(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を通流する冷却板を介装してなる燃料電池本体と、前記冷却板から排出される高温の冷却水を導入して水蒸気と水とに分離して、原燃料を燃料ガスに改質して前記燃料電池本体に供給する燃料改質器に前記水蒸気を供給すると共に前記水を前記冷却板に供給する水蒸気分離器と、燃料電池本体の空気極オフガス及び燃料改質器の燃焼排ガス中に含まれる生成水を回収する生成水回収装置とを備え、前記生成水回収装置で回収した生成水を水処理装置で純化して水蒸気分離器に導入する燃料電池発電装置の異常検知方法において、
前記水蒸気分離器の内部の貯留水を前記生成水回収装置に吐出させるブローダウン回路に設けられた温度計の指示値が所定範囲より離脱することにより、ブローダウン水の流量の異常を検知することを特徴とする燃料電池発電装置の異常検知方法。
【請求項２】
原燃料を導入して含まれる硫黄を水素を添加して脱硫する脱硫器と、燃料電池本体に介装された冷却板から排出される高温の冷却水を導入して水蒸気と水とに分離して水を前記冷却板に供給する水蒸気分離器からの水蒸気と前記脱硫された原燃料とを導入して混合するエゼクタポンプと、水蒸気と混合された原燃料を導入して水素濃度の高い燃料ガスに改質する燃料改質器を備え、かつ、脱硫器に導入する原燃料に燃料改質器で得られた燃料ガスの一部を混合し、含まれる水素を脱硫に用いるリサイクルガス回路を備えた燃料電池発電装置の異常検知方法において、
前記リサイクルガス回路に設けられた温度計の指示値が所定範囲より離脱することによりリサイクルガスの流量の異常を検知することを特徴とする燃料電池発電装置の異常検知方法。
【請求項３】
前記温度計を設けた回路の前記温度計の上流側に、前記回路の放熱を促進する放熱手段を設け、前記温度計の指示値が所定範囲より離脱することにより流量の異常を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置の異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置の運転に際して用いられる冷却水やガスの異常検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、リン酸型水冷式燃料電池を用いた従来の燃料電池発電装置の燃料ガス供給系、空気供給系、ならびに冷却水系の基本構成を示す模式図である。
模式的に表示した燃料電池本体１は、リン酸を保持した電解質層を燃料極と空気極で挟持して形成した単セルを積層して構成されており、複数層ごとに発電に伴う発熱を除去する冷却板が介装されている。燃料電池本体１の燃料極へは、原燃料を水添脱硫器４で脱硫し、エゼクタポンプ３で水蒸気と混合し、燃料改質器２で改質された水素濃度の高い燃料ガスが供給される。すなわち、原燃料を水添脱硫器４に導入し、水素を添加して付臭剤として原燃料に含まれている硫黄を吸着除去したのち、エゼクタポンプ３において水蒸気分離器５より送られる水蒸気と混合し、燃料改質器２に送って加熱して触媒反応によって水素濃度の高い燃料ガスを生成し、燃料極へと供給している。なお、燃料ガスを燃料極へと供給する配管には、水添脱硫器４に導入する原燃料に燃料ガスの一部を再循環させて混合するためのリサイクルガス回路が接続されており、再循環させた燃料ガスに含まれる水素を水添脱硫器４における脱硫に有効利用するよう構成されている。また、燃料改質器２の燃焼器に、燃料極より反応に寄与しないで排出される残存水素を含む燃料極オフガスと外部よりブロアによって供給される燃焼空気を導入して燃焼させることにより、燃料改質器２の通流ガスを加熱している。一方、燃料電池本体１の空気極へは、反応空気をブロアで取り込んで供給している。空気極より排出される空気極オフガスには、電気化学反応に伴って生じた反応生成水が含まれ、また燃料改質器２の燃焼器より排出される燃焼排ガスには燃焼に伴って生じた燃焼生成水が含まれている。したがって、空気極オフガスと燃焼排ガスは生成水回収装置７へ送って生成水を回収したのち外部へ排出するよう構成されている。
【０００３】
燃料電池本体の冷却板には水蒸気分離器５より冷却水を供給して、発電に伴って発生する熱を除去し、燃料電池本体の温度を所定の運転温度に維持している。冷却板において発熱を受け、高温となった冷却水は、冷却水冷却器６により冷却したのち、水蒸気分離器５に戻して水蒸気と水とに分離される。なお、冷却水冷却器６の冷却によって得た熱は外部に取り出し有効利用される。水蒸気分離器５で分離された水蒸気は、前述のようにエゼクタポンプ３に送られ改質に用いられる。また、エゼクタポンプ３への水蒸気の供給により減少する水量を補うため、生成水回収装置７で回収された生成水を水処理装置８で純化して導入している。さらに、水蒸気分離器５には、貯留された水をブローダウンして生成水回収装置７へと送るブローダウン回路が備えられており、貯留水をブローダウン回路より生成水回収装置７へと送り、水処理装置８で純化して水蒸気分離器５に戻すことにより、貯留水の水質低下を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図２の構成の燃料電池発電装置において、水蒸気分離器５の貯留水をブローダウンするブローダウン回路、および燃料ガスの一部を再循環させるリサイクルガス回路には、運転時、常に負荷に見合った流量の水あるいはガスが流れている必要がある。したがって、これらの回路には図示されていない固定絞りが組み込まれ、これによって流量を確保するよう構成されている。
【０００５】
ところが、長時間にわたり運転を継続すると、各流体に含まれる固形物あるいは析出物が上記の固定絞りに付着し、流量が減少したり、最悪の場合には流れが停止してしまう危険性がある。ブローダウン回路の流量が不足すると、冷却水循環系の不純物が濃縮されて水蒸気分離器５の貯留水の水質が悪化し、エゼクタポンプ３に送られる水蒸気にも不純物が含まれ、エゼクタポンプ３の性能低下をもたらすこととなる。また、リサイクルガス回路の流量が不足すると、水添脱硫器４の水素量が不足して脱硫性能が低下し、硫黄が燃料改質器２へと漏出し改質触媒を被毒させて改質性能の低下をもたらすこととなる。
【０００６】
したがって、従来の燃料電池発電装置においては、各回路に流量計１０、および流量計９を組み込み、流量を測定して流量の減少を検知し、上記のごとき事態を引き起こさないよう事前に対処する方策を採っている。
しかしながら、このように流量計で流量を監視し異常を検知する場合、定期的に流量計を監視する方法を用いれば、人手が掛かって非効率的であり、発振器付きの流量計を組み込んで信号を制御装置に取り込み、その値より警報信号を発するように構成して監視することとすれば、高価な流量計を用いることが必要となり、コストが高くなるという難点がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記のごとき従来技術の難点を解消して、ブローダウン回路、あるいはリサイクルガス回路の流量の低下が、安価に、かつ容易に検知できる燃料電池発電装置の異常検知方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては（１）冷却水を通流する冷却板を介装してなる燃料電池本体と、前記冷却板から排出される高温の冷却水を導入して水蒸気と水とに分離して、原燃料を燃料ガスに改質して前記燃料電池本体に供給する燃料改質器に前記水蒸気を供給すると共に前記水を前記冷却板に供給する水蒸気分離器と、燃料電池本体の空気極オフガス及び燃料改質器の燃焼排ガス中に含まれる生成水を回収する生成水回収装置とを備え、前記生成水回収装置で回収した生成水を水処理装置で純化して水蒸気分離器に導入する燃料電池発電装置の異常検知方法において、前記水蒸気分離器の内部の貯留水を前記生成水回収装置に吐出させるブローダウン回路に設けられた温度計の指示値が所定範囲より離脱することにより、ブローダウン水の流量の異常を検知することとする。
【０００９】
（２）また、原燃料を導入して含まれる硫黄を水素を添加して脱硫する脱硫器と、燃料電池本体に介装された冷却板から排出される高温の冷却水を導入して水蒸気と水とに分離して水を前記冷却板に供給する水蒸気分離器からの水蒸気と前記脱硫された原燃料とを混合するエゼクタポンプと、水蒸気と混合された原燃料を導入して水素濃度の高い燃料ガスに改質する燃料改質器を備え、かつ、脱硫器に導入する原燃料に燃料改質器で得られた燃料ガスの一部を混合し、含まれる水素を脱硫に用いるリサイクルガス回路を備えた燃料電池発電装置の異常検知方法において、
前記リサイクルガス回路に設けられた温度計の指示値が所定範囲より離脱することによりリサイクルガスの流量の異常を検知することを特徴とする燃料電池発電装置の異常検知方法。
【００１０】
（３）さらに、上記（１）（２）において、前記温度計を設けた回路の前記温度計の上流側に、前記回路の放熱を促進する放熱手段を設け、前記温度計の指示値が所定範囲より離脱することにより流量の異常を検知することとする。
ブローダウン回路に流れるブローダウン水の流量、あるいはリサイクルガス回路に流れるリサイクルガスの流量が正常であれば、回路に組み込まれた温度計は正常値、例えば通常のリン酸型水冷式燃料電池を備えた燃料電池発電装置においては 100〜160 ℃を示す。これに対して、なんらかの原因によって回路を流れる流量が低下すると、回路に持ち込まれる流体の熱量と回路の壁面からの放熱量のバランスによって温度測定点の温度が低下し、温度計の指示値が下がることとなる。
【００１１】
したがって、上記の（１）のごとくとすれば、温度計の指示値によってリサイクルガスの流量の変動が検出でき、温度計の指示値が所定の正常範囲より離脱するか否かにより流量の異常を検知することができる。また、上記の（２）のごとくとすれば、温度計の指示値によってブローダウン水の流量の変動が検出でき、温度計の指示値が所定の正常範囲より離脱するか否かにより流量の異常を検知することができる。さらに（３）のごとくとすれば、放熱手段によって回路の壁面からの放熱量が増加するので、流量低下時のバランスの変化が大きくなって、流量低下がより感度よく検出されることとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による燃料電池発電装置の異常検知方法の実施例を示すリン酸型水冷式燃料電池を用いた燃料電池発電装置の燃料ガス供給系、空気供給系、ならびに冷却水系の基本構成の模式図である。本図において、図２に示した従来の基本構成に用いられているものと同一の機能を有する構成部品には同一の符号が付されており、重複する説明は省略する。
【００１３】
本図に示した実施例の特徴は、水蒸気分離器５に備えた内部の貯留水を吐出させるためのブローダウン回路に、従来例の流量計１０に代わって、温度計２１が備えられ、さらに温度計２１の上流側に回路の放熱手段として放熱フィン２２が備えられていること、また、燃料改質器で得られた燃料ガスの一部を脱硫器へと再循環させるにリサイクルガス回路に、従来例の流量計９に代わって、温度計１１が備えられ、さらに温度計１１の上流側に回路の放熱手段として放熱フィン１２が備えられていることにある。
【００１４】
したがって、本構成においては、何らかの原因によりブローダウン回路を流れるブローダウン水の流量が減少すれば、放熱とのバランスにより温度計２１の指示値が大幅に低下するので、温度計２１の指示値が所定の範囲より離脱するか否かによって、ブローダウン水の流量の異常が検知できる。また同様に、リサイクルガス回路においても、リサイクルガスの流量が減少すれば、放熱とのバランスにより温度計１１の指示値が大幅に低下するので、温度計１１の指示値が所定の範囲より離脱するか否かによって、リサイクルガスの流量の異常が検知できる。本構成に用いられる温度計２１、および温度計１１は、従来例で採用されている発振器付きの流量計に比べて格段に安価であり、また簡単な制御装置で温度異常、すなわち流量異常が検知できるので、本構成の構成の検知手段を用いて監視すれば、安価で、かつ手間をかけず簡単に異常が検知される。
【００１５】
なお、図１においては、ブローダウン回路とリサイクルガス回路の双方に温度計を組み込んで異常を検知することとしているが、一方の回路にのみ温度計を組み込んでその回路の流量異常を検知することとしてもよい。また、放熱フィン１２、２２のごとき放熱手段を組み込めば感度よく流量異常を検知できるが、特に放熱手段を組み込まなくとも、流量が低下すれば温度が低下するので、流量異常が検知できることは例示するまでもなく明らかである。
【００１６】
【発明の効果】
上述のように、本発明においては、
（１）請求項１に記載のごとき方法を用いることとしたので、ブローダウン回路の流量の低下が、安価に、かつ容易に検知できることとなった。
（２）また、請求項２に記載のごとき方法を用いることとしたので、リサイクルガス回路の流量の低下が、安価に、かつ容易に検知できることとなった。
【００１７】
（３）さらに、請求項３に記載のごとくとすれば、より感度よく流量の低下が検知されるので、安価に、かつ容易に流量の異常を検知する方法として、より好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池発電装置の異常検知方法の実施例を示す燃料電池発電装置の燃料ガス供給系、空気供給系、ならびに冷却水系の基本構成の模式図
【図２】従来の燃料電池発電装置の燃料ガス供給系、空気供給系、ならびに冷却水系の基本構成を示す模式図
【符号の説明】
１    燃料電池本体
２    燃料改質器
３    エゼクタポンプ
４    水添脱硫器
５    水蒸気分離器
６    冷却水冷却器
７    生成水回収器
８    水処理装置
１１    温度計
１２    放熱フィン
２１    温度計
２２    放熱フィン
【図１】
0003718917.tif 000002
【図２】
0003718917.tif 000003