JPH1116582A - 燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系の異常検出方法 - Google Patents
燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系の異常検出方法Info
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- JPH1116582A JPH1116582A JP9165992A JP16599297A JPH1116582A JP H1116582 A JPH1116582 A JP H1116582A JP 9165992 A JP9165992 A JP 9165992A JP 16599297 A JP16599297 A JP 16599297A JP H1116582 A JPH1116582 A JP H1116582A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池発電装置が保護停止に至る前に、該
発電装置の運転を続行しながら、異常箇所の修復を行え
るようにする燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系の
異常検出方法を提供する。 【解決手段】 補給水系の給水切り換え三方弁の給水側
への開放時間を監視して実際の給水時間として検出し、
給水時に前記気水分離器が消費した水の量に前記気水分
離器の制御範囲水量を加えた合計水量を給水流量で割っ
て予想給水時間を求め、前記実際の給水時間と前記予想
給水時間とを比較し、その比較値が予め設定された値を
越えた場合に、警報を発しさせ、前記気水分離器の補給
水系に初期の異常が発生したと認識させる。
発電装置の運転を続行しながら、異常箇所の修復を行え
るようにする燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系の
異常検出方法を提供する。 【解決手段】 補給水系の給水切り換え三方弁の給水側
への開放時間を監視して実際の給水時間として検出し、
給水時に前記気水分離器が消費した水の量に前記気水分
離器の制御範囲水量を加えた合計水量を給水流量で割っ
て予想給水時間を求め、前記実際の給水時間と前記予想
給水時間とを比較し、その比較値が予め設定された値を
越えた場合に、警報を発しさせ、前記気水分離器の補給
水系に初期の異常が発生したと認識させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電装置
に設けられた気水分離器の補給水系、すなわち、電池冷
却水補給水系の異常検出方法に関する。
に設けられた気水分離器の補給水系、すなわち、電池冷
却水補給水系の異常検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１に燃料発電装置の冷却水系の構成を
示す。燃料電池発電装置の気水分離器１は、通常の運転
状態では、循環ポンプ２により燃料電池３に冷却水４を
供給し、燃料電池３の発する熱を吸収した水を回収する
ことにより、燃料電池３の発する熱を回収する容器であ
り、容器内は高温高圧状態で保たれている。また、燃料
電池発電装置では、天然ガスやプロパンガス等を原燃料
とし、これらを燃料として使用するために不図示の改質
器においてスチームと反応させて水素リッチなガスに改
質する。この改質器へ送る改質用スチーム５を、気水分
離器１から供給している。また、燃料電池発電装置で
は、気水分離器１で生成したスチームの余剰分（余剰ス
チーム）６を、廃熱利用のために外部に放出したり、気
水分離器１内の水質を維持するために気水分離器１内の
水をブローダウン水７として排出しおり、装置の運転中
は、常に、気水分離器１内の水を消費している状態が持
続している。
示す。燃料電池発電装置の気水分離器１は、通常の運転
状態では、循環ポンプ２により燃料電池３に冷却水４を
供給し、燃料電池３の発する熱を吸収した水を回収する
ことにより、燃料電池３の発する熱を回収する容器であ
り、容器内は高温高圧状態で保たれている。また、燃料
電池発電装置では、天然ガスやプロパンガス等を原燃料
とし、これらを燃料として使用するために不図示の改質
器においてスチームと反応させて水素リッチなガスに改
質する。この改質器へ送る改質用スチーム５を、気水分
離器１から供給している。また、燃料電池発電装置で
は、気水分離器１で生成したスチームの余剰分（余剰ス
チーム）６を、廃熱利用のために外部に放出したり、気
水分離器１内の水質を維持するために気水分離器１内の
水をブローダウン水７として排出しおり、装置の運転中
は、常に、気水分離器１内の水を消費している状態が持
続している。
【０００３】気水分離器１内の水は、補給水系１０から
補給される。補給水系１０では、水は、復水器１１内の
水を復水ポンプ１２により汲み出し、この水をフィルタ
ー１３、水処理装置１４、フィルター１５および補給水
ポンプ１６を有する循環浄水回路を循環させながら、必
要量の水を、補給水ポンプ１６と給水切り換え三方弁９
とにより、気水分離器１に補給している。通常、気水分
離器１内の水位は、気水分離器１内に設けられた水位計
８の監視と、給水切り替え三方弁９の制御とにより、補
給を開始する水位と補給を停止する水位との範囲内で、
水位制御が、制御装置２０により行われている。この従
来の補給水の補給制御の流れ図を図２に示した。
補給される。補給水系１０では、水は、復水器１１内の
水を復水ポンプ１２により汲み出し、この水をフィルタ
ー１３、水処理装置１４、フィルター１５および補給水
ポンプ１６を有する循環浄水回路を循環させながら、必
要量の水を、補給水ポンプ１６と給水切り換え三方弁９
とにより、気水分離器１に補給している。通常、気水分
離器１内の水位は、気水分離器１内に設けられた水位計
８の監視と、給水切り替え三方弁９の制御とにより、補
給を開始する水位と補給を停止する水位との範囲内で、
水位制御が、制御装置２０により行われている。この従
来の補給水の補給制御の流れ図を図２に示した。
【０００４】前記従来の補給水の補給において、何らか
の異常により、気水分離器１内の水位が高くなった場合
は、前述の改質用スチーム５を気体として取り出すこと
ができず、また、逆に水位が低下すると、スチームを供
給できなくなるばかりか、燃料電池３の冷却が不十分に
なる。そのような場合は、制御装置２０は、警報を発
し、さらに気水分離器１内の水位が低下または上昇する
場合は、発電装置を緊急停止させる。緊急停止にまで至
ると、発電装置の運転再開までに多くの工数が必要とな
る。
の異常により、気水分離器１内の水位が高くなった場合
は、前述の改質用スチーム５を気体として取り出すこと
ができず、また、逆に水位が低下すると、スチームを供
給できなくなるばかりか、燃料電池３の冷却が不十分に
なる。そのような場合は、制御装置２０は、警報を発
し、さらに気水分離器１内の水位が低下または上昇する
場合は、発電装置を緊急停止させる。緊急停止にまで至
ると、発電装置の運転再開までに多くの工数が必要とな
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷却水補給水系
の異常検出方法は、図２に示したように、気水分離器１
の水量を、補給を開始する水位と補給を停止する水位と
の間の範囲内にあるように、給水切り替え三方弁９を切
り替えて制御するが、その範囲に水位が保たれない状態
に至ったときのみ、異常が発生したと、認識していた。
しかし、補給水系のフィルター１３，１５やストレーナ
の詰まりなどの経時的な変化によって、徐々に異常な状
態になる場合や、補給水ポンプ１６の空気噛みが発生す
る場合は、故障していないのにかかわらず、その機器本
来の性能が発揮できないため、装置を停止に至らす要因
にもなっていた。また、このような状態により、給水量
が低下しても、制御水位の範囲内で気水分離器の水位が
保たれていれば、異常と見なしていなかった。
の異常検出方法は、図２に示したように、気水分離器１
の水量を、補給を開始する水位と補給を停止する水位と
の間の範囲内にあるように、給水切り替え三方弁９を切
り替えて制御するが、その範囲に水位が保たれない状態
に至ったときのみ、異常が発生したと、認識していた。
しかし、補給水系のフィルター１３，１５やストレーナ
の詰まりなどの経時的な変化によって、徐々に異常な状
態になる場合や、補給水ポンプ１６の空気噛みが発生す
る場合は、故障していないのにかかわらず、その機器本
来の性能が発揮できないため、装置を停止に至らす要因
にもなっていた。また、このような状態により、給水量
が低下しても、制御水位の範囲内で気水分離器の水位が
保たれていれば、異常と見なしていなかった。
【０００６】本発明の課題は、前記従来の問題点を解決
した電池冷却水補給水系の異常検出方法を提供すること
にある。
した電池冷却水補給水系の異常検出方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、給水切り換え三方弁の給水側への開放時間を監視し
て実際の給水時間として検出し、給水時に気水分離器が
スチームやブローダウン水として消費した水の量に気水
分離器の制御範囲水量を加えた合計水量を給水流量で割
って予想給水時間を求め、前記実際の給水時間と前記予
想給水時間とを比較し、その比較値が予め設定された値
を越えた場合に、警報を発する演算シーケンスを制御装
置にインストールしておき、補給水量の低下もしくは過
剰な状態を、すなわち、気水分離器の補給系に初期の異
常が発生したことを、認識させる。このことで、発電装
置が保護停止に至る前に、発電装置の運転を続行しなが
ら、異常箇所の修復を行えるようにする。このような本
発明の補給水系の異常検出方法の流れ図を図３に示し
た。
に、給水切り換え三方弁の給水側への開放時間を監視し
て実際の給水時間として検出し、給水時に気水分離器が
スチームやブローダウン水として消費した水の量に気水
分離器の制御範囲水量を加えた合計水量を給水流量で割
って予想給水時間を求め、前記実際の給水時間と前記予
想給水時間とを比較し、その比較値が予め設定された値
を越えた場合に、警報を発する演算シーケンスを制御装
置にインストールしておき、補給水量の低下もしくは過
剰な状態を、すなわち、気水分離器の補給系に初期の異
常が発生したことを、認識させる。このことで、発電装
置が保護停止に至る前に、発電装置の運転を続行しなが
ら、異常箇所の修復を行えるようにする。このような本
発明の補給水系の異常検出方法の流れ図を図３に示し
た。
【０００８】給水流量計のある装置では必要ないが、流
量計のない状態において給水量を測定する方法として
は、まず、装置停止時に気水分離器に補給停止水位まで
水を張り、次に補給開始水位に至るまで水を抜き、この
時の抜いた水の容積を測定しておく。この水量が気水分
離器の制御範囲水量である。装置運転状態にて、補給開
始水位から補給停止水位まで給水している間、気水分離
器が改質用スチームやブローダウン等によって消費して
いる水の量（すなわち、給水している時に気水分離器が
放出している水の量）と前記気水分離器の制御範囲水量
（すなわち、制御範囲上限値の水量から下限値の水量を
引いた水量）とを足した合計水量を、給水時間で割る
と、給水流量を算出することができる。なお、運転時の
気水分離器は、高温高圧状態により水の容積が、停止中
に計測した時の容積と違うため、運転時の温度で容積を
補正する必要がある。
量計のない状態において給水量を測定する方法として
は、まず、装置停止時に気水分離器に補給停止水位まで
水を張り、次に補給開始水位に至るまで水を抜き、この
時の抜いた水の容積を測定しておく。この水量が気水分
離器の制御範囲水量である。装置運転状態にて、補給開
始水位から補給停止水位まで給水している間、気水分離
器が改質用スチームやブローダウン等によって消費して
いる水の量（すなわち、給水している時に気水分離器が
放出している水の量）と前記気水分離器の制御範囲水量
（すなわち、制御範囲上限値の水量から下限値の水量を
引いた水量）とを足した合計水量を、給水時間で割る
と、給水流量を算出することができる。なお、運転時の
気水分離器は、高温高圧状態により水の容積が、停止中
に計測した時の容積と違うため、運転時の温度で容積を
補正する必要がある。
【０００９】
【数１】｛（給水しているときに消費している水の量）
＋（制御範囲水量）｝／給水時間＝給水流量 前述の予想給水時間は、補給水系が給水状態である時に
消費している水の量と制御範囲内の水量を足したもの
を、前記給水流量で割ることによって、算出される。
＋（制御範囲水量）｝／給水時間＝給水流量 前述の予想給水時間は、補給水系が給水状態である時に
消費している水の量と制御範囲内の水量を足したもの
を、前記給水流量で割ることによって、算出される。
【００１０】
【数２】｛（給水している時に消費している水の量）＋
（制御範囲内の容積）｝／給水流量＝予想給水時間 ここで、この予想給水時間を、給水切り換え三方弁が給
水側に動作している時の時間（実際の給水時間）と比較
し、その差が予め設定された値を越えると、警報を発す
るように設定する。これにより、気水分離器の水位制御
が行えなくなる状態に至る以前に異常を検出する。
（制御範囲内の容積）｝／給水流量＝予想給水時間 ここで、この予想給水時間を、給水切り換え三方弁が給
水側に動作している時の時間（実際の給水時間）と比較
し、その差が予め設定された値を越えると、警報を発す
るように設定する。これにより、気水分離器の水位制御
が行えなくなる状態に至る以前に異常を検出する。
【００１１】前記構成の異常検出方法によれば、予想給
水時間と、実際に給水切り換え三方弁が給水状態で動作
している時間（実際の給水時間）を比較し、この差が生
じた時点で任意の警報点を設けて故障の検出を行うこと
により、補給水系の経時変化による故障を把握すること
ができる。
水時間と、実際に給水切り換え三方弁が給水状態で動作
している時間（実際の給水時間）を比較し、この差が生
じた時点で任意の警報点を設けて故障の検出を行うこと
により、補給水系の経時変化による故障を把握すること
ができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、以下の説明は、本発明の説明に好適な一例であ
り、本発明を限定するものではない。
するが、以下の説明は、本発明の説明に好適な一例であ
り、本発明を限定するものではない。
【００１３】図１の燃料電池発電装置の概略図と、図３
の流れ図を参照して、説明する。
の流れ図を参照して、説明する。
【００１４】気水分離器１の水位制御は、図２に示した
従来方法と同じで、気水分離器１の水位計８を制御装置
２０で監視し、制御水位範囲内で、給水切り換え三方弁
９を切り替えて、気水分離器１の水位を制御している。
そして、制御不可能な状態に陥り、制御水位範囲を越え
て警報水位に至ると、制御装置２０が警報を発し、その
状態が改善されない場合は、保護停止水位まで達するの
で、制御装置２０は、燃料電池発電装置を保護停止させ
る。ここで、図１に示すように、本発明は、制御不能の
状態に至る以前の状態、すなわち、制御水位範囲内で、
異常や故障を検出することを目的とし、以下の方法で異
常を検出する。
従来方法と同じで、気水分離器１の水位計８を制御装置
２０で監視し、制御水位範囲内で、給水切り換え三方弁
９を切り替えて、気水分離器１の水位を制御している。
そして、制御不可能な状態に陥り、制御水位範囲を越え
て警報水位に至ると、制御装置２０が警報を発し、その
状態が改善されない場合は、保護停止水位まで達するの
で、制御装置２０は、燃料電池発電装置を保護停止させ
る。ここで、図１に示すように、本発明は、制御不能の
状態に至る以前の状態、すなわち、制御水位範囲内で、
異常や故障を検出することを目的とし、以下の方法で異
常を検出する。
【００１５】（１） 発電装置の運転状態において、気
水分離器１の水位が給水開始水位まで低下し、給水切り
換え三方弁９が循環側から給水側に切り替わった時点よ
り、給水時間として制御装置２０にてタイマーのカウン
トを開始する。
水分離器１の水位が給水開始水位まで低下し、給水切り
換え三方弁９が循環側から給水側に切り替わった時点よ
り、給水時間として制御装置２０にてタイマーのカウン
トを開始する。
【００１６】（２） 給水停止水位まで水位が上昇した
時点で、制御装置２０は、カウントを停止し、これを実
際の給水時間として記憶する。
時点で、制御装置２０は、カウントを停止し、これを実
際の給水時間として記憶する。
【００１７】（３） この時、給水時間のカウントは、
装置の出力が一定であることが、前提になるため、負荷
変動がある場合は、タイマーをリセットする。
装置の出力が一定であることが、前提になるため、負荷
変動がある場合は、タイマーをリセットする。
【００１８】（４） ここで、測定した実際の給水時間
を元に、給水切り換え三方弁９が、給水側に動作してい
る間に気水分離器１が放出している水の量、すなわち、
発電装置が、改質用スチーム、余剰スチームやブローダ
ウン水として、気水分離器１内の水を消費している量
を、各消費流量から制御装置２０にて演算する。
を元に、給水切り換え三方弁９が、給水側に動作してい
る間に気水分離器１が放出している水の量、すなわち、
発電装置が、改質用スチーム、余剰スチームやブローダ
ウン水として、気水分離器１内の水を消費している量
を、各消費流量から制御装置２０にて演算する。
【００１９】（５） 給水時間を元に演算した（給水時
に消費した水の量）と停止時に測定しておいた制御範囲
内の水の容積（制御範囲水量）とを足し、補給水系１０
の給水流量で割ると、予想給水時間を算出することがで
きる。
に消費した水の量）と停止時に測定しておいた制御範囲
内の水の容積（制御範囲水量）とを足し、補給水系１０
の給水流量で割ると、予想給水時間を算出することがで
きる。
【００２０】（６） この予想給水時間と、実際の給水
時間を比較し、ずれを生じた時に、警報を発するように
制御装置２０で演算し、比較を行う。なお、このずれを
保護値とする。
時間を比較し、ずれを生じた時に、警報を発するように
制御装置２０で演算し、比較を行う。なお、このずれを
保護値とする。
【００２１】次に、補給水系１０において、異常が発生
した場合の装置の状況を、図１より説明する。水処理装
置１４のフィルター１３，１５の詰まりが徐々に生じて
きた場合、補給水ポンプ１６による気水分離器１への補
給水量が徐々に低下する。この現象により、実際の給水
時間が徐々に長くなるため、予想給水時間と実際の給水
時間の差が徐々に大きくなる。この差を制御装置２０で
演算し、比較して、警報値を越えた段階で警報を出す。
した場合の装置の状況を、図１より説明する。水処理装
置１４のフィルター１３，１５の詰まりが徐々に生じて
きた場合、補給水ポンプ１６による気水分離器１への補
給水量が徐々に低下する。この現象により、実際の給水
時間が徐々に長くなるため、予想給水時間と実際の給水
時間の差が徐々に大きくなる。この差を制御装置２０で
演算し、比較して、警報値を越えた段階で警報を出す。
【００２２】従来の方法であれば、図２に示すように、
警報水位に至るまで異常として検出しないため、制御水
位範囲内で制御が保たれれば、フィルター１３，１５が
詰まることにより給水量が低下しても、異常として検出
していなかった。さらに、この現象は、水処理装置１４
のフィルター１３，１５のみでなく、給水ポンプ１６の
空気噛みでも同じ現象となる。また、給水切り換え三方
弁９の動作不良により、給水過剰や、給水不足に至った
状況でも異常として検出することができる。このことに
より、警報が発せされた段階で処置が施せれば保護停止
に至る前に、発電装置の運転を続けながら、部品の修理
や交換を行うことできる。
警報水位に至るまで異常として検出しないため、制御水
位範囲内で制御が保たれれば、フィルター１３，１５が
詰まることにより給水量が低下しても、異常として検出
していなかった。さらに、この現象は、水処理装置１４
のフィルター１３，１５のみでなく、給水ポンプ１６の
空気噛みでも同じ現象となる。また、給水切り換え三方
弁９の動作不良により、給水過剰や、給水不足に至った
状況でも異常として検出することができる。このことに
より、警報が発せされた段階で処置が施せれば保護停止
に至る前に、発電装置の運転を続けながら、部品の修理
や交換を行うことできる。
【００２３】
【発明の効果】燃料電池発電装置における気水分離器の
補給水系の初期の異常を検出することができるため、保
護停止に至る前に、発電装置の運転を止めることなく、
異常箇所の修復を行うことができる。
補給水系の初期の異常を検出することができるため、保
護停止に至る前に、発電装置の運転を止めることなく、
異常箇所の修復を行うことができる。
【図１】燃料電池発電装置の冷却水系を主に示した概略
構成図である。
構成図である。
【図２】燃料電池発電装置における従来の電池冷却水補
給水系の異常検出方法を示す流れ図である。
給水系の異常検出方法を示す流れ図である。
【図３】本発明の燃料電池発電装置の電池冷却水補給水
系の異常検出方法を示す流れ図である。
系の異常検出方法を示す流れ図である。
１ 気水分離器 ２ 電池冷却水循環ポンプ ３ 燃料電池 ４ 電池冷却水 ５ 改質用スチーム ６ 余剰スチーム ７ ブローダウン水 ８ 水位計 ９ 給水切り替え三方弁 １０ 補給水系 １１ 復水器 １２ 復水ポンプ １３，１５ フィルター １４ 水処理装置 １６ 補給水ポンプ ２０ 制御装置
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料電池へ冷却水を供給する気水分離器
への水の補給を補給水系から給水切り替え三方弁を介し
て供給している燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系
の異常検出方法であって、 前記給水切り換え三方弁の給水側への開放時間を監視し
て実際の給水時間として検出し、給水時に前記気水分離
器が消費した水の量に前記気水分離器の制御範囲水量を
加えた合計水量を給水流量で割って予想給水時間を求
め、前記実際の給水時間と前記予想給水時間とを比較
し、その比較値が予め設定された値を越えた場合に、警
報を発しさせ、前記気水分離器の補給水系に初期の異常
が発生したと認識させることで、燃料電池発電装置が保
護停止に至る前に、該発電装置の運転を続行しながら、
異常箇所の修復を行えるようにすることを特徴とする燃
料電池発電装置の電池冷却水補給水系の異常検出方法。 - 【請求項２】 前記気水分離器の制御範囲水量は、前記
発電装置の停止時に該気水分離器に補給停止水位まで水
を張り、次に補給開始水位に至るまで水を抜いた時の抜
いた水の容積であることを特徴とする請求項１に記載の
方法。 - 【請求項３】 前記給水流量は、前記発電装置の運転状
態にて、前記気水分離器に補給開始水位から補給停止水
位まで給水している間、気水分離器が消費している水の
量と前記気水分離器の制御範囲水量とを足した合計水量
を、実際の給水時間で割った値であることを特徴とする
請求項１または２に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165992A JPH1116582A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系の異常検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165992A JPH1116582A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系の異常検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1116582A true JPH1116582A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15822869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9165992A Pending JPH1116582A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 燃料電池発電装置の電池冷却水補給水系の異常検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1116582A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002298892A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
| JP2009140811A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| EP2639872A1 (en) * | 2012-03-12 | 2013-09-18 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2013236533A (ja) * | 2012-05-07 | 2013-11-21 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料電池車両の冷却系水位感知装置及び方法 |
-
1997
- 1997-06-23 JP JP9165992A patent/JPH1116582A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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