(57)【要約】【課題】低温状態での起動時にエアブロワを含む補機の消費電力を抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料ガスを供給するガス供給装置と、エアブロワの駆動により酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、燃料電池システムのシステム温度を検出する温度センサと、エアブロワを含むシステムが備える補機に給電可能な補機電源と、燃料電池の起動が要求されたとき、温度センサにより検出されるシステム温度が所定温度以下の場合には、起動に先立って燃料ガスの供給を停止した状態で少なくともエアブロワを駆動する暖機制御を実行する制御装置とを備える。【選択図】図３
2018097926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガスを供給するガス供給装置と、
エアブロワの駆動により前記酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、
前記燃料電池システムのシステム温度を検出する温度センサと、
前記エアブロワを含むシステムが備える補機に給電可能な補機電源と、
前記燃料電池の起動が要求されたとき、前記温度センサにより検出される前記システム温度が所定温度以下の場合には、前記起動に先立って前記燃料ガスの供給を停止した状態で少なくとも前記エアブロワを駆動する暖機制御を実行する制御装置と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記暖機制御では、所定時間に亘って第１のデューティ比で前記エアブロワを駆動してから、前記第１のデューティ比よりも高い第２のデューティ比で前記エアブロワを駆動する
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
前記エアブロワから前記燃料電池への空気の供給を遮断可能な供給遮断弁を備え、
前記制御装置は、前記暖機制御では、前記供給遮断弁が開弁した状態で前記エアブロワが駆動を開始するよう前記供給遮断弁を制御する
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記補機として、前記燃料電池システム内を換気する換気ファンと、
前記燃料電池システム内への空気の流入または流出を遮断可能な流入出遮断弁と、
を備え、
前記制御装置は、前記暖機制御では、前記エアブロワに加えて前記換気ファンを駆動するものであって、前記流入出遮断弁が開弁した状態で前記換気ファンが駆動を開始するよう前記流入出遮断弁を制御する
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】
従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料ガスとしての水素を燃料電池に供給する水素系と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池に供給する空気系とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、低温状態で起動する際には、酸化剤ガスとしての空気流量を増加させる制御を行うことにより、発電に伴う生成水が電解質膜を覆うのを抑制して燃料電池を安定的な発電状態とするものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２００００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した燃料電池システムでは、空気系が備えるエアブロワなどが低温状態のままで起動するものとなる。低温状態ではエアブロワなどの回転部などに塗布されているグリスの粘性抵抗が高くなるため、エアブロワを目標の回転速度で駆動するのに必要な電流が増えてしまう。また、近年は、燃料電池システムに要求される各種仕様が地域毎に異なることがあり、燃料電池システムに搭載される補機の数が増えて補機消費電力が増加し易い傾向にある。そのような消費電力の増加に対応できるよう燃料電池システムの電源容量を大きくすることも考えられるが、コストアップを招いてしまう。
【０００５】
本発明の燃料電池システムは、低温状態での起動時にエアブロワを含む補機の消費電力を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明の燃料電池システムは、
燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガスを供給するガス供給装置と、
エアブロワの駆動により前記酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、
前記燃料電池システムのシステム温度を検出する温度センサと、
前記エアブロワを含むシステムが備える補機に給電可能な補機電源と、
前記燃料電池の起動が要求されたとき、前記温度センサにより検出される前記システム温度が所定温度以下の場合には、前記起動に先立って前記燃料ガスの供給を停止した状態で少なくとも前記エアブロワを駆動する暖機制御を実行する制御装置と、
を備えることを要旨とする。
ことを要旨とする。
【０００８】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池の起動が要求されたとき、温度センサにより検出されるシステム温度が所定温度以下の場合には、起動に先立って燃料ガスの供給を停止した状態で少なくともエアブロワを駆動する暖機制御を実行する。これにより、エアブロワが低温状態のままで起動する場合に比して、エアブロワのブロワモータのコイルや軸受けなどを発熱させてエアブロワに流れる電流を抑えることができるから、起動時にエアブロワを含む補機の消費電力が増大するのを抑制することができる。この結果、補機電源の容量を過剰に大きくする必要がないから、補機電源の小型化や低コスト化を図ることができる。
【０００９】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記暖機制御では、所定時間に亘って第１のデューティ比で前記エアブロワを駆動してから、前記第１のデューティ比よりも高い第２のデューティ比で前記エアブロワを駆動するものとしてもよい。こうすれば、暖機制御を実行する際に、過大なサージ電流が発生するのを防止することができる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記エアブロワから前記燃料電池への空気の供給を遮断可能な供給遮断弁を備え、前記制御装置は、前記暖機制御では、前記供給遮断弁が開弁した状態で前記エアブロワが駆動を開始するよう前記供給遮断弁を制御するものとしてもよい。こうすれば、供給遮断弁が閉弁した状態でエアブロワを駆動することによってエアブロワが過負荷となるのを防止することができるから、暖機制御を適切に実行することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記補機として、前記燃料電池システム内を換気する換気ファンと、前記燃料電池システム内への空気の流入または流出を遮断可能な流入出遮断弁と、を備え、前記制御装置は、前記暖機制御では、前記エアブロワに加えて前記換気ファンを駆動するものであって、前記流入出遮断弁が開弁した状態で前記換気ファンが駆動を開始するよう前記流入出遮断弁を制御するものとしてもよい。こうすれば、エアブロワに加えて換気ファンを暖機することができるから、起動時の補機の消費電力をより低減することができる。また、流入出遮断弁が閉弁した状態で換気ファンを駆動することによって換気ファンが過負荷となるのを防止することができるから、暖機制御を適切に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】パワーコンディショナ７１と電源基板７２を含む電源系の構成の概略を示す構成図である。
【図３】ピーク電力低減制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】エアブロワ５３のブロワモータに流れる電流（Ｉ）とデューティ比（Ｄｕｔｙ）との関係の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【実施例】
【００１４】
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はパワーコンディショナ７１と電源基板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、を備える。
【００１５】
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燃料ガスを生成する改質器３３と、燃料ガスとエア（空気）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。
【００１６】
この発電ユニット２０は、筐体２２に収容されている。筐体２２には、吸気口２２ａと排気口２２ｂとが形成されており、吸気口２２ａに設けられる第１換気ファン（吸気ファン）２４と、排気口２２ｂに設けられる第２換気ファン（排気ファン）２６とによって筐体２２の内部が換気される。第１換気ファン２４は、吸気口２２ａから流入したエアをパワーコンディショナ７１内を通して筐体２２内に流入させており、これによりパワーコンディショナ７１の冷却も行う。また、第１換気ファン２４の排出側には、筐体２２内へのエアの流入を遮断する流入遮断弁２４ａが取り付けられている。排気口２２ｂは、発電ユニット２０の筐体２２の外部に設置される煙突２００に接続されており、第２換気ファン２６から排出されるエアは排気口２２ｂおよび煙突２００を介して大気中に排出される。第１，第２換気ファン２４，２６は、図示は省略するが、ケースに収容されたファンと、ファンを回転させるファンモータとを備える。ファンやモータの回転軸を支持する軸受けなどには、摺動抵抗を低減するためのグリス（潤滑剤）が封入されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、エア供給管５１に設けられたエアブロワ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、燃料電池３６へのエアの供給を遮断する供給遮断弁５３ａと、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とが設けられている。エアブロワ５３は、図示は省略するが、ケースに収容されたファンと、ファンを回転させるブロワモータとを備える。ファンやモータの回転軸を支持する軸受けなどには、摺動抵抗を低減するためのグリス（潤滑剤）が封入されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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を介して煙突２００に接続される。このため、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および煙突２００を介して外気へ排出される。
【００２２】
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。また、燃料電池３６には、単セルが複数積層されたスタック内（燃料電池３６内）の温度を検出する燃料電池温度センサ３７が設けられている。
【００２３】
本実施例では、原燃料ガス供給装置４０やエア供給装置５０、改質水供給装置５５、排熱回収装置６０などの補機が補機室に収容されている。この補機室内の上部には、補機室内の温度を検出する補機温度センサ５９が設けられている。
【００２４】
電源基板７２は、第１，第２換気ファン２４，２６や流入遮断弁２４ａ、原燃料ガス供給弁４２，４３、エアブロワ５３、供給遮断弁５３ａ、原燃料ガスポンプ４５、改質水ポンプ５８、循環ポンプ６３、燃料電池温度センサ３７、可燃ガスセンサ９１、圧力センサ４７、流量センサ４８，５４、補機温度センサ５９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。電源基板７２は、スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより各補機をそれぞれ駆動する駆動回路を介して、各補機と接続されている。図２では、電源基板７２と一部の補機との接続を示しており、第１，第２換気ファン２４，２６と流入遮断弁２４ａとエアブロワ５３と供給遮断弁５３ａとがそれぞれ駆動回路７３ａ〜７３ｅを介して電源基板７２に接続されている。各駆動回路７３ａ〜７３ｅは、制御装置８０からの駆動信号を受信する。各駆動回路７３ａ〜７３ｅは、駆動信号としてＰＷＭ制御におけるデューティ比を受信し、受信したデューティ比に基づいて図示しないスイッチング素子を駆動することで各補機を駆動させる。
【００２５】
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、時間を計測するタイマ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、燃料電池温度センサ３７や圧力センサ４７、流量センサ４８，５４、補機温度センサ５９、可燃ガスセンサ９１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、上述した駆動回路７３ａ〜７３ｅへの駆動信号、即ち、第１，第２換気ファン２４，２６の各ファンモータをそれぞれ駆動する駆動回路７３ａ，７３ｂへの駆動信号や流入遮断弁２４ａのソレノイドを駆動する駆動回路７３ｃへの駆動信号、エアブロワ５３のブロワモータを駆動する駆動回路７３ｄへの駆動信号、供給遮断弁５３ａのソレノイドを駆動する駆動回路７３ｅへの駆動信号が出力ポートを介して出力されている。その他に、制御装置８０からは、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、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への制御信号、電源基板７２への制御信号、点火ヒータ３５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。
【００２６】
また、制御装置８０は、負荷４の負荷変動に伴う負荷指令を入力し、入力した負荷指令に応じた流量により原燃料ガスやエア等が供給されるよう原燃料ガス供給装置４０やエア供給装置５０等を制御することで、燃料電池３６の発電出力を制御する発電制御を実行する。ここで、本実施例では、原燃料ガス供給装置４０の制御は、入力した負荷指令に基づいて原燃料ガス供給装置４０が供給すべき目標流量を設定し、設定した目標流量と流量センサ４８により検出される流量との偏差に基づくフィードバック制御によりデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいて図示しない駆動回路が原燃料ガスポンプ４５のポンプモータをデューティ制御することにより行なわれる。また、エア供給装置５０の制御は、原燃料ガスの目標流量に対し所定の比（空燃比）となるようにエア供給装置５０が供給すべき目標流量を設定し、設定した目標流量と流量センサ５４により検出される流量との偏差に基づくフィードバック制御によりデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいて駆動回路７３ｄがエアブロワ５３のブロワモータをデューティ制御することにより行なわれる。なお、制御装置８０は、エア供給装置５０が運転している間は、供給遮断弁５３ａを開弁するための駆動信号を駆動回路７３ｅに出力する。また、制御装置８０は、燃料電池システム１０の燃料電池３６が発電制御を実行している間は、第１，第２換気ファン２４，２６により換気が行われるよう、流入遮断弁２４ａを開弁するための駆動信号を駆動回路７３ｃに出力すると共に第１，第２換気ファン２４，２６を駆動させるための駆動信号を駆動回路７３ａ，７３ｂに出力する。なお、燃料電池システム１０の電源がオフされていると、駆動回路７３ｃ，７３ｅに駆動信号が出力されず、流入遮断弁２４ａと供給遮断弁５３ａとがいずれも閉弁されるから、筐体２２内へのエアの流入が遮断され、エア供給管５１から燃料電池３６へのエアの流入が遮断される。
【００２７】
さらに、制御装置８０は、燃料電池システム１０の起動に際して、対応する補機類を順次制御して、脱硫器４６に燃料成分を吸着させて混合ガスの空燃比ずれを抑制する燃料吸着処理、燃焼部３４のパージ処理、燃焼部３４におけるオフガスの着火処理、水蒸気改質処理等を実行する。これらの処理が実行されることにより、燃料電池システム１０が起動され、燃料電池３６の発電制御や給湯ユニット１００による給湯が可能となる。これらの起動処理は、あくまで一例であり、燃料電池システム１０の構成や補機類の状態等によっては、これらの処理の少なくとも何れかを省略してもよい。
【００２８】
次に、こうして構成された燃料電池システム１０の動作について説明する。図３は、制御装置８０のＣＰＵ８１により実行されるピーク電力低減制御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、例えば、燃料電池システム１０の起動前の処理の一つとして、起動が要求されたときに、原燃料ガス供給装置４０からの原燃料ガスの供給を停止した状態（目標流量に値０を設定した状態）で実行される。また、このルーチンは、後述するように、起動時の補機の消費電力のピークであるピーク電力を抑えるために、補機の暖機を目的として行われるものである。
【００２９】
ピーク電力低減制御ルーチンが実行されると、制御装置８０のＣＰＵ８１は、まず、燃料電池システム１０のシステム温度ｔを入力する（Ｓ１００）。システム温度ｔは、補機温度センサ５９により検出された温度を入力するものとする。なお、燃料電池温度センサ３７により検出された燃料電池３６の温度を、システム温度ｔとして入力してもよい。次に、ＣＰＵ８１は、入力したシステム温度ｔが所定温度ｔｒｅｆ（例えば５℃）以下であるか否かを判定し（Ｓ１１０）、システム温度ｔが所定温度ｔｒｅｆを超えると判定すると、補機の暖機が不要であると判断して、そのままピーク電力低減制御ルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ＣＰＵ８１は、システム温度ｔが所定温度ｔｒｅｆ以下であると判定すると、駆動回路７３ｃ，７３ｅに駆動信号を出力して流入遮断弁２４ａと供給遮断弁５３ａとを開弁する（Ｓ１２０）。Ｓ１２０では、ＣＰＵ８１は、デューティ比が例えば１００％の駆動信号を駆動回路７３ｃ，７３ｅに出力する。続いて、ＣＰＵ８１は、第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３とを第１のデューティ比Ｄｌｏで駆動するための駆動信号を駆動回路７３ａ，７３ｂ，７３ｄに出力して第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３の駆動を開始する（Ｓ１３０）。なお、ＣＰＵ８１は、第１のデューティ比Ｄｌｏとして比較的低い値（例えば２０％など）の駆動信号を駆動回路７３ａ，７３ｂ，７３ｄに出力する。また、ＣＰＵ８１は、第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３の駆動を開始してからの駆動時間Ｔの計測をタイマ８４により開始する（Ｓ１４０）。このように、ピーク電力低減制御ルーチンでは、流入遮断弁２４ａを開弁してから第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とを駆動するため、筐体２２内の正圧の高まりによって第１換気ファン２４に過負荷が生じたり、筐体２２内の負圧の高まりによって第２換気ファン２６に過負荷が生じたりするのを防止することができる。また、供給遮断弁５３ａを開弁してからエアブロワ５３を駆動するため、エア供給管５１内の正圧の高まりによってエアブロワ５３に過負荷が生じるのを防止することができる。
【００３１】
こうして第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３の駆動を開始すると、ＣＰＵ８１は計測中の駆動時間Ｔが第１時間（所定時間）Ｔ１以上となるのを待つ（Ｓ１５０）。第１時間Ｔ１は、数秒から数十秒程度の時間（例えば１０秒など）に定められている。ＣＰＵ８１は、計測中の駆動時間Ｔが第１時間Ｔ１以上となると、第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３とを第１のデューティＤｌｏよりも高い第２のデューティ比Ｄｈｉで駆動するための駆動信号を駆動回路７３ａ，７３ｂ，７３ｄに出力して第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３の駆動を継続する（Ｓ１６０）。なお、ＣＰＵ８１は、第２のデューティ比Ｄｈｉとして比較的高い値（例えば１００％など）の駆動信号を駆動回路７３ａ，７３ｂ，７３ｄに出力する。
【００３２】
ここで、図４は、エアブロワ５３のブロワモータに流れる電流（Ｉ）とデューティ比（Ｄｕｔｙ）との関係の一例を示す説明図である。図４（ａ）が本実施例を示し、図４（ｂ）が比較例を示す。比較例は、ピーク電力低減制御の開始時から比較的高い第２のデューティ比Ｄｈｉでエアブロワ５３を駆動するものである。図４（ｂ）に示すように、比較例では開始時から比較的高いデューティ比でエアブロワ５３を駆動するため、電流Ｉは立ち上がり時のサージ電流が大きなものとなる。これに対して、図４（ａ）に示すように、本実施例では駆動開始から第１時間Ｔ１まで比較的低い第１のデューティ比Ｄｌｏでエアブロワ５３を駆動するから、比較例に比してサージ電流を小さくすることができる。また、第１時間Ｔ１が経過した後は第１のデューティ比Ｄｌｏよりも高い第２のデューティ比Ｄｈｉでエアブロワ５３を駆動するから、エアブロワ５３の回転速度を上げてエアブロワ５３の暖機を速やかに行うことができる。このように、本実施例では、エアブロワ５３に過大なサージ電流が流れるのを防止してピーク電力低減制御を適切に実行することができる。なお、第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とにおいても同様に、駆動開始時のサージ電流を抑えつつ、第１時間Ｔ１が経過した後は暖機を速やかに行うことができるものとなる。
【００３３】
そして、ＣＰＵ８１は、計測中の駆動時間Ｔが、ピーク電力低減制御における暖機に必要な必要時間Ｔｄ以上となるのを待つ（Ｓ１７０）。ＣＰＵ８１は、駆動時間Ｔが必要時間Ｔｄ以上となると、第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３の駆動を停止して（Ｓ１８０）、ピーク電力低減制御ルーチンを終了する。必要時間Ｔｄは、第１換気ファン２４と第２換気ファン２６とエアブロワ５３の暖機に必要な時間として、数分程度の時間（例えば２分など）に定められている。なお、ピーク電力低減制御ルーチンが終了して、他の起動処理も完了すれば、燃料電池システム１０が起動して発電制御を開始することになるから、流入遮断弁２４ａと供給遮断弁５３ａとを開弁したままとすればよい。勿論、流入遮断弁２４ａと供給遮断弁５３ａとを一旦閉弁（遮断）してもよい。
【００３４】
ここで、エアブロワ５３の軸受けなどに封入されたグリスは、低温状態で粘度が高まって回転抵抗（摺動抵抗）を増加させることになる。このため、エアブロワ５３が低温状態のまま発電制御の実行を開始すると、エアブロワ５３を目標の回転速度で回転させるために必要な電流が増加することになる。また、エアブロワ５３のブロワモータのコイルなどに用いられる銅線などの金属線の電気抵抗は、温度が低いほど小さくなる傾向にあるから、同じ電圧に対して温度が低いほど電流値が大きなものとなる。第１換気ファン２４や第２換気ファン２６でも同様のことがいえる。このように、低温状態ではエアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６などの補機を流れる電流が増加する傾向にあるから、起動時に補機が消費する電力のピーク電力が過大なものとなり易い。このため、低温状態のまま起動するには、エアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６などの補機のピーク電力を賄う必要があるから、パワーコンディショナ７１の容量を大きくする必要が生じる。もっとも、起動後の発電制御の実行などに伴ってシステム温度ｔが高くなれば補機のピーク電力も低下するから、パワーコンディショナ７１の容量を低温状態での補機のピーク電力に合わせると、過剰な容量となってしまう。そこで、本実施例では、起動前にシステム温度ｔが所定温度ｔｒｅｆ以下の低温状態の場合には、エアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６を必要時間Ｔｄに亘って駆動するピーク電力低減制御を実行して、ブロワモータやファンモータなどの各モータやソレノイドへの通電による発熱や軸受けの摺動摩擦による発熱などによってエアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６などの補機の温度を意図的に上昇させるのである。これにより、軸受けの発熱によりグリスの粘度を下げて回転抵抗を低下させたり、コイルの発熱により電気抵抗を低下させたりすることができるから、エアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６に流れる電流を抑えることができる。この結果、起動時において、低温状態に起因して補機の消費電力が過大となるのを防止することができるから、パワーコンディショナ７１の容量を過剰に大きくする必要がなく、パワーコンディショナ７１の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００３５】
以上説明した本実施例の燃料電池システム１０は、起動前にシステム温度ｔが所定温度ｔｒｅｆ以下の場合には、燃料ガスの供給を停止した状態で少なくともエアブロワ５３を駆動する。これにより、システム温度ｔが所定温度ｔｒｅｆ以下の場合において、起動時にエアブロワ５３などの補機のピーク電力を抑制することができる。このため、パワーコンディショナ７１の容量を過剰に大きくする必要がなく、パワーコンディショナ７１の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００３６】
また、本実施例の燃料電池システム１０では、所定時間Ｔ１に亘って第１のデューティ比Ｄｌｏでエアブロワ５３などを駆動してから、第１のデューティ比Ｄｌｏよりも高い第２のデューティ比Ｄｈｉでエアブロワ５３などの駆動を継続するから、過大なサージ電流が発生するのを防止しつつ速やかに暖機することができる。
【００３７】
また、本実施例の燃料電池システム１０では、エアブロワ５３から燃料電池３６へのエア供給管５１に供給遮断弁５３ａを備え、供給遮断弁５３ａが開弁した状態でエアブロワ５３を駆動開始するから、エアブロワ５３が過負荷となるのを防止することができる。また、供給遮断弁５３ａのソレノイドの発熱によって供給遮断弁５３ａを暖機することができる。
【００３８】
また、本実施例の燃料電池システム１０では、燃料電池システム１０の筐体２２内を換気する第１，第２換気ファン２４，２６と、燃料電池システム１０の筐体２２内へのエアの流入を遮断可能な流入遮断弁２４ａとを備え、エアブロワ５３に加えて第１，第２換気ファン２４，２６を暖機するから、起動時の補機のピーク電力をより抑制することができる。また、流入遮断弁２４ａが開弁した状態で第１，第２換気ファン２４，２６を駆動開始するから、第１，第２換気ファン２４，２６が過負荷となるのを防止することができる。また、流入遮断弁２４ａのソレノイドの発熱によって流入遮断弁２４ａを暖機することができる。
【００３９】
実施例では、第１換気ファン２４の排出側に流入遮断弁２４ａが設けられるものとしたが、これに限られず、第１換気ファン２４の吸入側である吸気口２２ａに流入遮断弁が設けられるものとしてもよい。あるいは、流入を遮断する遮断弁が設けられるものに限られず、第２換気ファン２６や排気口２２ｂに空気の流出を遮断する流出遮断弁が設けられるものしてもよいし、流入遮断弁と流出遮断弁とが両方設けられるものとしてもよい。あるいは、流入遮断弁や流出遮断弁が設けられないものとしてもよく、そのようにする場合、図３のピーク電力低減制御ルーチンのＳ１２０で流入遮断弁２４ａに関する処理を省略すればよい。
【００４０】
実施例では、第１換気ファン２４と第２換気ファン２６との２つの換気ファンを備えるものとしたが、これに限られず、３以上の複数の換気ファンを備えるものとしてもよいし、１の換気ファンのみを備えるものとしてもよい。あるいは、換気ファンを備えるものに限られず、換気ファンを備えないものとしてもよく、そのようにする場合、図３のピーク電力低減制御ルーチンのＳ１３０，Ｓ１６０，Ｓ１８０で換気ファンに関する処理を省略すればよい。
【００４１】
実施例では、エア供給管５１に供給遮断弁５３ａが設けられるものとしたが、これに限られず、供給遮断弁５３ａが設けられないものとしてもよい。そのようにする場合、図３のピーク電力低減制御ルーチンのＳ１２０で供給遮断弁５３ａに関する処理を省略すればよい。
【００４２】
実施例では、所定時間Ｔ１に亘って第１のデューティ比Ｄｌｏでエアブロワ５３などを駆動してから、第１のデューティ比Ｄｌｏよりも高い第２のデューティ比Ｄｈｉでエアブロワ５３などの駆動を継続するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第２のデューティ比Ｄｈｉでエアブロワ５３などの駆動を開始するものとしてもよい。ただし、サージ電流を抑制するために実施例のようにデューティ比を段階的に上げるものが好ましい。なお、デューティ比を第１のデューティ比Ｄｌｏと第２のデューティ比Ｄｈｉとの２段階にステップ状に変化させるものに限られず、３以上の複数段階にステップ状に変化させてもよいし、リニアに変化させてもよい。
【００４３】
実施例では、エアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６の駆動時間Ｔが必要時間Ｔｄ以上になるとエアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６の駆動を停止するもの、即ち予め定められた一定時間だけ暖機を行うものとしたが、これに限られるものではない。例えば、システム温度ｔが低いほど長くなる傾向に必要時間Ｔｄを設定するなど、システム温度ｔに基づいて必要時間Ｔｄを設定するものとしてもよい。
【００４４】
実施例では、システム温度ｔとして補機温度センサ５９により検出された温度や燃料電池温度センサ３７により検出された燃料電池３６の温度などを用いるものとしたが、これに限られず、エアブロワ５３や第１，第２換気ファン２４，２６などの補機に温度センサを設けその温度センサにより直接検出した温度を用いてもよい。
【００４５】
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、原燃料ガス供給装置４０が「ガス供給装置」に相当し、エアブロワ５３が「エアブロワ」に相当し、エア供給装置５０が「空気供給装置」に相当し、補機温度センサ５９（あるいは燃料電池温度センサ３７）が「温度センサ」に相当し、パワーコンディショナ７１が「補機電源」に相当し、制御装置８０が「制御装置」に相当する。また、供給遮断弁５３ａが「供給遮断弁」に相当する。また、第１換気ファン２４および第２換気ファン２６が「換気ファン」に相当し、流入遮断弁２４ａが「流入出遮断弁」に相当する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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  第１換気ファン、２４ａ  流入遮断弁、２６  第２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、３７  燃料電池温度センサ、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、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、５３ａ  供給遮断弁、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、５９  補機温度センサ、６０  排熱回収装置、６１  循環配管、６２  熱交換器、６３  循環ポンプ、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、７３ａ〜７３ｅ  駆動回路、８０  制御装置、８１  ＣＰＵ、８２  ＲＯＭ、８３  ＲＡＭ、８４  タイマ、９０  表示パネル、９１  可燃ガスセンサ、１００  給湯ユニット、１０１  貯湯タンク、２００  煙突。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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