JP2010272305A

JP2010272305A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2010272305A
Application number: JP2009122240A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yokoyama; 順一横山
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP5417988B2

Abstract

【課題】ガスの洩れ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】システムは、燃料電池を収容する収容室１０をもつ筐体１と、収容室１０の内部を換気させる換気部６と、収容室１０におけるガス洩れを検知するガスセンサ１００ｍと、ガスセンサ１００ｍが検知したガスの濃度が基準濃度よりも大きいときガス洩れと判定するガス洩れ判定処理を実行する判定部１００とを有する。判定部１００は、収容室１０の換気量Ｖに応じてガス洩れ判定処理における基準濃度を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、燃料電池を収容する収容室をもつ筐体と、筐体の収容室のガス濃度を検知するガスセンサと、収容室の内部を換気させる換気部とを備えている。万一、収容室においてガス洩れがガスセンサにより検知されるときであっても、収容室における換気により対処できる（特許文献1）。更には、他の文献においても、燃料電池を収容する筐体の収容室に、ガスを検知するガスセンサを設けた燃料電池システムが開示されている（特許文献２，３）。また、検知された可燃性ガスの濃度が増加するときには、収容室の自動解放扉の開度を高めて換気量を増加させ、収容室における可燃性ガスの濃度の増加を抑える燃料電池システムが開示されている（特許文献４）。

特開２００６−１２８１３８号公報特開２００４−２５３２５９号公報特開２００６−１９６２６５号公報特開平８−３１４３６号公報

上記した燃料電池システムによれば、ガスセンサが設けられているため、万一、ガス漏れが発生したとしても、ガス洩れを良好に検知できる。

本発明はガス漏れ検知の信頼性を更に向上させるためになされたものであり、収容室の換気量の変化にかかわらず、収容室におけるガスの洩れ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、アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとを有する燃料電池と、燃料電池を収容する収容室をもつ筐体と、筐体の収容室の内部を換気させる換気部と、筐体の収容室におけるガス洩れを検知するガスセンサと、ガスセンサが検知したガスの濃度が基準濃度よりも高いとき、ガス洩れと判定するガス洩れ判定処理を実行する判定部とを具備しており、判定部は、収容室の換気量に応じてガス洩れ判定処理における基準濃度を変化させる。

このため本発明に係る燃料電池システムによれば、収容室の換気量が大きいときにおいても、収容室の換気量が小さいときにおいても、ガスの洩れを良好に検知するのに有利となる。

ここで、燃料電池のアノードは、アノード流体が供給される部位である。燃料電池のカソードは、カソード流体が供給される部位である。筐体は、燃料電池を収容する収容室をもつ。換気部は、筐体の収容室の内部を換気させる。ガスセンサは、筐体の収容室におけるガス洩れを検知する。改質装置がシステムに設けられているときには、収容室において洩れたガスとしては、アノードガス流体となる燃料原料ガス、および／または、燃料原料ガスから改質されたアノード流体が挙げられる。改質装置がシステムに設けられていないときには、収容室において洩れたガスとしては、燃料電池のアノードに供給されるアノード流体が挙げられる。アノード流体として水素ガス、水素含有ガスが例示される。

本発明に係る燃料電池システムによれば、判定部は、収容室の換気量に応じてガス洩れ判定処理における基準濃度を変化させる。このため本発明に係る燃料電池システムによれば、収容室の換気量が大きいときにおいても、収容室の換気量が小さいときにおいても、収容室におけるガスの洩れを良好に検知するのに有利となる。

燃料電池システムを示す図である。収容室の換気量とガス洩れ判定処理における基準濃度との関係を示すグラフである。収容室の換気量とガス洩れ判定処理における基準濃度との関係を示すグラフである。制御部が実行する制御則を示すフローチャートである。制御部が実行する別例の制御則を示すフローチャートである。他の実施形態に係り、燃料電池システムを示す図である。

本発明の一視点によれば、判定部は、収容室の換気量が相対的に大きいときには、収容室の換気量が相対的に小さいときに比較して、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させることが好ましい。収容室の換気量が相対的に大きいときには、収容室から外部に排出される換気用の空気の流量が増加すると共に、収容室に進入する換気用の空気の流量が増加する。このため収容室にガス洩れが発生していたとしても、収容室に進入した換気用の空気によってその洩れたガスが希釈される希釈率が高くなり、判定部は、ガスの洩れを良好に検知できないおそれがある。この場合、収容室の換気量が相対的に大きいときには、収容室の換気量が相対的に小さいときに比較して、判定部は、ガス洩れ判定の基準濃度を低下させることが好ましい。

ガス洩れを検知するガスセンサの収容室における位置、ガスセンサの材質、ガスセンサの構造、ガスセンサの応答感度等の如何によっては、収容室の換気量が相対的に大きいときには、ガスセンサの感度が変動するおそれがある。そこで、判定部は、収容室の換気量が相対的に大きいときには、収容室の換気量が相対的に小さいときに比較して、ガス洩れ判定処理における基準濃度を高めることができる。

本発明の一視点によれば、収容室の温度を検知する温度センサが設けられていることが好ましい。換気部は、温度センサが検知した収容室の温度が相対的に高いときには、温度センサが検知した収容室の温度が相対的に低いときに比較して、収容室における換気量を増加させ、収容室の温度の変動を抑制することが好ましい。例えば、換気部は、温度センサが検知した収容室の温度が相対的に高くなるにつれて、収容室における換気量を相対的に増加させ、収容室の温度の過剰高温化を抑えることが好ましい。

（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。燃料電池システムは、固体高分子形燃料電池を組み付けたシステムである。燃料電池システムは、収容室１０を有する筐体１と、可燃性をもつ燃料を空気で燃焼させるバーナである燃焼部２と、燃焼部２に空気を供給させるポンプ、ブロア等の空気供給装置３と、燃焼部２に基づく加熱により改質用燃料を改質させる改質装置４と、収容室１０を換気させる換気流を発生させる換気部６とを有する。

筐体１の収容室１０は、燃焼部２、空気供給装置３、改質装置４、換気部６、スタック７を収容している。可燃性を有する燃焼用燃料を燃焼部２に供給する燃焼用燃料通路２０が収容室１０に配置されている。改質用燃料を改質装置４に供給する改質用燃料通路４０が収容室１０に配置されている。空気供給装置３は、収容室１０の空気を吸引させるための吸引口３１と、空気供給機構３２とをもつ。吸引口３１は収容室１０に対面している。ここで、空気供給装置３に内蔵されている空気供給機構３２が作動して回転すると、収容室１０の空気は吸引口３１から吸引され、燃焼用空気として空気供給通路３４を介して燃焼部２に供給され、燃焼部２における燃焼反応に使用される。なお燃焼用燃料および改質用燃料としてはガス状が好ましい。スタック７は、複数の燃料電池の単セルを積層して構成されている。

図１に示すように、スタック７を構成する単セルは、アノード７ａと、カソード７ｃと、アノード７ａおよびカソード７ｃで挟まれた固体高分子電解質７ｅとを有する。スタック７のカソード７ｃからカソードガス通路７０が延設されている。カソードガス通路７０にはカソードガス（カソードガス流体）を加湿させる加湿器７１と、収容室１０内の空気をカソードガス（カソード流体）として加湿器７１を介してスタック７のカソード７ｃに供給させるカソードガスポンプ７２（カソード流体搬送源）が設けられている。なお、収容室１０内の空気（カソードガス）は改質装置４およびスタック７からの放熱で暖められているため、発電反応の効率が高められる。スタック７のカソード７ｃで発電反応を終えたカソードオフガスは、収容室１０に配置されているカソードオフガス通路７３を介してカソードオフガス排出口７４から外部１４に排出される。

図１に示すように、筐体１は箱状をなしており、天井壁１ｕと底壁１ｄと第１側面壁１ｅと第２側面壁１ｆとを少なくとも有する。第１側面壁１ｅの下部には、外気を収容室１０の下部に吸引できるように吸気口１１が換気口として形成されている。第２側面壁１ｆの上部には、収容室１０の上部の空気を外部１４に放出できるように排気口１２が換気口として形成されている。

換気部６は、換気羽根６０と、換気羽根６０を回転駆動させる駆動モータで形成された駆動部６２とを有しており、筐体１の吸気口１１に直接または他の部材を介して対向するように配置されており、外部１４の空気を収容室１０に吸引させ易くしている。換気部６が作動して換気羽根６０が回転すると、筐体１の外部１４の空気が筐体１の吸気口１１からフィルタ１７を透過して矢印Ｘ１方向に向けて収容室１０に吸引され、更に、収容室１０を流れ、排気口１２から矢印Ｘ２方向に向けて筐体１の外部１４に排出される。これにより収容室１０の換気が実行される。

図１に示すように、空気供給装置３は、筐体１の吸気口１１および換気部６よりも筐体１の内側に配置されている。従って、空気供給装置３の吸引口３１は、筐体１の吸気口１１および換気部６よりも筐体１の内側に配置されている。このため、換気部６が作動して外部１４の新鮮な空気を矢印Ｘ１方向に収容室１０に吸引させるとき、酸素濃度が高い新鮮な空気を吸引口３１から空気供給装置３に良好に吸い込むことができる。この場合、燃焼部２における燃焼効率が高くなる。吸気口１１には、吸気口１１から収容室１０に流入する外気に含まれる塵埃等を低減させるための浄化用のフィルタ１７が設けられている。なお、フィルタ１７は一般的には装備されているが、外気が清浄の場合には廃止しても良い。

一般的には、燃料電池システムが運転しているとき、換気部６は作動し、収容室１０の空気を上記したように換気させている。このため万一、配管の緩み等に起因してガス洩れが収容室１０において発生するときであっても、洩れたガスは、換気部６の換気作用により排気口１２から外部１４に直ちに排出されるため、安全性が高められている。

改質装置４には給水通路４４が延設されている。給水通路４４には、システムで生成された凝縮水等の原水を溜めると共にイオン交換樹脂等の精製材４５ａで原水（例えば、システムにおいて発生した凝縮水、水道水等）を精製させる精製器４５と、精製器４５で精製された純度が高い水を改質用水として溜めるタンク４６とを有する。給水ポンプ４８（水搬送源）が作動すると、タンク４６の水は給水通路４４を介して改質水として改質装置４の蒸発部に供給され、水蒸気化される。生成された水蒸気は改質装置４の改質部に供給される。更に水蒸気は、改質用燃料通路４０から改質装置４に供給される燃料原料を改質させる。

さて、燃料電池システムが運転されるときには、可燃性をもつ燃焼用燃料が燃焼用燃料通路２０を介して燃焼部２に供給される。更に、空気供給装置３が作動するため、空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０の空気が燃焼用空気として空気供給通路３４を介して燃焼部２に供給される。これにより燃焼部２において燃焼用燃料が燃焼用空気により燃焼する。このように収容室１０内の空気は燃焼用空気として燃焼部２に供給される。ここで、システムの運転中において、収容室１０内の空気は改質装置４およびスタック７からの放熱で暖められているため、燃焼部２における燃焼効率が高められる。

上記したように燃焼部２において燃焼用燃料が燃焼されるため、改質装置４の改質部は改質反応に適するように高温に加熱される。この状態で、改質用燃料が改質用燃料通路４０から改質装置４に供給されると共に、タンク４６に溜められている水が改質用水として改質装置４の蒸発部に供給されて水蒸気化される。生成された水蒸気は、改質装置４の改質部において改質用燃料を改質させる。これにより水素を主要成分とするアノードガスが生成される。生成されたアノードガスはアノードガス通路７８および入口バルブ７９ｉを介してスタック７のアノード７ａに供給され、発電反応に使用される。発電反応を経たアノードオフガスは、水素等の可燃成分を残留させているため、アノード７ａの出口から、出口バルブ７９ｐおよびアノードオフガス通路７７を介して燃焼部２に供給され、燃焼部２において燃焼され、燃焼排ガスとして燃焼部２の図略の排気口から外部１４に放出される。なお、スタック７のアノードの入口は入口バルブ７９ｉにより開閉可能である。アノード７ａの出口は出口バルブ７９ｐにより開閉可能である。

システムの発電運転時には、カソードガスポンプ７２（カソード流体搬送源）が作動するため、収容室１０の空気が入口７２ｉからカソードガス（カソード流体）として加湿器７１を介してスタック７のカソード７ｃに供給される。このように燃料電池システムが運転されるとき、換気部６が作動して換気羽根６０が回転し、換気部６のうち吸気口１１側において吸引作用が発生する。このため、筐体１の外部１４の空気が筐体１の吸気口１１から矢印Ｘ１方向に収容室１０に吸引され、収容室１０を流れ、排気口１２から矢印Ｘ２方向に向けて筐体１の外部１４に排出される。これにより収容室１０の換気が実行される。

収容室１０の上部にはガス洩れセンサ１００ｍ（ガスセンサ）が配置されている。殊に、収容室１０の上部において排気口１２付近に、ガス洩れセンサ１００ｍが配置されている。万一、収容室１０内の配管の緩み等に起因してガス洩れが発生するときには、ガス洩れはガス洩れセンサ１００ｍにより検知される。収容室１０の上部には温度センサ１００ｔが配置されている。殊に、収容室１０の上部には排気口１２付近に温度センサ１００ｔが配置されている。

本実施形態によれば、システムの起動運転、発電運転、停止運転等の運転中において、判定部として機能する制御部１００は、収容室１０におけるガスの洩れを判定するガス洩れ判定処理を実行する。ガス洩れセンサ１００ｍが検知したガスの濃度がガス洩れ判定処理における基準濃度よりも大きいとき、制御部１００は、ガス洩れと判定し、警報信号Ａｒを警報器１１０に報知し、警報器１１０は警報を発する。ここで、洩れの対象となるガスは、アノードガスの原料となる改質用燃料、および／または、改質用燃料が改質されたアノードガスが挙げられる。カソードガスは空気であり、実害が無いため、ガス漏れの対象としない。

上記したガス洩れ判定処理において、制御部１００は、収容室１０の換気量Ｖに応じてガス洩れ判定処理における基準濃度を変化させる。殊に、制御部１００は、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときに比較して、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させる。その理由としては次のようである。すなわち、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、収容室１０の排気口１２から外部に排出される換気用の空気の流量が増加すると共に、吸気口１１から収容室１０に進入する換気用の空気の流量が増加する。このため、収容室１０にガス洩れが発生していたとしても、収容室１０において洩れたガスが換気用の空気によって希釈される希釈率が高い。この場合、ガス洩れセンサ１００ｍは、換気用の空気によって希釈化されたガスの濃度を検知することになる。結果として、収容室１０においてガス洩れが発生しているにもかかわらず、制御部１００はガスの洩れを検知できないおそれがある。

そこで本実施形態によれば、制御部１００は、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときに比較して、制御部１００は、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させる。このため収容室１０にガス洩れが発生しているとき、洩れたガスが希釈される希釈率が高くなったとしても、制御部１００は収容室１０におけるガスの洩れを良好に検知できる。

図２は、制御部１００に搭載されている記憶要素（メモリ）１００ｃの所定のエリアに格納されているマップの一例を示す。このマップによれば、収容室１０の換気量Ｖとガス洩れ判定処理における基準濃度との関係が規定されている。すなわち、システムの運転中において、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させると共に、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときには、ガス洩れ判定処理における基準濃度を高めている。具体的には、収容室１０の換気量ＶがＶ２（Ｖ１＜Ｖ２）であり相対的に大きいときには、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させて濃度Ｃ２に設定している。

これに対して、収容室１０の換気量ＶがＶ１であり相対的に小さいときには、ガス洩れ判定処理における基準濃度を増加させて濃度Ｃ１（Ｃ１＞Ｃ２）に設定している。すなわち、換気量ＶがＶ１からＶ２に増加するにつれて、特性線ＣＡに沿って、基準濃度を濃度Ｃ１から濃度Ｃ２に連続的に低下させている。Ｖ１はシステムの換気量Ｖの最小値を示す。Ｖ２はシステムの換気量Ｖの最大値を示す。換言すると、図２の特性線ＣＡから理解できるように、収容室１０の換気量Ｖが増加するにつれて、換気用の空気によってガス洩れが希釈されるため、ガス洩れのガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させ、ガス漏れの判定感度を高めている。

図３はマップの別例を示す。このマップにおいても、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させ、且つ、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときには、ガス洩れ判定処理における基準濃度を増加させている。すなわち、収容室１０の換気量ＶがＶ１からＶ２に増加するにつれて、特性線ＣＢに沿って、ガス洩れ判定処理における基準濃度をＣ１からＣ２に段階的に低下させている。なお、マップではなく、特性線ＣＡ，ＣＢに相当する演算式を制御部１００の記憶要素１００ｃに格納させておき、換気量Ｖから当該演算式に基づいて基準濃度を求めることにしても良い。

図４は制御部１００が実行する制御則の一例を示す。制御則はこれに限定されるものではない。図４に示すように、制御部１００はシステムの情報を読み込み（ステップＳ１０２）、現在の換気量Ｖを検知する（ステップＳ１０４）。この場合、制御部１００は、換気部６の駆動部６２の出力（単位時間あたりの回転数）を読み込み、駆動部６２の出力に基づいて、現在の換気量Ｖを検知することができる。検知された現在の換気量Ｖに基づいて、制御部１００はメモリ等の記憶要素１００ｃの所定のエリアに格納されているマップから基準濃度を抽出し（ステップＳ１０６）、その抽出した濃度をガス洩れ判定処理における基準濃度として決定する（ステップＳ１０８）。

ここで、制御部１００は、ガス洩れ判定処理において、ガス洩れセンサ１００ｍが検知したガスの濃度が基準濃度よりも大きいとき、ガス洩れと判定し、警報信号Ａｒを警報器１１０に報知する。これにより警報器１１０は警報を発する。ハンチングを防止するため、制御部１００は所定時間待機する（ステップＳ１０）、その後、（ステップＳ）１０２に戻る。

制御部１００は、ステップＳ１０４において収容室１０の換気量Ｖを求めている。この場合、収容室１０の換気量Ｖとしては、換気部６の駆動部６２の単位時間あたりの回転数（出力）に基づいて換気量Ｖを求めても良く、あるいは、換気部６の前後の差圧に基づいて換気量Ｖを求めても良い。あるいは、制御部１００は、換気部６による換気流量を検知する流量センサを設け、流量センサが検知する換気流量に基づいて換気量Ｖを求めても良い。

（実施形態２）
本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。本実施形態によれば、図１に示すように、収容室１０の温度を検知する温度センサとしての温度センサ１００ｔが設けられている。収容室１０において熱こもりが発生すると、収容室１０の温度が過剰に高温となり、収容室１０に配置されているシステムの補機類の寿命が低下するおそれがある。殊に、イオン交換樹脂等で形成されている精製材４５ａの寿命が低下するおそれがある。これに対して、収容室１０における温度が過剰に低温となると、スタック７の温度が過剰に低下し、発電効率が低下すると共に、システムの排熱の回収効率が低下するおそれがある。更に配管等において凍結が発生するおそれがある。

このような事情を考慮し、制御部１００は、収容室１０の内部温度Ｔの大きな変動を抑制する制御を実行する。すなわち、夏季や熱帯地帯等でシステムが運転されるとき、あるいは、過剰に高い発電出力状態でシステムが長時間にわたり運転されるとき等においては、温度センサ１００ｔが検知する収容室１０の温度が過剰に高いおそれがある。このような場合に、収容室１０における熱こもりを抑制するため、制御部１００は、換気部６の駆動部６２の単位時間あたりの回転数（換気部６の出力）を相対的に増加させ、吸気口１１から収容室１０に進入する空気量を増加させると共に、排気口１２から外部１４に排出させる空気量を増加させる。これにより収容室１０の換気量Ｖを相対的に増加させ、収容室１０の温度の過剰上昇を抑える。

また、冬季や寒冷地帯等でシステムが運転されるとき等には、システムの発電出力が低いときにおいては、温度センサ１００ｔが検知した収容室１０の内部温度Ｔが過剰に低いおそれがある。このような場合において、制御部１００は、換気部６の駆動部６２の単位時間あたりの回転数（駆動部６２の出力）を相対的に減少させ、吸気口１１から収容室１０に進入する空気量を相対的に減少させると共に、排気口１２から外部１４に排出させる空気量を相対的に減少させる。これにより収容室１０の換気量Ｖを相対的に減少させ、収容室１０の内部温度Ｔの過剰低下を抑える。これにより収容室１０の内部温度Ｔの過剰高温化および過剰低温化が抑制され、凍結が抑制される。このように本実施形態によれば、収容室１０の内部温度Ｔの大きな変動を抑制させるために、収容室１０の内部温度Ｔに応じて換気部６により換気量Ｖを変動させる。

上記したように本実施形態によれば、収容室１０の内部温度Ｔに基づいて、換気部６により換気量Ｖを変動させる。ここで、制御部１００は、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときに比較して、制御部１００は、図２及び図３に示す特性線ＣＡ，ＣＢに基づいて、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させる。このため、万一、収容室１０にガス洩れが発生しているとき、洩れたガスが換気により希釈される希釈率が高くなったとしても、ガス洩れ判定処理において、制御部１００は収容室１０におけるガスの洩れを良好に検知できる。

（実施形態３）
図５は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。筐体１は、収容室１０に連通する換気口として機能する吸気口１１と、吸気口１１に設けられた空気浄化用のフィルタ１７とを有する。システムの運転中において、換気部６が換気する換気量Ｖは、換気部６の出力（駆動部６２の単位時間当たりの回転数）に基づいて設定される。この場合フィルタ１７の目詰まりを考慮することが好ましい。ここで、換気部６の出力が大きくても、フィルタ１７の目詰まりの進行度が高いときには、吸気口１１から収容室１０に流入する空気量である換気量Ｖは減少する。また、換気部６の出力が通常でも、フィルタ１７の目詰まりの進行度が低いときには、吸気口１１から収容室１０に流入する空気量である換気量Ｖが確保される。

図５は制御部１００が実行する制御の一例のフローチャートを示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。図５に示すように、制御部１００は各センサ等のシステム情報を読み込み（ステップＳ２０２）、温度センサ１００ｔの信号に基づいて収容室１０の内部温度Ｔを求める（ステップＳ２０４）。更に、制御部１００は、収容室１０の内部温度Ｔに応じて必要な換気量Ｖを求める（ステップＳ２０６）。次に、換気量Ｖを得るための換気部６の駆動部２の単位時間あたりの回転数Ｎを求める（ステップＳ２０８）。この場合、フィルタの目詰まり度を考慮することが好ましい。この場合、制御部１００に内蔵されている記憶要素１００ｃのエリアには、収容室１０の内部温度Ｔに応じて換気量Ｖ、換気部６の駆動部２の単位時間あたりの回転数Ｎつまり駆動部６２の出力を相対的に増加させる特性を示すデータがマップとして格納されていることが好ましい。すなわち、マップには、収容室１０の内部温度Ｔが低いときには、換気部６の駆動部２の単位時間あたりの回転数Ｎつまり駆動部６２の出力を相対的に減少させる特性を示すデータがマップとして格納されている。なおマップではなく、上記したマップ特性を示す演算式が格納されており、その都度、演算式に基づいて演算しても良い。

フィルタ１７の現在の目詰まり度については、フィルタ１７について前回のメンテナンスを終了した時刻から累積された累積運転時間および／または累積換気量に基づいて、フィルタ１７の目詰まり度を求めることができる。累積換気量は、換気部の回転数Ｎに基づいて換気量Ｖを推定し、これを前回のメンテナンス終了時刻から累積して求めることができる。一般的には、累積運転時間は累積換気時間にほぼ等しい。

一般的には、フィルタ１７を前回にメンテナンスを終了した時刻からの累積運転時間または累積換気時間が長いと、フィルタ１７の目詰まり度が大きい。累積運転時間または累積換気時間が短いと、フィルタ１７の目詰まり度が小さい。累積発電量を基準としても良い。この場合、一般的には、フィルタ１７について前回にメンテナンスを終了した時刻から累積した累積発電量が大きいと、フィルタ１７の目詰まり度が大きい。累積発電量が小さいと、フィルタ１７の目詰まり度が小さい。このようなデータがマップまたは演算式として制御部１００の記憶要素１００ｃのエリアに格納されている。なお、フィルタ１７等のメンテナンス部品のメンテナンス終了時には、メンテナンス者等がシステムにおけるメンテナンス完了スイッチを操作すると、累積運転時間、累積換気時間および累積発電量は自動的にリセットされることが好ましい。

更に制御部１００は、換気部６の換気量Ｖに基づいて、記憶要素１００ｃに格納されているマップまたは演算式に基づいて、ガス洩れ判定処理における基準濃度を抽出し（ステップＳ２１２）、ガス洩れ判定処理における基準濃度を決定する（ステップＳ２１４）。ガス洩れのガス洩れ判定処理において、制御部１００は、ガス洩れセンサ１００ｍが検知したガスの濃度がガス洩れ判定処理における基準濃度よりも大きいとき、ガス洩れと判定し、警報信号Ａｒを警報器１１０に報知し、警報器１１０は警報を発する。ハンチングを防止するため、所定時間待機する（ステップＳ２１６）、その後、ステップＳ２０２に戻る。

（実施形態４）
図６は実施形態４を示す。本実施形態は前述した上記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図６に示すように、筐体１の収容室１０は、下側の第１収容室１０ｆと上側の第２収容室１０ｓとに仕切壁１８により分割されている。第１収容室１０ｆは吸気口１１に連通する。第２収容室１０ｓは排気口１２に連通する。仕切壁１８には換気部６が設けられている。換気部は、換気羽根６０と、換気羽根６０を回転駆動させる駆動モータで形成された駆動部６２とを有する。

第２収容室１０ｓには、燃料電池の発電モジュール９が収容されている。発電モジュール９は、複数の単セルを組み付けて形成されたスタック７と、改質用燃料原料を水蒸気で改質させて水素を主要成分とするアノードガスを生成させる改質装置４と、改質装置４とスタック７との間に位置する燃焼用空間を形成する燃焼部２と、燃焼部２、スタック７および改質装置４を外側から覆う高い断熱性をもつ断熱壁９０とを有する。スタック７を構成する燃料電池は固体酸化物形であり、その発電運転時のおける作動温度は４００℃以上、５００℃以上、６００℃以上と高温である。

図６において、第１収容室１０ｆに配置されている空気供給装置３が作動すると、第１収容室１０ｆの空気は空気供給装置３の吸引口３１から空気供給通路３４に搬送され、更に、発電モジュール９の断熱壁９０内に燃焼用空気またはカソードガスとして供給される。

図６に示すように、改質装置４は、改質用水から水蒸気を生成させる蒸発部４１０と、改質触媒を有する改質部４２０とを有する。改質用燃料は、改質用燃料通路４０から蒸発部４１０を介して改質部４２０に供給される。改質部４２０に供給された改質用燃料は、蒸発部４１０で生成された水蒸気により改質され、水素を含むアノードガス（アノード流体）となる。改質部４２０で生成されたアノードガスは、アノードガス通路７８を介してスタック７のアノードに供給され、発電反応に使用されると共に、スタック７の上側の燃焼部２に上昇し、燃焼部２において燃焼用燃料として燃焼用空気により燃焼され燃焼火炎２００を形成する。このように燃焼部２における燃焼火炎２００は、改質装置４の蒸発部４１０および改質部４２０を加熱させる。

システムが運転されているとき、換気部６が作動して換気羽根６０が回転し、換気部６の背面６ｒ側において吸引作用が発生する。すると、外部１４の新鮮な空気が筐体１の吸気口１１から矢印Ｘ１方向に沿って収容室１０ｆに吸引され、更に、仕切壁１８の開口１９を矢印Ｘ５方向に沿って流れて第２収容室１０ｓに進入し、更に、第２収容室１０ｓにおいて発電モジュール９の断熱壁９０に接触して発電モジュール９を冷却させた後、排気口１２から外部１４に矢印Ｘ２方向に放出される。このようにシステムが運転されているときには、換気部６が作動して第１収容室１０ｆおよび第２収容室１０ｓの換気が実行される。

図６に示すように、収容室１０の上部にはガス洩れセンサ１００ｍおよび温度センサ１００ｔが配置されている。殊に、収容室１０の上部にはおいて排気口１２付近に、ガス洩れセンサ１００ｍおよび温度センサ１００ｔが配置されている。万一、収容室１０内の配管の緩み等に起因してガス洩れが発生するときには、ガス洩れセンサ１００ｍにより検知される。なお、センサ１００ｍ，１００ｔの信号は制御部１００に入力される。

本実施形態によれば、システムの起動運転中、発電運転中、停止運転中等の運転中において、判定部として機能する制御部１００は、換気部６を作動させて収容室１０の換気処理を実行する。そして、制御部１００は、換気処理を実行しているとき、ガス洩れのガス洩れ判定処理を実行する。従って、ガス洩れ判定処理において、ガス洩れセンサ１００ｍが検知したガスの濃度がガス洩れ判定処理における基準濃度よりも大きいとき、制御部１００はガス洩れと判定する。すると、制御部１００は警報信号Ａｒを警報器１１０に報知する。警報器１１０は警報を発し、ユーザやメンテナンス者等にガス洩れを報知する。

上記したように制御部１００がガス洩れ判定処理を実行するとき、制御部１００は、収容室１０の換気量Ｖに応じて基準濃度を変化させる。殊に、制御部１００は、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときに比較して、図２および図３に示す特性線ＣＡ，ＣＢとして示すように、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させる。

その理由としては次のようである。すなわち、収容室１０の換気量が相対的に大きいときには、収容室１０から外部に排出される換気用の空気の流量が増加すると共に、収容室１０に進入する換気用の空気の流量が増加する。このため収容室１０にガス洩れが発生していたとしても、洩れたガスが換気用の空気により希釈される希釈率が高い。この場合、ガス洩れセンサ１００ｍは、希釈化されたガス濃度を検知することになる。結果として、制御部１００は、収容室１０においてガス洩れが発生しているにもかかわらず、ガスの洩れを検知できないおそれがある。

そこで本実施形態によれば、制御部１００は、収容室１０の換気量が相対的に大きいときには、収容室１０の換気量が相対的に小さいときに比較して、制御部１００は、ガス洩れのガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させる。このため収容室１０にガス洩れが発生しているとき、洩れたガスが希釈される希釈率が高くなったとしても、制御部１００は、ガス洩れ判定処理において収容室１０におけるガスの洩れを良好に検知できる。なお、スタック７は固体酸化物形の燃料電池であるため、発電運転温度が例えば４００℃以上、５００℃以上と高めである。このため収容室１０における熱こもりを抑制すべく、換気量Ｖは大きい。

本実施形態においても、制御部１００は、収容室１０の内部温度の大きな変動を抑制する制御を実行することが好ましい。すなわち、夏季や熱帯地帯等でシステムが運転されるとき、あるいは、過剰に高い出力状態でシステムが長時間にわたり運転されるとき等において、温度センサ１００ｔが検知した収容室１０の温度が過剰に高いおそれがある。この場合において、制御部１００は、換気部６の駆動部６２の単位時間あたりの回転数（換気部６の出力）を相対的に増加させて、吸気口１１から収容室１０に進入する空気量を増加させると共に、排気口１２から外部１４に排出させる空気量を増加させる。これにより収容室１０の換気量Ｖを相対的に増加させ、収容室１０の温度の過剰上昇を抑える。また、冬季や寒冷地帯等でシステムが運転されるとき等には、温度センサ１００ｔが検知した収容室１０の温度が過剰に低いおそれがある。このような場合において、制御部１００は、換気部６の駆動部６２の単位時間あたりの回転数（駆動部６２の出力）を相対的に減少させ、吸気口１１から収容室１０に進入する空気量を相対的に減少させると共に、排気口１２から外部１４に排出させる空気量を相対的に減少させる。これにより収容室１０の換気量Ｖを相対的に減少させ、収容室１０の温度の過剰低下を抑える。これにより収容室１０の内部温度の過剰高温化および過剰低温化が抑制され、収容室１０の内部温度の大きな変動が抑制される。このように本実施形態によれば、収容室１０の内部温度の大きな変動を抑制させるために、換気部６により換気量Ｖを変動させる。

上記したように換気部６により換気量Ｖを変動させれば、収容室１０の内部の大きな変動が良く抑制され、システムの保護性を高めることができる。

更に、制御部１００は、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときには、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときに比較して、制御部１００は、図２及び図３に示す特性線ＣＡ，ＣＢに基づいて、ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させる。このため、万一、収容室１０にガス洩れが発生しているとき、洩れたガスが希釈される希釈率が高くなったとしても、ガス洩れ判定処理において、制御部１００は収容室１０におけるガスの洩れを良好に検知できる。

（実施形態５）
本実施形態は前記した各実施形態と基本的に同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図３、図６を準用できる。スタック７の発電が高出力状態で所定時間以上連続的に継続されるとき、収容室１０の内部温度Ｔが相対的に上昇し、熱こもりが発生し易い。さらに、スタック７に供給されるアノードガスおよびカソードガスの流量が増加する。このため、万一のガス（改質用燃料および／またはアノードガス）洩れに対処すべく、制御部１０は換気部６の駆動部６２の出力を増加させて、換気量Ｖを相対的に増加させる。この場合、収容室１０の換気量Ｖが相対的に小さいときに比較して、制御部１００は、前記した図２及び図３に示す特性線ＣＡ，ＣＢに基づいて、ガス洩れ判定処理における基準濃度を換気量Ｖに応じて低下させる。このため、万一、収容室１０にガス洩れが発生しているとき、洩れたガスが希釈される希釈率が高くなったとしても、ガス洩れ判定処理において、制御部１００は収容室１０におけるガスの洩れを良好に検知できる。

これに対してスタック７の発電が低出力状態で運転されているときには、収容室１０の内部温度Ｔが相対的に低下する。このため換気部６の駆動部６２の出力を減少させて換気量Ｖを相対的に減少させる。この場合には、収容室１０の換気量Ｖが相対的に大きいときに比較して、制御部１００は、前記した図２及び図３に示す特性線ＣＡ，ＣＢに基づいて、ガス洩れ判定処理における基準濃度を換気量Ｖに応じて適正に増加させる。このためガス洩れが事実上発生していないにもかかわらず、判定処理におけるガス洩れと過誤検知されることが抑制される。

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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できる。上記した記載から次の技術的思想が把握される。

［付記項１］アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとを有する燃料電池と、燃料電池を収容する収容室をもつ筐体と、筐体の収容室の内部を換気させる換気部と、筐体の収容室におけるガス洩れを検知するガスセンサと、ガスセンサが検知したガスの濃度が基準濃度よりも大きいとき、ガス洩れと判定するガス洩れ判定処理を実行する判定部とを具備する燃料電池システム。判定部は、収容室の内部温度に応じて収容室の換気量Ｖおよびガス洩れ判定処理における基準濃度を変化させることができる。

［付記項２］アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとを有する燃料電池と、燃料電池を収容する収容室をもつ筐体と、筐体の収容室の内部を換気させる換気部と、筐体の前記収容室におけるガス洩れを検知するガスセンサと、ガスセンサが検知したガスの濃度が基準濃度よりも高いとき、ガス洩れと判定するガス洩れ判定処理を実行する判定部とを具備しており、判定部は、収容室の内部温度に応じて収容室の換気量Ｖを求め、換気量Ｖに応じて前記ガス洩れ判定処理における基準濃度を変化させる燃料電池システム。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用、可搬用、プラント用の燃料電池システム等に利用することができる。

１は筐体、１０は収容室、１１は吸気口（換気口）、１２は排気口（換気口）、１７はフィルタ、１８は仕切壁、２は燃焼部、３は空気供給装置、４は改質装置、６は換気部、６０は換気羽根、６２は駆動部、８は電気系部品、１００は制御部、１００ｃは記憶要素、１００ｍはガス洩れセンサ（ガスセンサ）、１００ｔは温度センサを示す。

Claims

アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとを有する燃料電池と、前記燃料電池を収容する収容室をもつ筐体と、前記筐体の前記収容室の内部を換気させる換気部と、前記筐体の前記収容室におけるガス洩れを検知するガスセンサと、前記ガスセンサが検知したガスの濃度が基準濃度よりも高いとき、ガス洩れと判定するガス洩れ判定処理を実行する判定部とを具備しており、
前記判定部は、前記収容室の換気量Ｖに応じて前記ガス洩れ判定処理における前記基準濃度を変化させる燃料電池システム。
請求項１において、前記判定部は、前記収容室の換気量Ｖが相対的に大きいときには、前記収容室の換気量Ｖが相対的に小さいときに比較して、前記ガス洩れ判定処理における基準濃度を低下させる燃料電池システム。
請求項１または２において、前記収容室の温度を検知する温度センサが設けられ、前記換気部は、前記温度センサが検知した前記収容室の温度が相対的に高いときには、前記温度センサが検知した前記収容室の温度が相対的に低いときに比較して、前記収容室の換気量Ｖを増加させ、前記収容室の温度の変動を抑制する燃料電池システム。
請求項１〜３のうちの一項において、前記筐体は、前記収容室に連通する吸気口と前記吸気口に設けられた浄化用のフィルタとを有しており、前記ガス洩れ判定処理における前記換気量Ｖは、前記換気部の出力および前記フィルタの目詰まりに基づいて設定される燃料電池システム。