特許 6318917 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6318917

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20180423BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20180423BHJP

   H01M 8/04694 20160101ALN20180423BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 H

   H01M8/04 Z

   !H01M8/12

   !H01M8/04694

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-134697(P2014-134697)

(22)【出願日】2014年6月30日

(65)【公開番号】特開2016-12530(P2016-12530A)

(43)【公開日】2016年1月21日

【審査請求日】2017年5月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089082

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 脩

(74)【代理人】

【識別番号】100190333

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 群司

(74)【代理人】

【識別番号】100130188

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 喜一

(72)【発明者】

【氏名】大河原 裕記

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１９６２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４４７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５３２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４２２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２００６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７０７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０３８０５１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ８／００−８／２４９５

Ｆ０２Ｇ１／００−５／０４

(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、
前記燃料電池を収納する筐体と、
前記筐体内の換気を行う換気ファンと、
前記換気ファンによる前記筐体内の換気が行われる際に、前記換気に伴って流れる流体の流路上に配設され、前記流体の流れがある場合にオン信号を出力し、前記流体の流れがない場合にオフ信号を出力する流れ有無検知スイッチと、
前記換気ファンを少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記換気ファンの駆動量を制御して、前記流れ有無検知スイッチの出力が切り替わるときの前記換気ファンの駆動量に相当する前記換気ファンの制御指令値を切替制御指令値として記憶をする記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記換気ファンの最小制御指令値の設定をする設定部と、を備えている燃料電池システム。

【請求項2】

前記記憶部は、前記燃料電池システムの起動運転を開始する前に、前記記憶を行い、
前記設定部は、前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記設定を行う請求項１記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記記憶部は、前記燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において定期的に前記記憶を行い、
前記設定部は、前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記設定を行う請求項１または請求項２記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記記憶部は、前記燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、前記オン信号である前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オフ信号になった場合に前記記憶を行い、
前記設定部は、前記記憶部に記憶された前記切替制御指令値に基づいて前記設定を行う請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記切替制御指令値は、前記オフ信号である前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オン信号に切り替わるときの前記換気ファンの駆動量に相当する前記換気ファンの制御指令値である請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記切替制御指令値は、前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オフ信号から前記オン信号に切り替わる場合のオン制御指令値と、前記流れ有無検知スイッチの出力が前記オン信号から前記オフ信号に切り替わる場合のオフ制御指令値と、を有し、
前記流れ有無検知スイッチは、前記オン制御指令値に相当する前記流体の第一流量が、前記オフ制御指令値に相当する前記流体の第二流量よりも大きくなるヒステリシスを有し、
前記制御装置は、前記ヒステリシスを考慮して、前記設定部によって設定された前記換気ファンの最小制御指令値の補正を行う補正部をさらに備えている請求項１乃至請求項５の何れか一項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。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。燃料電池システムは、特許文献１の図１に示すように、燃料電池２、燃料電池２を収納するパッケージ１、パッケージ１内部を換気する換気ファン６および換気ファン６の動作状態を検知する換気センサ７を備えている。燃料電池２の発電に使用される燃料ガスは可燃性を有するため、この燃料ガスがパッケージ１内部で流出した場合における安全性を確保する必要がある。具体的には、パッケージ１内部が換気される際に、パッケージ１から換気出口５を介して外部（大気）に排出される流体における燃料ガスの割合を、流体が可燃性を有さない程度に低減させるため、パッケージ１内部の換気量を所定換気量以上にするように、換気ファン６が制御されている。そして、換気センサ７により、換気ファン６による換気量が所定換気量より小さくなったと検知された場合には、換気ファン６または換気センサ７が故障したとして、燃料電池システムの運転が停止される。
また、燃料電池システムは、換気ファン６を制御することにより、パッケージ１内部の換気量を所定換気量より小さくするように一時的に低減させて、換気センサ７により検知される換気量が所定換気量より小さくなるか否かの確認を行うことにより、換気センサ７が正常であるか否かの判定を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−７０７４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した特許文献１に記載の燃料電池システムにおいて、換気ファン６の劣化による換気量の低減等が生じて、パッケージ１内部の換気量が所定換気量より小さくなったと換気センサ７により検知された場合には、換気ファン６が正常に動作しているのにもかかわらず、換気ファン６が故障したとして、燃料電池システムが停止される。これを防ぐためには、パッケージ１内部の換気量を所定換気量よりも換気ファン６の劣化等を考慮した比較的高い換気量とするように、換気ファン６の駆動量を比較的高い駆動量にて制御する必要がある。一方で、燃料電池２の発電効率を向上させるために、換気ファン６等の補器類の消費電力を低減させたいという要請がある。すなわち、換気ファン６を比較的低い駆動量にて制御したいという要請がある。

【0005】

そこで、本発明は、上述した課題を解消するためになされたもので、比較的低い駆動量にて換気ファンを制御できるようにすることにより、消費電力を低減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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、燃料電池を収納する筐体と、筐体内の換気を行う換気ファンと、換気ファンによる筐体内の換気が行われる際に、換気に伴って流れる流体の流路上に配設され、流体の流れがある場合にオン信号を出力し、流体の流れがない場合にオフ信号を出力する流れ有無検知スイッチと、換気ファンを少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、換気ファンの駆動量を制御して、流れ有無検知スイッチの出力が切り替わるときの換気ファンの駆動量に相当する換気ファンの制御指令値を切替制御指令値として記憶をする記憶部と、記憶部に記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定をする設定部と、を備えている。
これによれば、制御装置は、記憶部に記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を行う。このため、換気ファンの最小制御指令値を、流れ有無検知スイッチの出力が切り替わるときの換気ファンの駆動量に相当する換気ファンの制御指令値に、できる限り接近させることができる。よって、従来では、流れ有無検知スイッチが切り替わる流量に相当する駆動量より比較的高く設定されていた換気ファンの駆動量を低減することができるため、換気ファンの消費電力を比較的低減できる。したがって、燃料電池システムの消費電力を低減することができる。

【0007】

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る燃料電池システムにおいて、記憶部は、燃料電池システムの起動運転を開始する前に、記憶を行い、設定部は、記憶部に記憶された切替制御指令値に基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、燃料電池システムの起動運転が開始される前に、記憶部にて記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を行う。燃料電池システムの起動運転前においては、例えば燃焼排ガス等の排出がないため、燃焼排ガスの流量が流れ有無検知スイッチの作動に影響することなく、換気ファンの最小制御指令値が設定される。したがって、換気ファンの最小制御指令値の設定を精度よく行うことができる。

【0008】

上述した請求項１または請求項２に係る燃料電池システムにおいては、例えば燃料電池システムが発電運転を長時間連続して行う際に、制御装置が同じ制御指令値を換気ファンに出力している場合においても、換気ファンの劣化等による駆動量の低下によって、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になる場合がある。すなわち、換気ファンが作動しているにもかかわらず、流れ有無検知スイッチが誤検知をする場合がある。
これに対して、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る燃料電池システムにおいて、記憶部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において定期的に記憶を行い、設定部は、記憶部に記憶された切替制御指令値に基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、記憶部にて記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を定期的に行う。このため、設定部による設定が行われる時点の換気ファンの駆動量に相当する切替制御指令値に基づいて、換気ファンの最小制御指令値が定期的に更新される。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う際においても、換気ファンが作動しているにもかかわらず、流れ有無検知スイッチが誤検知することを抑制することができる。

【0009】

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に係る燃料電池システムにおいて、記憶部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になった場合に記憶を行い、設定部は、記憶部に記憶された切替制御指令値に基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になった場合に、記憶部にて記憶された切替制御指令値に基づいて換気ファンの最小制御指令値の設定を行う。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う場合においても、換気ファンの最小制御指令値の更新を比較的簡便に行うことができる。

【0010】

また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に係る燃料電池システムにおいて、切替制御指令値は、オフ信号である流れ有無検知スイッチの出力がオン信号に切り替わるときの換気ファンの駆動量に相当する換気ファンの制御指令値である。
これによれば、例えば、燃料電池システムの起動運転が開始される前である場合は、換気ファンの駆動量はゼロであり、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号である。また、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になった場合は、換気ファンの駆動量が比較的低くなっている等により、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になっている。これらの場合、記憶部は、そのときの換気ファンの駆動量から駆動量を増加させることにより、オフ信号である流れ有無検知スイッチの出力をオン信号に切り替えることができる。よって、記憶部は、換気ファンの駆動量を増加させた後、駆動量を減少させて、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力をオフ信号に切り替える場合より、流れ有無検知スイッチの出力の切替を比較的短時間にて行うことができる。したがって、換気ファンの最小制御指令値の設定を比較的短時間にて行うことができる。

【0011】

また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５の何れか一項に係る燃料電池システムにおいて、切替制御指令値は、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号からオン信号に切り替わる場合のオン制御指令値と、流れ有無検知スイッチの出力がオン信号からオフ信号に切り替わる場合のオフ制御指令値と、を有し、流れ有無検知スイッチは、オン制御指令値に相当する流体の第一流量が、オフ制御指令値に相当する流体の第二流量よりも大きくなるヒステリシスを有し、制御装置は、ヒステリシスを考慮して、設定部によって設定された換気ファンの最小制御指令値の補正を行う補正部をさらに備えている。
これによれば、設定部が、換気ファンの制御指令値の最小値を、例えばオン制御指令値に基づいて、第一流量に相当するオン制御指令値にできる限り接近させるように設定した場合に、補正部は、流れ有無検知スイッチが有するヒステリシスを考慮して、第一流量より小さい第二流量に相当するオフ制御指令値にできる限り接近させるように補正することができる。よって、換気ファンの駆動量を適切に低減することができるため、換気ファンの消費電力を適切に低減することができる。したがって、燃料電池システムの消費電力を適切に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明による燃料電池システムの第一実施形態を示す概要図である。

【図2】図１に示す流れ有無検知スイッチの断面図である。

【図3】図２に示す流れ有無検知スイッチの作動を示す図であり、上段から順に、流れ有無検知スイッチの出力、流体の流量、制御指令値を示している。

【図4】図１に示す制御装置にて筐体内の換気が行われる場合における筐体内の温度と換気ファンに対する制御指令値との関係を表した図である。

【図5】図１に示す制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。

【図6】本発明による燃料電池システムの第二実施形態における制御プログラムのフローチャートである。

【図7】本発明による燃料電池システムの第二実施形態の変形例における制御プログラムのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明による燃料電池システムの第一実施形態について説明する。なお、本明細書においては説明の便宜上、図１および図２における上側および下側をそれぞれ燃料電池システムの上方および下方として説明する。図１に示すように、燃料電池システムは、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。

【0014】

燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池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は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１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は、一端が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。

【0015】

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。

【0016】

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を通り燃焼排気用ダクト５２（後述する）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。

【0017】

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。

【0018】

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（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システムの運転を制御する。

【0019】

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および燃料電池３４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。
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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガスが発生している。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。

【0027】

筐体１０ａは、中パネル１０ｂによって燃料電池室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。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。

【0028】

中パネル１０ｂ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内の空気を外部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。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への空気の流れは許容するが、逆方向の流れを規制するものである。

【0029】

換気用排気口１０ｄには、換気ファン４２が設けられている。換気ファン４２は、燃料電池室Ｒ１内の空気を外部に送出するものである。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）は、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を通って外部に排出される（破線の矢印で示す）。

【0030】

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に合流されている。燃料電池システムの発電中において、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（一点破線の矢印で示す）、換気排気と合流されて、換気排気用ダクト５１および煙突部５３の内管５３ａを通って外部に排出される。
煙突部５３は、２重管構造であり、内管５３ａと外管５３ｂとから構成されている。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、外部と排気ダクト室Ｒ２と連通している。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。

【0031】

また、燃料電池システムは、温度センサ１７および流れ有無検知スイッチ６０をさらに備えている。温度センサ１７は、筐体１０ａ内に配設され、筐体１０ａ内を流通する流体の温度Ｔｈを検出するものである。
流れ有無検知スイッチ６０は、換気ファン４２による筐体１０ａ内の換気が行われる際に、換気に伴って流れる流体の流路上に配設され、流体の流れの有無を検出するものである。流れ有無検知スイッチ６０は、圧力導入部６１およびスイッチ部６２を備えている。

【0032】

圧力導入部６１は、換気排気用ダクト５１内に配設され、流体の圧力をスイッチ部６２に導入するものである。上述したように、燃焼排ガスが燃焼排気用ダクト５２を通って換気排気用ダクト５１内に流入するため、流れ有無検知スイッチ６０が導入する流体の圧力は、換気排気および燃焼排ガスの少なくとも一方の流体の圧力である。
圧力導入部６１は、一般的なピトー管と同様な機能を有する。圧力導入部６１は、図２に示すように、絞り管６１ａ、第一圧力導入管６１ｂおよび第二圧力導入管６１ｃを備えている。

【0033】

絞り管６１ａは、中空円筒状に形成され、流体の流れ（実線の矢印にて示す）に沿うように、かつ、絞り管６１ａ内にて流体が流通するように配設されている。
第一圧力導入管６１ｂの一端は、絞り管６１ａ内にて下方向に開口し、換気が行われる際に、絞り管６１ａを流通する流体の全圧が作用する。流体の全圧は、流体の静圧および動圧を合わせた圧力である。また、第二圧力導入管６１ｃの一端は、絞り管６１ａ内にて上方向に開口し、絞り管６１ａを流通する流体の静圧が作用する。

【0034】

スイッチ部６２は、流体の流れを検知した場合にオン信号を出力し、流体の流れを検知していない場合にオフ信号を出力するスイッチである。スイッチ部６２は、ハウジング６２ａ、転動子６２ｂ、可動片６２ｃ、第一固定片６２ｄおよび第二固定片６２ｅを備えている。

【0035】

ハウジング６２ａの内部は、転動子６２ｂによって、第一圧力室ＲＰ１と第二圧力室ＲＰ２に区画されている。第一圧力室ＲＰ１は、第一圧力導入管６１ｂと連通している（破線にて示す）。これにより、第一圧力室ＲＰ１には、第一圧力導入管６１ｂの一端に作用する圧力（絞り管６１ａを流通する流体の全圧）が導入する。
第二圧力室ＲＰ２には、可動片６２ｃ、第一固定片６２ｄおよび第二固定片６２ｅが配設されている。第二圧力室ＲＰ２は、第二圧力導入管６１ｃと連通している（破線にて示す）。これにより、第二圧力室ＲＰ２には、第二圧力導入管６１ｃの一端に作用する圧力（絞り管６１ａを流通する流体の静圧）圧力が導入する。

【0036】

転動子６２ｂは、弾性変形可能に弾性材料によって形成されたダイアフラムである。
可動片６２ｃは、導電性材料によって平板状に弾性変形可能に形成されている。可動片６２ｃの下面には、転動子６２ｂに形成された突出部６２ｂ１の突出端が接触している。
第一固定片６２ｄおよび第二固定片６２ｅは、導電性材料によって形成され、可動片６２ｃを挟んで空間をおいて配設されている。

【0037】

ここで、流体の流れが無く、両圧力室ＲＰ１，ＲＰ２の間の圧力差が無い場合、図２に示すように、可動片６２ｃと第一固定片６２ｄとが接触している。この場合、スイッチ部６２は、オフ信号を制御装置１５に出力する。
一方、流体の流れが発生し、第一圧力室ＲＰ１に導入する圧力と第二圧力室ＲＰ２に導入する圧力とにより、両圧力室ＲＰ１，ＲＰ２の間の圧力差が生じた場合、転動子６２ｂが平板状（図２に示す）から上方に凸となる形状に変形する。このとき、突出部６２ｂ１が可動片６２ｃを上方に押圧するため、可動片６２ｃが平板状（図２に示す）から上方に凸となる形状に変形する。これにより、可動片６２ｃと第二固定片６２ｅとが接触した場合、スイッチ部６２は、オン信号を制御装置１５に出力する。

【0038】

流れ有無検知スイッチ６０は、図３に示すように、オフ信号を出力している状態から、絞り管６１ａを流通する流体の流量Ｑが徐々に増加して第一流量Ｑ１になったときに、可動片６２ｃと第二固定片６２ｅとが接触して、オン信号を出力する。第一流量Ｑ１は、流れ有無検知スイッチ６０がオン信号を出力するために必要な両圧力室ＲＰ１，ＲＰ２の間の圧力差（動圧）を生じさせる流量である。なお、第一流量Ｑ１の大きさは、流れ有無検知スイッチ６０がさらに備える調整部６２ｆによって調整可能である。

【0039】

一方、流れ有無検知スイッチ６０は、オン信号を出力している状態から、流量Ｑが徐々に減少して第一流量Ｑ１より小さい第二流量Ｑ２になったときに、可動片６２ｃと第一固定片６２ｄとが接触して、オフ信号を出力する。第一流量Ｑ１と第二流量Ｑ２との差は、流れ有無検知スイッチ６０が有するヒステリシスによって定まる。

【0040】

次に、上述した燃料電池システムの基本的動作の一例について説明する。制御装置１５は、スタートスイッチ（図示なし）が押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、起動運転を開始する。

【0041】

起動運転が開始されるときは、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、ポンプ１１ａ１，１１ｂ１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。そして、燃焼部３６において、燃料電池３４から導出された改質用原料および改質ガスが着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２によって着火される。改質部３３が所定温度（例えば、６００℃）以上となれば、起動運転が終了し、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。

【0042】

このような発電運転中に、ストップスイッチ（図示なし）が押されて発電運転が停止される場合、または運転計画にしたがって運転が停止される場合には、制御装置１５は、燃料電池システムの停止運転（停止処理）を実施する。制御装置１５は、改質用原料および凝縮水の蒸発部３２への供給を停止し、改質ガスおよび空気の燃料電池３４への供給を停止する。残原料による燃料電池３４の発電が終了すれば、停止運転は終了する。

【0043】

このような停止運転が終了すると、燃料電池システムは待機状態（待機時）となる。待機時は、燃料電池システムの発電停止状態（すなわち、起動運転、発電運転、停止運転のいずれの運転中でない状態である。）のことであり、発電指示（スタートスイッチのオンなど）を待っている状態のことである。

【0044】

次に、制御装置１５が行う換気制御について説明する。制御装置１５は、起動運転、発電運転および停止運転時に、換気ファン４２を制御して、筐体１０ａ内の換気を行う。換気ファン４２は、ＰＷＭ制御によって駆動されている。制御装置１５は、換気ファン４２の制御指令値（回転数）をＰＷＭ制御のデューティ比Ｄにて、換気ファン４２のドライバ回路（図示なし）に出力する。換気ファン４２に出力されるデューティ比Ｄは、図４に示すように、温度センサ１７によって検出される温度Ｔｈに応じて定められている。具体的には、温度Ｔｈが高いほど、デューティ比Ｄが大きくなるように設定されている。これにより、換気ファン４２の駆動量が増加するほど、温度Ｔｈが下がるようになっている。さらに、デューティ比Ｄは、最小デューティ比Ｄｍｉｎ（特許請求の範囲の最小制御指令値に相当）と最大デューティ比Ｄｍａｘとの間にて設定される。最大デューティ比Ｄｍａｘは、例えば１００％に設定されている。

【0045】

最小デューティ比Ｄｍｉｎは、図３に示すように、最小デューティ比Ｄｍｉｎに相当する換気ファン４２の最小駆動量による絞り管６１ａを流通する流体の最小流量Ｑｍｉｎが、第二流量Ｑ２よりも大きくなるように、制御装置１５によって設定される（後述する）。また、第二流量Ｑ２は、所定排出流量Ｑｘよりも大きくなるように設定される。所定排出流量Ｑｘは、制御装置１５による換気制御中に、例えば燃料が燃料電池モジュール１１から筐体１０ａ内に流出して、流体が燃料を含む場合に、流体が可燃性を有する程度の流体の流量Ｑのうち最大流量に相当する。換言すれば、所定排出流量Ｑｘは、流体が燃料を含む場合において着火源があったときに、流体が燃焼する程度の燃料濃度のうち最小燃料濃度に相当する流量Ｑである。すなわち、流体が燃料を含み、かつ、流量Ｑが所定排出流量Ｑｘ以下である場合、着火源があるときには、流体が燃焼する。一方、流量Ｑが所定排出流量Ｑｘより大きい場合は、着火源があっても流体は燃焼しない。

【0046】

また、制御装置１５は、例えば筐体１０ａ内の圧力損失が大きくなっている等により、流量Ｑが第二流量Ｑ２以下になることで、オン信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号になった場合、燃料電池システムの運転を停止する。このように、換気制御中においては、流量Ｑが第二流量Ｑ２よりも大きくなる。第二流量Ｑ２は、所定排出流量Ｑｘより大きいため、換気制御中においては、煙突部５３から排出される流体の燃料濃度が、流体が可燃性を有さない燃料濃度以下となる。

【0047】

次に、上述した燃料電池システムおいて、制御装置１５が最小デューティ比Ｄｍｉｎを設定する制御について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。制御装置１５は、スタートスイッチ等が押されて運転が開始された場合、起動運転を開始する前に、図５に示すフローチャートを実行する。燃料電池システムが起動運転を開始する前であることにより、燃焼排ガスが排出されないため、換気排気用ダクト５１を流通する流体、ひいては、絞り管６１ａを流通する流体は換気排気のみとなる。

【0048】

制御装置１５は、燃焼排ガスが排出されていない状態において、デューティ比Ｄを０％にて出力する（ステップＳ１０２）。このとき、換気ファン４２による換気排気が発生しないため、流体の流量Ｑは、ゼロである。制御装置１５は、ステップＳ１０４にて、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号であるか否かを確認する。流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号である場合、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＮＯ」と判定して、流れ有無検知スイッチ６０の異常を検知する（ステップＳ１０６）。この場合、制御装置１５は、例えば使用者に警告等を行った後、燃料電池システムの運転を停止する。一方、制御装置１５は、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号である場合、流れ有無検知スイッチ６０の誤検知等が無いとして、ステップＳ１０４にて「ＹＥＳ」と判定して、第一デューティ比Ｄ１を出力する（ステップＳ１０８）。第一デューティ比Ｄ１は、第二流量Ｑ２に相当するデューティ比Ｄより十分小さいデューティ比Ｄである。第一デューティ比Ｄ１は、例えば２５％である。

【0049】

そして、制御装置１５は、第一所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。第一所定時間Ｔ１は、制御装置１５が換気ファン４２に第一デューティ比Ｄ１を出力してから、流量Ｑが安定するまでの時間（例えば６０秒）である。制御装置１５は、第一所定時間Ｔ１が経過していない場合、ステップＳ１１０にて「ＮＯ」の判定を繰り返し実行する。一方、制御装置１５は、第一所定時間Ｔ１が経過した場合、ステップＳ１１０にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１１２に進める。

【0050】

制御装置１５は、ステップＳ１１２にて、デューティ比Ｄを第二デューティ比Ｄ２だけ増加させる。第二デューティ比Ｄ２は、例えば５％である。そして、制御装置１５は、第二所定時間Ｔ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。第二所定時間Ｔ２は、制御装置１５が換気ファン４２に第二デューティ比Ｄ２を出力してから、流量Ｑが安定するまでの時間（例えば１５秒）である。制御装置１５は、第二所定時間Ｔ２が経過していない場合、ステップＳ１１４にて「ＮＯ」の判定を繰り返し実行する。一方、制御装置１５は、第二所定時間Ｔ２が経過した場合、ステップＳ１１４にて「ＹＥＳ」と判定し、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号であるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。

【0051】

制御装置１５は、流れ有無検知スイッチ６０がオフ信号である場合、ステップＳ１１６にて「ＮＯ」と判定し、デューティ比Ｄが第三デューティ比Ｄ３より小さいか否かを判定する（ステップＳ１１８）。第三デューティ比Ｄ３は、最大デューティ比Ｄｍａｘに比較的近いデューティ比Ｄ以上のデューティ比Ｄである。第三デューティ比Ｄ３は、例えば、１００％である。煙突部５３が閉塞に近い状態になっている等により圧力損失が比較的大きくなっている場合には、換気ファン４２が最大デューティ比Ｄｍａｘに比較的近いデューティ比Ｄ以上である第三デューティ比Ｄ３にて駆動しているにもかかわらず、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号になる。よって、制御装置１５は、デューティ比Ｄが第三デューティ比Ｄ３以上である場合、ステップＳ１１８にて「ＮＯ」と判定し、換気ファン４２および各ダクト５１，５２により構成される換気装置が異常であると検知する（ステップＳ１０６）。一方、制御装置１５は、デューティ比Ｄが第三デューティ比Ｄ３より小さい場合、ステップＳ１１８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１１２に戻す。

【0052】

制御装置１５は、ステップＳ１１６にて、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号になるまで「ＮＯ」と判定し、上述したステップＳ１１２〜Ｓ１１８を繰り返してデューティ比Ｄを増加させる。デューティ比Ｄが増加して、オフ信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号になった場合、制御装置１５は、ステップＳ１１６にて「ＹＥＳ」と判定し、有無検知スイッチ６０の出力がオン信号に切り替わった時点のデューティ比Ｄであるオンデューティ比Ｄｏｎ（特許請求の範囲のオン制御指令値に相当）を切替デューティ比Ｄｋ（特許請求の範囲の切替制御指令値に相当）として記憶する（記憶部：ステップＳ１２０）。

【0053】

そして、制御装置１５は、切替デューティ比Ｄｋ（すなわちオンデューティ比Ｄｏｎ）が第四デューティ比Ｄ４より小さいか否かを確認する（ステップＳ１２２）。第四デューティ比Ｄ４は、換気ファン４２の経年変化等を考慮した場合においても、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号からオン信号に切り替わるために十分な大きさのデューティ比Ｄである。第四デューティ比Ｄ４は、例えば、５０％である。制御装置１５は、切替デューティ比Ｄｋが第四デューティ比Ｄ４以上である場合、例えば流れ有無検知スイッチ６０の故障や、換気ファン４２の経年変化により所定のデューティ比Ｄに対する駆動量が比較的大きく低下しているとして、ステップＳ１２２にて「ＮＯ」と判定し、換気ファン４２および各ダクト５１，５２により構成される換気装置が異常であると検知する（ステップＳ１０６）。

【0054】

一方、制御装置１５は、切替デューティ比Ｄｋが第四デューティ比Ｄ４より小さい場合、最小デューティ比Ｄｍｉｎを切替デューティ比Ｄｋに基づいて設定する（設定部：ステップＳ１２４）。具体的には、最小デューティ比Ｄｍｉｎは、切替デューティ比Ｄｋと同じ値のデューティ比Ｄに設定される。さらに、制御装置１５は、最小デューティ比Ｄｍｉｎの補正を行う（補正部：ステップＳ１２６）。具体的には、制御装置１５は、ステップＳ１２４にて設定した最小デューティ比Ｄｍｉｎ（切替デューティ比Ｄｋ）から補正値αを減算する。補正値αは、流れ有無検知スイッチ６０が有するヒステリシスを考慮して設定されている。流れ有無検知スイッチ６０のヒステリシスとデューティ比Ｄとの関係は、予め実験により実測されて導出されている。具体的には、補正値αは、図３に示すように、最小デューティ比Ｄｍｉｎとして設定した切替デューティ比Ｄｋから、流れ有無検知スイッチ６０の出力をオン信号からオフ信号に切り替わるデューティ比Ｄであるオフデューティ比Ｄｏｆｆ（特許請求の範囲のオフ制御指令値に相当）にできるだけ接近するように設定されている。

【0055】

次に、上述したフローチャートに沿って、最小デューティ比Ｄｍｉｎが設定される際の燃料電池システムの作動について、流れ有無検知スイッチ６０の誤検知がない場合や、換気ファン４２の経年変化による駆動量の低下が比較的小さい場合について、図３を用いて説明する。上述したように、最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定は、燃料電池システムが起動運転を開始する前に行われるため、燃焼排ガスが排出されないことにより、図３に示す換気排気用ダクト５１を流通する流体、ひいては、絞り管６１ａを流通する流体の流量Ｑは、換気排気のみの流量である。

【0056】

制御装置１５によって換気ファン４２にデューティ比Ｄをゼロとして出力された場合（ステップＳ１１２）、換気ファン４２の駆動量がゼロであることにより、流量Ｑは第二流量Ｑ２より十分小さいゼロである。よって、流れ有無検知スイッチ６０の出力はオフ信号であるため、換気ファン４２は、第一デューティ比Ｄ１にて駆動される（ステップＳ１０８）。第一デューティ比Ｄ１にて換気ファン４２が駆動して、換気排気が発生した場合においても、流量Ｑが第二流量Ｑ２より十分小さいため、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号のままとなる。そして、第一デューティ比Ｄ１からデューティ比Ｄが徐々に増加して（ステップＳ１１２〜Ｓ１１８）、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号からオン信号に切り替わるときのオンデューティ比Ｄｏｎが、切替デューティ比Ｄｋとして制御装置１５に記憶される（ステップＳ１２０）。なお、オンデューティ比Ｄｏｎにて換気ファン４２が駆動した場合の流量Ｑが、第一流量Ｑ１に相当する。

【0057】

そして、オンデューティ比Ｄｏｎが最小デューティ比Ｄｍｉｎに設定され（ステップＳ１２４）、さらに、補正値αによってオフデューティ比Ｄｏｆｆに接近するように補正される（ステップＳ１２６）。よって、最小デューティ比Ｄｍｉｎは、オンデューティ比Ｄｏｎとオフデューティ比Ｄｏｆｆとの間の補正デューティ比Ｄｈに設定される。

【0058】

一方、流れ有無検知スイッチ６０の誤検知がある場合、煙突部５３が閉塞に近い状態である場合、または、換気ファン４２の経年変化等による所定のデューティ比Ｄに対する駆動量の低下が比較的大きい場合には、制御装置１５は、流れ有無検知スイッチ６０または換気装置の異常として検知する（ステップＳ１０６）。

【0059】

さらに、本発明を適用しない場合において、最小デューティ比Ｄｍｉｎを設定する場合について説明する。本発明のように、最小デューティ比Ｄｍｉｎを燃料電池システムの運転中に設定しない場合には、予め経年変化による換気ファン４２の駆動量の低下等を考慮して、図４に示すように、オンデューティ比Ｄｏｎよりも比較的高い第五デューティ比Ｄ５を最小デューティ比Ｄｍｉｎに設定する必要がある。

【0060】

本実施形態によれば、燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、燃料電池３４を収納する筐体１０ａと、筐体１０ａ内の換気を行う換気ファン４２と、換気ファン４２による筐体１０ａ内の換気が行われる際に、換気に伴って発生する流体の流路上に配設され、流体の流れがある場合にオン信号を出力し、流体の流れがない場合にオフ信号を出力する流れ有無検知スイッチ６０と、換気ファン４２を少なくとも制御する制御装置１５と、を備えた燃料電池システムである。制御装置１５は、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号である換気ファン４２の駆動量から、換気ファン４２の駆動量を増加させて、オフ信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号に切り替わるときの駆動量に相当する換気ファン４２のオンデューティ比Ｄｏｎを切替デューティ比Ｄｋとして記憶をする記憶部（ステップＳ１２０）と、記憶部に記憶された切替デューティ比Ｄｋに基づいて換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定をする設定部（ステップＳ１２４）と、を備えている。
これによれば、制御装置１５は、切替デューティ比Ｄｋとして記憶部に記憶されたオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を行う。このため、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎを、オフ信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号に切り替わるときの駆動量に相当するオンデューティ比Ｄｏｎと同一、または、できる限り接近させることができる。よって、本発明を適用しない場合に、比較的高く設定されていた換気ファン４２の駆動量（第五デューティ比Ｄ５に相当）を低減することができるため、換気ファン４２の消費電力を比較的低減できる。したがって、燃料電池システムの消費電力を低減することができる。
また、オフ信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号に切り替わるときの第一流量Ｑ１に相当するオンデューティ比Ｄｏｎは、換気ファン４２の駆動量の個体差や筐体１０ａの圧力損失の個体差等によって、燃料電池システム毎に異なっている。このような場合においても、燃料電池システム毎に適切に換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎを設定することができるため、燃料電池システム毎に消費電力を適切に低減することができる。

【0061】

また、記憶部は、燃料電池システムの起動運転を開始する前に、記憶を行い、設定部は、切替デューティ比Ｄｋとして記憶部に記憶されたオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、燃料電池システムの起動運転が開始される前に、切替デューティ比Ｄｋとして記憶部にて記憶されたオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を行う。燃料電池システムの起動運転前においては、例えば燃焼排ガス等の排出がないため、燃焼排ガスの流量が流れ有無検知スイッチ６０の作動に影響することなく、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎが設定される。したがって、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を精度よく行うことができる。
また、燃料電池システムの起動運転が開始される前である場合は、換気ファン４２のデューティ比Ｄはゼロであり、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号である。この場合、記憶部は、そのときの換気ファン４２のデューティ比Ｄをゼロから増加させることにより、オフ信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力をオン信号に切り替えることができる。よって、記憶部は、換気ファン４２のデューティ比Ｄを増加させた後、デューティ比Ｄを減少させて、オン信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力をオフ信号に切り替える場合より、流れ有無検知スイッチ６０の出力の切替を比較的短時間にて行うことができる。したがって、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を比較的短時間にて行うことができる。

【0062】

また、切替デューティ比Ｄｋは、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号からオン信号に切り替わる場合のオンデューティ比Ｄｏｎと、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号からオフ信号に切り替わる場合のオフデューティ比Ｄｏｆｆと、を有し、流れ有無検知スイッチ６０は、オンデューティ比Ｄｏｎに相当する流体の第一流量Ｑ１が、オフデューティ比Ｄｏｆｆに相当する流体の第二流量Ｑ２よりも大きくなるヒステリシスを有し、制御装置１５は、ヒステリシスを考慮して、設定部によって設定された換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの補正を行う補正部（ステップＳ１２６）をさらに備えている。
これによれば、補正部は、設定部により第一流量Ｑ１に相当するオンデューティ比Ｄｏｎにできる限り接近させるように設定された換気ファン４２のデューティ比Ｄの最小値を、流れ有無検知スイッチ６０が有するヒステリシスに基づいて、第一流量Ｑ１より小さい第二流量Ｑ２に相当するオフデューティ比Ｄｏｆｆにできる限り接近させるように補正することができる。よって、換気ファン４２の駆動量を適切に低減することができるため、換気ファン４２の消費電力を適切に低減することができる。したがって、燃料電池システムの消費電力を適切に低減することができる。

【0063】

次に、本発明による燃料電池システムの第二実施形態について、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。
第一実施形態において、制御装置１５は、最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を、燃料電池システムの起動運転開始前に行っているのに対し、第二実施形態においては、制御装置１５は、燃料電池システムの起動運転、発電運転または停止運転中に定期的（例えば、発電運転開始時点から９６時間毎）に図６に示すフローチャートを実行する。なお、第一実施形態と同一内容については、第一実施形態と同一符号が付されている。燃料電池システムが発電運転中においては、燃焼排ガスが排出されるため、第二実施形態において、流れ有無検知スイッチ６０が検知する流体は、換気排気と燃焼排ガスとが混合したものである。すなわち、図３に示す流量Ｑは、換気排気の流量と燃焼排ガスの流量とを合わせた流量である。

【0064】

制御装置１５は、燃料電池３４の発電量を最小発電量にする（ステップＳ２０２）。燃料電池３４の発電量が最小発電量である場合、絞り管６１ａを流通する燃焼排ガスの流量は、第二流量Ｑ２より十分小さい第三流量Ｑ３となる。第三流量Ｑ３は、予め実験等により実測され、制御装置１５に記憶されている。そして、制御装置１５は、第六デューティ比Ｄ６を換気ファン４２に出力する（ステップＳ２０４）。第六デューティ比Ｄ６は、第三流量Ｑ３と、第六デューティ比Ｄ６に相当する換気ファン４２の駆動量に相当する換気排気の流量とを合わせた流量Ｑを第二流量Ｑ２より十分小さい流量とするデューティ比Ｄである。第六デューティ比Ｄ６は、例えば１５％である。そして、制御装置１５は、第一所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０８）。制御装置１５は、第一所定時間Ｔ１が経過していない場合、ステップＳ２０８にて「ＮＯ」の判定を繰り返し実行する。一方、制御装置１５は、第一所定時間Ｔ１が経過した場合、ステップＳ２０８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２１０に進める。このとき、換気ファン４２が第六デューティ比Ｄ６にて駆動しているため、流量Ｑは第二流量Ｑ２より十分小さい。

【0065】

制御装置１５は、ステップＳ２１０にて、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号であるか否かを判定する。流量Ｑが第二流量Ｑ２より十分小さいにもかかわらず、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号である場合、制御装置１５は、ステップＳ２１０にて「ＮＯ」と判定して、流れ有無検知スイッチ６０が異常であると検知する（ステップＳ１０６）。一方、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号である場合、流れ有無検知スイッチ６０の異常が無いとして、ステップＳ２１０にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１１２に進める。そして、制御装置１５は、第一実施形態と同様に、ステップＳ１１２〜Ｓ１２４を実行することにより最小デューティ比Ｄｍｉｎを設定する（設定部：ステップＳ１２４）。第二実施形態においては、燃焼排ガスが第三流量Ｑ３にて排出されているため、流量Ｑが第一流量Ｑ１となる場合の換気ファン４２による換気排気の流量は、図３に示すように、第一流量Ｑ１より第三流量Ｑ３だけ小さい第四流量Ｑ４に相当する（すなわち、Ｑ１＝Ｑ３＋Ｑ４）。よって、第二実施形態におけるオンデューティ比Ｄｏｎは、換気排気を第四流量Ｑ４とする第七デューティ比Ｄ７に相当する。

【0066】

そして、図６に示すように、制御装置１５は、ステップＳ２２６にて、最小デューティ比Ｄｍｉｎの補正を行う（補正部：ステップＳ２２６）。第一実施形態において、制御装置１５は、ステップＳ１２６（補正部）にて、補正値αを用いて最小デューティ比Ｄｍｉｎを補正している。これに対し、第二実施形態においては、制御装置１５は、最小デューティ比Ｄｍｉｎから補正値βを減算することにより最小デューティ比Ｄｍｉｎを補正する（補正部：ステップＳ２２６）。補正値βは、流れ有無検知スイッチ６０が有するヒステリシスを考慮して定められている。具体的には、補正値βは、最小デューティ比Ｄｍｉｎとして設定された第七デューティ比Ｄ７から、オフデューティ比Ｄｏｆｆに接近させたデューティ比Ｄに補正するように設定されている。ここで、第一実施形態と同様に、補正後のデューティ比Ｄを補正デューティ比Ｄｈとする場合には、補正値βは、補正値αに対して、第三流量Ｑ３に相当するデューティ比Ｄだけ小さく設定される。このように、補正値βを設定することにより、発電運転中に燃焼排ガスが排出されなくなった場合においても、換気排気の流量のみによって流量Ｑが第二流量Ｑ２以上を確保されるように、換気ファン４２が制御される。

【0067】

上述した第一実施形態においては、例えば燃料電池システムが発電運転を長時間連続して行う際に、制御装置１５が同じ値のデューティ比Ｄを換気ファン４２に出力している場合においても、換気ファン４２の劣化等による駆動量の低下によって、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号になる場合がある。すなわち、換気ファン４２が作動しているにもかかわらず、流れ有無検知スイッチ６０が誤検知をする場合がある。
これに対して、第二実施形態は、記憶部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において定期的に記憶を行い、設定部は、切替デューティ比Ｄｋとして記憶部に記憶されたオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、切替デューティ比Ｄｋとして記憶部にて記憶されたオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を定期的に行う。このため、設定部による設定が行われる時点の換気ファン４２の駆動量に相当するオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎが定期的に更新される。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う際においても、換気ファン４２が作動しているにもかかわらず、流れ有無検知スイッチ６０が誤検知することを抑制することができる。

【0068】

次に、本発明による燃料電池システムの第二実施形態の変形例について、主に第二実施形態と異なる部分について、図７を用いて説明する。なお、第二実施形態と同一内容については、第一実施形態と同一符号が付されている。

【0069】

第二実施形態において、最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定が起動運転、発電運転または停止運転中に定期的に行われているが、本実施形態においては、燃料電池システムの起動運転、発電運転または停止運転中において、換気制御中に流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号からオフ信号に切り替わったときに行われる。
制御装置１５は、換気制御中において、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。制御装置１５は、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号である場合、ステップＳ３０２にて「ＮＯ」と判定し、換気制御を継続する。一方、例えば煙突部５３が閉塞に近い状態になることで、流量Ｑが第二流量Ｑ２より小さくなることにより、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号からオフ信号となった場合、制御装置１５は、ステップＳ３０２にて「ＹＥＳ」と判定し、燃料電池３４の発電量を最小発電量にする（ステップＳ３０４）。そして、制御装置１５は、プログラムをステップＳ１１２に進める。ステップＳ１１２以降は、第二実施形態と同様である。

【0070】

本変形例によれば、記憶部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号になった場合に記憶を行い、設定部は、切替デューティ比Ｄｋとして記憶部に記憶されたオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて設定を行う。
これによれば、設定部は、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号になった場合に、切替デューティ比Ｄｋとして記憶部にて記憶されたオンデューティ比Ｄｏｎに基づいて換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を行う。よって、燃料電池システムが長時間連続して運転を行う場合においても、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの更新を比較的簡便に行うことができる。
また、燃料電池システムが起動運転、発電運転または停止運転中において、オン信号である流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になった場合は、換気ファンの駆動量が比較的低くなっている等により、流れ有無検知スイッチの出力がオフ信号になっている。この場合、記憶部は、そのときの換気ファン４２のデューティ比Ｄをその時点のデューティ比Ｄから増加させることにより、オフ信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力をオン信号に切り替えることができる。よって、記憶部は、換気ファン４２のデューティ比Ｄを増加させた後、デューティ比Ｄを減少させて、オン信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力をオフ信号に切り替える場合より、流れ有無検知スイッチ６０の出力の切替を比較的短時間にて行うことができる。したがって、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定を比較的短時間にて行うことができる。
また、制御装置１５による換気制御中に、例えば外部から煙突部５３の内管５３ａを介して換気排気用ダクト５１内に風が吹き込む等により、一時的に流量Ｑが第二流量Ｑ２より小さくなることにより、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号になる場合が考えられる。このような場合においても、換気ファン４２の最小デューティ比Ｄｍｉｎの更新を比較的簡便に行うことができるため、一時的な流量Ｑの変化により、流れ有無検知スイッチ６０や換気装置が異常であると検知されることを抑制することができる。

【0071】

なお、上述した実施形態において、燃料電池システムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、記憶部は、オンデューティ比Ｄｏｎを切替デューティ比Ｄｋとして記憶しているが、これに代えて、オフデューティ比Ｄｏｆｆを切替デューティ比Ｄｋとして記憶するようにしても良い。すなわち、記憶部は、流れ有無検知スイッチ６０の出力がオン信号である換気ファン４２の駆動量から、換気ファン４２の駆動量を減少させて、オン信号である流れ有無検知スイッチ６０の出力がオフ信号に切り替わるときの駆動量に相当する換気ファン４２のオフデューティ比Ｄｏｆｆを切替デューティ比Ｄｋとして記憶をする。
ここで、上述した実施形態と同様に、設定部が記憶部に記憶された切替デューティ比Ｄｋと同一の値に最小デューティ比Ｄｍｉｎの設定をする場合、本実施形態においては、オフデューティ比Ｄｏｆｆが最小デューティ比Ｄｍｉｎに設定される。ここで、オフデューティ比Ｄｏｆｆが、上述した実施形態において最小デューティ比Ｄｍｉｎに設定されたオンデューティ比Ｄｏｎよりも小さいデューティ比Ｄであるため、設定部は、最小デューティ比Ｄｍｉｎを上述した実施形態の最小デューティ比Ｄｍｉｎより小さく設定することができる。よって、換気ファン４２の駆動量をより低減できるため、燃料電池システムの消費電力をより低減することができる。
このように、記憶部は、換気ファン４２の駆動量を制御して、流れ有無検知スイッチ６０の出力が切り替わるときの換気ファン４２の駆動量に相当する換気ファン４２のデューティ比Ｄを切替デューティ比Ｄｋとして記憶をする。

【0072】

また、上述した各実施形態において、設定部は、最小デューティ比Ｄｍｉｎを切替デューティ比Ｄｋと同一の値に設定しているが、これに代えて、最小デューティ比Ｄｍｉｎを切替デューティ比Ｄｋと異なる値のデューティ比Ｄに設定しても良い。例えば、制御装置１５は、最小デューティ比Ｄｍｉｎを切替デューティ比Ｄｋに、例えば経年変化による換気ファン４２の駆動量の低下量に相当するデューティ比Ｄを加算した値のデューティ比Ｄとするようにしても良い。
また、上述した各実施形態において、補正部は、最小デューティ比Ｄｍｉｎを補正値α（または補正値β）によって減算して、オフデューティ比Ｄｏｆｆに接近させるように補正しているが、これに代えて、最小デューティ比Ｄｍｉｎを増加させるように補正するようにしても良い。例えば経年変化による換気ファン４２の駆動量の低下量が予め把握されている場合、制御装置１５は、その低下量に相当するデューティ比Ｄだけ増加させるように、最小デューティ比Ｄｍｉｎを補正する。

【0073】

また、上述した各実施形態において、第一所定時間Ｔ１と第二所定時間Ｔ２とが異なる時間に設定されているが、これに代えて、第一所定時間Ｔ１と第二所定時間Ｔ２とが同じ時間となるように設定されているようにしても良い。

【0074】

また、上述した各実施形態において、逆止弁４１が吸気口１０ｃに配設され、かつ、換気ファン４２が換気用排気口１０ｄに配設されているが、これに代えて、換気ファン４２が吸気口１０ｃに配設され、かつ、逆止弁４１が換気用排気口１０ｄに配設されているようにしても良い。また、燃料電池システムが複数の換気ファン４２を備え、各換気ファン４２が吸気口１０ｃおよび換気用排気口１０ｄにそれぞれ配設されているようにしても良い。
また、流れ有無検知スイッチ６０の圧力導入部６１は、換気排気用ダクト５１内に配設されているが、これに代えて、換気が行われる際に、排気ダクト室Ｒ２内における外気が流通する流路上、または、筐体１０ａ内における流体が流通する流路上に配設されているようしても良い。

【0075】

また、上述した各実施形態において、流れ有無検知スイッチ６０は、流体の全圧と静圧とを導入して全圧と静圧との差に基づいて出力を切り替えるスイッチであるが、これに代えて、流体の流量Ｑを検出して、検出された流体の流量Ｑに基づいて出力を切り替えるスイッチとするようにしても良い。

【符号の説明】

【0076】

１０…発電ユニット、１０ａ…筐体、１０ｃ…吸気口、１０ｄ…換気用排気口、１０ｅ…燃焼排ガス用排気口、１１（３０）…燃料電池モジュール、１５…制御装置、３４…燃料電池、４１…逆止弁、４２…換気ファン、５１…換気排気用ダクト、５２…燃焼排気用ダクト、５３…煙突部、６０…流れ有無検知スイッチ、Ｄｈ…補正デューティ比、Ｄｋ…切替デューティ比、Ｄｍａｘ…最大デューティ比、Ｄｍｉｎ…最小デューティ比、Ｄｏｆｆ…オフデューティ比、Ｄｏｎ…オンデューティ比、Ｑ１…第一流量、Ｑ２…第二流量、Ｑｍｉｎ…最小流量、Ｑｘ…所定排出流量、α…補正値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】