JP6925209B2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6925209B2 JP6925209B2 JP2017175059A JP2017175059A JP6925209B2 JP 6925209 B2 JP6925209 B2 JP 6925209B2 JP 2017175059 A JP2017175059 A JP 2017175059A JP 2017175059 A JP2017175059 A JP 2017175059A JP 6925209 B2 JP6925209 B2 JP 6925209B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- flow rate
- fuel cell
- valve
- blower
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 87
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 39
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 35
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 14
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 12
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 90
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 210000003771 C cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有するセルが複数積層されたセルスタックを備える燃料電池部と、酸素ガスを含む空気が燃料電池部に供給されるときに流れる空気ラインと、燃料電池部に向けて空気ライン中に空気を流すブロアと、空気ラインを通して燃料電池部に供給される単位時間当たりの空気の流量を測定する流量計と、制御装置とを備える燃料電池システムに関する。 The present invention comprises a fuel cell unit including a cell stack in which a plurality of cells having an anode to which fuel gas is supplied and a cathode to which oxygen gas is supplied are stacked, and when air containing oxygen gas is supplied to the fuel cell unit. An air line that flows through the air line, a blower that allows air to flow through the air line toward the fuel cell unit, a flow meter that measures the flow rate of air supplied to the fuel cell unit through the air line per unit time, and a control device. Regarding the fuel cell system to be equipped.
特許文献1には、燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有するセルを備える燃料電池部(21)と、酸素ガスを含む空気が燃料電池部に供給されるときに流れる空気ライン(27a,27b,27c)と、燃料電池部に向けて空気ライン中に空気を流すブロア(25)と、空気ラインの途中に設けられるエアフィルタ(26)とを備える燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムでは、エアフィルタの吸い込み口を複数にすることで、一箇所の吸い込み口が異物で詰まったとしても他の吸い込み口から空気を吸い込めるようになっている。 Patent Document 1 describes a fuel cell unit (21) having a cell having an anode to which fuel gas is supplied and a cathode to which oxygen gas is supplied, and air flowing when air containing oxygen gas is supplied to the fuel cell unit. Described is a fuel cell system including an air line (27a, 27b, 27c), a blower (25) for flowing air into the air line toward the fuel cell unit, and an air filter (26) provided in the middle of the air line. Has been done. In this fuel cell system, by using a plurality of air filter suction ports, even if one suction port is clogged with foreign matter, air can be sucked from the other suction ports.
但し、特許文献1に記載の燃料電池システムでは、エアフィルタに異物が付着して詰まってしまうと、その後、燃料電池部のカソードに対して適正な量の酸素ガス(空気)を供給できない可能性が生じる。 However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, if foreign matter adheres to the air filter and becomes clogged, there is a possibility that an appropriate amount of oxygen gas (air) cannot be supplied to the cathode of the fuel cell unit thereafter. Occurs.
尚、異物などが詰まった後のフィルタに対する処置に関する先行技術もある。
例えば、特許文献2に記載の燃料電池システムは、燃料電池の燃料極から排出された燃料排ガスを外部へ排出する排出流路の途中に、可動式フィルタを配置している。そして、可動式フィルタ装置を作動させることで、フィルタに付着した水や異物を回転による遠心力や振動により速やかに飛散させ、水の凍結や異物の目詰まりによる排出流路の閉塞を防止しようとしている。
他にも、特許文献3に記載の燃料電池システムは、原料の水蒸気改質に用いる改質水が流れる改質水ラインの途中にフィルタを設けることで、改質水中の異物を取り除こうとしている。加えて、逆流手段で逆流させた改質水を排出ラインに排出させることにより、フィルタの洗浄を行おうとしている。
There is also a prior art related to the treatment of the filter after it is clogged with foreign matter.
For example, in the fuel cell system described in
In addition, the fuel cell system described in
特許文献2及び特許文献3に記載の燃料電池システムでは、異物などが詰まった後のフィルタに対して、その異物を除去するような処置、即ち、フィルタを回転させることや、流体を逆流させることなどを行っているが、そのような処置を行うための機構を設けると、システムの構成が非常に複雑になるという問題がある。また、流体を逆流させることができないシステムでは実現不可能であったり、フィルタに集塵された物質次第では取り除けない等の問題もある。
In the fuel cell system described in
また、フィルタに生じる問題は塵などの異物の詰まりだけでなく、フィルタの破損という問題も生じ得る。そして、フィルタが破損した場合には、フィルタで除去できなかった異物が燃料電池部へと供給される恐れがある。 Further, the problem that occurs in the filter is not only the clogging of foreign matter such as dust, but also the problem that the filter is damaged. If the filter is damaged, foreign matter that cannot be removed by the filter may be supplied to the fuel cell unit.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エアフィルタに生じ得る詰まりや破損といった問題に対処可能な燃料電池システムを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of dealing with problems such as clogging and breakage that may occur in an air filter.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有するセルが複数積層されたセルスタックを備える燃料電池部と、前記酸素ガスを含む空気が前記燃料電池部に供給されるときに流れる空気ラインと、前記燃料電池部に向けて前記空気ライン中に空気を流すブロアと、前記空気ラインを通して前記燃料電池部に供給される単位時間当たりの空気の流量を測定する流量計と、制御装置とを備える燃料電池システムであって、
前記ブロアの上流側又は下流側において、前記空気ラインは、空気が互いに並行して流れた後で合流する複数の個別空気流路を有し、
複数の前記個別空気流路の夫々にはエアフィルタと弁とが設けられており、
前記制御装置は、
検査運転中は、複数の前記個別空気流路の夫々に設けられた弁の内の特定の一つの弁のみを開いた状態で前記ブロアを所定の出力で動作させて、そのときに前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量に基づいて、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに異常が発生しているか否かを判定することを、複数の前記弁のそれぞれを順に開いた状態にして行い、
通常発電運転中は、前記検査運転によって異常が発生していないと判定された前記エアフィルタと同じ前記個別空気流路に設けられた前記弁を開き且つ異常が発生していると判定された前記エアフィルタと同じ前記個別空気流路に設けられた前記弁を閉じた状態で、前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が、前記セルスタックの出力電力に応じて設定される目標流量となるように前記ブロアの出力を調節する点にある。
A characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention for achieving the above object is a fuel cell unit including a cell stack in which a plurality of cells having an anode to which fuel gas is supplied and a cathode to which oxygen gas is supplied are stacked. An air line that flows when air containing the oxygen gas is supplied to the fuel cell unit, a blower that allows air to flow through the air line toward the fuel cell unit, and the fuel cell unit through the air line. A fuel cell system including a flow meter for measuring the flow rate of air per unit time supplied and a control device.
On the upstream or downstream side of the blower, the air line has a plurality of individual air channels that merge after air flows in parallel with each other.
An air filter and a valve are provided in each of the plurality of individual air flow paths.
The control device is
During the inspection operation, the blower is operated at a predetermined output with only one specific valve among the valves provided in each of the plurality of individual air flow paths open, and at that time, the flow meter is operated. Based on the flow rate of air per unit time measured in, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the air filter provided in the same individual air flow path as the valve in the open state. , With each of the plurality of valves opened in order,
During the normal power generation operation, the valve provided in the same individual air flow path as the air filter determined to have not caused an abnormality by the inspection operation is opened, and the abnormality is determined to have occurred. A target in which the flow rate of air per unit time measured by the flow meter is set according to the output power of the cell stack with the valve provided in the same individual air flow path as the air filter closed. The point is to adjust the output of the blower so that the flow rate is adjusted.
上記特徴構成によれば、複数の前記個別空気流路の夫々に設けられたエアフィルタの何れかに異常が発生したとしても、通常発電運転中は、その異常が発生したエアフィルタと同じ個別空気流路に設けられている弁を閉じることで、異常が発生したエアフィルタには空気を流さないようにできる。加えて、別の個別空気流路に設けられたエアフィルタに異常が発生していなければ、通常発電運転中は、その異常が発生していないエアフィルタと同じ個別空気流路に設けられている弁を開けることで、異常が発生していないエアフィルタによって浄化した空気を燃料電池部に供給できる。
従って、エアフィルタに生じ得る詰まりや破損といった問題に対処可能な燃料電池システムを提供できる。
According to the above characteristic configuration, even if an abnormality occurs in any of the air filters provided in each of the plurality of individual air flow paths, the same individual air as the air filter in which the abnormality has occurred during normal power generation operation. By closing the valve provided in the flow path, it is possible to prevent air from flowing through the air filter in which an abnormality has occurred. In addition, if no abnormality has occurred in the air filter provided in another individual air flow path, it is provided in the same individual air flow path as the air filter in which the abnormality has not occurred during normal power generation operation . By opening the valve, the air purified by the air filter in which no abnormality has occurred can be supplied to the fuel cell section.
Therefore, it is possible to provide a fuel cell system that can deal with problems such as clogging and breakage that may occur in the air filter.
加えて、本特徴構成によれば、検査運転によって異常が発生していると判定されたエアフィルタと同じ個別空気流路に設けられている弁を閉じた状態で、以後の通常発電運転が行われる。その結果、燃料電池部のカソードに対して浄化された酸素ガス(空気)を適正量供給した状態で燃料電池部での発電を行うことができる。 In addition , according to this feature configuration, the subsequent normal power generation operation is performed with the valve provided in the same individual air flow path as the air filter determined to have an abnormality by the inspection operation closed. Will be. As a result, power can be generated in the fuel cell unit in a state where an appropriate amount of purified oxygen gas (air) is supplied to the cathode of the fuel cell unit.
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記制御装置は、前記検査運転において、複数の前記個別空気流路の夫々に設けられた弁の内の特定の一つの弁のみを開いた状態で前記ブロアを基準出力で動作させて、そのときに前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が基準流量よりも多い方に第1設定値以内であり且つ少ない方に第2設定値以内であれば、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに異常が発生していないと判定し、前記基準流量よりも多い方に前記第1設定値以内になく且つ少ない方に前記第2設定値以内になければ当該エアフィルタに異常が発生していると判定することを、複数の前記弁のそれぞれを順に開いた状態にして行う点にある。 Yet another characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is that the control device opens only one specific valve among the valves provided in each of the plurality of individual air flow paths in the inspection operation. In this state, the blower is operated at the reference output, and the air flow rate per unit time measured by the flow meter at that time is within the first set value when it is larger than the reference flow rate and is less than the reference flow rate. If it is within 2 set values, it is determined that no abnormality has occurred in the air filter provided in the same individual air flow path as the valve in the open state, and the one having a flow rate larger than the reference flow rate is the first. A point in which it is determined that an abnormality has occurred in the air filter if it is not within one set value and less than within the second set value , with each of the plurality of valves opened in order. It is in.
エアフィルタに異物の過剰な詰まりが発生しておらず、且つ、エアフィルタの破損なども発生していない場合、エアフィルタでは適正な圧力損失が発生するため、複数の個別空気流路の夫々に設けられた弁の内の特定の一つの弁のみを開いた状態でブロアを基準出力で動作させると、流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量は、所定の基準流量に近い値になるはずである。
そこで本特徴構成では、流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が基準流量よりも多い方に第1設定値以内であり且つ少ない方に第2設定値以内であれば、開いた状態にある弁と同じ個別空気流路に設けられているエアフィルタに異常が発生していないと判定する。それに対して、流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が基準流量よりも多い方に第1設定値以内になく且つ少ない方に第2設定値以内になければ当該エアフィルタに異常が発生していると判定する。これのような検証を、複数の弁のそれぞれを順に開いた状態にして行うことで、各エアフィルタが正常であるか又は異常であるかを正確に判定できる。
If the air filter is not excessively clogged with foreign matter and the air filter is not damaged, the air filter will cause an appropriate pressure loss. When the blower is operated at the reference output with only one specific valve among the provided valves open, the flow rate of air per unit time measured by the flow meter becomes a value close to the predetermined reference flow rate. Should be.
Therefore, in this feature configuration, if the flow rate of air per unit time measured by the flow meter is within the first set value when it is larger than the reference flow rate and within the second set value when it is less than the reference flow rate, it is in the open state. It is determined that no abnormality has occurred in the air filter provided in the same individual air flow path as the valve in. On the other hand, if the flow rate of air per unit time measured by the flow meter is not within the first set value when it is larger than the reference flow rate and within the second set value when it is less than the reference flow rate, the air filter is abnormal. Judge that it has occurred. By performing such verification with each of the plurality of valves opened in order, it is possible to accurately determine whether each air filter is normal or abnormal.
更に、前記制御装置は、前記検査運転において、複数の前記個別空気流路の夫々に設けられた弁の内の特定の一つの弁のみを開いた状態で前記ブロアを前記基準出力で動作させて、そのときに前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が前記基準流量よりも前記第1設定値を超えて多ければ、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに、通気量が多くなる破れ異常が発生していると判定し、前記基準流量よりも前記第2設定値を超えて少なければ、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに、通気量が少なくなる詰まり異常が発生していると判定することもできる。 Furthermore, the control device, in the test operation, a plurality of the said blower in a state in which only an open particular one valve of the valve provided on each of the individual air passages people to operate at the reference output , then the above if the air flow rate per unit time measured by the flow meter Kere multi exceeds the first set value than the reference flow rate, the same the individual air passages and a valve in the open state the air filter is provided, it is determined that abnormal tear becomes large airflow rate occurs, if Kere little beyond the second set value than the reference flow rate, the same as the valve in the open state It can also be determined that the air filter provided in the individual air flow path has a clogging abnormality in which the air flow rate is reduced.
以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
図1は、燃料電池システムの構成を示す図である。図示するように、燃料電池システムは、燃料ガスが供給されるアノード1及び酸素ガスが供給されるカソード2を有するセルCが複数積層されたセルスタックSを備える燃料電池部4と、酸素ガスを含む空気が燃料電池部4に供給されるときに流れる空気ラインL3と、燃料電池部4に向けて空気ラインL3中に空気を流すブロア6と、空気ラインL3を通して燃料電池部4に供給される単位時間当たりの空気の流量を測定する流量計7と、制御装置10とを備える。燃料電池部4の発電電力はインバータ等を有する電力変換部(図示せず)を介して例えば家屋内の電力負荷装置や電力系統などに供給できる。上述した燃料電池部4、ブロア6、電力変換部などの動作は制御装置10が制御する。また、流量計7の測定結果は制御装置10に伝達される。
The fuel cell system according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system. As shown in the figure, the fuel cell system comprises a fuel cell unit 4 having a cell stack S in which a plurality of cells C having an anode 1 to which fuel gas is supplied and a
燃料電池部4は、例えば固体酸化物形のセルCや固体高分子形のセルCなど、様々なタイプのセルCを用いて構成することができる。燃料電池部4のアノード1に供給される燃料ガスは、改質部5で生成される。例えば、原燃料ラインL1を介して都市ガス(メタン等)などの炭化水素を含む原燃料ガスが改質部5に供給される。アノード1とカソード2との間には電解質部3が設けられている。そして、改質部5においてその原燃料ガスが水蒸気改質されることで水素を主成分とする燃料ガスが生成され、その燃料ガスが燃料ラインL2を介して燃料電池部4に供給される。改質部5の動作は制御装置10が制御する。
The fuel cell unit 4 can be configured by using various types of cells C, such as a solid oxide cell C and a solid polymer cell C. The fuel gas supplied to the anode 1 of the fuel cell unit 4 is generated by the reforming
尚、図示は省略するが、燃料電池システムには様々な補機が設けられている。例えば、燃料電池を運転している間に燃料電池部4で発生した熱を回収する冷却水を循環させるときに用いられるポンプや、タンク内に貯えた温水を循環させてその冷却水から熱を回収するときに用いられるポンプなどが補機として設けられている。それらの補機の動作は制御装置10が制御する。
Although not shown, various auxiliary machines are provided in the fuel cell system. For example, a pump used to circulate cooling water that recovers heat generated in the fuel cell unit 4 while operating a fuel cell, or a pump that circulates hot water stored in a tank to dissipate heat from the cooling water. A pump or the like used for recovery is provided as an auxiliary machine. The operation of these auxiliary machines is controlled by the
制御装置10は、燃料電池システムの運転状態を連系状態とアイドリング状態との何れか一方に切り替えることができる。例えば、連系状態は、燃料電池部4の発電電力を上述した電力負荷装置や電力系統などに供給する状態であり、アイドリング状態は、燃料電池部4の発電電力を上述した電力負荷装置や電力系統などに供給せずに上述した補機などで内部消費する状態である。つまり、燃料電池部4を運転している間に動作する補機でも電力は消費されるため、燃料電池部4の発電電力を電力負荷装置や電力系統などに供給していなくても、燃料電池部4で発電された電力を補機で消費しながら燃料電池部4の運転を継続することができる。
The
また、本実施形態の燃料電池システムでは、ブロア6の上流側において、空気ラインL3は、空気が互いに並行して流れた後で合流する複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cを有する。複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cは、ブロア6の上流側に設けてもよい。また、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々にはエアフィルタ9(9a,9b,9c)と弁8(8a,8b,8c)とが設けられている。具体的には、図1に示す例では、空気ラインL3は3つの個別空気流路L3a,L3b,L3cを有している。そして、個別空気流路L3aには弁8a及びエアフィルタ9aが設けられ、個別空気流路L3bには弁8b及びエアフィルタ9bが設けられ、個別空気流路L3cには弁8c及びエアフィルタ9cが設けられる。これら弁8の動作は制御装置10が制御する。エアフィルタ9は例えば繊維を布形状にしたもの等が用いられる。弁8は例えば電磁弁等が用いられる。
Further, in the fuel cell system of the present embodiment, on the upstream side of the
本実施形態の燃料電池システムでは、制御装置10は、通常発電運転と検査運転とを切り替えて行うことができる。通常発電運転は、制御装置10が、燃料電池システムの運転状態を上述した連系状態又はアイドリング状態にして、燃料電池部4の発電電力を所望の値に制御するときの運転である。検査運転は、制御装置10が、エアフィルタ9を検査するときの運転であり、本実施形態では燃料電池システムの運転状態を上述したアイドリング状態にする。
In the fuel cell system of the present embodiment, the
〔通常発電運転〕
制御装置10は、通常発電運転中は、燃料電池部4のアノード1に供給される単位時間当たりの燃料ガスの流量及び燃料電池部4のカソード2に供給される単位時間当たりの酸素ガスの流量を、セルスタックSの出力電力に応じて設定される所定の目標値に調節する。具体的には、制御装置10は、改質部5に供給される原燃料を、セルスタックSの出力電力に応じて設定される目標値にし、流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量が、セルスタックSの出力電力に応じて設定される目標流量となるようにブロア6の出力を調節する。但し、その目標流量には、発電反応のために燃料電池部4のカソード2で消費される酸素量(空気量)と、例えばアノード1から排出されるアノード排ガスを燃焼させるための酸素量(空気量)との両方が含まれる場合などがある。このような制御により、通常発電運転中は、燃料電池部4のアノード1及びカソード2に、セルスタックSの出力電力に対応した量の燃料ガス及び酸素ガスが供給される。
[Normal power generation operation]
During normal power generation operation, the
〔検査運転〕
エアフィルタ9は空気中の異物を捕らえることを目的として設置されるため、エアフィルタ9には次第に異物が堆積する。つまり、エアフィルタ9には、通気量が少なくなる詰まり異常が発生することがある。この場合、エアフィルタ9での圧力損失が大きくなるため、流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量をセルスタックSの出力電力に応じて設定される目標流量となるようにするためには、ブロア出力を大きくしなければならない。また、布形状のエアフィルタ9に孔が開くことも起こり得る。この場合、エアフィルタ9には、通気量が多くなる破れ異常が発生することがある。そして、空気中の異物が取り除かれないままで燃料電池部4に供給されるという問題が生じ得る。
[Inspection operation]
Since the air filter 9 is installed for the purpose of catching foreign matter in the air, foreign matter gradually accumulates on the air filter 9. That is, the air filter 9 may be clogged with a small amount of airflow. In this case, since the pressure loss in the air filter 9 becomes large, the flow rate of air per unit time measured by the flow meter 7 is set to be the target flow rate set according to the output power of the cell stack S. The blower output must be increased. In addition, holes may be formed in the cloth-shaped air filter 9. In this case, the air filter 9 may have a tear abnormality in which the air volume increases. Then, there may be a problem that the foreign matter in the air is supplied to the fuel cell unit 4 without being removed.
そのような問題があるため、エアフィルタ9に異常が発生しているか否かを判定するための検査運転を所定のタイミングで行う必要がある。本実施形態では、制御装置10は、検査運転中は、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられた弁8の内の少なくとも一つの弁8を閉じ且つ少なくとも一つの弁8を開いた状態でブロア6を所定の出力で動作させて、そのときに流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量に基づいて、開いた状態にある弁8と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられているエアフィルタ9に異常が発生しているか否かを判定する。但し、検査運転中にブロア6を所定の出力で動作させているとき、燃料電池部4で必要な酸素(空気)は供給されている必要がある。
Since there is such a problem, it is necessary to perform an inspection operation at a predetermined timing to determine whether or not an abnormality has occurred in the air filter 9. In the present embodiment, the
図2は、検査運転処理を説明するフローチャートである。
工程#10において制御装置10は、検査運転を行うタイミングであるか否かを判定する。例えば、制御装置10は、1日に1回、午前2時などの予め定められた時刻になると、検査運転を行うタイミングであると判定して(工程#10において「Yes」と判定して)、工程#11に移行する。検査運転を行うタイミングでない場合には(工程#10において「No」と判定した場合には)、図2のフローチャートの最初にリターンする。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an inspection operation process.
In
工程#11において制御装置10は、燃料電池システムの運転状態をアイドリング状態にする。
次に、制御装置10は、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられた弁8の内の特定の一つの弁8のみを開いた状態でブロア6を基準出力で動作させ(工程#12)、流量計7で測定される単位時間当たりの空気の量が適正であるか否かを判定する(工程#13)。ここで、開いた弁8と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられているエアフィルタ9に異物の過剰な詰まりが発生しておらず、且つ、エアフィルタ9の破損なども発生していない場合、エアフィルタ9では適正な圧力損失が発生するため、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられた弁8の内の特定の一つの弁8のみを開いた状態でブロア6を基準出力で動作させると、流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量は、所定の基準流量に近い値になるはずである。
In
Next, the
図3は、ブロア出力と空気流量との関係を示すグラフである。図示するように、ブロア出力が増大するにつれて、そのブロア6によって空気ラインL3に流れる単位時間当たりの空気の流量は増加する関係になっている。そして、ブロア6を図3のブロア出力60%で動作させた場合には、単位時間当たりに約33L/minの空気を流すことができる。但し、この流量はブロア6単体での動作特性であり、図1に示したような装置に組み込んだ場合(即ち、エアフィルタ9等での圧力損失が存在する場合)の空気の流量は異なった値となる。よって、制御装置10は、事前に、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられた弁8の内の特定の一つの弁8のみを開いた状態でブロア6を基準出力で動作させたとき、流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量がどのような値(基準流量)になるのかを把握して記憶装置11に記憶しておく。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the blower output and the air flow rate. As shown in the figure, as the blower output increases, the flow rate of air per unit time flowing through the air line L3 by the
そして、制御装置10は、検査運転において、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられた弁8の内の特定の一つの弁8のみを開いた状態でブロア6を基準出力で動作させて、そのときに流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量が基準流量よりも多い方に第1設定値以内であり且つ少ない方に第2設定値以内であれば、開いた状態にある弁8と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられているエアフィルタ9に異常が発生していないと判定し、基準流量よりも多い方に第1設定値以内になく且つ少ない方に第2設定値以内になければエアフィルタ9に異常が発生していると判定する(工程#12〜工程#15)。このとき、燃料電池部4には上記基準流量の空気が供給されているという前提であるので、セルスタックSでの発電もその空気量に見合った電力に制御される。
Then, in the inspection operation, the
具体的には、制御装置10は、検査運転において、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられた弁8の内の特定の一つの弁8のみを開いた状態でブロア6を基準出力で動作させて、そのときに流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量が基準流量よりも第1設定値を超えて多ければ、開いた状態にある弁8と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられているエアフィルタ9に、通気量が多くなる破れ異常が発生していると判定する。
それに対して、制御装置10は、検査運転において、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられた弁8の内の特定の一つの弁8のみを開いた状態でブロア6を基準出力で動作させて、そのときに流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量が基準流量よりも第2設定値を超えて少なければ、開いた状態にある弁8と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられているエアフィルタ9に、通気量が少なくなる詰まり異常が発生していると判定する。そして、制御装置10は、エアフィルタ9の検査結果を記憶装置11に記憶する。
Specifically, in the inspection operation, the
On the other hand, in the inspection operation, the
例えば、制御装置10は、検査運転において、個別空気流路L3aに設けられた弁8aのみを開き、個別空気流路L3bに設けられた弁8b及び個別空気流路L3cに設けられた弁8cを閉じた状態で、ブロア6を図3のブロア出力60%で動作させる。そして、制御装置10は、そのときに流量計7で測定される単位時間当たりの空気の流量を、基準流量と比較して、弁8aと同じ個別空気流路L3aに設けられたエアフィルタ9aに異常が発生しているか否かを判定する。
For example, in the inspection operation, the
その後、工程#16において制御装置10は、全てのエアフィルタ9を検査したか否か、即ち、全てのエアフィルタ9を各別に開いた状態で工程#12及び工程#13の検査を行ったか否かを判定し、未だ検査していないエアフィルタ9が残っていれば工程#12に移行する。それに対して、制御装置10は、全てのエアフィルタ9の検査を行っていれば、工程#17に移行する。
After that, in
工程#17において制御装置10は、記憶装置11に記憶されている全てのエアフィルタ9の検査結果を読み出して、異常が発生していないエアフィルタ9を特定する。そして、制御装置10は、異常が発生していないエアフィルタ9と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられた弁8のみを開き、異常が発生しているエアフィルタ9と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられた弁8を閉じる。その後、制御装置10は、燃料電池部4のアイドリング状態を解除して、今回の検査タイミングでの検査運転処理を終了する。このように、制御装置10は、検査運転でエアフィルタ9に異常が発生していると判定したとき、当該異常が発生していると判定したエアフィルタ9と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられている弁8を閉じた状態で、以後の通常発電運転を行うことになる。
In
以上のように、複数の個別空気流路L3a,L3b,L3cの夫々に設けられたエアフィルタ9の何れかに異常が発生したとしても、その異常が発生したエアフィルタ9と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられている弁8を閉じることで、異常が発生したエアフィルタ9には空気を流さないようにできる。加えて、別の個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられたエアフィルタ9に異常が発生していなければ、その異常が発生していないエアフィルタ9と同じ個別空気流路L3a,L3b,L3cに設けられている弁8を開けることで、異常が発生していないエアフィルタ9によって浄化した空気を燃料電池部4に供給できる。
As described above, even if an abnormality occurs in any of the air filters 9 provided in each of the plurality of individual air flow paths L3a, L3b, and L3c, the same individual air flow path as the air filter 9 in which the abnormality has occurred. By closing the
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、燃料電池システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成については適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態で個別空気流路L3a,L3b,L3cが3つである例を説明したが、2つの個別空気流路で構成される場合、4つ以上の個別空気流路で構成される場合など適宜変更可能である。
<Another Embodiment>
<1>
In the above embodiment, the configuration of the fuel cell system has been described with specific examples, but the configuration can be changed as appropriate.
For example, in the above embodiment, the example in which the individual air flow paths L3a, L3b, and L3c are three has been described, but when the individual air flow paths are composed of two individual air flow paths, the individual air flow paths are composed of four or more individual air flow paths. It can be changed as appropriate, such as in some cases.
<2>
上記実施形態では、1日に1回、午前2時などのタイミングが検査運転を行うタイミングに設定されている例を説明したが、検査運転を行うタイミングの頻度や実施時刻などは適宜変更可能である。例えば、毎週月曜日の午前5時を検査運転を行うタイミングに設定することや、毎月の15日の午前5時を検査運転を行うタイミングに設定することなどでも構わない。
<2>
In the above embodiment, an example in which the timing such as once a day at 2:00 am is set as the timing for performing the inspection operation has been described, but the frequency and execution time of the timing for performing the inspection operation can be changed as appropriate. be. For example, 5 am every Monday may be set as the timing for the inspection operation, or 5 am on the 15th day of every month may be set as the timing for the inspection operation.
<3>
上記実施形態では、検査運転を行うとき燃料電池システムの運転状態をアイドリング状態にする例を説明したが、燃料電池システムの運転状態を連系状態のままで検査運転を行ってもよい。但し、検査運転中にブロア6を所定の出力で動作させているとき、燃料電池部4で発電運転を行うのに必要な酸素(空気)は供給されている必要がある。
<3>
In the above embodiment, an example in which the operating state of the fuel cell system is set to the idling state during the inspection operation has been described, but the inspection operation may be performed with the operating state of the fuel cell system in the interconnected state. However, when the
<4>
上記実施形態では、図3においてブロア出力と空気流量との関係を示したが、その関係は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。
<4>
In the above embodiment, the relationship between the blower output and the air flow rate is shown in FIG. 3, but the relationship is described for exemplification purposes and can be changed as appropriate.
<5>
上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。
<5>
The configurations disclosed in the above embodiment (including other embodiments, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction, and are disclosed in the present specification. The embodiment is an example, and the embodiment of the present invention is not limited to this, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.
本発明は、エアフィルタに生じ得る詰まりや破損といった問題に対処可能な燃料電池システムに利用できる。 The present invention can be used in fuel cell systems that can address problems such as clogging and breakage that can occur in air filters.
1 アノード
2 カソード
4 燃料電池部
6 ブロア
7 流量計
8 弁
8a 弁
8b 弁
8c 弁
9 エアフィルタ
9a エアフィルタ
9b エアフィルタ
9c エアフィルタ
10 制御装置
C セル
S セルスタック
L3 空気ライン
L3a 個別空気流路
L3b 個別空気流路
L3c 個別空気流路
1
Claims (3)
前記ブロアの上流側又は下流側において、前記空気ラインは、空気が互いに並行して流れた後で合流する複数の個別空気流路を有し、
複数の前記個別空気流路の夫々にはエアフィルタと弁とが設けられており、
前記制御装置は、
検査運転中は、複数の前記個別空気流路の夫々に設けられた弁の内の特定の一つの弁のみを開いた状態で前記ブロアを所定の出力で動作させて、そのときに前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量に基づいて、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに異常が発生しているか否かを判定することを、複数の前記弁のそれぞれを順に開いた状態にして行い、
通常発電運転中は、前記検査運転によって異常が発生していないと判定された前記エアフィルタと同じ前記個別空気流路に設けられた前記弁を開き且つ異常が発生していると判定された前記エアフィルタと同じ前記個別空気流路に設けられた前記弁を閉じた状態で、前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が、前記セルスタックの出力電力に応じて設定される目標流量となるように前記ブロアの出力を調節する燃料電池システム。 A fuel cell unit including a cell stack in which a plurality of cells having an anode to which fuel gas is supplied and a cathode to which oxygen gas is supplied are stacked, and an air containing the oxygen gas flows when the fuel cell unit is supplied with air. An air line, a blower for flowing air into the air line toward the fuel cell unit, a flow meter for measuring the flow rate of air supplied to the fuel cell unit through the air line per unit time, and a control device. It is a fuel cell system equipped with
On the upstream or downstream side of the blower, the air line has a plurality of individual air channels that merge after air flows in parallel with each other.
An air filter and a valve are provided in each of the plurality of individual air flow paths.
The control device is
During the inspection operation, the blower is operated at a predetermined output with only one specific valve among the valves provided in each of the plurality of individual air flow paths open, and at that time, the flow meter is operated. Based on the flow rate of air per unit time measured in, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the air filter provided in the same individual air flow path as the valve in the open state. , With each of the plurality of valves opened in order,
During the normal power generation operation, the valve provided in the same individual air flow path as the air filter determined to have not caused an abnormality by the inspection operation is opened, and the abnormality is determined to have occurred. A target in which the flow rate of air per unit time measured by the flow meter is set according to the output power of the cell stack with the valve provided in the same individual air flow path as the air filter closed. A fuel cell system that adjusts the output of the blower so that it has a flow rate.
複数の前記個別空気流路の夫々に設けられた弁の内の特定の一つの弁のみを開いた状態で前記ブロアを基準出力で動作させて、そのときに前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が基準流量よりも多い方に第1設定値以内であり且つ少ない方に第2設定値以内であれば、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに異常が発生していないと判定し、前記基準流量よりも多い方に前記第1設定値以内になく且つ少ない方に前記第2設定値以内になければ当該エアフィルタに異常が発生していると判定することを、複数の前記弁のそれぞれを順に開いた状態にして行う請求項1に記載の燃料電池システム。The blower is operated at the reference output with only one specific valve among the valves provided in each of the plurality of individual air flow paths open, and the unit time measured by the flow meter at that time. If the flow rate of air per hit is within the first set value when the flow rate is higher than the reference flow rate and within the second set value when the flow rate is lower than the reference flow rate, it is provided in the same individual air flow path as the valve in the open state. It is determined that no abnormality has occurred in the air filter, and if the flow rate is greater than the reference flow rate and is not within the first set value and less than the second set value, the air filter is abnormal. The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination of occurrence is performed with each of the plurality of the valves opened in order.
複数の前記個別空気流路の夫々に設けられた弁の内の特定の一つの弁のみを開いた状態で前記ブロアを前記基準出力で動作させて、そのときに前記流量計で測定される単位時間当たりの空気の流量が前記基準流量よりも前記第1設定値を超えて多ければ、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに、通気量が多くなる破れ異常が発生していると判定し、前記基準流量よりも前記第2設定値を超えて少なければ、開いた状態にある弁と同じ前記個別空気流路に設けられている前記エアフィルタに、通気量が少なくなる詰まり異常が発生していると判定する請求項2に記載の燃料電池システム。A unit measured by the flow meter when the blower is operated at the reference output with only one specific valve among the valves provided in each of the plurality of individual air flow paths open. If the flow rate of air per hour is larger than the reference flow rate by more than the first set value, the air filter provided in the same individual air flow path as the valve in the open state has a large amount of airflow. If it is determined that a tear abnormality has occurred and the flow rate is less than the reference flow rate by more than the second set value, the air filter provided in the same individual air flow path as the valve in the open state is used. The fuel cell system according to claim 2, wherein it is determined that a clogging abnormality in which the air flow rate is reduced has occurred.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017175059A JP6925209B2 (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017175059A JP6925209B2 (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Fuel cell system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019053828A JP2019053828A (en) | 2019-04-04 |
| JP6925209B2 true JP6925209B2 (en) | 2021-08-25 |
Family
ID=66013527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017175059A Active JP6925209B2 (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6925209B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021096966A (en) * | 2019-12-18 | 2021-06-24 | 大阪瓦斯株式会社 | Abnormality determination system and fuel cell device |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2596339Y2 (en) * | 1993-05-15 | 1999-06-14 | 株式会社堀場製作所 | Gas analyzer sampling equipment |
| JP4072135B2 (en) * | 2004-05-10 | 2008-04-09 | 松下電工株式会社 | Cleaning water cleaning system for cleaning equipment |
| JP2007299582A (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2010176946A (en) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Kyocera Corp | Fuel battery device |
| JP5727703B2 (en) * | 2010-01-27 | 2015-06-03 | 株式会社ダイヘン | Fluid supply device and fuel cell system provided with fluid supply device |
| JP5621423B2 (en) * | 2010-09-07 | 2014-11-12 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
| JP5786521B2 (en) * | 2011-07-27 | 2015-09-30 | アイシン精機株式会社 | Fuel cell system |
-
2017
- 2017-09-12 JP JP2017175059A patent/JP6925209B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019053828A (en) | 2019-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6376184B2 (en) | Fuel cell system and vehicle | |
| JP2004022487A (en) | Fuel cell system | |
| JP6237584B2 (en) | Fuel cell system and air system abnormality determination method | |
| CN101416341A (en) | Fuel cell operating system and antifreezing method for valves in the fuel cell operating system | |
| WO2005119823A1 (en) | Failure diagnosis device for exhaust valves | |
| JP6925209B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP3905748B2 (en) | Operation method of fuel cell power generation system and fuel cell power generation system | |
| JP4908851B2 (en) | Fuel cell and operation method thereof | |
| JP5110415B2 (en) | Fuel cell system and gas leak detection method | |
| JP2003331889A (en) | Fuel cell system | |
| CN100527508C (en) | Fuel cell system and liquid discharging method for the same | |
| JP5804045B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell system | |
| JP4786438B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP5644406B2 (en) | Fuel cell system | |
| US8722218B2 (en) | Diagnostic to determine a valve/line freeze-up or failure in a fuel cell bleed manifold unit | |
| JP2004039322A (en) | Fuel cell system | |
| CN101111961B (en) | Fuel cell power generation system, operation method of fuel cell power generation system | |
| JP3854117B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP4630040B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP4737951B2 (en) | Fuel cell and operation method thereof | |
| JP2004355944A (en) | Fuel cell purging device | |
| CN213988958U (en) | Shunting device of fuel cell stack | |
| JP7370462B2 (en) | How to operate a fuel cell system, controller | |
| JP4735816B2 (en) | Fuel cell system | |
| CN119422263A (en) | Fuel cell operation method for regeneration of cathode catalyst |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200414 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210324 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210406 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210603 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210706 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210803 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6925209 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |