JP2014197532A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】換気経路を介して換気する発電装置において、換気風量が過不足無く最適な風量で安定して運転する。【解決手段】制御装置１０１が、換気経路１０４の圧力損失に応じて、換気ファン１３の換気風量が第１換気風量となるように換気ファン１３を制御する発電装置であり、換気ファン１３は、回転速度を検知する回転速度検知器を備え、制御装置１０１は、換気経路１０４の圧力損失に応じて、換気ファン１３が第１換気風量となる所定の回転速度に換気ファン１３を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、原燃料を用いて発電を行う発電装置に関し、詳しくは、給排気経路を用いて屋外に給排気する発電装置に係るものである。

近年、小型で電力出力と熱出力とを同時に効率よく利用できる、小型コージェネレーションシステムが着目されている。

小型コージェネレーションシステムとしては、外燃機関であるスターリングエンジン方式や、内燃機関を用いたガスエンジン方式などがあるが、近年、ＮＯｘやＳＯｘなどの有害物質の発生がなく、また、動作音が比較的静かであるというメリットを有する電解質と触媒とを利用した燃料電池方式の発電装置が、注目されている。

この燃料電池発電装置は、原燃料である天然ガスなどから水素を生成する改質装置と、この改質装置により生成した水素と酸化剤としての酸素（空気）との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池と、この燃料電池で発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換する電力変換装置（インバータ）と、燃料電池や改質装置で発生する熱を温水として外部の熱利用機器に供給する熱回収装置と、により基本的に構成され、これらを筐体に収納するように構成されている。

燃料電池発電装置では、発電は電気化学反応によって行われるが、この電気化学反応は発熱反応であり、また、原燃料から水素を生成する改質を行うには改質装置を改質に適した温度に加熱する必要があるために、燃焼により加熱を行う。更に、発電装置を動作させるためのポンプや電磁弁といった補機類を動作させる際にも熱が発生する。このため、発電装置を動作させる際には、これらの熱を除熱される必要がある。そこで、筐体内に空気を導入して換気することで発電装置内を冷却してやる必要がある。

また、この換気は、発電装置内のガス経路から原燃料などの可燃ガスが、万が一筐体内に漏れた場合に、筐体内から筐体外に可燃ガスを希釈して排出する役割も果たす。

このような発電装置を建物内部に配置する場合には、一端が発電装置の筐体に接続され他端が建物外部に開放された排気経路を用いる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている発電装置は、給気口を備えた建物の内部に設置して使用される燃料電池発電装置であって、建物の内部の空気を燃料電池発電装置の内部へ導く空気導入口と、燃料電池発電装置の内部の空気を建物の外部へ排出する排気経路と、換気手段を備えていて、換気手段（換気ファン）が建物外部の空気を、給気口を介して建物の内部に導き、さらに空気導入口を通して燃料電池発電装置の内部に導入し、さらに排気経路を通して建物の外部へと排出する。

特開２００６−７３４４６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発電装置のような構成において、
以下のような課題があった。

すなわち、燃料電池発電装置が設置される建物によって排気経路の長さが変わるため、排気経路の圧力損失（すなわち換気ファンの静圧）が変化することで換気風量が建物によって変化してしまう。また、給気を一端が建物の外に延出し、他端が発電装置の筐体に接続された給気経路で行う発電装置においては、給気経路の長さも換気風量に影響することになる。

ここで、給気経路から外気を筐体内に取り込み、排気経路から換気する場合は、給気経路と排気経路とを併せて、また、筐体に設けた給気口から空気を取り込み、排気経路から換気する場合は、給気口と排気経路とを、以降、換気経路と称する。

しかしながら、筐体内の冷却や可燃ガスが漏洩した際に希釈するために必要な風量は、発電装置が設置される建物によっても変わらないため、燃料電池発電装置において設置を許容する最長の換気経路で発生する圧力損失において、必要な最低の換気風量を確保できるように換気ファンの回転速度を設定することが一般的である。

この場合、例えば、換気経路の長さが短くて圧力損失が小さい建物に燃料電池発電装置を設置した場合には、換気風量が多くなり過ぎるため、燃料電池発電装置の熱ロスが増加して、効率が低下する可能性や、騒音が増大する可能性があるという課題があった。

また、換気風量が多過ぎることで、燃料電池発電装置に供給される空気の温度が低い時に、換気により凍結が発生して燃料電池発電装置が運転を継続できなくなる可能性があった。

一般的に換気風量は燃料電池に供給するカソード空気や、改質装置を改質反応に維持するための燃焼に用いる燃焼空気に比べて風量が多く、風量の増加による熱ロスの増加や騒音の増大への影響が大きい。

本発明は、上記のように、換気経路を介して換気する発電装置において、換気風量が過不足無く最適な風量で安定して運転することができ、効率の低下や騒音の増大を抑制することができる発電装置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、本発明に係る発電装置は、原燃料を用いて発電を行う発電器と、前記発電器を内部に収納する筐体と、一端が大気に開放され、前記筐体の内部を経由し、他端が大気に開放されるように構成される換気経路と、前記換気経路の前記一端から前記他端に向かって空気を流し、前記筐体の内部の空気を大気へ排出する換気装置と、前記換気装置の送風能力を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記換気経路の圧力損失に応じて、前記換気装置の換気風量が第１換気風量となるように前記換気装置を制御するのである。

上記構成において、制御装置は、換気経路の圧力損失に応じて換気装置の換気風量が第１換気風量となるように換気装置を制御するので、設置される建物によって換気経路の圧力損失が変わっても、換気風量が変化しない。

したがって、換気風量が過不足無く最適な風量で安定して運転することができ、効率の低下や騒音の増大を抑制することができる。

本発明の発電装置よれば、換気風量が第１換気風量となるように換気装置を制御することが可能なため、効率の低下や騒音の増大を抑制することが可能な発電装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る発電装置の概略構成を示す模式図 本発明の実施の形態２に係る発電装置の概略構成を示す模式図 本発明の実施の形態３に係る発電装置の概略構成を示す模式図 本発明の実施の形態４に係る発電装置の概略構成を示す模式図

第１の発明は、原燃料を用いて発電を行う発電器と、前記発電器を内部に収納する筐体と、一端が大気に開放され、前記筐体の内部を経由し、他端が大気に開放されるように構成される換気経路と、前記換気経路の前記一端から前記他端に向かって空気を流し、前記筐体の内部の空気を大気へ排出する換気装置と、前記換気装置の送風能力を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記換気経路の圧力損失に応じて前記換気装置の換気風量が第１換気風量となるように前記換気装置を制御する、発電装置である。

ここで、「第１換気風量」とは、所定の風量であっても良いし、所定の風量範囲であっても良い。

上記構成において、制御装置が、換気経路の圧力損失に応じて換気装置の換気風量が第１換気風量となるように換気装置を制御するので、設置される建物によって換気経路の圧力損失が変わっても、換気風量が変化しない。

したがって、換気風量が過不足無く最適な風量で安定して運転することができ、効率の低下や騒音の増大を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明における前記換気装置として、回転速度を検知する回転速度検知器を備えた換気ファンを用い、前記制御装置が、前記換気経路の圧力損失に応じて、前記換気ファンの換気風量が第１換気風量となる所定の回転速度を設定し、前記回転速度検知器が検知する前記回転速度が、前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御するものである。

上記構成において、制御装置が、換気経路の圧力損失に応じて、換気ファンの換気風量が第１換気風量となる所定の回転速度を設定し、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度となるように換気ファンを制御する。

これにより、設置される建物によって換気経路の圧力損失が変わっても、換気ファンが第１換気風量となる所定の回転数で動作するため、換気風量が変化しない。

第３の発明は、第２の発明に加えて、前記換気経路の圧力損失を設定可能な設定器さらに備え、前記制御装置が、前記換気経路の圧力損失と、前記第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係を予め記憶しており、前記設定器において設定された前記換気経路の圧力損失に基づいて前記所定の回転速度を決定し、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御するものである。

上記構成において、制御装置が、換気経路の圧力損失と、第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係を予め記憶しており、設定器において設定された換気経路の圧力損失に基づいて所定の回転速度を決定し、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の
回転速度となるように換気ファンを制御する。

これにより、設置される建物によって換気経路の長さが変わっても、設置者や使用者が設定器を介して換気経路の圧力損失を設定することで、換気ファンが所定の回転数で動作するため、換気風量の過不足が生じない。

第４の発明は、第３の発明において、前記設定器において設定する前記換気経路の圧力損失を、少なくとも前記換気経路の長さにしたものである。

これにより、設置者や使用者が比較的容易に換気経路の圧力損失を、設定器を介して設定することができるため、設置される建物によって換気経路の長さが変わっても換気風量の過不足が生じない。

第５の発明は、第３または第４の発明において、前記設定器において設定する前記換気経路の圧力損失を、少なくとも前記換気経路の長さにしたものである。

これにより、設置者や使用者が比較的容易に換気経路の圧力損失を、設定器を介して設定することができるため、設置される換気経路の径によっても換気風量の過不足が生じない。

第６の発明は、第２の発明における前記制御装置が、予め設定された第１操作量で前記換気ファンを動作させたときの回転速度と前記第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係を予め記憶しており、前記第１操作量で前記換気ファンを動作させたときに前記回転速度検知器で検知された第１回転速度に基づいて、前記所定の回転速度を決定し、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御するものである。

上記構成において、制御装置が、予め設定された第１操作量で換気ファンを動作させたときの回転速度と第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係を予め記憶しており、第１操作量で換気ファンを動作させたときに回転速度検知器で検知された第１回転速度に基づいて、所定の回転速度を決定し、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度となるように換気ファンを制御する。

これにより、第１操作量で換気ファンを動作させた際の回転速度が換気経路の圧力損失によって変化するために、そのときの回転速度から予め記憶しておいた回転速度と圧力損失の関係から換気経路の圧力損失を推測することが可能となり、第１換気風量を出すのに必要な回転速度を算出して、その回転速度で換気ファンを制御することが可能となる。

第７の発明は、第６の発明における前記制御装置が、予め設定された第２操作量で前記換気ファンを動作させたときの回転速度と、前記第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係をさらに予め記憶しており、前記第１回転速度、および前記第２操作量で前記換気ファンを動作させたときに前記回転速度検知器で検知された第２回転速度に基づいて、前記所定の回転速度を決定し、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御するものである。

上記構成において、制御装置が、予め設定された第２操作量で換気ファンを動作させたときの回転速度と、第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係をさらに予め記憶しており、第１回転速度、および第２操作量で換気ファンを動作させたときに回転速度検知器で検知された第２回転速度に基づいて、所定の回転速度を決定し、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度となるように換気ファンを制御する。

これにより、より正確に換気経路の圧力損失を推測することが可能となるため、確実に第１換気風量となるように換気ファンの回転速度を制御することが可能となる。

第８の発明は、第２から第７のいずれかの発明に加えて、前記換気経路のうちの前記筐体内に供給される空気が流れる経路である給気経路、または前記筐体内の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御装置が、前記温度検知器で検知された温度が第１温度以下である場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるよう前記換気ファンの操作量を制御し、前記温度検知器で検知された温度が前記第１温度以上である第２温度より大きい場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記第１温度以下である場合の前記所定の回転速度よりも速い回転速度となるように、前記換気ファンを制御するものである。

上記構成において、制御装置が、温度検知器で検知された温度が第１温度以下である場合に、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度となるよう換気ファンの操作量を制御し、温度検知器で検知された温度が第１温度以上である第２温度より大きい場合に、回転速度検知器が検知する回転速度が第１温度以下である場合の所定の回転速度よりも速い回転速度となるように、換気ファンを制御する。

これにより、第１温度以下である場合に、換気風量が第１換気風量よりも多くなり過ぎて、放熱ロスによる発電装置の効率の低下や、発電装置内の水の凍結を抑制することが可能となる。更に、第２温度以上の場合に、第１温度の場合よりも多い換気風量を出すように換気ファンを制御することができるため、温度が高い場合に、発電装置の内部の温度上昇を抑制することができる。

第９の発明は、第２から第８のいずれかの発明に加えて、燃焼により熱媒体を加熱する燃焼装置を更に備え、前記燃焼装置と前記換気経路とは、一端が前記燃焼装置に接続され、他端が前記換気経路の途中に接続され、前記換気経路は、前記給気経路が前記筐体と前記燃焼装置とに空気を供給するように構成され、前記筐体から排出される空気と前記燃焼装置の排気ガスとが大気に排出されるように構成されており、前記制御装置は、前記燃焼装置が停止中の場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるよう前記換気ファンを制御し、前記燃焼装置が動作中の場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度よりも速い回転速度となるように、前記換気ファンを制御するものである。

上記構成において、制御装置は、燃焼装置が停止中の場合に、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度となるよう換気ファンを制御し、燃焼装置が動作中の場合に、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度よりも速い回転速度となるように、換気ファンを制御する。

これにより、燃焼装置が動作して、換気経路の圧力損失が上昇した際にも、第１換気風量を維持することが可能となり、また、燃焼装置が停止しても、換気風量が増加することを抑制することが可能となる。

第１０の発明は、第２から第９のいずれかの発明に加えて、前記発電器に供給される原燃料の流量を制御する流量制御器をさらに備え、前記制御装置が、前記原燃料の流量が第１流量以上の場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるよう前記換気ファンを制御し、前記原燃料の流量が第１流量以下である第２流量未満である場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度よりも遅い回転速度となるように、前記換気ファンを制御するものである。

上記構成において、制御装置が、原燃料の流量が第１流量以上の場合に、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度となるよう換気ファンを制御し、原燃料の流量が第１流量以下である第２流量未満である場合に、回転速度検知器が検知する回転速度が所定の回転速度よりも遅い回転速度となるように、換気ファンを制御する。

これにより、原燃料の流量によって換気風量を最適な風量となるように制御することが可能となる。

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は同一符号を付し、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の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に係る発電装置の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る発電装置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に係る発電装置１００は、建物２００の内部に配置されている。発電装置１００は、発電器である燃料電池１１、換気ファン１３、燃料ガス供給器１４、酸化剤ガス供給器１５、および制御装置１０１を有し、排気経路７０と給気経路７８から構成される換気経路１０４とを備えている。

発電装置１００の筐体１２内には、燃料電池１１、換気ファン１３、燃料ガス供給器１４、及び酸化剤ガス供給器１５が配置されている。また、制御装置１０１も筐体１２内に配置されている。なお、本実施の形態１においては、制御装置１０１は、発電装置１００の筐体１２内に配置する構成を採用したが、これに限定されず、制御装置１０１は、筐体１２外に配置する構成を採用してもよい。

筐体１２を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１６が設けられていて、孔１６には、排気経路７０を構成する配管と給気経路７８を構成する配管（すなわち、二重配管）が接続されている。なお、排気経路７０を構成する配管が、給気経路７８を構成する配管の内側に配置されている。

排気経路７０は、その上流端が筐体１２に接続されていて、発電装置１００から排出される排出ガスが通流するように構成されている。排気経路７０は、建物２００の外側にまで延びるように形成されていて、その下流端（開口）は、大気に開放されている。また、給気経路７８は、その下流端は、筐体１２に接続されていて、その上流端（開口）は、大気に開放されている。発電装置１００に外部（ここでは、建物２００外）から空気を供給することができる。

燃料ガス供給器１４は、燃料電池１１に燃料ガス（水素ガス）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、水素生成装置、水素ボンベ、又は水素吸蔵合金等の水素ガスを供給するように構成された機器で構成されていてもよい。

また、燃料ガスの流量を調整する手段としては、流量計とガス用ポンプとを備え、流量
計で計測した燃料ガスの流量に基づいてガス用ポンプを所定の流量となるようにフィードバック制御しても良いし、操作量と流量との関係が一定である定容積型ガス用ポンプを用いて操作量によって流量制御しても良い。燃料ガス供給器１４には、燃料ガス供給経路７１を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の燃料ガス経路１１Ａの入口）が接続されている。

酸化剤ガス供給器１５は、燃料電池１１に酸化剤ガス（空気）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器１５には、酸化剤ガス供給経路７２を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の酸化剤ガス経路１１Ｂの入口）が接続されている。

燃料電池１１は、アノードとカソードを有している（いずれも図示せず）。燃料電池１１では、燃料ガス経路１１Ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス経路１１Ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス経路１１Ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス経路１１Ｂを通流する間に、カソードに供給される。

そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。

なお、発生した電気は、図示されない電力調整器（インバータ）により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体経路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、水を加熱するのに使用することができる。

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や固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池や、スターリングエンジン方式やガスエンジン方式の発電器を用いることができる。

しかしながら、発電器として燃料電池を用いれば、スターリングエンジン方式やガスエンジン方式に比べ、ＮＯｘやＳＯｘなどの有害物質の発生がなく、また、音が比較的静かなであるというメリットを得ることが可能となる。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。

燃料ガス経路１１Ａの出口には、オフ燃料ガス経路７３の上流端が接続されている。オフ燃料ガス経路７３の下流端は、排気経路７０に接続されている。また、酸化剤ガス経路１１Ｂの出口には、オフ酸化剤ガス経路７４の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス経路７４の下流端は、排気経路７０に接続されている。

これにより、燃料電池１１で使用されなかった燃料ガス（以下、オフ燃料ガス）は、燃料ガス経路１１Ａの出口からオフ燃料ガス経路７３を介して、排気経路７０に排出される。また、燃料電池１１で使用されなかった酸化剤ガス（以下、オフ酸化剤ガス）は、酸化剤ガス経路１１Ｂの出口からオフ酸化剤ガス経路７４を介して、排気経路７０に排出される。排気経路７０に排出されたオフ燃料ガスは、オフ酸化剤ガスにより希釈されて、建物２００外に排出される。

換気ファン１３は、換気排気経路７５を介して排気経路７０と接続されている。換気ファン１３としては、筐体１２内を換気することができれば、どのような構成であってもよい。

これにより、給気口から発電装置１００外の空気が筐体１２内に給気され、換気ファン１３を作動させることにより、筐体１２内のガス（主として、空気）が換気排気経路７５及び排気経路７０を介して、建物２００外に排出され、筐体１２内が換気される。

なお、本実施の形態１においては、換気ファン１３は、筐体１２内に配置するように構成したが、これに限定されない。換気ファン１３は、排気経路７０内に配置するように構成してもよい。

また、換気ファン１３には、換気ファン１３の回転速度を検知する回転速度検知器（図示せず）が備えられ、回転速度検知器によって検知した回転速度は、後述する制御装置１０１に信号として入力される。

このように、本実施の形態１においては、オフ燃料ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン１３が作動することによる筐体１２内のガスが、発電装置１００から排出される排出ガスとして、例示される。

なお、発電装置１００から排出される排出ガスは、これらのガスに限定されず、例えば、燃料ガス供給器１４が水素生成装置で構成されている場合、該水素生成装置から排出されるガス（燃焼排ガス、水素含有ガス等）であってもよい。

また、本実施の形態１においては、酸化剤ガスおよび換気ファン１３が作動することにより筐体１２に供給されるガス（空気）が、発電装置１００に供給される外気として、例示される。

なお、発電装置１００に供給される外気は、これらのガス（空気）に限定されず、例えば、燃料ガス供給器１４が水素生成装置で構成されている場合、該水素生成装置に供給される燃焼空気や、該水素生成装置が選択酸化器を備えている場合には、選択酸化空気であっても良い。また、燃料電池１１のアノードに一酸化炭素による触媒の被毒を防止するために供給するブリードエアーであっても良い。

制御装置１０１は、換気ファン１３の回転速度検知器からの信号を入力信号として受け取り、換気ファンの回転速度が所定の回転速度となるように制御するものである。なお、制御装置１０１は、発電装置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い。

制御装置１０１は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、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る記憶部を備えている。そして、制御装置１０１は、演算処理部が、記憶部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発電装置１００に関する各種の制御を行う。

なお、制御装置１０１は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して発電装置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、制御装置１０１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いてもよい。

また、制御装置１０１は、設定器１０２を備えている。設定器１０２は、発電装置の設置者または使用者が、設置された換気経路１０４の長さを入力することが可能な構成となっており、設定器１０２で入力された換気経路１０４の長さ情報は、制御装置１０１に情
報として伝達されるように電気的に接続されている。

なお、本実施の形態１の発電装置１００では、設定器１０２が筐体１２内に設置されている形態を例示したが、これに限定されることは無く、発電装置１００の筐体１２の外部に設定器１０２を備えても良い。

次に、本実施の形態１に係る発電装置１００の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、発電装置１００の起動動作および発電動作は、一般的な燃料電池発電装置の起動動作および発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。ここで、発電装置１００の「起動動作」とは、発電装置１００が発電動作を開始するまでの発電装置１００の動作を示す。

発電装置１００の発電動作中は、制御装置１０１は燃料ガス供給器１４と酸化剤ガス供給器１５とを動作させ、燃料電池１１に燃料ガスと酸化剤ガス（空気）とを供給することで、燃料電池１１において電気化学反応で発電を行う。

この燃料電池１１における電気化学反応は発熱反応であり、また、燃料ガス供給器１４と酸化剤ガス供給器１５との動作することで熱が発生し、筐体１２内の温度が上昇することになる。

よって、制御装置１０１で換気ファン１３を動作させ、建物２００外の空気を、給気経路７８を介して筐体１２内に取り込み、換気排気経路７５から排気経路７０を介して建物２００外に排気することで、発電装置１００の筐体１２内を冷却してやる。

また、発電器である燃料電池１１に燃料ガスを供給するが、燃料ガスは可燃ガスであるために、万が一のガス漏洩に備え、換気ファン１３を動作させることで、筐体１２内に漏洩したガスを可燃範囲以下に希釈して建物２００外に排出してやる役割も担う。

よって、換気ファン１３を動作させることによる換気風量は、筐体１２内の燃料ガス供給器１４や酸化剤ガス供給器１５、更には図示しない電磁弁やポンプなどの補機類の温度を、それらの補機類が発電装置１００の運転期間中に正常に動作する上で、動作が保証される温度以下に冷却し、また、漏洩した可燃ガスの濃度を可燃範囲外の濃度まで希釈できる風量であることが求められる。

すなわち、換気ファン１３の換気風量は、筐体１２内の補記類の冷却に必要な風量と、漏洩した可燃ガスの希釈に必要な風量とのうち多い方の風量が、最低限必要な風量である第１換気風量となる。

一方、給気経路７８と排気経路７０とから構成される換気経路１０４の長さは、発電装置１００が設置される建物２００によって異なるが、換気ファン１３の負荷となる圧力損失は、換気経路１０４の長さによって異なるため、第１換気風量を確保するための換気ファン１３の回転速度は、換気経路１０４によって変化することになる。

発電装置１００を設置することを許容する換気経路１０４の最大の長さにおいて、第１換気風量を確保できる換気ファン１３の回転速度で、制御装置１０１が常に換気ファン１３を動作させるようにすることで、換気経路１０４の長さによらず、常に第１換気風量以上の換気風量を確保することは可能であるが、この場合、発電装置１００が、換気経路１０４が最大の長さから短い状態で設置された場合、換気風量が多くなり過ぎて、筐体１２内が冷却され過ぎ、発電装置１００で発生した熱を回収できずに換気によって建物２００の外に排出してしまうため、発電装置１００の効率が低下したり、換気による騒音が増大
したりしてしまう可能性がある。

しかしながら、本実施の形態１の発電装置１００における制御装置１０１は、換気ファン１３の回転速度を、換気経路１０４の長さに応じて、予め制御装置１０１に記憶させておいた所定の回転速度で制御するものである。

この所定の回転速度は、予め実験によって換気経路１０４の長さを変化させ、その際に第１換気風量を確保するのに必要な換気ファン１３の回転数を求め、換気経路１０４の長さと換気ファン１３の回転速度との関係を制御装置１０１に記憶させておけば良い。

これにより、換気経路１０４の長さが、発電装置１００が設置される建物２００によって変わったとしても、第１換気風量を確保することが可能となり、また、換気風量が多くなり過ぎて発電装置１００の効率が低下したり、騒音が増大したりすることを抑制することができる。

また、本実施の形態１の発電装置１００は、発電装置１００と換気経路１０４とを設置した際、設置者または使用者によって、予め設定器１０２を介して、換気経路１０４の圧力損失の情報として換気経路１０４の長さを入力するようにしたものである。

しかしながら、換気経路１０４の圧力損失の情報として、換気経路１０４の径や曲がり回数を入力するようにしても良いし、長さ，径，曲り回数の複数を入力するようにしてもよい。

この際は、予め、換気経路１０４の径や曲がり回数と圧力損失との関係から、第１換気風量と換気ファン１３の回転速度との関係を実験により求め、制御装置１０１に記憶させておけば良い。また、換気経路１０４の曲がりによる圧力損失と、その圧力損失に相当する換気経路１０４の長さの関係を事前に実験により計測し、換気経路１０４の曲がり回数を換気経路１０４の長さに置き換えて、換気経路１０４の長さと曲がり回数とから設定器１０２により設定しても良い。

これにより、発電装置１００が設置される建物２００によって、換気経路１０４の長さが変わり、換気経路１０４が短い場合でも、換気風量が多くなり過ぎることがなく、放熱ロスが増加して発電装置の効率が低下することを抑制することができる発電装置１００を比較適容易に提供することが可能となる。また、換気風量が多くなり過ぎることで、発電装置１００の動作音が大きくなることを抑制することが可能である。

なお、本実施の形態１の発電装置１００では、換気装置として換気ファン１３を用い、更に換気ファン１３の回転速度が、換気経路１０４の長さに応じて第１換気風量となる所定の回転速度となるように制御装置１０１によって制御したが、これに限定されることはなく、換気経路１０４の長さに応じて第１換気風量となる入力（操作量）を換気ファン１３に与えるようにしても良いし、換気ファン１３の代わりに、ダイヤフラム式の送風装置などを用いても良い。

この場合の、予め実験により換気経路１０４の圧力損失と、その圧力損失の時に第１換気風量となる換気ファン、もしくはダイヤフラム式送風装置の入力（操作量）と、の関係を求め、制御装置１０１に記憶させておけばよい。

また、燃料ガス供給器１４で供給される燃料ガスの流量に応じて、換気風量を変化させても良い。すなわち、燃料ガスの流量が少ない場合には、漏洩するガスの量が少なく、燃料ガスの流量が多い場合には、漏洩するガスの量が多くなるため、それに応じて換気風量
を変化させても、漏洩ガスを希釈排気することが可能となる。

よって、燃料ガスの流量によって必要となる換気風量が変わる場合には、燃焼ガスの流量が第１流量以上である場合に、第１回転速度で換気ファン１３を動作させ、燃料ガスの流量が第１流量以下の第２流量未満の場合に、第１回転速度よりも遅い第２回転速度で換気ファン１３を制御しても良い。

これにより、換気風量が過不足することなく、発電装置の効率低下や騒音の増大を抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発電装置は、設定器により換気経路の圧力損失を入力することなく、換気ファンを所定の操作量で動作させたときの回転速度から制御装置が換気経路の圧力損失を自動で算出し、制御装置が第１換気風量となるように換気ファンを制御する態様を例示するものである。

図２は、本発明の実施の形態２に係る発電装置の概略構成を示す模式図である。

図２に示すように、本発明の実施の形態２に係る発電装置１００は、実施の形態１に係る発電装置１００と基本的構成は同じであるが、制御装置１０１に設定器を備えていない点で実施の形態１の発電装置１００と異なる。

本実施の形態２の発電装置１００では、発電装置１００の起動運転の前に、制御装置１０１は換気ファン１３を所定の第１操作量で動作させ、換気ファン１３の回転速度検知器（図示せず）によって、その回転速度を検知する。そして、検知した回転速度に基づいて、後述する換気経路１０４の圧力損失を予め記憶しておいたデータから第１換気風量を確保するのに必要な換気ファン１３の回転速度を算出し、換気ファン１３をその回転速度で制御する。

ここで、「換気ファン１３を第１換気風量が確保できる回転速度で制御する」ためには、予め実験により、換気経路１０４の長さを変えて、第１換気風量となる換気ファン１３の回転速度との関係を求め、さらに所定の第１操作量のときの換気ファン１３の回転速度を求めてデータとして制御装置１０１に記憶させておくことで、実現することができる。

発電装置１００の起動運転の前に換気ファン１３を所定の第１操作量で動作させるのは、発電装置１００が起動運転、および発電運転に入ると、燃料ガス供給器１４や酸化剤ガス供給器１５が動作を開始し、原燃料が燃料ガス供給経路７１を介し、酸化剤ガスである空気が酸化剤ガス供給経路７２を介して、それぞれ発電器である燃料電池１１に供給され、燃料電池１１での発電に使用されなかったオフ燃料ガスおよびオフ酸化剤ガスが、オフ燃料ガス経路７３およびオフ酸化剤ガス経路７４を介して排気経路７０に排出される。

このため、換気経路１０４の排気経路７０の圧力損失は、換気風量による圧力損失と排出ガス（すなわち燃料電池１１から排出されるオフ燃料ガスとオフ酸化剤ガスとが混合したガス）による圧力損失とが合わさったものとなるために、換気ファン１３の負荷となる換気経路１０４の圧力損失を算出するのが複雑になるためであるが、排出ガスの流量が、例えば供給する原燃料と酸化剤ガスとの流量を測定することができる場合には、発電装置１００の起動運転中に行っても構わない。

これにより、比較的簡単な構成で発電装置１００の施工者や使用者が換気経路１０４の長さなどの情報を入力することなく、自動的に換気風量を第１換気風量に制御することが
できるようになるため、換気風量が増大して効率が低下したり、騒音が増大したりすることを抑制することが可能である。

なお、本実施の形態２の発電装置１００では、発電装置１００の起動運転の前に制御装置１０１が換気ファン１３を所定の第１操作量で動作させることによって、換気経路１０４の圧力損失を算出するようにしたが、発電装置１００を設置した以降は換気経路１０４の長さや曲がり回数は変化しないため、発電装置１００を設置した後の初回の起動動作の前に、制御装置１０１が換気ファン１３を所定の第１操作量で動作させることによって、換気経路１０４の圧力損失を算出するようにしても良い。

また、本実施の形態２の発電装置１００では、換気経路１０４の圧力損失を算出するのに、制御装置１０１が換気ファン１３を所定の第１操作量で動作させたときの回転速度に基づいて算出を行ったが、第１操作量で動作させたときの回転速度度と、第２操作量で動作させたときの回転速度から換気経路１０４の圧力損失を算出し、算出した圧力損失に基づいて換気ファン１３の回転速度が所定の回転速度となるように制御するようにしても良い。

これにより、換気経路１０４の圧力損失を第１操作量で動作させて算出する場合に比べて正確に算出することが可能となるため、より過不足無く換気風量を第１換気風量に制御することが可能となり、効率の低下や騒音の増大を抑制することが可能となる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る発電装置は、発電装置に供給される外気（空気）の温度に従って換気風量を変化させる発電装置を例示するものである。

図３は、本発明の実施の形態３に係る発電装置の概略構成を示す模式図である。

図３に示すように、本発明の実施の形態３に係る発電装置１００は、実施の形態２に係る発電装置１００と基本的構成は同じであるが、換気経路１０４の給気経路７８に温度検知器８１を備えている点で実施の形態２の発電装置１００と異なる。

なお、温度検知器８１は、給気経路７８内の温度を検知することができれば、どのような構成であっても良く、使用される機器は限定されない。また、本実施の形態３においては、温度検知器８１は、給気経路７８内に配置する構成としたが、これに限定されず、センサ部分を給気経路７８内に配置し、他の部分を給気経路７８外に配置する構成としても良い。

制御装置１０１は、発電装置１００の起動運転の前に、換気ファン１３を所定の第１操作量で動作させて、換気経路１０４の圧力損失を算出すると共に、温度検知器８１で給気経路７８を流通する外気の温度を計測し、温度検知器８１で検知した温度が第１温度以下であるか否かを判断する。

温度検知器８１で検知した温度が第１温度以上の場合に、換気ファン１３の回転速度が第１換気風量を出すのに必要な所定の回転速度となるように換気ファン１３を制御する。

逆に、温度検知器８１で検知した温度が第１温度以下の第２温度未満の場合には、制御装置１０１は、換気ファン１３の回転速度を所定の回転速度よりも遅い回転速度で制御する。

ここで、第１温度および第２温度は、給気経路７８を介して筐体１２内に供給される外
気の温度と、発電装置１００の筐体１２内の補機類を各補機類の動作保証温度以下に冷却するのに必要となる換気風量との関係を予め実験により求め、第１温度以上のときに必要な換気風量と第２温度未満のときに必要な換気風量とをそれぞれ求めておき、発電装置１００の起動運転の前に換気ファン１３を第１操作量で動作させた際の圧力損失と外気の温度とから、制御装置１０１が換気ファン１３の回転速度を決定するものである。

これにより、外気温が高い場合（すなわち第１温度以上の場合）でも、換気風量が不足して筐体１２内の補機類の温度が保証温度を超えることが無く、逆に外気温が低い場合（すなわち第２温度未満の場合）でも、換気風量が多過ぎて発電装置１００の効率が低下したり、騒音が増大したりすることを抑制することができると共に、第２温度を零度以下に設定した場合に、換気風量が多過ぎて筐体１２内の水が凍結して発電装置１００の動作を阻害してしまうことを抑制することが可能となる。

なお、本実施の形態３の発電装置１００では、第１温度と第２温度とを別の温度とした。これは、第１温度と第２温度とを同じ温度とした場合には、温度検知器８１で検知する外気の温度が第１温度以上と第１温度未満との間を行き来した場合に、換気ファン１３の回転速度が頻繁に変化して異音として感じてしまうことを懸念したためであるが、例えば第１温度以上を１０分間以上継続した場合と第１温度未満を１０分継続した場合とで換気ファン１３の回転速度を切り替える、などとして換気ファン１３の回転速度が頻繁に切り替わることを防止すれば、第１温度と第２温度とを同じ温度としても良い。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る発電装置は、発電装置の換気経路に燃焼装置の給排気経路が接続されている態様を例示するものである。

図４は、本発明の実施の形態４に係る発電装置の概略構成を示す模式図である。

図４に示すように、本発明の実施の形態４に係る発電装置１００は、実施の形態２に係る発電装置１００と基本的構成は同じであるが、別途、燃焼装置１０３を備えている。

燃焼装置１０３には、燃焼器１７と燃焼器１７に燃焼空気供給経路７６を介して空気を供給する燃焼ファン１８とを有する。燃焼ファン１８は、燃焼器１７に燃焼空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。

燃焼器１７には、図示されない原燃料供給器から天然ガス等の可燃性ガスや灯油等の液体燃料等の原燃料が供給される。そして、燃焼器１７では、燃焼ファン１８から供給された燃焼空気と、原燃料供給器から供給された原燃料と、を燃焼して、熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。なお、発生した熱は、水を加熱するのに使用することができる。すなわち、燃焼装置１０３は、ボイラとして使用してもよい。

また、燃焼器１７には、排出ガス経路７７の上流端が接続されていて、排出ガス経路７７の下流端は、排気経路７０に接続されている。これにより、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスは、排出ガス経路７７を介して、排気経路７０に排出される。すなわち、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスが、燃焼装置１０３から排出される排出ガスとして、排気経路７０に排出される。そして、排気経路７０に排出された燃焼排ガスは、排気経路７０を通流して、建物２００外に排出される。

燃焼装置１０３を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１９が設けられていて、排気経路７０を構成する配管と給気経路７８を構成する配管（すなわち、二重配管
）が接続されている。

すなわち、排気経路７０は、分岐されていて、２つの上流端は、孔１６及び孔１９のそれぞれに、接続されている。同様に、給気経路７８は、分岐されていて、２つの下流端は、孔１６及び孔１９のそれぞれに、接続されている。

この構成により、燃焼装置１０３が作動すると、燃焼装置１０３から排出された、比較的温度の高い燃焼排ガスが排出ガス経路７７から排気経路７０に通流し、排気経路７０の外側に配置された給気経路７８を通流する空気と熱交換をして、給気経路７８を通流する空気を加熱する。

本実施の形態４の発電装置１００の制御装置１０１は、発電装置１００の起動運転の前で燃焼装置１０３が運転していない停止中に、換気ファン１３を所定の第１操作量で動作させ、換気ファン１３の回転速度を検知することで、換気経路１０４の圧力損失を算出する。

更に制御装置１０１は、発電装置１００が起動運転を開始すると、換気ファン１３を、第１換気風量を確保することが可能な所定の回転速度で制御するが、発電装置１００の起動運転と発電運転の間、燃焼装置１０３が運転中か否かを検知する。そして燃焼装置１０３が運転を行っていない停止中においては、制御装置１０１は換気ファン１３の回転速度を所定の第１回転速度に制御し、燃焼装置１０３が運転中には、換気ファン１３の回転速度を第１回転速度よりも速い第２回転速度で制御する。

ここで、第１回転速度は、換気経路１０４の長さや曲がり回数による圧力損失において第１換気風量を確保するのに必要な回転速度であり、第２回転速度は、燃焼装置１０３に供給される外気による圧力損失と、燃焼装置１０３の排出ガスによる圧力損失とを、換気ファン１３が動作することにより生じる圧力損失に加算した場合に、第１換気風量を確保するのに必要な回転速度であり、予め実験により求め、制御装置１０１に記憶させておけば良い。

これにより、燃焼装置１０３が動作した場合と停止した場合とで、換気風量が変化することが無く、換気風量の過不足を防止することが可能となる。よって、換気風量を第１換気風量に制御することが可能となり、効率の低下や騒音の増大を抑制することが可能となる。

本発明の発電装置は、換気風量が過不足無く最適な風量で安定して運転できるので、建物内に設置され換気経路を介して換気する燃料電池発電装置等の発電装置に適用できる。

１１ 燃料電池
１２ 筐体
１３ 換気ファン
１４ 燃料ガス供給器
７８ 給気経路
８１ 温度検知器
１００ 発電装置
１０１ 制御装置
１０２ 設定器
１０３ 燃焼装置
１０４ 換気経路

Claims (10)

1. 原燃料を用いて発電を行う発電器と、
   前記発電器を内部に収納する筐体と、
   一端が大気に開放され、前記筐体の内部を経由し、他端が大気に開放されるように構成される換気経路と、
   前記換気経路の前記一端から前記他端に向かって空気を流し、前記筐体の内部の空気を大気へ排出する換気装置と、
   前記換気装置の送風能力を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記換気経路の圧力損失に応じて、前記換気装置の換気風量が第１換気風量となるように前記換気装置を制御する、
   発電装置。
2. 前記換気装置は、回転速度を検知する回転速度検知器を備えた換気ファンであり、
   前記制御装置は、前記換気経路の圧力損失に応じて、前記換気ファンの換気風量が第１換気風量となる所定の回転速度を設定し、前記回転速度検知器が検知する前記回転速度が、前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御する、
   請求項１に記載の発電装置。
3. 前記換気経路の圧力損失を設定可能な設定器さらに備え、
   前記制御装置は、前記換気経路の圧力損失と、前記第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係を予め記憶しており、
   前記設定器において設定された前記換気経路の圧力損失に基づいて前記所定の回転速度を決定し、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御する、
   請求項２に記載の発電装置。
4. 前記設定器において設定する前記換気経路の圧力損失は、少なくとも前記換気経路の長さである、請求項３に記載の発電装置。
5. 前記設定器において設定する前記換気経路の圧力損失は、少なくとも前記換気経路の径である、請求項３または４に記載の発電装置。
6. 前記制御装置は、予め設定された第１操作量で前記換気ファンを動作させたときの回転速度と前記第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係を予め記憶しており、
   前記第１操作量で前記換気ファンを動作させたときに前記回転速度検知器で検知された第１回転速度に基づいて、前記所定の回転速度を決定し、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御する、
   請求項２に記載の発電装置。
7. 前記制御装置は、予め設定された第２操作量で前記換気ファンを動作させたときの回転速度と、前記第１換気風量を得るために必要な回転速度との対応関係をさらに予め記憶しており、
   前記第１回転速度、および前記第２操作量で前記換気ファンを動作させたときに前記回転速度検知器で検知された第２回転速度に基づいて、前記所定の回転速度を決定し、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるように前記換気ファンを制御する、
   請求項６に記載の発電装置。
8. 前記換気経路のうちの前記筐体内に供給される空気が流れる経路である給気経路、または前記筐体内の温度を検知する温度検知器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記温度検知器で検知された温度が第１温度以下である場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるよう前記換気ファンの操作量を制御し、
   前記温度検知器で検知された温度が前記第１温度以上である第２温度より大きい場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記第１温度以下である場合の前記所定の回転速度よりも速い回転速度となるように、前記換気ファンを制御する、
   請求項２から７のいずれか１項に記載の発電装置。
9. 燃焼により熱媒体を加熱する燃焼装置を更に備え、
   前記燃焼装置と前記換気経路とは、一端が前記燃焼装置に接続され、他端が前記換気経路の途中に接続され、前記換気経路は、前記給気経路が前記筐体と前記燃焼装置とに空気を供給するように構成され、前記筐体から排出される空気と前記燃焼装置の排気ガスとが大気に排出されるように構成されており、
   前記制御装置は、前記燃焼装置が停止中の場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるよう前記換気ファンを制御し、
   前記燃焼装置が動作中の場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度よりも速い回転速度となるように、前記換気ファンを制御する、
   請求項２から８のいずれか１項に記載の発電装置。
10. 前記発電器に供給される原燃料の流量を制御する流量制御器をさらに備え、
    前記制御装置は、前記原燃料の流量が第１流量以上の場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度となるよう前記換気ファンを制御し、
    前記原燃料の流量が第１流量以下である第２流量未満である場合に、前記回転速度検知器が検知する回転速度が前記所定の回転速度よりも遅い回転速度となるように、前記換気ファンを制御する、
    請求項２から９のいずれか１項に記載の発電装置。

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