(57)【要約】  燃料電池（１５０）は、配管を介して燃料ガスを受け取り、受け取った燃料ガスと酸素含有ガスを用いて発電する。電圧測定部（１８２）は、燃料電池（１５０）の出力電圧を測定する。指令出力部（１８０）は、燃料電池（１５０）が発電している間、電圧測定部（１８２）の測定結果が基準値以下になった場合に遮断指令を出力する。遮断部（１１０）は配管に設けられており、指令出力部（１８０）が出力した遮断指令を受信したときに、燃料電池（１５０）への燃料ガスの供給を遮断する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管を介して燃料ガスを受け取る燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を測定する電圧測定部と、
前記燃料電池が発電している間、前記電圧測定部の測定結果が基準値以下になった場合に遮断指令を出力する指令出力部と、
前記配管に設けられ、前記遮断指令を受信したときに前記燃料電池への前記燃料ガスの供給を遮断する遮断部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記指令出力部はリレー回路である燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池は、複数の燃料電池セルを有しており、
前記複数の燃料電池セルは、複数のグループに分けられており、
前記複数のグループごとに前記電圧測定部が設けられており、
前記指令出力部は、少なくともひとつの前記電圧測定部の測定結果が基準値以下になったときに前記遮断指令を出力する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記複数のグループは、各グループに属している前記燃料電池セルの数が互いに同じであり、
少なくともひとつの前記燃料電池セルは、複数の前記グループに属している燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池を収容する筐体と、
前記筐体に設けられた換気ファンと、
を備え、
前記燃料電池が動作している間、前記換気ファンは前記筐体内の雰囲気を排気しており、
前記指令出力部は、前記遮断指令を出力したとき、前記換気ファンの回転数を上昇させる燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池が発電している間、リレーシーケンスが、前記燃料電池の出力電圧が基準値以下になった場合に、前記燃料電池に燃料ガスを供給する配管に取り付けられた遮断部に向けて遮断指令を出力し、
前記遮断部は、前記遮断指令を受信したときに前記燃料電池への前記燃料ガスの供給を遮断する燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を含む燃料ガスと酸素を反応させて水を生成するときに生じるエネルギーを電気エネルギーとして取り出す装置である。燃料電池は燃料ガスとして可燃性ガスを用いるため、燃料電池を用いるシステムにおいて燃料ガスの漏洩が生じないようにする必要がある。【０００３】
このような燃料ガスの漏洩に関する技術としては、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術は、燃料電池に対する燃料ガスの供給を停止している間に燃料電池の出力電圧を測定し、この測定結果に基づいて燃料ガスの漏れの有無を判断するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４６６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池の安全性を高めるためには、燃料電池が発電している間においても燃料ガスが漏洩したときに燃料ガスの供給を止める必要がある。しかし、特許文献１に記載の技術では、原理的に燃料電池が発電している間における燃料ガスの漏洩を検知することはできない。【０００６】
本発明は、燃料電池が発電している間においても燃料ガスが漏洩したときに燃料ガスの供給を止めることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法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】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池、電圧測定部、指令出力部、及び遮断部を有している。燃料電池は、配管を介して燃料ガスを受け取る。電圧測定部は、燃料電池の出力電圧を測定する。指令出力部は、燃料電池が発電している間、電圧測定部の測定結果が基準値以下になった場合に遮断指令を出力する。遮断部は、上記した配管に設けられており、遮断指令を受信したときに燃料電池への燃料ガスの供給を遮断する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池が発電している間においても燃料ガスが漏洩したときに燃料ガスの供給を止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池システムの機能構成を示す図である。
【図２】燃料電池の構成の第１例を示す図である。
【図３】燃料電池の構成の第２例を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る燃料電池システムの機能構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池１５０、電圧測定部１８２、指令出力部１８０、及び遮断部１１０を備えている。燃料電池１５０は、配管を介して燃料ガスを受け取り、受け取った燃料ガスと酸素含有ガス（例えば空気）を用いて発電する。電圧測定部１８２は、燃料電池１５０の出力電圧を測定する。指令出力部１８０は、燃料電池１５０が発電している間、電圧測定部１８２の測定結果が基準値以下になった場合に遮断指令を出力する。遮断部１１０は配管に設けられており、指令出力部１８０が出力した遮断指令を受信したときに、燃料電池１５０への燃料ガスの供給を遮断する。遮断部１１０は、例えばバルブである。
【００１３】
電圧測定部１８２は、燃料電池１５０が発電している間のみ、燃料電池１５０の出力電圧を指令出力部１８０に出力する。また燃料電池１５０の動作開始直後は燃料電池１５０の出力が安定しないため、電圧測定部１８２は、燃料電池１５０の動作が開始してから一定時間（例えば１分以上の時間）が経過してから、燃料電池１５０の出力電圧を出力し始める。このような処理は、電圧測定部１８２の動作をタイマーで制御することにより、実現することができる。
【００１４】
本実施形態において、指令出力部１８０は、電気回路で構成されており、ソフトウェア的な処理を行わない。指令出力部１８０は、例えばリレー回路で構成されている。このため、指令出力部１８０の信頼性は高く、またＣＥマークにも適合している。また指令出力部１８０は、電圧測定部１８２の測定結果が、あらかじめ定められた時間（例えば１秒以上の時間）連続して基準値以下になった場合に、遮断指令を出力する。このような処理は、リレー回路とタイマーを組み合わせることにより、実現できる。
【００１５】
燃料電池システム１０は、さらに、脱硫器１２０、改質器１３０、変成器１４０、バーナ１６０、及び水回収装置１７０を備えている。脱硫器１２０は、遮断部１１０を通過してきた燃料ガスに対して脱硫処理を行う。改質器１３０は、脱硫処理が行われた後の燃料ガスに対して改質処理を行う。バーナ１６０は、燃料電池１５０からの排気ガスに含まれる可燃成分を燃やす。バーナ１６０によって生じた熱は、改質器１３０の熱源として使用される。水回収装置１７０は、バーナ１６０からの排気ガスに含まれる水を回収する。
【００１６】
なお、上記した遮断部１１０、脱硫器１２０、改質器１３０、変成器１４０、燃料電池１５０、バーナー１６０、及び水回収装置１７０は、筐体１００の内部に収容されている。筐体１００には換気ファン１９０及び吸気口１９２が設けられている。燃料電池１５０が動作している間、筐体１００の内部の雰囲気は、換気ファン１９０によって排気されている。従って、筐体１００の内部に燃料ガスが漏洩しても、漏洩した燃料ガスは速やかに筐体１００の外部に排気される。
【００１７】
図２は、燃料電池１５０の構成の第１例を示す図である。燃料電池１５０は、複数の燃料電池セル１５２を有している。複数の燃料電池セル１５２の少なくとも一部は直列に接続されている。そしてこれら直列に接続されている複数の燃料電池セル１５２は、複数のグループに分けられている。電圧測定部１８２及び指令出力部１８０は、各グループにつき１つずつ設けられている。すなわち電圧測定部１８２は、グループ別に、そのグループに属している燃料電池セル１５２の電圧の合計値（直列の電圧値）を測定している。本実施形態では、各グループに属している燃料電池セル１５２の数は互いに等しい。このため、複数の電圧測定部１８２として、互いに同一のリレー回路を用いることができる。また、直列に接続している燃料電池セル１５２の数を調節することにより、リレー回路に入力される信号の大きさ（電圧）を調整できる。このため、電圧測定部１８２として使用されるリレー回路を選ぶ際に、入力信号の大きさを指定する必要がなくなる。このため、電圧測定部１８２として汎用品のリレー回路を使用することができる。これにより、燃料電池システム１０の製造コストは低くなる。
【００１８】
そして、電圧測定部１８２として用いるリレー回路のオン電圧をＡ（Ｖ）、オフ電圧をＢ（Ｖ）とした場合、燃料電池１５０の通常運転時の出力電圧の合計値がＡ（Ｖ）以上となり、かつ燃料ガスが漏洩しているときの燃料電池１５０の出力電圧の合計値がＢ（Ｖ）以下となるように、一つのグループに属する燃料電池セル１５２の数を設定する必要がある。例えば定格電圧が直流４８Ｖであり、オン電圧が３８．４Ｖ、オフ電圧が１４．４Ｖのリレー回路を用いる場合、通常運転時の電圧の合計値が３８．４Ｖ以上となり、かつ燃料ガスが漏洩しているときの電圧の合計値が１４．４Ｖ以下となるように、一つのグループに属する燃料電池セル１５２の数を設定する必要がある。
【００１９】
図３は、燃料電池１５０の構成の第２例を示す図である。上記したように、リレー回路のオン電圧をＡ（Ｖ）、オフ電圧をＢ（Ｖ）とした場合、通常運転時の電圧の合計値がＡ（Ｖ）以上となり、かつ燃料ガスが漏洩しているときの電圧の合計値がＢ（Ｖ）以下となるように、一つのグループに属する燃料電池セル１５２の数を設定する必要がある。そして、電圧測定部１８２として互いに同一のリレー回路を用いる場合、各グループの数を等しくする必要がある。この場合、燃料電池セル１５２の数を単純にその数の約数（＝グループ数となる）で割るのみでは、上記した条件を満たせない場合がある。そこで図３に示す例では、少なくともひとつの燃料電池セル１５２は、複数のグループ（例えば２つのグループ）に属している。このようにすることで、燃料電池セル１５２の数によらず、上記した条件を満たすことができる。
【００２０】
次に、燃料電池システム１０における燃料ガスの漏洩検知の原理について説明する。燃料電池システム１０において燃料ガスの漏洩が発生すると、燃料電池１５０の出力電圧が低下する。このため、燃料電池１５０の電圧が基準値以下になった場合、燃料電池システム１０において燃料ガスの漏洩があったと判断することができる。このため、本実施形態のように、燃料電池１５０が発電している間、指令出力部１８０が、電圧測定部１８２の測定結果が基準値以下になった場合に遮断部１１０に対して遮断指令を出力するようにすると、燃料電池システム１０において燃料ガスが漏洩することを抑制できる。
【００２１】
また、本実施形態では、指令出力部１８０としてリレー回路を用いている。このため、漏洩検知の処理においてソフトウェアによる処理を必要としないため、燃料電池システム１０の信頼性は向上する。
【００２２】
また、燃料電池１５０の燃料電池セル１５２を複数のグループに分け、各グループにつき一つの電圧測定部１８２を用いて、各グループの直列の電圧を測定している。そして指令出力部１８０は、いずれか一つの電圧測定部１８２の測定値が基準値以下になると、遮断部１１０に対して遮断指令を出力する。このため、電圧測定部１８２及び指令出力部１８０の構成をシンプルにしつつ、高い精度で燃料ガスの漏洩を検知し、燃料ガスの供給を遮断することができる。
【００２３】
また、このような構成にすることで、一般的に使用していた市販のガス検知器を削減できるなど、ガスに関するシステム全体で見た場合にこのシステムを低コスト化することができる。
【００２４】
なお、いずれか一つの電圧測定部１８２の測定値が基準値以下にならない程度の電圧低下が発生することもある。これに対して、電圧値とガス漏洩量との相関を事前に把握しておき、その相関を指令出力部１８０が記憶しておくと、指令出力部１８０は、微小な量のガス漏洩（スローリーク）を検知することもできる。
【００２５】
さらに、一部の燃料電池セル１５２を複数のグループに属するようにすると、各グループの燃料電池セル１５２の数を同一にして、各グループに対応する指令出力部１８０を、互いに同一のリレー回路とすることができる。
【００２６】
なお、燃料ガスの漏洩を検知して遮断部１１０により燃料ガスの供給を遮断した場合、燃料電池システム１０の内部に残留した燃料ガスは、燃料電池システム１０の内部を常時換気している換気ファン（図示せず）により、燃料電池システム１０の外部に放出される。
【００２７】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る燃料電池システム１０の構成を示すブロック図である。本実施例に係る燃料電池システム１０は、筐体１００の内部で燃料ガスの漏洩が検知された場合、指令出力部１８０が、遮断指令を出力するとともに、換気ファン１９０の回転数を上昇させる点を除いて、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同様の構成である。
【００２８】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、筐体１００の内部で燃料ガスの漏洩が検知された場合、換気ファン１９０の回転数は上昇するため、漏洩した燃料ガスは、さらに速やかに筐体１００の外部に排気される。
【００２９】
以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３０】
この出願は、２０１３年４月８日に出願された日本出願特願２０１３−０８０１７１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014167746.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月27日(2016.7.27)
【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】
配管を介して燃料ガスを受け取る燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧に基づいてオン又はオフに切り替わり、前記燃料電池が発電している間、前記燃料電池の出力電圧が基準値以下になった場合に遮断指令を出力するリレー回路と、
前記配管に設けられ、前記遮断指令を受信したときに前記燃料電池への前記燃料ガスの供給を遮断する遮断部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池は、複数の燃料電池セルを有しており、
前記複数の燃料電池セルは、複数のグループに分けられており、
前記複数のグループごとに前記リレー回路が設けられており、
前記リレー回路は、少なくともひとつの前記グループの出力電圧が基準値以下になったときに前記遮断指令を出力する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記複数のグループは、各グループに属している前記燃料電池セルの数が互いに同じであり、
少なくともひとつの前記燃料電池セルは、複数の前記グループに属している燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池を収容する筐体と、
前記筐体に設けられた換気ファンと、
を備え、
前記燃料電池が動作している間、前記換気ファンは前記筐体内の雰囲気を排気しており、
前記換気ファンは、前記遮断指令を受信したとき、前記換気ファンの回転数を上昇させる燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池が発電している間、前記燃料電池の出力電圧に基づいてオン又はオフに切り替わるリレーシーケンスが、前記燃料電池の出力電圧が基準値以下になった場合に、前記燃料電池に燃料ガスを供給する配管に取り付けられた遮断部に向けて遮断指令を出力し、
前記遮断部は、前記遮断指令を受信したときに前記燃料電池への前記燃料ガスの供給を遮断する燃料電池システムの制御方法。
【国際調査報告】
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2014167746.tif 000009
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