JP2014002924A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、ガス供給変化が外環境によるものであるか、燃料電池システムの異常によるものかを判別することで機器異常の誤認を回避し、継続運転できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池システムは、第１ガス供給器１２の第１入力値が第１範囲内であるかの判定状況と、第２ガス供給器１３の第２入力値が第２範囲内であるかの判定状況の組み合わせにより、ガス供給系の異常であるか、外環境による入力値の変化であるかを判断することができるよう構成された燃料電池システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱と電気を供給する燃料電池システムに関する。

燃料電池システムの発電は、燃料電池のアノードに燃料ガスを供給し、カソードに酸化剤ガスである空気を供給し、それぞれの電極で生じる電気化学反応により電力を得ることで行われる。

また、燃料電池システムは、燃料生成器を備えている場合もあり、原料ガスに天然ガスなどを用い、燃料生成器で改質反応を行い、燃料ガスを生成する。

さらに、燃料生成器には、改質反応に必要な熱を原料ガスや燃料電池で消費されなかったオフ燃料ガスと燃焼用空気を燃焼することで得るための燃焼器を備えている場合もある。

このように燃料電池システムの安定発電を行うために、燃料ガス供給の異常を検知する燃料電池システムして、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１に示される燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に投入された燃料ガスのオフガスを酸化剤ガスで燃焼するバーナーと、運転を制御する制御装置と、原料ガス流量を検出する流量導出手段を備えており、制御装置は、バーナーに供給される酸化剤ガスの流量変動値（フィードバック流量が所定値より大きい場合）に基づいて、燃料ガスの流量導出手段が異常であると検知するものである。

特開２０１０−２５７７４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている燃料電池システムは、流量導出手段の異常を、バーナーに供給される酸化剤ガスのフィードバック流量が所定値より大きい場合に判断するものであるため、例えば、強風による背圧変化や気圧変化といった燃料電池システムの構成要素に由来しない外環境による変化によっても酸化剤ガスの流量変動が大きく変動することがあり、流量導出手段の機器異常として誤認し、運転を停止させてしまう課題があった。

一般的に燃料電池システムは、発電や燃焼で化学反応を行うので、供給するガスは標準状態（０℃、１気圧）での質量流量として供給するように運転する。一方、燃料電池システムに各種ガスを供給するガス供給器（ポンプやファン）は、ガスを体積流量で供給する構成が一般的である。

そこで、従来の燃料電池システムでは、質量流量を計測する流量計を備え、ガス供給器で供給するガスを質量流量として供給する制御方式が用いられる。

例えば、燃料電池システムは、発電に必要なガス量を目標ガス量として記憶し、ガス供給器で供給されるガスを流量計で計測し、ガス供給量が目標ガス量となるように、ガス供給器の動作入力値（例えば、機器への入力電圧や操作指示値など）をフィードバック制御
する。

しかし、ガス供給器はガス量を体積流量で供給するため環境（例えば、強風による背圧変化や気圧変化）による影響を受けやすく、外環境の変化によって目標流量（質量流量）を得るためのガス供給器への動作入力値が様々に変動する。

特許文献１に示されるような燃料電池システムでは、異常を検知するための酸化剤ガスの流量変動は、流量導出器の異常によるものだけではなく、前述した外環境の変化による生じる場合があり、流量導出器の異常出ない場合も異常と誤認し、燃料電池システムを停止することがあった。

そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムにおいて、第１ガス供給装置と第２ガス供給装置の二つの入力値変化に応じて、ガス供給系の異常であるか、外環境によるものであるかを判別し、機器異常の誤検知を回避できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに第１ガスを供給する第１ガス供給器と、燃料電池モジュールに第２ガスを供給する第２ガス供給器と、第１ガス供給器から燃料電池モジュールへ第１ガスを供給する第１ガス供給経路と、第２ガス供給器から燃料電池モジュールへ第２ガスを供給する第２ガス供給経路と、第１ガスの流量を検知する第１流量検知器と、第２ガスの流量を検知する第２流量検知器と、燃料電池モジュールからの排ガスを排出する排出経路と、第１流量検知器で検知する第１ガスの流量に基づき、第１ガス供給器への第１入力値をフィードバック制御し、第２流量検知器で検知する第２ガスの流量に基づき、第２ガス供給器への第２入力値をフィードバック制御する制御器と、第１ガスの目標流量に対して予め設定される第１入力値の範囲である第１範囲、及び、第２ガスの目標流量に対して予め設定される第２入力値の範囲である第２範囲を記憶した記憶部と、を備えている。

本発明の燃料電池システムは、第１ガス供給器と第２ガス供給器の二つの入力値変化に応じて、燃料電池モジュールの運転を継続か停止か、異常か正常か、又は、異常を報知するか、報知しないか、を判断し、誤検知による燃料電池システムの運転停止を回避することができる。

本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図 本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作を模式的に示すフローチャート 本発明の実施の形態２に係る第１範囲、及び、第２範囲を示す概略図 本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図

本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに第１ガスを供給する第１ガス供給器と、燃料電池モジュールに第２ガスを供給する第２ガス供給器と、第１ガス供給器から燃料電池モジュールへ第１ガスを供給する第１ガス供給経路と、第２ガス供給器から燃料電池モジュールへ第２ガスを供給する第２ガス供給経路と、第１ガスの流量を検知する第１流量検知器と、第２ガスの流量を検知する第２流量検知器と、燃料電池モジュールか
らの排ガスを排出する排出経路と、第１流量検知器で検知する第１ガスの流量に基づき、第１ガス供給器への第１入力値をフィードバック制御し、第２流量検知器で検知する第２ガスの流量に基づき、第２ガス供給器への第２入力値をフィードバック制御する制御器と、第１ガスの目標流量に対して予め設定される第１入力値の範囲である第１範囲、及び、第２ガスの目標流量に対して予め設定される第２入力値の範囲である第２範囲を記憶した記憶部と、を備えている。

かかる構成にすると、制御器は、第１入力値が第１範囲内であり、かつ、第２入力値が第２範囲より減少または増加した場合に、燃料電池モジュールの運転を停止する、異常と判定する又は異常を報知するよう制御し、第１入力値が第１範囲より減少または増加し、かつ、第２入力値が前記第２範囲内である場合に、燃料電池モジュールの運転を停止する、異常と判定する又は異常を報知することができる。そのため、第１ガス供給器と第２ガス供給器の一方の入力値が、目標流量に対し、第１範囲、あるいは、第２範囲に収まり、他方が、目標流量に対し、第１範囲、あるいは第２範囲より増加、又は、減少するといった異なる挙動を示すとき、入力値の変化が第１ガス供給器と第２ガス供給器が共通して受ける外環境変化でなく、ガス供給系が持つ個別の要因による異常と判定することができる。

また、本発明に係る燃料電池システムは、制御器が、第１入力値が第１範囲より増加し、かつ、第２入力値が第２範囲より増加した場合に、燃料電池システムの運転を継続し、第１入力値が第１範囲より減少し、第２入力値が第２範囲より減少した場合に、燃料電池システムの運転を継続してもよい。

この構成により、第１ガス供給器と第２ガス供給器の両方の入力値が、目標流量に対し、第１範囲、及び、第２範囲より増加、又は、減少するといった同一の挙動を示したとき、入力値の変化は、第１ガス供給器と第２ガス供給器が共通して受ける外環境変化に応じたものであると判断することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分に同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、燃料電池モジュールである燃料電池１１と、第１ガスである燃料ガスを供給する第１ガス供給器１２である燃料ガス供給ポンプと、第２ガスである酸化剤ガスの空気を供給する第２ガス供給器１３である空気ブロワと、燃料ガスを燃料電池１１へ供給する第１ガス供給経路１４と、空気を燃料電池１１へ供給する第２ガス供給経路１５と、を備える。また、第１ガス供給経路１４中に配置された燃料ガスの流量を検知する第１流量検知器１６である燃料ガス流量計と、第２ガス供給経路１５中に配置された空気の流量を検知する第２流量検知器１７である空気流量計と、を備える。また、燃料ガス流量計で検知する燃料ガスの流量に基づき、燃料ガス供給ポンプへの第１入力値をフィードバック制御し、空気流量計で検知する空気の流量に基づき、空気ブロワへの第２入力値をフィードバック制御する制御器１９と、
第１ガスである燃料ガスの目標流量に対して予め設定される第１入力値の範囲である第１範囲、及び、第２ガスである空気の目標流量に対して予め設定される第２入力値の範囲である第２範囲を記憶した記憶部２０と、燃料電池１１からの排ガスを排出する排出経路１８と、を備えている。

本実施の形態１では、燃料電池モジュールが燃料電池１１のみを有する構成とした。なお、燃料電池モジュールは、少なくとも燃料電池を含んでいればよく、例えば、燃料電池に加え、改質器や燃焼器を備えた構成でもよい。

燃料電池１１は、アノードとカソードを有しており、燃料電池１１では、アノードに供給された燃料ガスの水素とカソードに供給された酸化剤ガスの空気中の酸素とが、以下の反応を行い電気と熱を発生する。

（アノード） Ｈ_２ → ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻ （式１）
（カソード） １／２Ｏ_２ ＋ ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻ → Ｈ２Ｏ （式２）
（全反応） Ｈ_２ ＋ １／２Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ （式３）
また、本実施の形態１においては、燃料電池１１は、高分子電解質形燃料電池とした。しかしこれに限らず固体酸化物形燃料電池などの各種の燃料電池を用いることができる。また、燃料電池１１の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。

燃料電池１１で発生した電気は、図示されていないインバータにより直流から交流に変換され、外部負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。

上記反応を行うために、燃料ガス供給ポンプから水素が、空気ブロアから酸化剤ガスである空気が燃料電池１１へ供給される。

燃料電池１１へ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの目標流量は、外部負荷から要求される発電量から、燃料電池１１で取り出す電力に応じた電流値が制御器１９で計算される。

第１ガス供給器１２である燃料ガス供給ポンプは、燃料電池１１へ燃料ガスを、その流量を調整しながら供給することができる構成であればよく、例えばダイアフラム式ポンプやブロワなどで構成されてよい。

また、燃料ガス供給ポンプの流量調整は、燃料ガス供給ポンプに印加される第１入力値による制御で行われる。本発明の実施の形態１で、第１入力値は、ポンプを操作する入力電圧値を０から１００％の数値に変換した操作量とした。これに限らず、第１入力値は、アナログ電圧値、パルス電圧値、回転数などを用いてもよい。

第１ガスである燃料ガスの流量を検知する第１流量検知器１６である燃料ガス流量計は、温度や圧力といった環境影響を受けずに燃料ガスの質量流量を測定できる構成であればよく、熱式やフローセンサ式の流量計などで構成されるとよい。

制御器１９は、必要な発電量に基づいて決定された燃料ガス流量を目標流量とし、燃料ガス流量計の測定値から目標流量となるよう、燃料ガス供給ポンプの第１入力値をフィードバック制御するよう構成されている。

第２ガス供給器１３である空気ブロワは、燃料電池１１へ酸化剤ガスの空気を、その流量を調整しながら供給することができる構成であればよく、例えばダイアフラム式ポンプ
やブロワなどで構成されてよい。

また、空気ブロワの流量調整は、空気ブロワに印加される第２入力値による制御で行われる。本発明の実施の形態１で、第２入力値は、ポンプを操作する入力電圧値を０から１００％の数値に変換した操作量とした。これに限らず、第２入力値は、アナログ電圧値、パルス電圧値、回転数などを用いてもよい。

第２ガスである酸化剤ガスの流量を検知する第２流量検知器１７である空気流量計も第１流量検知器１６である燃料ガス流量計と同じく、温度や圧力といった環境影響を受けずに供給する酸化剤ガスの質量流量を測定できる構成であればよく、熱式やフローセンサ式の流量計で構成されるとよい。

制御器１９は、必要な発電量に基づいて決定された酸化剤ガス流量を目標流量とし、空気流量計の測定値から目標流量となるよう、空気ブロワの入力値をフィードバック制御するよう構成されている。

燃料電池１１では、アノード、及び、カソードで、式１、及び、式２に示す反応が発生し、電力を得ることができる。

アノード、及び、カソードに供給された燃料ガス、及び、酸化剤ガスのうち、発電に寄与しなかったものは、オフ燃料ガスとオフ酸化剤ガスとなり、排出ガスとして排出経路１８を通じて燃料電池システム１００外へ排出される。本実施の形態１では、オフ燃料ガスとオフ酸化剤ガスの排出経路を同一としたが、これに限らず、原料オフガスの排出経路とオフ酸化剤ガスの排出経路をそれぞれ別途設け、燃料電池システム１００の筐体に配置してもかまわない。

制御器１９は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよく、マイクロプロセッサ、ＣＰＵなどに例示される演算処理部で構成されている。

記憶部２０は、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成されている。

そして、制御器１９である演算処理部が、記憶部２０に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１００に関する各種制御を行う。

なお、本実施の形態１における、燃料ガス供給ポンプ、空気ブロワ、燃料ガス流量計、空気流量計は、それぞれ、本発明の第１ガス供給器、第２ガス供給器、第１流量検知器、第２流量検知器の具体的な実施の一例である。

また、第１ガスの給気口、及び、第２ガスの給気口が燃料電池システムの筐体の同一面に配置されている場合、第１ガスの排気口、及び、第２ガスの排気口が燃料電池システムの筐体の同一面に配置されている場合、第１ガスの給気経路、及び、第２ガスの給気経路が同じ給気経路である場合、第１ガスの排気経路、及び、第２ガスの排気経路が同じ排気経路である場合、のうち少なくとも１つの場合に、第１ガス供給器、及び、第２ガス供給器が、風圧や背圧の変化による影響を受ける可能性がある。そのため、第１入力値が第１範囲より増加し、かつ第２入力値が第２範囲より増加する場合がある。このような場合は、第１ガス供給系、及び、第２ガス供給系の異常ではないため、燃料電池システムの運転を継続することが好ましい。

なお、本実施の形態１では、制御器１９と記憶部２０とを独立した部位としたがこれに限らず、制御器１９が演算処理部とに記憶部を兼ね備えた構成であってもよい。また、制御器１９は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協同して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１９は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路等によって構成されてもよい。

本実施の形態１の記憶部２０は、第１ガスである燃料ガスの目標流量に対して予め設定される第１入力値の範囲である第１範囲、及び、第２ガスである酸化剤ガスの目標流量に対して予め設定される第２入力値の範囲である第２範囲を記憶している。

ここで、記憶部２０に予め設定されている第１範囲、及び、第２範囲とは、燃料電池システムが標準運転状態（外環境の影響を受けない状態）、例えば出荷時に工場など特定の場所と条件で評価した状態において燃料電池システムが安定運転をするための燃料電池システム１００の設計ばらつきと燃料ガス供給ポンプのフィードバック制御のばらつきを考慮した第１入力値の範囲、及び、燃料電池システム１００の設計ばらつきと空気ブロワのフィードバック制御のばらつきを考慮した第２入力値の範囲を示す。

また、燃料電池システムが外環境として気圧または背庄の変化を受けた場合、圧力が下がるとガス密度が減少するため、第１ガス供給器１２である燃料ガス供給ポンプで供給する燃料ガス量が増加するため、第１入力値が第１範囲より増加し、同様に第２ガス供給器１３である空気ブロワで供給する空気も増加するため、第２入力値が第２範囲より増加する。一方、圧力が上がるとガス密度が増加するため、燃料ガス供給ポンプで供給する燃料ガス量が減少するため、第１入力値が第１範囲より減少し、同様に空気ブロワで供給する空気も増加するため、第２入力値が第２範囲より減少する。

制御器１９は、第１入力値の変化が第１範囲内であるか、かつ、第２入力値の変化が第２範囲内であるかの情報から、ガス供給系の異常であるか、外環境変化による変化であるかを判断する。

次に本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作について、図１と図２と図３を参照しながら説明する。

図２は、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作を模式的に示すフローチャートである。

制御器１９は、外部負荷情報から燃料電池システムが出力すべき必要な発電量を決定する（ステップＳ１０１）。

続いて、必要な発電量から燃料電池１１から取り出す電流量を決定する（ステップＳ１０２）。

続いて、決定した電流値から第１ガスである燃料ガス、及び、第２ガスである空気の目標流量を決定する（ステップＳ１０３）。

続いて、燃料ガス、及び、空気が目標流量となるように第１流量検知器１６である燃料ガス流量計の値に従い、第１入力値をフィードバック制御、かつ、第２流量検知器１７である空気流量計の値に従い、第２入力値をフィードバック制御する（ステップＳ１０４）
。

続いて、第１入力値が第１範囲内であるかの判別を行う（ステップＳ１０５）。Ｙｅｓの場合、第１Ｆｌａｇ＝０を立て（ステップＳ１０６）、ステップＳ１１０へ進む。Ｎｏの場合、ステップＳ１０７へ進み、第１範囲外に増加であるかの判定を行う。ステップＳ１０７でＹｅｓの場合、第１Ｆｌａｇ＝１を立て（ステップＳ１０８）、ステップＳ１１０へ進む、Ｎｏの場合、第１Ｆｌａｇ＝２を立て（ステップＳ１０９）、ステップＳ１１０へ進む。

続いて、第２入力値が第２範囲内であるかの判別を行う（ステップＳ１１０）。Ｙｅｓの場合、第２Ｆｌａｇ＝０を立て（ステップＳ１１１）、ステップＳ１１１へ進む。Ｎｏの場合、ステップ１１２へ進み、第２範囲外に増加であるかの判定を行う。ステップＳ１１２でＹｅｓの場合、第２Ｆｌａｇ＝１を立て（ステップＳ１１３）、ステップＳ１１５へ進む。Ｎｏの場合、第２Ｆｌａｇ＝２を立て（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１５へ進む。

続いて、ステップＳ１１５で、「第１Ｆｌａｇ＝１、かつ、第２Ｆｌａｇ＝２」または、「第１Ｆｌａｇ＝２、かつ、第２Ｆｌａｇ＝１」であるかの判別を行う。ここで、燃料ガス供給器と空気供給器が、第１範囲および第２範囲外で、それぞれが増加と減少の異なる動作をした場合は、燃料ガス供給器と空気供給器のいずれか一方が異常であることを判断する。ステップＳ１１５でＹｅｓの場合、ステップＳ１１６へ進み、燃料電池システムの運転を停止するか、異常と判定するか報知を行う。Ｎｏの場合、ステップＳ１１７へ進む。

ステップＳ１１７では、「第１Ｆｌａｇ＝０、かつ第２Ｆｌａｇ＝１または２」または、「第１Ｆｌａｇ＝１または２、かつ、第２Ｆｌａｇ＝０」であるかの判定を行う。ここで、燃料ガス供給器と空気供給器いずれか一方は、第１範囲内あるいは第２範囲内にあり、他方が第１範囲外あるいは第２範囲外となり、範囲外となっているガス供給器が異常であることが示される。ステップＳ１１７でＹｅｓの場合、ステップＳ１１８へ進む。ステップＳ１１８では、一定時間「第１Ｆｌａｇ＝０、かつ第２Ｆｌａｇ＝１または２」または、「第１Ｆｌａｇ＝１または２、かつ、第２Ｆｌａｇ＝０」が継続されているかの判定を行う。ここで、一定時間の判定を行うことで、瞬間的な変化および「第１Ｆｌａｇ＝１、かつ、第２Ｆｌａｇ＝１」または、「第１Ｆｌａｇ＝２、第２Ｆｌａｇ＝２」への変化の移行途中での誤検知を回避することができる。ステップＳ１１８でＮｏの場合、ステップＳ１１７に戻り、一定時間が経過するまでのこのサイクルを繰り返す。Ｙｅｓの場合、ステップＳ１１６へ進み、燃料電池システムの運転を停止するか、異常と判定するか報知を行う。

ステップＳ１１７でＮｏの場合、ステップＳ１１９へ進み、燃料電池システムの運転を継続し、ステップＳ１０１へ戻る。

図３は、ステップＳ１０５での第１範囲内であるか否かの判定の考え方、及び、ステップＳ１０８での第２範囲内であるか否かの判定の考え方を模式的に示した図である。

制御器１９は、記憶部２０が予め記憶している目標流量に対する第１範囲あるいは第２範囲と、実際に第１流量検知器１６である燃料ガス流量計あるいは第２流量検知器１７である空気流量計によりフィードバックした第１入力値あるいは第２入力値を比較し、第１入力値が第１範囲内であるか否かと、第２入力値が第２範囲内であるか否かの判定を行う。

また、表１には、第１入力値が第１範囲内であるか否か（第１Ｆｌａｇ＝０，１，２）と、第２入力値が第２範囲内であるか否か（第２Ｆｌａｇ＝０，１，２）の組み合わせと燃料電池システムの「運転の継続」、あるいは「運転の停止、異常と判定または異常報知」の判定の関係を示している。

以上のように、本実施の形態１で示した燃料電池システム１００では、第１ガス供給器１２である燃料ガス供給ポンプと第２ガス供給器１３である空気ブロワの一方の入力値が、目標流量に対し、第１範囲、あるいは、第２範囲に収まり、他方が、目標流量に対し、第１範囲、あるいは、第２範囲より増加、又は、減少するといった異なる挙動を示すとき、入力値の変化が第１ガス供給器と第２ガス供給器が共通して受ける外環境変化でなく、ガス供給系が持つ個別の要因による異常と判断することで異常の誤検知を回避することができる。

また、第１入力値が第１範囲を超え増加し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え減少する場合と、第１入力値が第１範囲を超え減少し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え増加する場合が考えられるが、これは第１ガスである燃料ガス供給系と第２ガスである空気供給系が同時に異常となる場合である（外環境による影響であれば、燃料ガス供給ポンプと空気ブロワは、供給量を増加するか減少するか同様の挙動を示すからである）。本実施の形態１によれば、燃料ガス供給系、空気供給系が同時に異常となる前にそれぞれの異常を検知することができる。または、本実施の形態１では記載示さなかったが、第１入力値が第１範囲を超え増加し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え減少する場合と、第１入力値が第１範囲を超え減少し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え増加する場合は、供給系の
異常として、燃料電池システムの「運転継続」、あるいは「運転停止、異常判定または異常報知」の判定としてもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態２ついて、図面を参照しながら説明する。

図４は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。

本実施の形態２に係る燃料電池システム２００は、実施の形態１の燃料電池システム１００と比較し、改質部３１と燃焼部３２からなる燃料生成器３３を備える点が異なり、それに従い、燃焼用空気供給器３４である燃焼用空気ファン、選択酸化空気供給器３５である選択酸化空気ポンプ、燃焼用空気流量検知器３６である燃焼用空気流量計と、選択酸化空気流量検知器３７である選択酸化空気流量計を備える。

燃料生成器３３は、天然ガスなどを原料として改質部３１で改質反応により水素を主成分とする燃料ガスを生成する。原料ガスは第１ガス供給器１２である原料ガス供給ポンプより、改質部３１へ送られ、改質反応により水素を主成分とする燃料ガスとなり、さらに選択酸化空気供給器３５から選択酸化空気経路３８を通じて改質部へ空気を供給し、選択酸化反応により燃料ガス中の一酸化炭素濃度を１０〜２０ｐｐｍまで低減し、燃料電池１１へ供給され、発電に利用される。発電に寄与しなかったオフ燃料ガスは、オフ燃料ガス経路３９を通じて燃料生成器３３の燃焼部３２へ送られ、燃焼用空気ファンから燃焼用空気経路４０を通じて燃焼部３２へ供給される燃焼用空気と燃焼し、改質反応に必要な熱の生成に用いられる。燃焼排ガスは、排出経路１８を通じて燃料電池システム外部へ排出される構成となっている。

本実施の形態１の変形例では、燃焼用空気供給器３４である燃焼用空気ファンと選択酸化空気供給器３５である選択酸化空気ポンプは、第１ガス供給器、または、第２ガス供給器となりえるものであり、また、燃焼用空気流量計と、選択酸化空気流量計は、第１流量検知器、または、第２流量検知器となりえるものである。

本実施の形態２では、原料ガス供給ポンプ、空気ブロワ、燃焼用空気供給器、選択酸化空気供給器のうちいずれか一つを第１ガス供給器とし、原料ガス供給器１２、酸化剤ガス供給器１３、燃焼用空気供給器３４、選択酸化空気供給器３５のうち、第１ガス供給器とならなかった他のガス供給器のうち、少なくとも一つを第２ガス供給器とする構成となっている。

次に本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作については、図２の実施の形態１における動作を模式的に示すフローチャートと同じであり、第１ガス供給器と第２ガス供給器の具体的な機器の選択が変わるのみである。

以上のように、本実施の形態２で示した燃料電池システム２００のように複数のガス供給器を備える場合においても、入力値の変化が第１ガス供給器と第２ガス供給器が共通して受ける外環境変化でなく、ガス供給系が持つ個別の要因による異常と判断することで、異常の誤検知を回避することができる。

第１ガス供給器と第２ガス供給器を設定することで、第１入力値が第１範囲内であるかの判定状況（第１範囲Ｆｌａｇ＝１かＯ）と、第２入力値が第２範囲内であるかの判定状況（第２範囲Ｆｌａｇ＝１かＯ）の組み合わせにより、ガス供給系の異常であるか、外環境による入力値の変化であるかを判断することができ、燃料電池システム効率よく運転す
ることができる。

また、本実施の形態１の変形例でも実施の形態１と同様に第１入力値が第１範囲を超え増加し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え減少する場合と、第１入力値が第１範囲を超え減少し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え増加する場合が考えられるが、これは第１ガス供給系と第２ガス供給系が同時に異常となる場合である（外環境による影響であれば、第１ガス供給系と第２ガス供給系は、供給量を増加するか減少するか同様の挙動を示すからである）。本実施の形態１の変形例でも、第１ガス供給系と第２ガス供給系が同時に異常となる前にそれぞれの異常を検知することができる。または、本実施の形態１では記載示さなかったが、第１入力値が第１範囲を超え増加し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え減少する場合と、第１入力値が第１範囲を超え減少し、かつ、第２入力値が第２範囲を超え増加する場合は、供給系の異常として、燃料電池システムの「運転継続」、あるいは「運転停止、異常判定または異常報知」の判定としてもよい。

本発明の燃料電池システム及びその運転方法は、燃料電池システムのガス供給系異常と外環境による対応とを区別して判断することが可能となり、異常の誤検知による燃料電池システムの運転停止を回避することが可能であるので、燃料電池の分野で有用である。

１１ 燃料電池
１２ 第１ガス供給器（原料ガス供給器）
１３ 第２ガス供給器（酸化剤ガス供給器）
１４ 第１ガス供給経路
１５ 第２ガス供給経路
１６ 第１流量検知器（原料ガス流量検知器）
１７ 第２流量検知器（酸化剤ガス流量検知器）
１８ 排出経路
１９ 制御器
２０ 記憶部
３１ 改質部
３２ 燃焼部
３３ 燃料生成器
３４ 燃焼用空気供給器
３５ 選択酸化空気供給器
３６ 燃焼用空気流量検知器
３７ 選択酸化空気流量検知器
３８ 選択酸化空気経路
３９ オフ燃料ガス経路
４０ 燃焼用空気経路
１００，２００ 燃料電池システム

Claims (7)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、
   前記燃料電池モジュールに第１ガスを供給する第１ガス供給器と、
   前記燃料電池モジュールに第２ガスを供給する第２ガス供給器と、
   前記第１ガス供給器から前記燃料電池モジュールへ第１ガスを供給する第１ガス供給経路と、
   前記第２ガス供給器から前記燃料電池モジュールへ第２ガスを供給する第２ガス供給経路と、
   前記第１ガスの流量を検知する第１流量検知器と、
   前記第２ガスの流量を検知する第２流量検知器と、
   前記燃料電池モジュールからの排ガスを排出する排出経路と、
   前記第１流量検知器で検知する前記第１ガスの流量に基づき、前記第１ガス供給器への第１入力値をフィードバック制御し、前記第２流量検知器で検知する前記第２ガスの流量に基づき、前記第２ガス供給器への第２入力値をフィードバック制御する制御器と、
   前記第１ガスの目標流量に対して予め設定される前記第１入力値の範囲である第１範囲、及び、前記第２ガスの目標流量に対して予め設定される前記第２入力値の範囲である第２範囲を記憶した記憶部と、
   を備え、
   前記制御器は、前記第１入力値が前記第１範囲内であり、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲より減少または増加した場合に、前記燃料電池モジュールの運転を停止する、異常と判定、又は報知するよう制御し、
   前記第１入力値が前記第１範囲より減少または増加し、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲内である場合に、前記燃料電池モジュールの運転を停止する、異常と判定、又は報知するよう制御する、
   燃料電池システム。
2. 前記制御器は、前記第１入力値が前記第１範囲より増加、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲より増加している場合に、前記燃料電池システムの運転を継続し、前記第１入力値が前記第１範囲より減少、前記第２入力値が前記第２範囲より減少している場合に、前記燃料電池モジュールの運転を継続する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御器は、前記第１入力値が前記第１範囲より増加、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲より減少している場合、あるいは、前記第１入力値が前記第１範囲より減少、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲より増加している場合に、前記燃料電池モジュールの運転を停止する、異常と判定、又は報知するよう制御する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御器は、前記第１入力値が前記第１範囲内であり、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲より減少または増加している状態を一定時間継続した場合、あるいは、前記第１入力値が前記第１範囲より減少または増加し、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲内である状態を一定時間継続した場合に、前記燃料電池システムの運転を停止する、異常と判定、又は報知するよう制御し、
   一定時間経過する前に、前記第１入力値が前記第１範囲より増加、かつ、前記第２入力値が前記第２範囲より増加している状態、あるいは、前記第１入力値が前記第１範囲より減少、前記第２入力値が前記第２範囲より減少している状態に変化した場合、前記燃料電池モジュールの運転を継続する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池システムは、前記第１ガス供給器が燃料ガス供給器、第２ガス供給器が酸
   化剤ガス供給器である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池モジュールは、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、
   前記燃料生成器を加熱するための燃焼部とから構成され、
   前記燃料電池システムは、原料ガスを供給する原料ガス供給器と
   酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
   燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給器と、
   を備え、
   前記第１ガス供給器は、前記原料ガス供給器、前記酸化剤ガス供給器、前記燃焼用空気供給器のうち一つのガス供給器であり、
   前記第２ガス供給器は、前記原料ガス供給器、前記酸化剤ガス供給器、前記燃焼用空気供給器のうち前記第１ガス供給器以外の一つのガス供給器である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料生成器は、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を軽減するための選択酸化部を備え、
   前記燃料電池システムは、選択酸化空気供給器を備え、
   前記第１ガス供給器は、前記原料ガス供給器、前記酸化剤ガス供給器、前記燃焼用空気供給器、選択酸化空気供給器のうち一つのガス供給器であり、
   前記第２ガス供給器は、前記原料ガス供給器、前記酸化剤ガス供給器、前記燃焼用空気供給器、選択酸化空気供給器のうち前記第１ガス供給器以外の一つのガス供給器である、請求項６記載の燃料電池システム。

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