(57)【要約】【課題】発電中に停電が継続した場合にも、炎検知を行うフレームロッドを動作させ、発電を停止させないこと。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行うスタック２と、原料が供給されて燃料ガスを生成する水素生成器１と、可燃性ガスを燃焼して水素生成器を加熱する燃焼器と、スタック２が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ５と、燃焼器の着火状態を検知するフレームロッド４と、スタック２とインバータ５との間の電源から分岐した電線に配置され、スタック２の直流電力を交流電力に変換してフレームロッド４に供給するＤＣ／ＡＣコンバータ６とを備え、発電中に停電が継続した場合にもフレームロッド４はスタック２により作られた直流電力から変換された交流電力により電源供給されるので、発電を停止することなく動作させることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行うスタックと、
原料が供給されて前記燃料ガスを生成する水素生成器と、
可燃性ガスを燃焼して前記水素生成器を加熱する燃焼器と、
前記スタックが発電した直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記燃焼器の着火状態を検知するフレームロッドと、
前記スタックと前記インバータとの間の電源から分岐した電線に配置され、前記電源の直流電力を交流電力に変換して前記フレームロッドに供給するＤＣ／ＡＣコンバータと、
を備えている燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムの動作を制御する制御器をさらに備え、
前記フレームロッドは、前記ＤＣ／ＡＣコンバータから供給される交流電力を受けるフレームロッド回路を備えており、
前記フレームロッド回路は、前記ＤＣ／ＡＣコンバータから交流電力が供給されていない場合は、前記制御器にＯＦＦ信号を送るように構成されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記燃焼器が着火していない場合に、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを動作させて、前記フレームロッド回路の故障検知を行う、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記燃焼器が着火している場合に、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを停止させて、前記フレームロッド回路の故障検知を行う、
請求項１〜３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＡＣコンバータは、前記スタックの直流電力を第１所定電圧以上の電圧になるように交流電力に変換する、
請求項１〜４に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムは、炎の検知手段によって検知されていた炎が検知されなくなると、燃焼器は再び点火されており、従って燃焼中に炎が消えても自動的に再び燃焼させることができた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、前記公報に示された燃料電池システムを示すものである。燃料電池システムは外部から燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応させて発電を行うと同時に、反応により生じた熱を回収して湯水として貯湯槽に蓄えて、回収熱を有効利用するシステムである。発電時に用いられる水素含有ガスは、水素生成器によって原料と水とを改質反応させ生成される。生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素は水素生成器内部で低減されてスタックに供給される。スタックでは供給された水素含有ガスの大部分は消費されるが、残った水素含有ガスは、水素生成器の改質器を加熱するため、水素生成器に設けられた燃焼器に供給される。ここで、燃焼器が失火して燃焼原料や残余燃料ガスが燃焼されずに燃焼器に供給され続けると、ガスを漏洩してしまい不安全となる。この燃焼器の年少状態を確認するために、燃焼器の中にフレームロッドを設置しており、このフレームロッドは火炎中に交流電圧を印加して炭化水素をイオン化し、バーナに向かって流れる微小な電流を測定するので、この電流値を用いて燃焼器の着火、失火を判定する。火炎検知としては、フレームロッド以外に熱電対も存在するが、熱電対を用いる場合、火炎の温度変化を利用するために、失火してから検知するまで数秒を要し、高い失火応答性が得られない恐れがある。これに対しフレームロッドを用いると、燃焼状態をより敏感に検知でき、失火応答性が高い。また火炎には炎の整流特性があるので、フレームロッドに印加する電圧を交流電圧とすることでフレームロッド自体のショート検知が可能となる。これらの理由より、交流電圧によるフレームロッド検知は、ガスの漏洩防止に非常に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−１５５１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、発電中に瞬間停電等により炎が消えた場合には制御器からの点火指示によって燃焼器を継続して燃焼させることが可能であったが、停電が継続するような場合には、系統からフレームロッドへの電力供給が遮断しフレームロッドが動作することが出来ないため、失火を誤検知し発電が停止してしまう、という課題を有していた。
【０００６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、発電時に作られる直流電力で、交流電力によって動作を行うフレームロッドへの電源供給を行い、停電が継続する場合でも発電を維持すること可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行うスタックと、原料が供給されて燃料ガスを生成する水素生成器と、可燃性ガスを燃焼して水素生成器を加熱する燃焼器と、スタックが発電した
直流電力を交流電力に変換するインバータと、燃焼器の着火状態を検知するフレームロッドと、スタックとインバータとの間の電源から分岐した電線に配置され、スタックの直流電力を交流電力に変換してフレームロッドに供給するＤＣ／ＡＣコンバータとを備えたものである。これによって、発電中に停電が継続し、系統からフレームロッドに電源供給できない場合でも、発電で作られる直流電力から交流電力を作り、交流電力をフレームロッドに供給することでフレームロッドを動作させることが出来るため、燃焼状態を正しく検出することが出来、発電を継続することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料電池システムは、発電中に停電が継続する場合でも、発電を停止させることなく動作を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態における制御器を備えた燃料電池システムの構成図
【図３】本発明の実施の形態におけるフレームロッド回路の回路故障の表を示す図
【図４】本発明の実施の形態における炎の強さと電流値のグラフチャート
【図５】従来の燃料電池システム構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行うスタックと、原料が供給されて燃料ガスを生成する水素生成器と、可燃性ガスを燃焼して水素生成器を加熱する燃焼器と、スタックが発電した直流電力を交流電力に変換するインバータと、燃焼器の着火状態を検知するフレームロッドと、スタックとインバータとの間の電源から分岐した電線に配置され、電源の直流電力を交流電力に変換してフレームロッドに供給するＤＣ／ＡＣコンバータを備えているので、発電中に停電が継続した場合においても、フレームロッドはスタックにより作られた直流電力から変換された交流電力により電源供給されるので、燃焼状態を正しく検出することが出来、発電を停止することなく動作を行うことが出来る。
【００１１】
第２の発明は、特に第１の発明の燃料電池システムを、燃料電池システムの動作を制御する制御器をさらに備え、フレームロッドは、ＤＣ／ＡＣコンバータから供給される交流電力を受けるフレームロッド回路を備えており、ＤＣ／ＡＣコンバータがフレームロッド回路への電源供給を遮断している場合は、フレームロッド回路から制御器へフレームロッドＯＦＦ信号が送られるので、システムは停止し安全側に動作させることが出来る。
【００１２】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の燃料電池システムを、制御器は燃焼器が着火していない場合にＤＣ／ＡＣコンバータを動作させてフレームロッド回路の故障検知を行うので、着火動作前にフレームロッド回路が正常かを確認することが出来る。
【００１３】
第４の発明は、特に第１〜３の発明いずれかの燃料電池システムを、制御器は、燃焼器が着火している場合に、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを停止させて、フレームロッド回路の故障検知を行うので、フレームロッド回路がＯＮ故障していないかを常時確認することが出来る。
【００１４】
第５の発明は、特に第１〜４の発明のいずれかの燃料電池システムを、ＤＣ／ＡＣコンバータはスタックの直流電力を第１所定電圧以上の電圧になるように交流電力を変換するので、商用交流電圧よりも高い電圧にすることにより、フレームロッド信号の検出精度を上げることが出来る。
【００１５】
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、本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構成図を示すものである。
【００１７】
図１において、燃料電池システム１０は、燃料ガスから水素を取り出す水素生成器１と、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて直流電力を発生させるスタック２と、スタック２で発生させた直流電力を交流電力に変換するインバータ５と、発電に必要な熱を生成するために点火動作を行う燃焼器３と、燃焼器３の着火状態を検知し交流電力で動作するフレームロッド４と、スタック２とインバータ５の間に配置された電線から分岐し、スタック２が発生した直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ６とで構成されている。
【００１８】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下、その動作、作用を説明する。
【００１９】
燃料電池システム１０は外部から燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応させて発電を行うと同時に、反応により生じた熱を回収して湯水として貯湯槽に蓄えて、回収熱を有効利用するシステムである。発電時に用いられる水素含有ガスは、水素生成器１によって原料と水とを改質反応させ生成される。生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素は水素生成器１内部で低減されてスタック２に供給される。スタック２では供給された水素含有ガスの大部分は消費されるが、残った水素含有ガスは、水素生成器１の改質器を加熱するため、水素生成器１に設けられた燃焼器３に供給される。ここで、燃焼器３が失火して燃焼原料や残余燃料ガスが燃焼されずに燃焼器３に供給され続けると、ガスを漏洩してしまい不安全となる。この燃焼器３の燃焼状態を確認するために、燃焼器３の中にフレームロッド４を設置しており、このフレームロッド４は火炎中に交流電圧を印加して炭化水素をイオン化し、バーナに向かって流れる微小な電流を測定するので、この電流値を用いて燃焼器３の着火および失火を判定する。火炎検知としては、フレームロッド４以外に熱電対も存在するが、熱電対を用いる場合、火炎の温度変化を利用するために、失火してから検知するまで数秒を要し、高い失火応答性が得られない恐れがある。これに対しフレームロッド４を用いると、燃焼状態をより敏感に検知でき、失火応答性が高い。また火炎には炎の整流特性があるので、フレームロッド４に印加する電圧を交流電圧とすることでフレームロッド４自体のショート検知が可能となる。これらの理由により交流電圧によるフレームロッド検知は、ガスの漏洩防止に非常に有効である。
【００２０】
次に、フレームロッド検出回路の動作について詳細に説明を行う。
【００２１】
燃料電池システム１０が停止、待機、起動の場合は、系統９から電源１２に交流電力を供給し、電源１２でその交流電力を直流電力に変換している。電源１２はその直流電力をＤＣ／ＡＣコンバータ６に出力し、ＤＣ／ＡＣコンバータ６は直流電力を交流電力に変換してフレームロッド回路へ供給している。発電に移行すると、電源１２はスタック２から発生する直流電力をそれとは異なる直流電力に変換しＤＣ／ＡＣコンバータ６に出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータ６は直流電力を交流電力に変換してフレームロッド回路８へ供給している。
【００２２】
ここで発電中に停電が継続した場合、系統９の電力が遮断されるため、系統９から電源１２への電源供給は行われないが、電源１２は、スタック２により発生した直流電力を用いてＤＣ／ＡＣコンバータ６へ直流電力を出力しているので、ＤＣ／ＡＣコンバータ６はフレームロッド回路８へ交流電力を停電中も継続して供給することが出来る。
【００２３】
以上のように、本実施の形態においては、発電中に停電が継続しても炎の検出が可能であるので、失火を誤検知することはなくシステムが停止することはない。
【００２４】
また、図２においてＤＣ／ＡＣコンバータ６とフレームロッド４の間に、交流電力で動作するフレームロッド回路８を設け、さらにそれを制御する制御器７を備えている。これによって、ＤＣ／ＡＣコンバータ６からフレームロッド回路８への電源供給が遮断された場合に、通常であればフレームロッド回路８から制御器７へ送られる信号が遮断されるため、制御器７によってＤＣ／ＡＣコンバータ６の異常を検出することが出来る。
【００２５】
また、制御器７は、図３に示すようにフレームロッド回路８の回路故障の検出を行う。まず燃焼器３が着火している場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ６がＯＮ（フレームロッド回路８へ電源供給を行う）している状態で、フレームロッド回路８がＯＮ出力している場合は正常であるが、フレームロッド回路８がＯＦＦ出力している場合は回路故障となり、ＤＣ／ＡＣコンバータ６がＯＦＦ（フレームロッド回路８への電源供給遮断）している状態で、フレームロッド回路８がＯＮ出力している場合は回路故障しており、ＯＦＦ出力している場合は正常である。次に、燃焼器３が着火していない場合は、ＤＣ／ＡＣコンバータ６がＯＮ、ＯＦＦに関係なく、フレームロッド回路８がＯＮ出力している場合は回路故障しており、ＯＦＦ出力している場合は正常である。
【００２６】
従って、燃焼器３が着火していない場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータ６のＯＮ、ＯＦＦを行うことで、着火させる前にフレームロッド回路８の回路故障を検出することが出来るため、安全に使用することが出来る。また、燃焼器３が着火している場合には、着火しているときにＤＣ／ＡＣコンバータ６をＯＦＦすることでフレームロッド回路８のＯＮ故障を確認することができるため、確実に失火検知を行う回路を提供することが出来る。
【００２７】
図４は、フレームロッド信号の検出精度についてグラフ化したもので、横軸を炎の強さ、縦軸を電流値としている。
【００２８】
ＤＣ／ＡＣコンバータ６が出力する第１所定電圧１１をＡＣ２００Ｖとした場合、図４に示すようにＡＣ１５０ＶだとＡＣ２００Ｖと比較してグラフは下方へ移動し、ＡＣ２５０ＶだとグラフはＡＣ２００Ｖと比較して上方へ移動する。フレームロッド信号を検出することの出来る電流閾値は回路によって異なるが、仮に閾値Ａ以上でフレームロッド信号を検出出来るとすると、ＡＣ２００Ｖだと炎の強さがＢ以上でしか検出することが出来ないが、ＡＣ２５０Ｖだと炎の強さがＡ以上で検出することが出来るため、電圧を上げると検出精度が上がることがわかる。ただし、日本の法規上ＡＣ３００Ｖ以上になった場合には、絶縁距離をそれ以下の場合よりも大きくとる必要があるため、ＤＣ／ＡＣコンバータ６の出力電圧は、ＡＣ３００Ｖよりも低いＡＣ２９０Ｖなどに設定するのがよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、発電中に停電が継続した場合においても、スタックから発生した直流電力で交流電力を生成することが出来るので、燃料電池コージェネレーションシステムの用途に適用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  水素生成器
２  スタック
３  燃焼器
４  フレームロッド
５  インバータ
６  ＤＣ／ＡＣコンバータ
７  制御器
８  フレームロッド回路
９  系統
１０  燃料電池システム
１１  第１所定電圧
１２  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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