(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、
前記燃料電池および前記燃焼部を収容するケーシングと、
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１ファンと、
前記換気排気ラインの前記吸気部に設けられ、通常は前記燃料電池室外より前記燃料電池室内への空気の流通を阻止し、前記燃料電池室内が負圧になった場合に開弁して前記燃料電池室外より前記燃料電池室内への空気の流通を可能にする逆止弁と、
前記逆止弁の吸入部側もしくは排出部側に設けられ、前記吸気部より前記燃料電池室内に空気を吸気する第２ファンと、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、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、
前記燃焼装置の煙突は、前記燃料電池システムの煙突部と連通し、
前記燃料電池システムの前記煙突部は、内管と外管とからなる２重管構造で構成されており、前記内管と前記外管との間に、吸気用流路が形成されており、
前記吸気部は前記吸気用流路と連通し、前記排気部は前記内管と連通し、
前記燃料電池システムは、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２ファンを駆動する燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池室内に接続され、前記燃料電池で発電された電力を交流電力に変換するインバータ装置および制御装置を収納する制御室を設け、前記第２ファンで吸気された空気を前記制御室内を通って前記燃料電池室内に流入させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御室内に温度センサを設け、前記温度センサによって前記制御室内の温度が判定温度以上になったことが検知されたことに基づいて、換気不良信号を出力する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
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前記燃焼装置を併設し、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】
二重管ダクトを利用して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あるいは特許文献２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、吸気側ダクトを通じて吸気し、燃料電池からの燃焼排気およびカソードオフガスや、システム内を換気する換気エアを、混合して排気側ダクトに放出し、排気側ダクトのガス混合部に換気ファンを設けた構成となっている。
【０００３】
特許文献１に記載のものは、換気ファンによって吸引排気するようになっているため、燃料電池システム内を外部より若干低い圧力に保つことができる。従って、燃料電池よりガスが漏れても、周囲の屋内にガスが漏れることがなく、排気側ダクトより屋外に放出することが可能となる。
【０００４】
一方、特許文献２に記載のものは、燃焼排気、カソードエアをポンプで吸引することで、吸気ダクトからエアを吸い、燃焼排気、カソードオフガスなどの排気ガスを排気ダクトに放出するように構成されている。また、併設のボイラーの排ガス凝縮によって生じた水滴が燃料電池システムに混入するのを抑制するために、ボイラーの排気口より燃料電池システムを上方に設置した構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５３０２０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９９０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のものにおいては、燃料電池システムにボイラーを併設した場合、燃料電池システムの停止時、すなわち、換気ファンの停止に、ボイラーの排気が排気口を通って燃料電池システム側に逆流するおそれがある。その場合、ボイラーから排気される排気中の水蒸気の凝縮などで機器に故障が発生する。また、ボイラーから排気される未燃焼ガスによってガスセンサが作動し、ガス漏れと誤報するおそれがある。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のものにおいては、ボイラーの排気口より燃料電池システムを上方に設置したことにより、ボイラーの排ガス凝縮によって生じた水滴を燃料電池システム内に混入することは抑制できるが、ボイラーの排ガスの流入を抑制することは困難であり、特許文献１に記載のものと同様の課題が生ずる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃焼装置の吸排気を、燃料電池システムと同一の吸排気ダクトを利用して行う場合でも、燃焼装置から燃料電池室内への排ガスの流入を抑制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】
【０００９】
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、前記燃料電池および前記燃焼部を収容するケーシングと、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１ファンと、前記換気排気ラインの前記吸気部に設けられ、通常は前記燃料電池室外より前記燃料電池室内への空気の流通を阻止し、前記燃料電池室内が負圧になった場合に開弁して前記燃料電池室外より前記燃料電池室内への空気の流通を可能にする逆止弁と、逆止弁の吸入部側もしくは排出部側に設けられ、吸気部より燃料電池室内に空気を吸気する第２ファンと、を備えた燃料電池システムであって、燃料電池システムは、屋内に、燃料電池室の吸気部および排気部にそれぞれ接続される燃焼装置を併設し、燃焼装置の煙突は、燃料電池システムの煙突部と連通し、燃料電池システムの煙突部は、内管と外管とからなる２重管構造で構成されており、内管と外管との間に、吸気用流路が形成されており、吸気部は吸気用流路と連通し、排気部は内管と連通し、燃料電池システムは、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、前記第２ファンを駆動する燃料電池システムである。
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、換気排気ラインの吸気部に逆止弁を設けることで、燃料電池システムの待機時に、燃料電池室内を気密状態に保つことができるので、燃焼装置の吸排気を、燃料電池システムと同一の吸排気ダクトを利用して行う場合でも、燃焼装置から燃料電池室内への排ガスの流入を抑制することができる。しかも、逆止弁を換気排気ラインの吸気側に設けたので、燃焼装置の排ガスの凝縮水の付着等によって、逆止弁が作動不良を起こすこともない。
さらに、逆止弁の吸入部側もしくは排出部側に、燃料電池室内に空気を吸気する第２ファンを設けたので、第２ファンの駆動によって逆止弁を迅速に開弁させることができる。
さらに、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２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。また、逆止弁に加えてより逆流を防止することが可能となる。
【００１３】
請求項２に係る発明の特徴は、前記燃料電池室内に接続され、前記燃料電池で発電された電力を交流電力に変換するインバータ装置および制御装置を収納する制御室を設け、前記第２ファンで吸気された空気を前記制御室内を通って前記燃料電池室内に流入させる請求項１に記載の燃料電池システムである。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、第２ファンで吸気された空気を、インバータ装置および制御装置を収納する制御室内を通って燃料電池室内に流入させるので、第２ファンによって、インバータ装置などの電気機器を適切に冷却することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明の特徴は、前記制御室内に温度センサを設け、前記温度センサによって前記制御室内の温度が判定温度以上になったことが検知されたことに基づいて、換気不良信号を出力する請求項２に記載の燃料電池システムである。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、制御室内に設けた温度センサによって、制御室内の温度が設定温度以上になったことが検出されたことに基づいて、換気不良信号を出力するので、容積の小さな制御室Ｒ３内の温度上昇に基づいて、換気不良を迅速に検出することができる。
【００１７】
請求項４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に記載の燃料電池システムである。
【００１８】
請求項４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、第１ファンによる排気作用によって、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】
【００２１】
【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に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図４】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図５】本発明の第１変形例に係る燃料電池システムの一部を示す概要図である。
【図６】本発明の第２変形例に係る燃料電池システムの一部を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
吸気口１０ｃには、逆止弁４１が設けられている。逆止弁４１は、排気ダクト室Ｒ２から燃料電池室Ｒ１への空気の流れを許容するものである。しかしながら、逆止弁４１は、燃料電池室Ｒ１内の圧力が排気ダクト室Ｒ２の圧力と同一の通常時においては、排気ダクト室Ｒ２から燃料電池室Ｒ１内への空気の流通を阻止している。そして、燃料電池室Ｒ１内が負圧になった場合に、燃料電池室Ｒ１内と排気ダクト室Ｒ２内との圧力差によって開弁し、排気ダクト室Ｒ２から燃料電池室Ｒ１内への空気の流通を可能にするように構成されている。
【００４２】
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１換気ファン（第１ファン）４２が設けられている。第１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１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、吸気口１０ｃより吸気された換気用の空気は、制御室Ｒ３内を流通して燃料電池室Ｒ１内に流入され、インバータ装置１３および制御装置１５を冷却する。
【００４４】
制御室Ｒ３には、制御室Ｒ３内の温度を検出する温度センサ４３が設けられている。温度センサ４３は、その検出結果を制御装置１５に送信する。これにより、制御室Ｒ３内が換気不良等によって予め設定された判定温度以上に上昇すると、制御装置１５より換気不良信号が出力され、燃料電池システム１００が停止されるようになっている。
【００４５】
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から逆止弁４１を介して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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
次に、燃料電池システム１００の動作について説明する。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およびカソードエアブロワ１１ｃ１は、それぞれ停止されている。
【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】
また、制御装置１５は、一定時間毎に、図３に示すフローチャートに対応するプログラムを実行する。
【００５３】
制御装置１５は、ステップＳ１０２において、燃料電池システム１００が、発電運転中なのか、待機中で停止しているかを判断する。ステップＳ１０２で運転中と判断された場合、すなわち、ステップＳ１０２の判断結果がＮの場合には、ステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４においては、燃料電池室Ｒ１内の温度、あるいは制御室Ｒ３内の温度に応じて、第１換気ファン４２がデューティー制御される。
【００５４】
例えば、燃料電池室Ｒ１内あるいは制御室Ｒ３内の温度が所定値より高い場合には、デューティーを上昇（第１換気ファン４２の回転速度を増加）させて、燃料電池室Ｒ１内あるいは制御室Ｒ３内の温度上昇を抑制する制御を行う。逆に、燃料電池室Ｒ１内あるいは制御室Ｒ３内の温度が低い場合には、デューティーを下降（第１換気ファン４２の回転速度を減少）させて、消費電力を低減する制御を行う。
【００５５】
なお、燃料電池システム１００の運転中（発電中）は、燃料電池３４を収納したケーシング３１より燃料電池室Ｒ１内に可燃ガスが流出することも考慮して、第１換気ファン４２によって燃料電池室Ｒ１内を負圧状態に保ち、仮に燃料電池室Ｒ１内に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のを抑制するようにしている。この場合、燃料電池室Ｒ１内を換気エアが流れない状態を抑止すればよいので、第１換気ファン４２は、最低のデューティーで駆動すればよい。なお、第１換気ファン４２のデューティー制御は、消費電力を低減できるうえで有効であるが、第１換気ファン４２を単にオン、オフ制御するものであってもよい。
【００５６】
また、第１換気ファン４２を駆動することで、換気排気ラインＫＬの換気用排気口１０ｄから換気排気用ダクト５１に向けて空気の流れが形成されるため、燃焼装置（ボイラー）１８が駆動されていても、燃焼装置１８の排ガスが換気排気用ダクト５１を介して燃料電池室Ｒ１側に逆流することはない。
【００５７】
また、吸気口１０ｃ側に設けた逆止弁４１は、燃料電池室Ｒ１内を負圧を維持するように開弁するので、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、可燃ガスは換気排気ラインＫＬを介して屋外に排出され、安全性を高めることができる。
【００５８】
ステップＳ１０２の判断結果がＹ、すなわち、燃料電池システム１００が待機状態であると判断された場合には、ステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６において制御装置１５は、燃焼装置１８の状態信号を取り込み、燃焼装置１８が駆動中か否かを判断する。ステップＳ１０６の判断結果がＮの場合、すなわち、燃焼装置１８が停止中の場合には、ステップＳ１０８に移行し、第１換気ファン４２を停止する。この場合、燃焼装置１８が駆動していないため、燃焼装置１８からの排ガスの逆流もないので、第１換気ファン４２の停止によって、消費電力の低減が可能となる。
【００５９】
ステップＳ１０６の判断結果がＹの場合、すなわち、燃焼装置１８が駆動中の場合には、ステップＳ１１０に移行し、第１換気ファン４２を駆動させる。第１換気ファン４２の駆動によって、燃料電池システム１００から換気排気ラインＫＬへの空気の流れができるため、燃焼装置１８が駆動していても、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。
【００６０】
なお、燃料電池システム１００の待機時は、燃料電池室Ｒ１内の発熱部位もなく、原料ガス等も弁によって供給が停止されているため、燃料電池システム１００の発電時のような冷却・換気の機能は必要としない。そのため、消費電力を低減するうえからも、換気排気ラインＫＬに沿って燃料電池室Ｒ１内を空気が流れる最低のデューティーで第１換気ファン４２を駆動することが好ましい。
【００６１】
上記したフローを一定時間毎に実行することで、消費電力を低減した上で、燃料電池システム１００の運転状態、燃焼装置１８の運転状態に拘らず、燃焼装置１８から燃料電池システム１００への排ガスの逆流を抑制することが可能となり、燃焼装置１８からの排ガスの逆流による凝縮水などの付着によって機器が故障したり、ガス漏れと誤検知するなどの不具合を発生させることがない。
【００６２】
また、制御装置１５は、一定時間毎に、図４に示すフローチャートに対応するプログラムを実行する。
【００６３】
制御装置１５は、ステップＳ２０２において、制御室Ｒ３内に設けられた温度センサ４３によって検出された検出温度を読み込む。次いで、制御装置１５は、ステップＳ２０４において、読み込んだ温度センサ４３の検出温度が、予め設定された判定温度Ｔｓより高いか否かを判断する。温度センサ４３の検出温度が判定温度Ｔｓ以下の場合（判断結果がＮ）は、プログラムは終了されるが、温度センサ４３の検出温度が判定温度Ｔｓ以上の場合（判断結果がＹ）には、制御室Ｒ３内の温度が、換気不良のため温度上昇していると判断し、ステップＳ２０６において、換気不良信号を出力する。
【００６４】
これにより、逆止弁４１が固着するなどの要因によって、燃料電池室Ｒ１内に空気が吸気されず、インバータ装置１３および制御装置１５が冷却されずに温度が上昇した場合には、温度センサ４３の検出温度に基づいて換気異常を検知し、換気不良信号を出力することができる。これによって、燃料電池システム１００を停止させることができる。
【００６５】
しかも、燃料電池室Ｒ１に比べて容積の小さな制御室Ｒ３内の温度上昇に基づいて、換気・冷却不良を検知することができるので、換気異常を迅速に検知して出力することができる。
【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１換気ファン（第１ファン）４２と、換気排気ラインＫＬの吸気口（吸気部）１０ｃに設けられ、通常は燃料電池室Ｒ１外より燃料電池室Ｒ１内への空気の流通を阻止し、燃料電池室Ｒ１内が負圧になった場合に開弁して燃料電池室Ｒ１外より燃料電池室Ｒ１内への空気の流通を可能にする逆止弁４１とを備えている。
【００６７】
これにより、吸気口１０ｃに設けた逆止弁４１によって、燃料電池システム１００の待機時に、燃料電池室Ｒ１内を気密状態に保つことができるので、燃焼装置１８の吸排気を、燃料電池システム１００と同一の吸排気ダクトを利用して行う場合でも、燃焼装置１８から燃料電池室Ｒ１内への排ガスの流入を抑制することができる。
【００６８】
しかも、逆止弁４１を換気排気ラインＫＬの吸気口１０ｃ側に設けたので、燃焼装置１８の排ガスの凝縮水の付着等によって、逆止弁４１が作動不良を起こすこともない。
【００６９】
また、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４２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４２による排気作用によって、燃焼装置１８の排ガス等が燃料電池室Ｒ１に逆流することを抑制できる。
【００７０】
また、上記した実施の形態によれば、制御室Ｒ３内に温度センサ４３を設け、温度センサ４３によって制御室Ｒ３内の温度が判定温度以上になったことが検知されたことにより、換気不良を検知して出力するようにしたので、容積の小さな制御室Ｒ３内の温度上昇に基づいて、換気異常を迅速に検知することができる。
【００７１】
図５は、本発明の第１変形例を示すもので、上記した実施の形態と異なる点は、逆止弁４１の排出部側に、吸気口１０ｃより燃料電池室Ｒ１内に空気を吸気する第２換気ファン４５を設けたことである。なお、その他の構成は実施の形態と同じであるので、実施の形態と同一の構成部品については同一の参照番号を付し、説明を省略する。
【００７２】
第２換気ファン４５を設けたことにより、通常は燃料電池室Ｒ１内への空気の流通を阻止するために閉止状態にある逆止弁４１を、第２換気ファン４５の駆動によって空気の流れを発生させることにより、迅速に開弁させることができる。なお、第２換気ファン４５は、逆止弁４１の吸入部側に設けても、上記したと同様の作用が期待できる。
【００７３】
上記した第１変形例によれば、逆止弁４１の排出部もしくは吸入部側に、吸気口１０ｃより燃料電池室Ｒ１内に空気を吸気する第２換気ファン４５を設置したので、第２換気ファン４５の駆動によって、閉止状態にある逆止弁４１を迅速に開弁させることができる。
【００７４】
また、上記した第１変形例によれば、インバータ装置１３および制御装置１５を収納する制御室Ｒ３を設け、第２換気ファン（第２ファン）４５で吸気された空気を制御室Ｒ３内を通って燃料電池室Ｒ１内に流入させるようにしたので、第２換気ファン４５によって、インバータ装置１３などの電気機器を適切に冷却することができる。
【００７５】
また、上記した第１変形例によれば、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２換気ファン４５を駆動することにより、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２換気ファン４５による排気作用によって、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。
【００７６】
図６は、本発明の第２変形例を示すもので、上記した実施の形態と異なる点は、換気排気ラインＫＬの換気用排気口１０ｄに設けられる第１換気ファン４２を、燃焼排気ラインＮＬの燃焼排気用ダクト５２より燃焼排ガスが排出される合流点より下流側に設けたことである。すなわち、燃料電池室Ｒ１の換気用排気口１０ｄから換気排気用ダクト５１に至る換気排気ラインＫＬの排気部に、第１換気ファン４２を配設している。なお、その他の構成は実施の形態と同じであるので、同一の参照番号を付し、説明を省略する。
【００７７】
以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の形態を採り得るものである。
【符号の説明】
【００７８】
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、３４…燃料電池、３６…燃焼部、４１…逆止弁、４２…第１ファン（第１換気ファン）、４３…温度センサ、４５…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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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