(57)【要約】【課題】家屋倒壊などの災害が生じた場合にも、感電や漏電などの二次災害を抑制することが可能な安全な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池４０の入力端子４１と出力端子４２との間に短絡回路８０を設ける。制御ユニット９０は、情報処理装置６５によって受信される地震情報に基づいて家屋倒壊などのおそれがあると判断し、かつ、当該システムを安全に停止するだけの時間がないと判断と判断した場合には、燃料電池４０と短絡回路８０とを電気的に接続して燃料電池４０を短絡させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池を短絡させる短絡手段と、
入力される災害情報に基づいて、前記短絡手段により前記燃料電池を短絡させるか否かを判断する短絡判断手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
通信ネットワークを介して前記災害情報を取得する情報処理装置をさらに備え、
前記災害情報は、地震に関わる地震情報であり、
前記短絡判断手段は、前記情報処理装置から入力される前記地震情報から震度または到達時間の少なくともいずれかを推定し、推定した震度または到達時間に基づいて前記燃料電池を短絡させるか否かを判断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】
震度を計測するための震度計をさらに備え、
前記災害情報は、地震に関わる地震情報であり、
前記短絡判断手段は、前記震度計によって計測される震度に基づいて前記燃料電池を短絡させるか否かを判断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４】
前記燃料電池を短絡させないと判断した場合に、前記地震情報に基づいて前記燃料電池の発電を停止すべきか否かを判断する発電判断手段をさらに具備することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記発電を停止すると判断した場合に、前記燃料電池にパージガスを供給するパージ機構をさらに具備す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６】
燃料電池と、
前記燃料電池に接続された負荷と、
前記燃料電池から前記負荷への入出力端子間に設けられた短絡回路と、
入力される災害情報に基づき、前記燃料電池と前記短絡回路との接続を制御する制御手段と
を具備することを特徴と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し、特に、家庭用や業務用として利用される定置型の燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
家屋倒壊などの災害発生時には電気や水などのライフラインの確保が極めて重要になる。かかるライフイラインの確保として、家庭用や業務用として利用される定置型の燃料電池システムが注目されている。この燃料電池は、供給される酸化ガスと水素ガスとを反応させて電力を生成するため、家庭用や業務用の電源として燃料電池を利用する場合には、特にガス漏れ対策等を施す必要がある。
【０００３】
このようなガス漏れ対策として、地震などで燃料電池が停止した場合に当該燃料電池を不活性ガスでパージし、これにより燃料電池に残留している水素ガスを外部に放出する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３５５５９４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、地震などによって家屋倒壊などが生じた場合には、ガス漏れだけでなく、露出した配線による感電や漏電などの二次災害が懸念される。さらに、地震の種類や震源地からの距離等によっては、不活性ガスでパージしている時間がない等の問題も生じる。
【０００６】
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、家屋倒壊などの災害が生じた場合にも、感電や漏電などの二次災害を抑制することが可能な安全な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】
上述した問題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を短絡させる短絡手段と、入力される災害情報に基づいて、前記短絡手段により前記燃料電池を短絡させるか否かを判断する短絡判断手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、入力される地震情報などの災害情報に基づいて、燃料電池を短絡させるか否かが判断される。ここで、燃料電池を短絡させて当該システムを停止した場合には、地震終了後に燃料電池による発電を直ちに開始することは難しいものの、露出した配線などによる感電などの２次災害を確実に防止することができる。
【０００９】
ここで、上記構成にあっては、通信ネットワークを介して前記災害情報を取得する情報処理装置をさらに備え、前記災害情報は、地震に関わる地震情報であり、前記短絡判断手段は、前記情報処理装置から入力される前記地震情報から震度または到達時間の少なくともいずれかを推定し、推定した震度または到達時間に基づいて前記燃料電池を短絡させるか否かを判断する態様が好ましい。
【００１０】
また、上記構成にあっては、震度を計測するための震度計をさらに備え、前記災害情報は、地震に関わる地震情報であり、前記短絡判断手段は、前記震度計によって計測される震度に基づいて前記燃料電池を短絡させるか否かを判断する態様も好ましい。
【００１１】
さらに、上記構成にあっては、前記燃料電池を短絡させないと判断した場合に、前記地震情報に基づいて前記燃料電池の発電を停止すべきか否かを判断する発電判断手段をさらに具備する態様がさらに好ましい。
【００１２】
さらにまた、前記発電を停止すると判断した場合に、前記燃料電池にパージガスを供給するパージ機構をさらに具備する態様が好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に接続された負荷と、前記燃料電池から前記負荷への入出力端子間に設けられた短絡回路と、入力される災害情報に基づき、前記燃料電池と前記短絡回路との接続を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、家屋倒壊などの災害が生じた場合にも、感電や漏電などの二次災害を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
Ａ．本実施形態
（１）実施形態の構成
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１００の要部構成を示す図である。
本実施形態では、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置型の燃料電池システムを想定するが、これに限定する趣旨ではなく、携帯用の燃料電池システムや、車両、船舶、航空機、電車、歩行ロボット等の移動体用の燃料電池システムに適用可能である。
【００１７】
また、本実施形態では、酸化剤、燃料として、それぞれガス状態の酸化ガス、燃料ガスを使用しているが、これに限定されない。例えば、燃料としてメタノール等の液体を使用しても良い。また、燃料ガスとして改質ガスを使用する代わりに、水素ガス、水素含有ガス等を使用してもよい。
【００１８】
燃料電池４０は、供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、熔融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池４０は、ＭＥＡなどを備えた複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有しており、燃料電池４０には各セル電圧を検出するためのセル電圧モニタ（センサ）５０が設置されている。
燃料電池４０の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源１０から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、酸化ガス供給源７０から空気などの酸化ガスが供給される。
【００１９】
燃料ガス供給源１０は、改質器などを備えて構成され、改質器に供給される都市ガス等が水素を含む燃料ガスに変換された後、燃料電池４０に供給される。燃料電池４０から排出される改質ガスオフガスは、凝縮器（図示略）で水回収された後、改質器に導入されて改質反応の熱源として利用される。
酸化ガス供給源７０は、例えばエアコンプレッサやエアコンプレッサを駆動するモータ、インバータなどから構成され、該モータの回転数などを調整することにより、燃料電池４０に供給する酸化ガス量を調整する。
【００２０】
システム負荷６０は、燃料電池や種々のタイプの二次電池(例えばニッケル水素バッテリなど；図示略）から供給される電力によって駆動される車両補機やＦＣ補機を含んで構成される。システム負荷６０は、燃料電池４０の入力端子４１と出力端子４２の間に接続されている。なお、車両補機とは、車両の運転時などに使用される種々の電力機器（照明機器、空調機器、油圧ポンプなど）をいい、ＦＣ補機とは、燃料電池４０の運転に使用される種々の電力機器（燃料ガスや酸化ガスを供給するためのポンプなど）をいう。
【００２１】
短絡回路（短絡手段）８０は、燃料電池４０に短絡電流を流すための回路であり、燃料電池４０の入力端子４１と出力端子４２との間（入出力端子間）に設けられている。短絡回路８０は、短絡リレー８１とヒューズ８２と電流センサ８３が直列接続されて構成されている。短絡リレー８１は、制御装置９０による制御のもと、燃料電池４０と短絡回路８０との接続／非接続の切り換えを行う。ヒューズ８２は、短絡リレー８１の故障時などにフェールセーフを実現し、突入電流の発生などにより短絡回路８０に流れる電流（短絡電流）が過大となった際、自身が溶融して当該電流を遮断することにより、燃料電池４０を保護する。電流センサ８３は、短絡回路８０に流れる電流を検出し、検出結果を制御ユニット９０に出力する。
【００２２】
パージ機構１１０は、家屋倒壊などのおそれが生じた場合に、燃料電池４０に残存する反応ガスを確実に外部へ排出するための手段であり、例えばＮ2ガスなどの不活性ガスが充填された高圧タンクやポンプなどにより構成されている。燃料電池４０に対する不活性ガスの供給は、制御ユニット９０によって制御される。具体的には、制御ユニット９０は、家屋倒壊などのおそれがあり、かつ、当該システムを安全に停止するだけの時間があると判断すると、燃料電池４０に対する反応ガスの供給を停止するとともに、Ｎ2ガスなどの不活性ガスを燃料電池４０に供給（パージ）する。これにより、燃料電池４０に残存する反応ガスを確実に外部へ排出することができ、当該システムを安全に停止することが可能となる。なお、本実施形態では、パージする気体としてＮ2ガスを例示したが、種々の不活性ガスを適用することができる。
【００２３】
情報処理装置６５は、種々の通信インタフェースを備えたコンピュータであり、制御ユニット９０による制御のもと、インターネットなどの通信ネットワークを介して外部機関などから種々の災害情報（例えば、震源地や大きさなどの地震に関する情報）を取得する。なお、本実施形態では、災害の一例として地震を想定するが、地震以外の災害にも適用可能である。
【００２４】
制御ユニット９０は、システム負荷６０からの要求電力や、該システムに設けられた各センサからの制御情報を受け取り、システム各部の運転を制御する。なお、制御ユニット９０は、図示しない制御コンピュータシステムによって構成される。この制御コンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成り、市販されている制御用コンピュータシステムによって構成される。
【００２５】
本実施形態に係る制御ユニット（短絡判断手段、発電判断手段、制御手段）９０は、情報処理装置６５から得られる災害情報に基づいて、家屋倒壊などのおそれがあると判断し、かつ、当該システムを安全に停止するだけの時間がないと判断と判断した場合には、短絡リレー８１を接続して燃料電池４０を短絡させることにより、露出した配線による感電などの２次災害を未然に防止することを可能とする。
以下、制御ユニット９０の動作について説明する。
【００２６】
（２）実施形態の動作
図２は、制御ユニット９０によって実行される災害時運転処理を示すフローチャートである。
図２に示す災害時運転処理は、情報処理装置６５が外部機関から所定の災害情報（本実施形態では地震情報）を受信し、情報処理装置６５が受信した災害情報を制御ユニット９０に供給することで実行される。
【００２７】
制御ユニット９０は、情報処理装置６５から震源地、地震時刻、地震の種類などをあらわす地震情報を受信すると、この地震情報に基づきシステム設置点（燃料電池システム１００が設置された場所）に地震が到達するか否かを判断する（ステップＳ１００→ステップＳ１１０）。
【００２８】
制御ユニット９０は、システム設置点に地震が到達しないと判断すると、ステップＳ１１１に進み、外部から停止指令の入力（ユーザによる緊急停止ボタンの押下操作など）があるか否かを判断する。制御ユニット５０は、停止指令の入力がない場合には、ステップＳ１００に戻り、上述した処理を繰り返し実行する一方、停止指令の入力があった場合には燃料電池２０への酸化ガスや燃料ガスの供給を停止した後、ステップＳ１４１に進み、パージ機構１１０に不活性ガスの供給指令を送る。パージ機構１１０は、制御ユニット９０からの指令に従って、燃料電池４０に不活性ガスを供給する。これにより、当該システムを安全に停止することができる。なお、不活性ガスの供給時間や供給量などは、固定値としても良いが燃料電池４０に残存する反応ガス量などに応じて適宜変更しても良い。
【００２９】
一方、制御ユニット９０は、ステップＳ１１０において、システム設置点に地震が到達すると判断すると、地震情報に基づきシステム設置点における震度及び到達時間を推定する（ステップＳ１１０→ステップＳ１２０）。
【００３０】
そして、制御ユニット（短絡判断手段）９０は、推定した震度（以下、推定震度）が予め設定されている第１基準震度（例えば、震度３）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１３０）。なお、第１基準震度は燃料電池システム１００の耐震強度や地盤などに基づいて、製造出荷時などに制御ユニット９０に設定される。第１基準震度は、燃料電池４０を短絡させるか否かを判断するために利用される。制御ユニット（短絡判断手段）９０は、推定震度が第１基準震度以上であることから家屋倒壊のおそれがあると判断すると（ステップＳ１３０；ＹＥＳ）、推定した到達時間（以下、推定到達時間）が予め設定されている基準時間（例えば、１分）以下であるか否かを判断する（ステップＳ１４０）。この基準時間は、燃料電池４０を短絡させるか否かを判断するために利用される。
【００３１】
制御ユニット９０は、推定到達時間が予め設定されている基準時間以下である場合には、当該システムを安全に停止するだけの時間がない（不活性ガスパージを実施する時間がない）と判断し、短絡リレー８１をＯＦＦからＯＮに切り換えることにより、燃料電池４０と短絡回路８０とを電気的に接続し、燃料電池４０を短絡させる（ステップＳ１４０→ステップＳ１５０）。このように、燃料電池４０を短絡させて当該システムを停止した場合には、地震終了後に燃料電池４０による発電を直ちに開始することは難しいものの、露出した配線などによる感電などの２次災害を確実に防止することができる。
【００３２】
一方、制御ユニット９０は、ステップＳ１４０において、当該システムを安全に停止するだけの時間がある（不活性ガスパージを実施する時間がある）と判断した場合には、ステップＳ１４１に進み、パージ機構１１０に不活性ガスの供給指令を送る。パージ機構１１０は、制御ユニット９０からの指令に従って、燃料電池４０に不活性ガスを供給する。これにより、上記と同様、当該システムを安全に停止することができる。
【００３３】
また、制御ユニット（発電判断手段）９０は、ステップＳ１３０において、推定震度が予め設定されている第１基準震度未満であると判断すると、ステップＳ１３１に進み、推定震度が予め設定されている第２基準震度（例えば、震度２）以上であるか否かを判断する。この第２基準震度は、第１基準震度に示される震度よりも低い震度であり、燃料電池システム１００の耐震強度や地盤などに基づいて、製造出荷時などに制御ユニット９０に設定される。第２基準震度は、燃料電池４０による発電を停止すべきか否かを判断するために利用される。制御ユニット９０は、推定震度が第２基準震度未満であると判断すると（ステップＳ１３１；ＮＯ）、ステップＳ１００に戻り、上述した処理を繰り返し実行する一方、ステップ推定震度が第２基準震度以上であると判断すると（ステップＳ１３１；ＹＥＳ）、ステップＳ１４１に進み、パージ機構１１０に不活性ガスの供給指令を送る。パージ機構１１０は、制御ユニット９０からの指令に従って、燃料電池４０に不活性ガスを供給する。これにより、上記と同様、当該システムを安全に停止することができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、受信される地震情報に基づいて家屋倒壊などのおそれがあると判断し、かつ、当該システムを安全に停止するだけの時間がないと判断と判断した場合には、燃料電池と短絡回路とを電気的に接続して燃料電池を短絡させる。これにより、露出した配線による感電などの２次災害を確実に防止することが可能となる。なお、本実施形態では、推定震度及び推定到達時間の両パラメータに基づいて燃料電池を短絡させるか否かを判断したが、推定震度または推定到達時間の少なくともいずれか一方のパラメータに基づいて燃料電池を短絡させるか否かを判断しても良い。
【００３５】
Ｂ．変形例
＜変形例１＞
図３は、変形例１に係る燃料電池システム１００’の要部構成を示す図であり、前掲図１に対応する。なお、震度計９５が設けられている点を除けば前掲図１と同様であるため、対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
震度計９５は、種々の加速度計などを備えて構成され、地震検出時刻、計測震度、最大加速度などの地震情報を求め、求めた地震情報を制御ユニット９０へ供給する。
【００３６】
図４は、変形例１に係る制御ユニット９０によって実行される災害時運転処理を示すフローチャートである。なお、図４に示すフローチャートは、前掲図２に示すフローチャートにステップＳ１００ａ、ステップＳ１００ｂを加えたものである。その他のステップは図２と同様であるため、対応するステップには同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
制御ユニット（短絡判断手段）９０は、震度計９５から地震情報を受け取ると、この地震情報に含まれる計測震度が設定されている第３基準震度（例えば、震度３）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１００ａ→ステップＳ１００ｂ）。この第３基準震度も、第１基準震度と同様、燃料電池４０を短絡させるか否かを判断するために利用される。第３基準震度は、燃料電池システム１００の耐震強度や地盤などに基づいて、製造出荷時などに制御ユニット９０に設定される。なお、第３基準震度に示される震度は、第２基準震度に示される震度と同じにしても良いが、どのような値に設定するかは任意である。
【００３８】
制御ユニット５０は、計測震度が基準震度以上であると判断すると（ステップＳ１００ｂ；ＹＥＳ）、短絡リレー８１をＯＦＦからＯＮに切り換えることにより、燃料電池４０と短絡回路８０とを電気的に接続し、燃料電池４０を短絡させる（ステップＳ１００ｂ→ステップＳ１５０）。このように、震度計９５によって予想以上の大きな地震が検知された場合には燃料電池４０を短絡させることで、露出した配線などによる感電などの２次災害を確実に防止する。
【００３９】
一方、制御ユニット９０は、計測震度が基準震度未満であると判断すると（ステップＳ１００ｂ；ＮＯ）、ステップＳ１００に進み、報処理装置６０から震源地、地震時刻、地震の種類などをあらわす地震情報を受信する。なお、この後の動作については、上述した本実施形態と同様であるため、説明を割愛する。
【００４０】
以上説明したように、変形例１によれば、情報処理装置のみならず、震度計をも利用して災害時のシステムの運転を制御する。この結果、例えば直下型地震が発生した場合には、情報処理装置よりも先に震度計が地震を検知することができ、上記２次災害をより確実に防止することが可能となる。なお、本変形例では、情報処理装置及び震度計を利用して燃料電池を短絡させるか否かを判断したが、震度計のみを利用して燃料電池を短絡させるか否かを判断しても良い。
【００４１】
＜変形例２＞
本実施形態では、短絡専用の短絡回路８０を燃料電池システムに設ける構成を例示したが、短絡回路８０の代わりにセル電圧モニタ（短絡手段）５０を利用しても良い。具体的には、各セル電圧を監視するセル電圧モニタ５０のモニタ線を短絡させることで、燃料電池４０を短絡させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図２】同実施形態に係る災害時運転処理を示すフローチャートである。
【図３】変形例１に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図４】同変形例に係る災害時運転処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１００，１００’・・・燃料電池システム、１０・・・燃料ガス供給源、４０・・・燃料電池、５０・・・セル電圧モニタ、６０・・・システム負荷、６５・・・情報処理装置、７０・・・酸化ガス供給源、８０・・・短絡回路、８１・・・短絡リレー、８２・・・ヒューズ、９０・・・制御ユニット、９５・・・震度計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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