JP2021061186A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体の内部で発生する漏水を早期に検知可能な燃料電池装置ＦＣを提供する。【解決手段】筐体１の内部に、燃料電池部３及び燃料改質部４を有する発電部Ｇと、発電部Ｇの運転に関連して用いられる水が流動できる水流路Ｌｗと、その水流路Ｌｗで水を流す水ポンプＰと、発電部Ｇ及び水ポンプＰの運転を制御する運転制御部とを備える燃料電池装置ＦＣであって、筐体１の内部の湿度を測定する湿度センサと、筐体１の内部で漏水が発生したか否かを、水ポンプＰが水流路Ｌｗで水を流している間での湿度センサの測定結果に基づいて判定する漏水判定処理を行う漏水判定部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、筐体の内部に、燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部と、発電部の運転に関連して用いられる水が流動できる水流路と、水流路で水を流す水ポンプと、発電部及び水ポンプの運転を制御する運転制御部とを備える燃料電池装置に関する。

特許文献１（国際公開第２０１０／１１３５１９号）には、漏水が発生したか否かを判定する燃料電池装置が記載されている。漏水を検知する手法としては、直接的な手法と間接的な手法とが記載されている。例えば、漏水を直接的に検知する手法としては、燃料電池装置の筐体の底に設けられた、一対の電極間に漏水が位置した場合に漏水を感知する漏水センサを用いる手法が記載されている。漏水を間接的に検知する手法としては、循環水タンクにおける水位の異常低下を検知すること等が記載されている。

他にも、特許文献２（特開２００４−１８４１０１号公報）には、浴室などの水廻り室の床下に配設され漏水受け皿内に漏水が所定量溜まった時点で漏水を検知するセンサ部と、センサ部からの信号を受信し警報を発する受信部とを備える床下漏水検知装置が記載されている。また、特許文献３（特開２００７−２１８８８４号公報）には、給水管や排水管の管接続部に吸水性を有し且つ水濡れで外観変化を生ずる漏水検知シートを外部に露出させる状態に貼着しておき、漏水検知シートの外観変化に基づいて漏水の有無を判定する方法が記載されている。

国際公開第２０１０／１１３５１９号 特開２００４−１８４１０１号公報 特開２００７−２１８８８４号公報

燃料電池装置は、その筐体内に電池冷却水流路、改質用水流路、浄化流路、排熱回収流路など多くの水流路を有している。そのため、水流路からの水漏れが発生すると、筐体内に設けられている多くの内部部品が濡れて、それら内部部品が故障する可能性がある。漏水は金属配管の腐食や樹脂ホースの劣化、継手のシール不良などにより発生すると考えられるが、何れの場合も最初は水が滴下する程度であるが進行すると水が噴き出して、内部部品を濡らしてしまう虞がある。漏水は燃料電池装置の運転時に起こるが停止時には無くなると考えられるため、漏水初期のような僅かな水が滴下する程度の漏水は顕在化し難い。

特許文献１及び特許文献２では、漏れ出した水とセンサとが直接的に接触しなければ漏水を検知できず、或いは、タンク内の水位が顕著に低下しなければ漏水を検知できない。そのため、少量の水が筐体の内部で漏れ出しただけでは、漏水が発生したと判定されない可能性が高い。

特許文献３では、吸水性を有し且つ水濡れで外観変化を生ずる漏水検知シートを用いて漏水を人が目視で判定しているが、この方法だと、漏水が燃料電池装置の筐体の内部で留まっている間は、漏水が発生したことを知る術はない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、筐体の内部で発生する漏水を早期に検知可能な燃料電池装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池装置の特徴構成は、筐体の内部に、燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部と、前記発電部の運転に関連して用いられる水が流動できる水流路と、当該水流路で水を流す水ポンプと、前記発電部及び前記水ポンプの運転を制御する運転制御部とを備える燃料電池装置であって、
前記筐体の内部の湿度を測定する湿度センサと、
前記筐体の内部で漏水が発生したか否かを、前記水ポンプが前記水流路で水を流している間での前記湿度センサの測定結果に基づいて判定する漏水判定処理を行う漏水判定部とを備える点にある。

上記特徴構成によれば、筐体の内部での漏水の発生により筐体の内部で湿度が上昇する現象を利用して、漏水判定部は、筐体の内部で漏水が発生したか否かを、水ポンプが水流路で水を流している間での湿度センサの測定結果に基づいて判定できる。
従って、筐体の内部で発生する漏水を早期に検知可能な燃料電池装置を提供できる。

本発明に係る燃料電池装置の別の特徴構成は、前記漏水判定部は、前記漏水判定処理において、前記湿度センサで測定された湿度が基準湿度よりも所定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、漏水が発生することで筐体の内部の湿度が基準湿度よりも所定値以上高くなった場合、漏水判定部は、漏水が発生したと判定できる。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、前記漏水判定部は、前記発電部の動作状態を出力一定状態にして設定時間経過した時点において前記湿度センサで測定した湿度を前記基準湿度に設定する基準湿度設定処理を行い、当該基準湿度設定処理に引き続いて前記発電部の前記動作状態を維持しながら前記漏水判定処理を行う点にある。

上記特徴構成によれば、漏水判定処理において湿度センサで測定された湿度が、漏水判定処理を行う前に発電部の動作状態を出力一定状態にして設定時間経過した時点において湿度センサで測定した湿度（基準湿度）よりも所定値以上高くなった場合、漏水判定部は、漏水が発生したと判定できる。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、前記漏水判定部は、前記発電部の動作状態を停止状態にして設定時間経過した時点において前記湿度センサで測定した湿度を前記基準湿度に設定する基準湿度設定処理を行い、当該基準湿度設定処理に引き続いて前記発電部の前記動作状態を維持しながら前記漏水判定処理を行う点にある。

上記特徴構成によれば、漏水判定処理において湿度センサで測定された湿度が、漏水判定処理を行う前に発電部の動作状態を停止状態にして設定時間経過した時点において湿度センサで測定した湿度（基準湿度）よりも所定値以上高くなった場合、漏水判定部は、漏水が発生したと判定できる。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、前記漏水判定部は、前記漏水判定処理において、前記湿度センサで測定された湿度が過去の第１所定期間内に第１設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、漏水が発生することで筐体の内部の湿度が過去の第１所定期間内に第１設定値以上高くなった場合、漏水判定部は、漏水が発生したと判定できる。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、前記漏水判定部は、前記漏水判定処理において、前記筐体の内部の温度の値を２倍した値と、前記筐体の内部の相対湿度の値との和を漏水指標値として、当該漏水指標値が過去の第２所定期間内に第２設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、漏水が発生することで筐体の内部の湿度及び温度から導出される漏水指標値が過去の第２所定期間内に第２設定値以上高くなった場合、漏水判定部は、漏水が発生したと判定できる。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、前記水流路及び当該水流路に水を流す前記水ポンプの組み合わせで構成される流水系統を複数備え、前記漏水判定部は、複数の前記流水系統のうち、前記漏水判定処理の対象とする前記流水系統を一つずつ選定しながら、当該選定した前記流水系統を構成する前記水ポンプによって前記水流路に水を流し且つ他の前記流水系統を構成する前記水ポンプを停止させた状態で、前記漏水判定処理を行う点にある。

上記特徴構成によれば、漏水判定処理が、水流路及び水ポンプの組み合わせで構成される一つの流水系統ずつ行われるので、どの流水系統で漏水が発生しているのかを知ることができる。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、警報を出力する警報部を備え、前記警報部は、前記漏水判定部が前記筐体の内部で漏水が発生したと判定した場合、警報を出力する点にある。

上記特徴構成によれば、警報部が警報を出力することで、筐体の内部で漏水が発生したと判定したことを外部に知らせることができる。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、前記運転制御部は、前記発電部が発電運転を行っている間に前記漏水判定部が前記筐体の内部で漏水が発生したと判定した場合、前記発電部の発電運転を停止させる点にある。

上記特徴構成によれば、筐体の内部で漏水が発生したと判定した状態のままで発電部の運転が継続されることを防止できる。

燃料電池装置及び排熱回収装置を備える熱電併給システムの構成を示す図である。 燃料電池装置の機能ブロック図である。 漏水が発生していない場合での燃料電池装置の筐体の内部の温度及び湿度の推移を示すグラフである。 漏水を模擬した場合での燃料電池装置の筐体の内部の温度及び湿度の推移を示すグラフである。 漏水を模擬した場合での燃料電池装置の筐体の内部の温度及び湿度の推移と、漏水指標値とを示すグラフである。 漏水が発生していない場合での漏水指標値の推移を示すグラフである。 漏水を模擬した場合での漏水指標値の推移を示すグラフである。 漏水が発生していない場合での燃料電池装置の筐体の内部の温度及び湿度の推移を示すグラフである。 導出式が互いに異なる漏水指標値の推移を示すグラフである。 燃料電池装置の筐体の内外での温度及び湿度の推移、並びに、漏水指標値の推移を示すグラフである。 燃料電池装置の筐体内での温度及び湿度及び漏水指標値を示すグラフである。

以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る燃料電池装置ＦＣについて説明する。
図１は、燃料電池装置ＦＣ及び排熱回収装置Ｈを備える熱電併給システムの構成を示す図である。図２は、燃料電池装置ＦＣの機能ブロック図である。燃料電池装置ＦＣは、筐体１の内部に、燃料電池部３及び燃料改質部４を有する発電部Ｇと、発電部Ｇの運転に関連して用いられる水が流動できる水流路Ｌｗと、その水流路Ｌｗで水を流す水ポンプＰと、発電部Ｇ及び水ポンプＰの運転を制御する運転制御部Ｃ１とを備える。排熱回収装置Ｈは、筐体２の内部に、燃料電池装置ＦＣで発生された熱を蓄えることができる貯湯タンク１７を有し、貯湯タンク１７に蓄熱されている熱を給湯用途などの熱負荷装置（図示せず）に供給できる。また、本実施形態では、熱電併給システムは、熱を発生する熱源機１５を備え、その熱源機１５からも熱負荷装置に熱を供給できる。

燃料電池部３は、水素などの燃料ガス（改質ガス）が供給される燃料極８と酸素が供給される空気極７とを有するセルが複数個積層されたセルスタックを有して構成される。燃料電池部３は、固体高分子形のセルや固体酸化物形のセルなど、様々なタイプのセルを用いて構成することができる。また、本実施形態の燃料電池装置ＦＣは、燃料電池部３に対して、炭化水素等の原燃料を水蒸気改質することで生成した改質ガス（水素等）を供給するための燃料改質部４を併せて備えている。

排熱回収装置Ｈは、燃料電池装置ＦＣからの排熱を回収するように構成されている。例えば、排熱回収装置Ｈは、燃料電池装置ＦＣの燃料電池部３を運転しているとき、燃料電池装置ＦＣと貯湯タンク１７（本発明の蓄熱装置の一例）との間で熱媒としての湯水を循環させながら、燃料電池装置ＦＣで発生された熱の回収と、貯湯タンク１７への蓄熱とを行わせるように構成されている。従って、排熱回収装置Ｈでは、燃料電池部３のセルスタックを冷却するために、発電部Ｇが運転している間、排熱を回収する運転を行う必要がある。

図２は、燃料電池装置ＦＣ及び排熱回収装置Ｈの構成を示す図である。
燃料電池装置ＦＣの主要な構成部分として、燃料改質部４と燃料電池部３とがある。
燃料改質部４では、原燃料流路Ｌ１を通って改質部５へ原燃料が供給され、改質部５で生成された改質ガスが改質ガス流路Ｌ２を通って燃料電池部３の燃料極８に供給される。燃料電池部３の空気極７には、発電用空気流路Ｌ８を通って酸素（空気）が供給される。そして、燃料電池部３で発電が行われる。
空気極７に供給する酸素の量は、制御部Ｃがブロア（図示せず）などの動作を制御することで調節される。

燃料電池部３は電解質膜（図示せず）を燃料極８及び空気極７で挟んで構成されるセルを複数積層して備える。尚、図１中では簡略化のため単一のセルのみを記載している。また、燃料電池部３は、発電時に発生する熱を回収することで燃料電池部３を冷却する冷却部９を備える。本実施形態では水冷式の冷却部９を設けている。具体的には、この冷却部９には後述する電池冷却水流路Ｌ６を循環する水（以下、「回収水」と記載する）が供給されて、燃料電池部３の冷却が行われる。つまり、電池冷却水流路Ｌ６を循環する回収水は電池冷却水である。冷却部９を通過することで温度が上昇した回収水は、電池冷却水流路Ｌ６の途中に設けられた排熱回収用熱交換器１３に流入する。詳細は後述するが、この排熱回収用熱交換器１３において、回収水は、排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水と熱交換して燃料電池部３から回収した排熱をその湯水に渡す。湯水は、蓄熱装置としての貯湯タンク１７に貯えられ、そこで蓄熱が行われる。
冷却部９を流れる回収水の量は、制御部Ｃが冷却水ポンプＰ１の動作を制御することで調節される。

改質部５には、炭化水素を含む原燃料（例えば、メタンを含む都市ガスなど）が供給される。また、気化部１６には、後述する電池冷却水タンク１０で貯えられる回収水が改質用水流路Ｌ１３を通って改質用水ポンプＰ２によって供給され、そして、改質部５には、気化部１６で生成された水蒸気が改質用水流路Ｌ１３を通って供給される。改質部５は、併設される燃焼部６から与えられる燃焼熱を利用して、原燃料の水蒸気改質を行う。改質部５での水蒸気改質により得られた水素を主成分とする改質ガスは、改質ガス流路Ｌ２を介して燃料極８に供給される。
改質部５に供給する原燃料の量は、制御部Ｃがブロア（図示せず）などの動作を制御することで調節され、及び、改質部５に供給する水蒸気の量は、制御部Ｃが改質用水ポンプＰ２の動作を制御することで調節され、それにより燃料極８に供給される改質ガスの量が調節される。

燃料極８では、供給された全ての改質ガスが発電反応で消費される訳ではない。そのため、燃料極８から排出される燃料極排ガスの中には水素等の改質ガスの成分が残存している。そこで、燃焼部６での燃焼用ガスとして、燃料極排ガスを利用している。具体的には、燃料極８から燃焼部６へ、燃料極排ガス流路Ｌ３を介して燃料極排ガスを供給する。また、燃焼部６での燃焼に利用される酸素が、燃焼用空気流路Ｌ９を通って燃焼部６に供給される。そして、燃焼部６で燃焼された後の燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路Ｌ４を介して外部に排出される。空気極７で利用された後の空気極排ガスは、空気極排ガス流路Ｌ５を通って排出される。
燃焼部６に供給する空気の量は、制御部Ｃがブロア（図示せず）などの動作を制御することで調節される。

燃焼排ガス及び空気極排ガスには水分が含まれている。そのため、その水分を回収する目的で、燃焼排ガス流路Ｌ４及び空気極排ガス流路Ｌ５を複合熱交換器１４の部分で合流させ、且つ、燃焼排ガス及び空気極排ガスを冷却するための排熱回収流路Ｌ１０を複合熱交換器１４に通している。つまり、燃焼排ガス及び空気極排ガスに含まれる水分が、排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水によって複合熱交換器１４で冷却されて凝縮し、その凝縮水が回収水として回収水タンク１１へと回収される。

このように、回収水タンク１１に貯えられている回収水は、燃料極排ガス中に含まれていた水分や、燃焼排ガス中に含まれていた水分が混入しているため、電解質や水に溶解しない不純物などを含んでいることが想定される。そのため、回収水が、浄化流路Ｌ７の途中に設けられるイオン交換樹脂１２によって浄化処理されるように構成してある。イオン交換樹脂１２で処理された後の回収水は、電池冷却水タンク１０で貯えられる。そして、上述したように、電池冷却水タンク１０から電池冷却水流路Ｌ６へと流れ出した回収水が冷却部９へと供給され、及び、電池冷却水タンク１０から改質用水流路Ｌ１３へと流れ出した回収水が気化部１６へと供給される。
浄化流路Ｌ７を流れる回収水の量、即ち、イオン交換樹脂１２で処理される回収水の量は、制御部Ｃが浄化ポンプＰ４の動作を制御することで調節される。

排熱回収装置Ｈは、貯湯タンク１７に貯えている湯水が貯湯タンク１７と排熱回収用熱交換器１３との間で循環する排熱回収流路Ｌ１０を有する。具体的には、湯水が、貯湯タンク１７から、複合熱交換器１４と、排熱回収用熱交換器１３とを経由して貯湯タンク１７に帰還するように排熱回収流路Ｌ１０が設けられている。その結果、排熱回収用熱交換器１３において回収水から回収した排熱（即ち、燃料電池装置ＦＣから回収した排熱）は、排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水に与えられ、その湯水は貯湯タンク１７に貯えられる。
排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水の量は、制御部Ｃが排熱回収ポンプＰ３の動作を制御することで調節される。

排熱回収装置Ｈは、貯湯タンク１７に蓄えている湯水が熱源機１５を経由して給湯用途などに供給されるときに流れる給湯路Ｌ１２を有する。図示は省略するが、熱源機１５は、送風ファンなどによって供給される酸素（空気）を用いて燃料を燃焼して熱を発生する装置である。また、排熱回収装置Ｈは、貯湯タンク１７に水を供給する給水路Ｌ１１を有する。給水路Ｌ１１は、分岐部１８で、貯湯タンク１７に接続される給水路Ｌ１１ａと貯湯タンク１７には接続されない給水路Ｌ１１ｂとに分岐する。給水路Ｌ１１ｂは、熱源機１５の上流側の合流部２０で給湯路Ｌ１２に接続される。更に、給水路Ｌ１１ｂの途中の分岐部１９で、熱源機１５の下流側に接続される給水路Ｌ１１ｃが分岐する。給水路Ｌ１１ｃは、熱源機１５の下流側の合流部２１で給湯路Ｌ１２に接続される。このように、貯湯タンク１７から供給される湯及び熱源機１５で加熱された後の湯に水を加えることができる構成を採用することで、給湯用途などに対して適切な温度の湯水を供給できる。

以上のように、燃料電池装置ＦＣは、その筐体１内に電池冷却水流路Ｌ６、改質用水流路Ｌ１３、浄化流路Ｌ７、排熱回収流路Ｌ１０などの水流路Ｌｗを有している。そのため、水流路Ｌｗからの水漏れが発生すると、筐体１内に設けられている多くの内部部品が濡れて、それら内部部品が故障する可能性がある。漏水は各水流路Ｌｗを構成する金属配管の腐食や樹脂ホースの劣化、継手のシール不良などにより発生すると考えられるが、何れの場合も最初は水が滴下する程度であるが進行すると水が噴き出して、内部部品を濡らしてしまう虞がある。漏水は発電部Ｇの運転時に起こるが停止時には無くなると考えられるため、漏水初期のような僅かな水が滴下する程度の漏水は顕在化しにくい。そのため、本実施形態の燃料電池装置ＦＣは、筐体１の内部で発生する漏水を早期に検知可能に構成してある。

図２に示すように、燃料電池装置ＦＣは、筐体１の内部に、燃料電池部３及び燃料改質部４を有する発電部Ｇと、発電部Ｇの運転に関連して用いられる水が流動できる水流路Ｌｗと、その水流路Ｌｗで水を流す水ポンプＰと、発電部Ｇ及び水ポンプＰの運転を制御する運転制御部Ｃ１とを備える。更に、燃料電池装置ＦＣは、筐体１の内部の湿度を測定する湿度センサ２４と、筐体１の内部で漏水が発生したか否かを、水ポンプＰが水流路Ｌｗで水を流している間での湿度センサ２４の測定結果に基づいて判定する漏水判定処理を行う漏水判定部Ｃ２とを備える。

湿度センサ２４の測定結果に基づいて行われる漏水判定処理としては、湿度センサ２４で測定される湿度のみを考慮して行う判定と、湿度センサ２４で測定される湿度と温度センサ２５で測定される温度とを併せて考慮して行う判定とがある。前者は、筐体１の内部で発生した漏水を、筐体１の内部の湿度上昇に基づいて検知する手法である。後者は、筐体１の内部で発生した漏水を、筐体１の内部の湿度及び温度を用いて導出される所定の漏水指標値に基づいて検知する手法である。例えば、漏水指標値は、「漏水指標値＝温度（℃）×２＋湿度（％）」などの演算式を用いて導出できる。

図３は、漏水が発生していない場合での燃料電池装置ＦＣの筐体１の内部の温度及び湿度の推移を示すグラフである。図示するように、燃料電池装置ＦＣの動作状態が出力一定状態（図３では、７００Ｗ出力で一定）の場合、漏水が発生していなければ、湿度は比較的安定していることが分かる。

図４は、漏水を模擬した場合での燃料電池装置ＦＣの筐体１の内部の温度及び湿度の推移を示すグラフである。図示するように、筐体１の内部での漏水を模擬する目的で、筐体１の内部の床面に１０ｍｌの水、５ｍｌの水、３０ｍｌの水を流す模擬漏水を行った場合、その模擬漏水を開始してから湿度が急上昇している。つまり、発電部Ｇの動作状態が出力一定状態の場合、筐体１の内部で漏水が発生すると、筐体１の内部では湿度上昇が発生することが分かる。

従って、本実施形態では、漏水判定部Ｃ２は、漏水判定処理において、湿度センサ２４で測定された湿度が基準湿度よりも所定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定する。基準湿度の値は適宜設定可能であり、例えば記憶部２３に予め記憶されている値を用いることができる。或いは、基準湿度の値を設定する基準湿度設定処理を燃料電池装置ＦＣにおいて行ってもよい。具体的には、燃料電池装置ＦＣの漏水判定部Ｃ２が、発電部Ｇの動作状態を出力一定状態にして設定時間経過した時点において湿度センサ２４で測定した湿度を基準湿度に設定する基準湿度設定処理を行い、その基準湿度設定処理に引き続いて発電部Ｇの動作状態を維持しながら漏水判定処理を行ってもよい。一例を挙げると、漏水判定部Ｃ２は、発電部Ｇの動作状態を出力一定状態にして１時間経過した時点において湿度センサ２４で測定した湿度を基準湿度に設定し、その基準湿度よりも例えば１０％以上高くなった場合に、漏水が発生したと判定してもよい。

或いは、基準湿度を考慮せず、漏水判定部Ｃ２は、漏水判定処理において、湿度センサ２４で測定された湿度が過去の第１所定期間内に第１設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定してもよい。
また或いは、漏水判定部Ｃ２は、漏水判定処理において、筐体１の内部の温度の値を２倍した値と、筐体１の内部の相対湿度（百分率）の値との和を漏水指標値として、その漏水指標値が過去の第２所定期間内に第２設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定してもよい。例えば、漏水判定部Ｃ２は、漏水指標値が過去の30分間に5ポイント以上高くなった場合に漏水が発生したと判定できる。

更に、本実施形態の燃料電池装置ＦＣは、警報を出力する警報部２２を備える。そして、警報部２２は、漏水判定部Ｃ２が筐体１の内部で漏水が発生したと判定した場合、警報を出力する。その結果、燃料電池装置ＦＣの使用者等は、筐体１の内部で漏水が発生している可能性が高いことを認識できる。

また、運転制御部Ｃ１は、発電部Ｇが発電運転を行っている間に漏水判定部Ｃ２が筐体１の内部で漏水が発生したと判定した場合、発電部Ｇの発電運転を停止させてもよい。
或いは、運転制御部Ｃ１は、一定期間内に更に漏水の程度が一定値以上悪化した場合に限って、発電部Ｇの発電運転を停止させてもよい。具体例を挙げると、運転制御部Ｃ１は、漏水が発生した旨の警報を警報部２２から発した後、例えば30分以内に湿度が5％以上高くなった場合に限って発電部Ｇの発電運転を停止させてもよい。

図５は、漏水を模擬した場合での燃料電池装置ＦＣの筐体１の内部の温度及び湿度の推移と、漏水指標値とを示すグラフである。図示するように、筐体１の内部での漏水を模擬する目的で、筐体１の内部の床面に１分間に１ｍｌずつの水を流すことで合計３０ｍｌの水を流す模擬漏水（図中に水の滴下開始タイミングを矢印で示す）を行った場合、その模擬漏水を開始してから湿度が急上昇している。つまり、発電部Ｇの動作状態が出力一定状態（図５では、７００Ｗ出力で一定）の場合、筐体１の内部で漏水が発生すると、筐体１の内部では湿度上昇が発生することが分かる。また、漏水指標値（＝温度（℃）×２＋湿度（％））も、模擬漏水を開始してから急上昇している。

図６は、漏水が発生していない場合での漏水指標値の推移を示すグラフである。図示するように、発電部Ｇの動作状態が出力一定状態（図６では、７００Ｗ出力で一定、５００Ｗ出力で一定、２５０Ｗ出力で一定）の場合、漏水が発生していなければ、漏水指標値は比較的安定していることが分かる。この結果からも、図５に示した漏水指標値の上昇が、筐体１の内部での漏水の発生を示していることが裏付けられる。
以上のように、本実施形態の燃料電池装置ＦＣでは、筐体１の内部での漏水の発生により筐体１の内部で湿度が上昇する現象を利用して、漏水判定部Ｃ２は、筐体１の内部で漏水が発生したか否かを、水ポンプＰが水流路Ｌｗで水を流している間での湿度センサ２４の測定結果に基づいて判定できる。従って、筐体１の内部で発生する漏水を早期に検知可能な燃料電池装置ＦＣを提供できる。

図７は、漏水を模擬した場合での漏水指標値の推移を示すグラフである。図示するように、筐体１の内部での漏水を模擬する目的で、筐体１の内部の床面に１０ｍｌの水、５ｍｌの水、３０ｍｌの水を流す模擬漏水を行った場合、その模擬漏水を開始してから漏水指標値が急上昇している。つまり、発電部Ｇの動作状態が出力一定状態（図７では、７００Ｗ出力で一定）の場合、筐体１の内部で漏水が発生すると、筐体１の内部では漏水指標値の上昇が発生することが分かる。

次に、図８及び図９を用いて漏水指標値について更に説明する。図８は、漏水が発生していない場合での燃料電池装置ＦＣの筐体１の内部の温度及び湿度の推移を示すグラフである。図示するように、発電部Ｇの動作状態が出力一定状態（図８では、２５０Ｗ出力で一定）の場合、漏水が発生していなければ、湿度は比較的安定していることが分かる。図９は、図８に示した温度及び湿度に基づいて導出した３種類の漏水指標値の推移を示すグラフである。具体的には、発電部Ｇの動作状態が出力一定状態（２５０Ｗ出力で一定）の場合での３種類の漏水指標値として、「漏水指標値＝温度（℃）×２＋湿度（％）」と、「漏水指標値＝温度（℃）＋湿度（％）」と、「漏水指標値＝温度（℃）＋湿度（％）×２」とを示す。図示するように、「漏水指標値＝温度（℃）×２＋湿度（％）」が最も安定していることから、この漏水指標値を用いて漏水判定処理を行うことが好ましいと言える。

図１０は、燃料電池装置ＦＣの筐体１の内外での温度及び湿度の推移、並びに、漏水指標値の推移を示すグラフである。図示するように、降雨中の筐体１の外部の外気湿度は降雨前の外気湿度と比べて大幅に上昇しているが、降雨中の筐体１の内部の燃料電池内部湿度は降雨前の燃料電池内部湿度よりもわずかに上昇している程度である。また、漏水指標値（＝温度（℃）×２＋湿度（％））についても、降雨前と比べて降雨中に数値がわずかに上昇する程度である。以上の結果、燃料電池装置ＦＣの筐体１の内部の湿度センサ２４で測定される湿度のみを考慮して行う判定と、湿度センサ２４で測定される湿度及び温度センサ２５で測定される温度を併せて考慮した漏水指標値によって行う判定との何れの判定であっても、筐体１の内部の漏水を正確に検知できると考えられる。

図１１は、温度センサ２５及び湿度センサ２４の設置位置が燃料電池装置ＦＣの筐体１内での鉛直方向の底部の場合と中央部の場合とで、測定される温度及び湿度、並びに、漏水指標値がどのように異なるのかを示すグラフである。図示するように、筐体１の内部での漏水を模擬する目的で、筐体１の内部の床面に１分間に１ｍｌずつの水を流すことで合計３０ｍｌの水を流す模擬漏水（図中に水の滴下開始タイミングを矢印で示す）を行った場合、筐体１内の中央部に設置した湿度センサ２４は、湿度の大幅な上昇を良好に検知している。それと比較して、筐体１内の底部に設置した湿度センサ２４は、湿度の大幅な上昇を検知できていない。漏水指標値（＝温度（℃）×２＋湿度（％））についても、筐体１内の中央部に設置した温度センサ２５及び湿度センサ２４の測定結果に基づくと、筐体１の内部で漏水が発生した後、漏水指標値の上昇が顕著に現れる。それと比較して、筐体１内の底部に設置した温度センサ２５及び湿度センサ２４の測定結果に基づくと、筐体１の内部で漏水が発生した後、漏水指標値の上昇がほとんど現れない。このように、温度センサ２５及び湿度センサ２４は筐体１の内部の鉛直方向の底部よりも上方に設けること、例えば、筐体１の内部の鉛直方向の中央部に設けることが好ましいと言える。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の燃料電池装置ＦＣ及び排熱回収装置Ｈの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、燃料電池装置ＦＣに設けられている水流路Ｌｗは上述した構成に限定されない。
また、燃料電池装置ＦＣの筐体１の内部に設ける湿度センサ２４及び温度センサ２５の数も適宜設定可能である。例えば、複数の湿度センサ２４を筐体１の内部の異なる位置に設けておき、それぞれの湿度センサ２４の検出結果に基づく漏水検知処理を各別に行ってもよい。

＜２＞
上記実施形態において、漏水判定部Ｃ２は、湿度センサ２４で測定される筐体１の内部の湿度が閾値以下の場合は、漏水が発生したという判定を下さないこともできる。つまり、上記実施形態では、漏水判定部Ｃ２が、湿度センサ２４で測定された湿度が基準湿度よりも所定値以上高くなったという条件が満たされた場合には漏水が発生したと判定する例を説明したが、そのような条件が満たされたとしても、湿度センサ２４で測定される筐体１の内部の湿度が閾値以下であれば、漏水が発生したという判定を下さないこともできる。

＜３＞
上記実施形態では、漏水判定部Ｃ２が、発電部Ｇの動作状態が出力一定状態である場合に漏水判定処理を行う例を説明したが、発電部Ｇの動作状態が停止状態である場合に漏水判定処理を行ってもよい。具体的には、漏水判定部Ｃ２は、発電部Ｇの動作状態を停止状態にして（且つ、水ポンプＰを停止した状態にして）設定時間経過した時点において湿度センサ２４で測定した湿度を基準湿度に設定する基準湿度設定処理を行い、その基準湿度設定処理に引き続いて発電部Ｇの動作状態（停止状態）を維持しながら漏水判定処理を行ってもよい。この場合の漏水判定処理では、発電部Ｇを停止状態にしながら、水ポンプＰによって水流路Ｌｗでは水を流せばよい。このような漏水判定処理は、例えば、発電部Ｇの動作状態が停止状態になる度に行ってもよいし、或いは、例えば２週間〜１か月などの設定期間の間に１回行うことでもよい。

＜４＞
燃料電池装置ＦＣは、水流路Ｌｗ及びその水流路Ｌｗに水を流す水ポンプＰの組み合わせで構成される流水系統Ｓを複数備えている。具体的には、流水系統Ｓとして、電池冷却水流路Ｌ６及び冷却水ポンプＰ１で構成される流水系統Ｓ１と、改質用水流路Ｌ１３及び改質用水ポンプＰ２で構成される流水系統Ｓ２と、排熱回収流路Ｌ１０及び排熱回収ポンプＰ３で構成される流水系統Ｓ３と、浄化流路Ｌ７及び浄化ポンプＰ４で構成される流水系統Ｓ４とが設けられている。そのため、複数の流水系統Ｓの何れで漏水が発生しているのかを区別して判定できることが好ましい。そのため、漏水判定部Ｃ２は、複数の流水系統Ｓのうち、漏水判定処理の対象とする流水系統Ｓを一つずつ選定しながら、その選定した流水系統Ｓを構成する水ポンプＰによって水流路Ｌｗに水を流し且つ他の流水系統Ｓを構成する水ポンプＰを停止させた状態で、上述した漏水判定処理を行うようにしてもよい。

このように、漏水判定処理の対象とする流水系統Ｓを一つずつ選定しながら漏水判定部Ｃ２が漏水判定処理を行う場合、漏水判定部Ｃ２は、漏水判定処理において、湿度センサ２４で測定された湿度が基準湿度（即ち、発電部Ｇの動作状態を停止状態にして（且つ、水ポンプＰを停止した状態にして）設定時間経過した時点において湿度センサ２４で測定した湿度を基準湿度）よりも所定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定できる。
或いは、漏水判定部Ｃ２は、漏水判定処理において、湿度センサ２４で測定された湿度が、漏水判定処理の対象とする流水系統Ｓに水を流している間の過去の第１所定期間内に第１設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定できる。
また或いは、漏水判定部Ｃ２は、漏水判定処理において、筐体１の内部の温度の値を２倍した値と、筐体１の内部の相対湿度の値との和を漏水指標値として、その漏水指標値が、漏水判定処理の対象とする流水系統Ｓに水を流している間の過去の第２所定期間内に第２設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定できる。

＜５＞
上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。

本発明は、筐体の内部で発生する漏水を早期に検知可能な燃料電池装置に利用できる。

１ 筐体
３ 燃料電池部
４ 燃料改質部
２２ 警報部
２４ 湿度センサ
Ｃ 制御部
Ｃ１ 運転制御部
Ｃ２ 漏水判定部
ＦＣ 燃料電池装置
Ｌｗ 水流路
Ｐ 水ポンプ
Ｐ１ 冷却水ポンプ（水ポンプ Ｐ）
Ｐ２ 改質用水ポンプ（水ポンプ Ｐ）
Ｐ３ 排熱回収ポンプ（水ポンプ Ｐ）
Ｐ４ 浄化ポンプ（水ポンプ Ｐ）
Ｓ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４） 流水系統
Ｇ 発電部

Claims (9)

1. 筐体の内部に、燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部と、前記発電部の運転に関連して用いられる水が流動できる水流路と、当該水流路で水を流す水ポンプと、前記発電部及び前記水ポンプの運転を制御する運転制御部とを備える燃料電池装置であって、
   前記筐体の内部の湿度を測定する湿度センサと、
   前記筐体の内部で漏水が発生したか否かを、前記水ポンプが前記水流路で水を流している間での前記湿度センサの測定結果に基づいて判定する漏水判定処理を行う漏水判定部とを備える燃料電池装置。
2. 前記漏水判定部は、前記漏水判定処理において、前記湿度センサで測定された湿度が基準湿度よりも所定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定する請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記漏水判定部は、
   前記発電部の動作状態を出力一定状態にして設定時間経過した時点において前記湿度センサで測定した湿度を前記基準湿度に設定する基準湿度設定処理を行い、
   当該基準湿度設定処理に引き続いて前記発電部の前記動作状態を維持しながら前記漏水判定処理を行う請求項２に記載の燃料電池装置。
4. 前記漏水判定部は、
   前記発電部の動作状態を停止状態にして設定時間経過した時点において前記湿度センサで測定した湿度を前記基準湿度に設定する基準湿度設定処理を行い、
   当該基準湿度設定処理に引き続いて前記発電部の前記動作状態を維持しながら前記漏水判定処理を行う請求項２に記載の燃料電池装置。
5. 前記漏水判定部は、前記漏水判定処理において、前記湿度センサで測定された湿度が過去の第１所定期間内に第１設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定する請求項１に記載の燃料電池装置。
6. 前記漏水判定部は、前記漏水判定処理において、前記筐体の内部の温度の値を２倍した値と、前記筐体の内部の相対湿度の値との和を漏水指標値として、当該漏水指標値が過去の第２所定期間内に第２設定値以上高くなった場合、漏水が発生したと判定する請求項１に記載の燃料電池装置。
7. 前記水流路及び当該水流路に水を流す前記水ポンプの組み合わせで構成される流水系統を複数備え、
   前記漏水判定部は、複数の前記流水系統のうち、前記漏水判定処理の対象とする前記流水系統を一つずつ選定しながら、当該選定した前記流水系統を構成する前記水ポンプによって前記水流路に水を流し且つ他の前記流水系統を構成する前記水ポンプを停止させた状態で、前記漏水判定処理を行う請求項４〜６の何れか一項に記載の燃料電池装置。
8. 警報を出力する警報部を備え、
   前記警報部は、前記漏水判定部が前記筐体の内部で漏水が発生したと判定した場合、警報を出力する請求項１〜７の何れか一項に記載の燃料電池装置。
9. 前記運転制御部は、前記発電部が発電運転を行っている間に前記漏水判定部が前記筐体の内部で漏水が発生したと判定した場合、前記発電部の発電運転を停止させる請求項１〜８の何れか一項に記載の燃料電池装置。

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