(57)【要約】  燃料電池モジュール内から燃料電池システム外への排ガスの漏洩を抑制する。  ＳＯＦＣシステムを構成する簡易気密筐体４は、燃料電池モジュール１と排ガス処理部２と熱交換器３とを収容している。ＳＯＦＣパッケージ７は、簡易気密筐体４を収容して、簡易気密筐体４の周囲に補機室８を区画形成する。簡易気密筐体４には吸気孔４１が設けられている。簡易気密筐体４内に配置されたブロワ１７ａは、カソード用空気の供給通路１７を介して、簡易気密筐体４内の空気を吸引して燃料電池モジュール１内の燃料電池セルの空気極に供給する。ブロワ１７ａが簡易気密筐体４内の空気を吸引することにより、簡易気密筐体４の内部は、簡易気密筐体４の周囲（補機室８）より低圧な状態が維持される。
2013122124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有燃料と空気とを反応させて発電する燃料電池、及び、この燃料電池を取り囲み、その内部で前記燃料電池での余剰の水素含有燃料を燃焼させて前記燃料電池を高温状態に維持するケーシング、を含む燃料電池モジュールと、
この燃料電池モジュールを収容する第１の筐体と、
この第１の筐体内の空気を吸引して前記第１の筐体内を負圧状態に維持する吸引装置と、
を含んで構成されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池モジュールより排出される排ガスを浄化する排ガス処理部を更に含んで構成され、
前記第１の筐体は前記排ガス処理部を更に収容することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記吸引装置は、前記第１の筐体内より吸引した空気を前記燃料電池モジュールと前記排ガス処理部との少なくとも一方に供給する空気供給装置であ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】
前記第１の筐体及び前記吸引装置を収容する第２の筐体を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記吸引装置により吸引される前記第１の筐体内の空気を冷却する冷却装置を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１の筐体の内部圧力と外部圧力との差を検出する圧力差検出部と、この圧力差検出部にて検出された圧力差に基づいて前記燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記圧力差が小さくなるほど、前記燃料電池システムの運転出力を低下させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記圧力差が所定の閾値以下に低下すると、前記燃料電池システムの運転を停止させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第２の筐体を貫通して前記第１の筐体内と前記第２の筐体外とを連通する連通管を更に含んで構成され、
前記吸引装置は前記第１の筐体内に配置されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記吸引装置は前記第１の筐体外に配置され、
前記第１の筐体を貫通して前記第１の筐体内の空気を前記吸引装置に導く吸引管を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１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】
燃料電池システムはエネルギー利用効率の高い発電システムとして開発が活発化している。この中でも固体酸化物形燃料電池システム（以下、「ＳＯＦＣシステム」という）はその高い発電効率から低ＣＯ２排出の次世代定置用電源として注目されている。
このシステムは、一般に、水素含有燃料と空気とを反応させて発電する燃料電池と、この燃料電池を取り囲み、その内部で余剰の水素含有燃料を燃焼させて燃料電池を高温状態に維持するケーシングとを含んで構成される。これらがシステムの主要部であり、これらをまとめて燃料電池モジュールと称する。
ケーシング内での燃焼により、高温の排ガスが生成される。【０００３】
従来、燃料電池モジュールでは、そのケーシングを貫通する配管・配線類との接続部（取り合い部）に関する処理として、高温耐性と気密性とを有するガスケット（例えば膨張黒鉛製のガスケット）を用いて、燃料電池モジュール自体で気密性を確保してきた。このようにして気密性を確保することにより、システム運転時のケーシングの内部から外部への排ガスの漏洩が抑制され得る。
また、ケーシング内に部品類を組み付けた後にケーシングの最外側蓋を閉止する工程では、前述の膨張黒鉛製のガスケットを用いるか、又は、この蓋を溶接して、気密性を確保してきた。このようにして気密性を確保することにより、システム運転時のケーシングの内部から外部への排ガスの漏洩が抑制され得る。【０００４】
この排ガス漏洩の抑制に関する技術としては、特許文献１、２に記載のものを挙げることができる。
特許文献１には、黒鉛製で耐熱性を有するガスケットを用いて蓋（金属板）の閉止を行うことが記載されている。
特許文献２には、燃料電池システムが排ガス用の吸引装置を備え、この吸引装置がケーシング内の排ガスを吸引して熱交換器に導くことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８４５９０号公報
【特許文献２】特開２００８−３１１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のような溶接処理を施すことによって燃料電池モジュールの気密性を確保する場合には、燃料電池モジュールの製造時に溶接箇所毎の気密検査を行う必要がある。この検査では、溶接箇所が多くなると検査箇所も多くなるので検査に手間がかかる虞があり、それゆえ、製造コストの上昇を招きかねない。【０００７】
また、前述のように膨張黒鉛製のガスケットを用いて燃料電池モジュールの気密性を確保する場合には、膨張黒鉛製のガスケットが比較的高価であることにより、製造コストが上昇してしまう。【０００８】
また、特許文献２に記載の吸引装置は、排ガス中に含まれる水蒸気を大量に吸引する虞があるので、この水蒸気が吸引装置の機械的寿命に悪影響を及ぼしかねない。この対策として、例えば水蒸気低減用の新たな装置を設置すると、製造コストの上昇や燃料電池システムの過度な大型化を招来することになる。【０００９】
本発明は、このような実状に鑑み、製造コストの上昇と燃料電池システムの過度な大型化とを抑制しつつ、燃料電池モジュール内からシステム外への排ガスの漏洩を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため本発明に係る燃料電池システムでは、水素含有燃料と空気とを反応させて発電する燃料電池、及び、この燃料電池を取り囲み、その内部で燃料電池での余剰の水素含有燃料を燃焼させて燃料電池を高温状態に維持するケーシング、を含む燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールを収容する第１の筐体と、この第１の筐体内の空気を吸引して第１の筐体内を負圧状態に維持する吸引装置と、を含んで構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸引装置は第１の筐体内の空気を吸引して第１の筐体内を負圧状態に維持する。これにより、第１の筐体の内部は、第１の筐体の周囲より低圧な状態が維持されるので、燃料電池モジュールから第１の筐体内へ少量の排ガスが漏洩した場合であっても、この少量の排ガスが第１の筐体外に流出することを抑制することができる。また、燃料電池モジュールの外面と第１の筐体の内面との間には空気層が形成されるので、第１の筐体の表面温度は、燃料電池モジュールの外面温度よりも低温になる。従って、第１の筐体を貫通する配管・配線類の取り合い処理に、前述の膨張黒鉛製のガスケットの代わりとして、このガスケットより安価で耐熱性が低い部材（例えば、ゴム製のグロメット）を用いることができる。【００１２】
また本発明によれば、吸引装置は第１の筐体内の空気を吸引する。これにより、吸引装置は、主として、第１の筐体内の比較的乾燥した空気を吸引するので、比較的良好な機械的寿命を得ることができる。【００１３】
従って、本発明によれば、前述の取り合い処理に比較的安価な部材を用いることができ、また、吸引装置の比較的良好な機械的寿命を得ることができるので、製造コストを抑制しつつ、燃料電池モジュール内からシステム外への排ガスの漏洩を抑制することができる。【００１４】
また本発明によれば、吸引装置は、主として、第１の筐体内の比較的乾燥した空気を吸引するので、吸引装置の寿命対策として前述のような水蒸気低減用の新たな装置を設置する必要がない。それゆえ、燃料電池システムの過度な大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す図
【図２】燃料電池モジュールの概略構成を示す図
【図３】第１の筐体内の負圧状態の判定方法を示すフローチャート
【図４】システムの運転停止制御のフローチャート
【図５】本発明の第２実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す図
【図６】本発明の第３実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す図
【図７】本発明の第４実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す図
【図８】本発明の第５実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す図
【図９】本発明の第６実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す。図２は、燃料電池モジュールの概略構成を示す。
【００１８】
ＳＯＦＣシステムは、その主要部（発電部）をなす燃料電池モジュール１と、排ガス処理部２と、熱交換器３と、簡易気密筐体４と、パワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」という）５と、制御ユニット６と、ＳＯＦＣパッケージ７とを含んで構成される。排ガス処理部２では、燃料電池モジュール１より排出される排ガスが浄化される。熱交換器３では、排ガス処理部２にて浄化された排ガスの熱を回収して温水を得る。簡易気密筐体４は、燃料電池モジュール１、排ガス処理部２、及び熱交換器３を収容する。ここで、簡易気密筐体４が本発明の第１の筐体に対応する。ＰＣＳ５では、燃料電池モジュール１の発電電力を取り出す。ＳＯＦＣパッケージ７は、簡易気密筐体４、ＰＣＳ５、及び制御ユニット６を収容する。ここで、ＳＯＦＣパッケージ７が、本発明の第２の筐体に対応する。また、ＳＯＦＣパッケージ７の内面と簡易気密筐体４の外面とにより区画形成される室を補機室８と称する。従って、補機室８内にＰＣＳ５及び制御ユニット６が配置されている。
【００１９】
簡易気密筐体４は箱状であり金属により形成される。
簡易気密筐体４には、その内部と外部とを連通する２つの連通孔（吸気孔４１及び排気孔４２）が形成されている。ここで、吸気孔４１は本発明における簡易気密筐体４の吸気部に対応する。吸気孔４１は、簡易気密筐体４外の空気を簡易気密筐体４内に導く機能を有する。
【００２０】
ＳＯＦＣパッケージ７は箱状である。
ＳＯＦＣパッケージ７には、その内部と外部とを連通する２つの連通孔（吸気孔７１及び排気孔７２）が形成されている。
【００２１】
吸気管４３は、その一端部が簡易気密筐体４の吸気孔４１に気液密に接続されている。吸気管４３の中間部は、ＳＯＦＣパッケージ７の吸気孔７１を貫通する。吸気管４３の他端部は、ＳＯＦＣパッケージ７の外面より外方に突出している。換言すれば、吸気管４３は、ＳＯＦＣパッケージ７を貫通して簡易気密筐体４の内部とＳＯＦＣパッケージ７の外部とを連通する連通管である。また、吸気管４３は、外気を簡易気密筐体４内に導く機能を有する。尚、吸気管４３は、その一端部が簡易気密筐体４の吸気孔４１に接続され、他端部がＳＯＦＣパッケージ７の吸気孔７１に接続されていてもよい。ここで、簡易気密筐体４における吸気管４３との接続部（取り合い部）にはシール部材として例えばゴム製のグロメットＧが用いられる。
【００２２】
簡易気密筐体４の排気孔４２とＳＯＦＣパッケージ７の排気孔７２とを貫通するように、排気管４４が設けられている。
排気管４４は、その一端部が簡易気密筐体４内の熱交換器３の排気口３１に接続されている。排気管４４の中間部は、簡易気密筐体４の排気孔４２を気液密に貫通し、更にＳＯＦＣパッケージ７の排気孔７２を通っている。排気管４４の他端部は、ＳＯＦＣパッケージ７の外面より外方に突出している。従って、熱交換器３は、その内部（排ガス通路）が、排気管４４を介して、ＳＯＦＣパッケージ７の外部に連通している。尚、排気管４４は、その一端部が簡易気密筐体４内の熱交換器３の排気口３１に接続され、中間部が簡易気密筐体４の排気孔４２を貫通し、他端部がＳＯＦＣパッケージ７の排気孔７２に接続されていてもよい。ここで、簡易気密筐体４における排気管４４の貫通部（取り合い部）には、シール部材として例えばゴム製のグロメットＧが用いられる。
【００２３】
ＳＯＦＣパッケージ７には、外気を補機室８内に導く換気ファン７３が設けられている。また、ＳＯＦＣパッケージ７には、その補機室８内の空気を排出するための換気孔７４が形成されている。換気ファン７３を作動させて外気をＳＯＦＣパッケージ７内に導くと、この外気が補機室８内のＰＣＳ５や補機など（例えば、後述するポンプ１５ａ、１６ａなど）を冷却して、換気孔７４より外部に排出される。
【００２４】
簡易気密筐体４には、その内部圧力と、外部圧力（つまり、補機室８の内部圧力）との差圧ΔＰを検出する圧力差検出部として差圧センサ４ａが設けられている。差圧センサ４ａからの圧力差検出信号（差圧ΔＰに対応する信号）は、図示しない信号線を介して、制御ユニット６に伝達される。尚、本実施形態では、差圧ΔＰは、補機室８の内部圧力と簡易気密筐体４の内部圧力との差を意味する（すなわちΔＰ＝（補機室８の内部圧力）−（簡易気密筐体４の内部圧力））。また、本実施形態では、差圧ΔＰを検出する圧力差検出部として差圧センサ４ａを用いているが、圧力差検出部の構成はこれに限らない。例えば、簡易気密筐体４の内部圧力を検出する圧力センサと、補機室８の内部圧力を検出する圧力センサとをそれぞれ設置して、これら圧力センサの圧力検出値に基づいて差圧ΔＰを算出することで、圧力差検出部としての機能を実現してもよい。
【００２５】
簡易気密筐体４内の燃料電池モジュール１は、図２に示すように、ケーシング１０内に、改質器１１と、燃料電池スタック１２（複数の燃料電池セル１３の組立体）と、オフガス燃焼部１４とを配置して構成される。すなわち、ケーシング１０は、改質器１１と、燃料電池スタック１２と、オフガス燃焼部１４とを取り囲んでいる。ここで、燃料電池スタック１２及び燃料電池セル１３は、本発明の燃料電池に対応するものである。
【００２６】
ケーシング１０は、耐熱性金属により形成された箱状の外枠体である。ケーシング１０は、内面に断熱材を内張して構成されていることが好ましい。また、ケーシング１０は、簡易気密筐体４への伝熱を抑制すべく、簡易気密筐体４の内壁から離間するように配置される。換言すれば、ケーシング１０は、簡易気密筐体４と燃料電池モジュール１との間に空気層が形成されるように設置される。この設置の手法としては、例えば、脚部を介して設置する手法、又はケーシング１０と比較して温度が低い熱交換器３を介して設置する手法を挙げることができる。
【００２７】
図１及び図２に示すように、ＳＯＦＣパッケージ７の外部からケーシング１０の内部へ、原燃料（炭化水素系燃料など）の供給通路１５が設けられている。
原燃料の供給通路１５は、ＳＯＦＣパッケージ７、簡易気密筐体４及びケーシング１０の各々に予め形成された貫通孔（図示せず）を通る配管により構成されている。この配管と簡易気密筐体４との貫通部（取り合い部）には、シール部材として例えばゴム製のグロメットＧが用いられる。また、この配管とケーシング１０との貫通部（取り合い部）には、例えば金属管又は碍管（図示せず）が用いられる。
【００２８】
図１に示すように、補機室８内の原燃料の供給通路１５には、上流側から下流側に向かって順に、脱硫器１８と、適宜の供給量制御装置としてのポンプ１５ａとが設けられている。脱硫器１８では、原燃料中の硫黄化合物が除去される。原燃料の供給通路１５におけるポンプ１５ａと簡易気密筐体４との間には、改質用空気の供給通路（図示せず）が接続されている。この改質用空気の供給通路には、適宜の供給量制御装置としてのブロワ（図示せず）が設けられている。
【００２９】
図１及び図２に示すように、補機室８内の後述する水タンク３４からケーシング１０内へ、水蒸気改質用の水（改質水）の供給通路１６が設けられている。補機室８内における改質水の供給通路１６には、適宜の供給量制御装置としてのポンプ１６ａが設けられている。
改質水の供給通路１６は、簡易気密筐体４及びケーシング１０の各々に予め形成された貫通孔（図示せず）を通る配管により構成されている。この配管と簡易気密筐体４との貫通部（取り合い部）には、シール部材として例えばゴム製のグロメットＧが用いられる。また、この配管とケーシング１０との貫通部（取り合い部）には、例えば金属管又は碍管（図示せず）が用いられる。
【００３０】
簡易気密筐体４内には、ケーシング１０の外部から内部へ、カソード用空気の供給通路１７が設けられている。ここで、カソード用空気の供給通路１７は、その一端部（吸入口１７ｃ）が、簡易気密筐体４内に位置する。また、カソード用空気の供給通路１７の他端部は、燃料電池セル１３の空気極（カソード）に臨んでいる。カソード用空気の供給通路１７には、適宜の供給量制御装置として、空気供給装置であるブロワ１７ａが設けられている。また、カソード用空気の供給通路１７におけるブロワ１７ａの上流側には、空気中の異物を除去するフィルタ１７ｂが設けられている。
カソード用空気の供給通路１７は、ケーシング１０に予め形成された貫通孔（図示せず）を通る配管により構成されている。この配管とケーシング１０との貫通部（取り合い部）には、例えば金属管又は碍管（図示せず）が用いられる。
【００３１】
図２に示す改質器１１は、耐熱性金属により形成されたケース内の室に改質触媒を充填して構成されている。改質器１１には、原燃料及び改質水の供給通路１５、１６が接続されている。従って、改質器１１は、水を気化させて得た水蒸気の存在下で、原燃料を水蒸気改質反応により改質し、水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成する。ここで、この改質ガスは、本発明の水素含有燃料に対応するものである。尚、水蒸気改質反応に替えて、部分酸化反応又は自己熱改質反応など、更にはこれらの改質反応の組み合わせなど、水素発生手法として公知な手法によって改質ガスを生成してもよい。
【００３２】
燃料電池スタック１２は、複数の固体酸化物形燃料電池セル１３を直列接続してなる組立体である。各セル１３は、固体酸化物電解質の両面に燃料極（アノード）と空気極（カソード）を積層してなる。燃料極には改質器１１出口からの改質ガスの供給通路１９により改質ガスが供給される。空気極には、カソード用空気の供給通路１７により空気が供給される。
従って、燃料電池セル１３の各々において、空気極にて、下記（１）式の電極反応が生起され、燃料極にて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
空気極：  １／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質）  ・・・（１）
燃料極：  Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ・・・（２）
【００３３】
燃料電池セル１３には、その温度Ｔを検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。この温度センサからの温度検出信号（セル温度Ｔに対応する信号）は、図示しない信号線を介して、制御ユニット６に伝達される。
【００３４】
オフガス燃焼部１４は、ケーシング１０内に設けられている。オフガス燃焼部１４では、燃料電池スタック１２での余剰の改質ガス（アノードオフガス）を余剰の空気の存在下で燃焼させる。ケーシング１０は、オフガス燃焼部１４で発生する燃焼熱により、改質器１１及び燃料電池スタック１２を高温状態に維持する。従って、ケーシング１０内は、燃料電池スタック１２での発電及び余剰改質ガスの燃焼に起因して、例えば発電運転中で６００〜１０００℃程度の高温になる。
【００３５】
ケーシング１０には、その内部での燃焼によって生成された高温の排ガスを浄化する排ガス処理部２が接続されている。
排ガス処理部２は、例えば、金属製のケース内の室に燃焼触媒を充填して構成される。排ガス処理部２では、排ガス中に含まれる一酸化炭素や水素などの成分が、燃焼触媒により浄化処理される。
【００３６】
図１に示すように、排ガス処理部２には、排ガス処理部２で処理された後の排ガスと水とで熱交換を行う熱交換器３が接続されている。
熱交換器３では、燃料電池モジュール１の廃熱（燃料電池スタック１２で発生する熱を含む排ガスの熱）を回収して温水を得る。
【００３７】
熱交換器３は、図示しない給湯ユニット（ＳＯＦＣパッケージ７とは別のパッケージ）の貯湯槽と熱媒体循環通路２０により接続されている。補機室８内の熱媒体循環通路２０には、適宜の供給量制御装置としてのポンプ２０ａが設けられている。
熱媒体循環通路２０は、簡易気密筐体４に予め形成された貫通孔（図示せず）を通る配管により構成されている。この配管と簡易気密筐体４の貫通部（取り合い部）には、シール部材として例えばゴム製のグロメットＧが用いられる。
【００３８】
熱交換器３内の排ガス通路では、熱媒体循環通路２０との熱交換により排ガス中の水分が凝縮する。このため、熱交換器３内の排ガス通路から簡易気密筐体４の外部（補機室８の内部）へ、凝縮水の回収通路３２が設けられている。
凝縮水の回収通路３２は、簡易気密筐体４に予め形成された貫通孔（図示せず）を通る配管により構成されている。この配管と簡易気密筐体４との貫通部（取り合い部）には、シール部材として例えばゴム製のグロメットＧが用いられる。
【００３９】
補機室８内の凝縮水の回収通路３２には、回収水処理部３３が設けられている。回収水処理部３３は、例えばイオン交換樹脂を含んで構成される。また、補機室８内の凝縮水の回収通路３２の下流端は水タンク３４に接続されている。
熱交換器３での熱交換により生成された凝縮水は、凝縮水の回収通路３２を通り、回収水処理部３３で処理されて、水タンク３４に貯留される。
水タンク３４に貯留された水は、前述のポンプ１６ａにより吸引され、改質水の供給通路１６を通って、改質器１１に供給される。
【００４０】
ＰＣＳ５は、燃料電池モジュール１の燃料電池スタック１２で発生した直流電力を取り出すものである。また、ＰＣＳ５はインバータを備え、直流電力を交流電力に変換して、図示しない家庭内負荷（電気機器）に供給する。尚、燃料電池スタック１２の発電電力が家庭内負荷の需要電力に満たない場合は、不足分として、図示しない系統電源からの系統電力が家庭内負荷に供給される。
【００４１】
制御ユニット６は、燃料電池スタック１２の発電電力や、熱交換に用いる熱媒体を循環させるためのポンプ２０ａの運転などを制御するものである。制御ユニット６はマイクロコンピュータにより構成される。このマイクロコンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェイスなどを備えている。
【００４２】
制御ユニット６による発電電力の制御は、ポンプ１５ａ、１６ａなどを介して改質器１１への原燃料、改質水、改質用空気の供給量を制御して、燃料電池スタック１２への改質ガス（アノードガス）の供給量を制御することによって、また、ブロワ１７ａを介して燃料電池スタック１２への空気（カソードガス）の供給量を制御することによって、行われる。
従って、制御ユニット６は、家庭内負荷の需要電力に応じて、定格最大発電電力の範囲内で、燃料電池スタック１２の発電電力目標値を設定し、これに従って（発電電力目標値を得るように）、燃料、水、及び空気の供給量を制御することにより、燃料電池スタック１２の発電電力を制御する。
【００４３】
制御ユニット６はまた、ＰＣＳ５を制御する。具体的には、燃料電池スタック１２の発電電力目標値に基づいて、燃料電池スタック１２から取り出す電流を設定・制御する。より詳しくは、燃料電池スタック１２の発電電力目標値を燃料電池スタック１２の出力電圧（瞬時値）で除算して、電流目標値を設定し、この電流目標値に従って、燃料電池スタック１２から取り出す電流を制御する。
【００４４】
ブロワ１７ａの運転時には、ブロワ１７ａが、カソード用空気の供給通路１７を介して、簡易気密筐体４内の空気を吸引して燃料電池モジュール１内の燃料電池スタック１２（燃料電池セル１３の空気極）に供給する。これにより、簡易気密筐体４の内部は、簡易気密筐体４の周囲（補機室８）より低圧な状態が維持される。すなわち、ブロワ１７ａは本発明の吸引装置として機能して、簡易気密筐体４の内部を負圧状態に維持することが可能である。従って、燃料電池モジュール１から簡易気密筐体４内へ少量の排ガスが漏洩した場合であっても、この少量の排ガスが吸気孔４１を通じて、また、グロメットＧと配管部との間の隙間を通じて、簡易気密筐体４外（補機室８）に流出することを抑制することができる。また、簡易気密筐体４内に漏洩した少量の排ガスは、ブロワ１７ａにより空気と共に吸引されて燃料電池モジュール１内に導かれ、更に、排ガス処理部２にて、排ガス中の一酸化炭素や水素などの成分が浄化処理される。従って、簡易気密筐体４内に漏洩した少量の排ガス中の一酸化炭素や水素などの成分が、排気管４４からＳＯＦＣパッケージ７外に排出されることを抑制することができる。
【００４５】
本実施形態では、このＳＯＦＣパッケージ７外への排ガス成分の排出を更に確実に抑制するために、簡易気密筐体４内の負圧状態を監視し、その負圧状態に応じて、システムの運転を制御する。ここで、制御ユニット６は、本発明の制御部として機能して、差圧センサ４ａにて検出された差圧ΔＰに基づいてＳＯＦＣシステムの運転を制御する。
【００４６】
図３は、制御ユニット６にて実行される簡易気密筐体４内の負圧状態の判定フローである。
図３に示す負圧状態判定フローは、システム運転時に、所定時間毎に実行される。
【００４７】
ステップＳ１では、前述の差圧センサ４ａによって検出された差圧ΔＰと第１の所定差圧Ｐ１とを比較する。ここで、第１の所定差圧Ｐ１とは、簡易気密筐体４内の負圧状態が正常であるか否かを判定するための閾値であり、予め設定されている。
【００４８】
ΔＰ＞Ｐ１の場合は、簡易気密筐体４内の負圧状態が正常に維持されていると判定してステップＳ２に進み、システムの通常運転を継続する。具体的には、前述のように、家庭内負荷の需要電力に応じて、燃料電池スタック１２の発電電力の制御と、ＰＣＳ５の制御とを行う。
【００４９】
一方、ΔＰ≦Ｐ１の場合には、簡易気密筐体４内の負圧状態が異常であると判定してステップＳ３に進む。
【００５０】
ステップＳ３では、前述の差圧センサ４ａによって検出された差圧ΔＰと第２の所定差圧Ｐ２とを比較する。ここで、第２の所定差圧Ｐ２とは、簡易気密筐体４内の負圧状態の異常が軽微なものであるか否かを判定するための閾値であり、予め設定されている。また、第１の所定差圧Ｐ１と第２の所定差圧Ｐ２とについては、０＜Ｐ２＜Ｐ１の関係を満たすように予め設定されている。
【００５１】
ΔＰ＞Ｐ２の場合は、簡易気密筐体４内の負圧状態に異常があるものの軽微であると判定してステップＳ４に進み、システムの運転出力を低下させる。具体的には、前述の燃料電池スタック１２の発電電力目標値を所定量低下、又は、その最大値を制限させて、燃料電池スタック１２の発電電力の制御と、ＰＣＳ５の制御とを行う。
【００５２】
一方、ΔＰ≦Ｐ２の場合には、簡易気密筐体４内の負圧状態の異常が軽微なものではないと判定してステップＳ５に進む。
【００５３】
尚、ステップＳ４にてシステムの運転出力を低下させてからΔＰ＞Ｐ２の状態が一定時間以上継続する場合には、簡易気密筐体４内の負圧状態の異常が軽微なものではないと判定してステップＳ５に進むようにしてもよい。
【００５４】
ステップＳ５では、図４に示すシステムの運転停止制御を行う。
図４は、制御ユニット６にて実行されるシステムの運転停止制御フローである。
【００５５】
ステップＳ１１では、システムの非常停止要求があるか否かを判定する。ここで、非常停止とは、通常の運転停止制御の少なくとも一部の手順を省略する停止制御を行って運転を停止させることを意味する。非常停止は、例えば、ブロワ１７ａの緊急運転停止時に要求される。
【００５６】
非常停止要求があると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、システムの非常停止制御を行う。非常停止制御では、例えば、電流掃引の停止、改質器１１への原燃料及び改質水の供給停止、燃料電池スタック１２へのカソード用空気の供給停止などを直ちにかつ一斉に行って、システムを停止させる。尚、この非常停止制御時には、改質器１１への原燃料の供給が直ちに停止されることにより、改質ガスの生成が直ちに停止される。また、前述の一斉停止により、燃料電池モジュール１内の温度が速やかに低下を始めるため、これに応じて、燃料電池モジュール１内の気体の体積が減少する。それゆえ、燃料電池モジュール１の周辺空気（簡易気密筐体４内の空気）は燃料電池モジュール１内に吸引される方向に移動することになる。従って、燃料電池モジュール１内に残留している気体（例えば、改質ガスやアノードオフガスなど）がカソード用空気の供給通路１７を逆流して簡易気密筐体４に流出することを抑制することができる。
【００５７】
一方、ステップＳ１１にて非常停止要求がないと判定された場合には、ステップＳ１３に進み、通常の運転停止制御を開始する。
【００５８】
ステップＳ１３では、直ちに電流掃引を停止する。具体的には、ＰＣＳ５に対し電流掃引停止を指示する。燃料電池スタック１２は家庭内負荷から切り離される。発電停止により、燃料電池セル１３自体の発熱が停止することになる。
また、ステップＳ１３では、改質器１１への原燃料及び改質水の供給量と、燃料電池スタック１２へのカソード用空気の供給量とを減少させる。
【００５９】
ステップＳ１４では、前述の温度センサによって検出されるセル温度Ｔと、所定温度Ｔｓとを比較する。ここで、所定温度Ｔｓとは、燃料の供給を停止しても（還元雰囲気でなくなっても）燃料電池セル１３のセル支持体（図示せず）などの酸化による熱劣化を抑制可能となる温度であり、予め設定されている。
【００６０】
Ｔ＞Ｔｓの場合は、所定時間経過後にステップＳ１４に戻って、セル温度Ｔの検出と、セル温度Ｔと所定温度Ｔｓとの比較と、を続け、Ｔ≦Ｔｓとなった時点で、ステップＳ１５へ進む。
ステップＳ１５では、改質器１１への原燃料及び改質水の供給停止を行う。
【００６１】
この後も、セル温度Ｔを監視し、室温に達したところで、燃料電池スタック１２へのカソード用空気の供給停止を行って（ステップＳ１６）、システムを停止させる。
【００６２】
ところで、特許文献１には、ケーシングの蓋にガスケット冷却用の冷却管を設けることが記載されている。このように冷却管を用いてガスケットの冷却を行うと、燃料電池の近傍に低温域が形成される虞があり、この結果、燃料電池の熱バランスが崩れかねない。
この点、本実施形態によれば、燃料電池スタック１２の近傍に低温域が形成されることはない。それゆえ、燃料電池スタック１２の熱バランスを比較的良好に維持することができる。
【００６３】
本実施形態によれば、ＳＯＦＣシステム（燃料電池システム）は、改質ガス（水素含有燃料）と空気とを反応させて発電する燃料電池スタック１２（燃料電池）と、この燃料電池スタック１２を取り囲み、その内部で燃料電池スタック１２での余剰の改質ガスを燃焼させて燃料電池スタック１２を高温状態に維持するケーシング１０と、を含む燃料電池モジュール１と、この燃料電池モジュール１を収容する簡易気密筐体４（第１の筐体）と、簡易気密筐体４内の空気を吸引して簡易気密筐体４内を負圧状態に維持するブロワ１７ａ（空気供給装置、吸引装置）と、を含んで構成される。これにより、簡易気密筐体４の内部は、簡易気密筐体４の周囲（補機室８）より低圧な状態が維持されるので、燃料電池モジュール１から簡易気密筐体４内へ少量の排ガスが漏洩した場合であっても、この少量の排ガスが簡易気密筐体４外（補機室８）に流出することを抑制することができる。従って、燃料電池スタック１２の発電性能に影響を及ぼさない範囲内で、燃料電池モジュール１の気密性を緩和することができる。また、簡易気密筐体４の内部が簡易気密筐体４の周囲（補機室８）より低圧な状態で維持される範囲内で、簡易気密筐体４の気密性を緩和することができる。
【００６４】
また本実施形態によれば、燃料電池モジュール１の外面と簡易気密筐体４の内面との間には空気層が形成されるので、簡易気密筐体４の表面温度は、燃料電池モジュール１の外面温度よりも低温になる。従って、簡易気密筐体４を貫通する配管・配線類の取り合い処理に、前述の膨張黒鉛製のガスケットの代わりとして、このガスケットより安価で耐熱性が低い部材（例えば、ゴム製のグロメットＧ）を用いることができる。
【００６５】
また本実施形態によれば、ブロワ１７ａは簡易気密筐体４内の空気を吸引する。これにより、ブロワ１７ａは、主として、ブロワ１７ａ内の比較的乾燥した空気を吸引するので、特許文献２に記載の吸引装置に比べて、比較的良好なブロワ１７ａの機械的寿命を得ることができる。
【００６６】
また本実施形態によれば、ＳＯＦＣシステムは、燃料電池モジュール１より排出される排ガスを浄化する排ガス処理部２を更に含んで構成され、簡易気密筐体４は排ガス処理部２を更に収容する。これにより、燃料電池モジュール１からの排ガス中に含まれる一酸化炭素や水素などの成分が簡易気密筐体４内にて浄化処理されるので、これら成分の簡易気密筐体４外（補機室８）への流出を抑制することができる。
【００６７】
また本実施形態によれば、ブロワ１７ａは、簡易気密筐体４内より吸引した空気を燃料電池モジュール１に供給する空気供給装置である。これにより、燃料電池モジュール１から簡易気密筐体４内へ少量の排ガスが漏洩した場合であっても、この少量の排ガスが簡易気密筐体４内の空気と共に燃料電池モジュール１内に導かれる。つまり、簡易気密筐体４を負圧状態に保ちながら排ガスを簡易気密筐体４外かつ補機室８外に安全に排出するための配管等の設備を別途設ける必要がないため、システムの過度な大型化を招来することなく、排ガスが簡易気密筐体４外（補機室８）に流出することを抑制することができる。
【００６８】
また本実施形態によれば、ブロワ１７ａは、簡易気密筐体４内より吸引した空気をケーシング１０内の燃料電池セル１３の空気極に供給する空気供給装置である。これにより、簡易気密筐体４を負圧状態に保つための専用ブロワを設ける必要がないため、システムの過度な大型化を招来することなく、カソード用空気供給用のブロワ１７ａを用いて簡易気密筐体４内を負圧状態に維持することができるので、システムを比較的簡素な構成にすることができる。
【００６９】
また本実施形態によれば、ＳＯＦＣシステムは、簡易気密筐体４を収容するＳＯＦＣパッケージ７（第２の筐体）を更に含んで構成される。これにより、簡易気密筐体４の周囲に補機室８を区画形成することができるので、補機類を補機室８内に集約することができる。
【００７０】
また本実施形態によれば、ＳＯＦＣシステムは、ＳＯＦＣパッケージ７を貫通して簡易気密筐体４内とＳＯＦＣパッケージ７外とを連通する吸気管４３（連通管）と、を更に含んで構成され、ブロワ１７ａは簡易気密筐体４内に配置される。これにより、ＳＯＦＣパッケージ７の外部の空気を吸気管４３を介してスムーズに簡易気密筐体４内に導くことができるので、簡易気密筐体４内でのブロワ１７ａの過度の発熱を抑制することができる。
【００７１】
また本実施形態によれば、ＳＯＦＣシステムは、簡易気密筐体４の内部圧力と外部圧力との差（差圧ΔＰ）を検出する差圧センサ４ａ（圧力差検出部）と、この差圧センサ４ａにて検出された差圧ΔＰに基づいてＳＯＦＣシステムの運転を制御する制御ユニット６（制御部）とを更に含んで構成される。これにより、例えば、ブロワ１７ａの運転時に、フィルタ１７ｂの目詰まりやブロワ１７ａの故障などにより簡易気密筐体４内の負圧が低下し始めたときに（すなわち、簡易気密筐体４の内部圧力が補機室８の内部圧力に近づき始めたときに）、速やかに簡易気密筐体４内の負圧状態の変化を把握し、それに応じてシステムの運転制御を行うことができるので、簡易気密筐体４内から補機室８内への排ガスの漏洩を抑制しつつ、システムのより安全な運転制御を行うことができる。
【００７２】
また本実施形態によれば、差圧ΔＰ＞第１の所定差圧Ｐ１の場合には、家庭内負荷の需要電力に応じて、燃料電池スタック１２の発電電力目標値を設定し、この目標値を得るように燃料電池スタック１２の発電電力の制御を行う（図３のステップＳ２参照）。一方、第２の所定差圧Ｐ２＜差圧ΔＰ≦第１の所定差圧Ｐ１の場合には、例えば、燃料電池スタック１２の発電電力目標値を所定量低下させ、この低下させた新たな目標値を得るように燃料電池スタック１２の発電電力の制御を行う（図３のステップＳ４参照）。すなわち、本実施形態によれば、制御ユニット６は、差圧ΔＰが小さくなるほど、ＳＯＦＣシステムの運転出力を低下させる。これにより、簡易気密筐体４内の負圧低下時に燃料電池モジュール１内での排ガスの発生量を減少させることができるので、燃料電池モジュール１から簡易気密筐体４内への排ガスの漏洩を抑制することができる。
【００７３】
また本実施形態によれば、制御ユニット６は、差圧ΔＰが第２の所定差圧Ｐ２以下（所定の閾値以下）に低下すると、ＳＯＦＣシステムの運転を停止させる（図３のステップＳ５及び図４参照）。これにより、簡易気密筐体４内の負圧が大幅に低下した場合には、システムの運転停止制御を直ちに開始することができるので、簡易気密筐体４内から補機室８内への排ガスの漏洩を抑制することができる。
【００７４】
尚、本実施形態では、吸気管４３と排気管４４が別体で構成されているが、吸気管及び排気管の構成はこれに限らない。例えば、外管と内管とからなる二重管構造の管状部材により吸気管と排気管とを一体的に構成してもよい。この場合には、二重管構造の管状部材は、その外管と内管との間の空間を吸気通路として、内管内の空間を排気通路とすることにより、排ガスの熱が管状部材（外管）の外表面に直接的に伝わることを抑制することができる。
【００７５】
図５は、本発明の第２実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す。
図１に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
【００７６】
本実施形態では、簡易気密筐体４の内部から排ガス処理部２へ、空気吸引通路５１が設けられている。ここで、空気吸引通路５１は、その一端部（吸入口）が、簡易気密筐体４内に位置する。また、空気吸引通路５１の他端部は、排ガス処理部２に接続されている。空気吸引通路５１には、適宜の供給量制御装置として、空気供給装置であるブロワ５１ａが設けられている。
【００７７】
ブロワ５１ａの運転時には、ブロワ５１ａが、空気吸引通路５１を介して、簡易気密筐体４内の空気を吸引して排ガス処理部２に供給する。これにより、簡易気密筐体４の内部は、簡易気密筐体４の周囲（補機室８）より低圧な状態が維持される。すなわち、ブロワ５１ａは本発明の吸引装置として機能して、簡易気密筐体４の内部を負圧状態に維持することが可能である。従って、燃料電池モジュール１から簡易気密筐体４内へ少量の排ガスが漏洩した場合であっても、この少量の排ガスが吸気孔４１を通じて、また、グロメットＧと配管部との間の隙間を通じて、簡易気密筐体４外（補機室８）に流出することを抑制することができる。また、簡易気密筐体４内に漏洩した少量の排ガスは、ブロワ５１ａにより空気と共に吸引されて排ガス処理部２に導かれて、排ガス中の一酸化炭素や水素などの成分が浄化処理される。従って、簡易気密筐体４内に漏洩した少量の排ガス中の一酸化炭素や水素などの成分が、排気管４４からＳＯＦＣパッケージ７外に排出されることを抑制することができる。
【００７８】
本実施形態では、ブロワ１７ａとブロワ５１ａとを併用することにより、簡易気密筐体４内の負圧を強化することが可能である。また、ブロワ５１ａは、ブロワ１７ａの運転停止時であっても運転可能である。このため、ブロワ１７ａの運転停止時に、ブロワ５１ａにより簡易気密筐体４の内部を負圧状態に維持することが可能である。
【００７９】
特に本実施形態によれば、ブロワ５１ａは、簡易気密筐体４内より吸引した空気を排ガス処理部２に供給する空気供給装置である。これにより、燃料電池モジュール１から簡易気密筐体４内へ少量の排ガスが漏洩した場合であっても、この少量の排ガスが簡易気密筐体４内の空気と共に排ガス処理部２内に導かれるので、排ガスが簡易気密筐体４外（補機室８）に流出することを抑制すると共に、簡易気密筐体４内に漏洩した少量の排ガスをより効果的に浄化することができる。
【００８０】
図６は、本発明の第３実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す。
図１に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
【００８１】
本実施形態では、吸気孔４１、７１及び吸気管４３が、ブロワ１７ａの近傍に設けられている。また、ＳＯＦＣパッケージ７の外部から吸気管４３を介して簡易気密筐体４の内部に流入した空気が、ブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂの近傍を通って、カソード用空気の供給通路１７の一端部（吸入口１７ｃ）に流入するように、カソード用空気の供給通路１７、ブロワ１７ａ、及びフィルタ１７ｂが配置されている。
【００８２】
特に本実施形態によれば、ＳＯＦＣパッケージ７の外部から吸気管４３を介して簡易気密筐体４内に直接的に流入した空気が、ブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂの近傍を通過して、カソード用空気の供給通路１７の吸入口１７ｃ（すなわち、ブロワ１７ａの吸入口）に導かれる。これにより、ＳＯＦＣパッケージ７の外部からの空気がブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂを冷却した後にカソード用空気の供給通路１７に流入するので、カソード用空気をブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂの冷却に用いることができる。
【００８３】
図７は、本発明の第４実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す。
図１に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
【００８４】
本実施形態では、ＳＯＦＣパッケージ７に吸気孔７１が形成されていない。また、吸気管４３の代わりとして、吸気管４３’が設けられている。吸気管４３’は、その一端部が簡易気密筐体４の吸気孔４１に気液密に接続されている。また、吸気管４３’の他端部は、補機室８内に位置している。尚、吸気管４３’を省略して、吸気孔４１から直接補機室８内の空気を簡易気密筐体４内に流入させてもよい。
【００８５】
本実施形態では、カソード用空気の供給通路１７の中間部と、ブロワ１７ａと、フィルタ１７ｂとが、補機室８内に配置されている。このため、カソード用空気の供給通路１７は、そのフィルタ１７ｂより上流側の部分と、ブロワ１７ａより下流側の部分とが、それぞれ、簡易気密筐体４に予め形成された貫通孔（図示せず）を通る配管により構成されている。これら配管と簡易気密筐体４との貫通部（取り合い部）には、それぞれ、シール部材として例えばゴム製のグロメットＧが用いられる。ここで、カソード用空気の供給通路１７を構成する配管のうち、一端部（吸入口１７ｃ）が簡易気密筐体４内に位置し、中間部が簡易気密筐体４を貫通し、フィルタ１７ｂを介して、他端部がブロワ１７ａの吸入側に接続する配管を吸引管と称する。この吸引管は、簡易気密筐体４内の空気を補機室８内のブロワ１７ａに導く機能を有する。また、カソード用空気の供給通路１７を構成する配管のうち、一端部がブロワ１７ａの吐出側に接続し、中間部が簡易気密筐体４及びケーシング１０を貫通し、他端部が燃料電池セル１３の空気極に臨む配管を空気供給管と称する。この空気供給管は、ブロワ１７ａより吐出された空気を燃料電池セル１３の空気極に導く機能を有する。尚、この空気供給管は、その中間部が簡易気密筐体４及びケーシング１０を貫通し、他端部が、燃料電池セル１３の空気極に臨む代わりに、中間部が簡易気密筐体４を貫通し、他端部が、排ガス処理部２に接続されてもよい。
【００８６】
本実施形態では、熱交換器３が補機室８内に配置されている。また、排ガス通路６１が設けられている。排ガス通路６１は、その両端が排ガス処理部２と熱交換器３とに接続している。排ガス通路６１は、簡易気密筐体４に予め形成された貫通孔（図示せず）を通る配管により構成されている。この配管と簡易気密筐体４との貫通部（取り合い部）には、シール部材として高温用ガスケットＨが用いられる。
【００８７】
排気管４４は、その一端部が補機室８内の熱交換器３の排気口３１に接続されている。排気管４４の中間部は、ＳＯＦＣパッケージ７の排気孔７２を通っている。排気管４４の他端部は、ＳＯＦＣパッケージ７の外面より外方に突出している。尚、排気管４４は、その一端部が簡易気密筐体４内の熱交換器３の排気口３１に接続され、他端部がＳＯＦＣパッケージ７の排気孔７２に接続されていてもよい。
【００８８】
特に本実施形態によれば、吸気管４３’は、その一端部が簡易気密筐体４の吸気孔４１に接続されて、他端部が補機室８内に位置している。これにより、燃料電池セル１３の空気極に空気を供給するために、補機類の発熱により暖められた補機室８内の空気が優先的に簡易気密筐体４に取り込まれる。その結果、換気ファン７３による補機室８内への外気の取り込みが促進されて補機室８内の温度上昇が抑制されるので、補機類の動作安定化および長寿命化を実現することができる。また、ＳＯＦＣパッケージ７に吸気孔７１を貫通形成する必要がないので、ＳＯＦＣパッケージ７の加工工程を減らすことができる。
【００８９】
また本実施形態によれば、ブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂが補機室８内（すなわち、簡易気密筐体４外）に配置されている。ここで、補機室８内は、簡易気密筐体４内に比べて低温である。従って、ブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂが簡易気密筐体４内に配置されている場合に比べて、ブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂを良好に冷却することができるので、これらの熱劣化を抑制することができる。
【００９０】
図８は、本発明の第５実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す。
図１に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
【００９１】
本実施形態では、ＳＯＦＣパッケージ７に吸気孔７１が形成されていない。また、吸気管４３が省略されている。これらにより、本実施形態では、ブロワ１７ａの運転時に、補機室８内の空気が吸気孔４１から直接的に簡易気密筐体４内に流入する。従って、本実施形態では、燃料電池セル１３の空気極に空気を供給するために、補機類の発熱により暖められた補機室８内の空気が優先的に簡易気密筐体４に取り込まれる。その結果、換気ファン７３による補機室８内への外気の取り込みが促進されて補機室８内の温度上昇が抑制されるので、補機類の動作安定化および長寿命化を実現することができる。また、ＳＯＦＣパッケージ７に吸気孔７１を貫通形成する必要がないので、ＳＯＦＣパッケージ７の加工工程を減らすことができる。
【００９２】
図９は、本発明の第６実施形態におけるＳＯＦＣシステムの概略構成を示す。
図１に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
【００９３】
本実施形態では、熱媒体循環通路２０のうち、簡易気密筐体４内であって熱交換器３の入口より下流側の部分に、熱交換器８０が設けられている。尚、図９に示す熱媒体循環通路２０の位置Ｒ１と位置Ｒ２とは、図示しない配管により接続されている。
熱交換器８０は、カソード用空気の供給通路１７のうち、吸入口１７ｃとフィルタ１７ｂとの間に位置している。
熱交換器８０は、熱交換器３に流入する前の熱媒体（すなわち、排ガスからの熱を回収する前の熱媒体）と、フィルタ１７ｂを通過する前のカソード用空気とで熱交換を行う。この熱交換によりカソード用空気が冷却されて、この結果、カソード用空気の温度が熱媒体の温度に近い温度になる。つまり、熱交換器８０が、本発明の冷却装置として機能して、カソード用空気を冷却する。これにより、燃料電池モジュール１や排ガス処理部２からの放熱量が大きく、簡易気密筐体４内部の空気温度が高い場合においても、カソード用空気がフィルタ１７ｂ及びブロワ１７ａの耐熱温度を超過することを抑制することができる。
【００９４】
特に本実施形態によれば、ＳＯＦＣシステム（燃料電池システム）は、ブロワ１７ａ（吸引装置）により吸引される簡易気密筐体４内（第１の筐体内）の空気を冷却する熱交換器８０（冷却装置）を更に含んで構成される。これにより、カソード用空気がフィルタ１７ｂ及びブロワ１７ａの耐熱温度を超過することを抑制することができるので、フィルタ１７ｂ及びブロワ１７ａの長寿命化を実現することができる。
【００９５】
尚、本実施形態では、熱交換器８０（冷却装置）にて熱媒体によりカソード用空気を冷却する例を説明したが、カソード用空気を冷却する手法はこれに限らない。例えば、前述のように熱媒体循環通路２０に熱交換器８０を設けるのに加えて、又はこれに代えて、改質水の供給通路１６のうち簡易気密筐体４内に位置する部分に熱交換器８０を設けてもよい。この場合には、熱交換器８０がカソード用空気と改質水とで熱交換を行うことにより、カソード用空気を冷却することが可能である。
【００９６】
尚、前述の第１、第２、第５、及び第６実施形態では、ブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂを簡易気密筐体４内に配置している。しかしながら、これら実施形態において、前述の第４実施形態と同様に、ブロワ１７ａ及びフィルタ１７ｂを簡易気密筐体４外に配置して、前述の吸引管及び空気供給管によりカソード用空気の供給通路１７を構成してもよい。
【００９７】
また、前述の第１〜第３及び第６実施形態において、吸気管４３の代わりとして、前述の第４実施形態と同様に、一端部が簡易気密筐体４の吸気孔４１に気液密に接続されて、他端部が補機室８内に位置する吸気管４３’を設けてもよい。
【００９８】
また、前述の第２及び第３実施形態において、ＳＯＦＣパッケージ７に吸気孔７１を設けず、また、吸気管４３を省略して、これらにより、ブロワ１７ａの運転時に、補機室８内の空気が吸気孔４１から直接的に簡易気密筐体４内に流入するようにしてもよい。
【００９９】
また、前述の第６実施形態では、熱交換器８０にてカソード用空気を冷却しているが、この空気冷却手法を、前述の第２〜第５実施形態に適用して、カソード用空気を冷却してもよい。
【０１００】
また、前述の第１〜第６実施形態では、燃料電池セル１３の燃料極に供給される水素含有燃料として、改質器１１で生成される水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を用いて説明したが、水素含有燃料はこれに限らない。例えば、水素含有燃料として純水素を用いることが可能である。この場合には、図１、図５〜図９に示した脱硫器１８と図２に示した改質器１１とを省略して、純水素が、ＳＯＦＣパッケージ７の外部から原燃料の供給通路１５を通って燃料電池セル１３の燃料極に直接的に供給されるようにＳＯＦＣシステムを構築すればよい。
【０１０１】
また、前述の第１〜第６実施形態では、簡易気密筐体４外の空気を簡易気密筐体４内に導く吸気部として吸気孔４１を例示したが、簡易気密筐体４の吸気部の構成はこれに限らない。例えば、複数の板状部材を組立てて箱状の簡易気密筐体４を構成する場合には、板状部材間に形成される間隙などが、簡易気密筐体４の吸気部に対応して、簡易気密筐体４外の空気を簡易気密筐体４内に導き得る。
【０１０２】
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０３】
１  燃料電池モジュール
２  排ガス処理部
３  熱交換器
４  簡易気密筐体（第１の筐体）
４ａ  差圧センサ（圧力差検出部）
５  パワーコンディショナー（ＰＣＳ）
６  制御ユニット（制御部）
７  ＳＯＦＣパッケージ（第２の筐体）
８  補機室
１０  ケーシング
１１  改質器
１２  燃料電池スタック
１３  燃料電池セル
１４  オフガス燃焼部
１５  原燃料の供給通路
１５ａ  ポンプ
１６  水蒸気改質用の水（改質水）の供給通路
１６ａ  ポンプ
１７  カソード用空気の供給通路
１７ａ  ブロワ（空気供給装置、吸引装置）
１７ｂ  フィルタ
１７ｃ  吸入口
１８  脱硫器
１９  改質ガスの供給通路
２０  熱媒体循環通路
２０ａ  ポンプ
３１  排気口
３２  凝縮水の回収通路
３３  回収水処理部
３４  水タンク
４１  吸気孔
４２  排気孔
４３  吸気管（連通管）
４３’  吸気管
４４  排気管
５１  空気吸引通路
５１ａ  ブロワ（空気供給装置、吸引装置）
６１  排ガス通路
７１  吸気孔
７２  排気孔
７３  換気ファン
７４  換気孔
８０  熱交換器（冷却装置）
Ｇ  グロメット
Ｈ  ガスケット
【図１】
2013122124.tif 000003
【図２】
2013122124.tif 000004
【図３】
2013122124.tif 000005
【図４】
2013122124.tif 000006
【図５】
2013122124.tif 000007
【図６】
2013122124.tif 000008
【図７】
2013122124.tif 000009
【図８】
2013122124.tif 000010
【図９】
2013122124.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月5日(2013.12.5)
【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】
水素含有燃料と空気とを反応させて発電する燃料電池、及び、この燃料電池を取り囲み、その内部で前記燃料電池での余剰の水素含有燃料を燃焼させるケーシング、を含む燃料電池モジュールと、
この燃料電池モジュールを収容する第１の筐体と、
この第１の筐体内の空気を吸引して前記燃料電池モジュールに供給することにより、前記第１の筐体内を負圧状態に維持する吸引装置と、
を含んで構成されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池モジュールより排出される排ガスを浄化する排ガス処理部を更に含んで構成され、
前記第１の筐体は前記排ガス処理部を更に収容することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記吸引装置は、更に、前記第１の筐体内の空気を吸引して前記排ガス処理部に供給することにより、前記第１の筐体内を負圧状態に維持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】
前記第１の筐体及び前記吸引装置を収容する第２の筐体を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記吸引装置により吸引される前記第１の筐体内の空気を冷却する冷却装置を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１の筐体の内部圧力と外部圧力との差を検出する圧力差検出部と、この圧力差検出部にて検出された圧力差に基づいて前記燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記圧力差が小さくなるほど、前記燃料電池システムの運転出力を低下させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記圧力差が所定の閾値以下に低下すると、前記燃料電池システムの運転を停止させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第２の筐体を貫通して前記第１の筐体内と前記第２の筐体外とを連通する連通管を更に含んで構成され、
前記吸引装置は前記第１の筐体内に配置されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記吸引装置は前記第１の筐体外に配置され、
前記第１の筐体を貫通して前記第１の筐体内の空気を前記吸引装置に導く吸引管と、前記第１の筐体を貫通して前記吸引装置より吐出された空気を前記燃料電池モジュールに導く空気供給管と、を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
排ガスの漏洩を抑制することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１０］
そのため本発明に係る燃料電池システムでは、水素含有燃料と空気とを反応させて発電する燃料電池、及び、この燃料電池を取り囲み、その内部で燃料電池での余剰の水素含有燃料を燃焼させるケーシング、を含む燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールを収容する第１の筐体と、この第１の筐体内の空気を吸引して燃料電池モジュールに供給することにより、第１の筐体内を負圧状態に維持する吸引装置と、を含んで構成される。
発明の効果
［００１１］
本発明によれば、吸引装置は第１の筐体内の空気を吸引して第１の筐体内を負圧状態に維持する。これにより、第１の筐体の内部は、第１の筐体の周囲より低圧な状態が維持されるので、燃料電池モジュールから第１の筐体内へ少量の排ガスが漏洩した場合であっても、この少量の排ガスが第１の筐体外に流出することを抑制することができる。また、燃料電池モジュールの外面と第１の筐体の内面との間には空気層が形成されるので、第１の筐体の表面温度は、燃料電池モジュールの外面温度よりも低温になる。従って、第１の筐体を貫通する配管・配線類の取り合い処理に、前述の膨張黒鉛製のガスケットの代わりとして、このガスケットより安価で耐熱性が低い部材（例えば、ゴム製のグロメット）を用いることができる。
［００１２］
また本発明によれば、吸引装置は第１の筐体内の空気を吸引する。これにより、吸引装置は、主として、第１の筐体内の比較的乾燥した空気を吸引するので、比較的良好な機械的寿命を得ることができる。
［００１３］
従って、本発明によれば、前述の取り合い処理に比較的安価な部材を用いることができ、また、吸引装置の比較的良好な機械的寿命を得ることができるので、製造コストを抑制しつつ、燃料電池モジュール内からシステム外への排ガスの漏洩を抑制することができる。
［００１４］
また本発明によれば吸引装置は、主として、第１の筐体内の比較的乾燥した空気を吸引するので、吸引装置の寿命対策として前述のような水蒸気低
【国際調査報告】
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