(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池からのアノードオフガスと前記燃料電池からのカソードオフガスとが燃焼されて燃焼排ガスを生成する燃焼部と、
前記酸化剤ガスを前記燃焼部に供給する酸化剤ガス供給装置と、
改質水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、
前記燃料電池、前記燃焼部および前記蒸発部を収容するケーシングと、
を備えた燃料電池システムであって、
屋内に設置され、少なくとも前記ケーシングおよび前記酸化剤ガス供給装置を収容する気密構造の燃料電池室と、
屋外からの空気を導入して前記燃料電池室内に吸気する吸気部、および前記燃料電池室内の空気を導出して前記屋外に排気する排気部を備えた換気排気ラインと、
前記燃料電池室内と前記燃料電池とを連通して、前記燃料電池室内の前記酸化剤ガスを含む空気を前記燃料電池に供給するカソードエア供給管、および前記燃焼部と前記燃料電池室の外部とを連通して、前記燃焼部で生成された燃焼排ガスを前記屋外に導出する排気管を備えた燃焼排気ラインと、
前記換気排気ラインの前記吸気部に設けられ、前記燃料電池室内に空気を吸気する第１ファンと、
前記換気排気ラインの前記排気部に設けられ、前記燃料電池室内より空気を排気する第２ファンと、
前記第１ファンおよび前記第２ファンを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池システムの停止運転の開始後、前記ケーシング内の水蒸気の発生が停止されるまで、前記第１ファンを駆動する燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムの発電中は、少なくとも前記第２ファンを駆動し、前記燃料電池室内を負圧に保つ請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１ファンの吸気能力よりも、前記第２ファンの排気能力を大きくした請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記蒸発部の温度変化が上昇から低下に移行したこと、前記蒸発部の温度が所定温度以下となったこと、前記燃料電池システムの発電が停止した後所定時間が経過したことのいずれか１つが検知された場合に、前記ケーシング内の水蒸気の発生が停止したと判断する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記屋内に、前記燃料電池室の前記吸気部および前記排気部にそれぞれ接続される燃焼装置を併設し、前記燃料電池システムの待機中であっても、前記燃焼装置の駆動信号に基づいて、前記第１ファンを駆動する請求項１ないし請求項４のいずれか１項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ものである。
【背景技術】
【０００２】
二重管ダクトから吸排気する屋内設置型の燃料電池システムとして、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のものは、屋外より取り入れたエアを、発電装置（燃料電池システム）内に導入して換気あるいは冷却する換気ラインと、発電に必要なエアをエアブロワで昇圧して供給するエアラインを有し、これら換気ラインとエアラインが分岐した構成となっている。
【０００３】
一方、燃料電池システム内のエアを排気する排気ラインには、排気ファンが設けられ、排気ファンによって燃料電池システム内のエアを排出した後に、燃料電池からの燃焼排気が混合され、二重管ダクトより屋外に排気されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５３０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のものは、燃料電池の停止時に、エアブロワを停止した状態で排気ファンを駆動すると、燃料電池システム内が負圧になり、燃料電池から水蒸気を含んだエアがエアブロワを逆流し、エアブロワ等が故障するおそれがある。なお、燃料電池システム内の負圧化は、二重管ダクトからなる煙突の吸排気圧差によっても起こり得る。
【０００６】
水蒸気を含んだエアがエアブロワを逆流するのを防止するためには、エアブロワを駆動すればよいが、燃料電池システム停止後などの燃料電池が高温の状態でエアブロワを駆動すると、高温の燃料電池にエアのみが供給され、燃料電池が酸化劣化する一因となり、好ましくない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、吸気側と排気側にそれぞれファンを設け、これらファンの駆動によって、燃料電池室内を負圧にしたり、正圧にしたりすることができる燃料電池システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、前記燃料電池からのアノードオフガスと前記燃料電池からのカソードオフガスとが燃焼されて燃焼排ガスを生成する燃焼部と、前記酸化剤ガスを前記燃焼部に供給する酸化剤ガス供給装置と、改質水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、前記燃料電池、前記燃焼部および前記蒸発部を収容するケーシングと、を備えた燃料電池システムであって、屋内に設置され、少なくとも前記ケーシングおよび前記酸化剤ガス供給装置を収容する気密構造の燃料電池室と、屋外からの空気を導入して前記燃料電池室内に吸気する吸気部、および前記燃料電池室内の空気を導出して前記屋外に排気する排気部を備えた換気排気ラインと、前記燃料電池室内と前記燃料電池とを連通して前記燃料電池室内の前記酸化剤ガスを含む空気を前記燃料電池に供給するカソードエア供給管、および前記燃焼部と前記燃料電池室の外部とを連通して、前記燃焼部で生成された燃焼排ガスを前記屋外に導出する排気管を備えた燃焼排気ラインと、前記換気排気ラインの前記吸気部に設けられ、前記燃料電池室内に空気を吸気する第１ファンと、前記換気排気ラインの前記排気部に設けられ、前記燃料電池室内より空気を排気する第２ファンと、前記第１ファンおよび前記第２ファンを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記燃料電池システムの停止運転の開始後、前記ケーシング内の水蒸気の発生が停止されるまで、前記第１ファンを駆動する燃料電池システムである。
【０００９】
請求項１に係る発明によれば、第１ファンの駆動によって、燃料電池室内を正圧化できるので、燃料電池システムの停止時等に燃料電池室内を正圧にすることにより、酸化剤ガス供給装置が停止されていても、従来のように、燃料電池室内が負圧になることによる悪影響を排除することができる。すなわち、燃料電池室内を正圧にすることにより、燃料電池を収納したケーシングから水蒸気を含んだエアが逆流することがなく、燃焼排気ラインより確実に排気することができる。また、燃料電池システムの停止運転の開始後、燃料電池を収納したケーシングからの水蒸気の発生が停止されるまで、第１ファンを駆動するので、ケーシング内の水蒸気の発生が停止されるまで、燃料電池室内を正圧に保つことができ、従来のように、燃料電池室内の負圧化によって、停止中の酸化剤ガス供給装置より水蒸気が逆流することがなく、酸化剤ガス供給装置（エアブロワ）等の故障を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明の特徴は、前記燃料電池システムの発電中は、少なくとも前記第２ファンを駆動し、前記燃料電池室内を負圧に保つ請求項１に記載の燃料電池システムである。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、燃料電池システムの発電中は、第２ファンを駆動して燃料電池室内を負圧に保つことができるので、仮に燃料電池を収納するケーシングより燃料電池室内にガスが流出した場合でも、燃料電池室内より周囲の屋内にガスが流出することを確実に抑制することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明の特徴は、前記第１ファンの吸気能力よりも、前記第２ファンの排気能力を大きくした請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムである。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、第１ファンの吸気能力よりも、第２ファンの排気能力を大きくしたので、第１ファンを駆動して燃料電池室内を冷却・換気しながら、燃料電池室内を負圧化することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明の特徴は、前記制御装置は、前記蒸発部の温度変化が上昇から低下に移行したこと、前記蒸発部の温度が所定温度以下となったこと、前記燃料電池システムの発電が停止した後所定時間が経過したことのいずれか１つが検知された場合に、前記ケーシング内の水蒸気の発生が停止したと判断する請求項１に記載の燃料電池システムである。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、例えば、蒸発部の温度を検出する温度センサが故障した場合でも、あるいはまた、時間経過を検出するタイマーが故障した場合でも、第１ファンが駆動し続けることがないので、燃料電池システムの待機時の消費電力の増大を抑制することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明の特徴は、前記屋内に、前記燃料電池室の前記吸気部および前記排気部にそれぞれ接続される燃焼装置を併設し、前記燃料電池システムの待機中であっても、前記燃焼装置の駆動信号に基づいて、前記第１ファンを駆動する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システムである。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、燃料電池システムの待機中であっても、燃焼装置の駆動信号に基づいて、第１ファンを駆動するので、燃料電池システムの待機中であっても、燃焼装置が駆動されている間は、燃料電池室内を正圧に保つことができ、燃焼装置の排ガス等が燃料電池室側に逆流することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による燃料電池システムと燃焼装置との排気が煙突で連結された状態を示す概要図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概要を示す概要図である。
【図３】図２に示す燃料電池システムのファン等の作動を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて、図面に基づいて説明する。図１に示すように、燃料電池システム１００は、ボイラーなどの燃焼装置１８を併設して屋内に設置されている。燃焼装置１８は、例えば、炭化水素系の原料ガスを給湯のために空気とともに燃焼させて使用するものであり、燃焼装置１８の煙突１８ａは、燃料電池システム１００の煙突部５３と連通した構造となっている。
【００２２】
図２に示すように、燃料電池システム１００は、発電ユニット１０、および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。
【００２３】
燃料電池モジュール１１は、燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１には、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給される。具体的には、燃料電池モジュール１１には、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａには、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１には、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂには、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１には、一端が酸化剤ガス供給装置としてのカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。
【００２４】
熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに、貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図２にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２には、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２には、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。
【００２５】
熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ、凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通り燃焼排ガス用排気口１０ｅを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。
【００２６】
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
【００２７】
さらに、インバータ装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し、所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し、所定の直流電圧に変換して補機や後述する制御装置１５に出力する。補機は、燃料電池モジュール１１に改質用原料、水、空気を供給するためのモータ駆動の改質水ポンプ１１ｂ１，原料ポンプ１１ａ１、およびカソードエアブロワ１１ｃ１などから構成されている。これらの補機は直流電圧にて駆動されるものである。
【００２８】
燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３、燃料電池３４および燃焼部３６を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
【００２９】
蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部３３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００３０】
蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。蒸発部３２は、蒸発部３２内の温度を検出する温度センサ３２ａを備えている。温度センサ３３ａは、その検出結果を制御装置１５に送信するようになっている。
【００３１】
改質部３３は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部３３は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３４に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
【００３２】
改質部３３は、改質用原料と改質水（水蒸気）とが流入する部位の温度を検出する温度センサ３３ａを備えている。温度センサ３３ａは、改質部３３の改質用原料と改質水（水蒸気）とが流入する部位に設けられている。温度センサ３３ａは、その検出結果を制御装置１５に送信するようになっている。改質部３３は、改質ガスが流出する部位の温度を検出する温度センサ３３ｂを備えている。温度センサ３３ｂは、改質部３３の改質ガスが流出する部位に設けられている。温度センサ３３ｂは、その検出結果を制御装置１５に送信するようになっている。
【００３３】
燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。なお、水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部３３は省略することができる。
【００３４】
セル３４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。燃料電池３４は、燃料電池３４の温度を検出する温度センサ３４ｄを備えている。温度センサ３４ｄは、その検出結果を制御装置１５に送信するようになっている。
【００３５】
燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され、上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され、上端から導出されるようになっている。
【００３６】
燃焼部３６は、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間に設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて改質部３３を加熱する。
【００３７】
燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７が発生している。燃焼部３６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が設けられている。また、燃焼部３６には、燃焼部３６の温度を検出するための一対の温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２が設けられている。温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２は、その検出結果を制御装置１５に送信するようになっている。
【００３８】
筐体１０ａは、中パネル１０ｂによって、気密構造の燃料電池室Ｒ１と排気ダクト室Ｒ２に区画されている。燃料電池室Ｒ１内には、燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５が配置されている。燃料電池室Ｒ１には、燃料電池室Ｒ１内の温度を検出する温度センサ１１ｆが設けられている。排気ダクト室Ｒ２内には、換気排気用ダクト５１および燃焼排気用ダクト５２が配置されている。
【００３９】
燃料電池室Ｒ１の一辺を構成する中パネル１０ｂには、燃料電池室Ｒ１内に外気を吸い込むための吸気口１０ｃ、燃料電池室Ｒ１内の空気を屋外に排出するための換気用排気口１０ｄ、および熱交換器１２からの燃焼排ガスを外部に排出するための燃焼排ガス用排気口１０ｅが形成されている。
【００４０】
吸気口１０ｃには、第1換気ファン（第１ファン）４１が設けられている。第1換気ファン４１は、排気ダクト室Ｒ２から空気を吸引して、後述する制御室Ｒ３を介して燃料電池室Ｒ１内に空気を流入する。
【００４１】
換気用排気口１０ｄには、換気排気用ダクト５１が接続されている。換気排気用ダクト５１の他端は、煙突部５３の内管５３ａに接続されている。換気用排気口１０ｄには、第２換気ファン（第２ファン）４２が設けられている。ここで、第２換気ファン４２の排気能力は、第１換気ファン４１の吸気能力より大きい。
【００４２】
第２換気ファン４２は、燃料電池室Ｒ１内の空気を換気排気用ダクト５１を介して煙突部５３の内管５３ａより屋外に排気するものである。第２換気ファン４２が駆動されると、燃料電池室Ｒ１内の空気（換気排気）が、換気用排気口１０ｄ、換気排気用ダクト５１および煙突部５３の内管５３ａを通って屋外に排出される（破線の矢印で示す）。
【００４３】
燃料電池室Ｒ１内には、制御室Ｒ３が形成され、制御室Ｒ３の一端は、吸気口１０ｃに接続され、制御室Ｒ３の他端は、燃料電池室Ｒ１内に接続されている。制御室Ｒ３内には、インバータ装置１３と制御装置１５が収納されている。これにより、第1換気ファン４１によって吸気口１０ｃより取り込まれた空気は、制御室Ｒ３内を通過して燃料電池室Ｒ１内に送り込まれ、制御室Ｒ３に収納されたインバータ装置１３および制御装置１５を冷却する。
【００４４】
換気排気ラインＫＬは、筐体１０ａ内に設けられ、外部からの空気を吸い込む吸気口１０ｃ、および筐体１０ａ内に設けられ、燃料電池室Ｒ１内の空気を排出する換気用排気口１０ｄを備えるものである。換気排気ラインＫＬは、吸気口１０ｃから第１換気ファン４１により導入した外部からの空気を、筐体１０ａ内部に区画された燃料電池室Ｒ１内に流通させて換気用排気口１０ｄから導出する。吸気口１０ｃによって、換気排気ラインＫＬの吸気部が構成され、換気用排気口１０ｄによって、換気排気ラインＫＬの排気部が構成されている。
【００４５】
燃焼排ガス用排気口１０ｅには、燃焼排気用ダクト５２の一端が接続されている。燃焼排気用ダクト５２の他端は、換気排気用ダクト５１に接続されている。燃料電池システム１００の発電中において、燃料電池モジュール１１から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス用排気口１０ｅ、および燃焼排気用ダクト５２を通って換気排気用ダクト５１に導出され（一点鎖線の矢印で示す）、換気排気と合流される。そして、換気排気用ダクト５１および煙突部５３の内管５３ａを通って屋外に排出される。
【００４６】
燃焼排気ラインＮＬは、燃料電池室Ｒ１と燃料電池３４とを連通して燃料電池室Ｒ１内の酸化剤ガスを含む空気を燃料電池３４に供給するカソードエア供給管１１ｃ、および燃焼部３６と燃料電池室Ｒ１の外部とを連通して、燃焼部３６で生成された燃焼排ガスを屋外に導出する排気管１１ｄを備えるものである。燃焼排気ラインＮＬは、換気排気ラインＫＬの途中からカソードエア供給管１１ｃによって分岐して独立に設けられている。
【００４７】
煙突部５３は、内管５３ａと外管５３ｂとからなる２重管構造で構成されている。内管５３ａと外管５３ｂとの間に、吸気用流路ＦＰ１が形成されている。吸気用流路ＦＰ１は、屋外と排気ダクト室Ｒ２とを連通している。外気は、吸気用流路ＦＰ１を通って排気ダクト室Ｒ２内に流入（吸気）される。なお、図示してないが、燃焼装置１８の煙突１８ａ（図１参照）も、同様な２重管構造で構成されている。
【００４８】
制御装置１５は、燃料電池システム１００の運転状況に応じて、第１換気ファン４１および第２換気ファン４２を制御する。以下、図３のタイムチャートに基づいて、第１換気ファン４１および第２換気ファン４２を制御する一形態を説明する。
【００４９】
燃料電池システム１００が、待機状態である場合には、原料ポンプ１１ａ１、カソードエアブロワ１１ｃ１、第１換気ファン４１および第２換気ファン４２は、それぞれ停止されている。また、蒸発部３２の温度Ｔｊは、燃料電池システム１００の待機中においては、ほぼ室温に保たれている。なお、本実施の形態においては、煙突部５３への外気の影響による吸排気圧差によって、煙突部５３に接続された燃料電池室Ｒ１内の圧力Ｐｎが負圧となっているものとする。
【００５０】
燃料電池システム１００の図略の起動スイッチがオンされると、燃料電池システム１００が起動され、暖機運転（燃料電池システムが発電運転しないものの改質部３３および燃料電池３４を発電運転温度まで昇温させる）を開始する。
【００５１】
暖機運転が開始されると、制御装置１５は、補機を作動させる。具体的には、制御装置１５は、原料ポンプ１１ａ１，改質水ポンプ１１ｂ１を作動させ、蒸発部３２に改質用原料および凝縮水（改質水）の供給を開始する。また、カソードエアブロワ１１ｃ１を作動させ、燃料電池３４にカソードエアの供給を開始する。そして、燃焼部３６において、燃料電池３４から導出されたアノードオフガスが着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２によって着火される。改質部３３や燃料電池３４などの温度が所定温度以上となれば、暖気運転が終了し、発電運転を開始する。発電運転中では、制御装置１５は、燃料電池３４の発電する電力が、外部電力負荷１６ｃの消費電力となるように補機を制御して、改質ガスおよびカソードエアを燃料電池３４に供給する。
【００５２】
一方、暖機運転が開始されると、図３に示すように、第１換気ファン４１および第２換気ファン４２がそれぞれ駆動される。この際、第１換気ファン４１の吸気能力よりも、第２換気ファン４２の排気能力のほうが大きいので、燃料電池室Ｒ１内の負圧はさらに高められ、燃料電池室Ｒ１内の温度は低下する。
【００５３】
燃料電池室Ｒ１内が負圧に保たれることにより、仮に改質用原料および燃料などの可燃ガスがケーシング３１内より燃料電池室Ｒ１内に流出しても、燃料電池室Ｒ１内より周囲の屋内に可燃ガスが流出することを抑制でき、可燃ガスを換気排気ラインＫＬの換気用排気口１０ｄより煙突部５３を介して屋外に排出でき、安全性を高めることができる。
【００５４】
燃料電池システム１００の燃料電池３４の温度が発電可能な温度まで上昇すると、燃料電池システム１００は暖機運転から発電運転に移行される。このとき、蒸発部３２の温度も、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する温度まで上昇している。
【００５５】
燃料電池システム１００の図略の起動スイッチがオフされると、燃料電池システム１００は、発電運転から停止／待機状態に移行される。
【００５６】
燃料電池システム１００が、停止／待機状態に移行されると、制御装置１５は、原料ポンプ１１ａ１およびカソードエアブロワ１１ｃ１を停止させ、改質用原料およびカソードエアの供給を停止させる。
【００５７】
同時に、制御装置１５は、第２換気ファン４２を停止制御するととともに、第１換気ファン４１をデューティー制御して、発電運転中の回転速度よりも高い回転速度で駆動制御する。これにより、燃料電池室Ｒ１内の圧力Ｐｎが上昇され、燃料電池室Ｒ１内の圧力は、負圧から正圧に切り替えられる。
【００５８】
従って、燃料電池システム１００の待機時に、カソードエアブロワ１１ｃ１が停止されても、燃料電池室Ｒ１内が正圧に保持されることにより、蒸発部３２で発生した水蒸気を含んだ空気が、燃料電池３４を収納したケーシング３１からカソードエアブロワ１１ｃ１を介して燃料電池室Ｒ１内に逆流することがない。
【００５９】
すなわち、燃料電池システム１００の停止運転の開始に伴って、言い換えれば、第２換気ファン４２が停止され、カソードエアおよび改質用原料の供給が停止する停止処理に移行した後、第１換気ファン４１を駆動制御することにより、燃料電池室Ｒ１内を正圧に保つので、ケーシング３１から水蒸気を含んだ空気がカソードエアブロワ１１ｃ１を介して燃料電池室Ｒ１内に逆流することがなく、燃焼排気ラインＮＬより排気される。
【００６０】
なお、上記した実施の形態においては、第１換気ファン４１をデューティー制御して、第２換気ファン４２との吸引力差によって、燃料電池室Ｒ１内を、負圧もしくは正圧に保持できるようにした。しかしながら、第２換気ファン４２の駆動時には第１換気ファン４１を停止させ、第２換気ファン４２の停止時には第１換気ファン４１を駆動させても、燃料電池室Ｒ１内を、負圧若しくは正圧に保持することができ、デューティー制御は必ずしも必要ではない。
【００６１】
燃料電池システム１００の待機運転の開始に伴って、燃料電池３４を収納したケーシング３１内の水蒸気の発生の停止（終了）が検知されると、第１換気ファン４１は停止制御される。これにより、水蒸気の発生が停止しているので、第１換気ファン４１を停止して、燃料電池室Ｒ１内が負圧になっても、水蒸気を含んだ空気がカソードエアブロワ１１ｃ１より逆流することはない。
【００６２】
ケーシング３１内の水蒸気の発生の停止は、例えば、図３の（１）に示すように、蒸発部３２の温度Ｔｊが上昇から低下に変化したことを判定することによって検知できる。具体的には、制御装置１５によって、蒸発部３２の温度Ｔｊを検出する温度センサ３２ａの検出温度を一定時間毎にサンプリングし、サンプリングした前後２つの検出温度を比較することによって、蒸発部３２の温度Ｔｊが上昇から低下に変化したと判定することができる。この場合、蒸発部３２の温度Ｔｊが上昇から低下に変化したことを、連続して複数回検出した場合に、蒸発部３２の温度Ｔｊが上昇から低下に変化したと判定してもよい。
【００６３】
また、ケーシング３１内の水蒸気の発生の停止は、例えば、図３の（２）に示すように、蒸発部３２の温度Ｔｊを検出する温度センサ３２ａによって、蒸発部３２の温度Ｔｊが予め設定された判定温度Ｔｓ以下となったことで、判定することができる。この場合、判定温度は、水蒸気が発生しない温度に設定される。
【００６４】
あるいはまた、ケーシング３１内の水蒸気の発生の停止は、例えば、図３の（３）に示すように、燃料電池システム１００の停止運転の開始後、所定時間ｔ１が経過したことを、図略のタイマーで検知することによって、判定することができる。この場合、所定時間ｔ１は、燃料電池システム１００の停止運転の開始後、水蒸気の発生が停止するに十分な時間に設定される。
【００６５】
なお、燃料電池システム１００の運転時（暖機運転、発電運転）においては、燃料電池システム１００から煙突部５３に向かって換気エアおよび燃焼排気が排出されるため、ボイラー等の燃焼装置１８（図１参照）が駆動されていても、燃焼装置１８の排ガスが燃料電池システム１００側に逆流することはない。一方、燃料電池システム１００の停止時においては、燃焼装置１８が駆動されている間は、第１換気ファン４１が駆動されるので、第１換気ファン４１によって、燃料電池室Ｒ１内を正圧に保つことができ、燃焼装置１８の排ガス等が燃料電池システム１００（燃料電池室Ｒ１）に逆流することを抑制できる。
【００６６】
上記した実施の形態によれば、燃料電池システム１００は、換気排気ラインＫＬの吸気口（吸気部）１０ｃに設けられ、燃料電池室Ｒ１内に空気を吸気する第１換気ファン（第１ファン）４１と、換気排気ラインＫＬの換気用排気口（排気部）１０ｄに設けられ、燃料電池室Ｒ１内より空気を排気する第２換気ファン（第２ファン）４２とを備えている。
【００６７】
これにより、吸気口１０ｃに設けた第１換気ファン４１の駆動によって、燃料電池室Ｒ１内を正圧に保つことができるので、燃料電池システム１００の待機時等に燃料電池室Ｒ１内を正圧化することにより、カソードエアブロワ１１ｃ１が停止されていても、従来のように、燃料電池室Ｒ１内が負圧になることによる悪影響を排除することができる。すなわち、燃料電池室Ｒ１内を正圧にすることにより、燃料電池３４を収納したケーシング３１から水蒸気を含んだエアが逆流することがなく、燃焼排気ラインＮＬより確実に排気することができる。
【００６８】
しかも、換気用排気口１０ｄに設けた第２換気ファン４２の駆動によって、燃料電池システム１００の発電運転中は、燃料電池室Ｒ１内を負圧にできるので、仮に燃料電池３４を収納したケーシング３１より燃料電池室Ｒ１内に改質用原料および燃料などの可燃ガスが流出しても、燃料電池室Ｒ１の周囲の屋内に可燃ガスが流出することがない。
【００６９】
上記した実施の形態によれば、第１換気ファン４１の吸気能力よりも、第２換気ファン４２の排気能力を大きくしたので、第１換気ファン４１を駆動して燃料電池室Ｒ１内を冷却・換気しながら、第２換気ファン４２によって燃料電池室Ｒ１内を負圧にすることができる。
【００７０】
上記した実施の形態によれば、燃料電池システム１００の停止運転の開始後、燃料電池３４を収納したケーシング３１からの水蒸気の発生が停止されるまで、第１換気ファン４１を駆動するので、ケーシング３１内の水蒸気の発生が停止されるまで、燃料電池室Ｒ１内を正圧に保つことができる。これによって、従来のように、燃料電池室Ｒ１内の負圧化によって、停止中のカソードエアブロワ１１ｃ１よりケーシング３１内の水蒸気が逆流することがなく、カソードエアブロワ１１ｃ１等の故障を抑制することができる。
【００７１】
上記した実施の形態によれば、ケーシング３１内の水蒸気の発生の停止を、蒸発部３２の温度が上昇から低下に変化したことで検知するので、水蒸気の発生の停止を、蒸発部３２の温度変化に基づいて的確に判断することができる。
【００７２】
上記した実施の形態によれば、ケーシング３１内の水蒸気の発生の停止を、蒸発部３２の温度が所定温度以下となったことで検知するので、水蒸気の発生の停止を、簡単に判断することができる。
【００７３】
上記した実施の形態によれば、ケーシング３１内の水蒸気の発生の停止を、燃料電池システム１００の発電運転が停止した後、所定時間が経過したことで検知するので、発電停止後、十分な時間経過を設定することで、水蒸気の発生の停止を、簡単に判断することができる。
【００７４】
上記した実施の形態によれば、燃料電池システム１００の待機中であっても、燃焼装置１８の駆動信号に基づいて、第１換気ファン４１を駆動するので、燃料電池システム１００の待機中であっても、燃焼装置１８が駆動されている間は、第１換気ファン４１によって燃料電池室Ｒ１を正圧に保つことができ、燃焼装置１８の排ガス等が燃料電池室Ｒ１側に逆流することを抑制できる。
【００７５】
上記した実施の形態においては、第１換気ファン４１の吸気能力よりも、第２換気ファン４２の排気能力を大きくした例について述べたが、第１換気ファン４１と第２換気ファン４２の能力を同じにし、燃料電池室Ｒ１内を負圧にする場合は、第２換気ファン４２のみを駆動し、燃料電池室Ｒ１内を正圧にする場合は、第１換気ファン４１のみを駆動するようにしてもよい。また、第１換気ファン４１、第２換気ファン４２の能力を同じにし、デューティー値の違いにより第１換気ファン４１側の換気能力を大きくしてもよい。
【００７６】
また、上記した実施の形態においては、燃料電池システム１００の停止運転の開始後の、ケーシング３１内の水蒸気の発生の停止を、蒸発部３２の温度が上昇から低下に変化したこと、蒸発部３２の温度が所定温度以下となったこと、あるいは、燃料電池システム１００の発電が停止した後、所定時間が経過したことで検知するようにしたが、それらのうちのいずれか１つが検知された場合に、ケーシング３１内の水蒸気の発生が停止したと判断するようにしてもよい。
【００７７】
これにより、例えば、蒸発部３２の温度を検出する温度センサ３２ａが故障した場合でも、あるいはまた、時間経過を検出するタイマーが故障した場合でも、第１換気ファン４１が駆動し続けることがないので、燃料電池システム１００の待機時の消費電力の増大を抑制することができる。
【００７８】
斯様に、上記した実施の形態で述べた具体的構成は、本発明の一例を示したものにすぎず、本発明はそのような具体的構成に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得るものである。
【符号の説明】
【００７９】
１０ａ…筐体、１０ｃ…吸気部（吸気口）、１０ｄ…排気部（換気用排気口）、１１…燃料電池モジュール、１１ｃ…カソードエア供給管、１１ｃ１…酸化剤ガス供給装置（カソードエアブロワ）、１１ｄ…排気管、１３…インバータ装置、１５…制御装置、１８…燃焼装置、３１…ケーシング、３２…蒸発部、３２ａ…温度センサ、３４…燃料電池、３６…燃焼部、４１…第１ファン（第１換気ファン）、４２…第２ファン（第２換気ファン）、Ｒ１…燃料電池室、Ｒ３…制御室、ＫＬ…換気排気ライン、ＮＬ…燃焼排気ライン。
【図１】
0006424493.tif 000002
【図２】
0006424493.tif 000003
【図３】
0006424493.tif 000004