JP5381320B2 - 改質システムおよび燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は燃料電池システム等に使用される改質システム、燃料電池システムに関する。

特許文献１には、システムの筐体の内部を隔壁によりガス経路室と非ガス経路室に隔離し、可燃性を有するガスが流通するガス経路室の内部を換気ファンで換気する燃料電池システムが提案されている。このものによれば、換気に要する消費電力を低減させることができる。

特許文献２には、換気用吸気口と、換気用排気口と、換気用吸気口から吸引した空気を換気用排気口から放出させる換気ファンと、燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質部と、アノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池とを有する燃料電池システムが開示されている。このものによれば、可燃ガスを含む可能性のある排気ガスを、換気ファンによる換気用空気流にも、同伴させて希釈させながら排気する。これにより可燃ガスを含む可能性のある排気ガスが換気用の吸気口に吸入されることが抑えられている。

特開2002-329515号公報 特開2007-48704号公報

上記した技術によれば、燃焼器からの逆流を抑制させるためには、必ずしも充分ではない。殊に、特許文献２に係る技術によれば、燃焼空気ブロアが故障した場合においても換気ファンが回転しており、従って換気ファンの回転に基づく吸引換気作用が継続しているため、改質部の燃焼器における可燃性をもつガスを筐体の内部に吸い込んでしまうおそれがあり、好ましくない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃焼空気ブロア等の空気供給装置に不具合が発生するときであっても、燃焼器からの燃料または燃焼排ガスの逆流を抑制させるのに有利な改質システムおよび燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明に係る改質システムは、（ｉ）可燃性をもつ燃料を空気で燃焼させる燃焼器と、（ｉｉ）燃焼器に空気を供給させる空気供給装置と、（ｉｉｉ）燃焼器に基づく加熱により改質用燃料を改質させる改質装置と、（ｉｖ）燃焼器、空気供給装置および改質装置を収容する収容室をもつ筐体と、（ｖ）外部の空気を収容室に吸引し、収容室の空気を外部に放出させて収容室を換気させる換気装置と、（ｖｉ）空気供給装置に不具合が発生するとき、燃焼器側の燃料または燃焼排ガスが収容室に逆流することを抑制するように換気装置の作動を停止または逆動させる制御部とを具備する。

燃焼器は可燃性をもつ燃料を空気で燃焼させるものである。燃料としては、燃料原料そのものでも良いし、燃料原料を改質させた水素ガスまたは水素含有ガスでも良い。燃焼器における燃焼は、固体高分子形の燃料電池システムにおける改質装置を加熱させる燃焼であっても良いし、あるいは、固体酸化物形の燃料電池システムにおける改質装置を加熱させる燃焼であっても良い。空気供給装置は、燃焼器に空気を燃焼用空気として供給させるものであり、ポンプ、ブロア、ファン等のいずれでも良い。換気装置は、外部の空気を収容室に吸引し、収容室の空気を外部に放出させて収容室を換気させるものであり、ファン、ブロア、ポンプ等のいずれでも良い。

改質システムが運転されるときには、可燃性をもつ燃料が燃焼器に供給されると共に、空気供給装置から空気が燃焼器に供給される。これにより燃焼器において燃料が空気により燃焼する。この場合、燃焼器における燃焼により改質装置が改質反応に適するように加熱される。このように改質システムが運転されているとき、予想外の事情等が発生する可能性があるため、空気供給装置に不具合が発生する可能性がないとはいえない。このように空気供給装置に不具合が発生しているとき、換気装置が継続して作動している場合には、換気装置の作動により発生する吸引作用により、燃焼器側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが収容室に逆流するおそれがある。この場合、システムの円滑な運転には好ましくない。

そこで本発明によれば、空気供給装置に不具合が発生するとき、制御部は、換気装置の作動を停止または逆動させる。このように換気装置の作動を停止させれば、換気装置の作動による吸引作用の発生が抑えられ、燃焼器側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが収容室に逆流するおそれが抑えられる。あるいは、換気装置の作動を逆動させれば、換気装置の作動による吸引作用の発生が抑えられるばかりか正圧化を促進でき、燃焼器側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが逆流するおそれが抑えられる。なお、燃料または燃焼排ガスは、燃料および／または燃焼排ガスという意味である。空気供給装置に不具合とは、燃焼器側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが収容室に逆流するおそれを引き起こす不具合を意味する。

本発明に係る燃料電池システムは、（ｉ）可燃性をもつ燃料を空気で燃焼させる燃焼器と、（ｉｉ）燃焼器に空気を供給させる空気供給装置と、（ｉｉｉ）燃焼器に基づく加熱により改質用燃料を改質させる改質装置と、（ｉｖ）改質装置で改質されたガスをアノードガスとして供給されて発電する燃料電池と、（ｖ）燃焼器、空気供給装置、改質装置および燃料電池を収容する収容室をもつ筐体と、（ｖｉ）外部の空気を前記収容室に吸引し、収容室の空気を外部に放出させて収容室を換気させる換気装置と、（ｖｉｉ）空気供給装置に不具合が発生するとき、燃焼器側の燃料または燃焼排ガスが収容室に逆流することを抑制するように換気装置の作動を停止または逆動させる制御部とを具備する。

そこで本発明によれば、空気供給装置に不具合が発生するとき、制御部は、換気装置の作動を停止または逆動させる。このように換気装置の作動を停止させれば、換気装置の作動による吸引作用の発生が抑えられ、燃焼器側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが収容室に逆流するおそれが抑えられる。あるいは、換気装置の作動を逆動させれば、換気装置の作動による吸引作用の発生が抑えられるばかりか正圧化を促進でき、燃焼器側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが逆流するおそれが抑えられる。

本発明によれば、空気供給装置に不具合が発生するとき、制御部は、換気装置の作動を停止または逆動させるため、換気装置の作動による吸引作用が抑えられる。よって、燃焼器側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが収容室側に逆流するおそれが抑えられる。このためシステムの保護性を一層高めることができる。

実施形態１に係り、システムを模式的に示す断面図である。 実施形態１に係り、システムの制御部が実行する制御の一例を示すフローチャートである。 実施形態２に係り、システムを模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、システムを模式的に示す断面図である。 実施形態４に係り、システムを模式的に示す断面図である。 実施形態５に係り、システムを模式的に示す断面図である。

空気供給装置における不具合の発生を検知するセンサ等の不具合検知要素が設けられていることが好ましい。この場合、不具合検知要素の不具合検知信号が制御部に入力されると、制御部は空気供給装置の作動を停止または逆動させる指令を空気供給装置に出力する。停止の概念は、完全停止を含むと共に、収容室における換気機能が無視できる程度の実質的な停止を含む意味である。収容室における換気機能が無視できるように空気供給装置が超微速（定格運転時における換気装置の出力の１０％未満または５％未満）で作動するとき、これは実質的な停止の概念に含まれる。

上記した不具合検知要素としては、空気供給装置が燃焼器に供給する空気の流量を測定する流量センサ、空気供給装置が燃焼器に供給する空気の圧力を検知する圧力センサ、空気供給装置の送風羽根を回転させる駆動部の回転数を検知する回転数センサ等のうちの少なくとも一つを採用できる。これらのセンサの検知した物理量が指令値と大きく異なるとき、制御部は、空気供給装置において不具合が発生していると判定することができる。

（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。改質システムは、固体高分子形の複数の燃料電池を組み付けたスタック７を併有している燃料電池システムでもある。改質システムは、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器２と、燃焼器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、燃焼器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装置６とを有する。

筐体１の収容室１０は、燃焼器２、空気供給装置３、改質装置４、換気装置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器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に位置しており、殊に、筐体１の吸気口１１と換気装置６との間に位置している。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を介して燃焼器２に供給され、燃焼器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。

図１に示すように、スタック７のカソード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として加湿器７１を介してスタック７のカソードに供給させるカソードガスポンプ７２（カソードガス搬送源）が設けられている。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が形成されている。換気装置６は、換気羽根６０と、換気羽根６０を回転駆動させる駆動部とを有しており、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。換気装置６が作動して換気羽根６０が回転すると、換気装置６のうち吸気口１１側の背面６ｒ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。図１に示すように、空気供給装置３は、筐体１の吸気口１１と換気装置６との間に配置されている。従って、空気供給装置３の吸引口３１は、筐体１の吸気口１１と換気装置６との間に配置されている。このため、換気装置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、燃焼器２における燃焼効率が高くなる。

一般的には、改質システムが改質運転しているとき、すなわち、燃料電池システムの運転時（発電運転しているときに限らず、起動運転、及び停止（冷却）処理運転をしているときにも、換気装置６を作動させることが好ましい）において、換気装置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、配管からガス漏れが発生するときであっても、洩れたガスは、換気装置６の換気作用により希釈されて排気口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で原水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。図略の給水ポンプが作動すると、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、改質システムつまり燃料電池システムが運転されるときには、可燃性をもつ燃料が燃焼用燃料通路２０を介して燃焼器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の空気が空気供給通路３４を介して燃焼器２に供給される。これにより燃焼器２において燃焼用の燃料が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器２に供給される。ここで、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、燃焼器２における燃焼効率が高められる。

上記したように燃焼器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、水素などの可燃成分を残留させているため、出口バルブ７９ｐおよびアノードオフガス通路７７を介して燃焼器２に供給され、燃焼器２において燃焼され、燃焼排ガスとして燃焼器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。

システムの運転時には、カソードガスポンプ７２（カソードガス搬送源）が作動するため、収容室１０の空気が入口７２ｉからカソードガスとして加湿器７１を介してスタック７のカソードに供給される。このように改質システムつまり燃料電池システムが運転されるとき、換気装置６が作動して換気羽根６０が回転し、換気装置６のうち吸気口１１側の背面６ｒ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。

このように改質システムつまり燃料電池システムが運転されているとき、予想外の事情等が発生する可能性がある。このため、空気供給装置３において不具合が発生する可能性がないとはいえない。このようにシステムが運転されている場合において、何らかの事情により空気供給装置３に不具合が発生するとき、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失するおそれがある。このとき、換気装置６が正常であり、換気装置６の換気羽根６０が継続して回転作動する場合には、換気装置６の換気羽根６０の回転作動により換気装置６の背面６ｒ側において吸引作用が継続して発生する。この場合、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０に向けて矢印Ｒ方向に逆流するおそれがある。

すなわち、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給通路３４を介して空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０に矢印Ｒ方向に逆流し、空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０に放出される可能性がある。殊に、図１に示すように、空気供給装置３の吸引口３１が筐体１の吸気口１１と換気装置６との間に位置しているときには、換気装置６のうち空気放出側の前面６ｆに対して反対側に位置する背面６ｒ側には、吸引作用が発生する。このため、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼ガスが空気供給通路３４を介して空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０に向けて矢印Ｒ方向に逆流し、収容室１０に放出される可能性がある。この場合、改質システムつまり燃料電池システムの円滑な運転には、好ましくない。

そこで本実施形態によれば、空気供給装置３に不具合が発生し、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失するとき、制御部１００はシステム異常と判定し、システムを停止させる停止処理に移行し、スタック７の発電を停止させる。この場合、改質装置４への燃料原料および改質用水の供給を停止させる。これによりスタック７のアノードへのアノードガスの供給も停止される。カソードガスポンプ７２の作動も停止させ、スタック７のカソードへのカソードガスの供給を停止させる。この場合、バルブ７９ｉ，７９ｐを閉鎖させることが好ましい。

上記した空気供給装置３に不具合が発生し、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失するとき、制御部１００は、換気装置６の作動を停止させる指令を換気装置６に出力する。このため換気装置６の換気羽根６０による吸引作用の発生が抑えられる。よって筐体１の吸気口１１と換気装置６との間に吸引作用（負圧）が発生することが抑制される。この結果、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０側に矢印Ｒ方向に逆流するおそれが抑えられる。このため改質システムつまり燃料電池システムにおける保護性を高めることができる。

収容室１０の上部にはガス洩れセンサ１００ｍが配置されている。万一、収容室１０内の配管等からガス漏れが発生したときには、ガス洩れセンサ１００ｍにより検知される。更に、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給通路３４を介して空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０に向けて矢印Ｒ方向に逆流したときには、逆流した燃料または燃焼排ガスはガス洩れセンサ１００ｍにより検知されるはずである。

本実施形態によれば、空気供給装置３に不具合が発生するときには、ガス洩れセンサ１００ｍのガス洩れ検知の有無にかかわらず、制御部１００は、換気装置６の作動を停止させる指令を換気装置６に速やかに出力する。このためガス洩れセンサ１００ｍの検知にかかわらず、換気装置６の換気羽根６０が停止され、換気羽根６０の回転作動による吸引作用の発生が抑えられる
ところで、システムを通常に停止処理させるときには、制御部１００は、空気供給装置３の単位時間あたりの出力を増加させ、空気供給装置３の単位時間あたり空気供給力を高め、収容室１０の空気を燃焼器２に強制的に供給する。これにより燃焼器２に残留している可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスを燃焼器２および改質装置４から追い出すエアパージ処理を実行する。しかしながら前述したように空気供給装置３が故障しているときには、空気供給装置３の空気供給力が制限されるため、上記したエアパージ処理が制限される。従って、燃焼器２側に残留する燃料または燃焼排ガスが空気供給通路３４および空気供給装置３の吸引口３１から筐体１の収容室１０側に向けて矢印Ｒ方向に逆流するおそれがある。そこで前述したように換気装置６の作動を停止させることは、上記逆流を防止させるためには有効である。

図１に示すように、燃焼器２に空気を供給する空気供給装置３の不具合を検知するセンサ３８が不具合検知要素として収容室１０内の空気供給通路３４に設けられている。センサ３８の信号は制御部１００に入力される。センサ３８としては、空気供給装置３が燃焼器２に向けて供給する空気の流量を測定する流量センサ、空気供給装置３が燃焼器２に向けて供給する空気の圧力を検知する圧力センサ等のうちの少なくとも一つを採用できる。なお、不具合を検知するセンサ３８としては、空気供給通路３４に設けられるもの以外に、空気供給装置３に内蔵されている送風羽根を回転させる駆動部の単位時間あたりの回転数を検知する回転数センサを使用してもよい。これらのセンサ３８の検知した物理量に基づいて、制御部１００は、センサ３８の信号に基づいて、空気供給装置３において不具合が発生していると判定することができる。

制御部１００は、センサ３８の信号に基づいて空気供給装置３の不具合を検知したら、直ちに換気装置６の換気作動を停止させることが好ましい。場合によっては、制御部１００は、センサ３８の信号に基づいて空気供給装置３の作動の不具合を検知したら、換気装置６の出力を所定速度で低下させて吸引作用を次第に低下させつつ、最終的に、不具合を検知した時刻から所定時間（例えば３０秒以内，２０秒以内，１０秒以内）以内に換気装置６の換気作動を停止させることにしても良い。

なお、上記した操作では、逆流を抑えるために換気羽根６０の作動を停止させているが、場合によっては、換気装置６の換気羽根６０の回転を逆方向に作動（逆動）させれば、換気装置６の作動による換気装置６の背面６ｒ側における吸引作用の発生が抑えられ、そればかりか、換気装置６のうち空気供給装置３の吸引口３１に近い部位である背面６ｒ側の正圧化を促進できる。よって、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが矢印Ｒ方向に逆流するおそれが効果的に抑えられる。この場合には、外部１４の空気が筐体１の排気口１２から吸引され、筐体１の収容室１０を流れ、吸気口１１から外部１４に放出されるように、収容室１０が換気される。上記したように換気装置６を逆動させるときには、入口バルブ７９ｉを閉鎖させることが好ましく、殊に、入口バルブ７９ｉおよび出口バルブ７９ｐを閉鎖させることが好ましい。逆動時間としては適宜設定できる。

図２は、制御部１００が実行する制御則の一例をあらわす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。まず、制御部１００は、システムの発電情報を読み込み（ステップＳ１００）、システムが運転中か否かを判定する（ステップＳ１０２）。運転中であれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、センサ３８の信号を読み込み（ステップＳ１０４）、センサ３８の信号に基づいて空気供給装置３の作動が正常であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。空気供給装置３の作動が正常でなければ（ステップＳ１０６のＮＯ）、制御部１００は、システムの運転を停止させる停止処理を実行する（ステップＳ１０８）。この場合、スタック７のアノードの入口バルブ７９ｉおよび出口バルブ７９ｐを閉鎖させることが好ましい。但し、アノードの入口バルブ７９ｉおよび出口バルブ７９ｐを閉鎖させるにしても、改質用燃料をスタック７のアノードに流入させてパージするときには、入口バルブ７９ｉを所定時間だけ開放させておいても良い。更に、空気供給装置３の作動が正常でなければ（ステップＳ１０６のＮＯ）、換気装置６の作動を停止させる指令を換気装置６に出力して換気装置６の作動を停止させ（ステップＳ１１０）、ユーザ側およびまたはメンテナンス者側の警報機に報知し、メインルーチンにリターンする。上記した運転は、発電運転でも良いし、起動運転でも良いし、システムの運転を停止させるための停止処理運転でも良い。本実施形態では、固体高分子形の燃料電池に適用しているが、これに限らず、固体酸化物形の燃料電池に適用することもできる。但しこの場合には加湿器７１を廃止することができる。なお換気装置６を排気口１２に設けても良い。

（実施形態２）
図３は実施形態２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。図３に示すように、筐体１の吸気口１１と換気装置６との間には、インバータを含む電気系部品８が配置されている。電気系装置である電気系部品８のうち筐体１の吸気口１１に対して近い側の面８ｒではなく、吸気口１１に対して遠ざかる側の面８ｆに換気装置６が設けられている。改質システムつまり燃料電池システムが運転されるときには、換気装置６が作動して換気羽根６０が回転するため、換気装置６のうち吸気口１１側の背面６ｒ側において吸引作用が発生する。電気系部品８のハウジングは、空気がハウジング内を通過する通路の入口および出口を有する。このため、換気装置６の吸引作用は、電気系部品８のハウジングの内部を貫通してハウジングの面８ｒ側にも及ぶ。よって、換気装置６の作動により空気は、電気系部品８のハウジングの内部を流れることができる。

ここで、吸引作用により、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。このように換気装置６の換気羽根６０が回転作動すると、吸気口１１から収容室１０に吸引された新鮮な空気は、電気系部品８のハウジングの内部を通過し、ハウジング内の部品に積極的に接触する。このため電気系部品８の冷却が促進され、電気系部品８の過熱が抑制される。

本実施形態においても、システムの運転中において、予想外の事情等により空気供給装置３に不具合が発生し、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失するおそれがある。この場合、空気供給装置３に不具合が発生すると、制御部１００は、センサ３８の信号に基づいてシステム異常と判定し、システムの運転を停止させる停止処理に移行する。更に制御部１００は、換気装置６の作動を停止させる指令を換気装置６に出力する。このため換気装置６の換気羽根６０の回転が停止、換気羽根６０による吸引作用の発生が抑えられる。よって筐体１の吸気口１１と換気装置６の間に吸引作用（負圧）が発生することが抑制される。この結果、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給通路３４を介して空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０側に矢印Ｒ方向に逆流するおそれが抑えられる。このため改質システムつまり燃料電池システムにおける保護性を高めることができる。なお、空気供給装置３に不具合が発生するとき、制御部１００は、換気装置６の作動を逆動させる指令を換気装置６に出力しても良い。

このようにシステムの運転を停止させる停止処理に移行させ逆流を抑制させるときであっても、換気装置６を逆動させれば、外部１４の空気が排気口１２から矢印Ｘ２方向と反対方向に収容室１０に向けて吸引され、収容室１０を流れ、吸気口１１から矢印Ｘ１方向と反対方向に外部１４に向けて放出される。このように換気装置６を逆動させれば、電気系部品８が冷却され、電気系部品８の過熱が抑制され、電気系部品８の保護性を高めることができる。

（実施形態３）
図４は実施形態３を示す。本実施形態は上記した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４に示すように、筐体１の吸気口１１に対向する位置に換気装置６が設けられている。換気装置６のうち吸気口１１と反対側に、インバータを含む電気系部品８が配置されている。電気系部品８のうち吸気口１１に対して遠い側の面８ｆではなく、吸気口１１に対して近い側の面８ｒに、換気装置６が設けられている。本実施形態においても、改質システムつまり燃料電池システムが運転されるとき、換気装置６が作動して換気羽根６０が回転し、換気装置６のうち吸気口１１側の背面６ｒ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、更にその空気は電気系部品８を通過し、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。このように換気装置６の換気羽根６０が回転作動すると、収容室１０に吸引された空気は電気系部品８に接触するため、電気系部品８の冷却が促進され、電気系部品８の過熱が抑制される。

本実施形態においても、空気供給装置３に不具合が発生し、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失するとき、制御部１００は、センサ３８の信号に基づいてシステム異常と判定し、システムを停止させる停止処理に移行する。更に制御部１００は、換気装置６の作動を停止させる指令を換気装置６に出力する。このため換気装置６の換気羽根６０による吸引作用（負圧）の発生が抑えられる。この結果、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０側に矢印Ｒ方向に逆流するおそれが抑えられる。このため改質システムつまり燃料電池システムにおける保護性を高めることができる。なお換気装置６の作動が停止するため、換気による電気系部品８の空冷は抑制される。

なお、空気供給装置３に不具合が発生するとき、制御部１００は、換気装置６の停止ではなく、換気装置６の作動を逆動させる指令を換気装置６に出力しても良い。換気装置６を逆動させれば、外部１４の空気が排気口１２から収容室１０に吸引され、収容室１０を流れ、吸気口１１から外部１４に放出される。このため電気系部品８が冷却され、電気系部品８の過熱が抑制され、その長寿命化に貢献できる。

（実施形態４）
図５は実施形態４を示す。本実施形態は上記した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５に示すように、筐体１の吸気口１１と換気装置６との間には、インバータを含む電気系部品８が配置されている。筐体１の吸気口１１と換気装置６との間には導風ダクト１５が設けられている。導風ダクト１５は収容室１０に配置されており、電気系部品８の外郭を形成するハウジング８０の連通口８０ａと吸気口１１とを連通させる第１導風ダクト１５ｆと、第１導風ダクト１５ｆの分岐部１５ｍから分岐され空気供給装置３の吸引口３１に連通された第２導風ダクト１５ｓとを有する。電気系部品８のハウジングは、これの内部に連通する入口および出口を有する。

本実施形態においても、改質システムつまり燃料電池システムが運転されるとき、換気装置６が作動して換気羽根６０が回転し、換気装置６のうち吸気口１１側の背面６ｒ側において吸引作用が発生する。この吸引作用が電気系部品８のハウジングの内部に及ぶ。そして吸引作用により、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内の第１導風ダクト１５ｆ内に吸引され、更にその空気は電気系部品８のハウジングの入口、内部を流れ、電気系部品８を冷却させつつ通過し、ハウジングの出口に対面する換気羽根６０から収容室１０に放出される。更に、空気は、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。このように換気装置６の換気羽根６０が回転作動すると、外部１４の空気は第１導風ダクト１５ｆの内部に吸引され、電気系部品８に接触するため、電気系部品８の冷却が促進され、電気系部品８の過熱が抑制される。第１導風ダクト１５ｆの内部に吸引された空気は、分岐されて第２導風ダクト１５ｓ内を流れ、空気供給装置３の吸引口３１から空気供給通路３４を経て燃焼器２に供給され、燃焼器２における燃焼反応に燃焼用空気として使用される。

本実施形態においても、システムが運転しているとき、予想外の事情等により空気供給装置３に不具合が発生し、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失するおそれがある。この場合、制御部１００は、センサ３８の信号に基づいてシステム異常と判定し、システムを停止させる停止処理に移行させる。更に制御部１００は、換気装置６の作動を停止させる指令を換気装置６に出力する。このため換気装置６の換気羽根６０による吸引作用の発生が抑えられる。よって筐体１の吸気口１１と換気装置６の間に存在する導風ダクト１５における吸引作用（負圧）が発生することが抑制される。この結果、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給装置３の吸引口３１から導風ダクト１５に矢印Ｒ方向に逆流するおそれが抑えられる。さらには、燃料または燃焼排ガスが電気系部品８および収容室１０側に逆流するおそれが抑えられる。このため改質システムつまり燃料電池システムにおける保護性を高めることができる。

なお、空気供給装置３に不具合が発生するとき、制御部１００は、換気装置６の換気羽根６０の回転を逆動させる指令を換気装置６に出力しても良い。このように換気装置６を逆動させれば、外部１４の空気が排気口１２から収容室１０に吸引され、収容室１０を流れ、換気装置６および電気系部品８を通過し、第１導風ダクト１５ｆを介して吸気口１１から外部１４に放出される。これにより第１導風ダクト１５ｆおよび第２導風ダクト１５ｓの内圧の正圧化を促進できる。この結果、燃焼器２側に存在する可燃性をもつ燃料または燃焼排ガスが空気供給通路３４を介して空気供給装置３の吸引口３１から第１導風ダクト１５ｆ内に矢印Ｒ方向に逆流するおそれが抑えられる。このため改質システムつまり燃料電池システムにおける保護性を高めることができる。逆動させるとき、バルブ７９ｉ，７９ｐを閉鎖させてスタック７のアノードにガスを進入させないことが好ましい。但し、これに限定されるものではない。

換気装置６を逆動させる時間としては適宜選択でき、燃焼器２側に残留する燃料または燃焼排ガスを燃焼器２側の排出口から排出できる程度の所定時間（例えば５分間、１０分間、２０分間）逆動させても良い。あるいは、空気供給装置３の不具合に対してメンテナンスされるまで、電気系部品８の空冷を兼用しつつ、換気装置６の逆動を継続させても良い。

また、定格運転時おける換気装置６の出力をＰ１とし、逆動時における換気装置６の出力をＰ２とすると、Ｐ１＝Ｐ２、Ｐ１≒Ｐ２、Ｐ１＞Ｐ２、Ｐ２＞Ｐ１のいずれとしても良い。Ｐ１＞Ｐ２であれば、適度な逆流防止効果と適度な電気系部品８の空気冷却性が得られ、換気装置６を逆動させる電気エネルギも節約できる。Ｐ２＞Ｐ１では逆流防止効果が高いし、逆動時において、電気系部品８に接触する単位時間当たりの空気量を増加でき、電気系部品８の空気冷却性を高め得る。

（実施形態５）
図６は実施形態５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。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には換気装置６が設けられている。第２収容室１０ｓには、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、複数の燃料電池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器２と、燃焼器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の上側の燃焼器２に上昇し、燃焼器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を形成する。このように燃焼器２における燃焼火炎は、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、換気装置６が作動して換気羽根６０が回転し、換気装置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から第１収容室１０ｆに吸引され、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、換気装置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。

さて本実施形態においても、上記したようにシステムが運転しているとき、空気供給装置３に不具合が発生し、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失するおそれがある。この場合、換気装置６が継続して回転作動して換気装置６の背面６ｒ側に吸引作用を発生させていると、発電モジュール９内に存在する燃料（アノードガス）または燃焼排ガス、すなわち、燃焼器２等における燃料または燃焼排ガスが、空気供給通路３４を介して空気供給装置の吸引口３１から第１収容室１０ｆ側に向けて矢印Ｒ方向に逆流するおそれがある。

このため、上記したようにシステムが運転しているときにおいて、空気供給装置３に不具合が発生し、空気供給装置３の空気供給力が低下または消失することがセンサ３８により検知されるときには、制御部１００は、センサ３８の信号に基づいてシステム異常と直ちに判定し、システムを停止させる停止処理に移行させる。更に、制御部１００は、換気装置６の作動を停止させる指令を換気装置６に直ちに速やかに出力する。このため換気装置６の換気羽根６０による吸引作用の発生が抑えられる。

よって第１収容室１０ｆにおいて換気装置６の背面６ｒ側に吸引作用（負圧）が発生することが抑制される。すなわち、第１収容室１０ｆにおいて、筐体１の吸気口１１と換気装置６との間に吸引作用（負圧）が発生することが抑制される。この結果、発電モジュール９内に存在する燃料または燃焼排ガス、すなわち、燃焼器２等における燃料または燃焼排ガスが、空気供給通路３４を介して空気供給装置の吸引口３１から収容室１０側に矢印Ｒ方向に逆流するおそれが抑えられる。このため改質システムつまり燃料電池システムにおける保護性を高めることができる。

なお、上記したように空気供給装置３に不具合が発生することがセンサ３８により検知されるときには、制御部１００は、換気装置６の換気羽根６０の回転を逆動させる指令を換気装置６に出力しても良い。このように換気装置６の換気羽根６０を逆動させれば、外部１４の空気が排気口１２から矢印Ｘ２方向と反対方向に沿って第２収容室１０ｓに吸引され、更に、発電モジュール９の断熱壁９０を冷却させつつ、仕切壁１８の開口１９を矢印Ｘ５方向と反対方向に流れ、更に第１収容室１０ｆを流れ、吸気口１１から矢印Ｘ１方向と反対方向に沿って筐体１の外部１４に向けて放出される。これにより第１収容室１０ｆの正圧化を促進できる。すなわち、空気供給装置の吸引口３１の正圧化を促進できる。

この結果、燃焼器２側に存在する燃料または燃焼排ガスが空気供給装置３の吸引口３１から第１収容室１０ｆ側に矢印Ｒ方向に逆流するおそれが一層抑えられる。このため改質システムつまり燃料電池システムにおける保護性を高めることができる。なお、本実施形態では、空気供給装置３は、筐体１の吸気口１１と換気装置６との間に配置されているが、換気装置６を筐体１の吸気口１１と空気供給装置３との間に配置してもよい。

（実施形態６）
本実施形態は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ため、図１〜図６を準用できる。空気供給装置３に不具合が発生するとき、換気装置６の作動を停止させるとしても、換気装置６の順方向に回転している換気羽根６０の慣性力が影響することがある。この場合、換気装置６への給電を停止させたとしても、換気装置６の構造および方式の如何によっては、慣性力により換気羽根６０が順方向に少なからず回転するおそれがある。この場合、燃焼器２側に存在する燃料が空気供給装置３の吸引口３１から収容室１０側に矢印Ｒ方向に逆流するおそれがある。このため、空気供給装置３に不具合が発生するとき、換気装置６の作動を停止させるとしても、制御部１００は、まず、換気装置６の換気羽根６０の回転を所定時間（微小時間）逆動させる第１指令を換気装置６に出力し、慣性力と反対の方向の回転力を与えて慣性力を実質的に相殺させる。その後、制御部１００は、換気装置６の換気羽根６０の回転を停止させる第２指令を換気装置６に出力する。これにより換気装置６の慣性力が無視できない場合であっても、逆流が発生す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。上記した各実施形態は燃料電池のスタックをもつ燃料電池システムに適用しているが、これに限らず、スタックを有していない方式、すなわち燃料原料を改質させる改質システムに適用しても良い。実施形態１では、固体高分子形の燃料電池に適用しているが、これに限らず、固体酸化物形の燃料電池に適用することもできる。更に、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池に適用しても良い。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、可搬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、１２は排気口、１５は導風ダクト、１８は仕切壁、２は燃焼器、３は空気供給装置、３１は吸引口、４は改質装置、６は換気装置、８は電気系部品、１００は制御部を示す。

Claims (3)

1. 可燃性をもつ燃料を空気で燃焼させ、燃焼排ガスを外部に放出する燃焼排ガス放出口を備える燃焼器と、
   前記燃焼器に空気を供給させ、空気を吸引するための吸引口を備える空気供給装置と、
   前記燃焼器に基づく加熱により改質用燃料を改質させる改質装置と、
   前記燃焼器、前記空気供給装置および前記改質装置を収容する収容室と外部の空気を前記収容室に吸引する吸気口をもつ筐体と、
   外部の空気を前記収容室に吸引し、前記収容室の空気を外部に放出させて前記収容室を換気させる、収容室に収容されている換気装置とを備えており、
   前記空気供給装置の前記吸引口は前記吸気口と前記換気装置との間に位置し、前記吸引口付近は前記換気装置の作動時に前記燃焼排ガス放出口付近よりも負圧化されており、
   前記空気供給装置に不具合が発生するとき、前記燃焼器側の燃料または燃焼排ガスが前記収容室に逆流することを抑制するように前記換気装置の作動を停止または逆動させる制御部とを具備する改質システム。
2. 請求項１に記載の改質システムにおいて、前記空気供給装置における不具合の発生を検知する不具合検知要素が設けられており、前記不具合検知要素の不具合検知信号が前記制御部に入力されると、前記制御部は前記換気装置の作動を停止または逆動させる指令を前記換気装置に出力する改質システム。
3. 可燃性をもつ燃料を空気で燃焼させ、燃焼排ガスを外部に放出する燃焼排ガス放出口を備える燃焼器と、
   前記燃焼器に空気を供給させ、空気を吸引するための吸引口を備える空気供給装置と、
   前記燃焼器に基づく加熱により改質用燃料を改質させる改質装置と、
   前記改質装置で改質されたガスをアノードガスとして供給されて発電する燃料電池と、
   前記燃焼器、前記空気供給装置、前記改質装置および前記燃料電池を収容する収容室と外部の空気を前記収容室に吸引する吸気口をもつ筐体と、
   外部の空気を前記収容室に吸引し、前記収容室の空気を外部に放出させて前記収容室を換気させる、収容室に収容されている換気装置とを備えており、
   前記空気供給装置の前記吸引口は前記吸気口と前記換気装置との間に位置し、前記吸引口付近は前記換気装置の作動時に前記燃焼排ガス放出口付近よりも負圧化されており、
   前記空気供給装置に不具合が発生するとき、前記燃焼器側の燃料または燃焼排ガスが前記収容室に逆流することを抑制するように前記換気装置の作動を停止または逆動させる制御部とを具備する燃料電池システム。

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