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JP2010086917A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2010086917A
JP2010086917A JP2008257769A JP2008257769A JP2010086917A JP 2010086917 A JP2010086917 A JP 2010086917A JP 2008257769 A JP2008257769 A JP 2008257769A JP 2008257769 A JP2008257769 A JP 2008257769A JP 2010086917 A JP2010086917 A JP 2010086917A
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JP
Japan
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fuel cell
abnormality
cell system
water
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008257769A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Kato
芳樹 加藤
Takayuki Watanabe
崇之 渡邉
Masashi Fujii
正史 藤井
Tadao Negishi
忠夫 根岸
Yasuki Tadokoro
康樹 田所
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of achieving power saving of maintenance while rapid stopping is carried out in the case abnormality occurs. <P>SOLUTION: The fuel cell system 10 has a reformer 20 to form a reformed gas g containing hydrogen, and a fuel cell 30 to introduce the reformed gas g and generate electric power, and includes an abnormality detecting means for detecting abnormality of the fuel cell system 10, and a control device 36 to stop the fuel cell system 10 when abnormality is detected, and to restart the fuel cell system 10 when the detected abnormality is one related to a prescribed minor fault. When abnormality is eliminated by restarting, maintenance can be eliminated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池システムに関し、特に異常が生じた場合には迅速に停止する一方で、メンテナンスの省力化を図ることができる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that can be quickly stopped when an abnormality occurs and can save labor for maintenance.

水素と酸素とを使用して、これらの電気化学的反応により発電する燃料電池は、環境に優しい発電装置として注目されている。燃料電池は発電に水素を必要とするが、水素自体を供給するインフラが普及していないことから入手が比較的困難であるため、都市ガスや灯油等の原料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器を燃料電池に併設した燃料電池システムを構築することが多い。燃料電池システムの運転中に燃料電池システムで異常が発生した場合は、一般に燃料電池システムの運転を停止して異常の原因を究明すべく点検が行われる。このような事情の下、メンテナンス作業を最小限に抑えることを意図したものとして、燃料ガス製造システム(改質器に相当)で異常が発生した際に、燃料ガス製造システムの各種異常状態を検出し、検出された異常状態が予め設定されている複数の停止処理パターンの中のいずれの停止処理パターンに属するかの判断をし、判断された停止処理パターンに従った適切な停止処理を施すことで、次回の立ち上げが可能な適切な停止処理を行った際にはメンテナンス作業を削減することができる燃料ガス製造装置の異常停止方法がある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−251603号公報(段落0039−0065等)
A fuel cell that uses hydrogen and oxygen to generate electric power through these electrochemical reactions has attracted attention as an environmentally friendly power generator. Fuel cells require hydrogen for power generation, but they are relatively difficult to obtain because the infrastructure for supplying hydrogen itself is not widespread. In many cases, a fuel cell system in which a reformer that generates reformed gas is provided in the fuel cell is constructed. When an abnormality occurs in the fuel cell system during operation of the fuel cell system, in general, inspection is performed in order to investigate the cause of the abnormality by stopping the operation of the fuel cell system. Under these circumstances, various abnormal conditions of the fuel gas production system are detected when an abnormality occurs in the fuel gas production system (equivalent to a reformer), which is intended to minimize maintenance work. And determining which stop processing pattern of the plurality of preset stop processing patterns the detected abnormal state belongs to, and performing appropriate stop processing according to the determined stop processing pattern Thus, there is an abnormal stopping method for a fuel gas production apparatus that can reduce maintenance work when an appropriate stopping process that can be started up next time is performed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-251603 A (paragraphs 0039-0065, etc.)

しかしながら、上述の異常停止方法は、検出された異常状態がいずれの停止処理パターンに属するかを複数の停止処理パターンの中から判断するため、判断に時間がかかることとなっていた。異常を検出する対象が上述の異常停止方法のように燃料ガス製造装置(改質器)のみである場合は複数の停止処理パターンも多くならずに判断に要する時間の短縮化を図ることができたとしても、異常を検出する対象を改質器と燃料電池とを備える燃料電池システムにまで拡張した場合は検出される異常の内容が多岐にわたるため判断に相当の時間を要することとなって迅速な処理が難しかった。   However, the above-described abnormal stop method requires a long time for determination because it determines which stop processing pattern the detected abnormal state belongs to from among a plurality of stop processing patterns. When the target for detecting an abnormality is only the fuel gas production device (reformer) as in the above-described abnormal stopping method, the number of stop processing patterns is not increased, and the time required for determination can be shortened. Even if the target for detecting an abnormality is extended to a fuel cell system including a reformer and a fuel cell, the contents of the detected abnormality are so diverse that a considerable amount of time is required for judgment. It was difficult to process.

本発明は上述の課題に鑑み、異常が生じた場合には迅速に停止する一方で、メンテナンスの省力化を図ることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can be quickly stopped when an abnormality occurs and can save labor for maintenance.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、水素を含有する改質ガスgを生成する改質器20と、改質ガスgを導入して発電する燃料電池30とを有する燃料電池システム10であって;燃料電池システム10の異常を検出する異常検出手段と;前記異常が検出されたときに燃料電池システム10を停止する(例えば図4におけるS3)と共に、検出された前記異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常である場合に燃料電池システム10を再起動する(例えば図4におけるS8)制御装置36とを備える。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a reformer 20 that generates a reformed gas g containing hydrogen, a reformed gas, as shown in FIG. a fuel cell system 10 having a fuel cell 30 for generating power by introducing g; an abnormality detecting means for detecting an abnormality of the fuel cell system 10; and stopping the fuel cell system 10 when the abnormality is detected (For example, S3 in FIG. 4) and a control device 36 that restarts the fuel cell system 10 (for example, S8 in FIG. 4) when the detected abnormality is an abnormality relating to a predetermined minor failure.

このように構成すると、異常が検出されたときにその異常が軽故障に関する異常であるか否かにかかわらず燃料電池システムを停止するので安全性が向上する。また、検出された異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常である場合に燃料電池システムを再起動するので、再起動によって異常が解消された場合にはメンテナンスを省略することができ、異常が解消されない場合には再び停止することとなって安全性が向上する。   With this configuration, when an abnormality is detected, the fuel cell system is stopped regardless of whether the abnormality is an abnormality related to a minor failure, so that safety is improved. In addition, since the fuel cell system is restarted when the detected abnormality is related to a predetermined minor failure, maintenance can be omitted if the abnormality is resolved by the restart, and the abnormality is resolved. If not, it will stop again, improving safety.

また、本発明の第2の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様に係る燃料電池システム10において、軽故障に関する異常が、改質器20内の所定の範囲内の温度分布に関する異常、燃料電池30を冷却する冷却水cに関する異常、燃料電池30で発電された電力の値に関する異常のうちの少なくとも1つを含むように定められている。   Moreover, when the fuel cell system according to the second aspect of the present invention is shown with reference to FIG. 1, for example, in the fuel cell system 10 according to the first aspect of the present invention, an abnormality related to a minor failure is It is determined so as to include at least one of an abnormality relating to a temperature distribution within a predetermined range in the vessel 20, an abnormality relating to the cooling water c that cools the fuel cell 30, and an abnormality relating to the value of the electric power generated by the fuel cell 30. ing.

このように構成すると、燃料電池システムの広範囲にわたって異常を検出しつつ再起動によって異常が解消された場合にはメンテナンスを省略することができる。   If comprised in this way, a maintenance can be abbreviate | omitted when abnormality is eliminated by restarting, detecting abnormality over the wide range of a fuel cell system.

また、本発明の第3の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1及び図2に示すように、上記本発明の第1の態様又は第2の態様に係る燃料電池システム10において、燃料電池30で発電された直流電力を交流電力に変換して電力負荷に送電するパワーコンディショナ34であって、商用電源99と連系するパワーコンディショナ34を備え;異常検出手段が、軽故障に関する異常を検出する、改質器20におけるバーナー25b(図2参照)の失火を検出する失火検出手段125(図2参照)と、パワーコンディショナ34に通電する電流の過電流を検出する過電流検出器30Eとを有する。   Further, the fuel cell system according to the third aspect of the present invention is the same as that shown in FIGS. 1 and 2, for example, in the fuel cell system 10 according to the first aspect or the second aspect of the present invention. A power conditioner 34 that converts the DC power generated at 30 into AC power and transmits it to the power load, comprising a power conditioner 34 that is linked to the commercial power supply 99; A misfire detecting means 125 (see FIG. 2) for detecting misfire of the burner 25b (see FIG. 2) in the reformer 20, and an overcurrent detector for detecting an overcurrent of the current applied to the power conditioner 34. 30E.

このように構成すると、燃料電池システムの広範囲にわたって異常を検出しつつ再起動によって異常が解消された場合にはメンテナンスを省略することができる。   If comprised in this way, a maintenance can be abbreviate | omitted when abnormality is eliminated by restarting, detecting abnormality over the wide range of a fuel cell system.

また、本発明の第4の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つの態様に係る燃料電池システム10において、制御装置36が、異常検出手段が同一内容の軽故障に関する異常を第1の所定の期間に第1の所定の回数検出したときに、燃料電池システム10の再起動を行わないように構成されている。   The fuel cell system according to the fourth aspect of the present invention is, for example, referring to FIG. 1, and the fuel cell system according to any one of the first to third aspects of the present invention. 10, the control device 36 does not restart the fuel cell system 10 when the abnormality detection unit detects an abnormality relating to a minor failure having the same content in the first predetermined period. It is configured.

このように構成すると、再起動によっても解消し得ない同一内容の異常が生じたと推定して、異常の内容を確実に把握することができる。   If comprised in this way, it can estimate that the abnormality of the same content which cannot be eliminated by restarting has arisen, and can grasp | ascertain the content of abnormality reliably.

また、本発明の第5の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つの態様に係る燃料電池システム10において、制御装置36が、異常検出手段が同一内容の軽故障に関する異常を所定の回数連続して検出したときに、燃料電池システム10の再起動を行わないように構成されている。   Further, the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, for example, referring to FIG. 1, shows the fuel cell system according to any one of the first to third aspects of the present invention. 10, the control device 36 is configured not to restart the fuel cell system 10 when the abnormality detecting means continuously detects an abnormality relating to a minor failure having the same content for a predetermined number of times.

このように構成すると、再起動によっても解消し得ない同一内容の異常が生じたと推定して、異常の内容を確実に把握することができる。   If comprised in this way, it can estimate that the abnormality of the same content which cannot be eliminated by restarting has arisen, and can grasp | ascertain the content of abnormality reliably.

また、本発明の第6の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様乃至第5の態様のいずれか1つの態様に係る燃料電池システム10において、制御装置36が、異常検出手段が軽故障に関する異常を第2の所定の期間に第2の所定の回数検出したときに、燃料電池システム10の再起動を行わないように構成されている。   In addition, the fuel cell system according to the sixth aspect of the present invention is, for example, referring to FIG. 1, and the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects of the present invention described above. 10, the control device 36 is configured not to restart the fuel cell system 10 when the abnormality detection means detects an abnormality relating to a minor failure for a second predetermined number of times during a second predetermined period. Yes.

このように構成すると、再起動によっても解消し得ない異常が燃料電池システム内に生じたと推定して、異常の内容を点検することができる。   If comprised in this way, it can estimate that the abnormality which cannot be eliminated even by restarting has arisen in the fuel cell system, and can check the content of the abnormality.

また、本発明の第7の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1及び図4を参照して示すと、上記本発明の第4の態様乃至第6の態様のいずれか1つの態様に係る燃料電池システム10において、制御装置36が、異常検出手段が軽故障に関する異常以外の異常を検出したとき(図4におけるS4でNo)又は燃料電池システム10の再起動を行わない制御をしたときに警報に関する信号を出力する(図4におけるS9)ように構成されている。   In addition, the fuel cell system according to the seventh aspect of the present invention relates to any one of the fourth to sixth aspects of the present invention described above with reference to FIGS. 1 and 4, for example. In the fuel cell system 10, when the control device 36 detects an abnormality other than an abnormality related to a minor failure (No in S4 in FIG. 4) or when the control is performed so that the fuel cell system 10 is not restarted. It is configured to output a signal related to an alarm (S9 in FIG. 4).

このように構成すると、再起動によっても解消し得ない異常が生じたことを迅速にユーザーに知らせることができる。   With this configuration, it is possible to promptly notify the user that an abnormality that cannot be resolved by restarting has occurred.

本発明によれば、異常が検出されたときにその異常が軽故障に関する異常であるか否かにかかわらず燃料電池システムを停止するので安全性が向上する。また、検出された異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常である場合に燃料電池システムを再起動するので、再起動によって異常が解消された場合にはメンテナンスを省略することができ、異常が解消されない場合には再び停止することとなって安全性が向上することとなる。   According to the present invention, when an abnormality is detected, the fuel cell system is stopped regardless of whether the abnormality is an abnormality related to a minor failure, so that safety is improved. In addition, since the fuel cell system is restarted when the detected abnormality is related to a predetermined minor failure, maintenance can be omitted if the abnormality is resolved by the restart, and the abnormality is resolved. If not, it will stop again and safety will be improved.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.

まず図1を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム10の構成について説明する。図1は、燃料電池システム10の模式的系統図である。燃料電池システム10は、水素に富む改質ガスgを生成する改質器20と、燃焼用空気供給手段としての空気ブロワ29と、水素と酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池30と、発電電力調節手段としてのパワーコンディショナ34と、燃料電池システム10を制御する制御装置36とを備えている。また、燃料電池システム10は、燃料電池30で発電した電力が余るときに余剰電力を消費する電力消費負荷としての電気ヒータ13と、燃料電池30で発生した熱及び電気ヒータ13で発生した熱を蓄える蓄熱槽としての貯湯槽80とを備えている。   First, the configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic system diagram of the fuel cell system 10. The fuel cell system 10 includes a reformer 20 that generates a reformed gas g rich in hydrogen, an air blower 29 as combustion air supply means, and a fuel cell 30 that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. , A power conditioner 34 as a generated power adjusting means and a control device 36 for controlling the fuel cell system 10 are provided. The fuel cell system 10 also includes an electric heater 13 as a power consuming load that consumes surplus power when the electric power generated by the fuel cell 30 is surplus, the heat generated in the fuel cell 30, and the heat generated in the electric heater 13. It has a hot water storage tank 80 as a heat storage tank for storing.

改質器20は、原料m1と改質用水sとを導入し水蒸気改質反応により水素に富む改質ガスgを生成する機器である。原料m1は、典型的には、メタン、エタン等の鎖式炭化水素(天然ガスも含む)、あるいはメタノール、石油製品(灯油、ガソリン、ナフサ、LPG等)等の炭化水素を主成分とする混合物等を気化させた炭化水素系の燃料であり、加熱用の燃焼に適するものが用いられる。改質用水sは水蒸気であってもよい。また、水素に富む改質ガスgとは、水素を主成分とするガスであり、水素を40体積%以上、典型的には70〜80体積%程度含んだ、燃料電池30に供給するガスである。改質ガスg中の水素濃度は80体積%以上でもよく、すなわち燃料電池30に供給したときに酸化剤ガスt中の酸素との電気化学的反応により発電可能な濃度であればよい。   The reformer 20 is a device that introduces the raw material m1 and the reforming water s and generates a reformed gas g rich in hydrogen by a steam reforming reaction. The raw material m1 is typically a chain hydrocarbon (including natural gas) such as methane or ethane, or a mixture mainly composed of hydrocarbons such as methanol and petroleum products (kerosene, gasoline, naphtha, LPG, etc.) A hydrocarbon-based fuel obtained by vaporizing the gas and the like, which is suitable for combustion for heating, is used. The reforming water s may be steam. The reformed gas g rich in hydrogen is a gas containing hydrogen as a main component, and is a gas supplied to the fuel cell 30 containing hydrogen in an amount of 40% by volume or more, typically about 70 to 80% by volume. is there. The hydrogen concentration in the reformed gas g may be 80% by volume or more, that is, any concentration that can generate power by an electrochemical reaction with oxygen in the oxidant gas t when supplied to the fuel cell 30.

ここで図2を参照して、改質器20の構成をより詳細に説明する。図2は、改質器20の模式的縦断面図である。改質器20は、改質部21と、変成部22と、選択酸化部23と、改質用水導入管24と、燃焼部25とを有している。改質部21と、変成部22と、選択酸化部23と、改質用水導入管24とは連通しており、相互に内部の圧力変動の影響を受けるが、これらと燃焼部25とは連通を遮断することができるように構成されている。   Here, with reference to FIG. 2, the structure of the reformer 20 is demonstrated in detail. FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the reformer 20. The reformer 20 includes a reforming unit 21, a shift conversion unit 22, a selective oxidation unit 23, a reforming water introduction pipe 24, and a combustion unit 25. The reforming unit 21, the shift conversion unit 22, the selective oxidation unit 23, and the reforming water introduction pipe 24 are in communication with each other and are influenced by internal pressure fluctuations. It is comprised so that it can interrupt | block.

改質部21は、原料m1と水蒸気となった改質用水svとを導入し、水蒸気改質反応により、原料m1を準改質ガスr1に改質する。準改質ガスr1には、典型的には、水素が70体積%程度含まれており、一酸化炭素が10体積%程度含まれている。改質部21には改質触媒21cが充填されており、水蒸気改質反応を促進させるように構成されている。改質触媒21cは、典型的には、ニッケル系改質触媒やルテニウム系改質触媒が用いられる。また、改質部21には、内部の温度を検出する改質部温度センサ121が配設されている。改質部温度センサ121は、典型的には改質触媒21cの下流側に配設されている。また、改質部21で生成された準改質ガスr1が変成部22に送られるように、改質部21は、改質触媒21cより下流側で変成部22と接続されている。以下の説明において「接続され」とは、流路等を介して接続される場合も含む。   The reforming unit 21 introduces the raw material m1 and the reforming water sv that has become steam, and reforms the raw material m1 into a semi-reformed gas r1 by a steam reforming reaction. The semi-reformed gas r1 typically contains about 70% by volume of hydrogen and about 10% by volume of carbon monoxide. The reforming unit 21 is filled with a reforming catalyst 21c and is configured to promote a steam reforming reaction. Typically, a nickel-based reforming catalyst or a ruthenium-based reforming catalyst is used as the reforming catalyst 21c. The reforming unit 21 is provided with a reforming unit temperature sensor 121 that detects the internal temperature. The reforming part temperature sensor 121 is typically disposed on the downstream side of the reforming catalyst 21c. Further, the reforming unit 21 is connected to the shift unit 22 on the downstream side of the reforming catalyst 21c so that the semi-reformed gas r1 generated in the reforming unit 21 is sent to the shift unit 22. In the following description, “connected” includes the case of being connected via a flow path or the like.

変成部22は、改質部21から準改質ガスr1を導入し、準改質ガスr1に含まれる一酸化炭素を、同じく準改質ガスr1に含まれる水分と変成反応させて、二酸化炭素と水素とを生成することにより準改質ガスr1から一酸化炭素濃度が低減した変成ガスr2を生成する。変成反応は発熱反応である。変成部22には、変成触媒22cが充填されており、変成反応を促進させるように構成されている。変成触媒22cは、典型的には、鉄−クロム系変成触媒、銅−亜鉛系変成触媒、白金系変成触媒等が用いられる。変成部22で生成される変成ガスr2は、一酸化炭素濃度が5000〜10000ppm程度に低減されている。また、変成部22には、内部の温度を検出する変成部温度センサ122が配設されている。変成部温度センサ122は、典型的には変成触媒22cの下流側に配設されている。変成部22は、変成部22で生成された変成ガスr2が選択酸化部23に送られるように、変成触媒22cより下流側で選択酸化部23と接続されている。   The shift converter 22 introduces the semi-reformed gas r1 from the reformer 21, and causes the carbon monoxide contained in the semi-reformed gas r1 to undergo a shift reaction with the water contained in the semi-reformed gas r1, thereby producing carbon dioxide. And hydrogen are generated from the semi-reformed gas r1 to produce a modified gas r2 having a reduced carbon monoxide concentration. The modification reaction is an exothermic reaction. The shift unit 22 is filled with a shift catalyst 22c, and is configured to promote the shift reaction. Typically, the shift catalyst 22c is an iron-chromium shift catalyst, a copper-zinc shift catalyst, a platinum shift catalyst, or the like. The modified gas r2 generated in the shift unit 22 has a carbon monoxide concentration reduced to about 5000 to 10000 ppm. Further, the transformation unit 22 is provided with a transformation unit temperature sensor 122 that detects the internal temperature. The shift portion temperature sensor 122 is typically disposed on the downstream side of the shift catalyst 22c. The shift unit 22 is connected to the selective oxidation unit 23 on the downstream side of the shift catalyst 22c so that the shift gas r2 generated in the shift unit 22 is sent to the selective oxidation unit 23.

選択酸化部23は、変成部22から変成ガスr2を導入し、系外から空気a1(以下「選択酸化空気a1」という。)を導入することにより酸素を導入して、変成ガスr2中に残存した一酸化炭素と導入した酸素との選択酸化反応により、変成ガスr2からさらに一酸化炭素濃度が低減した改質ガスgを生成する。選択酸化反応は発熱反応である。選択酸化部23には、選択酸化触媒23cが充填されている。選択酸化触媒23cは、典型的には、白金系選択酸化触媒、ルテニウム系選択酸化触媒、白金−ルテニウム系選択酸化触媒等が用いられる。選択酸化触媒23cより上流側の選択酸化部23には、選択酸化空気a1を導入するための選択酸化空気管69(図1では省略している)が接続されている。選択酸化空気管69には選択酸化部23への選択酸化空気a1の導入を遮断する選択酸化空気電磁弁27と、管内を流れる選択酸化空気a1の流量を検出する流量計169とが配設されている。また、選択酸化部23には、内部の温度を検出する選択酸化部温度センサ123が配設されている。選択酸化部温度センサ123は、典型的には選択酸化触媒23cの下流側に配設されている。選択酸化部23で生成される改質ガスgは、前述のように、水素を40%以上、典型的には75%程度含むガスである。改質ガスg中の一酸化炭素濃度は、およそ10ppm以下程度である。選択酸化触媒23cより下流側の選択酸化部23には、改質ガスgを導出する改質ガス管51が接続されている。   The selective oxidation unit 23 introduces the transformation gas r2 from the transformation unit 22, introduces oxygen by introducing air a1 (hereinafter referred to as “selective oxidation air a1”) from the outside of the system, and remains in the transformation gas r2. By the selective oxidation reaction between the carbon monoxide thus introduced and the introduced oxygen, a reformed gas g having a further reduced carbon monoxide concentration is generated from the modified gas r2. The selective oxidation reaction is an exothermic reaction. The selective oxidation unit 23 is filled with a selective oxidation catalyst 23c. Typically, a platinum-based selective oxidation catalyst, a ruthenium-based selective oxidation catalyst, a platinum-ruthenium-based selective oxidation catalyst, or the like is used as the selective oxidation catalyst 23c. A selective oxidation air pipe 69 (not shown in FIG. 1) for introducing the selective oxidation air a1 is connected to the selective oxidation unit 23 upstream of the selective oxidation catalyst 23c. The selective oxidation air pipe 69 is provided with a selective oxidation air electromagnetic valve 27 for blocking the introduction of the selective oxidation air a1 to the selective oxidation unit 23 and a flow meter 169 for detecting the flow rate of the selective oxidation air a1 flowing in the pipe. ing. The selective oxidation unit 23 is provided with a selective oxidation unit temperature sensor 123 that detects the internal temperature. The selective oxidation unit temperature sensor 123 is typically disposed on the downstream side of the selective oxidation catalyst 23c. As described above, the reformed gas g generated in the selective oxidation unit 23 is a gas containing hydrogen of 40% or more, typically about 75%. The carbon monoxide concentration in the reformed gas g is about 10 ppm or less. A reformed gas pipe 51 for leading the reformed gas g is connected to the selective oxidation unit 23 on the downstream side of the selective oxidation catalyst 23c.

改質用水管24は、変成部22及び選択酸化部23に隣接すると共に、改質部21にも隣接して配設されている。変成部22及び選択酸化部23に隣接するとは、変成部22及び選択酸化部23における反応で発生した熱を、改質用水管24内を流れる改質用水sが受熱する程度に近いことである。このときの受熱量は、液体の改質用水sが改質部21に流入する前に気体の改質用水(水蒸気sv)になる程度であることが好ましい。また、改質用水管24は、改質部21からも受熱できるように配設されている。改質用水管24を流れる改質用水sが改質部21に流入する前に気化するのに十分な熱を受けられない場合は燃焼部25から受熱できるように燃焼部25内あるいは燃焼部25近傍にも改質用水管24が配設されるようにするとよい。   The reforming water pipe 24 is disposed adjacent to the reforming unit 21 and adjacent to the transformation unit 22 and the selective oxidation unit 23. Adjacent to the shift unit 22 and the selective oxidation unit 23 is that the heat generated by the reaction in the shift unit 22 and the selective oxidation unit 23 is close to the extent that the reforming water s flowing in the reforming water pipe 24 receives heat. . The amount of heat received at this time is preferably such that the liquid reforming water s becomes gaseous reforming water (steam sv) before flowing into the reforming unit 21. Further, the reforming water pipe 24 is disposed so as to receive heat from the reforming unit 21. If the reforming water s flowing through the reforming water pipe 24 cannot receive sufficient heat to evaporate before flowing into the reforming unit 21, the combustion water 25 can be received in the combustion unit 25 or the combustion unit 25. The reforming water pipe 24 may be disposed in the vicinity.

燃焼部25は、典型的には、バーナー25bを有しており、燃焼に用いられる燃料と、燃焼用空気a2とを導入し、燃焼に用いられる燃料を燃焼させて改質熱を発生する。燃焼に用いられる燃料は、例えば、燃焼用燃料m2(典型的には改質部21に供給される原料m1と同じもので用途に応じて呼称を変えている)、アノードオフガスライン52を介して導入されるアノードオフガスp、及び改質ガスgのうちの1種類あるいは2種類以上が用いられる。アノードオフガスpとは、燃料電池30(図1参照)から排出されるガスであって燃料電池30(図1参照)における電気化学反応に使われなかった水素を含んでいるガスである。燃焼部25は、改質に利用する熱を改質部21に与えることができる程度に改質部21の近くに配設されており、好ましくは改質部21をその中央に空間が形成されるように竹輪状に形成した上で中央の空間内に配設されるようにすると、効果的に改質部21に改質熱を伝えることができる。燃焼部25には、バーナー25bが点火しない「不着火」や、燃焼中の炎が意図せずに消える「失火」を検出することができる火炎検出器125が設けられている。火炎検出器125は、典型的にはフレームロッドや失火検出手段としての温度センサから構成されている。   The combustion unit 25 typically has a burner 25b, introduces fuel used for combustion and combustion air a2, and burns the fuel used for combustion to generate reforming heat. The fuel used for the combustion is, for example, via a fuel for combustion m2 (typically the same as the raw material m1 supplied to the reforming unit 21 and the name is changed according to the application), and the anode off-gas line 52. One kind or two or more kinds of the introduced anode off gas p and the reformed gas g are used. The anode off gas p is a gas that is discharged from the fuel cell 30 (see FIG. 1) and contains hydrogen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell 30 (see FIG. 1). The combustion unit 25 is disposed close to the reforming unit 21 to such an extent that heat used for reforming can be given to the reforming unit 21, and preferably a space is formed in the center of the reforming unit 21. Thus, when it is formed in a bamboo ring shape and disposed in the central space, the reforming heat can be effectively transmitted to the reforming section 21. The combustion unit 25 is provided with a flame detector 125 that can detect “non-ignition” in which the burner 25 b does not ignite and “misfire” in which the flame during combustion disappears unintentionally. The flame detector 125 is typically composed of a frame rod and a temperature sensor as misfire detection means.

再び図1を参照して説明を続ける。改質器20内の改質部21(図2参照)には、原料m1を導入するための原料管55が接続されている。原料管55には、原料弁65が設けられている。原料弁65よりも下流側の原料管55には、管内圧力を検出する圧力計155Pと、管内流量を検出する流量計155Fとが配設されている。改質器20内の改質用水管24(図2参照)には、改質用水sを導入するための改質用水管96Sが接続されている。改質用水管96Sには、改質用水sの流れを遮断する改質用水弁67と、改質用水sを圧送する改質用水ポンプ26とが配設されている。改質用水ポンプ26よりも下流側の改質用水管96Sには、管内圧力を検出する圧力計196が配設されている。改質器20内の選択酸化部23(図2参照)には、上述のように改質ガスgを導出する改質ガス管51が接続されている。改質器20内の燃焼部25には、アノードオフガスp及び改質ガスgを導入可能なアノードオフガス管52と、燃焼用燃料m2を導入する燃焼燃料管56と、燃焼用空気a2を導入する燃焼空気管58とが接続されている。燃焼燃料管56には、燃焼燃料弁66が設けられている。燃焼燃料弁66よりも下流側の燃焼燃料管56には、管内流量を検出する流量計156が配設されている。燃焼空気管58には、管内流量を検出する流量計158が配設されている。また、燃焼部25には、バーナー25b(図2参照)で燃焼した後の排ガスeを排出する排ガス管59が接続されている。   The description will be continued with reference to FIG. A reformer 21 in the reformer 20 (see FIG. 2) is connected to a raw material pipe 55 for introducing the raw material m1. A raw material valve 65 is provided in the raw material pipe 55. A pressure gauge 155P for detecting the pressure in the pipe and a flow meter 155F for detecting the flow rate in the pipe are disposed in the raw material pipe 55 on the downstream side of the raw material valve 65. A reforming water pipe 96S for introducing the reforming water s is connected to the reforming water pipe 24 (see FIG. 2) in the reformer 20. The reforming water pipe 96S is provided with a reforming water valve 67 that blocks the flow of the reforming water s and a reforming water pump 26 that pumps the reforming water s. A pressure gauge 196 for detecting the pressure in the pipe is disposed in the reforming water pipe 96S downstream of the reforming water pump 26. The selective oxidation unit 23 (see FIG. 2) in the reformer 20 is connected to the reformed gas pipe 51 for deriving the reformed gas g as described above. An anode offgas pipe 52 capable of introducing the anode offgas p and the reformed gas g, a combustion fuel pipe 56 for introducing the combustion fuel m2, and combustion air a2 are introduced into the combustion section 25 in the reformer 20. A combustion air pipe 58 is connected. The combustion fuel pipe 56 is provided with a combustion fuel valve 66. A flow meter 156 for detecting the flow rate in the pipe is disposed in the combustion fuel pipe 56 downstream of the combustion fuel valve 66. The combustion air pipe 58 is provided with a flow meter 158 for detecting the flow rate in the pipe. Further, an exhaust gas pipe 59 for discharging the exhaust gas e after being burned by the burner 25b (see FIG. 2) is connected to the combustion unit 25.

原料管55と燃焼燃料管56とは、原料m1と燃焼用燃料m2とに分流する前の燃料mを流す1本の燃料管57が分岐したものである。燃料管57には、気体の燃料mを送る燃料ブロワ28が配設されている。燃料ブロワ28は、典型的にはインバータにより回転数(rpm)を調節することができ、これにより燃料mの流量を増減することができるように構成されている。なお、燃料mが液体の場合は燃料ブロワ28に代えて燃料ポンプが配設されるが、本実施の形態では燃料ブロワ28として説明する。また、燃料管57には、改質器20に導入される燃料mの流量の変動を検出することができるメータ15と、燃料管57内を流れる燃料mの圧力を検出する圧力計157とが配設されている。   The raw material pipe 55 and the combustion fuel pipe 56 are branched from one fuel pipe 57 through which the fuel m before being divided into the raw material m1 and the combustion fuel m2 flows. A fuel blower 28 that sends gaseous fuel m is disposed in the fuel pipe 57. The fuel blower 28 is typically configured such that the rotational speed (rpm) can be adjusted by an inverter, whereby the flow rate of the fuel m can be increased or decreased. When the fuel m is liquid, a fuel pump is provided in place of the fuel blower 28. In the present embodiment, the fuel blower 28 will be described. The fuel pipe 57 includes a meter 15 that can detect a change in the flow rate of the fuel m introduced into the reformer 20 and a pressure gauge 157 that detects the pressure of the fuel m flowing in the fuel pipe 57. It is arranged.

燃料電池30は、典型的には固体高分子形燃料電池である。燃料電池30は、改質ガスgを導入するアノード31と、酸化剤ガスtを導入するカソード32と、電気化学的反応により発生した熱を奪う冷却部33とを含んで構成されている。カソード32に導入される酸化剤ガスtは、典型的には空気である。燃料電池30は、図では簡易的に示されているが、実際には、固体高分子膜をアノード31とカソード32とで挟んで単一のセルが形成され、このセルを冷却部33を介し複数枚積層して構成されている。燃料電池30では、アノード31に供給された改質ガスg中の水素が水素イオンと電子とに分解し、水素イオンが固体高分子膜を通過してカソード32に移動すると共に電子がアノード31とカソード32とを結ぶ導線を通ってカソード32に移動して、カソード32に供給された酸化剤ガスt中の酸素と反応して水を生成し、この反応の際に発熱する。この反応における、電子が導線を通ることにより、直流の電力を取り出すことができる。燃料電池30は、複数のセルが筐体(不図示)に収容されている。筐体(不図示)の内部には、可燃性ガス(改質ガスg、アノードオフガスp)の漏洩を検出するガス検出器138と、筐体内の温度を検出する温度計139とが設けられている。また、燃料電池30は、出力ケーブル41を介してパワーコンディショナ34と電気的に接続されている。燃料電池30には、電気化学的反応によって発電された電力の出力電圧及び出力電流をそれぞれ検出する出力計30Eが接続されている。出力計30Eは、過電流を検出する過電流検出器としても機能する。   The fuel cell 30 is typically a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 30 includes an anode 31 that introduces a reformed gas g, a cathode 32 that introduces an oxidant gas t, and a cooling unit 33 that removes heat generated by an electrochemical reaction. The oxidant gas t introduced to the cathode 32 is typically air. Although the fuel cell 30 is shown in a simplified manner in the figure, in practice, a single cell is formed by sandwiching a solid polymer membrane between an anode 31 and a cathode 32, and this cell is interposed via a cooling unit 33. A plurality of layers are laminated. In the fuel cell 30, hydrogen in the reformed gas g supplied to the anode 31 is decomposed into hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions pass through the solid polymer film and move to the cathode 32, and the electrons move to the anode 31. It moves to the cathode 32 through a conducting wire connecting to the cathode 32, reacts with oxygen in the oxidant gas t supplied to the cathode 32 to generate water, and generates heat during this reaction. In this reaction, the direct current can be taken out by passing electrons through the conducting wire. The fuel cell 30 has a plurality of cells housed in a housing (not shown). A gas detector 138 for detecting leakage of combustible gas (reformed gas g, anode off gas p) and a thermometer 139 for detecting the temperature in the housing are provided inside the housing (not shown). Yes. The fuel cell 30 is electrically connected to the power conditioner 34 via the output cable 41. The fuel cell 30 is connected to an output meter 30E that detects an output voltage and an output current of the electric power generated by the electrochemical reaction. The output meter 30E also functions as an overcurrent detector that detects overcurrent.

燃料電池30は、出力ケーブル41及び商用電源ケーブル49を介して商用電源99に接続されている。出力ケーブル41と商用電源ケーブル49との接続部には、電力負荷98につながる電力負荷ケーブル48が接続されている。すなわち、燃料電池30と、商用電源99と、電力負荷98とは電気的に接続されている。電力負荷98は、典型的には、家電や生産機械等の電気機器である。出力ケーブル41にはパワーコンディショナ34が配設されている。パワーコンディショナ34よりも商用電源ケーブル49側の出力ケーブル41には、電気ヒータ13につながるヒータ用ケーブル42が接続されている。ヒータ用ケーブル42には開閉器43が配設されている。開閉器43は、典型的には、ソリッドステートリレーである。また、商用電源ケーブル49には、商用電源99から供給を受ける電力を計測する電力計45が配設されている。   The fuel cell 30 is connected to a commercial power source 99 via an output cable 41 and a commercial power cable 49. A power load cable 48 connected to the power load 98 is connected to a connection portion between the output cable 41 and the commercial power cable 49. That is, the fuel cell 30, the commercial power source 99, and the power load 98 are electrically connected. The power load 98 is typically an electric device such as a home appliance or a production machine. A power conditioner 34 is disposed on the output cable 41. A heater cable 42 connected to the electric heater 13 is connected to the output cable 41 closer to the commercial power cable 49 than the power conditioner 34. A switch 43 is disposed on the heater cable 42. The switch 43 is typically a solid state relay. The commercial power cable 49 is provided with a power meter 45 that measures the power supplied from the commercial power source 99.

パワーコンディショナ34は、燃料電池30で発電された直流電力を交流電力に変換するインバータを有している。また、パワーコンディショナ34は、燃料電池30における発電電流の大きさを、燃料電池30の出力が最低発電量(例えば定格出力の30%等)と定格出力とになる幅の間で任意に決定することができるように構成されている。つまり、パワーコンディショナ34は、燃料電池30の発電電力を調節することができるものである。燃料電池30では、パワーコンディショナ34で設定された電流を発電するだけの水素と酸素とが反応することとなる。パワーコンディショナ34は、燃料電池30と連系した商用電源99の異常を検出する商用電源異常検出手段を備えていてもよい。   The power conditioner 34 has an inverter that converts DC power generated by the fuel cell 30 into AC power. Further, the power conditioner 34 arbitrarily determines the magnitude of the generated current in the fuel cell 30 between the minimum power generation amount (for example, 30% of the rated output) and the rated output. It is configured to be able to. That is, the power conditioner 34 can adjust the power generated by the fuel cell 30. In the fuel cell 30, hydrogen and oxygen sufficient to generate the current set by the power conditioner 34 react. The power conditioner 34 may include a commercial power supply abnormality detection unit that detects a malfunction of the commercial power supply 99 linked to the fuel cell 30.

アノード31と改質部21(図2参照)とは、改質ガス管51を介して接続されている。改質ガス管51には改質ガス弁61が設けられている。また、アノード31と燃焼部25とは、アノードオフガス管52を介して接続され、燃料電池30での電気化学的反応に利用されなかった水素を含むアノードオフガスpを燃焼部25に導入することができるようになっている。アノードオフガス管52には、アノードオフガス弁62が配設されている。また、改質ガス弁61の上流側の改質ガス管51と、アノードオフガス弁62よりも下流のアノードオフガス管52とが、バイパス管53で接続されている。バイパス管53にはバイパス弁63が設けられている。カソード32には、酸化剤ガスtを導入する酸化剤ガス管54と、燃料電池30での電気化学的反応に利用されなかった酸素を含むカソードオフガスqを排出するカソードオフガス管54Qとが接続されている。酸化剤ガス管54は、空気管54Aから分岐した管の1つであり、空気管54Aから分岐した他の1つは燃焼空気管58である。空気管54Aには、カソード32に酸化剤ガスtを送ると共に燃焼部25に燃焼用空気a2を送る空気ブロワ29が配設されている。空気ブロワ29は、典型的にはインバータにより回転数(rpm)を調節することができ、これにより燃焼用空気a2や酸化剤ガスtの流量を増減することができるように構成されている。酸化剤ガス管54には、酸化剤ガスtの流れを遮断可能な酸化剤ガス遮断弁64と、管内流量を検出する流量計154とが設けられている。また、酸化剤ガス管54には、典型的には、酸化剤ガスtを加湿する加湿器(不図示)が配設される。   The anode 31 and the reforming unit 21 (see FIG. 2) are connected via a reformed gas pipe 51. The reformed gas pipe 51 is provided with a reformed gas valve 61. Further, the anode 31 and the combustion unit 25 are connected via an anode off-gas pipe 52, and an anode off-gas p containing hydrogen that has not been used for an electrochemical reaction in the fuel cell 30 can be introduced into the combustion unit 25. It can be done. An anode off gas valve 62 is disposed in the anode off gas pipe 52. A reformed gas pipe 51 upstream of the reformed gas valve 61 and an anode offgas pipe 52 downstream of the anode offgas valve 62 are connected by a bypass pipe 53. A bypass valve 63 is provided in the bypass pipe 53. Connected to the cathode 32 are an oxidant gas pipe 54 for introducing an oxidant gas t and a cathode offgas pipe 54Q for discharging a cathode offgas q containing oxygen that has not been used in the electrochemical reaction in the fuel cell 30. ing. The oxidant gas pipe 54 is one of the pipes branched from the air pipe 54A, and the other one branched from the air pipe 54A is the combustion air pipe 58. An air blower 29 that sends an oxidant gas t to the cathode 32 and sends combustion air a2 to the combustion section 25 is disposed in the air pipe 54A. The air blower 29 is typically configured such that the rotational speed (rpm) can be adjusted by an inverter, whereby the flow rates of the combustion air a2 and the oxidizing gas t can be increased or decreased. The oxidant gas pipe 54 is provided with an oxidant gas cutoff valve 64 capable of blocking the flow of the oxidant gas t and a flow meter 154 for detecting the flow rate in the pipe. The oxidant gas pipe 54 is typically provided with a humidifier (not shown) that humidifies the oxidant gas t.

改質ガス弁61の下流側の改質ガス管51には、改質ガスgから余剰の水分を分離する改質ガス気液分離器91が配設されている。アノードオフガス弁62の上流側のアノードオフガス管52には、アノードオフガスp中の水分を分離するアノードオフガス気液分離器92が配設されている。カソードオフガス管54Qには、カソードオフガスq中の水分を分離するカソードオフガス気液分離器94が配設されている。改質器20の燃焼部25に接続された排ガス管59には、排ガスe中の水分を分離する排ガス気液分離器93が配設されている。各気液分離器91、92、93、94で分離された回収水は、回収水タンク96に収集される。改質ガス気液分離器91で分離された回収水は、回収水管91Aにより回収水タンク96に導かれる。同様に、アノードオフガス気液分離器92で分離された回収水は回収水管92Aにより、排ガス気液分離器93で分離された回収水は回収水管93Aにより、カソードオフガス気液分離器94で分離された回収水は回収水管94Aにより、それぞれ回収水タンク96に導かれる。回収水タンク96には、回収水タンク96内の水位を検出する回収水水位計97が設けられている。また、回収水タンク96には改質用水管96Sが接続されており、回収水タンク96に収集された回収水を改質用水sとして改質器20に供給することができるように構成されている。なお、排ガス気液分離器93及びカソードオフガス気液分離器94の2つを設ける代わりに、カソードオフガス管54Qと排ガス管59とを接続して1本の配管とした部分に1つの気液分離器を設け、排ガスeとカソードオフガスqとが混合した混合排ガス中の水分を分離するようにしてもよい。   A reformed gas gas-liquid separator 91 that separates excess water from the reformed gas g is disposed in the reformed gas pipe 51 on the downstream side of the reformed gas valve 61. An anode off gas gas / liquid separator 92 that separates moisture in the anode off gas p is disposed in the anode off gas pipe 52 upstream of the anode off gas valve 62. The cathode offgas pipe 54Q is provided with a cathode offgas gas-liquid separator 94 that separates moisture in the cathode offgas q. An exhaust gas gas-liquid separator 93 that separates moisture in the exhaust gas e is disposed in the exhaust gas pipe 59 connected to the combustion unit 25 of the reformer 20. The recovered water separated by each gas-liquid separator 91, 92, 93, 94 is collected in a recovered water tank 96. The recovered water separated by the reformed gas / liquid separator 91 is guided to a recovered water tank 96 through a recovered water pipe 91A. Similarly, the recovered water separated by the anode off-gas gas-liquid separator 92 is separated by the cathode off-gas gas-liquid separator 94 by the collected water pipe 92A and the collected water separated by the exhaust gas-liquid separator 93 by the collected water pipe 93A. The recovered water is led to the recovered water tank 96 through the recovered water pipe 94A. The recovered water tank 96 is provided with a recovered water level meter 97 that detects the water level in the recovered water tank 96. Further, a reforming water pipe 96S is connected to the recovered water tank 96 so that the recovered water collected in the recovered water tank 96 can be supplied to the reformer 20 as reforming water s. Yes. Instead of providing the exhaust gas gas / liquid separator 93 and the cathode off gas gas / liquid separator 94, one cathode gas gas / liquid separator is provided in a portion where the cathode off gas pipe 54Q and the exhaust gas pipe 59 are connected to form one pipe. A vessel may be provided to separate water in the mixed exhaust gas in which the exhaust gas e and the cathode offgas q are mixed.

燃料電池30の冷却部33の冷却水導入口には冷却水管75が、冷却水導出口には冷却水管74が、それぞれ接続されている。冷却水管74、75により、燃料電池30から導出された冷却水cが熱交換器70を通過し、熱交換器70を通過して温度が下がった冷却水cが燃料電池30に導入されるように循環流路が形成されている。冷却水管75には内部を流れる冷却水cを循環させる冷却水ポンプ73が配置されている。冷却水ポンプ73は、典型的にはインバータにより回転数(rpm)を調整し、燃料電池30の発熱量に応じて冷却水cの流量を調整することができるように構成されている。冷却水ポンプ73のインバータと制御装置36とは信号ケーブルで接続されている。冷却水ポンプ73の吐出側には圧力計173Dが配設され、吸込側には圧力計173Sが配設されており、両圧力計173D、173Sで検出された圧力の差により冷却水cの流量を検出することができるように構成されている。冷却水管75には、冷却部33に導入される冷却水cの温度を検出する温度計175が設けられている。他方、冷却水管74には、冷却部33から導出された冷却水cの温度を検出する温度計174が設けられている。   A cooling water pipe 75 is connected to the cooling water inlet of the cooling unit 33 of the fuel cell 30, and a cooling water pipe 74 is connected to the cooling water outlet. Through the cooling water pipes 74 and 75, the cooling water c derived from the fuel cell 30 passes through the heat exchanger 70, and the cooling water c that has passed through the heat exchanger 70 and has been cooled down is introduced into the fuel cell 30. A circulation channel is formed at the bottom. A cooling water pump 73 that circulates the cooling water c flowing inside is disposed in the cooling water pipe 75. The cooling water pump 73 is typically configured such that the rotation speed (rpm) is adjusted by an inverter, and the flow rate of the cooling water c can be adjusted according to the amount of heat generated by the fuel cell 30. The inverter of the cooling water pump 73 and the control device 36 are connected by a signal cable. A pressure gauge 173D is disposed on the discharge side of the cooling water pump 73, and a pressure gauge 173S is disposed on the suction side. The flow rate of the cooling water c is determined by the difference in pressure detected by both pressure gauges 173D and 173S. It is comprised so that it can detect. The cooling water pipe 75 is provided with a thermometer 175 that detects the temperature of the cooling water c introduced into the cooling unit 33. On the other hand, the cooling water pipe 74 is provided with a thermometer 174 that detects the temperature of the cooling water c derived from the cooling unit 33.

冷却水管74には電気ヒータ13が配置されている。電気ヒータ13は、燃料電池30で発電された電力のうち電灯や電気機器等の電力負荷98で消費されない余剰電力を熱に変換し、変換した熱を冷却水管74を流れる冷却水cに伝達するように構成されている。電気ヒータ13は、典型的には、発熱部を絶縁材料で被覆したケーブル型の電気ヒータであり、冷却水管74の外周に巻きつけられテープで固定される。また、電気ヒータ13は発熱部を収容したケーシングに冷却水cを導入し、発熱部と冷却水cとが接触して冷却水cの温度を上昇させるように構成されていてもよい。電気ヒータ13で発熱がある場合、冷却部33で温度が上昇した冷却水cは、電気ヒータ13でさらに温度が上昇して熱交換器70に流入することになる。電気ヒータ13には、電気ヒータ13の温度を検出する温度計113が設けられている。   The electric heater 13 is disposed in the cooling water pipe 74. The electric heater 13 converts surplus electric power that is not consumed by the electric power load 98 such as an electric lamp or an electric device from the electric power generated by the fuel cell 30 into heat, and transmits the converted heat to the cooling water c flowing through the cooling water pipe 74. It is configured as follows. The electric heater 13 is typically a cable-type electric heater in which a heat generating portion is covered with an insulating material, and is wound around the outer periphery of the cooling water pipe 74 and fixed with tape. Further, the electric heater 13 may be configured to introduce the cooling water c into the casing that houses the heat generating portion, and the temperature of the cooling water c is increased by the heat generating portion and the cooling water c coming into contact with each other. When the electric heater 13 generates heat, the cooling water c whose temperature has increased in the cooling unit 33 is further increased in temperature by the electric heater 13 and flows into the heat exchanger 70. The electric heater 13 is provided with a thermometer 113 that detects the temperature of the electric heater 13.

熱交換器70は、冷却水cと蓄熱水hとの間で熱交換を行う機器であり、典型的にはプレート型熱交換器が用いられる。熱交換器70は、燃料電池30から受熱して温度が上昇した冷却水cと冷却水cよりも温度が低い蓄熱水hとがカウンターフローにより熱交換し、燃料電池30の排熱を冷却水cから蓄熱水hに伝達するように構成されている。熱交換器70は、燃料電池30から受熱して温度が上昇した冷却水cを導入する冷却水導入口と蓄熱水hとの熱交換により温度が下がった冷却水cを導出する冷却水導出口と、温度が低い蓄熱水hを導入する蓄熱水導入口と冷却水cとの熱交換により温度が上昇した蓄熱水hを導出する蓄熱水導出口とを有している。熱交換器30の冷却水導入口には冷却水管74が、冷却水導出口には冷却水管75が、それぞれ接続されている。   The heat exchanger 70 is a device that performs heat exchange between the cooling water c and the heat storage water h, and a plate-type heat exchanger is typically used. The heat exchanger 70 receives heat from the fuel cell 30 and exchanges heat between the cooling water c whose temperature has risen and the heat storage water h whose temperature is lower than that of the cooling water c by a counter flow, and the exhaust heat of the fuel cell 30 is cooled with cooling water. It is comprised so that it may transmit to the thermal storage water h from c. The heat exchanger 70 receives the cooling water c that has received heat from the fuel cell 30 and introduces the cooling water c that has been cooled by heat exchange between the cooling water introduction port that introduces the cooling water c and the heat storage water h. And a heat storage water inlet for introducing the heat storage water h having a low temperature and a heat storage water outlet for deriving the heat storage water h having a temperature increased by heat exchange with the cooling water c. A cooling water pipe 74 is connected to the cooling water inlet of the heat exchanger 30, and a cooling water pipe 75 is connected to the cooling water outlet.

熱交換器70の蓄熱水導出口には蓄熱水管84が、蓄熱水導入口には蓄熱水管85が、それぞれ接続されている。蓄熱水管84は、熱交換器70から導出された蓄熱水hが貯湯槽80の上部に流入するように貯湯槽80の上部に接続されており、好適には頂部に接続される。蓄熱水管85は、熱交換器70に導入される蓄熱水hが貯湯槽80の下部から採水されるように貯湯槽80の下部に接続されており、好適には底部に接続される。蓄熱水管84、85は熱交換器70及び貯湯槽80と接続されて循環流路を形成している。蓄熱水管85には内部を流れる蓄熱水hを循環する蓄熱水ポンプ83が配置されている。蓄熱水ポンプ83は、典型的にはインバータにより回転数(rpm)を調整し、熱交換器70での交換熱量に応じて蓄熱水hの流量を調整することができるように構成されている。蓄熱水ポンプ83のインバータと制御装置36とは信号ケーブルで接続されている。蓄熱水管85には、内部を流れる蓄熱水hの流量を検出する流量計183が設けられている。   A heat storage water pipe 84 is connected to the heat storage water outlet of the heat exchanger 70, and a heat storage water pipe 85 is connected to the heat storage water inlet. The heat storage water pipe 84 is connected to the upper part of the hot water storage tank 80 so that the heat storage water h led out from the heat exchanger 70 flows into the upper part of the hot water storage tank 80, and is preferably connected to the top. The heat storage water pipe 85 is connected to the lower part of the hot water tank 80 so that the heat storage water h introduced into the heat exchanger 70 is sampled from the lower part of the hot water tank 80, and is preferably connected to the bottom part. The heat storage water tubes 84 and 85 are connected to the heat exchanger 70 and the hot water storage tank 80 to form a circulation channel. A heat storage water pump 83 that circulates the heat storage water h flowing inside is disposed in the heat storage water pipe 85. The heat storage water pump 83 is typically configured to adjust the rotation speed (rpm) by an inverter and to adjust the flow rate of the heat storage water h according to the amount of heat exchanged in the heat exchanger 70. The inverter of the heat storage water pump 83 and the control device 36 are connected by a signal cable. The heat storage water pipe 85 is provided with a flow meter 183 that detects the flow rate of the heat storage water h flowing inside.

貯湯槽80は、頂部に温度が高い蓄熱水hを導入する蓄熱水導入口が、底部に温度が低い蓄熱水hを導出する蓄熱水導出口が形成されている。上述のように、貯湯槽80の蓄熱水導入口には蓄熱水管84が、蓄熱水導出口には蓄熱水管85が接続されている。熱交換器70で燃料電池30の排熱を受熱した蓄熱水hは蓄熱水管84を通って貯湯槽80に流入し、貯湯槽80に燃料電池30の排熱が蓄熱されるように構成されている。流入して貯湯槽80に貯留された蓄熱水hは、上部の温度が高く下部の温度が低い温度成層が形成されている。さらに貯湯槽80の上部には、温水w1を導出する熱負荷温水導出口が設けられており、この熱負荷温水導出口から給湯や暖房等の熱需要で利用されるために温水w1が導出される。また、貯湯槽80の下部には熱需要で利用されて減少した水量を補う補給水導入口が設けられている。補給水導入口からは補給水w2が導入される。   The hot water storage tank 80 has a heat storage water introduction port for introducing the heat storage water h having a high temperature at the top and a heat storage water outlet for deriving the heat storage water h having a low temperature at the bottom. As described above, the heat storage water pipe 84 is connected to the heat storage water inlet of the hot water tank 80, and the heat storage water pipe 85 is connected to the heat storage water outlet. The heat storage water h that has received the exhaust heat of the fuel cell 30 by the heat exchanger 70 flows into the hot water storage tank 80 through the heat storage water pipe 84, and the exhaust heat of the fuel cell 30 is stored in the hot water storage tank 80. Yes. The heat storage water h that flows in and is stored in the hot water storage tank 80 is formed with a temperature stratification in which the upper temperature is high and the lower temperature is low. Further, a hot load hot water outlet for deriving hot water w1 is provided in the upper part of the hot water tank 80, and the hot water w1 is derived from the thermal load hot water outlet for use in heat demand such as hot water supply and heating. The In addition, a replenishment water introduction port is provided below the hot water storage tank 80 to compensate for the reduced amount of water used for heat demand. The makeup water w2 is introduced from the makeup water inlet.

蓄熱水管84にはバイパス管86が接続されており、バイパス管86の他端は蓄熱水ポンプ83よりも上流側で蓄熱水管85に接続されている。バイパス管86は、蓄熱水管84を流れる蓄熱水hを貯湯槽80に流入させずに蓄熱水管85に導く管である。バイパス管86には蓄熱水hの温度を下げることができる冷却装置としてのラジエータ81が配設されている。ラジエータ81は、燃料電池30を冷却するのに必要な冷却水cの温度となるまでに冷却水cから熱を奪うことができないほど貯湯槽80から導出される蓄熱水hの温度が高いときに、熱交換器70に導入される蓄熱水hの温度を冷却水cから熱を奪うことができる温度になるまで冷却できるように構成されている。ラジエータ81は冷却板としてのフィンを備えており、フィンに蓄熱水hを導入して空気と熱交換することにより蓄熱水hの温度を低下させることができるように構成されている。さらに、ラジエータ81はより多くの空気をフィンに供給して交換熱量を増加するために、強制的にフィンに空気を送る送気ファン(不図示)を備えている。   A bypass pipe 86 is connected to the heat storage water pipe 84, and the other end of the bypass pipe 86 is connected to the heat storage water pipe 85 upstream of the heat storage water pump 83. The bypass pipe 86 is a pipe that guides the heat storage water h flowing through the heat storage water pipe 84 to the heat storage water pipe 85 without flowing into the hot water storage tank 80. The bypass pipe 86 is provided with a radiator 81 as a cooling device that can lower the temperature of the heat storage water h. When the temperature of the heat storage water h led out from the hot water storage tank 80 is so high that the radiator 81 cannot take heat from the cooling water c until the temperature of the cooling water c necessary for cooling the fuel cell 30 is reached. The temperature of the heat storage water h introduced into the heat exchanger 70 can be cooled to a temperature at which heat can be taken from the cooling water c. The radiator 81 includes fins as cooling plates, and is configured so that the temperature of the heat storage water h can be lowered by introducing the heat storage water h into the fin and exchanging heat with air. Further, the radiator 81 includes an air supply fan (not shown) that forcibly sends air to the fins in order to supply more air to the fins and increase the amount of heat exchanged.

蓄熱水管84とバイパス管86との分岐部には、蓄熱水hの流れ方向を切り替える三方弁82が配設されている。また、三方弁82の設置位置は、貯湯槽80及びラジエータ81の上流側に限られず、貯湯槽80及びラジエータ81の下流側であってもよい。また、三方弁82に代えて二方弁を2個用いることにより、蓄熱水hの流れ方向を切り替え、あるいは貯湯槽80に流入する蓄熱水hの流量とラジエータ81に流入する蓄熱水hの流量との配分を調整することができるように構成してもよい。   A three-way valve 82 for switching the flow direction of the heat storage water h is disposed at a branch portion between the heat storage water pipe 84 and the bypass pipe 86. Further, the installation position of the three-way valve 82 is not limited to the upstream side of the hot water storage tank 80 and the radiator 81, and may be the downstream side of the hot water storage tank 80 and the radiator 81. Further, by using two two-way valves instead of the three-way valve 82, the flow direction of the heat storage water h is switched, or the flow rate of the heat storage water h flowing into the hot water storage tank 80 and the flow rate of the heat storage water h flowing into the radiator 81. You may comprise so that distribution with can be adjusted.

制御装置36は、燃料電池システム10の運転を制御する。制御装置36は、燃料ブロワ28及び空気ブロワ29に信号を送信して発停を制御すると共に、燃料ブロワ28及び空気ブロワ29から吐出される流体の流量を制御する。また、制御装置36は、冷却水ポンプ73及び蓄熱水ポンプ83に信号を送信して発停を制御すると共に、冷却水ポンプ73及び蓄熱水ポンプ83から吐出される流体の流量を制御する。なお、各ブロワ28、29及び各ポンプ73、83に信号を送信することには、これらに送電する動力盤(不図示)に信号を送信することも含む。また、制御装置36は、パワーコンディショナ34に信号を送信して燃料電池30における発電電流を設定する。また、制御装置36は、各弁61〜67とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、開閉信号を送信して弁の開閉動作をさせることができるように構成されている。また、制御装置36は、三方弁82と信号ケーブルで接続されており、信号を送信して蓄熱水hの流路を切り替えることができるように構成されている。また、制御装置36は、開閉器43に信号を送信して電気ヒータ13への通電の有無を制御する。また、制御装置36は、メータ15と信号ケーブルで接続されており、信号を受信して燃料mの流量を検出することができるように構成されている。   The control device 36 controls the operation of the fuel cell system 10. The control device 36 transmits signals to the fuel blower 28 and the air blower 29 to control the start and stop, and controls the flow rate of the fluid discharged from the fuel blower 28 and the air blower 29. Further, the control device 36 controls the start and stop by transmitting a signal to the cooling water pump 73 and the heat storage water pump 83 and also controls the flow rate of the fluid discharged from the cooling water pump 73 and the heat storage water pump 83. Note that transmitting a signal to each of the blowers 28 and 29 and each of the pumps 73 and 83 includes transmitting a signal to a power panel (not shown) that transmits power to them. Further, the control device 36 transmits a signal to the power conditioner 34 to set the generated current in the fuel cell 30. Further, the control device 36 is connected to each of the valves 61 to 67 by a signal cable, and is configured to transmit an open / close signal to open / close the valve. Moreover, the control apparatus 36 is connected with the three-way valve 82 by a signal cable, and is configured to transmit a signal and switch the flow path of the heat storage water h. In addition, the control device 36 transmits a signal to the switch 43 to control whether the electric heater 13 is energized. The control device 36 is connected to the meter 15 by a signal cable, and is configured to receive a signal and detect the flow rate of the fuel m.

また、制御装置36は、改質器20内の改質部温度センサ121(図2参照)、変成部温度センサ122(図2参照)、選択酸化部温度センサ123(図2参照)とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、温度信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置36は、燃焼部25の火炎検出器125(図2参照)と信号ケーブルで接続されており、火炎検出器125(図2参照)が検出したバーナー25bの状態を温度信号あるいはフレームロッドの電流信号として受信することができるように構成されている。また、制御装置36は、電力計45と信号ケーブルで接続されており、電力値の信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置36は、温度計113、139、174、175とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、温度信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置36は、圧力計155P、157、173D、173S、196とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、圧力信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置36は、流量計154、155F、156、158、169(図2参照)、183と信号ケーブルで接続されており、流量信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置36は、ガス検出器138と信号ケーブルで接続されており、ガス検出器138が検出した可燃性ガスの存在を信号として受信することができるように構成されている。   In addition, the control device 36 transmits signals to the reforming unit temperature sensor 121 (see FIG. 2), the shift unit temperature sensor 122 (see FIG. 2), and the selective oxidation unit temperature sensor 123 (see FIG. 2) in the reformer 20, respectively. It is connected by a cable and is configured to receive a temperature signal. Further, the control device 36 is connected to the flame detector 125 (see FIG. 2) of the combustion unit 25 by a signal cable, and the state of the burner 25b detected by the flame detector 125 (see FIG. 2) is detected by a temperature signal or a flame. It is comprised so that it can receive as a current signal of a rod. The control device 36 is connected to the wattmeter 45 through a signal cable, and is configured to receive a power value signal. The control device 36 is connected to the thermometers 113, 139, 174, and 175 through signal cables, respectively, and is configured to receive a temperature signal. The control device 36 is connected to the pressure gauges 155P, 157, 173D, 173S, and 196 through signal cables, respectively, and is configured to receive a pressure signal. The control device 36 is connected to the flow meters 154, 155F, 156, 158, 169 (see FIG. 2) and 183 via signal cables, and is configured to receive a flow signal. The control device 36 is connected to the gas detector 138 with a signal cable, and is configured to receive the presence of combustible gas detected by the gas detector 138 as a signal.

さらに制御装置36は、受信した各種信号から異常の有無を判断し、異常があると判断した場合はその異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常に該当するか否かを判断する判断部36jを有している。判断部36jには、あらかじめ定められた軽故障に関する異常の内容が記憶されている。あらかじめ定められた軽故障に関する異常については後述する。   Further, the control device 36 determines the presence / absence of an abnormality from the received various signals, and if it is determined that there is an abnormality, a determination unit 36j that determines whether the abnormality corresponds to an abnormality relating to a predetermined minor failure. Have. The determination unit 36j stores the content of abnormality related to a light failure that is determined in advance. The abnormality relating to the predetermined minor failure will be described later.

引き続き図1及び図2を参照して、燃料電池システム10の作用を説明する。停止している燃料電池システム10の運転を開始するには、燃料ブロワ28を起動して燃焼部25に燃焼用燃料m2を供給すると共に空気ブロワ29を起動して燃焼部25に燃焼用空気a2を供給する。このとき、燃焼燃料弁66は開、その他の弁61〜65、67は閉となっている。燃焼部25で燃焼用燃料m2が燃焼して改質熱が発生し、改質部21が昇温したら、原料弁65を開にして原料m1を改質部21に導入する。改質部21の温度は改質部温度センサ121で検出する。この際、改質用水弁67を開にすると共に改質用水ポンプ26を起動して、改質部21には改質用水sも導入され、燃焼部25から改質熱を得て原料m1が水蒸気改質反応を起こし、改質ガスgが生成される。改質器20では、上述のように改質ガスgが生成されるが、運転開始当初は改質ガスgの組成が安定していないため、改質ガス弁61及びアノードオフガス弁62を閉にし、バイパス弁63を開にして、組成が安定していない改質ガスgを燃料電池30に供給せずに燃焼部25に導いて燃焼させる。このとき、燃焼部25に導入した組成が安定していない改質ガスgを主として燃焼させ、不足分の燃焼用燃料m2を燃焼燃料弁66の開度を調節して燃焼部25に導入する。組成が安定していない改質ガスgで足りる場合は燃焼燃料弁66を閉とする。   The operation of the fuel cell system 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In order to start the operation of the stopped fuel cell system 10, the fuel blower 28 is activated to supply the combustion fuel m <b> 2 to the combustion unit 25, and the air blower 29 is activated to combust the air a <b> 2 to the combustion unit 25. Supply. At this time, the combustion fuel valve 66 is open, and the other valves 61 to 65, 67 are closed. When the combustion fuel m2 burns in the combustion unit 25 and reforming heat is generated and the reforming unit 21 is heated, the material valve 65 is opened and the material m1 is introduced into the reforming unit 21. The temperature of the reforming unit 21 is detected by the reforming unit temperature sensor 121. At this time, the reforming water valve 67 is opened and the reforming water pump 26 is activated, and the reforming water s is also introduced into the reforming section 21, and the reforming heat is obtained from the combustion section 25 to obtain the raw material m 1. A steam reforming reaction occurs, and reformed gas g is generated. In the reformer 20, the reformed gas g is generated as described above, but since the composition of the reformed gas g is not stable at the beginning of operation, the reformed gas valve 61 and the anode off-gas valve 62 are closed. Then, the bypass valve 63 is opened, and the reformed gas g whose composition is not stable is led to the combustion section 25 without being supplied to the fuel cell 30 and burned. At this time, the reformed gas g having an unstable composition introduced into the combustion section 25 is mainly combusted, and the insufficient amount of combustion fuel m2 is introduced into the combustion section 25 by adjusting the opening of the combustion fuel valve 66. When the reformed gas g whose composition is not stable is sufficient, the combustion fuel valve 66 is closed.

改質器20で生成される改質ガスgの組成が安定し、改質ガスg中の一酸化炭素濃度が所定の値まで低減するようになると、制御装置36が改質ガス弁61及びアノードオフガス弁62を開に、バイパス弁63を閉にして、改質ガスgが燃料電池30に導入されるようにする。これにより、燃料電池30のアノード31に改質ガスgが導入される。このとき、改質ガスgがアノード31に導入される前に改質ガス気液分離器91を通過することにより、改質ガスg内の余剰の水分が分離され、回収水として回収水タンク96に収集される。回収水タンク96に収集された回収水は、改質用水sとして利用されるべく改質用水ポンプ26により改質器20に供給される。回収水タンク96内の回収水が所定の低水位まで低下した場合は、補給水管(不図示)を介して補給水(例えば市水等)が供給される。他方、制御装置36は、酸化剤ガス遮断弁64を開にし、これによって燃料電池30のカソード32に酸化剤ガスtが導入される。典型的には、アノード31に供給される改質ガスgの量が、水素の利用率が70〜80%程度、好ましくは75%程度となるように、改質器20で改質ガスgが生成される(これに合わせて原料m1が改質部21に導入される)。また、酸素の利用率が45〜60%程度、好ましくは50%程度となる量の酸化剤ガスtがカソード32に供給されるように空気ブロワ29の回転数や流量調整弁(不図示)が調節される。   When the composition of the reformed gas g generated in the reformer 20 is stabilized and the carbon monoxide concentration in the reformed gas g is reduced to a predetermined value, the controller 36 controls the reformed gas valve 61 and the anode. The off gas valve 62 is opened and the bypass valve 63 is closed so that the reformed gas g is introduced into the fuel cell 30. As a result, the reformed gas g is introduced into the anode 31 of the fuel cell 30. At this time, excess water in the reformed gas g is separated by passing through the reformed gas gas-liquid separator 91 before the reformed gas g is introduced into the anode 31, and the recovered water tank 96 is recovered as recovered water. To be collected. The recovered water collected in the recovered water tank 96 is supplied to the reformer 20 by the reforming water pump 26 so as to be used as the reforming water s. When the recovered water in the recovered water tank 96 is lowered to a predetermined low water level, makeup water (for example, city water) is supplied through a makeup water pipe (not shown). On the other hand, the control device 36 opens the oxidant gas cutoff valve 64, whereby the oxidant gas t is introduced into the cathode 32 of the fuel cell 30. Typically, the reformer gas g is supplied to the anode 31 so that the utilization rate of hydrogen is about 70 to 80%, preferably about 75%. (The raw material m1 is introduced into the reforming unit 21 accordingly). In addition, the rotation speed of the air blower 29 and a flow rate adjusting valve (not shown) are supplied so that an amount of oxidant gas t with an oxygen utilization rate of about 45 to 60%, preferably about 50%, is supplied to the cathode 32. Adjusted.

燃料電池30ではアノード31に導入された改質ガスg中の水素と、カソード32に導入された酸化剤ガスt中の酸素とによる電気化学的反応が行われる。電気化学的反応は、アノード31側では以下の(1)式に示す反応が行われ、カソード32側では以下の(2)式に示す反応が行われる。
2H → 4H + 4e ・・・(1)
+ 4H + 4e → 2HO ・・・(2)
この電気化学的反応によって発電し、発熱すると共に水分が生成される。さらに説明を加えると、アノード31側の電子が外部電気回路を通ってカソード32側に移動する際に電力を得ることができる。アノード31側の水素イオンは固体高分子膜を通過してカソード32側に移動し、酸素と結合して水分が発生する。この電気化学的反応は発熱反応である。
In the fuel cell 30, an electrochemical reaction is performed between hydrogen in the reformed gas g introduced into the anode 31 and oxygen in the oxidant gas t introduced into the cathode 32. As for the electrochemical reaction, the reaction represented by the following formula (1) is performed on the anode 31 side, and the reaction represented by the following formula (2) is performed on the cathode 32 side.
2H 2 → 4H + + 4e (1)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)
Electricity is generated by this electrochemical reaction, heat is generated, and moisture is generated. In further explanation, electric power can be obtained when electrons on the anode 31 side move to the cathode 32 side through the external electric circuit. Hydrogen ions on the anode 31 side pass through the solid polymer film and move to the cathode 32 side, and combine with oxygen to generate moisture. This electrochemical reaction is an exothermic reaction.

燃料電池30によって得られる電力は直流電力であるため、パワーコンディショナ34で交流電力に変換されて電力負荷98に、及び各ブロワ28、29、各ポンプ73、83に送電される。燃料電池30で発電される電力は、電力負荷98及び各ブロワ28、29、各ポンプ73、83の消費電力の合計に対して所定の値(例えば合計消費電力の90%)となるように、パワーコンディショナ34で設定される。この設定値に対して適切な供給量となるように、制御装置36により燃料電池30に供給される改質ガスg及び酸化剤ガスtの量が調節される。不足分の電力は、商用電源99から交流電力の供給を受ける。   Since the power obtained by the fuel cell 30 is DC power, it is converted into AC power by the power conditioner 34 and transmitted to the power load 98 and to the blowers 28 and 29 and the pumps 73 and 83. The electric power generated by the fuel cell 30 is set to a predetermined value (for example, 90% of the total power consumption) with respect to the total power consumption of the power load 98, the blowers 28 and 29, and the pumps 73 and 83. It is set by the inverter 34. The amounts of the reformed gas g and the oxidant gas t supplied to the fuel cell 30 are adjusted by the control device 36 so that the supply amount is appropriate for the set value. The insufficient power is supplied with AC power from the commercial power source 99.

燃料電池30の作動中、アノード31からはアノードオフガスpが排出される。排出されたアノードオフガスpは、アノードオフガス管52を介して改質器20の燃焼部25に導かれて燃焼される。アノードオフガスpは、燃焼部25に導かれる途中のアノードオフガス気液分離器92で水分が分離される。アノードオフガス気液分離器92で分離された水分は、回収水として回収水タンク96に収集される。燃焼部25に導かれたアノードオフガスpは、燃焼することにより、改質部21における改質に用いる改質熱を発生させることができる。燃焼部25へ導入されるアノードオフガスpの燃焼だけでは発生する改質熱が不足する場合は、燃焼燃料弁66の開度を調節して燃焼用燃料m2を燃焼部25に導入する。燃焼部25における燃焼によって生じた排ガスeは、排ガス管59を介して系外に排出される。排ガスeは、系外に排出される前に排ガス気液分離器93で水分が分離され、分離された水分は回収水として回収水タンク96に収集される。他方、カソード32からはカソードオフガスqが排出され、カソードオフガス管54Qを介して系外に排出される。カソードオフガスqは、系外に排出される前にカソードオフガス気液分離器94で水分が分離され、分離された水分は回収水として回収水タンク96に収集される。   During the operation of the fuel cell 30, the anode off gas p is discharged from the anode 31. The discharged anode off gas p is guided to the combustion unit 25 of the reformer 20 through the anode off gas pipe 52 and burned. The anode off gas p is separated from the moisture by the anode off gas gas-liquid separator 92 in the middle of being led to the combustion unit 25. The water separated by the anode off-gas gas-liquid separator 92 is collected in the recovered water tank 96 as recovered water. The anode off gas p guided to the combustion unit 25 can generate reforming heat used for reforming in the reforming unit 21 by burning. When the reforming heat generated by the combustion of the anode off gas p introduced into the combustion unit 25 is insufficient, the combustion fuel m2 is introduced into the combustion unit 25 by adjusting the opening of the combustion fuel valve 66. The exhaust gas e generated by the combustion in the combustion unit 25 is discharged out of the system through the exhaust gas pipe 59. Before the exhaust gas e is discharged out of the system, moisture is separated by the exhaust gas-liquid separator 93, and the separated moisture is collected in the recovered water tank 96 as recovered water. On the other hand, the cathode offgas q is discharged from the cathode 32 and discharged out of the system via the cathode offgas pipe 54Q. The cathode offgas q is separated from the water by the cathode offgas gas-liquid separator 94 before being discharged out of the system, and the separated water is collected in the recovered water tank 96 as recovered water.

上述のように、燃料電池30における電気化学的反応は発熱反応であるため、燃料電池30の運転を継続するために発生した熱を冷却水cで除去する。燃料電池30に改質ガスg及び酸化剤ガスtが導入されて発電が行われるようになると、制御装置36は、冷却水ポンプ73及び蓄熱水ポンプ83を起動して冷却水c及び蓄熱水hを循環させる。冷却部33に導入された冷却水cは、燃料電池30における電気化学的反応で発生した熱によって温度が上昇する。燃料電池30は冷却水cによって発熱が除去されて、運転に適した温度(約60℃〜80℃程度)に維持される。冷却部33から導出された冷却水cは熱交換器70に向かって流れ、熱交換器70に導入される。なお、電気ヒータ13が作動しているときは、冷却部33から導出されたときの温度からさらに温度が上昇して熱交換器70に導入される。熱交換器70に導入された冷却水cは、蓄熱水hと熱交換して温度が低下し、再び冷却部33に導入され、以降は上述のサイクルを続ける。   As described above, since the electrochemical reaction in the fuel cell 30 is an exothermic reaction, the heat generated to continue the operation of the fuel cell 30 is removed by the cooling water c. When the reformed gas g and the oxidant gas t are introduced into the fuel cell 30 and power generation is performed, the control device 36 activates the cooling water pump 73 and the heat storage water pump 83 to start the cooling water c and the heat storage water h. Circulate. The temperature of the cooling water c introduced into the cooling unit 33 rises due to the heat generated by the electrochemical reaction in the fuel cell 30. The fuel cell 30 is maintained at a temperature suitable for operation (about 60 ° C. to 80 ° C.) after the heat generation is removed by the cooling water c. The cooling water c derived from the cooling unit 33 flows toward the heat exchanger 70 and is introduced into the heat exchanger 70. When the electric heater 13 is operating, the temperature further rises from the temperature derived from the cooling unit 33 and is introduced into the heat exchanger 70. The cooling water c introduced into the heat exchanger 70 undergoes heat exchange with the heat storage water h, the temperature drops, and is again introduced into the cooling unit 33. Thereafter, the above-described cycle is continued.

他方、熱交換器70に導入された蓄熱水hは、冷却水cと熱交換して温度が上昇する。温度が上昇した蓄熱水hは熱交換器70から導出されて貯湯槽80に向かって流れ、典型的には上部から貯湯槽80に流入する。貯湯槽80に流入した蓄熱水hは、給湯や暖房等の熱需要(不図示)で使用することができる程度の温度になっている。貯湯槽80内は、蓄熱水hの密度差により、上部に温度が高い水が、下部に温度が低い水が貯留されて温度成層が形成される。このため、形成された温度成層を極力崩さないという観点から、貯湯槽80に流入する蓄熱水hの動圧が低い(流速が小さい)方が好ましい。ただし動圧が低すぎると蓄熱水管84の径が太くなり設置スペース及び設置コストが大になるので、許容範囲内で動圧を低くする。   On the other hand, the heat storage water h introduced into the heat exchanger 70 exchanges heat with the cooling water c, and the temperature rises. The heat storage water h whose temperature has risen is led out from the heat exchanger 70 and flows toward the hot water storage tank 80, and typically flows into the hot water storage tank 80 from above. The heat storage water h flowing into the hot water storage tank 80 is at a temperature that can be used for heat demand (not shown) such as hot water supply or heating. In the hot water storage tank 80, due to the density difference of the heat storage water h, water having a high temperature is stored in the upper part and water having a low temperature is stored in the lower part, thereby forming a temperature stratification. For this reason, from the viewpoint of not destroying the formed temperature stratification as much as possible, it is preferable that the dynamic pressure of the heat storage water h flowing into the hot water storage tank 80 is low (the flow velocity is small). However, if the dynamic pressure is too low, the diameter of the heat storage water pipe 84 becomes thick and the installation space and installation cost increase, so the dynamic pressure is lowered within an allowable range.

貯湯槽80内に貯留された蓄熱水hは、上部の温度の高い水が温水w1として熱需要(不図示)に供給され、温水w1の熱が消費される。このように燃料電池30で発生した熱を有効利用することにより、燃料電池システム10の効率が向上することとなる。熱需要(不図示)に供給された温水w1は、熱が利用されて温度が低下した後に貯湯槽80の下部に戻される。あるいは、温水w1の熱だけでなく温水w1自体が消費される場合は、減少した分の水を補給水w2として外部(例えば市水等)から貯湯槽80の下部に導入する。これにより、貯湯槽80の下部に温度が低い水が貯留される。貯湯槽80下部の温度が低い蓄熱水hは、蓄熱水管85を流れて熱交換器70に導入される。熱交換器70に導入された蓄熱水hは、冷却水cと熱交換して温度が上昇し、熱交換器70から導出される。   As for the heat storage water h stored in the hot water storage tank 80, water having a high upper temperature is supplied to the heat demand (not shown) as the hot water w1, and the heat of the hot water w1 is consumed. Thus, by effectively using the heat generated in the fuel cell 30, the efficiency of the fuel cell system 10 is improved. The hot water w <b> 1 supplied to the heat demand (not shown) is returned to the lower part of the hot water tank 80 after the heat is used and the temperature is lowered. Or when not only the heat of the warm water w1 but the warm water w1 itself is consumed, the reduced amount of water is introduced into the lower portion of the hot water tank 80 from the outside (for example, city water) as the makeup water w2. Thereby, water having a low temperature is stored in the lower part of the hot water tank 80. The heat storage water h at the lower temperature of the hot water storage tank 80 flows through the heat storage water pipe 85 and is introduced into the heat exchanger 70. The heat storage water h introduced into the heat exchanger 70 exchanges heat with the cooling water c, and the temperature rises, and is derived from the heat exchanger 70.

熱需要(不図示)における熱の消費がなく、貯湯槽80の下部に貯留された水(熱交換器70に向けて導出される水)の温度が、燃料電池30を冷却するために求められる温度(燃料電池30の運転を継続できる温度)にまで冷却水cを冷却できない温度となった場合(いわゆる満蓄となった場合)、そのまま貯湯槽80内の蓄熱水hを熱交換器70に導入すると燃料電池30の運転を継続することができなくなる。このような場合、制御装置36は三方弁82を切り替えて、熱交換器70から導出された蓄熱水hを貯湯槽80ではなくラジエータ81に導く。蓄熱水管84からラジエータ81に導入された蓄熱水hは大気に放熱し、温度が低下して蓄熱水管85に流入し、熱交換器70に導入される。消費できない熱をラジエータ81で放熱することで、燃料電池30の運転を継続することができる。   There is no heat consumption in the heat demand (not shown), and the temperature of the water stored in the lower part of the hot water tank 80 (the water led out toward the heat exchanger 70) is required to cool the fuel cell 30. When the cooling water c reaches a temperature (temperature at which the operation of the fuel cell 30 can be continued) cannot be cooled (so-called full storage), the heat storage water h in the hot water storage tank 80 is directly supplied to the heat exchanger 70. If it is introduced, the operation of the fuel cell 30 cannot be continued. In such a case, the control device 36 switches the three-way valve 82 to guide the heat storage water h derived from the heat exchanger 70 to the radiator 81 instead of the hot water tank 80. The heat storage water h introduced into the radiator 81 from the heat storage water pipe 84 dissipates heat to the atmosphere, the temperature decreases, flows into the heat storage water pipe 85, and is introduced into the heat exchanger 70. By dissipating heat that cannot be consumed by the radiator 81, the operation of the fuel cell 30 can be continued.

電力負荷98における電力需要が少なくなる等により燃料電池30における発電を停止する際は、燃料電池30への改質ガスg及び酸化剤ガスtの供給を停止する。燃料電池30への改質ガスgの供給を停止するのに伴い、改質ガスgの生成を停止するべく、改質器20への原料m1及び改質用水sの供給を停止して改質器20の運転を停止する。改質器20の停止中は、空気が混入すると改質触媒21c、変成触媒22c、選択酸化触媒23cが酸化により劣化するため、これを防ぐために改質ガスgあるいは原料m1のガスを改質部21、変成部22、選択酸化部23に封入する。改質ガスgあるいは原料m1のガスを封入している間は、少なくとも改質ガス弁61、バイパス開閉弁63、及び原料弁65は閉止されている。   When power generation in the fuel cell 30 is stopped due to a decrease in power demand at the power load 98, the supply of the reformed gas g and the oxidant gas t to the fuel cell 30 is stopped. As the supply of the reformed gas g to the fuel cell 30 is stopped, the reforming is performed by stopping the supply of the raw material m1 and the reforming water s to the reformer 20 in order to stop the generation of the reformed gas g. The operation of the vessel 20 is stopped. While the reformer 20 is stopped, the reforming catalyst 21c, the shift catalyst 22c, and the selective oxidation catalyst 23c are deteriorated due to oxidation when air is mixed therein. In order to prevent this, the reformed gas g or the gas m1 is supplied to the reforming unit. 21, the transformation unit 22, and the selective oxidation unit 23. While the reformed gas g or the raw material m1 is being sealed, at least the reformed gas valve 61, the bypass on-off valve 63, and the raw material valve 65 are closed.

これまで説明したように、燃料電池システム10は多数の部材から構成されており、異常が発生した際には迅速に異常を検出できるようにさまざまな異常検出手段が設けられている。異常検出手段は、制御装置36の判断部36jと、以下に述べる各部材とが協働して作動することにより機能する。   As described above, the fuel cell system 10 is composed of a large number of members, and various abnormality detection means are provided so that an abnormality can be detected quickly when an abnormality occurs. The abnormality detection unit functions by the cooperative operation of the determination unit 36j of the control device 36 and each member described below.

図3は、異常の内容と、判断部36jと協働して当該異常を検出する異常検出手段を構成する部材との関係を説明する図である。図3を参照して把握されるように、火炎検出器125は、改質器20のバーナー25bの不着火や失火の検出に用いられる(番号1、21)。改質部温度センサ121は、改質部21の温度に関する異常の検出に用いられる(番号2、22)。変成部温度センサ122は、変成部22の温度に関する異常の検出に用いられる(番号3)。選択酸化部温度センサ123は、選択酸化部23の温度に関する異常の検出に用いられる(番号4)。流量計155Fは、原料m1の導入量に関する異常の検出に用いられる(番号5)。圧力計196は、改質用水sの導入量に関する異常の検出に用いられる(番号6)。温度計113は、電気ヒータ13の温度に関する異常の検出に用いられる(番号7)。回収水水位計97は、回収水タンク96内の回収水の水位に関する異常の検出に用いられる(番号8、24)。流量計183は、蓄熱水hの流量に関する異常の検出に用いられる(番号9)。流量計169は、選択酸化空気a1の流量に関する異常の検出に用いられる(番号10)。温度計174、175は、冷却水cの温度に関する異常の検出に用いられる(番号11、12)。圧力計173D、173Sは、冷却水cの流量に関する異常の検出に用いられる(番号13)。   FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the content of the abnormality and the members constituting the abnormality detection means that detects the abnormality in cooperation with the determination unit 36j. As can be understood with reference to FIG. 3, the flame detector 125 is used for detecting non-ignition or misfire of the burner 25 b of the reformer 20 (numbers 1 and 21). The reforming unit temperature sensor 121 is used for detecting an abnormality related to the temperature of the reforming unit 21 (numbers 2 and 22). The metamorphic part temperature sensor 122 is used for detecting an abnormality related to the temperature of the metamorphic part 22 (No. 3). The selective oxidation unit temperature sensor 123 is used to detect an abnormality related to the temperature of the selective oxidation unit 23 (No. 4). The flow meter 155F is used for detecting an abnormality related to the amount of the raw material m1 introduced (No. 5). The pressure gauge 196 is used to detect an abnormality related to the amount of reforming water s introduced (No. 6). The thermometer 113 is used for detecting an abnormality related to the temperature of the electric heater 13 (No. 7). The recovered water level gauge 97 is used to detect an abnormality related to the level of recovered water in the recovered water tank 96 (numbers 8 and 24). The flow meter 183 is used for detecting an abnormality related to the flow rate of the heat storage water h (No. 9). The flow meter 169 is used for detecting an abnormality related to the flow rate of the selectively oxidized air a1 (No. 10). The thermometers 174 and 175 are used for detecting an abnormality related to the temperature of the cooling water c (numbers 11 and 12). The pressure gauges 173D and 173S are used for detecting an abnormality related to the flow rate of the cooling water c (No. 13).

圧力計155Pは、改質ガスgの供給圧力に関する異常、及び改質器20への原料m1又は改質ガスgの封入圧力に関する異常の検出に用いられる(番号14、23)。出力計30Eは、燃料電池30の出力電圧及び出力電流に関する異常の検出に用いられる(番号15、16)。パワーコンディショナ34は、制御装置36の電源及び商用電源99に関する異常の検出に用いられる(番号17、18)。流量計156は、燃焼用燃料m2の導入量に関する異常の検出に用いられる(番号25)。流量計158は、燃焼用空気a2の導入量に関する異常の検出に用いられる(番号26)。制御装置36は、空気ブロワ29の出力に関する異常、及び制御装置36自身に関する異常の検出に用いられる(番号27、32)。流量計154は、酸化剤ガスtの導入量に関する異常の検出に用いられる(番号28)。圧力計157は、燃料mの元圧に関する異常の検出に用いられる(番号29)。ガス検出器138は、燃料電池30の筐体内における可燃性ガスの存在の検出に用いられる(番号30)。温度計139は、燃料電池30の筐体内の温度に関する異常の検出に用いられる(番号31)。以下、異常が検出された場合の燃料電池システム10の動作を説明する。   The pressure gauge 155P is used to detect an abnormality related to the supply pressure of the reformed gas g and an abnormality related to the sealing pressure of the raw material m1 or the reformed gas g into the reformer 20 (numbers 14 and 23). The output meter 30E is used to detect an abnormality related to the output voltage and output current of the fuel cell 30 (numbers 15 and 16). The power conditioner 34 is used to detect an abnormality related to the power source of the control device 36 and the commercial power source 99 (numbers 17 and 18). The flow meter 156 is used for detecting an abnormality related to the amount of fuel m2 introduced (number 25). The flow meter 158 is used for detecting an abnormality related to the amount of combustion air a2 introduced (No. 26). The control device 36 is used to detect an abnormality related to the output of the air blower 29 and an abnormality related to the control device 36 itself (numbers 27 and 32). The flow meter 154 is used for detecting an abnormality related to the amount of the oxidant gas t introduced (number 28). The pressure gauge 157 is used for detecting an abnormality related to the original pressure of the fuel m (number 29). The gas detector 138 is used to detect the presence of combustible gas in the housing of the fuel cell 30 (number 30). The thermometer 139 is used for detecting an abnormality related to the temperature in the casing of the fuel cell 30 (number 31). Hereinafter, the operation of the fuel cell system 10 when an abnormality is detected will be described.

図4は、異常が検出された場合の燃料電池システム10の動作を説明するフローチャートである。燃料電池システム10は、起動している際は(S1)、制御装置36が上述の異常検出手段により異常が発生したか否かを検出している(S2)。ここでいう「起動している」は、燃料電池システム10に起動の指令が与えられていることをいい、例えば改質器20が改質ガスgを生成しているか否かや燃料電池30が発電をしているか否かは問わない。異常が発生していない場合は再び異常が発生したか否かを検出する工程(S2)に戻る。異常の発生を検出した場合は、燃料電池システム10の運転を直ちに停止する(S3)。燃料電池システム10を停止する際は、上述のように、空気の混入を防ぐために改質ガスgあるいは原料m1のガスを改質部21、変成部22、選択酸化部23に封入する。次に制御装置36は、発生した異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常であるか否かを判断する(S4)。   FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system 10 when an abnormality is detected. When the fuel cell system 10 is activated (S1), the control device 36 detects whether or not an abnormality has occurred by the above-described abnormality detection means (S2). Here, “being activated” means that an activation command is given to the fuel cell system 10. For example, whether or not the reformer 20 is generating the reformed gas g and whether the fuel cell 30 is It does not matter whether or not it is generating electricity. If no abnormality has occurred, the process returns to the step (S2) of detecting whether an abnormality has occurred again. When the occurrence of abnormality is detected, the operation of the fuel cell system 10 is immediately stopped (S3). When the fuel cell system 10 is stopped, as described above, the reformed gas g or the raw material m1 gas is enclosed in the reforming unit 21, the shift unit 22, and the selective oxidation unit 23 in order to prevent air from entering. Next, the control device 36 determines whether or not the generated abnormality is an abnormality relating to a predetermined minor failure (S4).

ここで、あらかじめ定められた軽故障に関する異常は、典型的には、一過性の異常であり、人為的なメンテナンスを行わなくても解消する可能性があると思われる異常である。本実施の形態では、軽故障に関する異常として、定常運転時における物理量に対して、改質器20(改質部21、変成部22、選択酸化部23)内の温度が許容される温度の範囲から所定の範囲内で高すぎ又は低すぎる異常(図3における番号2、3、4に相当)、燃料電池30の冷却部33に対して導出入される冷却水cの温度が高すぎる又は流量が少なすぎる異常(図3における番号11、12、13に相当)、燃料電池30で発電された電力の電圧が低すぎる又は電流が許容される範囲から逸脱している異常(図3における番号15、16に相当)、バーナー25bの火炎が失火した異常(図3における番号1に相当)をあらかじめ定めている。   Here, the abnormality relating to the predetermined minor failure is typically a transient abnormality that is likely to be resolved without performing manual maintenance. In the present embodiment, the temperature range in which the temperature in the reformer 20 (the reforming unit 21, the transformation unit 22, the selective oxidation unit 23) is allowed with respect to the physical quantity during steady operation as an abnormality related to a minor failure. Is too high or too low within a predetermined range (corresponding to numbers 2, 3, and 4 in FIG. 3), the temperature of the cooling water c led out to the cooling unit 33 of the fuel cell 30 is too high, or the flow rate. Is too small (corresponding to numbers 11, 12, and 13 in FIG. 3), the voltage of the power generated by the fuel cell 30 is too low, or the current deviates from the allowable range (number 15 in FIG. 3). , 16), an abnormality (corresponding to number 1 in FIG. 3) in which the flame of the burner 25b misfires is predetermined.

これらの軽故障に関する異常は、本発明の発明者が以下の点を見出したことによりあらかじめ定めることとしたものである。改質部21内の温度に関する異常は、原料m1又は改質用水sの供給系統の一時的な不具合(例えば、改質用水ポンプ26や燃料ブロワ28の一時的な不調、原料m1、準改質ガスr1、変成ガスr2、改質用水sの流路の一時的な閉塞等)により一時的に制御が逸脱したことにより生じたことが考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。また、改質部21に一過性の原因により異常が生じた場合、改質部21に連通している変成部22及び/又は選択酸化部23にも影響が及ぶことが考えられ、改質部21における異常が次回起動時までに解消されれば、変成部22及び/又は選択酸化部23における異常も解消される可能性が大きい。ただし、改質部21の温度が所定の範囲を超えて上昇した場合(図3における番号22に相当)は、燃料電池システム10の起動から発電に至るまでに改質器20の運転が安定しきれていない場合が多く重大な故障につながる可能性があるため、軽故障に関する異常としてあらかじめ定めないこととする。   These minor faults are determined in advance by the inventors of the present invention by finding the following points. An abnormality related to the temperature in the reforming unit 21 is a temporary malfunction in the supply system of the raw material m1 or the reforming water s (for example, a temporary malfunction of the reforming water pump 26 or the fuel blower 28, the raw material m1, the semi-reforming). This may be caused by a temporary deviating control due to a temporary blockage of the flow path of the gas r1, the modified gas r2, and the reforming water s). there is a possibility. In addition, when an abnormality occurs in the reforming unit 21 due to a temporary cause, it is considered that the modification unit 22 and / or the selective oxidation unit 23 communicating with the reforming unit 21 may be affected. If the abnormality in the unit 21 is resolved by the next start-up, there is a high possibility that the abnormality in the transformation unit 22 and / or the selective oxidation unit 23 is also resolved. However, when the temperature of the reforming unit 21 rises beyond a predetermined range (corresponding to number 22 in FIG. 3), the operation of the reformer 20 is stabilized from the start of the fuel cell system 10 to power generation. Since there are many cases that are not completed and may lead to a serious failure, it is not determined in advance as an abnormality related to a minor failure.

冷却水cに関する異常は、冷却水ポンプ73の一時的な不調あるいは冷却水管74、75の一時的な閉塞又は冷却水管74、75内への空気混入に起因していることが考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。燃料電池30における発電電圧が低すぎる異常は、改質用水sの一時的な供給不良により又は改質器20の選択酸化部23の選択酸化触媒23cの活性低下により改質ガスg中のCO濃度が上昇してセルがCO被毒する、改質ガス管51が瞬間的に閉塞してアノード31に供給される水素が不足する、酸化剤ガス管54中で発生した凝縮水がカソード32に持ち込まれて流路断面積が減少することによりカソード32に供給される酸素が不足すること等が原因となることが考えられ、このような異常は次回起動時は生じない可能性がある。なお、選択酸化触媒23cの活性低下が原因と考えられる場合は、改質部21の温度を改質に適した温度まで上昇させたところで選択酸化空気a1を選択酸化部23に供給して一旦選択酸化部23を活性域まで昇温し、その後選択酸化空気a1の供給を停止して選択酸化部23を還元雰囲気(主に水素)とする還元処理が次回起動時までに施されることにより解消する可能性がある。また、燃料電池30における発電電圧が低すぎる異常は、他の原因による燃料電池30を構成するセルの一時的な不調が考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。バーナー25bの火炎が失火した異常は、アノードオフガスpの燃焼中に、燃焼部25に瞬間的な圧力変動が生じた場合やアノードオフガス管52で結露した水がバーナー25bに一時的に持ち込まれた場合、あるいはバーナー25bで燃焼させる燃料を燃焼用燃料m2から改質ガスg又はアノードオフガスpに変更しようとした場合に生じることがあり、このような異常は次回起動時は生じない可能性がある。   The abnormality relating to the cooling water c is considered to be caused by a temporary malfunction of the cooling water pump 73, a temporary blockage of the cooling water pipes 74, 75, or air mixing into the cooling water pipes 74, 75. If this is the case, it may be resolved by the next startup. An abnormality in the power generation voltage of the fuel cell 30 that is too low is caused by a temporary supply failure of the reforming water s or a decrease in the activity of the selective oxidation catalyst 23c of the selective oxidation unit 23 of the reformer 20 to reduce the CO concentration in the reformed gas g. As a result, the cell is poisoned by CO, the reformed gas pipe 51 is momentarily closed, and the hydrogen supplied to the anode 31 is insufficient. The condensed water generated in the oxidant gas pipe 54 is brought into the cathode 32. This may be caused by a shortage of oxygen supplied to the cathode 32 due to a decrease in the cross-sectional area of the channel, and such an abnormality may not occur at the next startup. If the cause is a decrease in the activity of the selective oxidation catalyst 23c, the selective oxidation air a1 is supplied to the selective oxidation unit 23 when the temperature of the reforming unit 21 is raised to a temperature suitable for reforming, and is temporarily selected. The temperature is reduced by raising the temperature of the oxidation unit 23 to the active region, and then stopping the supply of the selective oxidation air a1 to make the selective oxidation unit 23 a reducing atmosphere (mainly hydrogen) until the next startup. there's a possibility that. In addition, an abnormality in the power generation voltage of the fuel cell 30 that is too low may be due to a temporary malfunction of the cells constituting the fuel cell 30 due to other causes. In such a case, there is a possibility that the abnormality will be resolved by the next startup. . The abnormality that the flame of the burner 25b was misfired was caused by instantaneous pressure fluctuations in the combustion section 25 during the combustion of the anode offgas p or water condensed in the anode offgas pipe 52 was temporarily brought into the burner 25b. Or when the fuel to be burned by the burner 25b is changed from the combustion fuel m2 to the reformed gas g or the anode offgas p, such an abnormality may not occur at the next start-up. .

以上で示したような軽故障に関する異常は、人為的なメンテナンスを行わなくても次回起動時までに解消する可能性があり、解消した場合は人為的なメンテナンスを行うことなく燃料電池システム10の運転を継続することができることから、制御装置36は発生した異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常であるか否かを判断することとしている(S4)。発生した異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常であるか否かを判断する工程(S4)において、あらかじめ定められた軽故障に関する異常でない場合は、制御装置36は人為的なメンテナンスが行われることにより異常がリセットさるまで燃料電池システム10の再起動を行わない制御をし、ユーザーに認識できるような表示装置(不図示)に向けて警報信号を送信して警報を発報させ、リセットされるまで再起動が行われないことをユーザーに知らせる(S9)。   Abnormalities related to minor faults as described above may be resolved by the next start-up without performing manual maintenance, and if they are resolved, the fuel cell system 10 does not perform manual maintenance. Since the operation can be continued, the control device 36 determines whether or not the abnormality that has occurred is an abnormality relating to a predetermined minor failure (S4). In the step (S4) of determining whether or not the abnormality that has occurred is an abnormality related to a predetermined minor failure, if the abnormality is not related to a predetermined minor failure, the control device 36 is subjected to human maintenance. The control is performed so that the fuel cell system 10 is not restarted until the abnormality is reset due to the above, and an alarm signal is sent to a display device (not shown) that can be recognized by the user to generate an alarm and reset. The user is informed that the restart will not be performed (S9).

他方、あらかじめ定められた軽故障に関する異常である場合は、同一内容の異常が第1の所定の期間に第1の所定の回数発生したか否かを判断する(S5)。ここで、第1の所定の期間は、典型的には、発生した異常が一過性の異常であればその異常が遅くとも解消されていると考えられる期間である。また、第1の所定の回数は、典型的には、発生した異常が一過性の異常であればその異常が燃料電池システム10の再起動を行うことで解消すると考えられる回数である。第1の所定の期間及び第1の所定の回数は、それぞれ各軽故障の項目ごとに異なる値を設定してもよい。同一内容の異常が第1の所定の期間に第1の所定の回数発生した場合は、制御装置36は人為的なメンテナンスが行われることにより異常がリセットさるまで燃料電池システム10の再起動を行わない制御をし、ユーザーに認識できるような表示装置(不図示)に向けて警報信号を送信して警報を発報させ、リセットされるまで再起動が行われないことをユーザーに知らせる(S9)。   On the other hand, if the abnormality is related to a predetermined minor failure, it is determined whether or not the abnormality having the same content has occurred for the first predetermined number of times during the first predetermined period (S5). Here, the first predetermined period is typically a period in which the abnormality is considered to be resolved at the latest if the abnormality that has occurred is a transient abnormality. In addition, the first predetermined number of times is typically the number of times that the abnormality is considered to be resolved by restarting the fuel cell system 10 if the abnormality that has occurred is a transient abnormality. The first predetermined period and the first predetermined number of times may be set to different values for each minor failure item. When the abnormality having the same content occurs for the first predetermined number of times in the first predetermined period, the control device 36 restarts the fuel cell system 10 until the abnormality is reset by performing manual maintenance. The alarm signal is sent to a display device (not shown) that can be recognized by the user, the alarm is issued, and the user is informed that the restart is not performed until reset (S9). .

他方、同一内容の異常が第1の所定の期間に第1の所定の回数発生していない場合は、あらかじめ定められた軽故障に関する異常のいずれかが第2の所定の期間に第2の所定の回数発生したか否かを判断する(S6)。ここで、第2の所定の期間は、典型的には、発生した異常が一過性の異常であれば他の部分に波及した異常も含めて遅くとも解消されていると考えられる期間である。また、第2の所定の回数は、典型的には、発生した異常が一過性の異常であれば他の部分に波及した異常も含めて燃料電池システム10の再起動を行うことで解消すると考えられる回数である。なお、第1の所定の期間及び第2の所定の期間は任意に設定してもよく、第1の所定の期間と第2の所定の期間とが同じ期間となってもよい。同様に、第1の所定の回数及び第2の所定の回数は任意に設定してもよく、第1の所定の回数と第2の所定の回数とが同じ回数となってもよい。典型的には、第2の所定の回数は第1の所定の回数よりも多い。   On the other hand, if an abnormality having the same content has not occurred for the first predetermined number of times during the first predetermined period, any of the abnormalities relating to a predetermined minor failure may occur during the second predetermined period. It is determined whether the number of times has occurred (S6). Here, the second predetermined period is typically a period that is considered to have been resolved at the latest, including an abnormality that has spread to other parts if the abnormality that has occurred is a transient abnormality. In addition, the second predetermined number of times is typically resolved by restarting the fuel cell system 10 including an abnormality that has spread to other parts if the abnormality that has occurred is a transient abnormality. It is a possible number of times. The first predetermined period and the second predetermined period may be arbitrarily set, and the first predetermined period and the second predetermined period may be the same period. Similarly, the first predetermined number of times and the second predetermined number of times may be set arbitrarily, and the first predetermined number of times and the second predetermined number of times may be the same. Typically, the second predetermined number is greater than the first predetermined number.

あらかじめ定められた軽故障に関する異常のいずれかが第2の所定の期間に第2の所定の回数発生したか否かを判断する工程(S6)において、第2の所定の期間に第2の所定の回数発生した場合は、制御装置36は人為的なメンテナンスが行われることにより異常がリセットさるまで燃料電池システム10の再起動を行わない制御をし、ユーザーに認識できるような表示装置(不図示)に向けて警報信号を送信して警報を発報させ、リセットされるまで再起動が行われないことをユーザーに知らせる(S9)。他方、第2の所定の期間に第2の所定の回数発生していない場合は、制御装置36は燃料電池システム10を停止(S3)してから所定の時間が経過したか否かを判断する(S7)。ここで、所定の時間は、典型的には、燃料電池システム10を一旦停止した後に再起動が可能となる温度まで改質部21の温度が低下するのに要する時間である。なお、所定の時間が経過したか否かを判断することに代えて、改質部21の温度が所定の温度まで低下したか否かを判断するように構成してもよい。所定の温度は、典型的には、燃料電池システム10を一旦停止した後再起動が可能となる改質部21の温度である。   In the step (S6) of determining whether any of the abnormalities relating to the predetermined minor failure has occurred a second predetermined number of times during the second predetermined period, the second predetermined period is determined during the second predetermined period. When the number of occurrences has occurred, the control device 36 performs control not to restart the fuel cell system 10 until the abnormality is reset by performing manual maintenance, and a display device (not shown) that can be recognized by the user. The alarm signal is sent to the user to notify the user that the system will not be restarted until it is reset (S9). On the other hand, if the second predetermined number of times has not occurred in the second predetermined period, the control device 36 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the fuel cell system 10 was stopped (S3). (S7). Here, the predetermined time is typically a time required for the temperature of the reforming unit 21 to be lowered to a temperature at which the fuel cell system 10 can be restarted after being temporarily stopped. Instead of determining whether or not a predetermined time has elapsed, it may be configured to determine whether or not the temperature of the reforming unit 21 has decreased to a predetermined temperature. The predetermined temperature is typically the temperature of the reforming unit 21 at which the fuel cell system 10 can be restarted after being temporarily stopped.

なお、燃料電池システム10を停止してから所定の時間が経過するまで(あるいは改質部21の温度が所定の温度に低下するまで)再起動を行わないのは、燃料電池システム10が、運転状態から一旦停止して次に起動するまでの時間が短いと、改質部21の温度が低下する前に改質部21等に封入されていた改質ガスgあるいは原料m1のガスがバーナー25bに導かれて燃焼処理されることにより改質部21の温度が定常運転時の温度を超えた高温になる場合があり、改質部21の温度が改質触媒21cの許容温度(例えば約800℃)を超えると改質触媒21cが劣化するため、このような不都合を回避するためである。   Note that the restart is not performed until a predetermined time has elapsed after the fuel cell system 10 is stopped (or until the temperature of the reforming unit 21 has decreased to a predetermined temperature). If the time from the stop to the next start is short from the state, the reformed gas g or the raw material m1 gas enclosed in the reforming unit 21 or the like before the temperature of the reforming unit 21 decreases is burner 25b. The temperature of the reforming unit 21 may become a high temperature exceeding the temperature during steady operation by being guided to the combustion process, and the temperature of the reforming unit 21 is an allowable temperature of the reforming catalyst 21c (for example, about 800). This is to avoid such inconvenience because the reforming catalyst 21c deteriorates when the temperature exceeds (° C.).

燃料電池システム10を停止してから所定の時間が経過したか否か(又は改質部21の温度が所定の温度まで低下したか否か)を判断する工程(S7)において、所定の時間が経過していない場合(改質部21の温度が所定の温度まで低下していない場合)は、再びこの判断をする工程(S7)に戻る。他方、所定の時間が経過した場合(改質部21の温度が所定の温度まで低下した場合)は、燃料電池システム10の再起動を行う(S8)。再起動を行うと再び燃料電池システム10の起動状態(S1)となり、以後は上述したフローを繰り返す。なお、上述のフローにおいて、工程S5及び/又は工程S6を省略してもよい。また、上述のフローの工程S5の内容を、「同一内容の異常が第1の所定の期間に第1の所定の回数発生したか否かを判断する」ことに代えて、「同一内容の異常が第1の所定の回数連続して発生したか否かを判断する」こととしてもよい。あるいは両者を同時に判断しつつ、早く条件を満たした判断に従うこととしてもよい。ここで「所定の回数は」、第1の所定の回数と同様、典型的には、発生した異常が一過性の異常であればその異常が燃料電池システム10の再起動を行うことで解消すると考えられる回数であり、各軽故障の項目ごとに異なる回数を設定してもよい。このように、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム10は、異常が検出されたときにその異常が軽故障に関する異常であるか否かにかかわらず燃料電池システム10を停止するので安全性が向上する。また、検出された異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常である場合に燃料電池システム10を再起動するので、再起動によって検出された異常が解消された場合にはメンテナンスを省略することができ、異常が解消されない場合には再び停止することとなって安全性が向上することとなる。   In the step (S7) of determining whether or not a predetermined time has elapsed since the fuel cell system 10 was stopped (or whether or not the temperature of the reforming unit 21 has decreased to a predetermined temperature), the predetermined time When it has not elapsed (when the temperature of the reforming unit 21 has not decreased to a predetermined temperature), the process returns to the step of making this determination (S7) again. On the other hand, when the predetermined time has elapsed (when the temperature of the reforming unit 21 has decreased to the predetermined temperature), the fuel cell system 10 is restarted (S8). When the restart is performed, the fuel cell system 10 is again started (S1), and thereafter the above-described flow is repeated. In the above flow, step S5 and / or step S6 may be omitted. Further, instead of “determining whether or not the abnormality of the same content has occurred for the first predetermined number of times in the first predetermined period” instead of “the abnormality of the same content” It may be determined whether or not has occurred continuously for the first predetermined number of times. " Or it is good also as following the judgment which met conditions early, judging both simultaneously. Here, the “predetermined number of times” is typically resolved by restarting the fuel cell system 10 if the abnormality that has occurred is a transient abnormality as in the case of the first predetermined number of times. This is the number of times that can be considered, and a different number may be set for each minor failure item. Thus, when the abnormality is detected, the fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention stops the fuel cell system 10 regardless of whether or not the abnormality is an abnormality related to a minor failure. Will improve. Further, since the fuel cell system 10 is restarted when the detected abnormality is an abnormality related to a predetermined minor failure, maintenance can be omitted when the abnormality detected by the restart is resolved. If the abnormality is not resolved, the safety is improved because the operation is stopped again.

また、改質器20と燃料電池30とを備える燃料電池システム10においては、上記図3に示したような異常のうち複数の異常が同時に発生する場合もあり、異常の原因を特定するのが困難な場合がある。例えば、燃料電池30の発電電力(出力)が低下して一時的に改質器20の温度が低下し、この異常が他の異常を誘発する場合、異常の原因を特定するのが難しい。また、外乱の影響等により一時的に異常の状態を示す場合がある。本発明の実施の形態に係る燃料電池システム10は、異常が検出されたときにその異常の内容にかかわらず燃料電池システム10を停止するので、発生した異常に応じた停止処理を行わなくてもよく、制御が簡素化される。また、複数の異常が検出された場合であっても検出された異常が軽故障に関する異常であれば再起動されることとなり、発生した異常が一過性のものであって再起動により解消している場合は運転を継続することが可能になりメンテナンスを省略することができる。   Further, in the fuel cell system 10 including the reformer 20 and the fuel cell 30, a plurality of abnormalities may occur at the same time among the abnormalities as shown in FIG. It can be difficult. For example, when the generated power (output) of the fuel cell 30 decreases and the temperature of the reformer 20 temporarily decreases, and this abnormality induces another abnormality, it is difficult to specify the cause of the abnormality. In addition, an abnormal state may be temporarily indicated due to the influence of disturbance or the like. Since the fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention stops the fuel cell system 10 regardless of the content of the abnormality when the abnormality is detected, the stop process corresponding to the abnormality that has occurred is not performed. Well, the control is simplified. Even if multiple abnormalities are detected, if the detected abnormality is related to a minor failure, it will be restarted, and the generated abnormality is temporary and will be resolved by restarting. If it is, the operation can be continued and the maintenance can be omitted.

以上の説明では、あらかじめ定められた軽故障に関する異常が図3に示す番号1〜4、11〜13、15、16に相当する異常であるとしたが、図3に示す番号1〜18に相当する異常を軽故障に関する異常としてあらかじめ定めてもよい。図3に示す番号1〜18に相当する異常のうち既に燃料電池システム10の作用の説明において説明した異常以外の異常を軽故障としてあらかじめ定めてもよいのは、本発明の発明者が見出した以下の知見によるものである。   In the above description, the abnormality related to the predetermined minor failure is assumed to be the abnormality corresponding to the numbers 1 to 4, 11 to 13, 15, and 16 shown in FIG. 3, but corresponds to the numbers 1 to 18 shown in FIG. The abnormality to be performed may be determined in advance as an abnormality relating to a minor failure. The inventors of the present invention have found that an abnormality other than the abnormality already described in the description of the operation of the fuel cell system 10 among the abnormality corresponding to the numbers 1 to 18 shown in FIG. This is due to the following findings.

原料m1の導入量に関する異常(図3における番号5に相当)は、燃料ブロワ28の一時的な制御不良、あるいは流量計155Fの一時的な不具合により一時的に生じたことが考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。改質用水sの導入量に関する異常(図3における番号6に相当)は、改質用水ポンプ26の一時的な制御不良(一過性のカジリなど)、あるいは圧力計196の一時的な不都合により一時的に生じたことが考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。電気ヒータ13の温度に関する異常(図3における番号7に相当)は、低い電力負荷が予想に反して長時間続いたことなどが考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。回収水タンク96内の回収水の水位が低下した異常(図3における番号8に相当)は、回収水管91A〜94Aの一時的な閉塞等が考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。蓄熱水hの流量に関する異常(図3における番号9に相当)は、流量計183の一時的な不都合、あるいは蓄熱水ポンプ83の一過性のトラブルあるいは蓄熱水管84、85の一時的な閉塞等が考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。選択酸化空気a1の導入量に関する異常(図3における番号10に相当)は、流量計154の一時的な不都合、あるいは空気ブロワの一過性のトラブルあるいは選択酸化空気管69の一時的な閉塞等が考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。   The abnormality related to the amount of the raw material m1 introduced (corresponding to the number 5 in FIG. 3) may be temporarily caused by a temporary control failure of the fuel blower 28 or a temporary failure of the flow meter 155F. If this is the case, it may be resolved by the next startup. An abnormality related to the introduction amount of the reforming water s (corresponding to the number 6 in FIG. 3) is caused by a temporary control failure of the reforming water pump 26 (temporary galling or the like) or a temporary inconvenience of the pressure gauge 196. It may have occurred temporarily, and in such a case, there is a possibility that it will be resolved by the next startup. The abnormality related to the temperature of the electric heater 13 (corresponding to the number 7 in FIG. 3) may be that a low electric power load lasted for a long time unexpectedly. There is. The abnormality (corresponding to the number 8 in FIG. 3) in which the level of the recovered water in the recovered water tank 96 has dropped may be due to temporary blockage of the recovered water pipes 91A to 94A. It may be resolved. An abnormality related to the flow rate of the heat storage water h (corresponding to the number 9 in FIG. 3) is a temporary inconvenience of the flow meter 183, a temporary trouble of the heat storage water pump 83, or a temporary blockage of the heat storage water pipes 84 and 85. In such a case, there is a possibility that it will be resolved by the next startup. Abnormalities related to the introduction amount of the selective oxidation air a1 (corresponding to the number 10 in FIG. 3) are temporary inconveniences of the flow meter 154, transient troubles of the air blower, temporary blockage of the selective oxidation air pipe 69, or the like. In such a case, there is a possibility that it will be resolved by the next startup.

改質ガスgの圧力に関する異常(図3における番号14に相当)は、改質器20の一時的な制御逸脱あるいはバランスの崩れ、あるいは改質ガスgの流路の一時的な狭窄(例えば一過性の原因による燃料電池30のセルの内圧の増加)等が考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。制御装置36の電源に関する異常(図3における番号17に相当)は、燃料電池30あるいは商用電源99の系統の一時的な異常や、燃料電池30の電圧の低下、又は燃料電池30のセルの電圧が著しく低下したときに発生する場合があり、これらが原因の場合は再起動することができるという知見を経験上得ている。商用電源99に関する異常(図3における番号18に相当)は、商用電源99の一時的な停電等で発生することが考えられ、このような場合は次回起動時までに解消する可能性がある。以上に示した軽故障に関する異常(図3に示す番号1〜18に相当する異常)は、すべてを軽故障に関する異常としてあらかじめ判断部36jに記憶させておいてもよく、いずれか1つ又は任意の2つ以上の異常を軽故障に関する異常としてあらかじめ判断部36jに記憶させておいてもよい。   An abnormality related to the pressure of the reformed gas g (corresponding to the number 14 in FIG. 3) is a temporary control deviation of the reformer 20 or a loss of balance, or a temporary narrowing of the flow path of the reformed gas g (for example, one). An increase in the internal pressure of the cell of the fuel cell 30 due to a transient cause) can be considered, and in such a case, there is a possibility that it will be resolved by the next startup. The abnormality relating to the power source of the control device 36 (corresponding to the number 17 in FIG. 3) is a temporary abnormality of the system of the fuel cell 30 or the commercial power source 99, a decrease in the voltage of the fuel cell 30, or the voltage of the cell of the fuel cell 30. Has been found by experience that it can be restarted if these are the cause. An abnormality relating to the commercial power source 99 (corresponding to the number 18 in FIG. 3) may occur due to a temporary power failure of the commercial power source 99, and in such a case, there is a possibility that it will be resolved by the next startup. The above-described abnormalities relating to minor faults (abnormalities corresponding to numbers 1 to 18 shown in FIG. 3) may be stored in advance in the determination unit 36j as abnormalities relating to minor faults. These two or more abnormalities may be stored in the determination unit 36j in advance as abnormalities related to minor failures.

他方、図3に示す番号21〜32に相当する異常は、以下に示す理由により軽故障に関する異常としてあらかじめ定めることを回避する(再起動(図4における工程S8)を行わないようにする)ことが好ましい。バーナー25bの火炎の不着火(図3における番号21に相当)は、可燃性である燃焼用燃料m2のガスが系外に排出されるおそれがあるため、再起動を行わないことが好ましい。改質部21の温度が所定の範囲を超えて上昇した異常(図3における番号22に相当)は、上述のように、燃料電池システム10の起動から発電に至るまでに改質器20の運転が安定しきれていない場合が多く重大な故障につながる可能性があるため、再起動を行わないことが好ましい。改質器20への原料m1又は改質ガスgの封入圧力に関する異常(図3における番号23に相当)は、配管系統あるいは関連機器におけるガス漏れが懸念されるため、再起動を行わないことが好ましい。回収水タンク96内の回収水の水位が高すぎる異常(図3における番号24に相当)は、市水補給用電磁弁(不図示)のシートリークが懸念されるため、再起動を行わないことが好ましい。   On the other hand, the abnormality corresponding to the numbers 21 to 32 shown in FIG. 3 is avoided from being determined in advance as an abnormality relating to a minor failure for the following reasons (restart (not to perform the restart (step S8 in FIG. 4)). Is preferred. It is preferable not to restart the non-ignition of the flame of the burner 25b (corresponding to the number 21 in FIG. 3) because the flammable combustion fuel m2 may be discharged out of the system. An abnormality (corresponding to number 22 in FIG. 3) in which the temperature of the reforming unit 21 has risen beyond a predetermined range is the operation of the reformer 20 from the start of the fuel cell system 10 to power generation as described above. It is preferable not to restart the system because there are many cases where the system is not stable and may lead to a serious failure. The abnormality (corresponding to the number 23 in FIG. 3) related to the sealing pressure of the raw material m1 or the reformed gas g into the reformer 20 may cause a gas leak in the piping system or related equipment, and may not be restarted. preferable. If the recovered water level in the recovered water tank 96 is too high (corresponding to the number 24 in FIG. 3), there is a concern about the seat leak of the city water replenishing solenoid valve (not shown). Is preferred.

燃焼用燃料m2の導入量に関する異常(図3における番号25に相当)は、配管系統あるいは関連機器におけるガス漏れ、又はバーナー25bにおける異常燃焼が懸念されるため、再起動を行わないことが好ましい。燃焼用空気a2の導入量に関する異常(図3における番号26に相当)及び空気ブロワ29の出力に関する異常(図3における番号27に相当)は、配管系統あるいは関連機器における燃焼用空気a2の漏れ、又は空気ブロワ29の故障が懸念され、異常燃焼などを引き起こすおそれがあるため、再起動を行わないことが好ましい。酸化剤ガスtの導入量に関する異常(図3における番号28に相当)は、配管系統あるいは関連機器における燃焼用空気a2の漏れ、又は空気ブロワ29の故障が懸念され、異常燃焼を引き起こすおそれがあるため、再起動を行わないことが好ましい。燃料mの元圧に関する異常(図3における番号29に相当)は、燃料mの供給ラインの不調と考えられ、別個に解決しないと燃料電池システム10の運転を再開することが難しいと考えられるため、再起動を行わないことが好ましい。   It is preferable not to restart the abnormality related to the introduction amount of the combustion fuel m2 (corresponding to the number 25 in FIG. 3) because gas leakage in the piping system or related equipment or abnormal combustion in the burner 25b is concerned. An abnormality relating to the introduction amount of the combustion air a2 (corresponding to the number 26 in FIG. 3) and an abnormality relating to the output of the air blower 29 (corresponding to the number 27 in FIG. 3) are the leakage of the combustion air a2 in the piping system or related equipment, Alternatively, it is preferable not to restart the air blower 29 because there is a concern about failure of the air blower 29, which may cause abnormal combustion. An abnormality related to the introduction amount of the oxidant gas t (corresponding to the number 28 in FIG. 3) is likely to cause the combustion of the combustion air a2 in the piping system or related equipment, or the failure of the air blower 29, causing abnormal combustion. Therefore, it is preferable not to restart. An abnormality related to the original pressure of the fuel m (corresponding to the number 29 in FIG. 3) is considered to be a malfunction of the fuel m supply line, and it is considered difficult to restart the operation of the fuel cell system 10 unless resolved separately. It is preferable not to restart.

燃料電池30の筐体内における可燃性ガスの存在を検出したとき(図3における番号30に相当)は、可燃性ガスが漏洩している可能性が高く、再起動を行わないことが好ましい。燃料電池30の筐体内の温度に関する異常(図3における番号31に相当)は、放置すれば発火を招く可能性があるため再起動を行わないことが好ましい。制御装置36の異常(図3における番号32に相当)は、燃料電池システム10の適切な運転が継続できない可能性が高く、再起動を行わないことが好ましい。以上に示した、図3に示す番号21〜32に相当する異常を検出したときは、典型的には燃料電池システム10の再起動をせずに、警報を発する(図4の工程S9)こととなる。   When the presence of the combustible gas in the casing of the fuel cell 30 is detected (corresponding to the number 30 in FIG. 3), it is highly possible that the combustible gas has leaked, and it is preferable not to restart. An abnormality related to the temperature in the housing of the fuel cell 30 (corresponding to the number 31 in FIG. 3) may cause ignition if left untreated, so it is preferable not to restart. An abnormality in the control device 36 (corresponding to the number 32 in FIG. 3) is highly likely that the proper operation of the fuel cell system 10 cannot be continued. When the above-described abnormality corresponding to the numbers 21 to 32 shown in FIG. 3 is detected, a warning is typically issued without restarting the fuel cell system 10 (step S9 in FIG. 4). It becomes.

以上の説明では、燃料電池30が固体高分子形燃料電池であるとして説明したが、りん酸形燃料電池等の固体高分子形燃料電池以外の燃料電池であってもよい。しかしながら、固体高分子形燃料電池とすると、比較的低温で運転することができ、装置を小型化できるので、一般家庭等に設置するのに適している。   In the above description, the fuel cell 30 has been described as a polymer electrolyte fuel cell, but may be a fuel cell other than a polymer electrolyte fuel cell such as a phosphoric acid fuel cell. However, the polymer electrolyte fuel cell can be operated at a relatively low temperature and can be downsized, so that it is suitable for installation in a general household.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。1 is a schematic system diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 改質器の模式的縦断面図である。It is a typical longitudinal cross-sectional view of a reformer. 異常の内容と、異常検出手段を構成する部材との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the content of abnormality, and the member which comprises an abnormality detection means. 異常検出時の燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the fuel cell system at the time of abnormality detection.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池システム
20 改質器
30 燃料電池
30E 出力計
36 制御装置
34 パワーコンディショナ
25b バーナー
99 商用電源
125 火炎検出器
g 改質ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system 20 Reformer 30 Fuel cell 30E Output meter 36 Control apparatus 34 Power conditioner 25b Burner 99 Commercial power supply 125 Flame detector g Reformed gas

Claims (6)

水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスを導入して発電する燃料電池とを有する燃料電池システムであって;
前記燃料電池システムの異常を検出する異常検出手段と;
前記異常が検出されたときに前記燃料電池システムを停止すると共に、検出された前記異常があらかじめ定められた軽故障に関する異常である場合に、前記燃料電池システムを再起動する制御装置とを備える;
燃料電池システム。
A fuel cell system comprising a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen, and a fuel cell that generates electricity by introducing the reformed gas;
An abnormality detecting means for detecting an abnormality of the fuel cell system;
A control device that stops the fuel cell system when the abnormality is detected, and that restarts the fuel cell system when the detected abnormality is an abnormality related to a predetermined minor failure;
Fuel cell system.
前記軽故障に関する異常が、前記改質器内の所定の範囲内の温度分布に関する異常、前記燃料電池を冷却する冷却水に関する異常、前記燃料電池で発電された電力の値に関する異常のうちの少なくとも1つを含むように定められた;
請求項1に記載の燃料電池システム。
The abnormality related to the minor failure is at least one of an abnormality related to a temperature distribution within a predetermined range in the reformer, an abnormality related to cooling water for cooling the fuel cell, and an abnormality related to a value of electric power generated by the fuel cell. Set to include one;
The fuel cell system according to claim 1.
前記燃料電池で発電された直流電力を交流電力に変換して電力負荷に送電するパワーコンディショナであって、商用電源と連系するパワーコンディショナを備え;
前記異常検出手段が、前記軽故障に関する異常を検出する、前記改質器におけるバーナーの失火を検出する失火検出手段と、前記パワーコンディショナに通電する電流の過電流を検出する過電流検出器とを有する;
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
A power conditioner that converts DC power generated by the fuel cell into AC power and transmits the AC power to a power load, comprising a power conditioner linked to a commercial power source;
The abnormality detection means detects an abnormality related to the minor fault, detects a misfire of a burner in the reformer, and an overcurrent detector detects an overcurrent of a current flowing through the power conditioner. Having:
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記制御装置が、前記異常検出手段が同一内容の前記軽故障に関する異常を第1の所定の期間に第1の所定の回数検出したときに、前記燃料電池システムの再起動を行わないように構成された;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The control device is configured not to restart the fuel cell system when the abnormality detection unit detects an abnormality related to the minor failure having the same content for a first predetermined number of times in a first predetermined period. Was;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
前記制御装置が、前記異常検出手段が同一内容の前記軽故障に関する異常を所定の回数連続して検出したときに、前記燃料電池システムの再起動を行わないように構成された;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The control device is configured not to restart the fuel cell system when the abnormality detecting means continuously detects an abnormality related to the minor failure having the same content for a predetermined number of times;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
前記制御装置が、前記異常検出手段が前記軽故障に関する異常を第2の所定の期間に第2の所定の回数検出したときに、前記燃料電池システムの再起動を行わないように構成された;
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The control device is configured not to restart the fuel cell system when the abnormality detection means detects an abnormality relating to the minor failure for a second predetermined number of times in a second predetermined period;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
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