JP6318917B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
また、燃料電池システムは、換気ファン6を制御することにより、パッケージ1内部の換気量を所定換気量より小さくするように一時的に低減させて、換気センサ7により検知される換気量が所定換気量より小さくなるか否かの確認を行うことにより、換気センサ7が正常であるか否かの判定を行っている。
これによれば、制御装置は、記憶部に記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を行う。このため、換気ファンの最小制御指令値を、流れ有無検知スイッチの出力が切り替わるときの換気ファンの駆動量に相当する換気ファンの制御指令値に、できる限り接近させることができる。よって、従来では、流れ有無検知スイッチが切り替わる流量に相当する駆動量より比較的高く設定されていた換気ファンの駆動量を低減することができるため、換気ファンの消費電力を比較的低減できる。したがって、燃料電池システムの消費電力を低減することができる。
これによれば、設定部は、燃料電池システムの起動運転が開始される前に、記憶部にて記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を行う。燃料電池システムの起動運転前においては、例えば燃焼排ガス等の排出がないため、燃焼排ガスの流量が流れ有無検知スイッチの作動に影響することなく、換気ファンの最小制御指令値が設定される。したがって、換気ファンの最小制御指令値の設定を精度よく行うことができる。
これに対して、請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に係る燃料電池システムにおいて、記憶部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において定期的に記憶を行い、設定部は、記憶部に記憶された切替制御指令値に基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、記憶部にて記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を定期的に行う。このため、設定部による設定が行われる時点の換気ファンの駆動量に相当する切替制御指令値に基づいて、換気ファンの最小制御指令値が定期的に更新される。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う際においても、換気ファンが作動しているにもかかわらず、流れ有無検知スイッチが誤検知することを抑制することができる。
これによれば、設定部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になった場合に、記憶部にて記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を行う。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う場合においても、換気ファンの最小制御指令値の更新を比較的簡便に行うことができる。
これによれば、例えば、燃料電池システムの起動運転が開始される前である場合は、換気ファンの駆動量はゼロであり、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号である。また、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になった場合は、換気ファンの駆動量が比較的低くなっている等により、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になっている。これらの場合、記憶部は、そのときの換気ファンの駆動量から駆動量を増加させることにより、オフ信号である流れ有無検知スイッチの出力をオン信号に切り替えることができる。よって、記憶部は、換気ファンの駆動量を増加させた後、駆動量を減少させて、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力をオフ信号に切り替える場合より、流れ有無検知スイッチの出力の切替を比較的短時間にて行うことができる。したがって、換気ファンの最小制御指令値の設定を比較的短時間にて行うことができる。
これによれば、設定部が、換気ファンの制御指令値の最小値を、例えばオン制御指令値に基づいて、第一流量に相当するオン制御指令値にできる限り接近させるように設定した場合に、補正部は、流れ有無検知スイッチが有するヒステリシスを考慮して、第一流量より小さい第二流量に相当するオフ制御指令値にできる限り接近させるように補正することができる。よって、換気ファンの駆動量を適切に低減することができるため、換気ファンの消費電力を適切に低減することができる。したがって、燃料電池システムの消費電力を適切に低減することができる。
蒸発部32は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部32は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部33に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、LPガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
煙突部53は、2重管構造であり、内管53aと外管53bとから構成されている。内管53aと外管53bとの間に、吸気用流路FP1が形成されている。吸気用流路FP1は、外部と排気ダクト室R2と連通している。外気は、吸気用流路FP1を通って排気ダクト室R2内に流入(吸気)される。
流れ有無検知スイッチ60は、換気ファン42による筐体10a内の換気が行われる際に、換気に伴って流れる流体の流路上に配設され、流体の流れの有無を検出するものである。流れ有無検知スイッチ60は、圧力導入部61およびスイッチ部62を備えている。
圧力導入部61は、一般的なピトー管と同様な機能を有する。圧力導入部61は、図2に示すように、絞り管61a、第一圧力導入管61bおよび第二圧力導入管61cを備えている。
第一圧力導入管61bの一端は、絞り管61a内にて下方向に開口し、換気が行われる際に、絞り管61aを流通する流体の全圧が作用する。流体の全圧は、流体の静圧および動圧を合わせた圧力である。また、第二圧力導入管61cの一端は、絞り管61a内にて上方向に開口し、絞り管61aを流通する流体の静圧が作用する。
第二圧力室RP2には、可動片62c、第一固定片62dおよび第二固定片62eが配設されている。第二圧力室RP2は、第二圧力導入管61cと連通している(破線にて示す)。これにより、第二圧力室RP2には、第二圧力導入管61cの一端に作用する圧力(絞り管61aを流通する流体の静圧)圧力が導入する。
可動片62cは、導電性材料によって平板状に弾性変形可能に形成されている。可動片62cの下面には、転動子62bに形成された突出部62b1の突出端が接触している。
第一固定片62dおよび第二固定片62eは、導電性材料によって形成され、可動片62cを挟んで空間をおいて配設されている。
一方、流体の流れが発生し、第一圧力室RP1に導入する圧力と第二圧力室RP2に導入する圧力とにより、両圧力室RP1,RP2の間の圧力差が生じた場合、転動子62bが平板状(図2に示す)から上方に凸となる形状に変形する。このとき、突出部62b1が可動片62cを上方に押圧するため、可動片62cが平板状(図2に示す)から上方に凸となる形状に変形する。これにより、可動片62cと第二固定片62eとが接触した場合、スイッチ部62は、オン信号を制御装置15に出力する。
これによれば、制御装置15は、切替デューティ比Dkとして記憶部に記憶されたオンデューティ比Donに基づいて換気ファン42の最小デューティ比Dminの設定を行う。このため、換気ファン42の最小デューティ比Dminを、オフ信号である流れ有無検知スイッチ60の出力がオン信号に切り替わるときの駆動量に相当するオンデューティ比Donと同一、または、できる限り接近させることができる。よって、本発明を適用しない場合に、比較的高く設定されていた換気ファン42の駆動量(第五デューティ比D5に相当)を低減することができるため、換気ファン42の消費電力を比較的低減できる。したがって、燃料電池システムの消費電力を低減することができる。
また、オフ信号である流れ有無検知スイッチ60の出力がオン信号に切り替わるときの第一流量Q1に相当するオンデューティ比Donは、換気ファン42の駆動量の個体差や筐体10aの圧力損失の個体差等によって、燃料電池システム毎に異なっている。このような場合においても、燃料電池システム毎に適切に換気ファン42の最小デューティ比Dminを設定することができるため、燃料電池システム毎に消費電力を適切に低減することができる。
これによれば、設定部は、燃料電池システムの起動運転が開始される前に、切替デューティ比Dkとして記憶部にて記憶されたオンデューティ比Donに基づいて換気ファン42の最小デューティ比Dminの設定を行う。燃料電池システムの起動運転前においては、例えば燃焼排ガス等の排出がないため、燃焼排ガスの流量が流れ有無検知スイッチ60の作動に影響することなく、換気ファン42の最小デューティ比Dminが設定される。したがって、換気ファン42の最小デューティ比Dminの設定を精度よく行うことができる。
また、燃料電池システムの起動運転が開始される前である場合は、換気ファン42のデューティ比Dはゼロであり、流れ有無検知スイッチ60の出力がオフ信号である。この場合、記憶部は、そのときの換気ファン42のデューティ比Dをゼロから増加させることにより、オフ信号である流れ有無検知スイッチ60の出力をオン信号に切り替えることができる。よって、記憶部は、換気ファン42のデューティ比Dを増加させた後、デューティ比Dを減少させて、オン信号である流れ有無検知スイッチ60の出力をオフ信号に切り替える場合より、流れ有無検知スイッチ60の出力の切替を比較的短時間にて行うことができる。したがって、換気ファン42の最小デューティ比Dminの設定を比較的短時間にて行うことができる。
これによれば、補正部は、設定部により第一流量Q1に相当するオンデューティ比Donにできる限り接近させるように設定された換気ファン42のデューティ比Dの最小値を、流れ有無検知スイッチ60が有するヒステリシスに基づいて、第一流量Q1より小さい第二流量Q2に相当するオフデューティ比Doffにできる限り接近させるように補正することができる。よって、換気ファン42の駆動量を適切に低減することができるため、換気ファン42の消費電力を適切に低減することができる。したがって、燃料電池システムの消費電力を適切に低減することができる。
第一実施形態において、制御装置15は、最小デューティ比Dminの設定を、燃料電池システムの起動運転開始前に行っているのに対し、第二実施形態においては、制御装置15は、燃料電池システムの起動運転、発電運転または停止運転中に定期的(例えば、発電運転開始時点から96時間毎)に図6に示すフローチャートを実行する。なお、第一実施形態と同一内容については、第一実施形態と同一符号が付されている。燃料電池システムが発電運転中においては、燃焼排ガスが排出されるため、第二実施形態において、流れ有無検知スイッチ60が検知する流体は、換気排気と燃焼排ガスとが混合したものである。すなわち、図3に示す流量Qは、換気排気の流量と燃焼排ガスの流量とを合わせた流量である。
これに対して、第二実施形態は、記憶部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において定期的に記憶を行い、設定部は、切替デューティ比Dkとして記憶部に記憶されたオンデューティ比Donに基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、切替デューティ比Dkとして記憶部にて記憶されたオンデューティ比Donに基づいて換気ファン42の最小デューティ比Dminの設定を定期的に行う。このため、設定部による設定が行われる時点の換気ファン42の駆動量に相当するオンデューティ比Donに基づいて、換気ファン42の最小デューティ比Dminが定期的に更新される。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う際においても、換気ファン42が作動しているにもかかわらず、流れ有無検知スイッチ60が誤検知することを抑制することができる。
制御装置15は、換気制御中において、流れ有無検知スイッチ60の出力がオフ信号であるか否かを判定する(ステップS302)。制御装置15は、流れ有無検知スイッチ60の出力がオン信号である場合、ステップS302にて「NO」と判定し、換気制御を継続する。一方、例えば煙突部53が閉塞に近い状態になることで、流量Qが第二流量Q2より小さくなることにより、流れ有無検知スイッチ60の出力がオン信号からオフ信号となった場合、制御装置15は、ステップS302にて「YES」と判定し、燃料電池34の発電量を最小発電量にする(ステップS304)。そして、制御装置15は、プログラムをステップS112に進める。ステップS112以降は、第二実施形態と同様である。
これによれば、設定部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチ60の出力がオフ信号になった場合に、切替デューティ比Dkとして記憶部にて記憶されたオンデューティ比Donに基づいて換気ファン42の最小デューティ比Dminの設定を行う。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う場合においても、換気ファン42の最小デューティ比Dminの更新を比較的簡便に行うことができる。
また、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になった場合は、換気ファンの駆動量が比較的低くなっている等により、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になっている。この場合、記憶部は、そのときの換気ファン42のデューティ比Dをその時点のデューティ比Dから増加させることにより、オフ信号である流れ有無検知スイッチ60の出力をオン信号に切り替えることができる。よって、記憶部は、換気ファン42のデューティ比Dを増加させた後、デューティ比Dを減少させて、オン信号である流れ有無検知スイッチ60の出力をオフ信号に切り替える場合より、流れ有無検知スイッチ60の出力の切替を比較的短時間にて行うことができる。したがって、換気ファン42の最小デューティ比Dminの設定を比較的短時間にて行うことができる。
また、制御装置15による換気制御中に、例えば外部から煙突部53の内管53aを介して換気排気用ダクト51内に風が吹き込む等により、一時的に流量Qが第二流量Q2より小さくなることにより、流れ有無検知スイッチ60の出力がオフ信号になる場合が考えられる。このような場合においても、換気ファン42の最小デューティ比Dminの更新を比較的簡便に行うことができるため、一時的な流量Qの変化により、流れ有無検知スイッチ60や換気装置が異常であると検知されることを抑制することができる。
ここで、上述した実施形態と同様に、設定部が記憶部に記憶された切替デューティ比Dkと同一の値に最小デューティ比Dminの設定をする場合、本実施形態においては、オフデューティ比Doffが最小デューティ比Dminに設定される。ここで、オフデューティ比Doffが、上述した実施形態において最小デューティ比Dminに設定されたオンデューティ比Donよりも小さいデューティ比Dであるため、設定部は、最小デューティ比Dminを上述した実施形態の最小デューティ比Dminより小さく設定することができる。よって、換気ファン42の駆動量をより低減できるため、燃料電池システムの消費電力をより低減することができる。
このように、記憶部は、換気ファン42の駆動量を制御して、流れ有無検知スイッチ60の出力が切り替わるときの換気ファン42の駆動量に相当する換気ファン42のデューティ比Dを切替デューティ比Dkとして記憶をする。
また、上述した各実施形態において、補正部は、最小デューティ比Dminを補正値α(または補正値β)によって減算して、オフデューティ比Doffに接近させるように補正しているが、これに代えて、最小デューティ比Dminを増加させるように補正するようにしても良い。例えば経年変化による換気ファン42の駆動量の低下量が予め把握されている場合、制御装置15は、その低下量に相当するデューティ比Dだけ増加させるように、最小デューティ比Dminを補正する。
また、流れ有無検知スイッチ60の圧力導入部61は、換気排気用ダクト51内に配設されているが、これに代えて、換気が行われる際に、排気ダクト室R2内における外気が流通する流路上、または、筐体10a内における流体が流通する流路上に配設されているようしても良い。
Claims (6)
- 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池を収納する筐体と、
前記筐体内の換気を行う換気ファンと、
前記換気ファンによる前記筐体内の換気が行われる際に、前記換気に伴って流れる流体の流路上に配設され、前記流体の流れがある場合にオン信号を出力し、前記流体の流れがない場合にオフ信号を出力する流れ有無検知スイッチと、
前記換気ファンを少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記換気ファンの駆動量を制御して、前記流れ有無検知スイッチの出力が切り替わるときの前記換気ファンの駆動量に相当する前記換気ファンの制御指令値を切替制御指令値として記憶をする記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記換気ファンの最小制御指令値の設定をする設定部と、を備えている燃料電池システム。 - 前記記憶部は、前記燃料電池システムの起動運転を開始する前に、前記記憶を行い、
前記設定部は、前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記設定を行う請求項1記載の燃料電池システム。 - 前記記憶部は、前記燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において定期的に前記記憶を行い、
前記設定部は、前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記設定を行う請求項1または請求項2記載の燃料電池システム。 - 前記記憶部は、前記燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、前記オン信号である前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オフ信号になった場合に前記記憶を行い、
前記設定部は、前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記設定を行う請求項1乃至請求項3の何れか一項記載の燃料電池システム。 - 前記切替制御指令値は、前記オフ信号である前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オン信号に切り替わるときの前記換気ファンの駆動量に相当する前記換気ファンの制御指令値である請求項1乃至請求項4の何れか一項記載の燃料電池システム。
- 前記切替制御指令値は、前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オフ信号から前記オン信号に切り替わる場合のオン制御指令値と、前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オン信号から前記オフ信号に切り替わる場合のオフ制御指令値と、を有し、
前記流れ有無検知スイッチは、前記オン制御指令値に相当する前記流体の第一流量が、前記オフ制御指令値に相当する前記流体の第二流量よりも大きくなるヒステリシスを有し、
前記制御装置は、前記ヒステリシスを考慮して、前記設定部によって設定された前記換気ファンの最小制御指令値の補正を行う補正部をさらに備えている請求項1乃至請求項5の何れか一項記載の燃料電池システム。
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