专利名称：燃料电池发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及固定发电装置和汽车等电源使用的燃料电池发电系统。
背景技术：
近年来，由于二氧化碳造成地球温室化和酸雨等的影响，导致人们对地球规模的环境问题越来越关心。因此在电源开发研究领域，高效率、而且不排放二氧化碳的能够实现绿色能量变换的燃料电池发电系统受到人们的关注。
图9是已有的燃料电池发电系统的系统结构的一个例子的结构示意图。
如图9所示，已有的燃料电池发电系统600，在组件51内具备燃料供给装置52、燃料电池53、以及交直流变换装置54。燃料供给装置52对燃料电池53提供富含氢状态的富氢气体。又，燃料电池53使用燃料供给装置52所提供的富氢气体，进行发电，输出规定电压的直流电。又，交直流变换装置54将燃料电池53输出的规定电压的直流电变换为规定电压的交流电输出。又，在组件51中设置安装有风扇55的吸入口56以及安装有检测可燃性气体的可燃性气体检测器57的空气出口58(参照例如专利文献1)。
在该燃料电池发电系统600进行发电运行的情况下，首先，在燃料供给装置52中，生成富含氢气状态下的富氢气体。然后，将该生成的富氢气体通过规定的配管提供给燃料电池53。于是，在燃料电池53中，利用燃料供给装置52提供的富氢气体进行发电。而且，燃料电池53产生的规定电压的直流电被输入交直流变换装置54。在该交直流变换装置54中，从燃料电池53输入的规定电压的直流电变换为规定电压的交流电。借助于此，燃料电池发电系统600能够输出规定电压的交流电。
燃料电池发电系统600运行时，利用风扇55从吸入口56吸入外部空气到组件51内部，并且将组件51内部的空气从空气出口58通过可燃性气体检测器57排出外部。其理由是，在万一燃料供给装置52及/或燃料电池53泄漏出富氢气体等可燃性气体的情况下，该泄漏的富氢气体等可燃性气体从空气出口58排出到组件51的外部，同时，可燃性气体检测器对可燃性气体的泄漏进行检测，以此使燃料电池发电系统600停止运行，并且进行报警显示等适当的处理，以此，防止爆炸的发生于未然。
专利文献1日本特开平03-254070号公报(特别是，参照图1)这种已有的燃料电池发电系统600中，在可燃性气体检测器57正常工作的情况下，能够准确地检测出可燃性气体的泄漏。也就是说，在这种情况下，燃料电池发电系统的安全能够确保。但是，可燃性气体检测器57的检测性能由于例如随着时间的变化而劣化，可燃性气体的检测灵敏度下降的情况下，就不能可靠地检测出可燃性气体的泄漏。在这种情况下，就不能确保燃料电池发电系统600的安全性。特别是，在可燃性气体检测器57的可燃性气体检测灵敏度显著低下的情况下，即使是在组件51内部泄漏的可燃性气体的浓度超过允许上限的情况下，也不能够检测出可燃性气体的泄漏。而且，在这种情况下，对燃料气体发电系统不能够采取充分的安全措施，因此燃料电池发电系统600的工作发生不良情况的发生率很高。
又，如果预先想到上述事态，对可燃性气体检测器57进行定期检查，或强制性更换，则能够确保燃料电池发电系统600的安全。但是，在这种情况下，由于即使可燃性气体检测器57的性能正常，需要检查和更换，因此燃料电池发电系统600的维修保养成本变高。
发明内容
本发明的目的在于，考虑到上述已有的燃料电池发电系统的存在问题，提供能够确保可燃性气体在泄漏问题上的安全性，同时，又能够降低维修保养的成本的燃料电池发电系统。
为了解决上述存在问题，本发明的燃料电池发电系统，其组件内具备燃料电池组、提供富氢气体的富氢气体供给手段、检测所述组件内的所述富氢气体或其原料的泄漏的可燃性气体检测器、引入所述富氢气体或所述原料的可燃性气体导入管、以及控制装置，所述控制装置使所述富氢气体或所述原料从所述可燃性气体导入管间歇喷射，并且对所述可燃性气体检测器的功能是否正常进行自诊断。采取这样的结构，燃料电池发电系统利用实际使用于燃料电池发电系统的气体对可燃性气体检测器的功能进行自诊断，因此，能够可靠地防止可燃性气体检测器工作不良的情况发生。
又，在组件内具备燃料电池组、富氢气体供给手段、检测所述组件内的可燃性气体的泄漏的可燃性气体检测器、从可燃性气体流体路径分支，使前端靠近所述可燃性气体检测器近旁的可燃性气体导入管、以及控制装置，所述控制装置使所述可燃性气体从所述可燃性气体导入管向所述可燃性气体检测器间歇喷射，并且对所述可燃性气体检测器的功能是否正常进行自诊断。采用这样的结构，燃料电池发电系统对可燃性气体检测器的功能进行自诊断，因此，能够防止可燃性气体检测器工作不良等情况的发生于未然。
在这种情况下，所述富氢气体供给手段是利用原燃料气体生成富氢气体的改性装置。采用这样的结构，燃料电池发电系统中不需要设置氢气瓶等需要更换的设备。
又，将所述可燃性气体的导入管的分支部设置于与所述改性装置的入口部连接的原燃料气体供给路径上。采用这样的结构，能够将原燃料气体引入可燃性气体导入管。
又，所述可燃性气体的导入管的分支部设置于所述改性装置与所述燃料电池组的氢电极之间的氢气供给路径上，对所述可燃性气体检测器喷射的气体，在所述改性装置停止时采用原燃料气体，在所述改性装置运行时采用富氢气体。采用这样的结构，能够根据燃料电池发电系统的运行情况选择对可燃性气体检测器喷射的气体的种类。
又，所述可燃性气体的导入管的分支部设置于与所述燃料电池组的氢电极连接的氢气排出路径上，在运行停止时为了净化富氢气体，采用充填于所述燃料电池组中的原燃料气体作为对所述可燃性气体检测器喷射的气体。采用这样的结构，可以改善原燃料气体的使用效率，因此能够有效地使用燃料气体。
又，从所述可燃性气体的喷射终止起经过规定时间之后，所述可燃性气体检测器继续检测出上述可燃性气体的情况下，将设置于所述原燃料气体供给路径上的原燃料气体的原阀门关闭。采用这样的结构，控制可燃性气体的流通的开闭阀发生故障的情况下能够防止可燃性气体继续流动的情况发生。
又，在所述可燃性气体检测器近旁的所述组件中设置排风扇，利用所述排风扇用周围的空气将喷射的所述可燃性气体稀释之后，排出所述组件外。采用这样的结构，在利用空气将向可燃性气体检测器喷射的可燃性气体用空气充分稀释之后排出所述组件外，能够实现安全排气。
又，运行终止时使所述排风扇间歇性工作，在运行终止时也对所述可燃性气体的泄漏进行监视。采用这样的结构，在运行终止时也对可燃性气体的泄漏进行监视。因此确保燃料电池发电系统的安全又，作为所述自诊断，在所述可燃性气体喷射时所述可燃性气体检测器的检测灵敏度从初始值开始变化，在超出运行范围的情况下，判断为所述可燃性气体检测器寿命已到，禁止运行。采用这样的结构，在可燃性气体检测器的寿命已到的情况下可以禁止其运行，因此可以确保燃料电池发电系统的安全。
又，在判断为所述可燃性气体检测器寿命已到时，还进行报警显示。采用这样的结构，由于能够在判断为可燃性气体检测器寿命已到的情况下进行报警显示，因此可以确保燃料电池发电系统的安全。
又，作为所述可燃性气体的喷射间隔，在所述可燃性气体检测器的检测灵敏度从初始值开始的变化量小于规定值的情况下，加长所述可燃性气体的喷射间隔，在所述变化大于规定值的情况下，缩短所述可燃性气体的喷射间隔。采用这样的结构，能够根据可燃性气体检测器的状态进行诊断，因此能够有效地了解可燃性气体检测器的功能的劣化。
又，作为所述自诊断的结果，对所述可燃性气体检测器的寿命进行预测，并且对维修保养者等通报所述预测结果。采用这样的结构，能够事前预测可燃性气体检测器的寿命，预测能够降低维修保养的费用。
本发明具有在可燃性气体检测器随着时间的过去而劣化造成检测灵敏度低下的情况下也能够进行自诊断以确认可燃性气体检测器的寿命，进行适当的处置，以确保燃料电池发电系统的安全的效果。
又，本发明不需要为了确保燃料电池发电系统的安全而进行对可燃性气体检测器的不必要的检查和更换这样的措施，而降低维修成本的效果。
本发明利用对于有可能在组件内泄漏的改性反应前的原燃料气体和改性反应后的富含氢气的富氢气体两者进行可燃性气体检测器功能的诊断，以此能够确认可燃性气体检测器由于随着时间劣化而检测灵敏度降低，具有确保燃料电池发电系统安全性的效果。
又，本发明具有减低作为可燃性气体的原燃料气体总排出量的效果。
图1是本发明第1实施形态的燃料电池发电系统结构的示意图。
图2是本发明第1实施形态的可燃性气体检测器的自诊断步骤的流程图。
图3是本发明第2实施形态的燃料电池发电系统结构的示意图。
图4是本发明第2实施形态的可燃性气体检测器的自诊断步骤的流程图。
图5是本发明第3实施形态的燃料电池发电系统结构的示意图。
图6是本发明第3实施形态的可燃性气体检测器的自诊断步骤的流程图。
图7是本发明第4实施形态的燃料电池发电系统结构的示意图。
图8是本发明第4实施形态的其他燃料电池发电系统结构的示意图。
图9是已有的燃料电池发电系统结构的一个例子的结构示意图。
符号说明1......改性装置2......燃烧器3......入口部4......原燃料气体供给路径5......出口部6......富氢气体供给路径7......燃料电池组8......氢电极9......氧电极10......氢气排出路径11......空气供给路径12......空气排出路径13......空气鼓风机14......旁路(bypass)15......三通阀
16......三通阀17......控制装置18......组件19......吸入口20......排出口21......排气风扇22......可燃性气体检测器23......可燃性气体导入管24a～24c......分路部25a～25c......开闭阀26......原燃料气体原阀门27a～27c......开闭阀28......配线29......氢气瓶51......组件52......燃料供给装置53......燃料电池54......交直流变换装置55......风扇56......吸入口57......可燃性气体检测器58......空气出口100～600......燃料电池发电系统具体实施方式
下面参照
本发明的最佳实施形态。
第1实施形态图1是本发明第1实施形态的燃料电池发电系统结构的示意图。
首先根据附图对本发明第1实施形态的燃料电池发电系统100的结构进行说明。
如图1所示，燃料电池发电系统100在设置吸入口19和排出口20的组件18的内部具有作为具备燃烧器2生成富氢气体的富氢气体供给手段的改性装置1、具有氢电极8和氧电极9使用富氢气体和空气发电的燃料电池组7、改变富氢气体等的流路用的三通阀15和16、打开、关闭原燃料气体等的流路的开闭阀25a和27a、打开、关闭原燃料气体的流入通道的原燃料气体原阀门26、使原燃料气体分路的分路部24a、检测可燃性气体的可燃性气体检测器22、使燃料电池发电系统100的内部换气用的排气风扇21、对燃料电池组7提供空气的空气鼓风机13、以及对这些构件的动作进行适当控制用的控制装置17。在这里，在本说明书中，所述富氢气体也包括纯氢。
改性装置1的入口部3上连接着作为可燃性气体流通通道的原燃料气体供给路径4。在该原燃料气体供给路径4的规定位置上配置原燃料气体原阀门26、分路部24a、以及开闭阀27a。可燃性气体导入管23从分路部24a延伸出，在该可燃性导入管23的规定位置上配设开闭阀25a。可燃性气体导入管23的前端位于可燃性气体检测器22的近旁。与该可燃性气体检测器22相邻配设排气风扇21。该排气风扇21将组件18的内部空气吸出并从排出口20排出。而且，可燃性气体导入管23的前端也可以位于即使不是在可燃性气体检测器22的近旁也能够发挥下述自诊断功能的，组件18内的其他位置。
另一方面，在改性装置1的出口部5上连接富氢气体供给路径6，该富氢气体路径路径6的端部连接燃料电池组7的氢电极8。氢气排出路径10从该氢电极8延伸而出，氢气排出路径10的端部连接于改性装置1上具备的燃烧器2上。在这里，富氢气体供给路径6与氢气排出路径10的各自的规定位置上分别配置三通阀15、16。而且三通阀15与三通阀16之间设旁路14连接。又从空气鼓风机13延伸出空气供给路径11，该空气供给路径11的端部连接于燃料电池组7的氧电极9上。空气排出路径12从该氧电极9向组件18的外部延伸。
又，控制装置17与构成燃料电池发电系统100的上述构成要素利用在图1中未图示出的配线28相互连接。而且控制装置17利用上述规定的配线28对构成燃料电池发电系统100的上述要素进行适当控制，以此使燃料电池发电系统100工作。
下面参照附图对本发明第1实施形态的燃料电池发电系统100的基本动作进行说明。
流过原燃料气体供给路径4的内部，从改性装置1的入口部3流入的甲烷等原燃料气体在改性装置1的内部利用燃烧器2加热。于是，原燃料气体通过预定的改性反应变成富含氢气的富氢气体。该变成富含氢气状态的富氢气体流过富氢气体供给路径6的内部，被提供给燃料电池组7的氢电极8。另一方面，从空气鼓风机13送来的空气流过空气供给路径11的内部，被提供给燃料电池组7的氧电极9。于是，在燃料电池组7的内部，使用这些供应的富氢气体和空气，进行富氢气体中的氢和空气中的氧的化学反应。而且，由于该氢和氧的化学反应，从燃料电池组7输出规定电压的直流电。而且，上述化学反应中未使用的剩余空气流过与氧电极9连接的空气排出路径12内部，排出到组件18的外部。又，上述化学反应中未使用过的剩余的富氢气体流过连接于氢电极8的氢气排出路径10的内部被提供给燃烧器2。在燃烧器2流过氢气排出路径10内部被提供的富氢气体被用作为生成新的富氢气体用的改性反应的加热燃料。但是，在使燃料电池发电系统100工作时，动作当初，在改性装置1中没有生成燃料电池组7发电所需要的充分数量的氢，而且，改性装置1提供的富氢气体中含有一氧化碳等对催化剂有毒的成分。因此，在燃料电池发电系统100动作当初，利用对三通阀15、16的操作，通过旁路14将富氢气体供给路径6与氢气排出路径10连接，将含氢比例低的富氢气体提供给燃烧器2而不是提供给燃料电池组7。又，在组件18的内部，将从吸入口19吸入的外部空气用排气风扇从排出口20排出形成空气流。因此，在万一从改性装置1和燃料电池组7等泄漏出原燃料气体和含氢的富氢气体等可燃性气体的情况下，也能够利用排气风扇立即将该泄漏的可燃性气体从排出口排出到组件18的外部。又，在排气风扇21近旁具备的可燃性气体检测器22检测出可燃性气体泄漏的异常情况时，控制装置17切断原燃料气体原阀门26，使燃料电池发电系统100停止运行。而且，有时还根据需要进行报警显示等，向燃料电池发电系统100的使用者报告异常情况。
下面参照附图对本发明第1实施形态的燃料电池发电系统100中的可燃性气体检测器的功能的自诊断进行说明。
图2是本发明第1实施形态的可燃性气体检测器的自诊断步骤的流程图。
首先，在燃料电池发电系统100对可燃性气体检测器22的功能进行自诊断时，控制装置17在例如发电运行停止时关闭开闭阀27a(步骤S1)，并且打开原燃料气体原阀门26和开闭阀25a(步骤S2)，以此将少量的作为可燃性气体的甲烷等原燃料气体从可燃性气体导入管23的前端向可燃性气体检测器22连续喷射(步骤S3)。这时，如果可燃性气体检测器22对控制装置17输出预定的与规定范围内的可燃性气体浓度相当的输出电压，控制装置17就判断为可燃性气体检测器22的功能正常，结束自诊断(步骤S4中判断为YES)。但是，在可燃性气体检测器22随着时间的经过而劣化，因此对可燃性气体的检测灵敏度降低的情况下，即使如上所述，向可燃性气体检测器22喷射原燃料气体，可燃性气体检测器22的输出电压也小于与上述规定范围内的可燃性气体浓度相当的电压(步骤S4中判断为NO)。这时，控制装置17认识到可燃性气体检测器22的功能并非正常。于是，在这样的可燃性气体检测器22的输出电压脱离预定的运行范围的情况下，控制装置17判断为可燃性气体检测器22寿命已到，并进行禁止运行的显示和报警显示等，采取确保燃料电池发电系统100的安全的适当的安全措施(步骤S5)。
这一连串的燃料电池发电系统100的自诊断动作不限于发电运行停止时进行，也可以在运行中进行。在这种情况下，控制装置17在上述步骤S2打开开闭阀25a和原料气体原阀26，同时，也开放开闭阀27a。借助于此，向改性装置1提供原燃料气体，将改性装置1中生成的富含氢气的富氢气体提供给燃料电池组7。借助于此，在燃料电池组中进行能够输出规定电压的直流电的发电运行。而且在控制装置17认识到可燃性气体检测器22的输出电压低于与上述规定范围内的可燃性气体浓度相当的电压的情况下(上述步骤S4中判断为NO)，控制装置17进行报警显示，同时关闭开闭阀26，采取确保燃料电池发电系统100的安全的适当措施(上述步骤S5)。
又可以认为，即使该自诊断(也就是说，在上述步骤S3向可燃性气体检测器22喷射可燃性气体)不连续进行，间歇进行该自诊断，例如每天或几天一次也能够充分确保燃料电池发电系统100的安全。但是，在自诊断时可燃性气体检测器22的输出电压变化率越来越大的情况下，可以判断为可燃性气体检测器22的寿命快要到了，缩短对可燃性气体检测器喷射可燃性气体的时间间隔能够有效确保燃料电池发电系统100的安全。
又，该燃料电池发电系统100的自诊断中，在组件18内部喷射了虽说是少量的甲烷气体等可燃性气体(上述步骤S3)，因此有必要利用排气风扇21将该喷射的可燃性气体与空气混合稀释，使该可燃性气体的浓度降低到爆炸浓度下限以下再排出组件18外。以此可以确保燃料电池发电系统100的安全。
又，该燃料电池发电系统100的自诊断中，考虑可燃性气体喷射时万一开闭阀25a发生故障流通路径不能关闭的情况。在这种情况下，如果控制装置17输出可燃性气体喷射结束信号起规定时间之后可燃性气体检测器22继续对可燃性气体进行检测，控制装置17就输出关闭原燃料气体原阀门26的信号。这样，即使开闭阀25a发生故障，流通路径不能关闭，由于控制装置17将原燃料气体原阀门26关闭，燃料电池发电系统100的安全就能够确保。
又，在发电运行停止时，也使排气风扇21间歇工作，经常对可燃性气体进行监视，对于确保燃料电池发电系统100的安全也是非常有效的。
又，在燃料电池发电系统100的自诊断中，通过将有关可燃性气体检测器22的可燃性气体浓度的输出信息告知维修保养机构，与其取得联络，以此事前预测可燃性气体检测器22的寿命。借助于此，可以在可燃性气体检测器22寿命已到造成燃料电池发电系统100的故障或停止运行的情况发生之前更换可燃性气体检测器22或采取其他适当措施。
这样，采用本发明第1实施形态，即使在可燃性气体检测器22随着时间的经过而劣化造成可燃性气体检测灵敏度低下的情况下也能够通过进行自诊断检测出可燃性气体检测器22的寿命已到的情况，采取适当的措施以确保燃料电池发电系统的安全。又可以不进行确保安全所不需要的可燃性气体检测器22的更换，从而能够将维修保养费用维持于比以往更低的程度。
第2实施形态图3是本发明第2实施形态的燃料电池发电系统结构的示意图。对于与第1实施形态相同的结构形态要素标以相同的符号，在这里省略其说明。
在本实施形态中，分路部24b和开闭阀27b设置于连接改性装置1和氢电极8的富氢气体供给路径6的规定位置上。而且，从分路部24b延伸出可燃性气体导入管23。该可燃性气体导入管23的规定位置上配置有开闭阀25b。而且，在原燃料气体供给路径4上，在该规定的位置上只配设原燃料气体原阀门26。此外各点与第1实施形态相同。
下面参照附图对本发明第2实施形态的燃料电池发电系统200的可燃性气体检测器的功能的自诊断进行说明。
图4是本发明第2实施形态的可燃性气体检测器的自诊断步骤的流程图。
在本实施形态中，在发电运行停止时(在步骤S6中判断为NO)进行可燃性气体检测器22的功能是否正常的自诊断的情况下，控制装置17关闭开闭阀27b(步骤S7)，并且打开开闭阀25b和原料气体原阀门26(步骤S8)。然后，通过可燃性气体导入管23将通过改性装置1的少量原燃料气体向可燃性气体检测器22喷射(步骤S9)。这时，如果可燃性气体检测器22对原燃料气体进行检测后对控制装置17输出正常范围内的输出电压，控制装置17就判断为可燃性气体检测器22的功能正常，结束自诊断(步骤S10中判断为YES)。但是，在可燃性气体检测器22随着时间的经过而劣化，因此对原燃料气体的检测灵敏度下降的情况下，即使如上所述向可燃性气体检测器22喷射原燃料气体，可燃性气体检测器22的输出电压也小于上述正常范围内的输出电压(步骤S10中判断为NO)。这时，控制装置17认识到可燃性气体检测器22的功能不正常。于是，控制装置17判断为可燃性气体检测器22寿命已到，进行禁止运行的显示和报警显示等，采取确保燃料电池发电系统200的适当的安全措施(步骤S11)。
另一方面，在发电运行中(步骤S6中判断为YES)进行上述自诊断的情况下，控制装置17打开原燃料气体原阀门26，并且关闭开闭阀25b、27b(步骤S12)，向燃料电池组7提供富含氢气的富氢气体，同时，向可燃性气体检测器22喷射少量作为可燃性气体的富氢气体(步骤S13)。这时，可燃性气体检测器22对富氢气体进行检测之后如果对控制装置17输出正常范围内的输出电压，控制装置17就判断为可燃性气体检测器22的功能正常，结束自诊断(步骤S14中判断为YES)。但是，可燃性气体检测器22随着时间的经过而劣化，因而对富氢气体的检测灵敏度下降的情况下，即使是如上所述对可燃性气体检测器22喷射富氢气体，可燃性气体检测器22的输出电压也小于上述正常范围内的输出电压(步骤S14中判断为NO)。这时，控制装置17也认识到可燃性气体检测器22不正常。于是，控制装置17判断为可燃性气体检测器22寿命已到，进行禁止运行的显示和报警显示等，采取确保燃料电池发电系统200的适当的安全措施(步骤S15)。
这样，在本实施形态中，燃料电池发电系统200停止发电运行时向可燃性气体检测器22喷射原燃料气体，在发电运行时向可燃性气体检测器22喷射富含氢气的富氢气体。而且，如图4的步骤S6所示，向可燃性气体检测器22喷射的气体的种类(原燃料气体或富氢气体)根据燃料电池发电系统200是否正在运行决定。其理由是，即使改性装置1在运行中，在其启动时改性装置1中也不生成富氢气体。
又，通常可燃性气体检测器22对任何可燃性气体都能够作出反应，而与气体种类无关。但是，其检测灵敏度、即相对于规定的气体浓度的检测输出电压因气体成分(种类)而异。因此，为了正确检测出可燃性气体检测器22随时间的经过而劣化的情况，有必要对燃料电池发电系统200用的每一种可燃性气体进行自诊断。于是，在本实施形态中对在组件18内部有可能泄漏的，改性反应前的原燃料气体和改性反应后的富含氢气的富氢气体两者进行自诊断，以此能够对任何可燃性气体的泄漏检测出由于时间的经过而造成的可燃性气体检测器22的检测灵敏度下降的情况。在这种情况下，可燃性气体检测器22的输出电压范围因喷射的气体的种类(成分)而不同，因此根据喷射的气体的种类(成分)改变正常判定用的输出电压范围。通过采用这样的结构，能够可靠地确保燃料电池发电系统200的安全。
第3实施形态图5是本发明第3实施形态的燃料电池发电系统结构的示意图。在这里也对与第1实施形态一样的结构要素标以相同的符号，在这里省略其说明。
在本实施形态中，分路部24c和开闭阀27c设置于连接燃料电池组7的氢电极8和燃烧器2的氢气排出路径10的规定位置上。而且，从分路部24c延伸出可燃性气体导入管23。该可燃性气体导入管23的规定位置上配设开闭阀25c。而且在原燃料气体供给路径4上，只在其规定位置上配设原阀门26。其他点与第1实施形态相同。
下面参照附图对本发明第3实施形态的燃料电池发电系统300的可燃性气体检测器的功能的自诊断进行说明。
图6是本发明第3实施形态的可燃性气体检测器的自诊断步骤的流程图。
在本实施形态中，在发电运行时(在步骤S16中判断为YES)进行可燃性气体检测器22的功能是否正常的自诊断的情况下，控制装置17打开开闭阀27c、开闭阀25c、以及原燃料气体原阀门26(步骤S17)。然后，通过可燃性气体导入管23将少量通过燃料电池组7的氢电极8的富氢气体、也就是不使用于发电的富氢气体向可燃性气体检测器22喷射(步骤S18)。这时，与第2实施形态的情况相同，如果可燃性气体检测器22对富氢气体进行检测后对控制装置17输出正常范围内的输出电压，控制装置17就判断为可燃性气体检测器22的功能正常，结束自诊断(步骤S19中判断为YES)。但是，在可燃性气体检测器22随着时间的经过而劣化，因此对富氢气体的检测灵敏度下降的情况下，即使如上所述向可燃性气体检测器22喷射富氢气体，可燃性气体检测器22的输出电压也小于上述正常范围内的输出电压(步骤S19中判断为NO)。这时，控制装置17认识到可燃性气体检测器22的功能不正常。于是，控制装置17判断为可燃性气体检测器22寿命已到，进行禁止运行的显示和报警显示等，采取确保燃料电池发电系统300的适当的安全措施(步骤S20)。
但是，在使燃料电池发电系统300的运行结束时，通常为了安全而利用氮气等对残留于改性装置1和燃料电池组7等各路径内的富氢气体进行净化工作。而在家庭等场合使用本燃料电池发电系统的情况下，氮气的供应是困难的，因此采用原燃料气体等代替气体取代氮气作为置换气体使用。而且在本实施形态中，在发电运行停止时(在步骤S16中判断为NO)进行可燃性气体检测器22的功能是否正常的自诊断的情况下，首先排出燃料电池组7中充填的原燃料气体(步骤S21)。然后，通过可燃性气体导入管23将少量该排出的原燃料气体向可燃性气体检测器22喷射(步骤S22)。也就是说，作为可燃性气体检测器22的自诊断，使用作为可燃性气体的原燃料气体。这时，与第2实施形态相同，如果可燃性气体检测器22对原燃料气体进行检测后对控制装置17输出正常范围内的输出电压，控制装置17就判断为可燃性气体检测器22的功能正常，结束自诊断(步骤S23中判断为YES)。但是，在可燃性气体检测器22随着时间的经过而劣化，因此对原燃料气体的检测灵敏度下降的情况下，即使如上所述向可燃性气体检测器22喷射原燃料气体，可燃性气体检测器22的输出电压也小于上述正常范围内的输出电压(步骤S23中判断为NO)。这时，控制装置17认识到可燃性气体检测器22的功能不正常。于是，控制装置17判断为可燃性气体检测器22寿命已到，进行禁止运行的显示和报警显示等，为了确保燃料电池发电系统300的安全性的采取适当安全措施(步骤S24)。
这样，在本实施形态中，由于利用燃料电池组7的发电中不使用的富氢气体和燃料电池组7的内部置换的原燃料气体进行可燃性气体检测器22的功能诊断，因此能够减少富氢气体和原燃料气体等可燃性气体的总排出量。又，利用本实施形态也能够可靠地确保燃料电池发电系统300的安全。
第4实施形态在上述本发明第1～3实施形态中，生成富氢气体提供的装置采用改性装置，将富氢气体提供给燃料电池组，但是也可以使用氢气瓶代替改性装置，向燃料电池组提供纯氢气。以下对这种使用氢气瓶代替改性装置的实施形态进行说明。
在本发明的第4实施形态中，对在燃料电池发电系统的组件内部具备氢气瓶的形态和在燃料电池发电形态的组件外部配设氢气瓶的形态这两种形态进行分别举1例进行说明。
下面首先对组件内部具备氢气瓶的燃料电池发电系统的结构进行说明。
图7是本发明第4实施形态的，组件内部具备氢气瓶的燃料电池发电系统结构的示意图。而且，对于与第1实施形态相同的结构要素标以相同的符号，其说明省略。
如图7所示，本实施形态的燃料电池发电系统400在组件18内部具备作为富氢气体供给手段的氢气瓶29。在该氢气瓶29内部装有例如压缩氢气。而且在该氢气瓶29的出口部5上连接富氢气体供给路径6的一端，该富氢气体供给路径6的另一端连接于燃料电池组7的氢电极8。在这里，在富氢气体供给路径6的规定位置上配设分路部24b和开闭阀27b。又，在分路部24b上连接可燃性气体导入管23。在这里，在可燃性气体导入管23的规定位置上配设开闭阀25b。而且在本实施形态中，由于使用氢气瓶29作为富氢气体供给手段，在结构要素中削除了原燃料气体路径4、原燃料气体原阀门26、分路部24a、以及开闭阀27等提供原燃料气体用的结构要素。又，在第1～3实施形态中需要的燃烧器2也同样减去。随着减去该燃烧器2，从燃料电池组7中排出的发电中未使用的富氢气体通过例如氢气排出路径时排出到燃料电池发电系统400的外部。又，在本实施形态中，由于向燃料电池组7提供纯氢，三通阀15、16以及分路14也被省去。其他要点与第2实施形态的情况相同。
下面对在组件的外部配设氢气瓶的燃料电池发电系统的结构进行说明。
图8是本发明第4实施形态的组件外部配设氢气瓶的燃料电池发电系统结构的示意图。而且，在这里，也是对与第1实施形态相同的结构要素标以相同的符号，其说明省略。
如图8所示，本实施形态的燃料电池发电系统500不具备作为富氢气体供给手段的氢气瓶29。氢气瓶29设置于燃料电池发电系统500的组件18的外部。而且，氢气瓶29和燃料电池发电系统500的分路部24b利用延长的富氢气体供给路径6连接。也就是说，在本实施形态中，燃料电池发电系统500的富氢气体供给手段采用富氢气体供给路径6。其他要点与本实施形态的燃料电池发电系统400的情况相同。
这样构成的燃料电池发电系统400和500使用氢气瓶29提供的纯氢气，进行可燃性气体检测器22的自诊断。具体地说，对开闭阀25b和27b进行适当操作，将少量从氢气瓶29提供的纯氢气通过可燃性气体导入管23向可燃性气体检测器22喷射。以此进行可燃性气体检测器22的自诊断，这样利用本实施形态，也能够与上述第1～3实施形态同样可靠地确保燃料电池发电系统400和500的安全。
采用本发明，由于燃料电池发电系统100～500对可燃性气体检测器22的可燃性气体检测功能进行自诊断，能够防止可燃性气体检测器22动作不良的情况发生。特别是，采用本发明，由于不是利用在燃料电池发电系统100～500中未使用的可燃性气体(例如统燃料电池发电系统100～500进行发电用的纯氢气、富氢气体或模拟该原料的的模拟气体以及其他自诊断用的检验气体)，对可燃性气体检测器22的功能不足进行自诊断，而实际上使用在燃料电池发电系统100～500中用的纯氢气、富氢气体或其他原料(原燃料气体)本身对可燃性气体检测器22的功能进行自诊断，因此，能够得到正确可靠的对可燃性气体检测器22进行自诊断的效果。也就是说，能够理想地实施可燃性气体检测器22的自诊断。于是，利用这样的形态，能够可靠确保燃料电池发电系统100～500的安全。
还有，在本发明的第1～第4实施形态中，例示了燃料电池发电系统，但是，当然不限于这种燃料电池发电系统，而是也适合于组件内部具有可燃性气体检测器的所有装置并且能够应用于这些装置。对于这样的装置，也能够得到与本发明得到的效果相同的效果。
工业应用性本发明的燃料电池发电系统，作为确保可燃性气体不泄漏的安全性能，同时能够进行廉价的维修保养的燃料电池发电系统是有用的。
权利要求
1.一种燃料电池发电系统，其特征在于，组件内具备燃料电池组、提供富氢气体的富氢气体供给手段、检测所述组件内的所述富氢气体或其原料的泄漏的可燃性气体检测器、引入所述富氢气体或所述原料的可燃性气体导入管、以及控制装置，所述控制装置使所述富氢气体或所述原料从所述可燃性气体导入管间歇喷射，并且对所述可燃性气体检测器的功能是否正常进行自诊断。
2.一种燃料电池发电系统，其特征在于，组件内具备燃料电池组、富氢气体供给手段、检测所述组件内的可燃性气体的泄漏的可燃性气体检测器、从可燃性气体流体路径分支，使前端靠近所述可燃性气体检测器近旁的可燃性气体导入管、以及控制装置，所述控制装置使所述可燃性气体从所述可燃性气体导入管向所述可燃性气体检测器间歇喷射，并且对所述可燃性气体检测器的功能是否正常进行自诊断。
3.如权利要求2所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述富氢气体供给手段是利用原燃料气体生成富氢气体的改性装置。
4.如权利要求3所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述可燃性气体的导入管的分支部设置于与所述改性装置的入口部连接的原燃料气体供给路径上。
5.如权利要求3所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述可燃性气体的导入管的分支部设置于所述改性装置与所述燃料电池组的氢电极之间的氢气供给路径上，对所述可燃性气体检测器喷射的气体，在所述改性装置停止时采用原燃料气体，在所述改性装置运行时采用富氢气体。
6.如权利要求3所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述可燃性气体的导入管的分支部设置于与所述燃料电池组的氢电极连接的氢气排出路径上，在运行停止时为了置换富氢气体，采用充填于所述燃料电池组中的原燃料气体作为对所述可燃性气体检测器喷射的气体。
7.如权利要求2所述的燃料电池发电系统，其特征在于，从所述可燃性气体的喷射终止起经过规定时间之后，所述可燃性气体检测器继续检测出上述可燃性气体的情况下，将设置于所述原燃料气体供给路径上的原燃料气体的原阀门关闭。
8.如权利要求2所述的燃料电池发电系统，其特征在于，在所述可燃性气体检测器近旁的所述组件中设置排风扇，利用所述排风扇用周围的空气将喷射的所述可燃性气体稀释之后，排出所述组件外。
9.如权利要求8所述的燃料电池发电系统，其特征在于，运行终止时使所述排风扇间歇性工作，在运行终止时也对所述可燃性气体的泄漏进行监视。
10.如权利要求2所述的燃料电池发电系统，其特征在于，作为所述自诊断，在所述可燃性气体喷射时所述可燃性气体检测器的检测灵敏度从初始值开始变化，在超出运行范围的情况下，判断为所述可燃性气体检测器寿命已到，禁止运行。
11.如权利要求10所述的燃料电池发电系统，其特征在于，在判断为所述可燃性气体检测器寿命已到时，又进行报警显示。
12.如权利要求10或11所述的燃料电池发电系统，其特征在于，作为所述可燃性气体的喷射间隔，在所述可燃性气体检测器的检测灵敏度从初始值开始的变化量小于规定值的情况下，加长所述可燃性气体的喷射间隔，在所述变化对于规定值的情况下，缩短所述可燃性气体的喷射间隔。
13.如权利要求10或11所述的燃料电池发电系统，其特征在于，作为所述自诊断的结果，对所述可燃性气体检测器的寿命进行预测，并且对维修保养者等通报所述预测结果。
全文摘要
本发明提供能够确保避免可燃性气体泄漏的安全性，同时维修保养成本保持低廉的燃料电池发电系统。所述系统其组件(18)内具备燃料电池组(7)、提供富氢气体的富氢气体供给手段(1)、检测所述组件内的所述富氢气体或其原料的泄漏的可燃性气体检测器(22)、引入所述富氢气体或所述原料的可燃性气体导入管(23)、以及控制装置(17)。所述控制装置使所述富氢气体或所述原料从所述可燃性气体导入管间歇喷射，并且对所述可燃性气体检测器的功能是否正常进行自诊断。
文档编号H01M8/24GK1604378SQ200410079300
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月29日 优先权日2003年10月1日
发明者上田哲也, 宫内伸二, 中村彰成 申请人:松下电器产业株式会社