JP5816842B2 - Gas leak detection system for fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、炭化水素を含む燃料ガスを利用して発電する燃料電池装置を含む燃料電池システムにおいて、発電開始前に安全性のため実施する、燃料電池システム用のガス漏れ検知システムに関する。 The present invention relates to a gas leak detection system for a fuel cell system, which is implemented for safety before starting power generation in a fuel cell system including a fuel cell device that generates power using fuel gas containing hydrocarbons.
近年、地球環境に対する保全意識が高まっており、高効率な発電が可能である燃料電池装置を備えた燃料電池システムがエコロジーな製品として注目されている。燃料電池システムには、燃料電池装置として燃料電池スタックと改質器を備えた固体高分子形燃料電池システム、燃料電池装置の改質器と燃料電池スタックとが一体化して構成された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム、燃料電池装置の燃料電池スタックが改質の機能も備えた直接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム等がある。 In recent years, awareness of conservation of the global environment has increased, and a fuel cell system including a fuel cell device capable of highly efficient power generation has attracted attention as an ecological product. The fuel cell system includes a polymer electrolyte fuel cell system having a fuel cell stack and a reformer as a fuel cell device, and an indirect internal reforming system in which the reformer and the fuel cell stack of the fuel cell device are integrated. Solid oxide fuel cell systems, direct internal reforming solid oxide fuel cell systems in which the fuel cell stack of the fuel cell device also has a reforming function, and the like.
こうした燃料電池システムでは、燃料電池スタックへ水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスを供給して発電する。家庭用の燃料電池システムの場合、燃料ガスとして可燃性である都市ガスを用いることが多く、燃料ガスが原料ガス経路から漏れないよう、発電させる前等に安全対策としてガス漏れがないか調べる必要がある。 In such a fuel cell system, power is generated by supplying a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen to the fuel cell stack. In the case of household fuel cell systems, flammable city gas is often used as fuel gas, and it is necessary to check for gas leaks as a safety measure before generating electricity, etc. so that fuel gas does not leak from the source gas path There is.
燃料電池システムのガス漏れ検知方法には、一つにガス検知センサを用いて燃料電池システム内で漏れた燃料ガスを検知する手法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、原料ガス流量計測器、あるいはガス圧計を用いて原料ガス経路の原料ガス流量および原料ガス圧を測定する手法も知られている(例えば、特許文献2参照。)。 One known method for detecting a gas leak in a fuel cell system is to detect fuel gas leaked in the fuel cell system using a gas detection sensor (see, for example, Patent Document 1). In addition, a method of measuring a raw material gas flow rate and a raw material gas pressure in a raw material gas path using a raw material gas flow meter or a gas pressure gauge is also known (for example, see Patent Document 2).
原料ガス流量計測器と原料ガス圧力検知器を用いる手法では、計測過程においてどこの原料ガス経路から漏れているのかを推測しやすくなるため、特許文献1に示されたガス検知センサ等と併用することにより、より安全性を高めることができる。従来、原料ガス流量計測器を用いる手法では、原料ガス経路にガス圧を張るためにガス供給源が開放された状態でガス漏れ検知を実施し、設定された燃料ガス上限流量値を測定流量値が超えた場合にガス漏れ異常と判断している。
In the method using the raw material gas flow rate measuring device and the raw material gas pressure detector, it is easy to guess which raw material gas path is leaking in the measurement process, so it is used in combination with the gas detection sensor shown in
しかしながら、前記従来の構成では、上記燃料電池システムのガス漏れ検知時においてガス供給源が開放されているため、同一のガス配管から分岐して他の燃料電池システムあるいはガスヒートポンプ等の他装置と同時に使用する場合、装置動作によるガス圧の脈動の影響を受けることがある。燃料電池システムに供給される原料ガスの原料ガス経路の下流に設置された原料ガスの流量及び圧力の少なくとも一方を検出する原料ガス計測機構に前記ガス圧の脈動が伝わると、ガスが流れていない場合においても、一定以上のガス流量を計測するためガス漏れと誤検知してしまい、燃料電池システムが発電不可状態になるという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, since the gas supply source is opened when the gas leak of the fuel cell system is detected, the fuel cell system branches from the same gas pipe and simultaneously with other devices such as another fuel cell system or a gas heat pump. When used, it may be affected by pulsation of gas pressure due to operation of the device. When the pulsation of the gas pressure is transmitted to the source gas measurement mechanism that detects at least one of the flow rate and pressure of the source gas installed downstream of the source gas path of the source gas supplied to the fuel cell system, no gas flows. Even in this case, since the gas flow rate above a certain level is measured, it is erroneously detected as a gas leak, and the fuel cell system has a problem that power generation is disabled.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ガス漏れ誤検知を解消し、燃料電池システムの不必要な発電不可状態を回避することができる燃料電池システム用ガス漏れ検知システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a gas leak detection system for a fuel cell system that can eliminate erroneous detection of gas leak and avoid an unnecessary power generation disabled state of the fuel cell system. With the goal.
前記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムでは、少なくとも炭化水素を含む原料ガスが供給される燃料電池装置を有する燃料電池システム用のガス漏れ検知システムであって、
前記燃料電池装置に供給される原料ガスの原料ガス経路に配置され、前記原料ガスの流量を計測する流量計測器および前記原料ガスの圧力を計測する圧力計測器を備える原料ガス計測機構と、
前記原料ガス計測機構より上流の前記原料ガス経路に配置され、前記原料ガス経路の開閉を行う第1開閉器と、
前記原料ガス計測機構より下流の前記原料ガス経路に配置され、前記原料ガス経路の開閉を行う第2開閉器と、
前記原料ガス計測機構と、前記第1開閉器と、前記第2開閉器と、を制御する制御器と、
を有している。さらに、前記制御器は、
前記第1開閉器を開放するとともに前記第2開閉器を閉止して前記流量計測器の流量値からガス漏れを検知する第1の工程と、
前記第1の工程の後で前記第1開閉器及び前記第2開閉器の両方を閉止状態にして前記圧力計測器の圧力値からガス漏れを検知する第2の工程と、
前記第2の工程の後で前記第1開閉器及び前記第2開閉器の両方を閉止状態にして前記流量計測器の流量値からガス漏れを検知する第3の工程と、
を制御する。
In order to solve the above-described conventional problems, in the gas leak detection system for a fuel cell system according to the present invention, a gas leak detection system for a fuel cell system having a fuel cell device to which a raw material gas containing at least hydrocarbons is supplied. There,
A raw material gas measuring mechanism that is disposed in a raw material gas path of the raw material gas supplied to the fuel cell device, and includes a flow rate measuring device that measures the flow rate of the raw material gas and a pressure measuring device that measures the pressure of the raw material gas;
A first switch disposed in the source gas path upstream from the source gas measuring mechanism and configured to open and close the source gas path;
A second switch disposed in the source gas path downstream from the source gas measuring mechanism and configured to open and close the source gas path;
A controller for controlling the source gas measurement mechanism, the first switch, and the second switch;
have. Furthermore, the controller is
A first step of opening the first switch and closing the second switch to detect a gas leak from a flow rate value of the flow meter;
A second step of detecting a gas leak from the pressure value of the pressure measuring instrument with both said first switch and said second switch in a closed state after said first step,
A third step of detecting a gas leak from a flow rate value of the flow rate measuring device by closing both the first switch and the second switch after the second step;
To control.
また、燃料電池システム用ガス漏れ検知方法は、少なくとも炭化水素を含む原料ガスが供給される燃料電池装置を有する燃料電池システム用のガス漏れ検知方法であって、
前記燃料電池装置に供給される原料ガスの原料ガス経路の上流側を開放すると共に、下流側を閉止して、前記開放した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの流量の計測値からガス漏れを検知する第1の工程と、
前記第1の工程の後、前記原料ガス経路の上流側を閉止を閉止して、前記閉止した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの圧力の計測値からガス漏れを検知する第2の工程と、
前記第2の工程の後、前記閉止した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの流量の計測値からガス漏れを検知する第3の工程と、
を含む。
Further, the gas leak detection method for a fuel cell system is a gas leak detection method for a fuel cell system having a fuel cell device to which a raw material gas containing at least hydrocarbons is supplied,
The upstream side of the source gas path of the source gas supplied to the fuel cell device is opened, the downstream side is closed, and the flow rate of the source gas between the opened upstream side and the closed downstream side is reduced. A first step of detecting a gas leak from the measured value;
After the first step, closes the closed upstream of the raw material gas path, detects a gas leak from the measured value of the pressure of the feed gas between the downstream and the closure and the closure to the upstream side A second step of:
After the second step, a third step of detecting a gas leak from a measured value of the flow rate of the source gas between the closed upstream side and the closed downstream side;
including.
第1の工程で「ガス漏れ検知」した場合に、第2の工程において、第1開閉器及び第2開閉器を共に閉止してガス流体が原料ガス経路を流れない状態とし、原料ガス計測機構の計測値の変動を検出することで、他装置動作によるガス圧の脈動の影響を排除してガス漏れの有無を検知することができる。このことにより、実際にはガスが流れていない場合においても、他装置のガス圧の脈動の影響により一定以上のガス流量を計測して「ガス漏れ」と誤検知することを回避できる。 When “gas leak detection” is detected in the first step, the first switch and the second switch are both closed in the second step so that the gas fluid does not flow through the source gas path, and the source gas measurement mechanism By detecting the fluctuation of the measured value, it is possible to detect the presence or absence of gas leakage by eliminating the influence of gas pressure pulsation due to the operation of other devices. Thus, even when gas is not actually flowing, it is possible to avoid erroneous detection of “gas leak” by measuring a gas flow rate above a certain level due to the influence of pulsation of the gas pressure of other devices.
本発明の燃料電池システムは、燃料電池システム内のガス原料ガス流量計測時において、ガス脈動によるガス漏れの誤検知を防ぐことができるため、誤検知によるエラーで燃料電池システムが発電できないという状態を回避することができる。 Since the fuel cell system of the present invention can prevent erroneous detection of gas leakage due to gas pulsation when measuring the gas raw material gas flow rate in the fuel cell system, the fuel cell system cannot generate power due to an error due to erroneous detection. It can be avoided.
第1の態様に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムは、少なくとも炭化水素を含む原料ガスが供給される燃料電池装置を有する燃料電池システム用のガス漏れ検知システムであって、
前記燃料電池装置に供給される原料ガスの原料ガス経路に配置され、前記原料ガスの流量を計測する流量計測器および前記原料ガスの圧力を計測する圧力計測器を備える原料ガス計測機構と、
前記原料ガス計測機構より上流の前記原料ガス経路に配置され、前記原料ガス経路の開閉を行う第1開閉器と、
前記原料ガス計測機構より下流の前記原料ガス経路に配置され、前記原料ガス経路の開閉を行う第2開閉器と、
前記原料ガス計測機構と、前記第1開閉器と、前記第2開閉器と、を制御する制御器と、
から構成され、
前記制御器は、
前記第1開閉器を開放するとともに前記第2開閉器を閉止して前記流量計測器の流量値からガス漏れを検知する第1の工程と、
前記第1の工程の後で前記第1開閉器及び前記第2開閉器の両方を閉止状態にして前記圧力計測器の圧力値からガス漏れを検知する第2の工程と、
前記第2の工程の後で前記第1開閉器及び前記第2開閉器の両方を閉止状態にして前記流量計測器の流量値からガス漏れを検知する第3の工程と、
を制御する。
なお、前記制御器は一つでも複数でもよい。
A gas leak detection system for a fuel cell system according to a first aspect is a gas leak detection system for a fuel cell system having a fuel cell device to which a raw material gas containing at least hydrocarbons is supplied.
A raw material gas measuring mechanism that is disposed in a raw material gas path of the raw material gas supplied to the fuel cell device, and includes a flow rate measuring device that measures the flow rate of the raw material gas and a pressure measuring device that measures the pressure of the raw material gas;
A first switch disposed in the source gas path upstream from the source gas measuring mechanism and configured to open and close the source gas path;
A second switch disposed in the source gas path downstream from the source gas measuring mechanism and configured to open and close the source gas path;
A controller for controlling the source gas measurement mechanism, the first switch, and the second switch;
Consisting of
The controller is
A first step of opening the first switch and closing the second switch to detect a gas leak from a flow rate value of the flow meter;
A second step of detecting a gas leak from the pressure value of the pressure measuring instrument with both said first switch and said second switch in a closed state after said first step,
A third step of detecting a gas leak from a flow rate value of the flow rate measuring device by closing both the first switch and the second switch after the second step;
To control.
The controller may be one or more.
上記構成によると、第1の工程においては第2開閉器が閉止されておりガス流体が第2開閉器を通ってガス漏れ検知対象の経路から下流へ流出することができない。そのため、原料ガス経路にガス圧を張った状態で原料ガス計測機構として、例えば、原料ガス流量計測器が一定以上の流量を検知した場合、原料ガス流量計測器より下流の原料ガス経路においてガスが漏れていることを検出できる。その一方、原料ガス経路内のガス圧を張る目的で第1開閉器が開放されているため、例えば同一ガス配管から分岐して接続されたガスヒートポンプ等他装置の動作によるガス圧の脈動が上記燃料電池システムに影響する場合では、第1開閉器を通ってガス流体が流れる。そのため、ガスが流れていない状態においても原料ガス経路内で脈動の影響を受けるので、一定以上の流量を検知する可能性がある。したがって、第1の工程でガス漏れを検知した場合、その原因は実際のガス漏れ以外にも、脈動によるもの、または原料ガス流量計測器の故障が考えられる。 According to the above configuration, the second switch is closed in the first step, and the gas fluid cannot flow downstream from the gas leak detection target path through the second switch. Therefore, as a raw material gas measurement mechanism with gas pressure applied to the raw material gas path, for example, when the raw material gas flow meter detects a flow rate higher than a certain level, the gas flows in the raw material gas path downstream from the raw material gas flow meter. Can detect leaks. On the other hand, since the first switch is opened for the purpose of increasing the gas pressure in the raw material gas path, the pulsation of the gas pressure due to the operation of other devices such as a gas heat pump branched and connected from the same gas pipe is described above. When affecting the fuel cell system, the gas fluid flows through the first switch. For this reason, even when no gas is flowing, since it is affected by pulsation in the raw material gas path, there is a possibility of detecting a flow rate above a certain level. Therefore, when a gas leak is detected in the first step, the cause can be caused by pulsation or a failure of the raw material gas flow rate measuring instrument in addition to the actual gas leak.
第2の工程においては第1開閉器および第2開閉器が共に閉止されているため、ガス流体が第1開閉器を通って流れることができず、第1開閉器より上流からの脈動の影響は第1開閉器により遮断される。そのため、原料ガス経路においてガスヒートポンプ等によるガス脈動の影響を受けずにガス漏れを検出することができる。そこで、原料ガス経路にガス圧を張った状態で第2の工程を実施し、一定以上のガス圧変動によりガス漏れを検知した場合、その原因は実際のガス漏れ、または、例えば、原料ガス計測機構としての原料ガス圧検知器の故障であり共に異常と判断できる。 Since both the first switch and the second switch are closed in the second step, the gas fluid cannot flow through the first switch, and the influence of pulsation upstream from the first switch Is blocked by the first switch. Therefore, it is possible to detect gas leakage without being affected by gas pulsation caused by a gas heat pump or the like in the raw material gas path. Therefore, when the second step is performed with the gas pressure on the source gas path and a gas leak is detected due to a gas pressure fluctuation exceeding a certain level, the cause is an actual gas leak or, for example, source gas measurement. It is a failure of the raw material gas pressure detector as a mechanism, and it can be determined that both are abnormal.
第3の工程においては第2の工程と同様に第1開閉器および第2開閉器が共に閉止されているため、原料ガス経路においてガス脈動の影響を受けずにガス漏れを検出することができる。そのため、原料ガス経路にガス圧を張った状態で第3の工程を実施し、一定以上のガス流量によりガス漏れを検知した場合、その原因は実際のガス漏れ、または原料ガス流量計測器の故障と判断できる。しかし、第3の工程では、ガス漏れを検知する原料ガス経路の容積が小さい場合、原料ガス経路から漏れるガス流量がガス漏れと検知する閾値流量よりも小さくなる可能性があるため、第3の工程のガス漏れ検知だけでは不十分である。 In the third step, since the first switch and the second switch are both closed as in the second step, gas leakage can be detected without being affected by gas pulsation in the raw material gas path. . Therefore, if the third step is performed with the gas pressure on the source gas path and a gas leak is detected at a gas flow rate above a certain level, the cause is an actual gas leak or a failure of the source gas flow meter. It can be judged. However, in the third step, if the volume of the source gas path for detecting gas leak is small, the gas flow rate leaking from the source gas path may be smaller than the threshold flow rate for detecting gas leak. It is not enough to detect gas leaks in the process.
したがって、第1、第2、第3の工程を組み合わせることで、同一のガス配管から分岐して上記燃料電池システムとガスヒートポンプ等の他装置が接続された場合においても、脈動の影響によりガス漏れと誤検知することを回避することができる。 Therefore, by combining the first, second, and third steps, gas leakage due to the influence of pulsation even when the fuel cell system and other devices such as a gas heat pump are connected by branching from the same gas pipe. Can be avoided.
第2の態様に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムは、第1の態様において、第1の工程で原料ガス経路にガス圧を張った状態において原料ガス流量計測器が一定以上の流量を検知し、かつ、第2の工程において原料ガス圧検知器の圧力値が一定以上変動しない場合は第3の工程を実施する事を特徴とする。
The gas leak detection system for a fuel cell system according to a second aspect is the first aspect, wherein the raw material gas flow rate measuring device detects a flow rate above a certain level in a state in which the gas pressure is applied to the raw material gas path in the first step. In addition, when the pressure value of the raw material gas pressure detector does not fluctuate more than a certain value in the second step, the third step is performed.
上記構成によると、第1の工程でガス漏れを検知し、かつ、第2の工程でガス漏れを検知しなかった場合、実際のガス漏れはしておらず、第1の工程でガス漏れを検知した原因が、脈動によるもの、または原料ガス流量計測器の故障であると判断できる。そのため、その条件で、第3の工程を実施することにより、第1の工程で検知したガス漏れの原因が、脈動によるものか、あるいは原料ガス流量計測器の故障かを判断することができる。 According to the above configuration, when a gas leak is detected in the first step and no gas leak is detected in the second step, there is no actual gas leak and the gas leak is detected in the first step. It can be determined that the detected cause is a pulsation or a failure of the raw material gas flow rate measuring device. Therefore, it is possible to determine whether the cause of the gas leakage detected in the first step is due to pulsation or the failure of the raw material gas flow rate measuring device by performing the third step under the conditions.
第3の態様に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムは、第2の態様において、第3の工程でガス漏れを検知しなかった場合は、ガス漏れは発生していないと判断することを特徴とする。
The gas leak detection system for a fuel cell system according to a third aspect is characterized in that, in the second aspect, if no gas leak is detected in the third step, it is determined that no gas leak has occurred. And
上記構成によると、第1の工程でガス漏れを検知し、かつ、第2の工程でガス漏れを検知しなかった場合、実際のガス漏れはしておらず、第1の工程でガス漏れを検知した原因が、脈動によるもの、または原料ガス流量計測器の故障であると判断できる。そのため、その条件で、脈動の影響を受けない第3の工程でガス漏れを検知しなかった場合は、第1の工程で検知したガス漏れの原因が、脈動によるものと判断することができる。したがって、上記燃料電池システムは、ガスヒートポンプ等の他装置動作によるガス圧脈動の影響によりガス漏れを誤検知することが無く、不必要な発電不可状態を回避することができる。 According to the above configuration, when a gas leak is detected in the first step and no gas leak is detected in the second step, there is no actual gas leak and the gas leak is detected in the first step. It can be determined that the detected cause is a pulsation or a failure of the raw material gas flow rate measuring device. Therefore, when the gas leak is not detected in the third process that is not affected by the pulsation under the condition, it can be determined that the cause of the gas leak detected in the first process is due to the pulsation. Therefore, the fuel cell system does not erroneously detect a gas leak due to the influence of gas pressure pulsation caused by the operation of another device such as a gas heat pump, and can avoid an unnecessary power generation disabled state.
第4の態様に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムは、第2の態様において、第3の工程でガス漏れを検知した場合は、原料ガス流量計測器が故障していると判断することを特徴とする。
The gas leak detection system for a fuel cell system according to the fourth aspect determines that the raw material gas flow rate measuring device has failed when the gas leak is detected in the third step in the second aspect. Features.
上記構成によると、第1の工程でガス漏れを検知し、かつ、第2の工程でガス漏れを検知しなかった場合、実際のガス漏れはしておらず、第1の工程でガス漏れを検知した原因が、脈動によるもの、または原料ガス流量計測器の故障であると判断できる。そのため、その条件で、脈動の影響を受けない第3の工程でガス漏れが検知された場合は、第1の工程で検知したガス漏れの原因が、原料ガス流量計測器の故障によるものと判断することができ、異常な発電状態を回避することができる。 According to the above configuration, when a gas leak is detected in the first step and no gas leak is detected in the second step, there is no actual gas leak and the gas leak is detected in the first step. It can be determined that the detected cause is a pulsation or a failure of the raw material gas flow rate measuring device. Therefore, if a gas leak is detected in the third process that is not affected by the pulsation under that condition, it is determined that the cause of the gas leak detected in the first process is due to a failure of the raw material gas flow meter. And an abnormal power generation state can be avoided.
第5の態様に係る燃料電池システムは、第1から第4の態様のいずれかの燃料電池システム用ガス漏れ検知システムを備えている。
A fuel cell system according to a fifth aspect includes the gas leak detection system for a fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects.
第6の態様に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法は、
少なくとも炭化水素を含む原料ガスが供給される燃料電池装置を有する燃料電池システム用のガス漏れ検知方法であって、
前記燃料電池装置に供給される原料ガスの原料ガス経路の上流側を開放すると共に、下流側を閉止して、前記開放した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの流量の計測値からガス漏れを検知する第1の工程と、
前記第1の工程の後、前記原料ガス経路の上流側を閉止を閉止して、前記閉止した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの圧力の計測値からガス漏れを検知する第2の工程と、
前記第2の工程の後、前記閉止した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの流量の計測値からガス漏れを検知する第3の工程と、
を含む。
A gas leak detection method for a fuel cell system according to a sixth aspect includes:
A gas leak detection method for a fuel cell system having a fuel cell device to which a source gas containing at least hydrocarbons is supplied,
The upstream side of the source gas path of the source gas supplied to the fuel cell device is opened, the downstream side is closed, and the flow rate of the source gas between the opened upstream side and the closed downstream side is reduced. A first step of detecting a gas leak from the measured value;
After the first step, closes the closed upstream of the raw material gas path, detects a gas leak from the measured value of the pressure of the feed gas between the downstream and the closure and the closure to the upstream side A second step of:
After the second step, a third step of detecting a gas leak from a measured value of the flow rate of the source gas between the closed upstream side and the closed downstream side;
including.
第7の態様に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知プログラムは、第6の態様の前記燃料電池システム用ガス漏れ検知方法の各工程をコンピュータにおいて実行させる各命令によって構成されている。
A fuel leak detection program for a fuel cell system according to a seventh aspect is configured by instructions that cause a computer to execute each step of the gas leak detection method for a fuel cell system according to the sixth aspect.
第8の態様に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、第7の態様に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知プログラムを格納している。 A computer-readable recording medium according to the eighth aspect stores a gas leak detection program for a fuel cell system according to the seventh aspect.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、本実施の形態によって本発明が制限されるものでは無い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the present invention is not limited by the present embodiment.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システム1の構成について図1を基に説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システム1の構成を模式的に示したブロック図である。また、図1では本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、燃料電池システム1内で複雑に分岐した原料ガス経路は一つに簡素化し、その他の構成要素は省略している。この燃料電池システム1は、燃料電池装置に原料ガスを供給する原料ガス経路15と、水素生成器20と、燃料電池スタック21と、燃料電池システム用ガス漏れ検知システムと、を備える。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the
この燃料電池システム用ガス漏れ検知システムは、原料ガス経路15に配置され、原料ガスの圧力もしくは流量を計測する原料ガス計測機構23と、原料ガス計測機構23より上流の原料ガス経路15に配置され、原料ガス経路15の開閉を行って、原料ガス経路15へのガス流入を制御する第1開閉器10と、原料ガス計測機構23より下流の原料ガス経路15に配置され、原料ガス経路15の開閉を行って、原料ガス経路15からのガス流出を制御する第2開閉器13と、原料ガス計測機構23、第1開閉器10及び第2開閉器13と電気的に接続され、それぞれの機器を制御する制御器14と、を有している。なお、原料ガス計測機構23は、原料ガスの流量を計測する流量計測器11と、原料ガスの圧力を測定する圧力計測器12と、を備えている。また、制御器14は、第1開閉器10および第2開閉器13の開閉を行い、原料ガス経路15のガス漏れを検知する際に必要な開放および閉止状態を制御する機能を備えている。また、制御器14には、流量計測器11および圧力計測器12で測定された値も入力される。第1開閉器10および第2開閉器13は、例えば電子式の開閉弁などであり、原料ガス経路15を少なくとも開閉できる機器であればよい。
なお、図1では、原料ガス経路15中の上流側の第1開閉器10と、下流側の第2開閉器13との間に、水素生成器20及び燃料電池スタック21を記載しているが、これは一例であって、これらに限定するものではない。上記の例に限られず、ガス漏れを検知したい機器等を、上流側の第1開閉器10と下流側の第2開閉器13との間に適宜挟むようにすればよい。
This gas leak detection system for a fuel cell system is disposed in the raw material gas path 15 and is disposed in the raw material gas measurement mechanism 23 for measuring the pressure or flow rate of the raw material gas, and the raw material gas path 15 upstream from the raw material gas measurement mechanism 23. The
In FIG. 1, the hydrogen generator 20 and the
図1において、原料ガスの供給源である原料ガス配管3からは、上記燃料電池システム1の他に、例えば、ガスヒートポンプ2などのガス機器が分岐して接続されている。図1に示すガスヒートポンプ2が運転されるとき、ガスヒートポンプ2の機器動作により原料ガス配管3のガス圧脈動が発生し燃料電池システム1の原料ガス経路15に影響を与える。そのため、同一の原料ガス配管3から燃料電池システム1および他装置を同時に使用する場合、制御器14の制御手段において、これまで考慮されてこなかったガス圧脈動の影響を排除したガス漏れ検知システムが必要である。
In FIG. 1, in addition to the
実施の形態1に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムでは、原料ガス経路15の中で、ガス漏れを検知したい箇所(図1では、水素生成器20及びスタック21)の上流側に第1開閉器10、下流側に第2開閉器13を設けておき、第1開閉器10とガス漏れを検知したい箇所との間に原料ガスの流量又は圧力の少なくとも一方を計測する原料ガス計測機構23を設けている。さらに、上記第1開閉器10及び第2開閉器13の開閉を制御して、第1の工程S100及び第2の工程S101を行って、原料ガス計測機構23による計測値に基づいてガス漏れを検知している。
In the gas leak detection system for a fuel cell system according to
次に、本実施の形態1における燃料電池システム用ガス漏れ検知システムの特徴的なガス漏れ検知方法について、図2を参照しながら説明する。
Next, a characteristic gas leak detection method of the gas leak detection system for a fuel cell system according to
図2は、本発明の実施の形態1に係るガス漏れ検知方法の流れを示すフローチャート図である。
(a)制御器14は、第1の工程S100において、第1開閉器10を開放し、第2開閉器13を閉止して原料ガス経路15内へガスを流し込んだ状態でガス漏れの有無を確認する。第1の工程S100では、原料ガス経路15にガス圧がかかった状態であるため、ガス漏れがあった場合には流量計測器11が予め記憶している第1流量値以上の流量値を検知することになる。一方、流量計測器11が予め記憶している第1流量値以上の流量値を検知しなかった場合は、ガス漏れは無いと判断できるため、燃料電池システム1の状態を発電可能状態S107へ移行する。なお、第1流量値は、原料ガス経路15でガス漏れが起こった場合に流れる流量であり、原料ガス経路15の構造や燃料電池システムの構成などにより、実験やシミュレーションなどで任意に定めることができる。
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the gas leak detection method according to
(A) In the first step S100, the controller 14 opens the
ただし、第1の工程S100においてガス漏れが発生したと判断した場合、ガスヒートポンプ2の機器動作によるガス圧脈動の影響による流量変動をガス漏れと誤検知していることもあるため、一旦、燃料電池システム1の状態を一時発電不可状態S103へ移行し、ガス漏れ異常をより詳細に調べる必要がある。
However, if it is determined in the first step S100 that a gas leak has occurred, a flow rate fluctuation due to the effect of gas pressure pulsation due to the operation of the gas heat pump 2 may be erroneously detected as a gas leak. It is necessary to shift the state of the
(b)第2の工程S101は、第1の工程S100において、ガス漏れと判断された場合に制御器14が行うガス漏れ検知方法におけるもう一つの工程である。第2の工程S101では、第1の工程の後に行われるため、原料ガス経路15内へガス圧を張った状態で第1開閉器10および第2開閉器13を閉止し、一定時間その状態を保っても圧力計測器12の計測値が予め記憶している第1圧力値以上の低下をしないかを確認することによりガス漏れの有無を確認する。なお、第1圧力値は、原料ガス経路15でガス漏れが起こった場合に低下する原料ガスの圧力値であり、原料ガス経路15の構造や燃料電池システム1の構成などにより、実験やシミュレーションなどで任意に定めることができる。
(B) The second step S101 is another step in the gas leak detection method performed by the controller 14 when it is determined in the first step S100 that there is a gas leak. Since the second step S101 is performed after the first step, the
第2の工程S101では、第1開閉器10および第2開閉器13が閉止されているため、ガスヒートポンプ2の機器動作によるガス圧脈動の影響を受けない。したがって、第2の工程S101においても、ガス漏れを検知した場合は、ガス漏れもしくは圧力計測器12の故障の疑いがある。そのため、ガス漏れ確定S104し、燃料電池システムの状態を一時発電不可状態S103から異常状態である発電不可状態S106へ移行させる。
In the second step S101, since the
また、圧力計測器12が第1圧力値以上に低下しなかった場合は、ガス漏れは無いと判断できる。ガス漏れはないと判断された場合、発電可能状態S107に移行して終了する。
実施の形態1に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法によれば、第1の工程S100で「ガス漏れ」を検知した場合に、さらに第2の工程S101を実行して、再度「ガス漏れ」を検知した場合に「ガス漏れ確定S104」としている。そこで、ガス漏れであるとの誤検知を防ぐことができ、不必要な発電不可状態S106を回避することができ、燃料電池システム1の稼働効率向上及び品質向上に有用である。
Moreover, when the
According to the gas leak detection method for a fuel cell system according to the first embodiment, when “gas leak” is detected in the first step S100, the second step S101 is further executed and “gas leak” is performed again. Is detected, “Gas Leak Determination S104” is set. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of gas leakage, avoid unnecessary power generation disabled state S106, and are useful for improving the operating efficiency and quality of the
なお、実施の形態1に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法は、その各工程をコンピュータにおいて実行させる各命令によって構成された燃料電池システム用ガス漏れ検知プログラムとしてもよい。さらに、燃料電池システム用ガス漏れ検知プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。
Note that the gas leak detection method for a fuel cell system according to
なお、図1では、第2開閉弁13は、スタック21より下流側の原料ガス経路15に配置したがこれに限られない。ガス漏れを検知したい経路によっては、例えば、水素生成器20とスタック21との間の原料ガス経路15、並びに、流量計測器11および圧力計測器12より下流でかつ水素生成器20より上流の原料ガス経路15の少なくとも一方に配置しても良い。また、第2開閉弁13を複数配置してもよい。
In FIG. 1, the second on-off valve 13 is disposed in the source gas path 15 on the downstream side of the
また、圧力計測器12を流量計測器11より下流に配置する構成について説明したが、圧力計測器12を流量計測器11より上流に配置しても良い。
さらに、第1の工程S100、第2の工程S101は、連続して順次実行してもよく、あるいは各工程の間に他の動作、例えば、第1開閉器10および第2開閉器13を開放するような制御を行ってもよい。また、第2の工程および第3の工程において第1開閉器10と第2開閉器13の間の原料ガス経路15内の原料ガス圧力は、ガス漏れが起こりえる圧力値以上であればよい。
また、第1の工程S100において流量計測器11を用い、第2の工程S101において圧力計測器12を用いたが、第1の工程S100において圧力計測器12を用いて、第2の工程S101において流量計測器11を用いてもよい。
Moreover, although the structure which arrange | positions the
Further, the first step S100 and the second step S101 may be performed sequentially or sequentially, or other operations such as opening the
In addition, the flow measuring device 11 is used in the first step S100 and the
(実施の形態2)
実施の形態2に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムは、実施の形態1に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知システムと対比すると、制御器14における動作について、第1の工程S100及び第2の工程S101に加えて、さらに第3の工程S102を行う点で相違する。なお、第3の工程S102については、以下の燃料電池システム用ガス漏れ検知方法のフローチャートにおいて説明する。
(Embodiment 2)
The gas leak detection system for a fuel cell system according to Embodiment 2 is compared with the gas leak detection system for a fuel cell system according to
図3は、実施の形態2に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法のフローチャートである。このフローチャートでは、実施の形態1に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法と対比すると、第1の工程S100及び第2の工程S101を行う点までは同様であるので第1の工程S100及び第2の工程S101についての説明を省略する。
実施の形態2に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法は、実施の形態1に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法と対比すると、第1の工程S100及び第2の工程S101に続いて、さらに第3の工程S102を実行する点で相違する。実施の形態2では、第2の工程S101で、「ガス漏れなし」と判断された場合にも、さらに第3の工程S102を実行することによって、第1の工程S100で「ガス漏れがある」と判断された理由を確認することができ、第2の工程S101で「ガス漏れなし」とされた場合に含まれる「ガス漏れ」の見落としを防ぐことができる。
FIG. 3 is a flowchart of a gas leak detection method for a fuel cell system according to Embodiment 2. In this flowchart, the first step S100 and the second step S101 are the same as the first step S100 and the second step S101, as compared with the gas leak detection method for the fuel cell system according to the first embodiment. The description of step S101 will be omitted.
When the fuel leak detection method for a fuel cell system according to Embodiment 2 is compared with the gas leak detection method for a fuel cell system according to
実施の形態1に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法では、第2の工程S101において、ガス漏れはないと判断された場合、発電可能状態S107に移行して終了する。
しかし、第1の工程S100の後、第2の工程S101が実行される原因となった第1の工程S100においてガス漏れが検知された原因がガスヒートポンプ2の機器動作による脈動の影響か、流量計測器の故障S106であるか否かを調べる必要がある。この時、燃料電池システム1の状態は、一時発電不可状態S103を継続する。
In the gas leak detection method for a fuel cell system according to
However, after the first step S100, the reason why the gas leakage was detected in the first step S100 that caused the second step S101 to be executed is the influence of pulsation due to the operation of the gas heat pump 2, or the flow rate. It is necessary to check whether or not the failure is a measuring instrument failure S106. At this time, the state of the
実施の形態2に係る燃料電池システム用ガス漏れ検知方法では、第2の工程S101でガス漏れはないと判断された場合に、その後、第3の工程S102を行う。
(c)第3の工程S102は、第2の工程S101において、ガス漏れと判断されなかった場合に制御器14が行うガス漏れを検知する方法のもう一つの工程である。具体的には、原料ガス経路15内へガス圧を張った状態で第1開閉器10および第2開閉器13を閉止し、一定時間その状態を保っても流量計測器11が予め記憶している第2流量値以上のガス流量を測定しないかを確認することによりガス漏れの有無を確認する。なお、第2流量値は、流量計測器11が故障した場合に計測される流量であり、流量計測器の種類などにより、実験やシミュレーションなどで任意に定めることができる。
In the gas leak detection method for a fuel cell system according to Embodiment 2, when it is determined that there is no gas leak in the second step S101, the third step S102 is performed thereafter.
(C) The third step S102 is another step of the method for detecting a gas leak performed by the controller 14 when the second step S101 does not determine that there is a gas leak. Specifically, the
第3の工程S102では、第1開閉器10および第2開閉器13が閉止されているため、ガスヒートポンプ2の機器動作によるガス圧脈動の影響を受けない。したがって、第3の工程S102において、ガス漏れを検知した場合は、流量計測器11の故障の疑いがあるため、流量計測器11の故障S105と判断して、燃料電池システム1の状態を異常状態として一時発電不可状態S103から発電不可状態S106へ移行させる。この場合は、制御器14は、リモコンなどにエラー表示を行うと共に、燃料電池システム1自体を再起動させるか、あるいは燃料電池システム1の停止処理に移行させてもよい。
In the third step S102, since the
また、流量計測器11が一定以上のガス流量を検知しなかった場合は、ガス漏れは無いと判断できる。そのため、第1の工程S100においてガス漏れが検知された原因がガスヒートポンプ2の機器動作による脈動の影響と判断できるので、燃料電池システム1の状態を一時発電不可状態S103から発電可能状態S107へと移行させる。
Moreover, when the flow rate measuring device 11 does not detect a gas flow rate above a certain level, it can be determined that there is no gas leakage. Therefore, it can be determined that the cause of the gas leak detected in the first step S100 is the influence of pulsation due to the operation of the gas heat pump 2, so the state of the
したがって、第1の工程S100において、ガス漏れ異常が検知された場合においても、第2の工程S101および第3の工程S102を実施することにより、ガス漏れ異常が検知された原因が、ガス漏れによるものなのか、ヒートポンプ2等の機器動作によるガス圧脈動の影響によるものなのか、あるいは流量計測器11の故障によるものなのかを特定することができる。そのため、不必要な発電不可状態S106を回避することができ、燃料電池システムの稼働効率向上及び品質向上に有用である。 Therefore, even when a gas leak abnormality is detected in the first step S100, the cause of the gas leak abnormality being detected by performing the second step S101 and the third step S102 is due to the gas leak. It can be specified whether it is due to the influence of gas pressure pulsation due to the operation of equipment such as the heat pump 2 or due to a failure of the flow rate measuring device 11. Therefore, unnecessary power generation disabled state S106 can be avoided, which is useful for improving the operating efficiency and quality of the fuel cell system.
なお、図1では、第2開閉弁13は、スタック21より下流側の原料ガス経路15に配置したがこれに限られない。ガス漏れを検知したい経路によっては、例えば、水素生成器20とスタック21との間の原料ガス経路15、並びに、流量計測器11および圧力計測器12より下流でかつ水素生成器20より上流の原料ガス経路15の少なくとも一方に配置しても良い。また、第2開閉弁13を複数配置してもよい。
In FIG. 1, the second on-off valve 13 is disposed in the source gas path 15 on the downstream side of the
また、圧力計測器12を流量計測器11より下流に配置する構成について説明したが、圧力計測器12を流量計測器11より上流に配置しても良い。
さらに、第1の工程、第2の工程、第3の工程は、連続して順次実行してもよく、あるいは各工程の間に他の動作、例えば、第1開閉器10および第2開閉器13を開放するような制御を行ってもよい。また、第2の工程および第3の工程において第1開閉器10と第2開閉器13の間の原料ガス経路15内の原料ガス圧力は、ガス漏れが起こりえる圧力値以上であればよい。
Moreover, although the structure which arrange | positions the
Furthermore, the first step, the second step, and the third step may be performed sequentially or sequentially, or other operations such as the
以上のように、本発明に係る燃料電池システムは、同一の原料ガス供給源にガスヒートポンプ等の装置が接続されている場合に、他装置の機器動作によるガス圧脈動の影響を排除することができるため、家庭用燃料電池システム等として、有用である。 As described above, the fuel cell system according to the present invention can eliminate the influence of gas pressure pulsation due to the operation of other devices when a device such as a gas heat pump is connected to the same source gas supply source. Therefore, it is useful as a household fuel cell system.
1 燃料電池システム
2 ガスヒートポンプ
3 原料ガス配管
10 第1開閉器
11 流量計測器(原料ガス計測機構)
12 圧力計測器(原料ガス計測機構)
13 第2開閉器
14 制御器
15 原料ガス経路
20 水素生成器
21 スタック
22 筐体
23 原料ガス計測機構
DESCRIPTION OF
12 Pressure measuring device (raw material gas measuring mechanism)
13 Second switch 14 Controller 15 Raw material gas path 20
Claims (8)
前記燃料電池装置に供給される原料ガスの原料ガス経路に配置され、前記原料ガスの流量を計測する流量計測器および前記原料ガスの圧力を計測する圧力計測器を備える原料ガス計測機構と、
前記原料ガス計測機構より上流の前記原料ガス経路に配置され、前記原料ガス経路の開閉を行う第1開閉器と、
前記原料ガス計測機構より下流の前記原料ガス経路に配置され、前記原料ガス経路の開閉を行う第2開閉器と、
前記原料ガス計測機構と、前記第1開閉器と、前記第2開閉器と、を制御する制御器と、
を有し、
前記制御器は、
前記第1開閉器を開放するとともに前記第2開閉器を閉止して前記流量計測器の流量値からガス漏れを検知する第1の工程と、
前記第1の工程の後で前記第1開閉器及び前記第2開閉器の両方を閉止状態にして前記圧力計測器の圧力値からガス漏れを検知する第2の工程と、
前記第2の工程の後で前記第1開閉器及び前記第2開閉器の両方を閉止状態にして前記流量計測器の流量値からガス漏れを検知する第3の工程と、
を制御する、燃料電池システム用ガス漏れ検知システム。 A gas leak detection system for a fuel cell system having a fuel cell device to which a source gas containing at least hydrocarbons is supplied,
A raw material gas measuring mechanism that is disposed in a raw material gas path of the raw material gas supplied to the fuel cell device, and includes a flow rate measuring device that measures the flow rate of the raw material gas and a pressure measuring device that measures the pressure of the raw material gas;
A first switch disposed in the source gas path upstream from the source gas measuring mechanism and configured to open and close the source gas path;
A second switch disposed in the source gas path downstream from the source gas measuring mechanism and configured to open and close the source gas path;
A controller for controlling the source gas measurement mechanism, the first switch, and the second switch;
Have
The controller is
A first step of opening the first switch and closing the second switch to detect a gas leak from a flow rate value of the flow meter;
A second step of detecting a gas leak from the pressure value of the pressure measuring instrument with both said first switch and said second switch in a closed state after said first step,
A third step of detecting a gas leak from a flow rate value of the flow rate measuring device by closing both the first switch and the second switch after the second step;
A gas leak detection system for a fuel cell system that controls the fuel cell system.
前記第1の工程において前記流量計測器の測定流量が予め記憶している第1流量値以上の流量値を測定し、かつ、前記第2の工程において前記圧力計測器の測定圧力が予め記憶している第1圧力値以上低下しなかった場合に、前記第3の工程を行う、請求項1に記載の燃料電池システム用ガス漏れ検知システム。 The controller is
In the first step, the flow rate measured by the flow rate measuring instrument measures a flow rate value equal to or higher than the first flow rate value stored in advance, and in the second step, the measured pressure of the pressure measuring instrument is stored in advance. If you did not decreased are first or pressure value, the third step performs the gas leakage detection system for a fuel cell system according to claim 1.
前記第3の工程において前記流量計測器の測定流量が予め記憶している第2流量値以上の流量値を計測しなかった場合は、ガス漏れは発生していないと判断する、請求項2に記載の燃料電池システム用ガス漏れ検知システム。 The controller is
The third when said measured flow of the flow rate measuring device does not measure the second flow rate value or more flow value stored in advance in the step, it is determined that gas leakage has not occurred, to claim 2 The gas leak detection system for fuel cell systems as described.
前記第3の工程において前記流量計測器の測定流量が予め記憶している第2流量値以上の流量値を計測した場合にガス漏れが発生していると判断する、請求項2に記載の燃料電池システム用ガス漏れ検知システム。 The controller is
3. The fuel according to claim 2 , wherein in the third step, it is determined that a gas leak has occurred when the flow rate measured by the flow meter measures a flow rate value equal to or higher than a second flow rate value stored in advance. Gas leak detection system for battery systems.
前記燃料電池装置に供給される原料ガスの原料ガス経路の上流側を開放すると共に、下流側を閉止して、前記開放した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの流量の計測値からガス漏れを検知する第1の工程と、
前記第1の工程の後、前記原料ガス経路の上流側を閉止を閉止して、前記閉止した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの圧力の計測値からガス漏れを検知する第2の工程と、
前記第2の工程の後、前記閉止した上流側と前記閉止した下流側との間の前記原料ガスの流量の計測値からガス漏れを検知する第3の工程と、
を含む、燃料電池システム用ガス漏れ検知方法。 A gas leak detection method for a fuel cell system having a fuel cell device to which a source gas containing at least hydrocarbons is supplied,
The upstream side of the source gas path of the source gas supplied to the fuel cell device is opened, the downstream side is closed, and the flow rate of the source gas between the opened upstream side and the closed downstream side is reduced. A first step of detecting a gas leak from the measured value;
After the first step, closes the closed upstream of the raw material gas path, detects a gas leak from the measured value of the pressure of the feed gas between the downstream and the closure and the closure to the upstream side A second step of:
After the second step, a third step of detecting a gas leak from a measured value of the flow rate of the source gas between the closed upstream side and the closed downstream side;
A gas leak detection method for a fuel cell system, comprising:
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