JP2008108449A - 燃料電池システムの凍結防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温度を検知する温度センサの耐久性を高めつつ、外気温度を検知するのに有利な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、収容室１０１をもつハウジング１００と、ハウジング１００の収容室１０１内に配置された燃料電池と、燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給部３００と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給部４００とを備えている。ハウジング１００は、外気と収容室１０１とを連通させる吸気口１０５を備えている。ハウジング１００の収容室１０１内に温度センサ６００が吸気口１０５の付近に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムの凍結防止装置に関する。

特許文献１には、制御装置を筐体に収容し、筐体から排出された排出ガスの一部を再び筐体の異なる部位内に導く接続配管を設置する燃料電池用のパッケージ型装置が開示されている。このものでは、外気温度を検知する外気温度センサが筐体の外面側において外気に接触するように設置されている。

特許文献２，３には、改質器および燃料電池を備え、凍結防止運転を行う燃料電池システムが開示されている。このものでは、温度センサは外気温度を検知するものではなく、水回収容器の内部に貯留されている水の温度を検知するように、水回収容器の内部に設けられている。
特開２００４−１７９１０３号公報 特開２００３−２８２１０６号公報 特開２００４−６２７０号公報

上記した特許文献１によれば、外気温度を検知する温度センサの検出部は筐体の外部において外気に直接的に触れるように設けられている。このため外気温度センサが他の物体に触れたり、悪戯されたりするおそれがあり、このため外気温度センサの耐久性が必ずしも充分ではなかった。また、特許文献２，３は、水の温度を検知する温度センサが水回収容器の内部に設けられているが、外気温度を検知する温度センサの設置位置についての記載はない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、外気温度を検知する温度センサの耐久性を高めつつ、外気温度を検知するのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池システムは、収容室をもつハウジングと、ハウジングの収容室内に配置された燃料電池と、燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給部とを具備する燃料電池システムにおいて、ハウジングは、外気と収容室とを連通させる吸気口を備えており、ハウジングの収容室内に、温度検知処理を行う温度センサが吸気口の付近に設けられている。

この場合、外気がハウジングの吸気口からハウジングの収容室に供給される。外気温度を検知する温度センサがハウジングの収容室内に吸気口の付近に設けられている。このため外気温度を検知する温度センサの耐久性を高めつつ、外気温度を検知するのに有利となる。

本発明に係る燃料電池システムによれば、外気温度を検知する温度センサの耐久性を高めつつ、外気温度を良好に検知することができる。

本発明に係る燃料電池システムは、収容室をもつハウジングと、ハウジングの収容室内に配置された燃料電池と、燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給部とを備えている。収容室は、燃料電池システムを構成する構成部品を収容する室である。

ハウジングは、燃料電池を構成する構成部品を収容する収容室を備えている。ハウジングは、外気と収容室とを連通させる吸気口を備えている。ハウジングの収容室内には、温度センサがハウジングの吸気口の付近に設けられている。吸気口としては、ハウジングの高さ方向の中央よりも低い下部に形成されていても良いし、ハウジングの高さ方向の中央域に形成されていても良いし、ハウジングの高さ方向の中央よりも高い上部に形成されていても良い。

温度センサは、ハウジング外の外気の温度を検知する外気温度センサであることが好ましい。改質用原料を改質させて燃料を生成する改質装置と、燃料電池に供給される前の酸化剤を加湿する加湿装置とがハウジングの収容室内に設けられている形態が例示される。この場合、吸気口は、改質装置および加湿装置のうちの少なくとも一方に外気を取り込むための開口である形態が例示される。

ハウジングの収容室内に送風作用を発生させる送風手段および制御装置が設けられている形態が例示される。送風手段はハウジングの収容室内に配置されている。この場合、制御装置は、温度センサで温度を検知するために送風手段を作動させる送風処理を実行する。制御装置は、温度センサで検知された検知温度に応じて凍結対策処理を実行する形態が実行される。ハウジング内の空気を換気する換気装置等の送風手段がハウジングの内部に設けられている形態が実行される。換気装置等の送風手段が作動すれば、ハウジング外の外気が吸気口からハウジングの内部に良好に吸引される。

吸気口に対面すると温度センサを収容する第１室空間と、燃料電池が収容されている第２室空間とに、ハウジングの収容室を仕切る仕切部材が設けられている形態が例示される。この場合、燃料電池が配置されている第２室空間の温度が高いときであっても、温度センサは第１室空間に配置されているため、温度センサによる温度検知の精度に影響を与えることが抑えられる。

制御装置は、前回の温度検知処理または今回の温度検知処理で検知している温度が第１所定温度よりも高いときには、送風手段の駆動時間を前回よりも長くする形態が例示される。この場合、送風手段の駆動時間が長いほど、吸気口からハウジングの収容室に流入する空気量の増加を期待でき、ハウジングの収容室内の換気を充分に行うことが期待される。これにより温度センサによる温度検知の精度を高めることができる。従って制御装置は、前回の温度検知処理した温度または今回の温度検知処理で検知している温度が第１所定温度よりも低いときには、送風手段の駆動時間を、現在設定されている駆動時間よりも短くする形態が例示される。第１所定温度は、予め設定されている温度としても良いし、前回の温度検知処理で検知した温度としても良い。送風手段の駆動時間は、演算式から求めても良いし、制御装置のメモリに格納されているマップから求めても良い。

また、制御装置は、前回の温度検知処理で検知した温度または今回の温度検知処理で検知している温度が第２所定温度よりも低いとき、制御装置が温度検知処理を実行する時間間隔を、現在設定されている駆動時間よりも短くする形態が例示される。この場合、外気温度が低いため、低温に対する対策処理（例えば凍結対策処理）を行う可能性が高くなる。このため温度センサによる温度検知処理を実行する頻度を高めるためである。この場合、制御装置が温度検知処理を実行する時間間隔を例えば３０分間、１０分間、５分間等にできる。第２所定温度は、予め設定されている温度としても良いし、前回の温度検知処理で検知した温度としても良い。当該時間間隔は、演算式から求めても良いし、制御装置のメモリに格納されているマップから求めても良い。

また本発明によれば、ハウジングの収容室の温度を検知する第２温度センサが設けられている形態が例示される。この場合、制御装置は、第２温度センサの検知温度に応じて、送風手段の駆動時間を設定することができる。この場合、第２温度センサの検知温度が相対的に高いときには、温度検知処理において検知される外気温度が収容室の温度の影響で高めに検知させる可能性がある。このため、第２温度センサの検知温度が相対的に高いときには、制御装置は、ハウジングの収容室の換気流量を増加させるべく、第２温度センサの検知温度が相対的に低いときに比較して、送風手段の駆動時間を相対的に長くする形態が例示される。

また制御装置は、第２温度センサの検知温度が相対的に低いときには、第２温度センサの検知温度が相対的に高いときに比較して、送風手段の駆動時間を相対的に短くする形態が例示される。ハウジングの収容室の温度が過剰に高温でないときには、外気温度の検知のために、ハウジングの収容室の換気流量を増加させる要請があまり強くないためである。

本発明によれば、燃料電池システムが発電運転しない状態で所定時間放置されているとき、制御装置は、送風手段を駆動させつつ温度センサによる温度検知処理を定期的または不定期的に行う形態が例示される。この場合、燃料電池システムが発電運転されないときであっても、定期的または不定期的に送風手段を駆動させるため、ハウジングの収容室内の換気が良好に行われる。故に、温度センサにより外気温度が良好に検知される。従って、外気温度が低いときにおける低温対策処理（例えば凍結対策処理）を行うことができる。

以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照して説明する。本実施例に係る燃料電池システムは家庭用または業務用として使用される定置型であり、図１に示すように、収容室１０１をもつ箱状のハウジング１００と、ハウジング１００の収容室１０１内に配置された高分子型の燃料電池のスタック２００と、燃料電池のスタック２００の酸化剤極に酸化剤（空気）を供給する酸化剤供給部３００と、燃料電池のスタック２００の燃料極に燃料（水素含有ガス、アノードガス）を供給する燃料供給部４００とを備えている。燃料電池は、高分子型のプロトン伝導膜を酸化剤極（カソード）および燃料極（アノード）で挟持している。

図１に示すように、酸化剤供給部３００は、スタック２００の酸化剤極に酸化剤を含有する流体である発電用の空気を供給する酸化剤供給通路３０２と、酸化剤供給通路３０２に設けられた第１ポンプ３０３（酸化剤搬送源）とをもつ。酸化剤供給通路３０２および第１ポンプ３０３は、ハウジング１００の収容室１０１内に配置されている。第１ポンプ３０３の駆動により、発電用の空気を酸化剤供給通路３０２に吸い込む吸引ポート３０３ｃが設けられている。吸引ポート３０３ｃは収容室１０１内に配置されている。

図１に示すように、酸化剤供給通路３０２の途中部位には、加湿装置３２０が設けられている。加湿装置３２０は、燃料電池のスタック２００の酸化剤極に供給する発電用の空気（カソードガス）を加湿するためのものである。加湿装置３２０は、筐体３２１と、スタック２００の酸化剤極の入口２００ｉに供給される発電用の空気が通る往路３２２と、スタック２００の酸化剤極の出口２００ｐから排出された発電後の空気オフガスが流れる復路３２３と、往路３２２と復路３２３との間に設けられた水分保持膜３２４（水分保持部材、加湿部材）とを有する。加湿装置３２０はこれに限らず、スタック２００の酸化剤極の入口２００ｉに供給される発電用のカソードガスとしての空気を加湿できるものであれば良い。

スタック２００の酸化剤極の出口２００ｐから排出された発電反応後の空気オフガス（カソードオフガス）は、高い湿度および高い温度をもつ。スタック２００から排出された空気オフガスが加湿装置３２０の復路３２３で冷却されると共に、加湿装置３２０の水分保持膜３２４に接触する。このとき、空気オフガスに含まれている水分が水分保持膜３２４に移行する。スタック２００の酸化剤極の入口２００ｉに供給される空気は、発電反応後の空気オフガスに比較して、相対的に低温および低湿である。このため、スタック２００に供給される発電用の空気は、加湿装置３２０の水分保持膜３２４により加湿される。このようにして加湿装置３２０で加湿された発電反応用の空気は、スタック２００の酸化剤極（カソード）に入口２００ｉから供給され、発電に使用される。

図１に示すように、ハウジング１００は、上面壁１００ａと側面壁１００ｂと底面壁１００ｃとを備えており、直方体形状または筒形状をなす。ハウジング１００の収容室１０１は、燃料電池システムを構成する構成部品（燃料電池のスタック２００、改質装置４２０、加湿装置３２０、酸化剤供給部３００、燃料供給部４００、制御装置８００等）を収容する室である。

燃料供給部４００は改質装置４２０を備えている。改質装置４２０は改質用原料（炭化水素系の燃料）を改質反応によりアノードガスを生成するものであり、ハウジング１００の収容室１０１内に設けられている。改質装置４２０は、改質用原料の改質反応を行う改質触媒をもつ改質部４２１と、改質反応に適するように改質部４２１を高温に加熱する燃焼部４２２（加熱部）とをもつ。燃焼用空気を改質装置４２０の燃焼部４２２に供給する燃焼用空気通路４２３と、図略のポンプまたは弁を介して燃焼用燃料を改質装置４２０の燃焼部４２２に供給する燃焼用燃料通路４２４と、図略のポンプまたは弁を介して改質用燃料を改質装置４２０の改質部４２１に供給する改質用燃料通路４２５とが収容室１００内に設けられている。

燃焼用空気通路４２３には、燃焼用空気を改質装置４２０の燃焼部４２２に供給する第２ポンプ４２５（燃焼用空気搬送源）が設けられている。第２ポンプ４２５はハウジング１００の収容室１０１内に収容されている。第２ポンプ４２５の駆動により燃焼用空気を燃焼用空気通路４２３に吸い込む吸引ポート４２５ｃが収容室１０１内に設けられている。従って吸引ポート４２５ｃが収容室１０１に対面している。

図１に示すように、ハウジング１００は、外気と収容室１０１とを連通させる開口状をなす排気口１０３を備えている。排気口１０３は、ハウジング１００の側面壁１００ｂにおいて、これの高さ方向の中央よりも上部に開口している。排気口１０３は、ハウジング１００の収容室１０１内の空気を外部に排出するための開口である。排気口１０３は、ハウジング１００の一方の側面壁１００ｂにおいて、斜め下方に傾斜する複数の第１傾斜壁１０８をもつ第１傾斜壁群１０９に対面する。第１傾斜壁群１０９は雨避けなどの機能をもつ。

図１に示すように、ハウジング１００は、外気と収容室１０１とを連通させる開口状をなす吸気口１０５を備えている。吸気口１０５は、ハウジング１００の一方の側面壁１００ｂにおいて、これの高さ方向の中央よりも下部に開口している。吸気口１０５は、改質装置４２０および加湿装置３２０に外気を取り込むための開口として機能することができる。

図１に示すように吸気口１０５は、ハウジング１００において排気口１０３よりも下側に形成されている。排気口１０３は、ハウジング１００において吸気口１０５よりも上側に形成されている。このため、ハウジング１００の収容室１０１において、収容室１０１の下部から収容室１０１を通過し、更に、収容室１０１の上部へ流れる空気流を形成するのに有利である。このため、温度が低い空気をハウジング１００の収容室１０１の下側に吸い込み、収容室１０１内を下から上方に向けて流し、ハウジング１００の収容室１０１の上部側の暖かい空気を排気口１０３から外気に排出させるのに有利である。図１に示すように、吸気口１０５は、ハウジング１００の側面壁１００ｂにおいて斜め下方に傾斜する複数の第２傾斜壁１１８をもつルーバとして機能する第２傾斜壁群１１９に対面する。第２傾斜壁群１１９は雨避けなどの機能をもつ。これにより後述する外気温度を検知する温度センサ６００に雨水がかからないようにされている。

図１に示すように、送風手段としての換気装置５００および制御装置８００がハウジング１００の収容室１０１内に設けられている。換気装置５００は、ハウジング１００の収容室１０１内を攪拌させる換気ファン５０１と、換気ファン５０１を駆動させる駆動部５０２（モータ）とをもつ。制御装置８００は、入力処理部と出力処理部とＣＰＵ８０１とメモリ８０２とを有している。制御装置８００は、燃料電池システムの構成部品、補機類を制御するものである。また制御装置８００は、温度センサ６００で検知された検知温度に応じて低温対策処理（例えば凍結対策処理）を実行する機能をもつ。制御装置８００は、温度センサ６００で外気温度を検知するために換気装置５００（送風手段）を作動させる送風処理を実行する機能をもつ。即ち、換気装置５００の換気ファン５０１が駆動すると、ハウジング１００の収容室１０１内の空気が攪拌される。このように換気装置５００の換気ファン５０１が駆動すれば、ハウジング１００外の外気が吸気口１０５からハウジング１００の内部に矢印Ａ１方向に積極的に吸引される空気流が発生する。

さて本実施例によれば、図１に示すように、ハウジング１００の収容室１０１内には、温度検知処理を行う温度センサ６００が設けられている。温度センサ６００はハウジング１００の吸気口１０５に対面するように、吸気口１０５の付近に設けられている。温度センサ６００は、前記した吸気口１０５から収容室１００内に流れる空気流が流れる位置に配置されている。ここで、吸気口１０５の高さ寸法をＨ１とすると、温度センサ６００は、吸気口１０５から寸法Ｈ１以内の近傍、あるいは、吸気口１０５から寸法Ｈ１の１／２の寸法以内の近傍に設置されている。また、寸法Ｈ１の１／３の寸法以内、寸法Ｈ１の１／５の寸法以内の近傍に設置しても良い。具体的には、吸気口１０５から１００ミリメートル以内、５０ミリメートル以内、２５ミリメートル以内に設置することができる。その理由としては、温度センサ６００がハウジング１００の収容室１０１内に配置されているにも拘わらず、温度センサ６００が外気温度を良好に検知するためである。吸気口１０５の位置としては、ハウジング１００の吸気口１０５を形成する壁部分の内壁面の仮想的な延長線に基づいて求められる。

本実施例によれば、温度センサ６００は、ハウジング１００の収容室１０１において、収容室１０１の高さの中央よりも下部側に配置されている。これによりハウジング１００の下部の吸気口１０５から吸い込まれる外気の温度を良好に検知することができる。故に、温度センサ６００は外気の温度を検知する外気温度センサ６００である。

本実施例によれば、図１に示すように、ハウジング１００の収容室１０１の内部を吸気口１０５に近い空間と吸気口１０５から遠い空間とに仕切る仕切部材１５０が設けられている。仕切部材１５０は、発熱源になり得る換気装置５００、ポンプ３０３，４２５と、発熱源の影響を受けたくない温度センサ６００との間の空間を遮断する遮断壁として機能する。

仕切部材１５０は、吸気口１０５に対面すると共に温度センサ６００を収容する第１室空間１５１と、燃料電池のスタック２００および改質装置４２０が設けられている第２室空間１５２とに仕切る。第１室空間１５１はハウジング１００の内部において換気装置５００よりも下側に設けられている。仕切部材１５０は、第１室空間１５１と第２室空間１５２とを連通させる連通開口１５３をもつ。連通開口１５３の開口面積をＳＡとし、吸気口１０５の開口面積をＳＢとするとき、ＳＡ＝ＳＢ，ＳＡ≒ＳＢの関係としても良いし、あるいは、ＳＡ＜ＳＢの関係，ＳＡ＞ＳＢの関係としても良い。

図１に示すように、第１室空間１５１はハウジング１００の収容室１０１において第２室空間１５２よりも下側に位置する。第２室空間１５２はハウジング１００の収容室１０１において第１室空間１５１よりも上側に相当する。

図１に示すように、第１室空間１５１内には、温度センサ６００および第１ポンプ３０３（カソードガス搬送源）、更には第１ポンプ３０３に空気を供給する吸引ポート３０３ｃが設けられている。第２室空間１５２には、改質装置４２０を構成する改質部４２１および燃焼部４２２、燃焼用空気を改質装置４２０の燃焼部４２２に供給する燃焼用空気通路４２３、加湿装置３２０、スタック２００、換気装置５００、制御装置８００等が設けられている。

ここで、燃料電池システムの発電運転時において、改質装置４２０の燃焼部４２２、スタック２００、換気装置５００の駆動部（モータ）、制御装置８００は、本来の機能の他に、発熱源としても機能する。このためハウジング１００の収容室１０１の第２室空間１５２の温度は、吸気口１０５に対面する第１室空間１５１の温度よりも一般的には高く維持される。この場合、排気口１０３が吸気口１０５よりも上側に形成されているため、第１室空間１５２内の相対的に温度が高い空気を、ハウジング１００の上部の排気口１０３側から外気に排出させるのに有利となる。

本実施例によれば、発電用の空気を第１ポンプ３０３に吸い込む吸引ポート３０３ｃは、収容室１０１の第２室空間１５２ではなく、吸気口１０５側の第１室空間１５１に配置されている。このため、加湿装置３２０に供給する空気の過剰高温化を抑制するのに有利となる。ここで、酸化剤供給通路３０２を介して加湿装置３２０に供給される空気の温度が過剰に高いときには、加湿装置３２０自体の筐体３２１の温度が高温となり、あまり低温化されない。この場合、スタック２００の酸化剤極の出口２００ｐから空気オフガスが加湿装置３２０の復路３２３に吐出されるが、スタックに供給される発電前の空気に空気オフガスから水分を充分に与えられない。このため、加湿装置３２０の加湿能力が充分に発揮されないおそれがある。このため、吸引ポート３０３ｃから吸引される発電用の空気の温度は、過剰に高温でない方が好ましい。そこで、発電用の空気を吸引する吸引ポート３０３ｃは第２室空間１５２ではなく、吸気口１０５側の第１室空間１５１に配置されている。ここで、温度センサ６００で検知された外気温度は、例えば、加湿装置３２０における加湿能力の判定パラメータとして使用される。更には、燃料電池システムにおける水の凍結防止処理における判定パラメータとして使用される。

以上説明したように本実施例によれば、外気温度を検知する温度センサ６００は、外気温度を検知するにも拘わらず、ハウジング１００の外方ではなく、ハウジング１００の収容室１０１の内部に設けられている。このため温度センサ６００の保護性が高まり、物体等の接触等に起因する温度センサ６００の損傷が抑制され、温度センサ６００の耐候性の向上、長寿命化に貢献できる。

更に本実施例によれば、温度センサ６００は、ハウジング１００の収容室１０１において吸気口１０５に対面するように配置されているので、外気温度を良好に検知することができる。従って制御装置８００は、低温対策処理（例えば凍結防止対策）の処理において、温度センサ６００で検知した外気温度のパラメータを良好に使用することができる。

殊に、換気装置５００を駆動させて換気ファン５０１を回転駆動させれば、外気をハウジング１００の収容室１０１に効率よく攪拌でき、ひいては吸気口１０５から吸引できる。このため、外気の温度を検知する温度センサ６００が収容室１０１内に配置されているにも拘わらず、温度センサ６００により外気温度を良好に検出することができる。図３の特性線Ｘ１は、換気装置５００を駆動時間ＴＭ１駆動させたときにおいて、温度センサ６００が検知した温度の実際の変化状況を示す。換気装置５００を駆動させる時刻ｔ１までは、温度センサ６００が検知する温度はＴ１と比較的高い。これに対して、換気装置５００を駆動させた時刻ｔ１以降では、図３の特性線Ｘ１に示すように、温度センサ６００が検知する温度は次第に低くなり、一定温度Ｔ２になり、実際の外気温度に接近する。

図３に示すデータにおいては、四角形状の吸気口１０５の大きさとしては、上下方向の寸法Ｈ１＝１５０ミリメートル、左右方向の寸法＝１００ミリメートルとした。センサ６００の位置としては、吸気口１０５の上端部から下方に１５ミリメートル、吸気口１０５からハウジング１０の内側に２０ミリメートル（対Ｈ比としては、１／７．５＝１３．３％）、吸気口１０５の左右方向における中央とした。

燃料電池システムの発電運転中に換気ファン５０１が回転駆動しているときには、温度センサ６００による温度検知処理を良好に行うことができる。

また換気装置５００が駆動していないときであっても、図３に示すように、制御装置８００は、間隔時間ＴＭ２毎に、換気装置５００を駆動させて換気ファン５０１を回転駆動させることにより換気を行い、温度センサ６００による温度検知処理を行うことができる。

更に本実施例によれば、図１に示すように、ハウジング１００の収容室１０１内を仕切部材１５０により第１室空間１５１および第２室空間１５２に仕切り、第１室空間１５１の温度よりも相対的に高温になりがちな第２室空間１５２に温度センサ６００を設置するのではなく、外気が直接導入される吸気口１０５に対面する第１室空間１５１に設置している。このため、相対的に高温になりがちな第２室空間１５２の温度の影響を温度センサ６００の温度検知処理が受けることを抑制しつつ、ハウジング１００の外方の外気の温度を温度センサ６００により良好に検知できる。

本実施例によれば、制御装置８００は、前回の温度検知処理で検知した温度または今回の温度検知処理で検知している温度が第１所定温度よりも高いとき、換気装置５００（送風手段）の駆動時間ＴＭ１を長くするように設定することができる。第１所定温度は、予め設定されている温度としても良いし、前回の温度検知処理で検知した温度としても良い。換気装置５００の駆動時間ＴＭ１は、演算式から求めても良いし、制御装置８００のメモリに格納されているマップから求めても良い。

また制御装置８００は、前回の温度検知処理した温度または今回の前記温度検知処理で検知している温度が第２所定温度よりも低いとき、温度検知処理を行う間隔時間ＴＭ２を短くするように設定することができる。第２所定温度は、予め設定されている温度としても良いし、前回の温度検知処理で検知した温度としても良い。換気装置５００の間隔時間ＴＭ２は、演算式から求めても良いし、制御装置８００のメモリに格納されているマップから求めても良い。

更に本実施例によれば、駆動時間ＴＭ１および間隔時間ＴＭ２としては、次のようにしても良い。図２は制御装置８００に搭載されているメモリ８０２に格納されているマップを示す。図２に示すように、このマップによれば、温度センサ６００で検知した外気温度が相対的に低温側であるときには、駆動時間ＴＭ１が短くなると共に、間隔時間ＴＭ２が短くなるように設定されている。また温度センサ６００で検知した外気温度が相対的に高温側であるときには、駆動時間ＴＭ１が長くなると共に、間隔時間ＴＭ２が長くなるように設定されている。これにより燃料電池システムの低温化対策（例えば凍結防止対策）の可能性が相対的に少ないか無い高温側であるときには、外気温度を長い時間間隔で温度センサ６００により測温する。これに対して低温化対策（例えば凍結防止対策）の可能性が相対的に高い低温側であるときには、外気温度を短い時間間隔で高い頻度で頻繁に温度センサ６００により測温する。これにより低温化対策（例えば凍結防止対策）の応答遅れを抑制する。

図４は制御装置８００のＣＰＵが実行する制御形態に係るフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。先ず、先回の温度検知処理からの経過時間を読み込む（ステップＳ１０２）。制御装置８００は、この経過時間が間隔時間ＴＭ２が終了しているか否か判定する（ステップＳ１０４）。間隔時間ＴＭ２が終了していなければ（ステップＳ１０４のＮＯ）、制御装置８００は経過時間の読み込みを継続する。間隔時間ＴＭ２が終了していれば（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、制御装置８００は換気装置５００を駆動させてハウジング１００の収容室１０１内の換気を行う（ステップＳ１０６）。これによりハウジング１００の吸気口１０５から外気が積極的に収容室１０１内に吸引される。制御装置８００は温度センサ６００の出力値を読み込む（ステップＳ１０８）。制御装置８００は駆動時間ＴＭ１が終了しているか否か判定する（ステップＳ１１０）。駆動時間ＴＭ１が終了していなければ（ステップＳ１１０のＮＯ）、制御装置８００は温度センサ６００の出力値の読み込みを継続する（ステップＳ１０８）。駆動時間ＴＭ１が終了していれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、今回の温度検知処理で検知した温度センサ６００の出力値をメモリ８０２に書き込む（ステップＳ１１２）。この場合、駆動時間ＴＭ１の終了直前の温度センサ６００の最終の出力値を書き込むことにしても良いし、複数の出力値の平均値を書き込むことにしても良い。

今回の温度検知処理で検知した温度センサ６００の出力値に応じて、制御装置８００は、駆動時間ＴＭ１および間隔時間ＴＭ２をメモリ８０２のエリアから抽出する（ステップＳ１１４）。制御装置８００は換気装置５００を停止または弱駆動とさせ。メインルーチンにリターンする（ステップＳ１１６）。

以下、本発明の実施例２について図５（Ａ）を参照して説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分のみ説明する。図５（Ａ）に示すように、仕切部材１５０に、断熱材料で形成された断熱層１５２が取り付けられている。これにより第１室空間１５１と第２室空間１５２との断熱性が向上し、第２室空間１５２の温度が高くなるときであっても、第１室空間１５１の温度を外気に近づけることができ、外気温度の検知に有利となる。断熱層１５２としては発泡層が例示される。

図５（Ａ）に示すように、発熱源となり得る第１ポンプ３０３および第２ポンプ４２５はハウジング１００の収容室１０１の第２室空間１５２に配置されているものの、第１ポンプ３０３に発電用の空気を吸い込む吸引ポート３０３ｃは、第１室空間１５１に配置されている。発電運転中の第１ポンプ３０３が発熱源となる場合であっても、第１ポンプ３０３の熱は第１室空間１５１に直接放出されない。このため、温度センサ６００で検知する外気温度の検知精度に第１ポンプ３０３の発熱が影響を与えることが抑制される。

以下、本発明の実施例３について図５（Ｂ）を参照して説明する。本実施例は実施例２と基本的には同様の構成、作用効果を有するため、以下、実施例２と異なる部分を中心として説明する。図５（Ｂ）に示すように、第１ポンプ３０３および酸化剤供給通路３０２に発電用の空気を吸い込む吸引ポート３０３ｃは、第１室空間１５１に配置されている。第２ポンプ４２５に燃焼用の空気を吸い込む吸引ポート４２５ｃは、第１室空間１５１に配置されている。この場合、第１室空間１５１に配置されている吸引ポート４２５ｃから新鮮な外気を燃焼部４２２に供給することができる。

以下、本発明の実施例４について図６を参照して説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例４について説明する。図６に示すように、燃焼用空気を吸い込む第２ポンプ４２５は第２室空間１５２に配置されているものの、第２ポンプ４２５から導出された燃焼用の空気を吸い込む吸引ポート４２５ｃは、第１室空間１５１に配置されている。

（１）燃料電池システムに電源を投入するとき
燃料電池システムに電源を投入するとき、図２に示す駆動時間ＴＭ１の間、換気装置５００の換気ファン５０１を駆動させる。これにより、ハウジング１００の外方の外気を、ハウジング１００の吸気口１０５から収容室１０１内に矢印Ａ１方向に取り込む。そして外気温度を温度センサ６００で検知する。この場合、外気温度を検知する温度センサ６００以外の第２温度センサ６００Ｓがハウジング１００の収容室１０１内に配置されている。第２温度センサ６００Ｓはスタック側に位置している。第２温度センサ６００Ｓによりハウジング１００の収容室１０１の第２室空間１５２内の空気の温度ＴＷを検知する。

そして、ハウジング１００の収容室１０１の温度ＴＷが相対的に高いときと、温度ＴＷが相対的に低いときとにおいて、換気ファン５０１の駆動時間ＴＭ１の長さを、制御装置８００は変更させる。即ち、ハウジング１００の収容室１０１の内部の温度が充分に冷却されており、収容室１０１内の温度ＴＷが相対的に低くて外気温度に近いときには、比較的早い検知時間で外気温度を良好に温度センサ６００で検知することができる。従って、制御装置８００は、外気温度の検知に要する駆動時間ＴＭ１の長さを短くすることができる。

これに対してハウジング１００の収容室１０１の内部の温度が相対的に高く、温度ＴＷが外気温度よりも相対的に高いときには、外気温度センサ６００で検知される検知温度は温度ＴＷの影響を受ける。このため、換気装置５００の換気ファン５０１が回転駆動して換気しているとはいえ、外気温度センサ６００で検知される検知温度が本来の外気温度に近い値を示すまで時間を要する。従って、換気ファン５０１の駆動時間ＴＭ１の長くすることが好ましい。このような温度ＴＷの影響を考慮しているため、温度検知処理における換気ファン５０１の駆動時間ＴＭ１の長さを、温度ＴＷに応じて制御装置８００は変更する。

（２）燃料電池システムの発電運転の停止直前
燃料電池システムが発電運転しているときには、換気装置５００の換気ファン５０１、第１ポンプ３０３および第２ポンプ４２５の駆動により、外気をハウジング１００の吸気口１０５からハウジング１００の収容室１０１に取り込んでいる。このため燃料電池システムの発電運転中には、外気温度センサ６００により検知される外気温度は、実際の外気温度にかなり近い温度である。

しかしながら、燃料電池システムが発電運転を終了して待機状態であるときには、第１ポンプ３０３および第２ポンプ４２５が停止しており、更に、換気装置５００等の空気供給手段も停止しており、外気を吸気口１０５からハウジング１００の収容室１０１に積極的に取り込んでいない。このため、温度センサ６００が検知する外気温度は、ハウジング１００の収容室１０１の温度の影響を受け、本来の外気温度よりも高くなるおそれがある。特に、収容室１０１の第２室空間１５２の温度が比較的高めで、ハウジング１００の外方の外気の温度が低い場合には、ハウジング１００の収容室１０１に搭載されている搭載部品の温度が徐々に冷えて行くにつれて、温度センサ６００で検知される外気温度も低下していくが、温度センサ６００による検知温度が本来の外気温度に近い値になるまで、かなりの時間を必要とする。それを待っていると、燃料電池システムの凍結対策が充分でなくなるおそれがある。

そこで、燃料電池システムの発電運転の停止直前において、即ち、換気装置５００の換気ファン５０１が駆動しており、その換気ファン５０１が停止する直前において、温度センサ６００が検知した温度を外気温度と推定し、メモリ８０２の所定のエリアに格納する。制御装置８００は、この外気温度（換気ファン５０１が停止する直前の外気温度）を、燃料電池システムの凍結防止運転を実行するか否かのパラメータの一つとして用いる。

但し、燃料電池システムの発電運転の停止後において、換気装置５００の換気ファン５０１を間隔時間ＴＭ２毎に定期的、または、不定期的に駆動させつつ、温度センサ６００で外気温度を検知することにしても良い。

（３）燃料電池システムが長時間にわたり（例えば１日以上）放置されるときには、換気装置５００の換気ファン５０１が停止する直前において外気温度センサ６００が検知した温度を外気温度である推定している。しかし換気ファン５０１の停止から長時間経過しているため、メモリ８０２に格納されている外気温度と、現在時点における実際の外気温度とがかなりずれるおそれがある。この場合、制御装置８００は、間隔時間ＴＭ２毎に換気装置５００の換気ファン５０１の駆動を開始し、換気装置５００の換気ファン５０１を駆動時間ＴＭ１駆動させる。これにより外気をハウジング１００の吸気口１０５から収容室１０１内に積極的に取り込み、温度センサ６００により外気温度を検知し、メモリ８０２のエリアに格納する。

この場合、前回の検知処理で検知した外気温度、あるいは、今回の検知処理で検知している外気温度が相対的に高いときには、凍結のおそれが少ないか実質的に無い。この場合、制御装置８００は、間隔時間ＴＭ２を長くし、温度検知処理を実行する頻度を減少させる。これに対して、前回の検知処理で検知した外気温度、あるいは、今回の検知処理で検知している外気温度が相対的に低くく、凍結温度に近いときには、凍結のおそれが高いため、制御装置８００は、間隔時間ＴＭ２を短くし、温度検知処理を実行する頻度を増加させる。これにより低温化対策（例えば凍結防止対策）の応答遅れを回避する。

凍結防止対策としては、燃料電池システムの内部を流れる水の停止状態を回避すべく、水を強制的に移動させる方策（例えば、水を間欠的または連続的に移動させる対策）、水を加熱する方策が例示される。

以上説明したように本実施例によれば、制御装置８００は、温度センサ６００により前回の温度検知処理で検知した温度、または、温度センサ６００により今回の温度検知処理で検知している温度が所定温度よりも低いときには、温度検知処理を行う時間間隔を短くする。この場合、外気温度が低いときにおける対策処理（例えば凍結対策処理）を行う可能性が高くなるため、温度センサ６００による温度検知の頻度を高めるためである。

更に本実施例によれば、燃料電池システムが発電運転しない状態で所定時間放置されているとき、制御装置８００は、換気装置５００を駆動させつつ温度センサ６００による温度検知処理を定期的に行う。この場合、燃料電池システムが発電運転されないときであっても、温度センサ６００により外気温度が良好に検知されるため、外気温度が低いときにおける対策処理（例えば凍結対策処理）を行うことができる。

以下、本発明の実施例５について図７を参照して説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例に係る燃料電池システムは、燃料電池のセルを積層したスタック２００をもつスタックシステム１１と、水が循環する水循環ライン２と、吸気口１０５を介して外気温度を検知する温度センサ６００（外気温検知手段）と、水循環ラインの水温を検知する水温センサ３１、３２、３３（水温検知手段）と、制御装置８００とを備えている。スタックシステム１１においてスタック２００は上側に配置されている。

制御装置８００は、屋外に設置されたスタックシステム１１に配置されているが、それ以外の部位でも良い。スタックシステム１１に分離した状態で貯湯槽ユニット１６が設けられている。貯湯槽ユニット１６は屋外に設置されており、貯湯槽１７と、流路切り替え機能をもつバルブ１８とをもつ。

水循環ライン２は、貯湯槽ユニット１６の貯湯槽１７に繋がる第１水循環ライン２１と、スタック２００に内蔵されている内蔵通水路１２を水が流れる第２水循環ライン２２と、第１熱交換器４１とを備えている。第１水循環ライン２１の水は貯湯槽１７に繋がるため、飲食可能な水である。第２水循環ライン２２の水は、スタック２００の内部を流れるため、純水または不凍液成分を含む水である。

第１水循環ライン２１は、第１循環路２１ａと、第１熱交換器４１の通路４１ｃと、水搬送手段としてのポンプ５１と、第１水循環ライン２１の水温を検知する第１水温センサ３１と、流路切替弁として機能する三方弁で形成されたバルブ１８とを備えている。バルブ１８は、第１水循環ライン２１の第１熱交換器４１の通路４１ｃに繋がるポート１８ａと、貯湯槽１７の上部に繋がるポート１８ｂと、バイパス通路２１ｃを介して第１水循環ライン２１の第１ポンプ５１および貯湯槽１７の下部に繋がるポート１８ｃとをもつ。第１水循環ライン２１の水温が高いと、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが連通し、ポート１８ａ、ポート１８ｃが非連通となり、第１水循環ライン２１の暖かい水が貯湯槽１７に供給される。第１水循環ライン２１の水温が低いと、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが非連通となり、ポート１８ａ、ポート１８ｃが連通し、第１水循環ライン２１の冷たい水が貯湯槽１７に供給されない。これにより貯湯槽１７の水温は、過剰に冷えないように高めに確保される。

第２水循環ライン２２は、第２循環路２２ａと、凍結防止のために水を加熱する加熱装置５５と、第１熱交換器４１の通路４１ａと、水搬送手段としての第２ポンプ５２と、第２水循環ライン２２のうちスタック２００の上流の水温（つまり、スタック２００に流入される前の水の水温）を検知する第２水温センサ３２と、第２水循環ライン２２のうちスタック２００の下流の水温（つまり、スタック２００から吐出された後の水の水温）を検知する第３水温センサ３３とを備えている。

図７に示すように、スタックシステム１１のハウジング１００内には、スタック２００、第２ポンプ５２、加熱装置５５、第１熱交換器４１、ポンプ５１、第１水温センサ３１、第２水温センサ３２、第３水温センサ３３、外気温センサ６００、燃料ガスのガス漏れを検知するガスセンサ９０が内蔵されている。貯湯槽ユニット１６のケース１６ａ内には、バイパス通路２１ｃ、貯湯槽１７およびバルブ１８が内蔵されている。第１水循環ライン２１は露出通路２１ｘをもつ。露出通路２１ｘは、スタックシステム１１のケース１１ａ内に配置されておらず、貯湯槽ユニット１６のケース１６ａ内にも配置されていない。従って外気温度が低いときには、露出通路２１ｘは凍結する可能性がある。

スタック２００の通常の発電運転においては、燃料および酸化剤がスタック２００に供給されてスタック２００は発電する。発電運転中、第２ポンプ５２が作動するため、第２水循環ライン２２の水が第２ポンプ５２、第２水温センサ３２、スタック２００の内蔵通水路１２、第３水温センサ３３、加熱装置５５、熱交換器４１の通路４１ａの順に循環する。加熱装置５５は、燃料電池システムの起動時に作動して第２水循環ライン２２の水を加熱し、スタック２００の発電運転の立ち上がりを早めるものであり、発電運転時には作動しないのが一般的である。なお、第１水循環ライン２１には加熱装置は設けられていない。

更に、ポンプ５１が作動するため、第１水循環ライン２１の水がポンプ５１、第１熱交換器４１の通路４１ｃ、バルブ１８、第１水温センサ３１の順に循環する。第１水循環ライン２１の水が暖かければ、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが連通するため、暖かい水が貯湯槽ユニット１６の貯湯槽１７に供給される。第２水循環ライン２２の水が冷たければ、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが非連通となるため、第１水循環ライン２１の水は貯湯槽ユニット１６の貯湯槽１７に供給されず、バイパス通路２１ｃを経て第１水循環ライン２１を循環する。

本実施例によれば、凍結防止処理は、以下に示す（ｉ）に示す第１対策処理、（ｉｉ）に示す第２対策処理、（ｉｉｉ）に示す第３対策処理からなる。水温センサ３１、３２、３３で検知した水温、温度センサ６００で検知した外気温度に応じて、制御装置８００は、（ｉ）に示す第１対策処理、（ｉｉ）に示す第２対策処理、（ｉｉｉ）に示す第３対策処理を選択する。

（ｉ）ポンプ５１および／またはポンプ５２を間欠的に作動させることにより第１水循環ライン２１および／または第２水循環ライン２２の水を間欠的に移動させる。これにより当該水の凍結を抑える。

（ｉｉ）第１ポンプ５１および／または第２ポンプ５２を連続的に作動させることにより第１水循環ライン２１および／または第２水循環ライン２２の水を連続的に移動させる。これにより当該水の凍結を抑える。

（ｉｉｉ）第２対策処理に加えて、加熱装置５５を連続的に作動させることにより第２水循環ライン２２の水、ひいては第１水循環ライン２１の水を熱交換器４１を介して加熱する。これにより当該水の凍結を抑える。

制御装置８００は、凍結可能性が高くなるにつれて、第１対策処理、第２対策処理、第３対策処理の順に実行する。この場合、温度センサ６００で検知した外気温度をパラメータとして利用することができる。

（その他）
なお、上記した駆動時間ＴＭ１は変化しても良いし、一定でも良い。上記した間隔時間ＴＭ２については、外気温度が低い場合には、５分以下、１０分以下にでき、外気温度が高い場合には、２０分以上、３０分以上にできる。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。スタックシステム１１と貯湯槽ユニット１６とが一体化されているものでも良い。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用の燃料電池システムに利用できる。

実施例１に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 温度センサで検知した外気温度と、駆動時間ＴＭ１および間隔時間ＴＭ２との関係を示すグラフである。 換気装置の駆動と、温度センサで検知する温度との関係を示すグラフである。 制御装置が実行するフローチャートである。 実施例２に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例３に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例４に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例５に係り、凍結防止対策処理を行う燃料電池システムを示す構成図である。

符号の説明

１００はハウジング、１０１は収容室、２００はスタック、３００は酸化剤供給部、４００は燃料供給部、５００は換気装置（送風手段）、６００は温度センサを示す。

Claims (11)

1. 収容室をもつハウジングと、前記ハウジングの前記収容室内に配置された燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部とを具備する燃料電池システムにおいて、
   前記ハウジングは、外気と前記収容室とを連通させる吸気口を備えており、
   前記ハウジングの前記収容室内に、温度検知処理を行う温度センサが前記吸気口の付近に設けられている燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記温度センサは、外気の温度を検知する外気温度センサである燃料電池システム。
3. 請求項１または２において、改質原料を改質させて燃料を生成する改質装置と、前記燃料電池の供給される前の酸化剤を加湿する加湿装置とが前記ハウジングの前記収容室内に設けられており、
   前記吸気口は、前記改質装置および前記加湿装置のうちの少なくとも一方に外気を取り込むための開口である燃料電池システム。
4. 請求項１または２において、送風手段および制御装置が設けられており、前記送風手段は前記ハウジングの前記収容室内に配置されており、前記制御装置は、前記温度センサで温度を検知するために前記送風手段を作動させる送風処理を実行する燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記制御装置は、前記温度センサで検知された検知温度に応じて前記燃料電池システムの凍結対策処理を実行する燃料電池システム。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記吸気口に対面すると共に前記温度センサを収容する第１室空間と、前記燃料電池が設けられている第２室空間とに、前記ハウジングの前記収容室を仕切る仕切部材が設けられている燃料電池システム。
7. 請求項４〜６のうちのいずれか一項において、前記制御装置は、燃料電池システムの起動時に、前記送風手段を駆動させつつ前記温度センサによる前記温度検知処理を行う燃料電池システム。
8. 請求項７において、前記制御装置は、前回の前記温度検知処理で検知した温度または今回の前記温度検知処理で検知している温度が第１所定温度よりも高いとき、前記送風手段の駆動時間を長くする燃料電池システム。
9. 請求項７または８において、前記制御装置は、前回の前記温度検知処理した温度または今回の前記温度検知処理で検知している温度が第２所定温度よりも低いとき、前記温度検知処理を行う時間間隔を短くする燃料電池システム。
10. 請求項１〜９のうちの一項において、前記ハウジングの前記収容室の温度を検知する第２温度センサが設けられており、前記制御装置は、前記第２温度センサの検知温度に応じて、前記送風手段の駆動時間を設定する燃料電池システム。
11. 請求項１〜１０のうちのいずれか一項において、前記燃料電池システムが発電運転しない状態で所定時間放置されているとき、前記制御装置は、前記送風手段を駆動させつつ前記温度センサによる前記温度検知処理を定期的または不定期的に行う燃料電池システム。

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