(57)【要約】【課題】可燃性ガスを、一酸化炭素を検知するガス検知器に供給させ、その検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことを目的としている。【解決手段】原料供給器４によって供給される原料ガスを、又は、改質器１で生成される水素含有ガスを燃焼器２において排出される燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素を検知するガス検知器５に検知させ、検知出力に応じて、報知及び燃焼器２へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことにより、燃料電池システム２００の安定性を維持した状態でガス検知器の安全性を判断することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質反応により原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器と、
前記原料ガスと前記水素含有ガスとの少なくとも一方を燃焼させ、前記改質器内の改質触媒部を加熱する燃焼器と、
前記改質器で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池スタックと、
前記改質器に原料ガスを供給する原料供給器と、
前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素を検出するガス検知器と、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記原料供給器から供給される原料ガス、又は、前記改質器で生成される水素含有ガスを前記ガス検知器に供給させ、前記ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び前記燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う、燃料電池システム。
【請求項２】
空気を供給する空気供給器をさらに備え、
前記制御装置は、前記原料ガスに前記空気供給器から供給される空気を混合させる、又は、前記水素含有ガスに前記空気供給器から供給される空気を混合させる、ことで混合ガスを生成し、
前記混合ガスを前記ガス検知器に供給し、前記ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び前記燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記原料供給器から供給される原料ガスの流量を測定する原料流量計と、前記空気供給器から供給される空気の流量を測定する空気流量計と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記原料流量計で測定された流量、前記空気流量計で測定された流量、前記ガス検知器からの出力、を用いて、報知及び前記燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記ガス検知器の出力値が第１の出力範囲から外れる場合、報知及び前記燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１の出力範囲は、前記原料ガスの濃度に応じて変化する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記改質器の温度を測定する温度測定器をさらに備え、
前記原料供給器から供給された原料ガスは、前記改質器を通過してから前記ガス検知器に供給されるものとし、
前記制御装置は、前記温度測定器で測定された温度が所定の温度範囲内の時に前記原料ガスを前記改質器へ供給し、前記ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び前記燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記原料供給器から供給される原料ガスが前記改質器を通過せずに前記ガス検知器に供給可能に配置されるバイパス流路をさらに備え、
前記制御装置は、前記バイパス流路を通過した原料ガスを用いて、前記ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び前記燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う、請求項１から５のいずれか１項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、特に、燃焼器からの燃焼排ガス中の一酸化炭素を検知するガス検知器を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムには、炭化水素系の可燃性ガスを主成分とする原料を改質器に供給することで水素を生成し、燃料電池スタックでの発電に利用するものがある。そして、このような燃料電池システムにおいて、原料供給流路や水素含有ガス流路から可燃ガスまたは水素ガスがパッケージ４内へと漏洩した場合、そのガスの漏洩を検知する可燃性ガス検知器２２を備える、燃料電池システム１００が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、特許文献１の燃料電池システムのシステム構成を示すブロック図である。燃料電池システムのパッケージ１８内には、燃料電池スタック７と、水素含有ガスを供給する改質器１と、パッケージ１８内の可燃性ガスの漏洩を検知する可燃性ガス検知器２２と、原料である可燃性ガスを導入する可燃性ガス導入管４と、制御装置１７とが備えられ、制御装置１７が間欠的に可燃性ガスを可燃性ガス導入管４から噴射させ、可燃性ガス検知器２２の検知出力により燃料電池システム１００の運転の停止を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５―１２９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、可燃性ガスを検知するガス検知器に可燃性ガスを供給させ、検知出力により燃料電池システムの運転の停止を行う構成は開示されているものの、改質器から排出される排ガスに含まれる一酸化炭素を検知するガス検知器に一酸化炭素を供給させ、検知出力により報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う構成は開示されていない。仮に、排ガスに含まれる一酸化炭素を検知するガス検知器に一酸化炭素ガスを噴射させ、その検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う場合には、人体に有毒である一酸化炭素が燃料電池システムの外部に排出される恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記従来の燃料電池システムの課題を考慮し、可燃性ガスを、一酸化炭素を検知するガス検知器に供給させ、その検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムの制御装置は、原料供給器によって供給される原料ガス、又は、改質器で生成される水素含有ガスを、一酸化炭素を検知するガス検知器に供給させ、その検知出力に応じて、報知及び前記燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料電池システムにより、燃料電池システムの安定性を維持した状態で一酸化炭素を検知するガス検知器の安全性を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図２】変形例１における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図３】実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図４】変形例２における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図５】実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図６】原料ガスの濃度に応じて変化するガス検知器の第１の出力範囲を示す図
【図７】変形例３における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図８】実施の形態４における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図９】実施の形態５における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図１０】従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明の燃料電池システムは、改質反応により原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器と、原料ガスと水素含有ガスとの少なくとも一方を燃焼させ、改質器内の改質触媒部を加熱する燃焼器と、改質器で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池スタックと、改質器に原料ガスを供給する原料供給器と、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素を検出するガス検知器と、制御装置とを備えている。そして、制御装置は、原料供給器から供給される原料ガス、又は、改質器で生成される水素含有ガスをガス検知器に供給させ、その検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う。ガス検知器の出力が供給されたガス濃度に対して予め定められた範囲内の出力値（例えば、電圧）を外れた場合、もしくは出力が無いときに、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う。これにより、人体に有毒である一酸化炭素が燃料電池システムの外部に排出されずに、ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことができる。
【００１１】
さらに、原料ガスをガス検知器に供給させる場合は、ガス検知器の検知出力を確認した後、燃焼を開始できるため燃料電池システムの安全性を高めることができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、空気を供給する空気供給器をさらに備えている。そして、特に、制御装置は、原料ガスに空気供給器から供給される空気を混合させる、又は、水素含有ガスに空気供給器から供給される空気を混合させる、ことで混合ガスを生成し、その混合ガスをガス検知器に供給し、ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う。これにより、原料ガス又は水素含有ガスは、空気で希釈されるため、可燃範囲に対して十分低濃度のガスを用いて、ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことができる。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明の燃料電池システムにおいて、原料供給器から供給される原料ガスの流量を測定する原料流量計と、空気供給器から供給される空気の流量を測定する空気流量計とをさらに備えている。そして、制御装置は、原料流量計で測定された流量と空気流量計で測定された流量と、ガス検知器からの検知出力とを用いて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う。これにより、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方をより精度良く行うことができる。また、原料流量計で測定された原料ガス流量から改質器で生成される水素の算出量と、空気流量計で測定された流量と、ガス検知器からの検知出力とを用いて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う。これにより、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方をより精度良く行うことができる。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明の燃料電池システムにおいて、制御装置が、原料流量計で測定された流量と空気流量計で測定された流量から求められるガス濃度に対する第１の出力範囲と、ガス検知器の出力値を比較する。これにより、ガス検知器の出力値が第１の出力範囲から外れている場合、ガス検知器の検知能力の低下として検出することができる。
【００１５】
第５の発明は、第１〜３の発明のいずれか１つの燃料電池システムにおいて、改質器の温度を測定する温度測定器をさらに備えている。そして、特に、原料供給器から供給された原料ガスは、改質器を通過してからガス検知器に供給されるものとし、制御装置は、温度測定器で測定された温度が所定の温度範囲内の時に改質器を通過した原料ガスをガス検知器に供給させ、ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う。これにより、改質触媒の温度が分かるため、改質触媒による原料ガスの吸着・脱着、かつ、原料ガスからの炭素析出が起こる温度帯を避けることができる。これにより、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方をより精度良く行うことができる。
【００１６】
第６の発明は、第１〜３の発明のいずれか１つの燃料電池システムにおいて、原料供給器から供給される原料ガスは改質器を通過せずにガス検知器に供給されるバイパス流路を備える。そして、制御装置は、バイパス流路を通過した原料ガスを用いて、ガス検知器の検知出力に応じて、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う。これにより、温度測定器での測定値が所定の温度範囲内になるまで判断を行わないため、原料ガスは改質器内にある触媒による吸着・脱着の影響を受けない、さらに原料ガスの炭素析出を避けるため、報知及び燃焼器へのガス供給の停止のうち少なくとも一方をより精度良く行うことができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態は一例であり、この実施の形態にのみ本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
実施の形態１における燃料電池システムの構成について、図１を用いて説明する。
【００１９】
図１は、実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム２００は、改質器１と、燃焼器２と、燃料電池スタック１００と、原料供給器４と、ガス検知器５と、制御装置６とを備える。
【００２０】
改質器１は、改質触媒部（図示せず）における改質反応により原料ガスから水素含有ガスを生成するものである。改質器１の出口部には後述する水素含有ガス流路７が接続されており、改質器１で生成された水素含有ガスが水素含有ガス流路７を通過して燃料電池スタック１００へと供給される。
【００２１】
改質器１の改質の方式としては、原料ガスを水蒸気と反応させて、一酸化炭素と水素を生成する水蒸気改質方式などがある。水蒸気改質方式を例に挙げると、図１には示されていないが、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。なお、原料ガスは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスである。また、酸素と原料ガスの一部を反応させて一酸化炭素と水素を得る部分酸化方式や水蒸気改質方式と部分酸化方式を組み合わせたオートサーマル方式の改質器１などを用いても構わない。
【００２２】
燃料電池スタック１００は、改質器１で生成された水素含有ガスと、後述する第１空気供給器３から供給される空気（酸化剤ガス）とを化学反応させることにより発電を行うものである。
【００２３】
燃焼器２は、原料ガスと水素含有ガスとアノードオフガス（排水素）とのうち少なくとも一つを燃焼させることにより改質器１内の改質触媒部を加熱するものである。この燃焼により発生した燃焼排ガスは、後述する燃焼排ガス流路１５を介して外部に排出される。
【００２４】
第１空気供給器３は、燃料電池システム２００の外部から燃料電池スタック１００へと空気を供給するものである。第１空気供給器３から第１空気流路１３が延出しており、この第１空気流路１３の一端は燃料電池スタック１００の酸素極１４に接続されている。
【００２５】
原料供給器４は、原料ガス流路２７の途中に配置され、燃料電池システム２００の外部から改質器１へと原料ガスを供給するものである。原料ガスとしては、都市ガスやＬＰガスから供給されるメタンやプロパンを用いることができる。なお、原料供給器４の上流にはその流路の開閉を行う原料ガス元弁１６が配置されている。
【００２６】
ガス検知器５は、後述する燃焼排ガス流路１５の流路の途中に配置され、燃焼器２から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素を検出するものである。ガス検知器５の方式としては、例えば、接触燃焼式や半導体式を採用することができる。ここで、接触燃焼式のガス検知器５は、二つのヒータコイルを有しており、それぞれのヒータコイルに触媒添加された検知素子と触媒添加されていない補償素子とが付けられている。ヒータコイルは、素子が触媒反応をするのに適当な温度に昇温するためのものである。一酸化炭素や炭化水素を含んだガスがガス検知器５の検知素子に触れると、検知素子において触媒燃焼が起こり、燃焼熱が発生し、検知素子の温度が上昇する。そして、ガス検知器５は、検知素子と補償素子は２つの素子の温度差（抵抗値の差）を電気信号として出力する。検知素子は一酸化炭素の濃度に応じて温度上昇するため、一酸化炭素濃度が高いほど、出力値が増加する比例関係を有する。本実施の形態では、ガス検知器５は燃焼排ガス流路１５の流路の途中に配置されるものとしたが、これに限定されるものではなく、燃焼器２の内部に配置されていても良い。
【００２７】
制御装置６は、燃料電池システム２００を構成する第１空気供給器３、原料供給器４、ガス検知器５、第１弁１０、第２弁１１を適宜制御するものである。制御装置６と燃料電池システム２００を構成する第１空気供給器３、原料供給器４、ガス検知器５、第１弁１０、第２弁１１とは、図１では信号線（図示せず）によって相互に接続されている。これにより、燃料電池システム２００が動作する。
【００２８】
水素含有ガス流路７は、改質器１で生成された水素含有ガスを燃料電池スタック１００へと供給するものである。具体的には、水素含有ガス流路７の一端は改質器１の出口部に接続されており、もう一端は燃料電池スタック１００の水素極８に接続されている。なお、水素含有ガス流路７には、その流路の開閉を行うために第１弁１０が設けられている。
【００２９】
排水素流路９は、燃料電池スタック１００で排出されるアノードオフガスを燃焼器２へと供給するものである。具体的には、排水素流路９の一端は、燃料電池スタック１００の水素極８に接続されており、もう一端は燃焼器２に接続されている。
【００３０】
第１バイパス流路１２は、改質器１で生成された水素含有ガスを、燃料電池スタック１００を通過させることなく燃焼器２へと供給するものである。具体的には、第１バイパス流路１２は、水素含有ガス流路７から分岐され、排水素流路９へと接続されている。なお、第１バイパス流路１２には、その流路の開閉を行うために第２弁１１が設けられている。
【００３１】
燃焼排ガス流路１５は、燃焼器２での燃焼により発生する燃焼排ガスを燃料電池システ
ム２００の外部へと排出するものである。燃焼排ガス流路１５の途中には、ガス検知器５が設置されている。
【００３２】
排空気流路１７は、燃料電池スタック１００で排出される排空気を外部へと排出するものである。具体的には、排空気流路１７の一端は、燃料電池スタック１００の酸素極１４の出口に接続されており、もう一端は燃焼器２から延出されている燃焼排ガス流路１５に接続されている。
【００３３】
次に、燃料電池システム２００での発電に用いられる水素含有ガスを生成する動作、そして、燃料電池システム２００が発電を行う動作について、図面を参照しながら順に説明する。
【００３４】
本実施の形態１の燃料電池システム２００の起動時において、制御装置６は、原料ガス元弁１６を開き、第１弁１０を閉じ、第２弁１１を開いた後、原料供給器４を作動させることで原料ガスの供給を開始する。原料ガスは改質器１の内部を通過し、水素含有ガス流路７、第１バイパス流路１２、排水素流路９を通じて燃焼器２に供給される。燃焼器２で、空気供給器（図示せず）で供給された空気を用いて原料ガスを燃焼させる。なお、燃焼によって発生した燃焼排ガスは燃焼排ガス流路１５を通じて燃料電池システム２００から排出される。
【００３５】
改質器１が燃焼器２での燃焼により昇温されると、改質器１に、図示していない改質水供給器から改質水が供給され、改質反応が始まる。ここで、改質反応開始時は燃料電池スタック１００が発電に必要とする十分な量の水素が改質器１で生成されず、又、改質器１から供給される水素含有ガスには一酸化炭素等の触媒被毒成分が含まれている。そのため、燃料電池システム２００の起動時においては、制御装置６は、第１弁１０と第２弁１１を操作することによって水素含有ガス流路７と排水素流路９とを第１バイパス流路１２によって接続し、水素の含有率が低い水素含有ガスは燃料電池スタック１００をバイパスして燃焼器２に供給され、燃焼に利用されるようにしている。
【００３６】
改質器１が十分に昇温され発電に十分な水素が生成されるようになると、制御装置６は、第１弁１０を開け、第２弁１１を閉じることにより流路を切り替え、水素含有ガスを燃料電池スタック１００に供給する。この水素含有ガスは、水素含有ガス流路７の内部を流れて燃料電池スタック１００の水素極８へ供給される。一方、第１空気供給器３から送出される空気は、第１空気流路１３の内部を流れて燃料電池スタックの酸素極１４へ供給される。すると、燃料電池スタック１００の内部では、これら供給される水素含有ガスと空気とが用いられ、水素含有ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応が行われる。燃料電池スタック１００からは所定の電力が出力される。なお、電気化学反応に使用されなかった余剰の排空気は、排空気流路１７、燃焼排ガス流路１５を通じて燃料電池システム２００の外部へと排出される。また、電気化学反応に使用されなかった余剰のアノードオフガスは、排水素流路９の内部を流れて燃焼器２に供給され、改質反応の加熱燃料として用いられる。又、燃焼排ガス流路１５に備えられているガス検知器５が一酸化炭素ガスを検出した場合、制御装置６は原料ガス元弁１６を遮断して燃料電池システム２００の運転を停止させる。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム２００におけるガス検知器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行う方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、ガス検知器５へ原料ガスを供給する際、制御装置６は、例えば、起動時の燃焼器２での燃焼を行う前に、原料ガス元弁１６を開き、第１弁１０を閉じ、第２弁１１を開い
た後、原料供給器４を作動させる。これよって、原料ガスは、改質器１、水素含有ガス流路７、第１バイパス流路１２、排水素流路９、燃焼器２内を通じて、燃焼排ガス流路１５内に設置されているガス検知器５へ供給される。
【００３９】
このとき、供給された原料ガスに対するガス検知器５の出力値Ｖが、所定の範囲内、すなわちＶ１＜Ｖ≦Ｖ２となれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する（Ｖ１は、例えば、ガス検知器５の通電時における最低出力値であり、Ｖ２は、供給する原料ガスの濃度でガス検知器５が出力する最大値とする）。しかし、ガス検知器５が経年劣化などによって、ガス検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下または、過敏になっている場合には、前述の如くガス検知器５に原料ガスを供給しても、ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する。この時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【００４０】
以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、原料ガスを用いてガス検知器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことができる。
【００４１】
（変形例１）
実施の形態１における燃料電池システムの変形例１について図２を用いて説明する。図２は、変形例１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図２に示す燃料電池システム２００は、第２バイパス流路３１と第５弁３０を備えた点で実施の形態１と異なっている。第２バイパス流路３１は、改質器１で生成された水素含有ガスを、ガス検知器５へと供給するものである。なお、第２バイパス流路３１には、その流路の開閉を行うために第５弁３０が設けられている。
【００４２】
まず、ガス検知器５へ水素含有ガスを供給する際、制御装置６は、例えば、改質器１が水素生成をしている時、第５弁３０を開き、水素含有ガスをガス検知器５へ供給する。これにより、水素含有ガスは、改質器１、水素含有ガス流路７、第２バイパス流路３１を通じて、ガス検知器５へ供給される。このとき、供給された原料ガスに対するガス検知器５の出力値Ｖが、所定の範囲内Ｖ１＜Ｖ≦Ｖ２となれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する（Ｖ１は、例えば、ガス検知器５の通電時における最低出力値であり、Ｖ２は、供給する原料ガスの濃度でガス検知器５が出力する最大値とする）。しかし、ガス検知器５が経年劣化などによって、ガス検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下または、過敏になっている場合には、前述の如くガス検知器５に水素含有ガスを供給しても、ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する。この時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
なお、本変形例において、原料ガスをガス検知器５へ供給する場合、改質器１及び燃焼器２を動作させることなく、ガス検知器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことができる。この場合、ガス検知器５の検知出力確認後、燃焼を開始できるため燃料電池システム２００の安全性を高めることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２における燃料電池システムの構成について図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００４４】
図３に示す燃料電池システム２００は、第２空気供給器２４から燃焼器２に繋がる第２空気流路１８と、第２空気流路１８を介して燃焼器２へと空気を供給する第２空気供給器２４とを備えた点で実施の形態１と異なっている。
【００４５】
まず、ガス検知器５へ原料ガスと空気の混合ガスを供給する際、制御装置６は、例えば、起動時の燃焼器２での着火前に、原料ガス元弁１６を開き、第１弁１０を閉じ、第２弁１１を開いた後、原料供給器４を作動させ、原料ガスの供給を開始する。さらに、制御装置６は、第２空気供給器２４を作動させ空気を第２空気流路１８から燃焼器２へ供給させる。これにより、原料ガスは改質器１の内部を通過し、水素含有ガス流路７、第１バイパス流路１２、排水素流路９を通じて燃焼器２に供給される。
【００４６】
そして、燃焼器２で、原料ガスと空気は混合され希釈される。混合された混合ガスは、燃焼排ガス流路１５内に設置されているガス検知器５へ供給される。このとき、供給された混合ガスに対するガス検知器５の出力値Ｖが、所定の範囲内Ｖ１＜Ｖ≦Ｖ２となれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する（Ｖ１は、例えば、ガス検知器５の通電時における最低出力値であり、Ｖ２は、供給する原料ガスの濃度でガス検知器５が出力する最大値とする）。しかし、ガス検知器５が経年劣化などによって、ガス検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下または、過敏になっている場合には、前述の如くガス検知器５に混合ガスを供給しても、ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する。この時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【００４７】
本実施の形態２における燃料電池システム２００の構成をとると、原料ガスは空気で希釈されるため、可燃範囲に対して十分低濃度のガスを用いて、ガス検知器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことができる。なお、図３では燃焼器２で原料ガスと空気を混合しているが、この限りではなく、例えば、燃焼排ガス流路１５の途中で混合しても良い。
【００４８】
（変形例２）
実施の形態２における燃料電池システムの変形例２について図４を用いて説明する。図４は、変形例２における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図４に示す燃料電池システム２００は水素含有ガスと空気の混合ガスをガス検知器５へ供給し、報知及び燃焼器２の停止のうち少なくとも一方を行う。
【００４９】
図４に示す燃料電池システム２００は、第２バイパス流路３１と第５弁３０を備え、第２空気流路１８が第２バイパス流路３１に接続されている点で図３に示す燃料電池システム２００と異なっている。第２バイパス流路３１は、改質器１で生成された水素含有ガスを、ガス検知器５へと供給するものである。なお、第２バイパス流路３１には、その流路の開閉を行うために第５弁３０が設けられている。
【００５０】
まず、ガス検知器５へ水素含有ガスと空気の混合ガスを供給する際、制御装置６は、例
えば、改質器１が水素生成をしている時、第５弁３０を開き、水素含有ガスをガス検知器５へ供給する。さらに、制御装置６は、第２空気供給器２４を作動させ空気を第２空気流路１８から燃焼器２へ供給される。このとき、水素含有ガスガスは流路内で空気と混合され希釈される。混合された混合ガスは、ガス検知器５へ供給される。このとき、供給された混合ガスに対するガス検知器５の出力値Ｖが、所定の範囲内Ｖ１＜Ｖ≦Ｖ２となれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する（Ｖ１は、例えば、ガス検知器５の通電時における最低出力値であり、Ｖ２は、供給する原料ガスの濃度でガス検知器５が出力する最大値とする）。しかし、ガス検知器５が経年劣化などによって、ガス検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下または、過敏になっている場合には、前述の如くガス検知器５に混合ガスを供給しても、ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する、もしくは出力は無い。この時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【００５１】
（実施の形態３）
実施の形態３における燃料電池システムの構成について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１〜２と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００５２】
図５に示す燃料電池システム２００においては、改質器１に供給される原料ガスの流量を測定する原料流量計２０と、燃焼器２に供給される空気の流量を測定する空気流量計２１とをさらに備えている点で実施の形態１〜２と異なっている。
【００５３】
まず、ガス検知器５へ原料ガスと空気の混合ガスを供給する際、制御装置６は、例えば、起動時の燃焼器２で着火前に、原料ガス元弁１６を開き、第１弁１０を閉じ、第２弁１１を開いた後、原料供給器４を作動させ、原料ガスの供給を開始する。この時、原料流量計２０で測定した値に基づいて制御装置６で制御された流量の原料ガスが、燃焼器２へ供給される。制御装置６は、第２空気供給器２４を作動させ、空気流量計２１で測定した流量に基づいて、空気を第２空気流路１８から燃焼器２へ供給される。
【００５４】
燃焼器２で、原料ガスは空気と混合され希釈される。希釈された混合ガスは、燃焼排ガス流路１５内に設置されているガス検知器５へ供給される。このとき、供給された混合ガスに対するガス検知器５の出力値Ｖが、所定の範囲内Ｖ１＜Ｖ≦Ｖ２となれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する（Ｖ１は、例えば、ガス検知器５の通電時における最低出力値）。しかし、ガス検知器５が経年劣化などによって、ガス検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下または、過敏になっている場合には、前述の如くガス検知器５に混合ガスを供給しても、ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する、もしくは出力は無い。この時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【００５５】
ここで、原料流量計２０で測定された流量と空気流量計２１で測定された流量によって混合ガス濃度は既知となるため、この混合ガス濃度に対するガス検知器５の出力値Ｖが、
既定の真の値となるか否かによってガス検知器５の動作確認を行なっても良い。図６は、混合ガス濃度とガス検知器５の出力値との関係を示す図である。Ｌは、原料ガス濃度に対するガス検知器５の真の出力値を示している。
そして、ガス検知器５から出力値が、ガス濃度によって定まる真の値から所定の誤差範囲（例えば、±５ｍＶ）の範囲であれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する。これによって、ガス検知器５の動作確認をより精度よく行うことができる。
【００５６】
出力範囲は、混合ガスの濃度に応じて変化する。制御装置６は、ガス検知器５の出力値と第１の出力範囲とを比較し、第１の出力範囲を外れた場合は、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【００５７】
以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、ガス検知器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことができるとともに、ガス検知器５の検知能力の低下を検出することができる。
【００５８】
（変形例３）
実施の形態３における燃料電池システムの変形例３について図７を用いて説明する。図７は、変形例３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図７に示す燃料電池システム２００は、第２バイパス流路３１と第５弁３０を備え、第２空気流路１８が第２バイパス流路３１に接続されている点で図５と異なっている。第２バイパス流路３１は、改質器１で生成された水素含有ガスを、ガス検知器５へと供給するものである。なお、第２バイパス流路３１には、その流路の開閉を行うために第５弁３０が設けられている。
【００５９】
まず、ガス検知器５へ水素含有ガスと空気の混合ガスを供給する際、制御装置６は、例えば、改質器１が水素生成をしている時、第５弁３０を開き、水素含有ガスをガス検知器５へ供給する。第２空気供給器２４を作動させ空気を第２空気流路１８から第２バイパス流路３１へ供給される。このとき、水素含有ガスは流路内で空気と混合され希釈される。混合された混合水素含有ガスは、ガス検知器５へ供給される。この時、原料流量計２０で測定した値に基づいて制御装置６で制御された流量の原料ガスが、改質器１へ供給され、改質触媒の温度に基づき水素生成量が算出される。制御装置６は、第２空気供給器２４を作動させ、空気流量計２１で測定した流量に基づいて、空気が第２バイパス流路３１へ供給される。このとき、供給された混合ガスに対するガス検知器５の出力値Ｖが、所定の範囲内Ｖ１＜Ｖ≦Ｖ２となれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する（Ｖ１は、例えば、ガス検知器５の通電時における最低出力値）。しかし、ガス検知器５が経年劣化などによって、ガス検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下または、過敏になっている場合には、前述の如くガス検知器５に混合ガスを供給しても、ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する、もしくは出力は無い。この時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【００６０】
ここで、原料流量計２０で測定された流量と空気流量計２１で測定された流量によって混合ガス濃度は既知となるため、この混合ガス濃度に対するガス検知器５の出力値Ｖが、
既定の真の値となるか否かによってガス検知器５の動作確認を行なっても良い。図６は、混合ガス濃度とガス検知器５の出力値との関係を示す図である。Ｌは、原料ガス濃度に対するガス検知器５の真の出力値を示している。
【００６１】
そして、ガス検知器５から出力値が、ガス濃度によって定まる真の値から所定の誤差範囲（例えば、±５ｍＶ）の範囲であれば、制御装置６は燃料電池システム２００の運転を継続する。これによって、ガス検知器５の動作確認をより精度よく行うことができる。
【００６２】
出力範囲は、混合ガスの濃度に応じて変化する。制御装置６は、ガス検知器５の出力値と第１の出力範囲とを比較し、第１の出力範囲を外れた場合は、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【００６３】
以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、ガス検知器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２へのガス供給の停止のうち少なくとも一方を行うことができる。
【００６４】
（実施の形態４）
実施の形態４における燃料電池システムの構成について図８を用いて説明する。図８は、実施の形態４における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１〜３と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００６５】
図８に示す燃料電池システム２００においては、改質器１の温度を測定する温度測定器２２をさらに備え、制御装置６は、温度測定器２２で測定された温度が所定の範囲の時に、原料ガスを改質器１に供給する点で実施の形態１〜３と異なっている。
【００６６】
まず、ガス検知器５へ原料ガスと空気の混合ガスを供給する際、制御装置６は、温度測定器２２で改質器１の温度を測定する。この時、測定された温度が所定の温度範囲内の時、原料ガス元弁１６を開き、第１弁１０を閉じ、第２弁１１を開いた後、原料供給器４を作動させ、原料ガスの供給を開始する。この時、原料流量計２０で測定した値に基づいて制御装置６で制御された流量の原料ガスが、燃焼器２へ供給される。さらに第２空気供給器２４を作動させ、空気流量計２１で測定した流量に基づいて、空気を第２空気流路１８から燃焼器２へ供給される。
【００６７】
ここで、所定の温度範囲とは、改質触媒において炭化水素が吸着・脱着しない温度域と、原料ガスから炭素析出が起こらない温度域のことである。例えば、改質触媒において炭化水素が吸着・脱着しない温度域とは、プロパンやブタンにおいて約５０℃以上７０℃未満である。所定の温度範囲より改質器１の温度が低い時には炭化水素が改質器１内の触媒に吸着され、所定の温度範囲より高い時には触媒に脱着されるため、原料ガスの濃度が安定しない。また、原料ガスは約４００℃以上になると炭素析出を始めるため、ガス組成に影響を及ぼし原料ガスの濃度が安定しない。この時、制御装置６は温度測定器２２での測定値が所定の温度範囲内になるまで、原料ガスを改質器１に供給しない。
【００６８】
以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、温度測定器２２が改質器１の温度を測定することにより、改質触媒による原料ガスの吸着・脱着が起こる温度帯を避けて、原料ガスをガス検知器５へ供給できる。これにより、ガス検知
器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２の停止のうち少なくとも一方を行う精度を上げることができる。ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する、もしくは出力は無い時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。なお、実施の形態３に与える効果を説明したが、実施の形態１または実施の形態２でも同じ効果が得られる。
【００６９】
（実施の形態５）
実施の形態５における燃料電池システムの構成について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態５における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１〜４と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００７０】
図９に示す燃料電池システム２００においては、原料供給器４から供給される原料ガスを、改質器１を経由せずにガス検知器５に供給する原料ガスバイパス流路２３と、原料ガスバイパス流路２３を開閉する第４弁２６と、原料ガス流路２７を開閉する第３弁２５をさらに備えた点で実施の形態１〜４と異なっている。
【００７１】
原料供給器４から供給される原料ガスを、改質器１を経由せずにガス検知器５に供給する原料ガスバイパス流路２３は、原料供給器４下流に設けられ、原料ガスバイパス流路２３の出口は、燃焼器２に接続される。そして、制御装置６は、原料ガスバイパス流路２３を通過した原料ガスをガス検知器５へ供給する。
【００７２】
以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、改質器１内にある触媒による原料ガスの吸着・脱着の影響や、原料ガスの炭素析出を受けずに、原料ガスをガス検知器５へ供給できる。つまり、改質器１の温度に関係なく、ガス検知器５の検知出力に応じて、報知及び燃焼器２の停止のうち少なくとも一方を行うことができる。ガス検知器５の出力値が前記所定の範囲内の出力を逸脱する、もしくは出力が無い時、制御装置６は、燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて燃料電池システム２００の運転を停止することや、燃料電池システム２００利用者にガス検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御装置６は、ガス検知器５が動作していないと判断してから燃料電池システム２００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の燃料電池システムは、燃焼排ガス流路に一酸化炭素を検知するガス検知器を搭載しているシステムの安全性を確保するのに有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１  改質器
２  燃焼器
３  第１空気供給器
４  原料供給器
５  ガス検知器
６  制御装置
７  水素含有ガス流路
８  水素極
９  排水素流路
１０  第１弁
１１  第２弁
１２  第１バイパス流路
１３  第１空気流路
１４  酸素極
１５  燃焼排ガス流路
１６  原料ガス元弁
１７  排空気流路
１８  第２空気流路
２０  原料流量計
２１  空気流量計
２２  温度測定器
２３  原料ガスバイパス流路
２４  第２空気供給器
２５  第３弁
２６  第４弁
２７  原料ガス流路
３０  第５弁
３１  第２バイパス流路
１００  燃料電池スタック
２００  燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014216168.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014216168.tif 000008
【図７】
2014216168.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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