とを備え、前記制御部が、前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、前記水素生成器の運転停止時において前記原料ガス遮断弁と前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁を遮断した後、前記燃料ガス遮断弁、前記第2燃料ガス遮断弁および前記第3燃料ガス遮断弁を遮断した状態で前記原料ガス遮断弁を開放して、前記ガス漏れ検知手段により前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を判断する燃料電池システムである。
The first present invention provides a hydrogen generator for generating hydrogen-rich fuel gas, a burner for heating the hydrogen generator, the hydrogen generator of the material gas from the raw material supply source by using the raw material gas the raw material gas flow path, and the raw material gas shutoff valve disposed in the feed gas passage, and the fuel gas channel for discharging the fuel gas from the hydrogen generator, the hydrogen generator is provided in the fuel gas flow passage A fuel gas shut-off valve for passing or shutting off the fuel gas discharged from the fuel gas, a second fuel gas flow path for branching from the fuel gas flow path upstream from the fuel gas shut-off valve and supplying fuel gas to the burner; A second fuel gas shut-off valve provided in the second fuel gas passage and configured to pass or shut off the fuel gas discharged from the hydrogen generator; and connected to the fuel gas passage downstream of the fuel gas shut-off valve. Using hydrogen and oxygen And a third fuel that discharges residual fuel gas discharged from the fuel cell without being used for power generation to the second fuel gas flow path downstream from the second fuel gas shut-off valve Junction point of the third fuel gas channel, a gas channel, a third fuel gas cutoff valve that is provided in the third fuel gas channel and allows the residual fuel gas discharged from the fuel cell to flow or shut off more and gas leak detection means for detecting a gas leakage is provided downstream the second fuel gas flow path, the third fuel gas cutoff and the raw material gas shutoff valve and the fuel gas shutoff valve and the second fuel gas shutoff valve Control the opening and closing of the valve with the valve , the gas leak detection means
A control unit for detecting gas leakage due to internal leakage from the fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, and the third fuel gas cutoff valve , wherein the control unit includes the second fuel gas cutoff valve. When performing a gas leak detection operation due to an internal leak from the valve, the raw material gas cutoff valve, the fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, and the third fuel gas cutoff when the hydrogen generator is shut down After the valve is shut off, the material gas shut-off valve is opened with the fuel gas shut-off valve, the second fuel gas shut-off valve and the third fuel gas shut-off valve shut off, and the gas leak detection means causes the first (2) A fuel cell system that determines the presence or absence of gas leakage due to internal leakage from a fuel gas shut-off valve .
本構成によると、水素生成器の内部圧力が低下している場合においても、原料ガス遮断弁と燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁との弁の開閉を制御して、ガス漏れ検知手段により水素生成器より下流流路に設けた燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を検知することができる。 With this configuration, even when the internal pressure of the hydrogen generator is lowered, controls the opening and closing of the valve of the raw material gas shutoff valve and the fuel gas shutoff valve and the second fuel gas shutoff valve and the third fuel gas shutoff valve Then, the presence or absence of gas leakage due to internal leakage from the fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, and the third fuel gas cutoff valve provided in the downstream flow path from the hydrogen generator can be detected by the gas leakage detection means. it can.
また第2の本発明は、第1の本発明における前記制御部が、前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作を実施して前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れなしを判断した後に、前記燃料ガス遮断弁および前記第2燃料ガス遮断弁を遮断した状態で前記原料ガス遮断弁および前記第3燃料ガス遮断弁を開放して、前記ガス漏れ検知手段により前記燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を判断する燃料電池システムである。 Further, according to a second aspect of the present invention, the control unit according to the first aspect of the present invention performs a gas leakage detection operation due to an internal leak from the second fuel gas cutoff valve, thereby causing an internal leak from the second fuel gas cutoff valve. After determining that there is no gas leak due to the above, the raw gas shut-off valve and the third fuel gas shut-off valve are opened with the fuel gas shut-off valve and the second fuel gas shut-off valve shut off, and the gas leak detecting means This is a fuel cell system that determines the presence or absence of gas leakage due to internal leakage from the fuel gas shutoff valve .
本構成によると、制御部は燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの検知を正確に行うことができる。 According to this configuration, the control unit can accurately detect a gas leak due to an internal leak from the fuel gas cutoff valve .
また第3の本発明は、第1の本発明における前記制御部が、前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作を実施して前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れなしを判断した後に、前記第2燃料ガス遮断弁および前記第3燃料ガス遮断弁を遮断した状態で前記原料ガス遮断弁および前記燃料ガス遮断弁を開放して、前記ガス漏れ検知手段により前記第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を判断する燃料電池システムである。 According to a third aspect of the present invention, the control unit according to the first aspect of the present invention performs a gas leak detection operation based on an internal leak from the second fuel gas shut-off valve, thereby causing an internal leak from the second fuel gas shut-off valve. After judging that there is no gas leakage due to the above, the raw gas cutoff valve and the fuel gas cutoff valve are opened with the second fuel gas cutoff valve and the third fuel gas cutoff valve shut off, and the gas leakage detection means The fuel cell system for determining whether or not there is a gas leak due to an internal leak from the third fuel gas shut-off valve .
本構成によると、制御部は第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの検知を正確に行うことができる。 According to this configuration, the control unit can accurately detect a gas leak due to an internal leak from the third fuel gas cutoff valve .
また第4の本発明は、第1の本発明から第3の本発明のいずれか1つの発明において、前記ガス漏れ検知手段に、前記バーナの点火動作を行なう点火器と、前記バーナの火炎を検知する火炎検知器とを用い、前記制御部が、前記点火器に点火動作を行なわせ、前記火炎検知器での火炎検知の有無を行う燃料電池システムである。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention , the gas leak detection means includes an igniter that performs an ignition operation of the burner, and a flame of the burner. A fuel cell system using a flame detector for detection, wherein the control unit causes the igniter to perform an ignition operation and whether or not flame detection is performed by the flame detector .
本構成によると、点火器に点火動作を行なわせ、火炎検知器での火炎検知の有無によりガス漏れを検知することができる。また、ガス漏れ検知手段としての点火器および火炎検知器を、燃料ガス生成運転中においては、バーナでの点火器および、バーナでの火炎検知器を兼ねているため、更なる低コスト化を図ることができる。 According to this configuration, the igniter can be ignited, and gas leakage can be detected based on the presence or absence of flame detection by the flame detector. Further, the igniter and the flame detector as the gas leakage detection means also serve as the igniter in the burner and the flame detector in the burner during the fuel gas generation operation, so that further cost reduction is achieved. be able to.
以下、本発明の参考例と実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。 Reference examples and embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(参考例1)
図1は、本発明の参考例1における水素生成装置の構成を示すブロック図である。
( Reference Example 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hydrogen generator in Reference Example 1 of the present invention.
本参考例における水素生成装置は、触媒を用いて都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質することにより水素リッチは燃料ガスを生成する水素生成器1と、原料ガス供給源からの原料ガスを水素生成器1に供給する原料ガス流路2と、水素生成器1への原料ガスの供給・遮断を行なう原料ガス遮断弁3と、水蒸気供給源からの水蒸気を水素生成器1に供給する水蒸気流路4と、水素生成器1への水蒸気の供給・遮断を行なう水蒸気遮断弁5と、水素生成器1での水蒸気改質により生成した水素リッチな燃料ガスを排出する燃料ガス流路6と、水素生成器1からの燃料ガスの排出・遮断を行なう燃料ガス遮断弁7と、水素生成器1内部の触媒を加熱するバーナ8と、燃焼ガス供給源からの燃焼ガスをバーナ8に供給する燃焼ガス流路9と、バーナ8への燃焼ガスの供給・遮断を行なう燃焼ガス遮断弁10と、改質触媒の温度を検知する温度センサ11と、燃料ガス遮断弁7の下流に設けられガス漏れを検知するガス漏れ検知器12と、ガス漏れ時に漏洩ガスを希釈する空気を供給する送風機13と、ガス漏れ検知に関する一連の運転を制御する制御部14とを備える。
The hydrogen generator in this reference example includes a hydrogen generator 1 that generates a fuel gas by steam reforming a hydrocarbon-based source gas such as city gas or propane gas using a catalyst, and a source gas supply. A raw material
なお、本参考例における構成部材としてのガス漏れ検知器12は、本発明におけるガス漏れ検知手段の具体的な実施の一例である。また、本参考例における構成部材としての送風機13は、本発明における希釈手段の具体的な実施の一例である。また、送風機13としては、ファン、ブロワ、ポンプ等を用いることができる。
The
まず、本参考例における水素生成装置の燃料ガス生成に関して、具体的動作を説明する。 First, specific operation regarding the fuel gas generation of the hydrogen generator in this reference example will be described.
図1に示す水素生成装置では、原料ガス遮断弁3を開とすることにより、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンは含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去された後、原料ガスとして原料ガス流路2を通じて水素生成器1に供給される。また水素生成器1での改質反応に必要な水蒸気は、水蒸気遮断弁5を開とすることにより、水蒸気供給源から水蒸気流路4を通じて水素生成器1に供給される。水素生成器1では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料ガス遮断弁7を開とすることにより、燃料ガス流路6を通じて水素生成装置の系外に排出される。なお排出される燃料ガスは、図示していない水素を用いて発電を行なう燃料電池などの水素利用デバイスに供給することができる。また水素生成器1での燃料ガス生成に必要な熱は、燃焼ガス遮断弁10を開とすることにより、燃焼ガス供給源から燃焼ガス流路9を通じて燃焼ガスをバーナ8に供給し燃焼させることにより、燃焼熱を水素生成器1に供給し、水素生成器1の昇温・温度維持を温度センサ11から温度検出値を用いて実施する。
In the hydrogen generator shown in FIG. 1, after the raw material gas shut-off
次に、本参考例における水素生成装置のガス漏れ検知に関して、具合的動作を説明する。 Next, a specific operation will be described with respect to gas leak detection of the hydrogen generator in this reference example .
制御部14は、水素生成器1での水素生成運転停止において、原料ガス遮断弁3、水蒸気遮断弁5、燃焼ガス遮断弁10を遮断し、各々原料ガス、水蒸気、燃焼ガスの供給を遮断するとともに、燃料ガス遮断弁7を遮断し、水素生成器1を密閉することにより燃料ガス流路6下流等からの空気流入を防止する。また燃料ガス流路6の下流は水素利用デバイスと切り離し、大気に対して開放状態にする。制御部14は、水素生成運転時においては水素生成器1の昇温・温度維持を検知する温度センサ11から温度検出値を流用することにより、水素生成器1の温度が原料ガスによる触媒への炭素析出が発生しない所定温度(たとえば500℃)以下になると、燃料ガス遮断弁7を遮断した状態で原料ガス遮断弁3を開放し、原料ガス流路2、水素生成器1および、燃料ガス遮断弁7より上流の燃料ガス流路6を含む区間の圧力を原料ガス供給源と同等の圧力にする。一方、制御部14はガス
漏れ検知器12からの検知信号を監視し、検知信号が「ガス漏れ」と判断できる値を検知したときは、燃料ガス遮断弁7からの内部リークによるガス漏れを検知する。さらに制御部14は、ガス漏れを検知すると、原料ガス遮断弁3を閉止し、送風機13を作動させ、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈して水素生成装置の系外に排出する。また、検知信号が「ガス漏れなし」と判断できる値を検知したときは、原料ガス遮断弁3を閉止し、ガス漏れ検知動作を終了する。
The
本参考例における水素生成装置の構成をとると、水素生成運転停止後の水素生成器1が温度低下することによる内部圧力低下が発生する期間においても、制御部14はガス漏れ検知器12からの検知信号を監視することにより、原料ガス遮断弁3を開放することにより水素生成器1を含む密閉区間を原料ガス供給源と同等の圧力(正圧)にし、大気圧と同等である燃料ガス遮断弁7下流の間に圧力差を与えることができるため、差圧によって燃料ガス遮断弁7からの内部リークによるガス漏れを検知することができる。
When the configuration of the hydrogen generator in this reference example is taken, the
また本参考例における水素生成装置の構成では、ガス漏れ時に漏洩ガスを希釈する空気を供給する送風機13からの送風空気を燃料ガス遮断弁7より下流の燃料ガス流路6に供給するように構成したことにより、制御部14がガス漏れを検知したときにおいて、送風機13を作動させることにより送風空気を燃料ガス遮断弁7より下流の燃料ガス流路6に供給し、漏洩ガスを空気で希釈することができるため、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈して水素生成装置の系外に排出することができる。
In the configuration of the hydrogen generator in this reference example, the blown air from the
なお本参考例におけるガス漏れ検知では、制御部は温度センサ11からの温度検出値を基にガス漏れ検知の一連の動作を実施したが、この限りではなく、予め実験的に得られる停止からの時間経過と温度低下の関係を基に、所定時間の経過に応じて一連の動作を実施してもよい。またなお上述したガス漏れ検知の動作は、水素生成装置が水素生成を停止してから約30℃程度の常温まで温度低下するまでの間において、複数回実施してもよい。
In the gas leak detection in this reference example , the control unit has performed a series of operations for gas leak detection based on the temperature detection value from the
また本参考例においては、希釈手段として送風機13を用いたがこれの限りではなく、希釈手段として窒素やアルゴンなどの不活性ガスボンベを用い、不活性ガスでの希釈を行なってもよい。
In the present reference example , the
(参考例2)
図2は、本発明の参考例2における水素生成装置の構成を示すブロック図である。
( Reference Example 2)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen generator in Reference Example 2 of the present invention.
図2において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、本参考例における水素生成装置の燃料ガス生成に関する具体的動作に関しも、参考例1と同じであり、説明を省略する。 In FIG. 2, the same components as those in FIG. Further, the specific operation relating to the fuel gas generation of the hydrogen generator in the present reference example is the same as that of the reference example 1, and the description thereof is omitted.
本参考例における水素生成装置は、参考例1における水素生成装置と比して、ガス漏れ検知手段の具体的な実施の一例であるガス漏れ検知器12の代わりに、高圧放電により点火動作を行なうイグナイタ21と、イグナイタ21近傍での火炎をイオン電流により検知するフレームロッド22とを備える点で異なる。
Compared with the hydrogen generator in Reference Example 1, the hydrogen generator in this reference example performs an ignition operation by high-pressure discharge instead of the
なお、本参考例における構成部材としてのイグナイタ21および、フレームロッド22は、各々、本発明における、点火器および、火炎検知器の具体的な実施の一例である。
The
次に、本参考例における水素生成装置のガス漏れ検知に関して、具合的動作を説明する。 Next, a specific operation will be described with respect to gas leak detection of the hydrogen generator in this reference example .
図2に示す水素生成装置では、制御部14は、水素生成器1での水素生成運転停止にお
いて、原料ガス遮断弁3、水蒸気遮断弁5、燃焼ガス遮断弁10を遮断し、各々原料ガス、水蒸気、燃焼ガスの供給を遮断するとともに、燃料ガス遮断弁7を遮断し、水素生成器1を密閉することにより燃料ガス流路6下流等からの空気流入を防止する。また燃料ガス流路6の下流は水素利用デバイスと切り離し、大気に対して開放状態にする。制御部14は、水素生成運転時においては水素生成器1の昇温・温度維持を検知する温度センサ11から温度検出値を流用することにより、水素生成器1の温度が原料ガスによる触媒への炭素析出が発生しない所定温度(たとえば500℃)以下になると、燃料ガス遮断弁7を遮断した状態で原料ガス遮断弁3を開放し、原料ガス流路2、水素生成器1および、燃料ガス遮断弁7より上流の燃料ガス流路6を含む区間の圧力を原料ガス供給源と同等の圧力にする。
In the hydrogen generator shown in FIG. 2, the
一方、制御部14はイグナイタ21を高圧放電させ点火動作を行ない、フレームロッド22の検知信号を監視し、検知信号が「火炎あり」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れあり」と判断し、燃料ガス遮断弁7からの内部リークによるガス漏れを検知する。さらに制御部14は、ガス漏れを検知すると、原料ガス遮断弁3を閉止し、送風機13を作動させ、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈して水素生成装置の系外に排出する。また、検知信号が「火炎なし」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れなし」と判断し、原料ガス遮断弁3を閉止し、ガス漏れ検知動作を終了する。
On the other hand, the
本参考例における水素生成装置の構成をとると、水素生成運転停止後の水素生成器1が温度低下することによる内部圧力低下が発生する期間においても、制御部14はイグナイタ21への高圧放電による点火動作と、フレームロッド22からの検知信号による火炎有無を監視することにより、原料ガス遮断弁3を開放することにより水素生成器1を含む密閉区間を原料ガス供給源と同等の圧力(正圧)にし、大気圧と同等である燃料ガス遮断弁7下流の間に圧力差を与えることができるため、差圧によって燃料ガス遮断弁7からの内部リークによるガス漏れを検知することができる。
If the configuration of the hydrogen generator in the present reference example is taken, the
また本参考例における水素生成装置の構成では、ガス漏れ時に漏洩ガスを希釈する空気を供給する送風機13からの送風空気を燃料ガス遮断弁7より下流の燃料ガス流路6に供給するように構成したことにより、制御部14がガス漏れを検知したときにおいて、送風機13を作動させることにより送風空気を燃料ガス遮断弁7より下流の燃料ガス流路6に供給し、漏洩ガスを空気で希釈することができるため、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈して水素生成装置の系外に排出することができる。
In the configuration of the hydrogen generator in this reference example, the blown air from the
なお本参考例におけるガス漏れ検知では、制御部は温度センサ11からの温度検出値を基にガス漏れ検知の一連の動作を実施したが、この限りではなく、予め実験的に得られる停止からの時間経過と温度低下の関係を基に、所定時間の経過に応じて一連の動作を実施してもよい。またなお上述したガス漏れ検知の動作は、水素生成装置が水素生成を停止してから約30℃程度の常温まで温度低下するまでの間において、複数回実施してもよい。
In the gas leak detection in this reference example , the control unit has performed a series of operations for gas leak detection based on the temperature detection value from the
また本参考例においては、希釈手段の具体的な実施の一例として送風機13を用いたがこれの限りではなく、希釈手段として窒素やアルゴンなどの不活性ガスボンベを用い、不活性ガスでの希釈を行なってもよい。
In this reference example , the
また本参考例においては点火器の具体的な実施の一例として、高圧放電により点火動作を行なうイグナイタ21を用いたがこれの限りではなく、通電加熱により高温点火動作を行なう点火ヒータを用いてもよい。また、火炎検知器の具体的な実施の一例として、火炎をイオン電流により検知するフレームロッド22を用いたがこれの限りではなく、火炎による温度上昇を検知する火炎温度センサを用いてもよい。
In this reference example , the
(参考例3)
図3は、本発明の参考例2における水素生成装置の変形としての、本発明の参考例3における水素生成装置の構成を示すブロック図である。図3において、図2と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
( Reference Example 3)
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the hydrogen generator in Reference Example 3 of the present invention as a modification of the hydrogen generator in Reference Example 2 of the present invention. 3, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本参考例における水素生成装置は、参考例2における水素生成装置と比して、燃料ガス遮断弁7より上流の燃料ガス流路6から分岐しバーナ8へ燃料ガスを供給する第2燃料ガス流路31と、第2燃料ガス流路31を通流する燃料ガスの供給・遮断を行なう第2燃料ガス遮断弁32と、バーナ8に空気を供給するファン33とを備え、イグナイタ21およびフレームロッド22をバーナ8に設けている点で異なる。
Compared with the hydrogen generator in Reference Example 2, the hydrogen generator in this reference example branches from the fuel
まず、本参考例における水素生成装置の燃料ガス生成に関して、具体的動作を説明する。 First, specific operation regarding the fuel gas generation of the hydrogen generator in this reference example will be described.
図3に示す水素生成装置では、原料ガス遮断弁3および第2燃料ガス遮断弁32を開放し、燃料ガス遮断弁7を閉止することにより、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンは含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去された後、原料ガスとして原料ガス流路2を通じて水素生成器1に供給される。水素生成器1に供給された原料ガスは、水素生成器1内部を通流し原料ガスの状態で燃料ガス流路6に排出される。排出された原料ガスは、燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を通じて原料ガスをバーナ8に供給される。同時にバーナ8では、バーナ8での点火動作としてイグナイタ21を作動させ、ファン33により燃焼用空気を供給する。点火動作によりバーナ8に形成された火炎をフレームロッド22により検知することにより、バーナ8での安定燃焼を監視する。なお、点火動作が完了すると、イグナイタ21は停止する。バーナ8での原料ガスの燃焼により温度センサ11で検知する温度が、改質反応可能な温度(たとえば350℃)まで昇温されると、水蒸気遮断弁5を開とすることにより、水蒸気供給源から水蒸気流路4を通じて水素生成器1に供給される。水素生成器1では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を通じて燃料ガスをバーナ8に供給し燃焼することで、図示していない水素を用いて発電を行なう燃料電池などの水素利用デバイスに十分な燃料ガスを供給することができる温度まで昇温する。温度センサ11で検知する温度が、水素利用デバイスに十分な燃料ガスを供給することができる温度まで昇温したことを検知すると、燃料ガス遮断弁7を開放し、第2燃料ガス遮断弁32を閉止することにより、水素利用デバイスに燃料ガスを供給する。同時に燃焼ガス遮断弁10を開放し、燃焼ガス供給源からの燃焼ガスを燃焼ガス流路9を通じてバーナ8に供給し燃焼させ、水素生成器1の温度維持を温度センサ11から温度検出値を用いて実施する。
In the hydrogen generator shown in FIG. 3, the source
次に、本参考例における水素生成装置のガス漏れ検知に関して、具合的動作を説明する。 Next, a specific operation will be described with respect to gas leak detection of the hydrogen generator in this reference example .
制御部14は、水素生成器1での水素生成運転停止において、原料ガス遮断弁3、水蒸気遮断弁5、燃焼ガス遮断弁10を遮断し、各々原料ガス、水蒸気、燃焼ガスの供給を遮断するとともに、燃料ガス遮断弁7および第2燃料ガス遮断弁32を遮断し、水素生成器1を密閉することにより第2燃料ガス流路31下流等からの空気流入を防止する。制御部14は、水素生成運転時においては水素生成器1の昇温・温度維持を検知する温度センサ11から温度検出値を流用することにより、水素生成器1の温度が原料ガスによる触媒への炭素析出が発生しない所定温度(たとえば500℃)以下になると、燃料ガス遮断弁7および第2燃料ガス遮断弁32を遮断した状態で原料ガス遮断弁3を開放し、原料ガス流路2、水素生成器1および、燃料ガス遮断弁7および第2燃料ガス遮断弁32より上流の
燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を含む区間の圧力を原料ガス供給源と同等の圧力にする。一方、制御部14はバーナ8に設けたイグナイタ21を高圧放電させ点火動作を行ない、同じくバーナ8に設けたフレームロッド22の検知信号を監視し、検知信号が「火炎あり」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れあり」と判断し、第2燃料ガス遮断弁32からの内部リークによるガス漏れを検知する。さらに制御部14は、ガス漏れを検知すると、原料ガス遮断弁3を閉止し、ファン33を作動させ、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈してバーナ8から水素生成装置の系外に排出する。また、検知信号が「火炎なし」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れなし」と判断し、原料ガス遮断弁3を閉止し、ガス漏れ検知動作を終了する。
The
本参考例における水素生成装置の構成をとると、水素生成運転停止後の水素生成器1が温度低下することによる内部圧力低下が発生する期間においても、制御部14はイグナイタ21への高圧放電による点火動作と、フレームロッド22からの検知信号による火炎有無を監視することにより、原料ガス遮断弁3を開放することにより水素生成器1を含む密閉区間を原料ガス供給源と同等の圧力(正圧)にし、大気圧と同等である第2燃料ガス遮断弁32下流の間に圧力差を与えることができるため、差圧によって第2燃料ガス遮断弁32からの内部リークによるガス漏れを検知することができる。またイグナイタ21およびフレームロッド22は、燃料ガス生成運転中においては、バーナ8での点火器および、バーナ8での火炎検知器を兼ねているため、上述した効果に加えて更なる低コスト化を図ることができる。
If the configuration of the hydrogen generator in the present reference example is taken, the
また本参考例における水素生成装置の構成では、ガス漏れ時に漏洩ガスを希釈する空気を供給するファン33からの送風空気をバーナ8に供給するように構成したことにより、制御部14がガス漏れを検知したときにおいて、ファン33を作動させることにより送風空気をバーナ8に供給し、漏洩ガスを空気で希釈することができるため、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈してバーナ8より水素生成装置の系外に排出することができる。またファン33は、燃料ガス生成運転中においては、バーナ8での燃焼空気を供給する燃焼空気供給手段を兼ねているため、上述した効果に加えて更なる低コスト化を図ることができる。
Further, in the configuration of the hydrogen generator in the present reference example , the
なお本参考例におけるガス漏れ検知では、制御部は温度センサ11からの温度検出値を基にガス漏れ検知の一連の動作を実施したが、この限りではなく、予め実験的に得られる停止からの時間経過と温度低下の関係を基に、所定時間の経過に応じて一連の動作を実施してもよい。またなお上述したガス漏れ検知の動作は、水素生成装置が水素生成を停止してから約30℃程度の常温まで温度低下するまでの間において、複数回実施してもよい。
In the gas leak detection in this reference example , the control unit has performed a series of operations for gas leak detection based on the temperature detection value from the
また本参考例においては点火器の具体的な実施の一例として、高圧放電により点火動作を行なうイグナイタ21を用いたがこれの限りではなく、通電加熱により高温点火動作を行なう点火ヒータを用いてもよい。また、火炎検知器の具体的な実施の一例として、火炎をイオン電流により検知するフレームロッド22を用いたがこれの限りではなく、火炎による温度上昇を検知する火炎温度センサを用いてもよい。
In this reference example , the
(実施の形態1)
図4は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図4において、図3と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 1 )
Figure 4 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system that put the first embodiment of the present invention. 4, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施の形態における燃料電池システムは、参考例3における水素生成装置と比して、燃料ガス遮断弁7より下流の燃料ガス流路6に接続された水素と酸素を用いて発電を行なう燃料電池41と、燃料電池41において発電に使用しなかった残余燃料ガスを第2燃料ガス遮断弁32より下流の第2燃料ガス流路31に排出する第3燃料ガス流路42と、第
3燃料ガス流路42からの残余燃料ガスの排出・遮断を行なう第3燃料ガス遮断弁43と、第3燃料ガス流路42との合流後の第2燃料ガス流路31に燃料ガスまたは残余燃料ガスのバーナ8への供給・遮断を行なう第4燃料ガス遮断弁44とを備える点で異なる。
The fuel cell system in the present embodiment is a fuel cell that generates power using hydrogen and oxygen connected to the fuel
なお、本実施の形態における構成部材としての第2燃料ガス遮断弁32と第4燃料ガス遮断弁44または、燃料ガス遮断弁7と第3燃料ガス遮断弁43と第4燃料ガス遮断弁44は、本発明における、「燃料ガス遮断弁を燃料ガス流路に対して直列に複数備え」た構成の具体的な実施の一例である。
The second fuel
まず、本実施の形態における燃料電池システムの燃料ガス生成に関して、具体的動作を説明する。 First, a specific operation regarding fuel gas generation of the fuel cell system in the present embodiment will be described.
図4に示す燃料電池システムでは、原料ガス遮断弁3および第2燃料ガス遮断弁32および第4燃料ガス遮断弁44を開放し、燃料ガス遮断弁7および第3燃料ガス遮断弁43を閉止することにより、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンは含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去された後、原料ガスとして原料ガス流路2を通じて水素生成器1に供給される。水素生成器1に供給された原料ガスは、水素生成器1内部を通流し原料ガスの状態で燃料ガス流路7に排出される。排出された原料ガスは、燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を通じて原料ガスをバーナ8に供給される。同時にバーナ8では、バーナ8での点火動作としてイグナイタ21を作動させ、ファン33により燃焼用空気を供給する。点火動作によりバーナ8に形成された火炎をフレームロッド22により検知することにより、バーナ8での安定燃焼を監視する。なお、点火動作が完了すると、イグナイタ21は停止する。バーナ8での原料ガスの燃焼により温度センサ11で検知する温度が、改質反応可能な温度(たとえば350℃)まで昇温されると、水蒸気遮断弁5を開とすることにより、水蒸気供給源から水蒸気流路4を通じて水素生成器1に供給される。水素生成器1では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を通じて燃料ガスをバーナ8に供給し燃焼することで、燃料電池41に十分な燃料ガスを供給することができる温度まで昇温する。温度センサ11で検知する温度が、燃料電池41に十分な燃料ガスを供給することができる温度まで昇温したことを検知すると、燃料ガス遮断弁7および第3燃料ガス遮断弁43を開放し、第2燃料ガス遮断弁32を閉止することにより、燃料電池41に燃料ガスを供給する。燃料電池41では、図示していない発電用空気供給源から供給された空気と燃料ガスを用いて電気化学的に発電を行なう。発電に使用されなかった燃料ガスは、燃料電池41から第3燃料ガス流路42に排出され、第3燃料ガス流路42および第2燃料ガス流路31を通じてバーナ8に供給、燃焼され、水素生成器1の温度維持を温度センサ11から温度検出値を用いて実施する。また燃料電池41での燃料ガス消費により水素生成器1の温度が低下する場合は、供給する原料ガスおよび水蒸気量を増加することにより、燃料電池41から第3燃料ガス流路42に排出される燃料ガス量を増加させ、水素生成器1の温度維持を温度センサ11から温度検出値を用いて実施する。または、燃焼ガス遮断弁10を開放し、燃焼ガス供給源からの燃焼ガスも燃焼ガス流路9を通じてバーナ8に供給し燃焼させ、水素生成器1の温度維持を温度センサ11から温度検出値を用いて実施する。
In the fuel cell system shown in FIG. 4, the raw material
次に、本実施の形態における燃料電池システムのガス漏れ検知に関して、具合的動作を説明する。 Next, specific operations will be described with respect to gas leak detection of the fuel cell system in the present embodiment.
図4に示す燃料電池システムでは、制御部14は、水素生成器1での水素生成運転停止において、原料ガス遮断弁3、水蒸気遮断弁5、燃焼ガス遮断弁10を遮断し、各々原料ガス、水蒸気、燃焼ガスの供給を遮断するとともに、燃料ガス遮断弁7、第2燃料ガス遮
断弁32、第3燃料ガス遮断弁43および第4燃料ガス遮断弁44を遮断し、水素生成器1および燃料電池41を密閉することにより第2燃料ガス流路31下流等からの空気流入を防止する。制御部14は、水素生成運転時においては水素生成器1の昇温・温度維持を検知する温度センサ11から温度検出値を流用することにより、水素生成器1の温度が原料ガスによる触媒への炭素析出が発生しない所定温度(たとえば500℃)以下になると、複数の燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作を開始する。
In the fuel cell system shown in FIG. 4, the
第4燃料ガス遮断弁44からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、燃料ガス遮断弁7、第3燃料ガス遮断弁43、第4燃料ガス遮断弁44を遮断した状態で原料ガス遮断弁3および第2燃料ガス遮断弁32を開放し、原料ガス流路2、水素生成器1および、第4燃料ガス遮断弁44より上流の原料ガス流路2、水素生成器1、燃料ガス流路6、第2燃料ガス流路31、第3燃料ガス流路42を含む区間の圧力を原料ガス供給源と同等の圧力にする。一方、制御部14はバーナ8に設けたイグナイタ21を高圧放電させ点火動作を行ない、同じくバーナ8に設けたフレームロッド22の検知信号を監視し、検知信号が「火炎あり」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れあり」と判断し、第4燃料ガス遮断弁44からの内部リークによるガス漏れを検知する。さらに制御部14は、ガス漏れを検知すると、原料ガス遮断弁3および第2燃料ガス遮断弁32を閉止し、ファン33を作動させ、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈してバーナ8から燃料電池システムの系外に排出する。また、検知信号が「火炎なし」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れなし」と判断し、原料ガス遮断弁3および第2燃料ガス遮断弁32を閉止し、第4燃料ガス遮断弁44からの内部リークによるガス漏れ検知動作を終了する。
When performing gas leak detection operation due to internal leakage from the fourth fuel
また、第2燃料ガス遮断弁32からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、燃料ガス遮断弁7、第3燃料ガス遮断弁43、第2燃料ガス遮断弁32を遮断した状態で原料ガス遮断弁3および第4燃料ガス遮断弁44を開放し、原料ガス流路2、水素生成器1および、第2燃料ガス遮断弁32より上流の原料ガス流路2、水素生成器1、燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を含む区間の圧力を原料ガス供給源と同等の圧力にする。一方、制御部14はバーナ8に設けたイグナイタ21を高圧放電させ点火動作を行ない、同じくバーナ8に設けたフレームロッド22の検知信号を監視し、検知信号が「火炎あり」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れあり」と判断し、第2燃料ガス遮断弁32からの内部リークによるガス漏れを検知する。さらに制御部14は、ガス漏れを検知すると、原料ガス遮断弁3および第4燃料ガス遮断弁44を閉止し、ファン33を作動させ、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈してバーナ8から燃料電池システムの系外に排出する。また、検知信号が「火炎なし」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れなし」と判断し、原料ガス遮断弁3および第4燃料ガス遮断弁44を閉止し、第2燃料ガス遮断弁44からの内部リークによるガス漏れ検知動作を終了する。
Further, when a gas leak detection operation due to internal leak from the second fuel
またさらに、第3燃料ガス遮断弁43からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、第3燃料ガス遮断弁43および第2燃料ガス遮断弁32を遮断した状態で原料ガス遮断弁3、燃料ガス遮断弁7および第4燃料ガス遮断弁44を開放し、原料ガス流路2、水素生成器1および、第3燃料ガス遮断弁43より上流の原料ガス流路2、水素生成器1、燃料電池41、燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を含む区間の圧力を原料ガス供給源と同等の圧力にする。一方、制御部14はバーナ8に設けたイグナイタ21を高圧放電させ点火動作を行ない、同じくバーナ8に設けたフレームロッド22の検知信号を監視し、検知信号が「火炎あり」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れあり」と判断し、第3燃料ガス遮断弁43からの内部リークによるガス漏れを検知する。さらに制御部14は、ガス漏れを検知すると、原料ガス遮断弁3、燃料ガス遮断弁7および第4燃料ガス遮断弁44を閉止し、ファン33を作動させ、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈してバーナ8から燃料電池システムの系外に排出する。また、検知信号が「火炎なし」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れなし」と判断し、原料ガス遮断弁3、燃
料ガス遮断弁7および第4燃料ガス遮断弁44を閉止し、第3燃料ガス遮断弁43からの内部リークによるガス漏れ検知動作を終了する。
Furthermore, when performing a gas leak detection operation due to internal leakage from the third fuel
またさらに、燃料ガス遮断弁7からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、燃料ガス遮断弁7および第2燃料ガス遮断弁32を遮断した状態で原料ガス遮断弁3、第3燃料ガス遮断弁43および第4燃料ガス遮断弁44を開放し、原料ガス流路2、水素生成器1および、燃料ガス遮断弁7より上流の原料ガス流路2、水素生成器1、燃料ガス流路6および第2燃料ガス流路31を含む区間の圧力を原料ガス供給源と同等の圧力にする。一方、制御部14はバーナ8に設けたイグナイタ21を高圧放電させ点火動作を行ない、同じくバーナ8に設けたフレームロッド22の検知信号を監視し、検知信号が「火炎あり」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れあり」と判断し、燃料ガス遮断弁7からの内部リークによるガス漏れを検知する。さらに制御部14は、ガス漏れを検知すると、原料ガス遮断弁3、第3燃料ガス遮断弁43および第4燃料ガス遮断弁44を閉止し、ファン33を作動させ、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈してバーナ8から燃料電池システムの系外に排出する。また、検知信号が「火炎なし」と判断できる値を検知したときは「ガス漏れなし」と判断し、原料ガス遮断弁3、第3燃料ガス遮断弁43および第4燃料ガス遮断弁44を閉止し、燃料ガス遮断弁7からの内部リークによるガス漏れ検知動作を終了する。
Furthermore, when the gas leak detection operation due to internal leak from the fuel
なお、燃料ガス遮断弁7および第3燃料ガス遮断弁43からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、まず第2燃料ガス遮断弁32からの内部リークによるガス漏れ検知動作を実施し、第2燃料ガス遮断弁32からの「ガス漏れなし」を判断して後に実施すると、燃料ガス遮断弁7または第3燃料ガス遮断弁43からの内部リークによるガス漏れ検知動作を正確に行なうことができる。
When performing a gas leak detection operation due to an internal leak from the fuel
本実施の形態における燃料電池システムの構成をとると、水素生成運転停止後の水素生成器1が温度低下することによる内部圧力低下が発生する期間においても、原料ガス遮断弁3を開放することにより水素生成器1を含む密閉区間を原料ガス供給源と同等の圧力(正圧)にした状態で、制御部14はイグナイタ21への高圧放電による点火動作と、フレームロッド22からの検知信号による火炎有無を監視することにより、第2燃料ガス流路31に対する第2燃料ガス遮断弁32と第4燃料ガス遮断弁44または、燃料ガス流路6、第3燃料ガス流路42および第2燃料ガス流路31に対する燃料ガス遮断弁7と第3燃料ガス遮断弁43と第4燃料ガス遮断弁44のように、燃料ガス遮断弁を燃料ガス流路に対して直列に複数備えた構成に対して、燃料ガス遮断弁のうち任意の1つのみを遮断することにより、遮断した燃料遮断弁からの内部リークによるガス漏れを検知することができる。またイグナイタ21およびフレームロッド22は、燃料ガス生成運転中においては、バーナ8での点火器および、バーナ8での火炎検知器を兼ねているため、上述した効果に加えて更なる低コスト化を図ることができる。
When the configuration of the fuel cell system in the present embodiment is adopted, the raw material gas shut-off
また本実施の形態における燃料電池システムの構成では、ガス漏れ時に漏洩ガスを希釈する空気を供給するファン33からの送風空気をバーナ8に供給するように構成したことにより、制御部14がガス漏れを検知したときにおいて、ファン33を作動させることにより送風空気をバーナ8に供給し、漏洩ガスを空気で希釈することができるため、漏洩ガスを着火しない濃度まで十分に希釈してバーナ8より燃料電池システムの系外に排出することができる。またファン33は、燃料ガス生成運転中においては、バーナ8での燃焼空気を供給する燃焼空気供給手段を兼ねているため、上述した効果に加えて更なる低コスト化を図ることができる。
Further, in the configuration of the fuel cell system according to the present embodiment, the
なお本実施の形態におけるガス漏れ検知では、制御部は温度センサ11からの温度検出値を基にガス漏れ検知の一連の動作を実施したが、この限りではなく、予め実験的に得ら
れる停止からの時間経過と温度低下の関係を基に、所定時間の経過に応じて一連の動作を実施してもよい。またなお上述したガス漏れ検知の動作は、燃料電池システムが水素生成を停止してから約30℃程度の常温まで温度低下するまでの間において、複数回実施してもよい。
In the gas leak detection in the present embodiment, the control unit has performed a series of operations for gas leak detection based on the temperature detection value from the
また本実施の形態においては点火器の具体的な実施の一例として、高圧放電により点火動作を行なうイグナイタ21を用いたがこれの限りではなく、通電加熱により高温点火動作を行なう点火ヒータを用いてもよい。また、火炎検知器の具体的な実施の一例として、火炎をイオン電流により検知するフレームロッド22を用いたがこれの限りではなく、火炎による温度上昇を検知する火炎温度センサを用いてもよい。
In this embodiment, the
本発明にかかる燃料電池システムは、水素生成器の内部圧力が低下している場合においても、原料ガス遮断弁と燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁との弁の開閉を制御して、ガス漏れ検知手段により水素生成器より下流流路に設けた燃料ガス遮断弁と第2燃料ガス遮断弁と第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を検知することができるため、起動・停止を行なう水素生成器を用いた燃料電池システム等の用途にも応用できる。 The fuel cell system according to the present invention, even when the internal pressure of the hydrogen generator is lowered, the raw material gas shutoff valve and the fuel gas shutoff valve and the second fuel gas shutoff valve and the valve of the third fuel gas shutoff valve closing and control of the presence or absence of gas leakage due to internal leakage from the fuel gas shutoff valve provided on the downstream channel from the hydrogen generator and the second fuel gas shutoff valve and the third fuel gas shut-off valve by the gas leakage detection means it is possible to detect, can be applied to the use of a fuel cell system or the like using a hydrogen generator that performs starting and stopping.
1、101 水素生成器
2、104 原料ガス流路
3 原料ガス遮断弁
4 水蒸気流路
5 水蒸気遮断弁
6、105 燃料ガス流路
7 燃料ガス遮断弁
8、102 バーナ
9 燃焼ガス流路
10 燃焼ガス遮断弁
11 温度センサ
12 ガス漏れ検知器
13 送風機
14 制御部
21 イグナイタ
22 フレームロッド
31 第2燃料ガス流路
32 第2燃料ガス遮断弁
33 ファン
41、103 燃料電池
42 第3燃料ガス流路
43 第3燃料ガス遮断弁
44 第4燃料ガス遮断弁
106 燃料ガスバイパス流路
107 燃料オフガス流路
108、109、110、111 遮断弁
112 圧力センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Hydrogen generator 2,104 Raw material
Claims (4)
前記水素生成器を加熱するバーナと、
前記原料ガスを原料供給源から前記水素生成器に供給する原料ガス流路と、
前記原料ガス流路に設けられた原料ガス遮断弁と、
前記燃料ガスを前記水素生成器から排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路に設けられ前記水素生成器から排出された燃料ガスを通流または遮断する燃料ガス遮断弁と、
前記燃料ガス遮断弁より上流の前記燃料ガス流路から分岐し前記バーナへ燃料ガスを供給する第2燃料ガス流路と、
前記第2燃料ガス流路に設けられ前記水素生成器から排出された燃料ガスを通流または遮断する第2燃料ガス遮断弁と、
前記燃料ガス遮断弁より下流の前記燃料ガス流路に接続され水素と酸素を用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池において発電に使用されずに前記燃料電池から排出された残余燃料ガスを前記第2燃料ガス遮断弁より下流の前記第2燃料ガス流路に排出する第3燃料ガス流路と、前記第3燃料ガス流路に設けられ前記燃料電池から排出された残余燃料ガスを通流または遮断する第3燃料ガス遮断弁と、
前記第3燃料ガス流路との合流点より下流の前記第2燃料ガス流路に設けられガス漏れを検知するガス漏れ検知手段と、
前記原料ガス遮断弁と前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁との弁の開閉を制御して、前記ガス漏れ検知手段により前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作をする制御部とを備え、
前記制御部は、前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れ検知動作をするときは、前記水素生成器の運転停止時において前記原料ガス遮断弁と前記燃料ガス遮断弁と前記第2燃料ガス遮断弁と前記第3燃料ガス遮断弁を遮断した後、前記燃料ガス遮断弁、前記第2燃料ガス遮断弁および前記第3燃料ガス遮断弁を遮断した状態で前記原料ガス遮断弁を開放して、前記ガス漏れ検知手段により前記第2燃料ガス遮断弁からの内部リークによるガス漏れの有無を判断することを特徴とする燃料電池システム。 A hydrogen generator that generates a hydrogen-rich fuel gas using a source gas;
A burner for heating the hydrogen generator;
A source gas flow path for supplying the source gas from a source supply source to the hydrogen generator;
A source gas shutoff valve provided in the source gas flow path;
A fuel gas flow path for discharging the fuel gas from the hydrogen generator;
A fuel gas shut-off valve that is provided in the fuel gas flow path and passes or blocks the fuel gas discharged from the hydrogen generator;
A second fuel gas channel that branches from the fuel gas channel upstream of the fuel gas shut-off valve and supplies fuel gas to the burner;
A second fuel gas shut-off valve provided in the second fuel gas flow path for passing or shutting off the fuel gas discharged from the hydrogen generator;
A fuel cell connected to the fuel gas flow path downstream from the fuel gas shut-off valve and generating power using hydrogen and oxygen;
A third fuel gas flow path for discharging residual fuel gas discharged from the fuel cell without being used for power generation in the fuel cell to the second fuel gas flow path downstream from the second fuel gas shutoff valve; A third fuel gas shut-off valve that is provided in the third fuel gas flow path and passes or blocks the residual fuel gas discharged from the fuel cell;
A gas leak detecting means provided in the second fuel gas flow channel downstream from the junction with the third fuel gas flow channel to detect a gas leak;
Controlling the opening and closing of the source gas cutoff valve, the fuel gas cutoff valve, the second fuel gas cutoff valve, and the third fuel gas cutoff valve, and the gas leak detection means controls the fuel gas cutoff valve and the A second fuel gas shut-off valve and a control unit that performs a gas leak detection operation due to an internal leak from the third fuel gas shut-off valve ,
When the control unit performs a gas leak detection operation due to an internal leak from the second fuel gas shut-off valve , the source gas shut-off valve, the fuel gas shut-off valve, and the second gas shut-off valve when the hydrogen generator is stopped . after blocking the third fuel gas shutoff valve and the fuel gas shutoff valve, the fuel gas shutoff valve, it opens the raw material gas shutoff valve while blocking the second fuel gas shutoff valve and the third fuel gas shutoff valve Then , the fuel cell system is characterized in that the gas leak detection means determines whether or not there is a gas leak due to an internal leak from the second fuel gas shutoff valve .
前記制御部は、前記点火器に点火動作を行なわせ、前記火炎検知器での火炎検知の有無を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The gas leak detection means, using the igniter performs an ignition operation of the burner, and a flame detector for detecting a flame of the burner,
4. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the control unit causes the igniter to perform an ignition operation, and performs presence / absence of flame detection by the flame detector. 5. .
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