(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ内に、燃料電池スタックと、水素リッチガスを供給する水素リッチガス供給手段と、前記パッケージ内の前記水素リッチガス又はその原料の漏洩を検知する可燃性ガス検知器と、前記水素リッチガス又は前記原料を前記パッケージ内の空間に導入する可燃性ガス導入管と、制御装置とを備え、
前記制御装置が、間欠的に前記水素リッチガス又は前記原料を前記可燃性ガス導入管から噴射させ、かつ前記可燃性ガス検知器の機能が正常であるか否かの自己診断を行う、燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記可燃性ガス導入管は可燃性ガス流通経路から分岐され先端を前記可燃性ガス検知器近傍に臨ませるように構成され、
前記制御装置が、間欠的に可燃性ガスを前記可燃性ガス導入管から前記可燃性ガス検知器に向けて噴射させ、かつ前記可燃性ガス検知器の機能が正常であるか否かの自己診断を行う、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記水素リッチガス供給手段が、原燃料ガスから水素リッチガスを生成させる改質装置である、請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記可燃性ガス導入管の分岐部を、前記改質装置の入口部に接続された原燃料ガス供給経路に設けた、請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記可燃性ガス導入管の分岐部を、前記改質装置と前記燃料電池スタックの水素極との間の水素供給経路に設け、前記可燃性ガス検知器への噴射ガスとして、前記改質装置の停止時には原燃料ガスを、前記改質装置の運転時には水素リッチガスを用いる、請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記可燃性ガス導入管の分岐部を、前記燃料電池スタックの水素極に接続された排水素経路に設け、前記可燃性ガス検知器への噴射ガスとして、運転終了時に水素リッチガスをパージするために前記燃料電池スタックに充填された原燃料ガスを用いる、請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記制御装置が、前記可燃性ガスの噴射終了から所定時間経過後に、前記可燃性ガス検知器が前記可燃性ガスを継続検知した場合、前記原燃料ガス供給経路に設けられた原燃料ガス元弁を遮断する、請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記可燃性ガス検知器近傍の前記パッケージに排気ファンを設け、前記制御装置が、噴射された前記可燃性ガスを前記排気ファンによって周囲の空気で希釈させた後、前記パッケージ外へ排出させる、請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
前記制御装置が、運転停止時に前記排気ファンを間欠的に作動させ、運転停止時も前記可燃性ガスの漏洩を監視する、請求項８記載の燃料電池発電システム。
【請求項１０】
前記制御装置が、前記自己診断として、前記可燃性ガス噴射時に前記可燃性ガス検知器の検知感度が初期値から変化し、許容範囲から外れた場合に、前記可燃性ガス検知器が寿命であると判断し、運転の禁止を行う、請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項１１】
前記制御装置が、前記可燃性ガス検知器が寿命であると判断した場合に、更に警報表示を行う、請求項１０記載の燃料電池発電システム。
【請求項１２】
前記制御装置が、前記可燃性ガスの噴射間隔として、前記可燃性ガス検知器の検知感度の初期値からの変化が所定値より小さい場合は前記可燃性ガスの噴射間隔を長くし、前記変化が所定値より大きくなった場合は前記可燃性ガスの噴射間隔を短くする、請求項１０又は１１記載の燃料電池発電システム。
【請求項１３】
前記制御装置が、前記自己診断の結果として、前記可燃性ガス検知器の寿命を予測し、かつメンテナンス業者等に前記予測した結果を通報する、請求項１０又は１１記載の燃料電池発電システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定置用発電装置や自動車用電源等に用いられる燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガスによる地球温暖化や酸性雨等の影響により、地球規模での環境問題に対する関心が高まっている。そのため、電源開発の分野においては、高効率で、かつ炭酸ガスを排出しないクリ−ンなエネルギ−変換が可能な燃料電池発電システムに対する注目が集まっている。
【０００３】
図９は、従来の燃料電池発電システムのシステム構成の一例を模式的に示す構成図である。
【０００４】
図９に示すように、従来の燃料電池発電システム６００は、パッケージ５１の内部に燃料供給装置５２と燃料電池５３と直交変換装置５４とを備えている。燃料供給装置５２は、燃料電池５３に対して水素を豊富に含む状態とされた水素リッチガスを供給する。又、燃料電池５３は、燃料供給装置５２から供給される水素リッチガスを用いて、所定の電圧の直流を出力するように発電を行う。又、直交変換装置５４は、燃料電池５３から出力される所定の電圧の直流を、所定の電圧の交流に変換して出力する。又、パッケージ５１には、ファン５５が取り付けられた吸入口５６と、可燃性ガスを検知する可燃性ガス検知器５７が取り付けられた空気出口５８とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この燃料電池発電システム６００を運転して発電を行う場合には、先ず、燃料供給装置５２において、水素を豊富に含む状態とされた水素リッチガスを生成する。そして、その生成した水素リッチガスを、所定の配管を通して燃料電池５３に供給する。すると、燃料電池５３では、燃料供給装置５２から供給された水素リッチガスを用いた発電が行われる。そして、燃料電池５３で発電された所定の電圧の直流は、直交変換装置５４に入力される。この直交変換装置５４では、燃料電池５３から入力される所定の電圧の直流が、所定の電圧の交流に変換される。これによって、燃料電池発電システム６００からは、所定の電圧の交流が出力されるようになる。
【０００６】
ところで、燃料電池発電システム６００の運転中においては、吸入口５６からファン５５によってパッケージ５１の内部に外気を吸入し、かつパッケージ５１の内部の空気を空気出口５８から可燃性ガス検知器５７を通して外部へ排気する。その理由は、万一、燃料供給装置５２及び／又は燃料電池５３から水素リッチガス等の可燃性ガスが漏洩した場合、その漏洩した水素リッチガス等の可燃性ガスを空気出口５８からパッケージ５１の外部へ排気すると共に、可燃性ガス検知器５７が可燃性ガスの漏洩を検出することによって燃料電池発電システム６００の運転を停止させて警報表示等の適切な処置を行うことにより、爆発等の危険を未然に防ぐためである。
【特許文献１】特開平０３−２５４０７０号公報（特に、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この従来の燃料電池発電システム６００では、可燃性ガス検知器５７が正常に動作する場合には、可燃性ガスの漏洩を適正に検出することが可能である。つまり、この限りにおいては燃料電池発電システム６００の安全性を確保することができる。しかしながら、可燃性ガス検知器５７の検知性能が例えば経年変化等によって劣化し、可燃性ガスの検知感度が低下した場合には、可燃性ガスの漏洩を適正に検出することができない。この場合、燃料電池発電システム６００の安全性を確保することはできない。特に、可燃性ガス検知器５７の可燃性ガスの検知感度が著しく低下した場合には、パッケージ５１の内部に漏洩する可燃性ガスの濃度が許容上限を超えた場合でも、その可燃性ガスの漏洩を検知することができなくなる。そして、この場合には、燃料電池発電システム６００に対して十分な安全措置を講ずることができないため、燃料電池発電システム６００の動作不良等の発生率が高まる。
【０００８】
又、上記事態を予め想定し、可燃性ガス検知器５７を定期的に点検するか、若しくは強制的に交換することによれば、燃料電池発電システム６００の安全性は確保される。しかし、この場合には、可燃性ガス検知器５７の性能が正常であっても点検や交換を不要に行うことになるため、燃料電池発電システム６００のメンテナンスに係るコストが高くなる。
【０００９】
本発明は、上記従来の燃料電池発電システムの課題を考慮し、可燃性ガスの漏洩に対する安全性を確保すると共に、メンテナンスに係るコストを安価にする燃料電池発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池発電システムは、パッケージ内に、燃料電池スタックと、水素リッチガスを供給する水素リッチガス供給手段と、前記パッケージ内の前記水素リッチガス又はその原料の漏洩を検知する可燃性ガス検知器と、前記水素リッチガス又は前記原料を前記パッケージ内の空間に導入する可燃性ガス導入管と、制御装置とを備え、前記制御装置が、間欠的に前記水素リッチガス又は前記原料を前記可燃性ガス導入管から噴射させ、かつ前記可燃性ガス検知器の機能が正常であるか否かの自己診断を行う（請求項１）。かかる構成とすると、燃料電池発電システムが可燃性ガス検知器の機能を燃料電池発電システムで実際に用いるガスによって自己診断するので、可燃性ガス検知器の動作不良等の発生を確実に防ぐことが可能になる。
【００１１】
この場合、前記可燃性ガス導入管は可燃性ガス流通経路から分岐され先端を前記可燃性ガス検知器近傍に臨ませるように構成され、前記制御装置が、間欠的に可燃性ガスを前記可燃性ガス導入管から前記可燃性ガス検知器に向けて噴射させ、かつ前記可燃性ガス検知器の機能が正常であるか否かの自己診断を行う（請求項２）。かかる構成とすると、燃料電池発電システムが可燃性ガス検知器の機能を自己診断するので、可燃性ガス検知器の動作不良等の発生を未然に防ぐことが可能になる。
【００１２】
この場合、前記水素リッチガス供給手段が、原燃料ガスから水素リッチガスを生成させる改質装置である（請求項３）。かかる構成とすると、燃料電池発電システムに、水素ボンベ等の交換を要する設備を設置する必要が無くなる。
【００１３】
又、前記可燃性ガス導入管の分岐部を、前記改質装置の入口部に接続された原燃料ガス供給経路に設ける（請求項４）。かかる構成とすると、可燃性ガス導入管に原燃料ガスを導入することができる。
【００１４】
又、前記可燃性ガス導入管の分岐部を、前記改質装置と前記燃料電池スタックの水素極との間の水素供給経路に設け、前記可燃性ガス検知器への噴射ガスとして、前記改質装置の停止時には原燃料ガスを、前記改質装置の運転時には水素リッチガスを用いる（請求項５）。かかる構成とすると、燃料電池発電システムの運転状況に応じて、可燃性ガス検知器に向けて噴射する噴射ガスの種類を選択することが可能になる。
【００１５】
又、前記可燃性ガス導入管の分岐部を、前記燃料電池スタックの水素極に接続された排水素経路に設け、前記可燃性ガス検知器への噴射ガスとして、運転終了時に水素リッチガスをパージするために前記燃料電池スタックに充填された原燃料ガスを用いる（請求項６）。かかる構成とすると、原燃料ガスの使用効率が改善されるので、原燃料ガスを有効に利用することができる。
【００１６】
又、前記制御装置が、前記可燃性ガスの噴射終了から所定時間経過後に、前記可燃性ガス検知器が前記可燃性ガスを継続検知した場合、前記原燃料ガス供給経路に設けられた原燃料ガス元弁を遮断する（請求項７）。かかる構成とすると、可燃性ガスの流れを制御する開閉弁が故障した場合でも、可燃性ガスが流れたままの状態になることを防止することが可能になる。
【００１７】
又、前記可燃性ガス検知器近傍の前記パッケージに排気ファンを設け、前記制御装置が、噴射された前記可燃性ガスを前記排気ファンによって周囲の空気で希釈させた後、前記パッケージ外へ排出させる（請求項８）。かかる構成とすると、可燃性ガス検知器に向けて噴射する可燃性ガスを空気で十分に希釈した後にパッケージの外部へ排気するので、安全に排気を行うことができる。
【００１８】
又、前記制御装置が、運転停止時に前記排気ファンを間欠的に作動させ、運転停止時も前記可燃性ガスの漏洩を監視する（請求項９）。かかる構成とすると、運転停止時においても可燃性ガスの漏洩を監視することができるので、燃料電池発電システムの安全性を確保することが可能になる。
【００１９】
又、前記制御装置が、前記自己診断として、前記可燃性ガス噴射時に前記可燃性ガス検知器の検知感度が初期値から変化し、許容範囲から外れた場合に前記可燃性ガス検知器が寿命であると判断し、運転の禁止を行う（請求項１０）。かかる構成とすると、可燃性ガス検知器が寿命を迎えた場合に運転の禁止を行うことができるので、燃料電池発電システムの安全性を確保することが可能になる。
【００２０】
又、前記制御装置が、前記可燃性ガス検知器が寿命であると判断した場合に、更に警報表示を行う（請求項１１）。かかる構成とすると、可燃性ガス検知器が寿命を迎えた場合に警報表示を行うことができるので、燃料電池発電システムの安全性を確保することが可能になる。
【００２１】
又、前記制御装置が、前記可燃性ガスの噴射間隔として、前記可燃性ガス検知器の検知感度の初期値からの変化が所定値より小さい場合は前記可燃性ガスの噴射間隔を長くし、前記変化が所定値より大きくなった場合は前記可燃性ガスの噴射間隔を短くする（請求項１２）。かかる構成とすると、可燃性ガス検知器の状態に応じて診断が行われるので、可燃性ガス検知器の機能の劣化を効果的に認知することが可能になる。
【００２２】
又、前記制御装置が、前記自己診断の結果として、前記可燃性ガス検知器の寿命を予測し、かつメンテナンス業者等に前記予測した結果を通報する（請求項１３）。かかる構成とすると、可燃性ガス検知器の寿命が事前に予測されるので、メンテナンスにかかるコストを安価にすることが可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、可燃性ガス検知器が経年劣化することにより検知感度が低下した場合でも、自己診断を行うことによって可燃性ガス検知器の寿命を認知し、適正な措置を講ずることによって燃料電池発電システムの安全性を確保するという効果を奏するものである。
【００２４】
又、本発明は、燃料電池発電システムの安全性確保のための可燃性ガス検知器の不要な点検や交換を不要とし、メンテナンスにかかるコストを安価にするという効果を奏するものである。
【００２５】
又、本発明は、パッケージ内に漏洩する可能性のある改質反応前の原燃料ガスと、改質反応後の水素豊富な水素リッチガスとの両方について可燃性ガス検知器の機能の診断を行うことによって、何れのガスの漏洩に対しても経年劣化による可燃性ガス検知器の検知感度の低下を認知し、燃料電池発電システム安全性を確保するという効果を奏するものである。
【００２６】
又、本発明は、可燃性ガスである原燃料ガスの総排出量を低減させるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。
【００２９】
先ず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システム１００の構成について、図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１に示すように、燃料電池発電システム１００は、バーナ２を備え水素リッチガスを生成する水素リッチガス供給手段としての改質装置１と、水素極８と酸素極９とを備え水素リッチガス及び空気を用いて発電する燃料電池スタック７と、水素リッチガス等の流路を変更するために用いられる三方弁１５及び１６と、原燃料ガス等の流路を開閉する開閉弁２５ａ及び２７ａと、原燃料ガスの流入路を開閉する原燃料ガス元弁２６と、原燃料ガスを分岐させる分岐部２４ａと、可燃性ガスを検知する可燃性ガス検知器２２と、燃料電池発電システム１００の内部を換気するための排気ファン２１と、燃料電池スタック７に空気を供給する空気ブロワ１３と、これらの動作を適宜制御するための制御装置１７とを、吸入口１９及び排出口２０が設けられたパッケージ１８の内部に有している。ここで、本明細書においては、水素リッチガスには、純水素も含む。
【００３１】
改質装置１の入口部３には、可燃性ガス流通経路としての原燃料ガス供給経路４が接続されている。この原燃料ガス供給経路４の所定の位置には、原燃料ガス元弁２６と、分岐部２４ａと、開閉弁２７ａとが配設されている。分岐部２４ａからは可燃性ガス導入管２３が延出しており、この可燃性ガス導入管２３の所定の位置には、開閉弁２５ａが配設されている。可燃性ガス導入管２３の先端は、可燃性ガス検知器２２の近傍に位置している。この可燃性ガス検知器２２に隣接するようにして、排気ファン２１が配設されている。この排気ファン２１は、パッケージ１８の内部の空気を吸引して排出口２０から排出する。尚、可燃性ガス導入管２３の先端は、可燃性ガス検知器２２近傍でなくても、後述する自己診断機能を発揮できる、パッケージ１８内の他の位置であってもよい。
【００３２】
一方、改質装置１の出口部５には水素リッチガス供給経路６が接続されており、この水素リッチガス供給経路６の端は、燃料電池スタック７の水素極８に接続されている。この水素極８からは排水素経路１０が延出しており、排水素経路１０の端は改質装置１に備えられているバーナ２に接続されている。ここで、水素リッチガス供給経路６と排水素経路１０との各々の所定の位置には、三方弁１５及び１６が配設されている。そして、三方弁１５と三方弁１６とは、バイパス１４によって接続されている。又、空気ブロワ１３からは空気供給経路１１が延出しており、この空気供給経路１１の端は燃料電池スタック７の酸素極９に接続されている。この酸素極９からは、排空気経路１２がパッケージ１８の外部へ延出している。
【００３３】
又、制御装置１７と、燃料電池発電システム１００を構成する上記構成要素とは、図１では図示されない所定の配線２８によって相互に接続されている。そして、制御装置１７は、前記所定の配線２８を用いることによって、燃料電池発電システム１００を構成する上記構成要素を適宜制御する。これにより、燃料電池発電システム１００が動作する。
【００３４】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システム１００の基本動作について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
原燃料ガス供給経路４の内部を流れて改質装置１の入口部３から流入したメタン等の原燃料ガスは、改質装置１の内部でバーナ２によって加熱される。すると、原燃料ガスは、所定の改質反応によって水素豊富な水素リッチガスに変換される。この変換され水素豊富な状態とされた水素リッチガスは、水素リッチガス供給経路６の内部を流れて燃料電池スタック７の水素極８へ供給される。一方、空気ブロワ１３から送出される空気は、空気供給経路１１の内部を流れて燃料電池スタック７の酸素極９へ供給される。すると、燃料電池スタック７の内部では、これら供給される水素リッチガスと空気とが用いられ、水素リッチガス中の水素と空気中の酸素との化学反応が行われる。そして、この水素と酸素との化学反応によって、燃料電池スタック７からは所定の電圧の直流が出力される。尚、前記化学反応に使用されなかった余剰の空気は、酸素極９に接続されている排空気経路１２の内部を流れて、パッケージ１８の外部へ排出される。又、前記化学反応に使用されなかった余剰の水素リッチガスは、水素極８に接続されている排水素経路１０の内部を流れてバーナ２に供給される。バーナ２では、排水素経路１０の内部を流れて供給される水素リッチガスが、新しい水素リッチガスを生成するための改質反応の加熱燃料として用いられる。ところで、燃料電池発電システム１００を動作させる際、動作当初は燃料電池スタック７が必要とする発電に必要十分な量の水素が改質装置１で生成されず、又、改質装置１から供給される水素リッチ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、燃料電池発電システム１００の動作当初においては、三方弁１５，１６を操作することによって水素リッチガス供給経路６と排水素経路１０とをバイパス１４によって接続し、水素の含有率が低い水素リッチガスを燃料電池スタック７ではなくバーナ２に供給するようにしている。又、パッケージ１８の内部においては、吸入口１９から吸入した外気を排気ファン２１によって排出口２０から排出するという空気の流れを発生させている。このため、改質装置１や燃料電池スタック７等から原燃料ガスや水素を含む水素リッチガス等の可燃性ガスが万一漏出した場合でも、その漏出した可燃性ガスは排気ファン２１によって直ちに排出口２０からパッケージ１８の外部へ排出されるようになる。又、排気ファン２１の近傍に備えられている可燃性ガス検知器２２が可燃性ガス漏出の異常を検出した場合、制御装置１７は原燃料ガス元弁２６を遮断して燃料電池発電システム１００の運転を停止させる。更に、必要であれば警報表示を行う等して、燃料電池発電システム１００の使用者に対して異常を知らせることもある。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システム１００における可燃性ガス検知器の機能の自己診断について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図２は、本発明の実施の形態１に係る可燃性ガス検知器の自己診断のステップを示す流れ図である。
【００３８】
先ず、燃料電池発電システム１００が可燃性ガス検知器２２の機能を自己診断する際、制御装置１７は、例えば発電運転停止時に、開閉弁２７ａを閉じ（ステップＳ１）、かつ原燃料ガス元弁２６と開閉弁２５ａとを開くことによって（ステップＳ２）、可燃性ガスであるメタン等の原燃料ガスを可燃性ガス導入管２３の先端から可燃性ガス検知器２２に向けて少量連続して噴射させる（ステップＳ３）。この時、可燃性ガス検知器２２が予め定められた所定の範囲内の可燃性ガス濃度に相当する出力電圧を制御装置１７に対して出力すれば、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２の機能が正常であると判断し、自己診断を終了する（ステップＳ４でＹＥＳ）。しかし、可燃性ガス検知器２２が経年劣化しており、これによって可燃性ガスの検知感度が低下している場合には、前述の如く可燃性ガス検知器２２に向けて原燃料ガスを噴射しても、可燃性ガス検知器２２の出力電圧が前記所定の範囲内の可燃性ガス濃度に相当する電圧以下となる（ステップＳ４でＮＯ）。この時、制御装置１７は、可燃性ガス検知器２２の機能が正常でないことを認識する。そして、このように可燃性ガス検知器２２の出力電圧が予め定められた許容範囲を逸脱する場合には、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２が寿命であると判断し、運転禁止表示や警報表示等を行う等して、燃料電池発電システム１００の安全性を確保するための適正な安全措置を講ずる（ステップＳ５）。
【００３９】
この一連の燃料電池発電システム１００の自己診断動作は、発電運転停止時に限定されることは無く、発電運転中に行っても良い。この場合、制御装置１７は、前記ステップＳ２で開閉弁２５ａと原燃料ガス元弁２６とを開放すると共に、開閉弁２７ａをも開放する。これによって、改質装置１には原燃料ガスが供給され、改質装置１で生成される水素を豊富に含む水素リッチガスが燃料電池スタック７に供給されるようになる。これにより、燃料電池スタックでは、所定の電圧の直流を出力すべく発電が行われる。そして、可燃性ガス検知器２２の出力電圧が前記所定の範囲内の可燃性ガス濃度に相当する電圧以下となったことを制御装置１７が認識した場合（前記ステップＳ４でＮＯ）、制御装置１７は、警報表示等を行うと共に開閉弁２６を閉じることによって、燃料電池発電システム１００の安全性を確保するための適正な措置を講ずる（前記ステップＳ５）。
【００４０】
又、この自己診断（つまり、前記ステップＳ３で可燃性ガス検知器２２に向けての可燃性ガス噴射）は連続的に行わなくても、間欠的に、例えば１日〜数日に１回程度行えば、燃料電池発電システム１００の安全性の確保は十分なされるものと考えられる。但し、自己診断時における可燃性ガス検知器２２の出力電圧の変化率が大きくなってきた場合には、可燃性ガス検知器２２の寿命が近づいたと判断し、可燃性ガス検知器２２に対する可燃性ガスの噴射間隔を短くすることが燃料電池発電システム１００の安全性を確保する上で有効となる。
【００４１】
又、この燃料電池発電システム１００の自己診断では、メタンガス等の可燃性ガスを少量とはいえどもパッケージ１８の内部において噴射する（前記ステップＳ３）。そのため、その噴射された可燃性ガスを排気ファン２１によって周囲の空気と混合し希釈して、可燃性ガスの濃度を爆発下限限界以下とした上で、パッケージ１８の外部へ排出することが必要である。これにより、燃料電池発電システム１００の安全性が確保される。
【００４２】
又、この燃料電池発電システム１００の自己診断において、可燃性ガスの噴射時に万一開閉弁２５ａが故障して流路を閉止できなくなった場合を考慮する。この場合、制御装置１７が可燃性ガスの噴射終了信号を出力してから所定時間経過した後も可燃性ガス検知器２２が可燃性ガスを継続検知すると、制御装置１７が原燃料ガス元弁２６を閉止する信号を出力するようにする。このようにすれば、開閉弁２５ａが故障して流路を閉止できなくなったとしても、制御装置１７が原燃料ガス元弁２６を閉止するので、燃料電池発電システム１００の安全性を確保することができる。
【００４３】
又、発電運転の停止時においても排気ファン２１を間欠的に作動させ、常に可燃性ガスの漏洩を監視することも、燃料電池発電システム１００の安全性を確保する上において非常に有効である。
【００４４】
又、燃料電池発電システム１００の自己診断において、可燃性ガス検知器２２の可燃性ガス濃度に係る出力情報をメンテナンス業者等に通信・連絡することによって、可燃性ガス検知器２２の寿命を事前に予測するようにする。これによって、可燃性ガス検知器２２の寿命による燃料電池発電システム１００の故障又は停止が発生する前に、可燃性ガス検知器２２を交換する等の適正な措置を講ずることができる。
【００４５】
このように、本発明の実施の形態１によれば、可燃性ガス検知器２２が経年劣化により可燃性ガスの検知感度が低下した場合でも、自己診断を行うことによって可燃性ガス検知器２２の寿命を検知し、適正な措置を講ずることによって燃料電池発電システムの安全性を確保することができる。又、安全性確保のための可燃性ガス検知器２２の不要な点検や交換を行う必要がなく、従ってメンテナンスに係るコストを従来以上に安価にすることが可能となる。
【００４６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。尚、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。
【００４７】
本実施の形態では、分岐部２４ｂと開閉弁２７ｂとが、改質装置１と水素極８とを接続する水素リッチガス供給経路６の所定の位置に設けられている。そして、分岐部２４ｂからは、可燃性ガス導入管２３が延出している。この可燃性ガス導入管２３の所定の位置には、開閉弁２５ｂが配設されている。尚、原燃料ガス供給経路４には、その所定の位置に原燃料ガス元弁２６が配設されているのみである。その他の点については、実施の形態１と同様である。
【００４８】
本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システム２００における可燃性ガス検知器の機能の自己診断について、図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図４は、本発明の実施の形態２に係る可燃性ガス検知器の自己診断のステップを示す流れ図である。
【００５０】
本実施の形態では、発電運転の停止時（ステップＳ６でＮＯ）に可燃性ガス検知器２２の機能が正常であるか否かの自己診断を行う場合、制御装置１７は、開閉弁２７ｂを閉止し（ステップＳ７）、かつ開閉弁２５ｂ及び原燃料ガス元弁２６を開く（ステップＳ８）。そして、改質装置１を通過した原燃料ガスを、可燃性ガス導入管２３に通して可燃性ガス検知器２２に向けて少量噴射させる（ステップＳ９）。この時、可燃性ガス検知器２２が原燃料ガスの検知に対して正常範囲内の出力電圧を制御装置１７に対して出力すれば、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２の機能が正常であると判断して、自己診断を終了する（ステップＳ１０でＹＥＳ）。しかし、可燃性ガス検知器２２が経年劣化しており、これによって原燃料ガスの検知感度が低下している場合には、前述の如く可燃性ガス検知器２２に向けて原燃料ガスを噴射しても、可燃性ガス検知器２２の出力電圧は前記正常範囲内の出力電圧以下となる（ステップＳ１０でＮＯ）。この時、制御装置１７は、可燃性ガス検知器２２の機能が正常でないことを認識する。そして、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２が寿命であると判断し、運転禁止表示や警報表示等を行う等して、燃料電池発電システム２００の安全性を確保するための適正な安全措置を講ずる（ステップＳ１１）。
【００５１】
一方、発電運転中（ステップＳ６でＹＥＳ）に前記自己診断を行う場合には、制御装置１７は、原燃料ガス元弁２６を開き、かつ開閉弁２５ｂ，２７ｂを開き（ステップＳ１２）、燃料電池スタック７に水素を豊富に含む水素リッチガスを供給しつつ、可燃性ガスである水素リッチガスを可燃性ガス検知器２２に向けて少量噴射させる（ステップＳ１３）。この時、可燃性ガス検知器２２が水素リッチガスの検知に対して正常範囲内の出力電圧を制御装置１７に対して出力すれば、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２の機能が正常であると判断して、自己診断を終了する（ステップＳ１４でＹＥＳ）。しかし、可燃性ガス検知器２２が経年劣化しており、これによって水素リッチガスの検知感度が低下している場合には、前述の如く可燃性ガス検知器２２に向けて水素リッチガスを噴射しても、可燃性ガス検知器２２の出力電圧は前記正常範囲内の出力電圧以下となる（ステップＳ１４でＮＯ）。この時も、制御装置１７は、可燃性ガス検知器２２の機能が正常でないことを認識する。そして、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２が寿命であると判断し、運転禁止表示や警報表示等を行う等して、燃料電池発電システム２００の安全性を確保するための適正な安全措置を講ずる（ステップＳ１５）。
【００５２】
このように、本実施の形態では、燃料電池発電システム２００の発電運転の停止時には原燃料ガスを可燃性ガス検知器２２に向けて噴射し、発電運転時には水素を豊富に含む水素リッチガスを可燃性ガス検知器２２に向けて噴射する。そして、図４のステップＳ６に示すように、可燃性ガス検知器２２に向けて噴射するガスの種類（原燃料ガス又は水素リッチガス）は、燃料電池発電システム２００が発電運転中であるか否かによって決定される。その理由は、改質装置１が運転中であっても、その起動時においては改質装置１では水素リッチガスが生成されないからである。
【００５３】
又、一般的に、可燃性ガス検知器２２は、可燃性ガスであればその種類に関わりなく反応する。しかし、その検知感度、即ち所定のガス濃度に対する検知出力電圧は、ガスの成分（種類）によって異なる。従って、可燃性ガス検知器２２の経年劣化を正確に検出するためには、燃料電池発電システム２００で用いられる可燃性ガスの種類毎に自己診断を行う必要がある。そして、本実施の形態では、パッケージ１８の内部に漏洩する可能性のある、改質反応前の原燃料ガスと改質反応後の水素を豊富に含む水素リッチガスとの両方について自己診断を行うことによって、何れの可燃性ガスの漏洩に対しても経年劣化による可燃性ガス検知器２２の検知感度の低下を検出することが可能である。この場合、噴射されるガスの種類（成分）によって可燃性ガス検知器２２の出力電圧範囲が異なるため、噴射されるガスの種類（成分）に応じて、正常判定のための出力電圧の範囲が変更される。このような構成とすることにより、燃料電池発電システム２００の安全性を確実に確保することが可能となる。
【００５４】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。尚、ここでも、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。
【００５５】
本実施の形態では、分岐部２４ｃと開閉弁２７ｃとが、燃料電池スタック７の水素極８とバーナ２とを接続する排水素経路１０の所定の位置に設けられている。そして、分岐部２４ｃからは、可燃性ガス導入管２３が延出している。この可燃性ガス導入管２３の所定の位置には、開閉弁２５ｃが配設されている。尚、原燃料ガス供給経路４には、その所定の位置に原燃料ガス元弁２６が配設されているのみである。その他の点については、実施の形態１と同様である。
【００５６】
本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システム３００における可燃性ガス検知器の機能の自己診断について、図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図６は、本発明の実施の形態３に係る可燃性ガス検知器の自己診断のステップを示す流れ図である。
【００５８】
本実施の形態では、発電運転時（ステップＳ１６でＹＥＳ）に可燃性ガス検知器２２の機能が正常であるか否かの自己診断を行う場合、制御装置１７は、開閉弁２７ｃ及び開閉弁２５ｃ及び原燃料ガス元弁２６を開く（ステップＳ１７）。そして、燃料電池スタック７の水素極８を通過した水素リッチガス、つまり、発電に用いられなかった水素リッチガスを、可燃性ガス導入管２３に通して可燃性ガス検知器２２に向けて少量噴射させる（ステップＳ１８）。この時、実施の形態２の場合と同様、可燃性ガス検知器２２が水素リッチガスの検知に対して正常範囲内の出力電圧を制御装置１７に対して出力すれば、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２の機能が正常であると判断して、自己診断を終了する（ステップＳ１９でＹＥＳ）。しかし、可燃性ガス検知器２２が経年劣化しており、これによって水素リッチガスの検知感度が低下している場合には、前述の如く可燃性ガス検知器２２に向けて水素リッチガスを噴射しても、可燃性ガス検知器２２の出力電圧は前記正常範囲内の出力電圧以下となる（ステップＳ１９でＮＯ）。この時、制御装置１７は、可燃性ガス検知器２２の機能が正常でないことを認識する。そして、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２が寿命であると判断し、運転禁止表示や警報表示等を行う等して、燃料電池発電システム３００の安全性を確保するための適正な安全措置を講ずる（ステップＳ２０）。
【００５９】
ところで、燃料電池発電システム３００の運転を終了させる時は、一般的に、改質装置１や燃料電池スタック７等の各経路内に残留する水素リッチガスを、安全のために窒素ガス等でパージする動作が行われる。尚、家庭等で本燃料電池発電システムを使用する場合には、窒素の供給が困難なため、パージするガスとして窒素に代わり原燃料ガス等の代替ガスが用いられる。そして、本実施の形態では、発電運転の停止時（ステップＳ１６でＮＯ）に可燃性ガス検知器２２の機能が正常であるか否かの自己診断を行う場合、先ず、燃料電池スタック７に充填された原燃料ガスを排出させる（ステップＳ２１）。そして、その排出された原燃料ガスを可燃性ガス導入管２３に通して可燃性ガス検知器２２に向けて少量噴射させる（ステップＳ２２）。つまり、可燃性ガス検知器２２の自己診断として、可燃性ガスである原燃料ガスを用いる。この時、実施の形態２の場合と同様、可燃性ガス検知器２２が原燃料ガスの検知に対して正常範囲内の出力電圧を制御装置１７に対して出力すれば、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２の機能が正常であると判断して、自己診断を終了する（ステップＳ２３でＹＥＳ）。しかし、可燃性ガス検知器２２が経年劣化しており、これによって原燃料ガスの検知感度が低下している場合には、前述の如く可燃性ガス検知器２２に向けて原燃料ガスを噴射しても、可燃性ガス検知器２２の出力電圧は前記正常範囲内の出力電圧以下となる（ステップＳ２３でＮＯ）。この時、制御装置１７は、可燃性ガス検知器２２の機能が正常でないことを認識する。そして、制御装置１７は可燃性ガス検知器２２が寿命であると判断し、運転禁止表示や警報表示等を行う等して、燃料電池発電システム３００の安全性を確保するための適正な安全措置を講ずる（ステップＳ２４）。
【００６０】
このように、本実施の形態では、燃料電池スタック７における発電に用いられなかった水素リッチガスや、燃料電池スタック７の内部にパージされていた原燃料ガスを用いて可燃性ガス検知器２２の機能の診断を行うので、水素リッチガス及び原燃料ガス等の可燃性ガスの総排出量を低減させることができる。又、本実施の形態によっても、燃料電池発電システム３００の安全性を確実に確保することが可能となる。
【００６１】
（実施の形態４）
上述した本発明の実施の形態１〜３では、水素リッチガスを生成し供給する装置として改質装置を用い、燃料電池スタックに水素リッチガスを供給しているが、改質装置の代わりに水素ボンベを用い、燃料電池スタックに純水素を供給してもよい。以下、この改質装置の代わりに水素ボンベを用いる実施の形態について説明する。
【００６２】
本発明の実施の形態４では、燃料電池発電システムのパッケージの内部に水素ボンベを備える形態と、燃料電池発電システムのパッケージの外部に水素ボンベが配設される形態との２つの形態について、各々一例を挙げて説明する。
【００６３】
先ず、パッケージの内部に水素ボンベを備える燃料電池発電システムの構成について説明する。
【００６４】
図７は、本発明の実施の形態４に係る、パッケージの内部に水素ボンベを備える燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。尚、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。
【００６５】
図７に示すように、本実施の形態に係る燃料電池発電システム４００は、水素リッチガスの供給手段としての水素ボンベ２９をパッケージ１８の内部に備えている。この水素ボンベ２９の内部には、例えば圧縮水素が充填されている。そして、この水素ボンベ２９の出口部５には水素リッチガス供給経路６の一端が接続されており、この水素リッチガス供給経路６の他端は燃料電池スタック７の水素極８に接続されている。ここで、水素リッチガス供給経路６の所定位置には、分岐部２４ｂと開閉弁２７ｂとが配設されている。又、分岐部２４ｂには、可燃性ガス導入管２３が接続されている。ここで、この可燃性ガス導入管２３の所定の位置には、開閉弁２５ｂが配設されている。尚、本実施の形態では水素リッチガスの供給手段として水素ボンベ２９を用いるため、原燃料ガス供給経路４、原燃料ガス元弁２６、分岐部２４ａ、及び開閉弁２７ａ等の原燃料ガスを供給するための構成要素は削除されている。又、実施の形態１〜３では必要であったバーナ２も、同様に削除されている。このバーナ２の削除に伴って、燃料電池スタック７から排出される発電に用いられなかった水素リッチガスは、例えば、排水素経路１０を通って燃料電池発電システム４００の外部に放出される。更に、本実施の形態では、燃料電池スタック７に純水素を供給するため、三方弁１５，１６及びバイパス１４も削除されている。その他の点については、実施の形態２の場合と同様である。
【００６６】
次に、パッケージの外部に水素ボンベが配設される燃料電池発電システムの構成について説明する。
【００６７】
図８は、本発明の実施の形態４に係る、パッケージの外部に水素ボンベが配設される燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。尚、ここでも、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、その説明は省略する。
【００６８】
図８に示すように、本実施の形態に係る燃料電池発電システム５００は、水素リッチガスの供給手段としての水素ボンベ２９を備えていない。水素ボンベ２９は、燃料電池発電システム５００のパッケージ１８の外部に設けられている。そして、水素ボンベ２９と燃料電池発電システム５００の分岐部２４ｂとが、延長された水素リッチガス供給経路６によって接続されている。つまり、本実施の形態では、燃料電池発電システム５００における水素リッチガス供給手段として、水素リッチガス供給経路６が用いられている。尚、その他の点については、本実施の形態に係る燃料電池発電システム４００の場合と同様である。
【００６９】
このように構成された燃料電池発電システム４００及び５００では、水素ボンベ２９から供給される純水素が用いられて、可燃性ガス検知器２２の自己診断が行われる。具体的には、開閉弁２５ｂ及び２７ｂが適宜操作されて、水素ボンベ２９から供給される純水素が可燃性ガス導入管２３を通して可燃性ガス検知器２２に向けて少量噴射される。これにより、可燃性ガス検知器２２の自己診断が行われる。このように、本実施の形態によっても、燃料電池発電システム４００及び５００の安全性を上述した実施の形態１〜３の場合と同様に確実に確保することが可能となる。
【００７０】
以上、本発明によれば、燃料電池発電システム１００〜５００が可燃性ガス検知器２２の可燃性ガスを検知する機能を自己診断するので、可燃性ガス検知器２２の動作不良等の発生を未然に防ぐことが可能になる。特に、本発明によれば、燃料電池発電システム１００〜５００では用いない可燃性ガス（例えば、燃料電池発電システム１００〜５００で発電のために用いられる純水素、水素リッチガス又はその原料を模擬した模擬ガスや、その他の自己診断のための点検用ガス）によって可燃性ガス検知器２２の機能を自己診断するのではなく、実際に燃料電池発電システム１００〜５００で用いられる純水素、水素リッチガス又はその原料（原燃料ガス）のその物を用いて可燃性ガス検知器２２の機能を自己診断するので、可燃性ガス検知器２２の自己診断を正確かつ確実に実施することが可能になるという効果が得られる。つまり、可燃性ガス検知器２２の自己診断を理想的に実施することが可能になる。そして、このような形態とすることにより、燃料電池発電システム１００〜５００の安全性を確実に確保することが可能になるという効果が得られる。
【００７１】
尚、本発明の実施の形態１〜４では燃料電池発電システムについて例示したが、この燃料電池発電システムに限らず、パッケージの内部に可燃性ガス検知器を有する装置全般に適用又は応用可能であることは言うまでもない。そのような装置についても、本発明で得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の燃料電池発電システムは、可燃性ガスの漏洩に対する安全性を確保すると共に、メンテナンスに係るコストを安価にする燃料電池発電システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る可燃性ガス検知器の自己診断のステップを示す流れ図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る可燃性ガス検知器の自己診断のステップを示す流れ図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る可燃性ガス検知器の自己診断のステップを示す流れ図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る他の燃料電池発電システムの構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図９】従来の燃料電池発電システムのシステム構成の一例を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  改質装置
２  バーナ
３  入口部
４  原燃料ガス供給経路
５  出口部
６  水素リッチガス供給経路
７  燃料電池スタック
８  水素極
９  酸素極
１０  排水素経路
１１  空気供給経路
１２  排空気経路
１３  空気ブロワ
１４  バイパス
１５  三方弁
１６  三方弁
１７  制御装置
１８  パッケージ
１９  吸入口
２０  排出口
２１  排気ファン
２２  可燃性ガス検知器
２３  可燃性ガス導入管
２４ａ〜２４ｃ  分岐部
２５ａ〜２５ｃ  開閉弁
２６  原燃料ガス元弁
２７ａ〜２７ｃ  開閉弁
２８  配線
２９  水素ボンベ
５１  パッケージ
５２  燃料供給装置
５３  燃料電池
５４  直交変換装置
５５  ファン
５６  吸入口
５７  可燃性ガス検知器
５８  空気出口
１００〜６００  燃料電池発電システム
【図１】
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【図２】
0004732723.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004732723.tif 000006
【図６】
0004732723.tif 000007
【図７】
0004732723.tif 000008
【図８】
0004732723.tif 000009
【図９】
0004732723.tif 000010