JP6790655B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、開閉弁を介して供給される燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電可能な燃料電池を備える燃料電池システムに関する。

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料改質部や燃料電池、燃焼部を収容するパッケージの内部空間に配置された可燃ガスセンサと、可燃ガスセンサのセンサ出力と閾値とを比較するガス検知判断回路とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、閾値として２つの閾値Ａ，Ｂが設定され、センサ出力が閾値Ａと閾値Ｂとの間にある場合には問題なしと判断し、センサ出力が閾値Ａより大きい場合には可燃ガスが多量に存在すると判断し、センサ出力が閾値Ｂより小さい場合には可燃ガスセンサが故障等の異常状態になっていると判断している。

特開２００５−２５１６６５号公報

ところで、燃料電池システムは、設置，試運転が行なわれた後、実運転が開始されるまでに長期間放置される場合がある。例えば、燃料電池の排熱を用いて加温した貯湯水を蓄える貯湯タンクを備える燃料電池システムにおいては、設置後、燃料電池を運転していなくても、配管の凍結を防止するために、補機に通電される場合がある。この場合、補機の一つである可燃ガスセンサにも通電されると、内蔵するヒータにより高温となるため、熱等による劣化が生じやすい。このため、可燃ガスセンサに常に通電されるものとすると、可燃ガスセンサの寿命が短くなってしまう。

本発明の燃料電池システムは、可燃ガスセンサの劣化の進行を遅らせて、その寿命を延長させることを主目的とする。

本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の燃料電池システムは、
開閉弁を介して供給される燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電可能な燃料電池を備える燃料電池システムであって、
可燃ガスの漏れを検知する可燃ガスセンサと、
システムが備える他の補機とは独立して前記可燃ガスセンサへの通電と通電の停止とが可能なリレーと、
前記開閉弁が閉弁しているときには前記可燃ガスセンサへの通電が停止されるよう前記リレーを制御する制御装置と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の燃料電池システムは、開閉弁を介して供給される燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電可能な燃料電池を備えるものである。この燃料電池システムにおいて、システムが備える他の補機とは独立して可燃ガスセンサへの通電とその停止とが可能なリレーを設け、開閉弁が閉弁しているときには可燃ガスセンサへの通電が停止されるようリレーを制御する。可燃ガスセンサは通電によって劣化が進みやすいため、開閉弁の閉弁時に可燃ガスセンサへの通電を停止することにより、可燃ガスセンサへの無駄な通電を抑制してその劣化が進むのを抑制することができる。この結果、可燃ガスセンサの劣化の進行を遅らせて、その寿命を延長させることができる。

こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記可燃ガスセンサは、複数設けられ、
前記リレーは、複数の可燃ガスセンサのそれぞれに対して個別に通電と通電の停止とが可能に複数設けられ、前記制御装置は、前記開閉弁が開弁しているときには前記複数の可燃ガスセンサのうち１の可燃ガスセンサのみに通電されるよう前記複数のリレーを制御するものとしてもよい。こうすれば、複数の可燃ガスセンサの劣化が同時に進むのを防止することができる。この場合、前記制御装置は、所定の切替タイミングで通電する可燃ガスセンサが切り替えられるよう前記リレーを制御するものとしてもよい。こうすれば、一部の可燃ガスセンサに偏って劣化が進むのを抑制することができる。これらの場合、前記制御装置は、前記１の可燃ガスセンサにより可燃ガスが検知された場合に他の可燃ガスセンサへ通電されるよう前記リレーを制御し、前記他の可燃ガスセンサにより可燃ガスが検知されるか否かに基づいて可燃ガスの漏れが生じているか前記可燃ガスセンサに関する異常が生じているかを判定するものとしてもよい。こうすれば、可燃ガスセンサに関する異常によるガス漏れの誤検出を防止することができる。また、これらの場合、前記制御装置は、所定の診断タイミングで前記複数の可燃ガスセンサに同時に通電されるよう前記リレーを制御し、前記複数の可燃ガスセンサの出力差に基づいて前記可燃ガスセンサに関する異常の有無を判定するものとしてもよい。こうすれば、可燃ガスセンサに関する異常の有無を適切な頻度で判定することができる。

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記可燃ガスセンサは、通電されているときと、通電が停止されているときとで、出力が異なるように構成され、前記制御装置は、前記可燃ガスセンサの出力に基づいて該可燃ガスセンサに関する異常の有無を判定するものとしてもよい。こうすれば、可燃ガスセンサに関する異常の有無をより簡単に判定することができる。

本発明の一実施例としての燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図である。 電源基板７２を含む電源系の構成の概略を示す構成図である。 可燃ガス濃度と可燃ガスセンサ出力（不均衡電圧）との関係を示す説明図である。 可燃ガスセンサ関連処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 使用センサ切替処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 定期診断処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としての燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は電源基板７２を含む電源系の構成の概略を示す構成図である。

実施例の燃料電池システム１０は、図１に示すように、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス（エア）との供給を受けて発電する燃料電池３６を有する発電ユニット２０と、発電ユニット２０の発電に伴って発生する熱を回収して給湯する貯湯タンク１０１を有する給湯ユニット１００と、システム全体を制御する制御装置８０と、発電ユニット２０を収容する筐体２２の排気口２２ｂ付近に設けられ可燃ガスのガス漏れを検知するための第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２と、を備える。

発電ユニット２０は、改質水と原燃料ガス（例えば天然ガスやＬＰガス）との供給を受けてこれらを加熱することにより改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に原燃料ガスを予熱する気化器３２と、気化器３２からの原燃料ガスを水蒸気改質反応により改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器３３と、燃料ガスとエアとの供給を受けて発電する燃料電池３６とを含む発電モジュール３０と、気化器３２に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置４０と、燃料電池３６にエアを供給するエア供給装置５０と、気化器３２に改質水を供給する改質水供給装置５５と、発電モジュール３０で発生した排熱を回収する排熱回収装置６０と、を備える。

気化器３２と改質器３３と燃料電池３６は、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース３１内に収容されている。モジュールケース３１内には、燃料電池３６の起動や、気化器３２における水蒸気の生成、改質器３３における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼部３４が設けられている。燃焼部３４には燃料電池３６からのアノードオフガス（燃料オフガス）とカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが供給され、これらの混合ガスが点火ヒータ３５により点火されることにより燃焼して燃料電池３６や気化器３２、改質器３３を加熱する。

原燃料ガス供給装置４０は、燃料供給装置１と気化器３２とが原燃料ガス供給管４１により接続され、原燃料ガスポンプ４５の駆動により燃料供給装置１からの原燃料ガスを原燃料ガス供給弁（電磁弁）４２，４３と脱硫器４６とを介して気化器３２へ供給する。気化器３２へ供給された原燃料ガスは、気化器３２を経て改質器３３へ供給され、燃料ガスへと改質される。原燃料ガス供給弁４２，４３は、直列に接続された２連弁として構成される。脱硫器４６は、原燃料ガスに含まれる硫黄分を除去するものであり、例えば、硫黄化合物をゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する常温脱硫方式などを採用することができる。また、原燃料ガス供給管４１には、当該原料ガス供給管４１内の原燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４７や原料ガス供給管４１を流れる原燃料ガスの単位時間当たりの流量を検出する流量センサ４８が設けられている。

エア供給装置５０は、外気と連通するフィルタ５２と燃料電池３６とがエア供給管５１により接続され、エアブロワ５３の駆動により外気をフィルタ５２を介して燃料電池３６へ供給する。エア供給管５１には、当該エア供給管５１を流れるエアの単位時間当たりの流量を検出する流量センサ５４が設けられている。

改質水供給装置５５は、改質水を貯蔵する改質水タンク５７と気化器３２とが改質水供給管５６により接続され、改質水供給管５６に設けられた改質水ポンプ５８の駆動により改質水タンク５７の改質水を気化器３２へ供給する。気化器３２へ供給された改質水は、気化器３２で水蒸気とされ、改質器３３における水蒸気改質反応に利用される。改質水タンク５７には、貯蔵される改質水を精製する図示しない水精製器が設けられている。

排熱回収装置６０は、発電モジュール３０内の燃焼排ガスが供給される熱交換器６２と貯湯水を貯蔵する貯湯タンク１０１とが循環配管６１により接続され、循環配管６１に設けられた循環ポンプ６３の駆動により熱交換器６２にて貯湯タンク１０１からの貯湯水が燃焼排ガスとの熱交換により加温されて貯湯タンク１０１に貯湯されるようになっている。熱交換器６２は凝縮水供給管６６を介して改質水タンク５７に接続されると共に排気ガス排出管６７を介して外気と接続されており、熱交換器６２に供給された燃焼排ガスは貯湯水との熱交換によって水蒸気成分が凝縮されて改質水タンク５７に回収されると共に残りの排気ガスが排気ガス排出管６７を介して外気へ排出されるようになっている。

また、循環配管６１には温水ヒータ６４が設けられており、循環配管６１内の貯湯水を温水ヒータ６４からの熱によって加温できるようになっている。例えば、制御装置８０は、燃料電池３６の運転が停止しているときに外気温センサ６５により検出される外気温が所定温度（例えば５℃）以下となった場合に、温水ヒータ６４と循環ポンプ６３とを駆動することにより、貯湯水を加温してその凍結を予防する。

燃料電池３６は、電解質とこの電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とを含む単セルが複数積層された固体酸化物燃料電池として構成されており、燃料ガス中の水素とエア中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池３６の出力端子にはインバータとＤＣ／ＤＣコンバータとを含むパワーコンディショナ７１を介して商用電源２から負荷４への電力ライン３が接続されており、燃料電池３６からの直流電力が交流電力に変換されて商用電源２からの交流電力に付加されて負荷４に供給できるようになっている。パワーコンディショナ７１から分岐した電力ラインには電源基板７２が接続されている。

電源基板７２は、原燃料ガス供給弁４２，４３やエアブロワ５３、原燃料ガスポンプ４５、改質水ポンプ５３、循環ポンプ６３、温水ヒータ６４、第１可燃ガスセンサ９１、第２可燃ガスセンサ９２、圧力センサ４７、流量センサ４８，５４、外気温センサ６５などの補機に直流電力を供給する直流電源として機能する。図２に示すように、電源基板７２には第１リレー９３を介して第１可燃ガスセンサ９１が接続されると共に第２リレー９４を介して第２可燃ガスセンサ９２が接続されており、他の補機とは独立して電源基板７２から第１可燃ガスセンサ９１と第２可燃ガスセンサ９２とにそれぞれ直流電力の供給と供給の停止とができるようになっている。

第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２は、本実施例では触媒燃焼式ガスセンサとして構成される。ここで、触媒燃焼式ガスセンサは、白金触媒などの酸化触媒（燃焼触媒）をアルミナなどの担体に担持させたものを白金線コイル上に固定した検知素子と、酸化触媒を持たない補償素子とによりブリッジ回路を構成したものである。触媒燃焼式ガスセンサはブリッジ回路に電流を印加した状態で使用され、検知素子は電流の印加によって加熱されて触媒反応が起こりやすい温度（例えば２００〜５００℃）に保持される。検知素子は可燃ガスが触れると触媒燃焼反応により発熱して抵抗値が変化するため、ブリッジ回路の平衡が崩れ、ブリッジ回路の出力端子には不均衡電圧が出力される。不均衡電圧とガス濃度との間には比例関係を有するため、不均衡電圧を測定することによりガス濃度を検知することができる。図３に可燃ガス濃度と可燃ガスセンサ出力（不均衡電圧）との関係を示す。例えば、図示するように、爆発下限界濃度付近のガス濃度Ｘに対応するセンサ出力Ｃ（不均衡電圧）を閾値に定めることで、センサ出力が閾値Ｃ以上のときに、ガス漏れが生じていると判断することができる。こうした触媒燃焼式ガスセンサは、有機シリコン化合物などにより触媒が被毒したり、耐熱温度以上の使用により触媒が熱劣化を起こすことが知られており、経年使用（通電）によって触媒が劣化し、性能低下を招きやすい。また、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２は、本実施例では、図３に示すように、可燃ガスの存在しない雰囲気下（可燃ガス濃度ゼロ）において通電したときのセンサ出力（ゼロ点出力）が通電していないときのセンサ出力と異なるようにブリッジ回路の抵抗値が調整されたものを用いるものとした。

制御装置８０は、ＣＰＵ８１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ８１の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ８２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ８３と、計時を行なうタイマ８４と、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置８０には、圧力センサ４７や流量センサ４８、流量センサ５４、外気温センサ６５などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置８０からは、筐体２２の吸気口２２ａに設けられた換気ファン２４のファンモータへの駆動信号や原燃料ガス供給弁４２，４３のソレノイドへの駆動信号、原燃料ガスポンプ４５のポンプモータへの駆動信号、エアブロワ５３のブロワモータへの駆動信号、改質水ポンプ５８のポンプモータへの駆動信号、循環ポンプ６３のポンプモータへの駆動信号、パワーコンディショナ７１のインバータやＤＣ／ＤＣコンバータへの制御信号、点火ヒータ３５への駆動信号、温水ヒータ６４への駆動信号、表示パネル９０への表示信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された燃料電池システム１０の動作、特に、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２に関連する動作について説明する。図４は、制御装置８０のＣＰＵ８１により実行される可燃ガスセンサ関連処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。

可燃ガスセンサ関連処理ルーチンが実行されると、制御装置８０のＣＰＵ８１は、まず、原燃料ガス供給弁４２，４３が開弁中であるか否か、即ち原燃料ガスが筐体２２（気化器３２）内へ供給されているか否かを判定する（ステップＳ１００）。原燃料ガス供給弁４２，４３が開弁中でない、即ち閉弁中であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２への通電が停止されるよう第１リレー９３および第２リレー９４をオフして（ステップＳ１１０）、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。上述したように、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２は、電流の印加によって検知素子が発熱すると、触媒の劣化が進む一方、原燃料ガス供給弁４２，４３が閉弁して原燃料ガスが筐体２２内へ供給されていなければ、燃料ガスのガス漏れを検出する必要がない。したがって、原燃料ガス供給弁４２，４３が閉弁しているときに第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２への通電を停止することで、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２の触媒劣化の進行を遅らせることができる。ここで、燃料電池システム１０は、例えば集合住宅に設置される場合など、設置，試運転された後、実運転が開始されるまでに比較的長い期間に亘って放置される場合がある。こうした場合でも、循環配管６１内の貯湯水の凍結を防止するために、循環ポンプ６３や温水ヒータ６４などの補機を駆動する必要があり、電源基板７２は、燃料電池３６の運転が停止されているとき、即ち原燃料ガスが筐体２２（気化器３２）に供給されていないときでも、補機に直流電力を供給するよう構成されている。しかしながら、電源基板７２が可燃ガスセンサ（第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２）にも常時通電すると、上述したように、可燃ガスセンサの触媒劣化が進み、その寿命が短くなってしまう。本実施例では、電源基板７２に対して第１可燃ガスセンサ９１と第２可燃ガスセンサ９２とをそれぞれ第１リレー９３と第２リレー９４とを介して接続し、原燃料ガス供給弁４２，４３が閉弁中であるときには、第１リレー９３および第２リレー９４をオフとして、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２への通電を停止するから、これらに常に通電するものに比して、その劣化の進行を遅らせて、寿命を延長させることができる。

ステップＳ１００において、原燃料ガス供給弁４２，４３が開弁していると判定すると、使用センサ切替フラグＦが値０であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、使用センサ切替フラグＦは、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２のうち使用（通電）すべきセンサを示すフラグであり、第１可燃ガスセンサ９１を使用すべきときには値０が設定され、第２可燃ガスセンサ９２を使用すべきときには値１が設定される。この使用センサ切替フラグＦは、図５の使用センサ切替処理ルーチンにより設定される。以下、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンの説明を中断し、使用センサ切替処理ルーチンについて説明する。使用センサ切替処理ルーチンでは、まず、使用中の可燃ガスセンサのセンサＯＮ時間Ｔ１を入力する（ステップＳ３００）。センサＯＮ時間Ｔ１は、使用中の可燃ガスセンサの累積通電時間を示し、タイマ８４により計測される。センサＯＮ時間Ｔ１を入力すると、センサＯＮ時間Ｔ１が閾値Ｄよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３１０）。閾値Ｄは、使用する可燃ガスセンサの切替タイミングを判断するための閾値であり、例えば、１ヶ月などのように定めることができる。センサＯＮ時間Ｔ１が閾値Ｄよりも大きくない、即ち閾値Ｄ以下と判定すると、そのまま使用センサ切替処理ルーチンを終了する。一方、センサＯＮ時間Ｔ１が閾値Ｄよりも大きいと判定すると、現在の使用センサ切替フラグＦが値１であるか否か、即ち使用中の可燃ガスセンサが第２可燃ガスセンサ９２であるか否かを判定し（ステップＳ３２０）、使用センサ切替フラグＦが値１であると判定すると、使用する可燃ガスセンサを第２可燃ガスセンサ９２から第１可燃ガスセンサ９１へ切り替えるために、使用センサ切替フラグＦに値０を設定し（ステップＳ３３０）、使用センサ切替フラグＦが値１でない、即ち値０であると判定すると、使用する可燃ガスセンサを第１可燃ガスセンサ９１から第２可燃ガスセンサ９２へ切り替えるために、使用センサ切替フラグＦに値１を設定する（ステップＳ３４０）。そして、センサＯＮ時間Ｔ１を値０に初期化して（ステップＳ３５０）、使用センサ切替処理ルーチンを終了する。これにより、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２は、使用（通電）が開始されてから閾値Ｄが経過する度に、使用する可燃ガスセンサが切り替えられることとなるため、一方の可燃ガスセンサに偏って劣化が進むのを防止することができる。

可燃ガスセンサ関連処理ルーチンに戻って、使用センサ切替フラグＦが値０であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１へ通電されるよう第１リレー９３をオンとすると共に第２可燃ガスセンサ９２への通電が停止されるよう第２リレー９４をオフとする（ステップＳ１３０）。そして、第１可燃ガスセンサ９１のセンサ出力Ｖ１が閾値Ａ以上で且つ第２可燃ガスセンサ９２のセンサ出力Ｖ２が閾値Ｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、図３に示すように、閾値Ａは、可燃ガスセンサのゼロ点出力付近の値が定められ、閾値Ｂは、ゼロ点出力よりも小さく値０よりも大きな値が定められている。したがって、可燃ガスセンサが正常であれば、通電している可燃ガスセンサのセンサ出力Ｖ１は、閾値Ａ以上となり、通電していない可燃ガスセンサのセンサ出力Ｖ２は、閾値Ｂ未満となる。センサ出力Ｖ１が閾値Ａ以上でないと判定すると、第１可燃ガスセンサ９１の故障や第１リレー９３の故障、ハーネスの断線等が生じていると判定し、センサ出力Ｖ２が閾値Ｂ未満でないと判定すると、第２リレー９４の接点の溶着等が生じていると判定して（ステップＳ１５０）、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。

一方、センサ出力Ｖ１が閾値Ａ以上であり且つセンサ出力Ｖ２が閾値Ｂ未満であると判定すると、センサ出力Ｖ１が閾値Ｃ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。ここで、閾値Ｃは、上述したように、ガス漏れを検出するための値である。センサ出力Ｖ１が閾値Ｃ未満であると判定すると、可燃ガスのガス漏れは生じていないと判断して、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。一方、センサ出力Ｖ１が閾値Ｃ未満でない、即ち閾値Ｃ以上であると判定すると、第２可燃ガスセンサ９２へ通電されるよう第２リレー９４をオンとする（ステップＳ１７０）。そして、第２可燃ガスセンサ９２のセンサ出力Ｖ２が閾値Ｃ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。センサ出力Ｖ２が閾値Ｃ以上であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２の両センサ出力Ｖ１，Ｖ２は何れも閾値Ｃ以上であるため、可燃ガスのガス漏れが生じていると判定して（ステップＳ１９０）、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。一方、センサ出力Ｖ２が閾値Ｃ未満であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１と第２可燃ガスセンサ９２の各センサ出力Ｖ１，Ｖ２が互いに矛盾した出力値であるため、何れかの可燃ガスセンサ等に故障が生じていると判定して（ステップＳ１５０）、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。

ステップＳ１２０で使用センサ切替フラグＦが値０でない、即ち値１であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１への通電が停止されるよう第１リレー９３をオフとすると共に第２可燃ガスセンサ９２へ通電されるよう第２リレー９４をオンとする（ステップＳ２００）。そして、第２可燃ガスセンサ９２のセンサ出力Ｖ２が閾値Ａ以上で且つ第１可燃ガスセンサ９１のセンサ出力Ｖ１が閾値Ｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。センサ出力Ｖ２が閾値Ａ以上でないと判定すると、第２可燃ガスセンサ９２の故障や第２リレー９４の故障、ハーネスの断線等が生じていると判定し、センサ出力Ｖ１が閾値Ｂ未満でないと判定すると、第１リレー９３の接点の溶着等が生じていると判定して（ステップＳ１５０）、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。

一方、センサ出力Ｖ２が閾値Ａ以上であり且つセンサ出力Ｖ１が閾値Ｂ未満であると判定すると、センサ出力Ｖ２が閾値Ｃ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。センサ出力Ｖ２が閾値Ｃ未満であると判定すると、可燃ガスのガス漏れは生じていないと判断して、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。一方、センサ出力Ｖ２が閾値Ｃ未満でない、即ち閾値Ｃ以上であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１へ通電されるよう第１リレー９３をオンとする（ステップＳ２３０）。そして、第１可燃ガスセンサ９１のセンサ出力Ｖ１が閾値Ｃ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２４０）。センサ出力Ｖ１が閾値Ｃ以上であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２の両センサ出力Ｖ１，Ｖ２は何れも閾値Ｃ以上であるため、可燃ガスのガス漏れが生じていると判定して（ステップＳ２５０）、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。一方、センサ出力Ｖ１が閾値Ｃ未満であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１と第２可燃ガスセンサ９２の各センサ出力Ｖ１，Ｖ２が互いに矛盾した出力値であるため、可燃ガスセンサ等に故障が生じていると判定して（ステップＳ１５０）、可燃ガスセンサ関連処理ルーチンを終了する。

次に、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２の故障を定期的に診断する定期診断処理について説明する。図６は、制御装置８０のＣＰＵ８１により実行される定期診断処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。この処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。定期診断処理ルーチンが実行されると、制御装置８０のＣＰＵ８１は、まず、センサＯＮ時間Ｔ２を入力する（ステップＳ４００）。ここで、センサＯＮ時間Ｔ２は、センサＯＮ時間Ｔ１と同様に、使用中の可燃ガスセンサの累積通電時間を示し、タイマ８４により計測される。センサＯＮ時間Ｔ２を入力すると、センサＯＮ時間Ｔ２が閾値Ｅよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４１０）。閾値Ｅは、故障の診断タイミングを判断するための閾値であり、例えば、１ヶ月などのように定められる。センサＯＮ時間Ｔ２が閾値Ｅよりも大きくないと判定すると、定期診断処理ルーチンを終了する。一方、センサＯＮ時間Ｔ２が閾値Ｅよりも大きいと判定すると、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２の両方に通電されるよう第１リレー９３および第２リレー９４を共にオンとし（ステップＳ４２０）、第１可燃ガスセンサ９１からのセンサ出力Ｖ１と第２可燃ガスセンサ９２からのセンサ出力Ｖ２とを入力し（ステップＳ４３０）、両センサ出力Ｖ１，Ｖ２の偏差の絶対値を出力差ΔＶとして計算する（ステップＳ４４０）。そして、出力差ΔＶが閾値Ｆ未満であるか否かを判定し（ステップＳ４５０）、出力差ΔＶが閾値Ｆ未満であると判定すると、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２に故障は生じていないと判断し、センサＯＮ時間Ｔ２を値０に初期化して（ステップＳ４６０）、定期診断処理ルーチンを終了し、出力差ΔＶが閾値Ｆ未満でない、即ち閾値Ｆ以上であると判定すると、可燃ガスセンサ等に故障が生じていると判定して（ステップＳ４７０）、定期診断処理ルーチンを終了する。

なお、本実施例では、ＣＰＵ８１は、可燃ガス漏れ異常または可燃ガスセンサ（第１可燃ガスセンサ９１や第２可燃ガスセンサ９２等）故障を判定すると、原燃料ガス供給弁４２，４３を閉弁してシステムを停止させる。そして、可燃ガス漏れ異常と判定した場合にはガス漏れ箇所の対策を促す警告表示を表示パネル９０に出力し、可燃ガスセンサ故障と判定した場合には、メンテナンスや交換を促す所定の警告表示を表示パネル９０に出力する。

以上説明した本実施例の燃料電池システム１０は、可燃ガスのガス漏れを検知するための可燃ガスセンサ（第１可燃ガスセンサ９１、第２可燃ガスセンサ９２）と、可燃ガスセンサへの通電と通電の停止とが可能なリレー（第１リレー９３、第２リレー９４）とを備え、原燃料ガス供給弁４２，４３が閉弁して原燃料ガスの供給が停止されているときには、可燃ガスセンサへの通電を停止する。これにより、ガス漏れの検知が不要な場面で可燃ガスセンサへの通電を停止させることにより、可燃ガスセンサの劣化の進行を遅らせて、その寿命を延長させることができる。

また、本実施例の燃料電池システム１０は、可燃ガスセンサとして第１可燃ガスセンサ９１と第２可燃ガスセンサ９２とを設けると共に、リレーとして第１可燃ガスセンサ９１への通電と通電の停止とが可能な第１リレー９３と第２可燃ガスセンサ９２への通電と通電の停止とが可能な第２リレー９４とを設け、所定時間（閾値Ｄ）が経過する度に通電する可燃ガスセンサを切り替える。これにより、一方の可燃ガスセンサに劣化の進みが偏るのを防止し、可燃ガスセンサのメンテナンス時期や交換時期を遅らせることができる。

さらに、本実施例の燃料電池システム１０は、可燃ガスの存在しない雰囲気下で通電している可燃ガスセンサのセンサ出力（ゼロ点出力）と通電していない可燃ガスセンサのセンサ出力とが異なるように可燃ガスセンサを構成し、通電している可燃ガスセンサのセンサ出力が閾値Ａ未満のときや通電していない可燃ガスセンサのセンサ出力が閾値Ｂ以上のときには、可燃ガスセンサ等が故障していると判定する。これにより、可燃ガスセンサへ通電しているときでも通電していないときでもその故障を適切に判定することができる。

また、本実施例の燃料電池システム１０は、通電している一方の可燃ガスセンサのセンサ出力が閾値Ｃ以上となった場合、通電していない他方の可燃ガスセンサへ通電し、他方の可燃ガスセンサのセンサ出力が閾値Ｃ以上のときにガス漏れと判定し、他方の可燃ガスセンサのセンサ出力が閾値Ｃ未満のときには可燃ガスセンサ等の故障と判定する。これにより、可燃ガスセンサによるガス漏れの誤判定をより確実に抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池システム１０は、定期的に第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２へ通電し、両センサ出力Ｖ１，Ｖ２の出力差ΔＶが閾値Ｆよりも大きいときには、何れかの可燃ガスセンサに故障が生じていると判定する。これにより、可燃ガスセンサの故障を適切な頻度で診断することができる。

実施例では、可燃ガスセンサとして第１可燃ガスセンサ９１と第２可燃ガスセンサ９２の２つを備えるものとしたが、１つのみ備えるものとしてもよいし、３つ以上備えるものとしてもよい。なお、前者の場合でも、原燃料ガス供給弁４２，４３が閉弁しているときに可燃ガスセンサへの通電を停止することで、可燃ガスセンサの寿命を延長させることは可能である。

実施例では、可燃ガスの存在しない雰囲気下において通電しているときのセンサ出力（ゼロ点出力）と通電していないときのセンサ出力とが異なるように可燃ガスセンサを構成するものとしたが、両センサ出力が略同じになるように構成してもよい。

実施例では、所定時間（閾値Ｄ）が経過する度に複数の可燃ガスセンサ（第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２）の中で使用する可燃ガスセンサを切り替えるものとしたが、他方の可燃ガスセンサは故障判定のために用いるものとして使用する可燃ガスセンサを切り替えないものとしてもよいし、複数の可燃ガスセンサのうち使用している一方の可燃ガスセンサが故障したタイミングで他方の可燃ガスセンサに切り替えるものとしてもよい。

実施例では、可燃ガスセンサとして触媒燃焼式可燃ガスセンサを用いるものとしたが、例えば、半導体式可燃ガスセンサや熱線半導体式可燃ガスセンサ、固体電解質式可燃ガスセンサなど、通電により内蔵するヒータが発熱等して劣化が進む虞のあるものであれば、如何なる方式の可燃ガスセンサにも適用することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、第１可燃ガスセンサ９１および第２可燃ガスセンサ９２が「可燃ガスセンサ」に相当し、第１リレー９３および第２リレー９４が「リレー」に相当し、制御装置８０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。

１ 燃料供給装置、２ 商用電源、３ 電力ライン、４ 負荷、１０ 燃料電池システム、２０ 発電ユニット、２２ 筐体、２２ａ 吸気口、２２ｂ 排気口、２４ 換気ファン、３０ 発電モジュール、３１ モジュールケース、３２ 気化器、３３ 改質器、３４ 燃焼部、３５ 点火ヒータ、３６ 燃料電池、４０ 原燃料ガス供給装置、４１ 原燃料ガス供給管、４２，４３ 原燃料ガス供給弁、４４ 調圧器、４５ 原燃料ガスポンプ、４６ 脱硫器、４７ 圧力センサ、４８ 流量センサ、５０ エア供給装置、５１ エア供給管、５２ フィルタ、５３ エアブロワ、５４ 流量センサ、５５ 改質水供給装置、５６ 改質水供給管、５７ 改質水タンク、５８ 改質水ポンプ、６０ 排熱回収装置、６１ 循環配管、６２ 熱交換器、６３ 循環ポンプ、６４ 温水ヒータ、６５ 外気温センサ、６６ 凝縮水供給管、６７ 排気ガス排出管、７１ パワーコンディショナ、７２ 電源基板、８０ 制御装置、８１ ＣＰＵ、８２ ＲＯＭ、８３ ＲＡＭ、８４ タイマ、９０ 表示パネル、９１ 第１可燃ガスセンサ、９２ 第２可燃ガスセンサ、９３ 第１リレー、９４ 第２リレー、１００ 給湯ユニット、１０１ 貯湯タンク。

Claims (6)

1. 開閉弁を介して供給される燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電可能な燃料電池を備える燃料電池システムであって、
   可燃ガスの漏れを検知する可燃ガスセンサと、
   システムが備える他の補機とは独立して前記可燃ガスセンサへの通電と通電の停止とが可能なリレーと、
   前記開閉弁が閉弁しているときには前記可燃ガスセンサへの通電が停止されるよう前記リレーを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記可燃ガスセンサは、通電されているときと、通電が停止されているときとで、出力が異なるように構成され、
   前記制御装置は、前記可燃ガスセンサの出力に基づいて該可燃ガスセンサに関する異常の有無を判定する、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 開閉弁を介して供給される燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電可能な燃料電池を備える燃料電池システムであって、
   可燃ガスの漏れを検知する可燃ガスセンサと、
   システムが備える他の補機とは独立して前記可燃ガスセンサへの通電と通電の停止とが可能なリレーと、
   前記開閉弁が閉弁しているときには前記可燃ガスセンサへの通電が停止されるよう前記リレーを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記可燃ガスセンサは、複数設けられ、
   前記リレーは、複数の可燃ガスセンサのそれぞれに対して個別に通電と通電の停止とが可能に複数設けられ、
   前記制御装置は、前記開閉弁が開弁しているときには前記複数の可燃ガスセンサのうち１の可燃ガスセンサのみに通電されるよう前記複数のリレーを制御する、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
   前記可燃ガスセンサは、複数設けられ、
   前記リレーは、複数の可燃ガスセンサのそれぞれに対して個別に通電と通電の停止とが可能に複数設けられ、
   前記制御装置は、前記開閉弁が開弁しているときには前記複数の可燃ガスセンサのうち１の可燃ガスセンサのみに通電されるよう前記複数のリレーを制御する、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項２または３記載の燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、所定の切替タイミングで通電する可燃ガスセンサが切り替えられるよう前記リレーを制御する、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項２ないし４いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、前記１の可燃ガスセンサにより可燃ガスが検知された場合に他の可燃ガスセンサへ通電されるよう前記リレーを制御し、前記他の可燃ガスセンサにより可燃ガスが検知されるか否かに基づいて可燃ガスの漏れが生じているか前記可燃ガスセンサに関する異常が生じているかを判定する、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項２ないし５いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、所定の診断タイミングで前記複数の可燃ガスセンサに同時に通電されるよう前記リレーを制御し、前記複数の可燃ガスセンサの出力差に基づいて前記可燃ガスセンサに関する異常の有無を判定する、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
   

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