(57)【要約】【課題】燃料電池のように複数の配管がある装置においては音データに基づき筐体内の可燃性ガス漏洩を検知する場合、単純に音データのみを用いた処理では、ノイズの影響や周辺機器の動作音や空気系のガス流路からのガス漏洩等と区別が困難である。【解決手段】原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置１と、原料ガスを供給するための昇圧器２と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器３と、水素生成装置１より供給される水素含有ガス及び酸化剤ガス供給器３より供給される酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池４と、超音波を検知する超音波検知器６と、原料または水素含有ガスが流れる可燃性ガス経路のガス漏れを検知するガス漏れ検知器７とを備え、ガス漏れ検知器７は、超音波検知器６により検知された超音波のデータと昇圧器２の稼動情報とに基づいてガス漏れを検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記原料ガスを供給するための昇圧器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記水素生成装置より供給される前記水素含有ガス及び前記酸化剤ガス供給器より供給される前記酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、超音波を検知する超音波検知器と、前記原料ガスまたは前記水素含有ガスが流れる可燃性ガス経路のガス漏れを検知するガス漏れ検知器とを備え、前記ガス漏れ検知器は、前記超音波検知器により検知された前記超音波のデータと前記昇圧器の稼動情報とに基づいて前記ガス漏れを検知する燃料電池システム。
【請求項２】
前記ガス漏れ検知器により前記可燃性ガス経路からの前記ガス漏れが検知されると、前記燃料電池システムの運転を停止する運転停止器を備える請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ガス漏れ検知器により前記可燃性ガス経路からの前記ガス漏れが検知されると、その旨を外部に報知するガス漏れ報知器を備える請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ガス漏れ検知器は、前記可燃性ガス経路からの前記ガス漏れした場合に対応する基準音データとの比較に基づき前記ガス漏れを判定することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ガス漏れ検知器は、前記昇圧器の動作期間に基づき、前記ガス漏れを検知する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記ガス漏れ検知器は、前記昇圧器の動作のＯＮ／ＯＦＦ切替時刻に基づき、前記ガス漏れを検知する請求項１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、水素生成装置を備える燃料電池システムに関し、特に、燃料電池システム内を流れる可燃性ガスの漏洩に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムにおいて、燃料ガスやこの燃料ガスを生成する原料となる原料ガス等の可燃性ガスの漏洩については、安全性上好ましくないため、この可燃性ガス漏洩を検知するための方法として原料ガスに所定の臭気成分を含有させたり、燃料ガスが流れる経路の圧力に基づいてガス漏洩を判定する方法などが提案されていた（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
一方、上記従来の燃料電池システムには、開示されてないが、配管内を流れるガス漏れを検知する一般的な方法として、AE（アコースティック  エミッション）法を用いた方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０８８６６号公報
【特許文献２】特開２００７−０４８５４２号公報
【特許文献３】特開昭５８−０３４３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献３に記載のAE法のように発生する音からガス漏洩を検知する方法は、地下に埋設したガス配管等の雑音の少ない環境でのガス漏洩検知に適しており、燃料電池システムの場合、稼動中にさまざま機器の動作音がノイズとして混入するため、単純に上記ＡＥ法を採用しても、燃料電池を動作させるための周辺機器の動作音や、燃料電池の発電に利用される酸化剤ガス経路からのガス漏洩音等と区別し、可燃性ガスの漏洩を選択的に検知することは困難であるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、システム内の周辺の機器の動作音等によりノイズが多い環境下であっても、可燃性ガスの漏洩を選択的に検知することが可能になる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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、第１の本発明の燃料電池システムは、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記原料ガスを供給するための昇圧器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記水素生成装置より供給される前記水素含有ガス及び前記酸化剤ガス供給器より供給される前記酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、超音波を検知する超音波検知器と、前記原料ガスまたは前記水素含有ガスが流れる可燃性ガス経路のガス漏れを検知するガス漏れ検知器とを備え、前記ガス漏れ検知器は、前記超音波検知器により検知された前記超音波のデータと前記昇圧器の稼動情報とに基づいて前記ガス漏れを検知する。
【０００７】
また、第２の本発明の燃料電池システムは、前記ガス漏れ検知器により前記可燃性ガス経路からの前記ガス漏れが検知されると、前記燃料電池システムの運転を停止する運転停止器を備える。
【０００８】
また、第３の本発明の燃料電池システムは、前記ガス漏れ検知器により前記可燃性ガス経路からの前記ガス漏れが検知されると、その旨を外部に報知するガス漏れ報知器を備える。
【０００９】
また、第４の本発明の燃料電池システムは、前記ガス漏れ検知器は、前記可燃性ガス経路からの前記ガス漏れした場合に対応する基準音データとの比較に基づき前記ガス漏れを判定することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【００１０】
また、第５の本発明の燃料電池システムは、前記ガス漏れ検知器は、前記昇圧器の動作期間に基づき、前記ガス漏れを検知する。
【００１１】
また、第６の本発明の燃料電池システムは、前記昇圧器の動作のＯＮ／ＯＦＦ切替時刻に基づき、前記ガス漏れを検知する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池システム内の周辺機器の動作音等によりノイズが多い環境下であっても、可燃性ガスの漏洩を選択的に検知することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態の燃料電池システムについて、図を用いて説明する。
【００１４】
本実施の形態の燃料電池システムは、図１に示す通り、含水素有機化合物を含む原料ガスを改質反応により水素を生成する改質器を有する水素生成装置１と、この水素生成装置１に原料ガスを供給する、本発明の昇圧器の一例である昇圧ポンプ２と、酸化剤ガスとしての空気を供給する、本発明の酸化剤ガス供給器の一例である空気ブロア３と、水素生成装置１より供給される水素含有ガスと空気ブロア３より供給される空気を用いて発電する燃料電池４と、燃料電池４のアノード経路より排出されたアノードオフガスを燃焼させ、燃焼熱により水素生成装置１に改質反応に必要な熱を供給する燃焼器５と、超音波を検知する超音波検知器６と、超音波検知器６により検知された超音波に基づき燃料電池システム内において原料ガスまたは水素含有ガスのいずれかの可燃性ガスが流れる可燃性ガス経路からの可燃性ガスの漏れを検知器するガス漏れ検知器７と、ガス漏れ検知器７により可燃性ガス漏れが検知された場合に、外部に可燃性ガスが漏洩した旨を報知するガス漏れ報知器８と、ガス漏れ検知器７によりガス漏れが検知された場合に、燃料電池システムの運転を停止する運転停止器９と、燃料電池システムを構成する機器を収納する筐体１０とを備える。なお、運転停止器９は、運転停止に際して、例えば、昇圧ポンプ２や空気ブロア３の動作を停止するよう停止信号を出力する。
【００１５】
また、超音波検知器６の設置場所としては、図２に示すように燃料電池システムの筐体１内に原料ガスや水素含有ガスが流れる可燃性ガス経路とは離れた位置に設置する。超音波検知器６は、超音波領域を含む音データを取得し、ガス漏れ検知器７が、超音波検知器６により検知された音データを所定の周波数でチューニングし、チューニング後の音波データについて各周波数の出力についてフィルタリングを行い、更にフィルタリング後の音波データの周波数スペクトルから可燃性ガス経路からガス漏れが発生しているか否かを判定し、更に、昇圧ポンプ２の稼動期間（以下、稼動情報）と上記可燃性ガス漏れに起因すると推定される周波数スペクトルデータの発生期間とをマッチングさせて可燃性ガス経路からガス漏れが発生しているか否かを判定し、可燃性ガス経路からガス漏れが発生していると判定された場合、最終的に外部（例えば、リモコンの表示部）に、その旨を報知するとともに、運転停止器９が、燃料電池システムの運転を停止するために停止信号を発し、昇圧ポンプ２や空気ブロア３の動作を停止するよう制御する。なお、図１に示す燃料電池システムでは、筐体１０内に超音波検知器６が１つ設けられ、この超音波検知器６により検知された音に基づきガス漏れを検知するよう構成されているが、図２に示されるように複数の超音波検知器６を設け、各超音波検知器６で検知される超音波の伝播遅延時間から可燃性ガスの漏れが発生している位置を特定するよう構成されていても構わない。
【００１６】
図３は、上記方法により燃料電池システム内の可燃性ガス経路からガス漏れが発生していることを検知するガス漏れ検知器７及びその関連機器の概略構成図である。図３に示されるように、本発明の超音波検知器６の一例である超音波領域の音を取得可能なマイク６０１で取得された音データをチューナ１１でチューニングし、チューニングされた音波データが、ガス漏れ検知器７に入力される。ガス漏れ検知器７は、上記音波データを蓄積する音波データ蓄積部７０１と、音波データ蓄積部７０１に蓄積された音波データを処理する音波データ処理部７０２と、昇圧ポンプ２の稼動状態を検知し、図４に示すような稼動情報として蓄積するポンプ稼動情報処理部７０３と、音波データ処理部７０２により所定の処理を行われた音波処理データとポンプ稼動情報処理部７０３に蓄積された昇圧ポンプ２の稼動情報とを照合して、可燃性ガス経路からガス漏れが発生しているか否かを判定するガス漏洩判定部７０４とを備え、ガス漏れ判定部７０４でガス漏れが発生していると判定された場合、ガス漏れ報知器８から可燃性ガス漏れ発生した旨を外部に報知するための信号が出力される。ここで、運転停止器９は、燃料電池システムの運転を停止するために停止信号を発し、昇圧ポンプ２や空気ブロア３の動作を停止するよう制御する。なお、ガス漏れ報知器８は、図３に示すようにスピーカーやリモコン、またはインターネット回線を介してメンテナンス会社のパソコンに可燃性ガス漏れが発生したことを示す信号を出力し、ユーザーやメンテナンスマンに上記可燃性ガス漏れの発生したことを伝えるよう構成されている。
【００１７】
図５は、上記ガス漏れ検知器７の構成に基づいて燃料電池システム内の可燃性ガス漏れ検知処理を示したフローチャート図である。
【００１８】
まず、図５に示されるように、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、可燃性ガス経路からのガス漏れ検知は、運転制御器（図示せず）より起動信号が発せられ、起動処理が開始されてから実行される。具体的には、運転制御器（図示せず）より起動信号が発せられ、起動処理が開始した後、マイク６０１で音を取得する（ステップ１００）、取得された音の出力（音量）が所定の値以上であるか否かを検知し、所定の値より小さければ次の音の入力を待つ（ステップ１０１）。取得された音の出力が所定の値以上であれば、チューナー１１を用いて所定の周波数領域の音データを所定時間チューニングし、音波データとして音波データ蓄積部７０１に蓄積する（ステップ１０２）。音波データ処理部７０２が、音波データ蓄積部７０１に蓄積された音波データについてノイズ除去及び平滑化処理し、さらにスペクトル分析を実行する（ステップ１０３）。得られた周波数スペクトルを、あらかじめ取得しておいた可燃性ガス経路からのガス漏れに対応する周波数スペクトルデータ（本発明の基準音データ）と比較し、所定の相関分析に基づいて類似度を判断する（ステップ１０４）。所定の類似度以上であれば、昇圧ポンプ２の稼動情報をポンプ稼動情報処理部７０３より入手し、昇圧ポンプ２の稼働期間（動作ＯＮ状態の継続期間）とガス漏れに対応する周波数スペクトルデータと類似度の高い周波数スペクトルデータが出現する期間とを照合して所定の相関分析により類似度を判断する。
【００１９】
例えば、図６に示すように燃料電池システムの運転中にＡの時刻にマイクから入力される音のうち可燃性ガス漏れに対応する周波数である４０KHzの音波の出力（音量）が上がり、Ｂの時刻に上記４０KHzの音波の出力（音量）が弱まったとする。そして、ポンプ稼動情報処理部７０３より取得した昇圧ポンプの稼動情報を参照すると、AとBの期間に昇圧ポンプが稼動していた場合、可燃性ガス経路よりガス漏れが発生したと判断し、ガス漏れ発生に対応する信号を発する（ステップ１０５）。すると、ガス漏れ報知器８は、本信号に基づきスピーカ、リモコン及びメンテナンス会社のＰＣ等へガス漏れが発生した旨の信号を出力し、これらの機器より可燃性ガスの漏洩が発生したことを使用者やメンテナンス会社に報知する（ステップ１０６）。また、運転停止器９は燃料電池システムの運転を停止するために停止信号を発し、昇圧ポンプ２や空気ブロア３の動作を停止するよう制御する（ステップ１０７）。
【００２０】
以上により、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池システム内の周辺機器の動作音等によりノイズが多い環境下であっても、原料ガス経路に設けられた昇圧器の稼動情報を考慮することで、可燃性ガスの漏洩を選択的に検知することが可能になる。
【００２１】
なお、上述の本実施の形態の燃料電池システムにおいては、昇圧器の稼動情報として、昇圧器の稼動期間を用いて、この稼動期間と、可燃性ガス漏洩に対応する周波数スペクトルデータと類似度の高い周波数スペクトルの発生期間と照合することで可燃性ガス経路からのガス漏洩を検知するよう構成されていたが、上記稼動情報として、昇圧器が動作ＯＦＦ状態から動作ＯＮに切り替わる時刻または昇圧器が動作ＯＮから動作ＯＦＦに切り替わる時刻を用いて、これらの時刻と上記類似度の高い周波数スペクトルの発生時刻または消滅時刻と照合することで可燃性ガスの漏洩を検知するよう構成されていても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明にかかる燃料電池システムは、周辺機器の動作音等によりノイズが多い環境下であっても、可燃性ガスの漏洩を選択的に検知することが可能になるので、水素生成装置を備える家庭用燃料電池システム等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す概略図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの筐体内で超音波検知器を設置する位置を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのガス漏洩検知器の概略図
【図４】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの昇圧ポンプの稼動情報のデータを示す図
【図５】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのガス漏洩検知のフローチャート
【図６】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの可燃性ガスが漏洩した際の音波データを示す図
【符号の説明】
【００２４】
１    水素生成装置
２    昇圧ポンプ
３    空気ブロア
４    燃料電池
５    燃焼器
６    超音波検知器
７    ガス漏れ検知器
８    ガス漏れ報知器
９    運転停止器
１０    筐体
１１    チューナー
６０１    マイク
７０１    音波データ蓄積部
７０２    音波データ処理部
７０３    ポンプ稼動情報処理部
７０４    ガス漏れ判定部
【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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