(57)【要約】  この燃料電池システム（１）では、発電部（２１）から排出されるオフガスの燃焼ガスを排気する排気系において、流動方向検出部（２３）によって排気口（２６）に向かって流れる排ガスの逆流が検出された場合に、カソード空気の出力増加処理による排ガスの逆流防止が図られている。したがって、この燃料電池システム（１）では、発電部（２１）側に排ガスが逆流することによるセルスタック（５）や各種触媒もしくは吸着剤、あるいはイオン交換樹脂、各種補機類等の短寿命化を抑制できる。
2012091127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、
前記セルスタックのカソードにカソード空気を供給するカソードブロワと、
少なくとも前記発電部から排出される排出ガスをシステムの外部に排出させる排気口と、
前記発電部と前記排気口との間の排気経路に配置され、当該排気経路中の流通ガスの流動方向を検出する流動方向検出部と、
前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が検出された場合に、前記カソードブロワによる前記カソード空気の供給出力を通常運転時よりも増加させる第１の出力増加処理を実行する制御部と、を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、システムの発電を継続しながら、システムの発電継続が可能な範囲の前記カソード空気の供給出力で前記第１の出力増加処理を実行する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の出力増加処理の実行後、前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が検出されなくなった場合に、前記カソード空気の供給出力を通常運転時の出力に設定することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の出力増加処理の実行後、依然として前記流通ガスの逆流が検出される場合に、システムの発電を停止し、前記システムの発電継続が可能な範囲を超える前記カソード空気を供給する第２の出力増加処理を含む第１停止工程を実行する請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記排気経路において、前記排気口の開閉を切り替えるダンパを更に備え、
前記制御部は、前記第１の出力増加処理の実行後、前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が依然として検出された場合に、前記ダンパを閉鎖してシステムを緊急停止させる請求項２又は３記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記排気経路において、前記排気口の開閉を切り替えるダンパを更に備え、
前記制御部は、前記第１の出力増加処理の実行後、前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が依然として検出された場合に、システムの発電を停止した後に前記第１停止工程を実行し、当該第１停止工程を実行している間に前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が依然として検出された場合に、前記ダンパを閉鎖してシステムを緊急停止させる請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記セルスタックから排出されるオフガスの燃焼ガス、及び液体の熱媒体を流通させ、前記燃焼ガスから前記熱媒体に熱を移動させて前記熱媒体を加熱する熱交換部を更に備え、前記排気口が燃料電池システム外部に排出する前記排出ガスは、熱交換部から排出される前記燃焼ガスであり、前記流動方向検出部が検出するガスは、前記排気口に向かって流れる前記燃焼ガスである請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記排気口の開閉を切り替えるダンパを更に備え、前記制御部は、前記出力増加処理の実行後、前記流動方向検出部によって前記燃焼ガスの逆流が依然として検出された場合に、前記ダンパを閉じてシステムを、予め定める第１停止工程の少なくとも一部を省略する第２停止工程を経て停止させる請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記出力増加処理の実行の後、前記流動方向検出部によって前記燃焼ガスの逆流が検出されなくなった場合に、前記カソードブロワによる前記カソード空気の供給出力を通常運転時の出力まで減少させる出力減少処理を実行し、前記出力減少処理の実行後、前記流動方向検出部によって前記燃焼ガスの逆流が再び検出された場合に、前記出力増加処理を再び実行する請求項７又は８に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の分野の技術として、例えば特許文献１に記載の燃料電池システムがある。この従来の燃料電池システムは、熱交換器で熱交換された後の排ガスをケース外部に排気する排気口を備えている。排気口の手前には、不純物を収集するためのセパレート部材が設けられており、排気口から熱交換器側に不純物が入り込むことを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池システムの設置態様の一例として、燃料電池システムを屋内に設置し、排気口を煙突に接続する場合がある。その煙突を他の機器と共有している場合、煙突内に充満する外部排ガスには、燃料電池システムにとっては好ましくない成分や、集合煙突内の粉塵が含有されている可能性がある。このとき、他の機器からの排気圧力上昇や煙突自体に閉塞が生じた場合に、煙突内の外部排ガスが燃料電池システム側に流入してくる恐れがある。【０００５】
上述したような従来の燃料電池システムでは、熱交換器に対して単独の排気口が設けられている。しかしながら、他の機器からの排ガス（外部排ガス）が燃料電池システム側に流入することを十分に抑制することは困難である。燃料電池システムにとって好ましくない成分や、粉塵を含む外部排ガスが燃料電池システム内に流入してくると、燃料電池システムの構成要素であるセルスタックや各種触媒もしくは吸着剤、あるいはイオン交換樹脂、各種補機類等が短寿命化するおそれがある。したがって、燃料電池システム側への外部排ガスの流入を抑制する技術が必要となっている。【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、燃料電池システム側への外部排ガスの流入を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、セルスタックのカソードにカソード空気を供給するカソードブロワと、少なくとも発電部から排出される排出ガスをシステムの外部に排出させる排気口と、発電部と排気口との間の排気経路に配置され、当該排気経路中の流通ガスの流動方向を検出する流動方向検出部と、流動方向検出部によって流通ガスの逆流が検出された場合に、カソードブロワによるカソード空気の供給出力を通常運転時よりも増加させる第１の出力増加処理を実行する制御部と、を備える。【０００８】
この燃料電池システムでは、発電部から排出される排出ガスを排気する排気経路において、流動方向検出部によって排気経路に流れる流通ガスの逆流が検出された場合に、外部排ガスが流入している、または、流入する恐れがあると判断し、カソード空気の第１の出力増加処理による外部排ガスの流入抑制が実行される。したがって、この燃料電池システムでは、燃料電池システム側に外部排ガスが流入することによるセルスタックや各種触媒もしくは吸着剤、各種補機類等の短寿命化を抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
この燃料電池システムによれば、燃料電池システム側への外部排ガスの流入を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムの排気経路の一例を示す図である。
【図３】図１に示した燃料電池システムの排気経路の他の例を示す図である。
【図４】流動方向検出部の一例を示す図である。
【図５】流動方向検出部の他の例を示す図である。
【図６】制御部の第１形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図７】制御部の第２形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図８】制御部の第３形態に係る動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１に示されるように、燃料電池システム１は、脱硫部２と、水気化部３と、水素発生部４と、セルスタック５と、オフガス燃焼部６と、水素含有燃料供給部７と、水供給部８と、酸化剤供給部９と、パワーコンディショナー１０と、制御部１１と、熱交換部１５とを備えている。燃料電池システム１は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック５にて発電を行う。燃料電池システム１におけるセルスタック５の種類は特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric  Acid  Fuel  Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten  Carbonate  Fuel  Cell）、及び、その他の種類を採用することができる。なお、セルスタック５の種類、水素含有燃料の種類、及び改質方式等に応じて、図１に示す構成要素を適宜省略してもよい。
【００１３】
水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００１４】
酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
【００１５】
脱硫部２は、水素発生部４に供給される水素含有燃料の脱硫を行う。脱硫部２は、水素含有燃料に含有される硫黄化合物を除去するための脱硫触媒を有している。脱硫部２の脱硫方式として、例えば、硫黄化合物を吸着して除去する吸着脱硫方式や、硫黄化合物を水素と反応させて除去する水素化脱硫方式が採用される。脱硫部２は、脱硫した水素含有燃料を水素発生部４へ供給する。
【００１６】
水気化部３は、水を加熱し気化させることによって、水素発生部４に供給される水蒸気を生成する。水気化部３における水の加熱は、例えば、水素発生部４の熱、オフガス燃焼部６の熱、あるいは排ガスの熱を回収する等、燃料電池システム１内で発生した熱を用いてもよい。また、別途ヒータ、バーナ等の他熱源を用いて水を加熱してもよい。なお、図１では、一例としてオフガス燃焼部６から水素発生部４へ供給される熱のみ記載されているが、これに限定されない。水気化部３は、生成した水蒸気を水素発生部４へ供給する。
【００１７】
水素発生部４は、脱硫部２からの水素含有燃料を用いて水素リッチガスを発生させる。水素発生部４は、水素含有燃料を改質触媒によって改質する改質器を有している。水素発生部４での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。なお、水素発生部４は、セルスタック５に要求される水素リッチガスの性状によって、改質触媒により改質する改質器の他に性状を調整するための構成を有する場合もある。例えば、セルスタック５のタイプが固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）であった場合、水素発生部４は、水素リッチガス中の一酸化炭素を除去するための構成（例えば、シフト反応部、選択酸化反応部）を有する。水素発生部４は、水素リッチガスをセルスタック５のアノード１２へ供給する。
【００１８】
セルスタック５は、水素発生部４からの水素リッチガス及び酸化剤供給部９からの酸化剤を用いて発電を行う。セルスタック５は、水素リッチガスが供給されるアノード１２と、酸化剤が供給されるカソード１３と、アノード１２とカソード１３との間に配置される電解質１４と、を備えている。セルスタック５は、パワーコンディショナー１０を介して、電力を外部へ供給する。セルスタック５は、発電に用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤をオフガスとして、オフガス燃焼部６へ供給する。なお、水素発生部４が備えている燃焼部（例えば、改質器を加熱する燃焼器など）をオフガス燃焼部６と共用してもよい。
【００１９】
オフガス燃焼部６は、セルスタック５から供給されるオフガスを燃焼させる。オフガス燃焼部６によって発生する熱は、水素発生部４へ供給され、水素発生部４での水素リッチガスの発生に用いられる。
【００２０】
水素含有燃料供給部７は、脱硫部２へ水素含有燃料を供給する。水供給部８は、水気化部３へ水を供給する。酸化剤供給部９は、セルスタック５のカソード１３へ酸化剤を供給する。水素含有燃料供給部７、水供給部８、及び酸化剤供給部９は、例えばポンプによって構成されており、制御部１１からの制御信号に基づいて駆動する。
【００２１】
なお、例えば純水素ガスや水素富化ガスなど、改質処理を必要としない水素含有燃料を用いる場合は、脱硫器２、水供給部８、水気化部３、および水素発生部４のうち一つまたは複数を省略することができる。
【００２２】
パワーコンディショナー１０は、セルスタック５からの電力を、外部での電力使用状態に合わせて調整する。パワーコンディショナー１０は、例えば、電圧を変換する処理や、直流電力を交流電力へ変換する処理を行う。
【００２３】
制御部１１は、燃料電池システム１全体の制御処理を行う。制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイスによって構成される。制御部１１は、水素含有燃料供給部７、水供給部８、酸化剤供給部９、パワーコンディショナー１０、その他、図示されないセンサや補機と電気的に接続されている。制御部１１は、燃料電池システム１内で発生する各種信号を取得すると共に、燃料電池システム１内の各機器へ制御信号を出力する。
【００２４】
熱交換部１５は、セルスタック５から排出されるオフガスの燃焼ガス（すなわち、オフガス燃焼部６からの排ガス）、及び水（熱媒体）を流通させることで、燃焼ガスから水に熱を移動させて水を加熱する。この水は、例えば燃料電池システム１が設置された施設に湯を供給するための貯湯槽に貯留され、その貯湯槽から熱交換部１５に循環供給されるものである。
【００２５】
続いて、上述した燃料電池システム１の排気経路について説明する。図２は、燃料電池システム１の排気経路の一例を示す図である。
【００２６】
図２に示すように、燃料電池システム１の排気経路は、発電部２１と、上述の熱交換部１５と、ダンパ２２と、流動方向検出部２３と、制御部２４とを含んで構成され、筐体２５内に収容されている。筐体２５には、少なくとも発電部２１側から排出される排出ガス（ＦＣ排ガス）が流れる流通ガス流路２７及び排気口２６が設けられている。詳細は図示しないが、排気経路は外部の空気に対して気密性を有している。なお、ここでの気密性とは、筐体２５からの排出が予定されている気体以外の外気に対して気密であることを意味する。具体的には、筐体２５内からの気体の排出は専用の気体排出路からのみ行われる構造を意味する。
【００２７】
熱交換部１５には、熱回収水系として、例えば貯湯槽から循環供給された水を熱交換部１５に流入させる水流路、及びその水を熱交換部１５から流出させる水流路がそれぞれポンプ等を介して接続されている。熱交換部１５からは、熱交換後の排ガスが筐体２５の排気口２６に向かって排出される。
【００２８】
流動方向検出部２３は、流通ガス流路２７に流れる流通ガスの流動方向を検出する部分である。流動方向検出部２３は、例えば図４に示すように、排気口２６に向かう流通ガス流路２７内に設けられたファン２８によって構成されている。ファン２８は、流通ガス流路２７内に流れる流通ガスの流動方向によって回転方向が変化するため、ファン２８の回転方向から流通ガスの流動方向を判断することができる。そして、ファン２８は、回転方向を示す信号を制御部２４に出力する。
【００２９】
なお、流動方向検出部２３は、例えば図５に示すように、排気口２６に向かう流通ガス流路２７内に設けられたフラップ２９であってもよい。フラップ２９は、流通ガスが排気口２６に向かって流れている場合には排気口２６側に傾き、流通ガスが逆流している場合には排気口２６と反対側に傾く。フラップ２９の傾きは、例えばフラップ２９の根元に設けたスイッチのＯＮ／ＯＦＦによって判断してもよく、レーザ検出等を用いてもよい。また、カメラ等による画像検出であってもよく、フラップ２９の根元を固定した状態で歪みゲージによる検出を行ってもよい。
【００３０】
制御部２４は、排出経路における流通ガスの流動方向の診断処理を行う部分である。図２において、制御部２４は、筐体２５内に配置されているが、燃料電池システム１の制御部１１に制御部２４の機能を付与した形態であってもよい。この制御部２４による診断処理は、例えば燃料電池システム１の運転中、所定の間隔で繰り返し実施される。
【００３１】
図６は、制御部２４の動作の第１形態を示すフローチャートである。同図の例では、診断処理が開始されると、流動方向検出部２３から制御部２４に対して流通ガスの流動方向を示す信号が出力される。信号を受け取った制御部２４では、流通ガスの逆流が検出されたか否かが判断され（ステップＳ１０１）、流通ガスの逆流が検出されない場合には、ステップＳ１０１が繰り返し実行される。一方、ステップＳ１０１において、流通ガスの逆流が検出された場合には、第１の出力増加処理が実行される（ステップＳ１０２）。第１の出力増加処理では、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力が、システムの発電継続が可能な範囲で通常運転時よりも増加される。
【００３２】
第１の出力増加処理の後、流通ガスの逆流が検出されたか否かが再度判断される（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、流通ガスの逆流が検出されない場合には、出力減少処理が実行される（ステップＳ１０４）。出力減少処理では、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力を第１の出力増加処理時の出力から通常運転時の出力まで減少させる。その後、再びステップＳ１０１に戻り、流通ガスの逆流検出の判断が繰り返し実行される。
【００３３】
ステップＳ１０３において、流通ガスの逆流が依然として検出される場合、外部排ガスが流入している、または、流入する恐れがあると判断される。そして、燃料電池システム１による発電が停止され（ステップＳ１０５）、燃料電池システム１は、予め定められた第１停止工程を経て停止される（ステップＳ１０６）。なお、ここでいう第１停止工程とは、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力を、システムの発電継続が可能な範囲を超える程度に増加させる第２の出力増加処理を少なくとも含む。その他、例えば水素含有燃料の供給停止、発電部内に充満するガスのパージ処理、セルスタック５の冷却工程等、予め定められた手順を経て燃料電池システム１を停止させることをいう。
【００３４】
この実施形態では、ＦＣ排ガスを排気する排気経路において、流動方向検出部２３によって流通ガスの逆流が検出された場合に、カソード空気の第１の出力増加処理を実行することにより、逆流している流通ガスが押し戻され、外部排ガスの流入抑制が図られる。また、制御部２４による出力増加処理の実行後、流動方向検出部２３によって流通ガスの逆流が依然として検出された場合に、システムが予め定められた第１停止工程を経て停止するようになっている。したがって、この燃料電池システム１では、燃料電池システム１側に外部排ガスが逆流することによるセルスタック５や燃料電池システム１に搭載されている各種触媒もしくは吸着剤、あるいはイオン交換樹脂、各種補機類等の短寿命化を抑制できる。
【００３５】
図３は、燃料電池システム１の排気経路の他の例を示す図である。図３に示すように、この排気経路は、ダンパ２２が設けられている点で上記例と主に相違している。ダンパ２２は排気経路内の流通ガス（ＦＣ排ガス、外部排ガス、またはそれらの混合ガス）の流れを制御するためのものである。例えば回転軸の周囲に羽根が取り付けられてなる羽根車や、弁体が流路に対して直角に横切るギロチンダンパなどである。ダンパ２２は、流通ガス流路２７において、熱交換部１５及び後述の流動方向検出部２３の下流側で排気口２６の手前となる位置に設けられ、排気口２６の開閉を切り替える。なお、ダンパの代わりにバルブを用いることもできる。
【００３６】
図７は、制御部２４の動作の第２形態を示すフローチャートである。同図の例では、診断処理が開始されると、流動方向検出部２３から制御部２４に対して流通ガスの流動方向を示す信号が出力される。信号を受け取った制御部２４では、流通ガスの逆流が検出されたか否かが判断され（ステップＳ２０１）、流通ガスの逆流が検出されない場合には、ステップＳ２０１が繰り返し実行される。一方、ステップＳ２０１において、流通ガスの逆流が検出された場合には、第１の出力増加処理が実行される（ステップＳ２０２）。第１の出力増加処理では、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力が、システムの発電継続が可能な範囲で通常運転時よりも増加される。
【００３７】
第１の出力増加処理の後、流通ガスの逆流が検出されたか否かが再度判断される（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３において、流通ガスの逆流が検出されない場合には、出力減少処理が実行される（ステップＳ２０４）。出力減少処理では、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力を第１の出力増加処理時の出力から通常運転時の出力まで減少させる。その後、再びステップＳ２０１に戻り、流通ガスの逆流検出の判断が繰り返し実行される。
【００３８】
ステップＳ２０３において、流通ガスの逆流が依然として検出される場合、外部排ガスが流入している、または、流入する恐れがあると判断される。そして、ダンパ２２が閉鎖され、燃料電池システム１が緊急停止される（ステップＳ２０５）。なお、ここでいう緊急停止とは、予め定められた第１停止工程の少なくとも一部を省略して燃料電池システム１を停止させることをいう。
【００３９】
この実施形態においても、ＦＣ排ガスを排気する排気経路において、流動方向検出部２３によって流通ガスの逆流が検出された場合に、カソード空気の第１の出力増加処理を実行することにより、逆流している流通ガスが押し戻され、外部排ガスの流入抑制が図られる。したがって、燃料電池システム１側に流通ガスが逆流することによるセルスタック５や燃料電池システム１に搭載されている各種触媒もしくは吸着剤、あるいはイオン交換樹脂、各種補機類等の短寿命化を抑制できる。また、この実施形態では、また、制御部２４による出力増加処理の実行後、流動方向検出部２３によって流通ガスの逆流が依然として検出された場合に、ダンパ２２が閉鎖され、システムが緊急停止するようになっている。
【００４０】
また、図８は、制御部２４の動作の第３形態を示すフローチャートである。同図の例では、診断処理が開始されると、流動方向検出部２３から制御部２４に対して流通ガスの流動方向を示す信号が出力される。信号を受け取った制御部２４では、流通ガスの逆流が検出されたか否かが判断され（ステップＳ３０１）、流通ガスの逆流が検出されない場合には、ステップＳ３０１が繰り返し実行される。一方、ステップＳ３０１において、流通ガスの逆流が検出された場合には、第１の出力増加処理が実行される（ステップＳ３０２）。第１の出力増加処理では、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力が、システムの発電継続が可能な範囲で通常運転時よりも増加される。
【００４１】
第１の出力増加処理の後、流通ガスの逆流が検出されたか否かが再度判断される（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３において、流通ガスの逆流が検出されない場合には、出力減少処理が実行される（ステップＳ３０４）。出力減少処理では、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力を第１の出力増加処理時の出力から通常運転時の出力に戻される。その後、再びステップＳ３０１に戻り、流通ガスの逆流検出の判断が繰り返し実行される。
【００４２】
ステップＳ３０３において、流通ガスの逆流が依然として検出される場合、外部排ガスが流入している、または、流入する恐れがあると判断される。そして、燃料電池システム１による発電が停止され（ステップＳ３０５）、ダンパ２２の開放が維持されたまま、第２の出力増加処理を含むシステムの第１停止工程が実行される（ステップＳ３０６）。第２の出力増加処理では、カソードブロワ２０によるカソード空気の供給出力が、システムの発電継続が可能な範囲を超える程度で通常運転時よりも増加される。
【００４３】
また、システムの第１停止工程の実行と共に、流通ガスの逆流が検出されたか否かが更に判断される（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０７において、流通ガスの逆流が検出されない場合には、そのまま燃料電池システム１の第１停止工程が完了される。一方、ステップＳ３０７において、流通ガスの逆流が検出された場合には第１停止工程が中断され、ダンパ２２が閉鎖されて燃料電池システム１が緊急停止される（ステップＳ３０８）。
【００４４】
この実施形態においても、ＦＣ排ガスを排気する排気経路において、流動方向検出部２３によって流通ガスの逆流が検出された場合に、カソード空気の第１の出力増加処理を実行することにより、逆流している流通ガスが押し戻され、外部排ガスの流入抑制が図られる。したがって、燃料電池システム１側に流通ガスが逆流することによるセルスタック５や燃料電池システム１に搭載されている各種触媒もしくは吸着剤、あるいはイオン交換樹脂、各種補機類等の短寿命化を抑制できる。
【００４５】
また、この実施形態では、燃料電池システム１の発電を継続しながら実行する第１の出力増加処理によっても流通ガスの逆流が解消しない場合、燃料電池システム１の発電を停止し、第１停止工程と共に第２の出力増加処理を行うようになっている。燃料電池システム１の発電を安定的に維持しながら増量できるカソード空気の供給量には限りがあるが、第２の出力増加処理実行時では、燃料電池システム１の発電を停止させることで発電安定性を考慮する必要がなくなるため、カソード空気の供給量を更に増加できる。これにより、逆流している流通ガスを一層強く押し戻すことができる。また、緊急停止工程を実行する前に、第２の出力増加処理を含む第１停止工程を試みるため、燃料電池システム１の緊急停止頻度を低減できる。このことは、燃料電池システム１の長寿命化に寄与する。
【符号の説明】
【００４６】
１…燃料電池システム、５…セルスタック、１５…熱交換部、２０…カソードブロワ、２１…発電部、２２…ダンパ、２３…流動方向検出部、２４…制御部、２６…排気口、２８…ファン、２９…フラップ。
【図１】
2012091127.tif 000003
【図２】
2012091127.tif 000004
【図３】
2012091127.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012091127.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年6月5日(2013.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、
前記セルスタックのカソードにカソード空気を供給するカソードブロワと、
少なくとも前記発電部から排出される排出ガスを燃料電池システムの外部に排出させる排気口と、
前記発電部と前記排気口との間の排気経路に配置され、当該排気経路中の流通ガスの流動方向を検出する流動方向検出部と、
前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が検出された場合に、前記カソードブロワによる前記カソード空気の供給出力を通常運転時よりも増加させる第１の出力増加処理を実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池システムの発電を継続しながら、前記燃料電池システムの発電継続が可能な範囲の前記カソード空気の供給出力で前記第１の出力増加処理を実行し、
前記第１の出力増加処理の実行後、依然として前記流通ガスの逆流が検出される場合に、前記燃料電池システムの発電を停止し、前記燃料電池システムの発電継続が可能な範囲を超える前記カソード空気を供給する第２の出力増加処理を含む第１の停止工程を実行する燃料電池システム。
【請求項２】
前記排気経路において、前記排気口の開閉を切り替えるダンパを更に備え、
前記制御部は、前記第１の出力増加処理の実行後、前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が依然として検出された場合に、前記燃料電池システムの発電を停止した後に前記第１停止工程を実行し、当該第１停止工程を実行している間に前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が依然として検出された場合に、前記ダンパを閉鎖して前記燃料電池システムを緊急停止させる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の出力増加処理の実行後、前記流動方向検出部によって前記流通ガスの逆流が検出されなくなった場合に、前記カソード空気の供給出力を通常運転時の出力に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【国際調査報告】
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