特許 6801345 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】6801345

(24)【登録日】2020年11月30日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04302 20160101AFI20201207BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20201207BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20201207BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20201207BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04302

   H01M8/0432

   H01M8/04537

   H01M8/04 Z

   H01M8/12

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-193403(P2016-193403)

(22)【出願日】2016年9月30日

(65)【公開番号】特開2018-56055(P2018-56055A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年8月7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】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村上 大河

(72)【発明者】

【氏名】大河原 裕記

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０２１４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１０９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００３２７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガスを供給するガス供給装置と、
エアブロワの駆動により前記酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、
前記燃料ガスと前記空気とが所定の比で供給されて前記燃料電池で発電が行われるよう前記ガス供給装置と前記空気供給装置とを制御する発電制御を実行する制御装置と、
前記エアブロワの温度を直接または間接に検出するエアブロワ温度センサと、
前記エアブロワに供給される供給電圧を検出する供給電圧センサと、
を備え、
前記制御装置は、
前記発電制御の実行を開始する前に、前記燃料ガスの供給を停止した状態で前記エアブロワを所定時間に亘って駆動する暖機制御を実行可能であり、
前記エアブロワ温度センサにより検出された前記エアブロワの温度に基づいて前記所定時間の基準となる基準時間を設定し、設定した前記基準時間を前記供給電圧センサにより検出された前記供給電圧に基づいて補正して前記所定時間を設定する
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の温度を直接または間接に検出する燃料電池温度センサを備え、
前記制御装置は、前記燃料電池温度センサにより検出された前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合には、前記発電制御の実行を開始する前に前記暖機制御を実行しない
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムの運用を開始してから前記エアブロワを駆動した時間の累積である累積駆動時間を取得する累積駆動時間取得手段を備え、
前記制御装置は、前記エアブロワの温度に基づいて前記所定時間の基準となる基準時間を設定し、設定した前記基準時間を前記累積駆動時間取得手段により取得された前記累積駆動時間に基づいて補正して前記所定時間を設定する
ことを特徴とする燃料電池システム。

【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】

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料電池に供給する燃料やエアの流量を制御するものが知られている。例えば、特許文献１には、燃料電池と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、燃料電池のアノード電極から排出されるアノード排ガスを燃焼させる燃焼部と、燃焼部から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する検出部と、を備える燃料電池システムにおいて、燃焼排ガス中の酸素濃度が所定範囲内となるように燃料の流量を制御するものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２１１９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、燃料電池に供給するエアの流量は、燃料の流量との比が予め定められた比（空燃比）となるように、供給される燃料に応じた量が供給されることになる。このようなエアの供給にエアブロワが用いられる場合、エアブロワの回転部（摺動部）などにはグリスが塗布されているため、低温環境時にはグリスの粘度が高くなってエアブロワが目標の回転速度で安定して駆動するまでに時間を要する場合がある。その場合、エアの流量制御を狙い通りに行うことができず、燃焼の不安定化などを招くおそれがある。

【0005】

本発明の燃料電池システムは、エアブロワにより供給されるエアの流量制御を安定して行うことを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明の燃料電池システムは、
燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガスを供給するガス供給装置と、
エアブロワの駆動により前記酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、
前記燃料ガスと前記空気とが所定の比で供給されて前記燃料電池で発電が行われるよう前記ガス供給装置と前記空気供給装置とを制御する発電制御を実行する制御装置と、
前記エアブロワの温度を直接または間接に検出するエアブロワ温度センサと、
を備え、
前記制御装置は、
前記発電制御の実行を開始する前に、前記燃料ガスの供給を停止した状態で前記エアブロワを所定時間に亘って駆動する暖機制御を実行可能であり、
前記所定時間を、前記エアブロワ温度センサにより検出された前記エアブロワの温度に基づいて設定する
ことを要旨とする。

【0008】

本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと空気とが所定の比で供給されて燃料電池で発電が行われるようガス供給装置とエア供給装置とを制御する発電制御の実行を開始する前に、燃料ガスの供給を停止した状態でエアブロワを所定時間に亘って駆動する暖機制御を実行可能である。また、暖機制御における所定時間を、エアブロワ温度センサにより検出されたエアブロワの温度に基づいて設定する。これにより、発電制御の実行を開始する前に、エアブロワのみを所定時間に亘って駆動してエアブロワを暖機することができるから、発電制御の実行を開始した際のエアブロワの駆動を安定させてエアブロワから供給されるエアの流量誤差を抑えることができる。また、暖機用にエアブロワを駆動させる所定時間をエアブロワの温度に基づいて設定するから、暖機制御におけるエアブロワの駆動時間を適切なものとすることができる。これらの結果、エアブロワの暖機の過不足を抑制して、エアブロワにより供給されるエアの流量制御を安定して行うことができる。

【0009】

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度を直接または間接に検出する燃料電池温度センサを備え、前記制御装置は、前記燃料電池温度センサにより検出された前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合には、前記発電制御の実行を開始する前に前記暖機制御を実行しないものとしてもよい。こうすれば、燃料電池の温度が所定温度以上であるために燃料電池の電極などの酸化が促進され易い状態にある場合には、暖機制御を実行せずにエアブロワのみを駆動しないものとして、燃料電池の電極などの酸化を抑制することができる。

【0010】

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記エアブロワに供給される供給電圧を検出する供給電圧センサを備え、前記制御装置は、前記エアブロワの温度に基づいて前記所定時間の基準となる基準時間を設定し、設定した前記基準時間を前記供給電圧センサにより検出された前記供給電圧に基づいて補正して前記所定時間を設定するものとしてもよい。供給電圧に応じてエアブロワの回転速度が変化する傾向にあるから、供給電圧に基づいて補正した所定時間を設定することでエアブロワの暖機運転を適切に行うことができる。

【0011】

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記エアブロワの累積駆動時間を取得する累積駆動時間取得手段を備え、前記制御装置は、前記エアブロワの温度に基づいて前記所定時間の基準となる基準時間を設定し、設定した前記基準時間を前記累積駆動時間取得手段により取得された前記累積駆動時間に基づいて補正して前記所定時間を設定するものとしてもよい。累積駆動時間に応じてエアブロワの回転速度が変化する傾向にあるから、累積駆動時間に基づいて補正した所定時間を設定することでエアブロワの暖機運転を適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例としての燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】パワーコンディショナ７１と電源基板７５を含む電源系の構成の概略を示す構成図である。

【図3】エアブロワ暖機処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図4】暖機運転時のエアの流量パターンの一例を示す説明図である。

【図5】暖機必要時間Ｔｄの設定処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】基準時間Ｔｄ’の設定マップの一例を示す説明図である。

【図7】補正係数ｋ１の設定マップの一例を示す説明図である。

【図8】補正係数ｋ２の設定マップの一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

【実施例】

【0014】

図１は本発明の一実施例としての燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図であり、図２はパワーコンディショナ７１と電源基板７５を含む電源系の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池システム１０は、図１に示すように、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス（エア、すなわち空気）との供給を受けて発電する燃料電池３６を有する発電ユニット２０と、発電ユニット２０の発電に伴って発生する熱を回収して給湯する貯湯タンク１０１を有する給湯ユニット１００と、システム全体を制御する制御装置８０と、を備える。

【0015】

発電ユニット２０は、改質水と原燃料ガス（例えば天然ガスやＬＰガス）との供給を受けてこれらを加熱することにより改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に原燃料ガスを予熱する気化器３２と、気化器３２からの原燃料ガスを水蒸気改質反応により改質して燃料ガスを生成する改質器３３と、燃料ガスとエアとの供給を受けて発電する燃料電池３６とを含む発電モジュール３０と、気化器３２に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置４０と、燃料電池３６にエアを供給するエア供給装置５０と、気化器３２に改質水を供給する改質水供給装置５５と、発電モジュール３０で発生した排熱を回収する排熱回収装置６０と、を備える。なお、発電ユニット２０は、筐体２２に収容され、筐体２２の吸気口２２ａに設けられた換気ファン２４によって内部が換気される。

【0016】

気化器３２と改質器３３と燃料電池３６は、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース３１内に収容されている。モジュールケース３１内には、燃料電池３６の起動や、気化器３２における水蒸気の生成、改質器３３における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼部３４が設けられている。燃焼部３４には燃料電池３６からのアノードオフガス（燃料オフガス）とカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが供給され、これらの混合ガスが点火ヒータ３５により点火されることにより燃焼して燃料電池３６や気化器３２、改質器３３を加熱する。

【0017】

原燃料ガス供給装置４０は、燃料供給装置１と気化器３２とが原燃料ガス供給管４１により接続され、原燃料ガスポンプ４５の駆動により燃料供給装置１からの原燃料ガスを原燃料ガス供給弁（電磁弁）４２，４３と脱硫器４６とを介して気化器３２へ供給する。気化器３２へ供給された原燃料ガスは、気化器３２を経て改質器３３へ供給され、燃料ガスへと改質される。原燃料ガス供給弁４２，４３は、直列に接続された２連弁として構成される。脱硫器４６は、原燃料ガスに含まれる硫黄分を除去するものであり、例えば、硫黄化合物をゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する常温脱硫方式などを採用することができる。また、原料ガス供給管４１には、当該原料ガス供給管４１内の原燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４７や原料ガス供給管４１を流れる原燃料ガスの単位時間当たりの流量を検出する流量センサ４８が設けられている。

【0018】

エア供給装置５０は、外気と連通するフィルタ５２と燃料電池３６とがエア供給管５１により接続され、エア供給管５１に設けられたエアブロワ５３の駆動により外気をフィルタ５２を介して燃料電池３６へ供給する。エア供給管５１には、当該エア供給管５１を流れるエアの単位時間当たりの流量を検出する流量センサ５４が設けられている。エアブロワ５３は、図示は省略するが、ケースに収容されたファンと、ファンを回転させるブロワモータとを備えている。ファンやモータの回転軸を支持する軸受けなどには、摺動抵抗を低減するためのグリス（潤滑剤）が封入されている。

【0019】

改質水供給装置５５は、改質水を貯蔵する改質水タンク５７と気化器３２とが改質水供給管５６により接続され、改質水供給管５６に設けられた改質水ポンプ５８の駆動により改質水タンク５７の改質水を気化器３２へ供給する。気化器３２へ供給された改質水は、気化器３２で水蒸気とされ、改質器３３における水蒸気改質反応に利用される。改質水タンク５７には、貯蔵される改質水を精製する図示しない水精製器が設けられている。

【0020】

排熱回収装置６０は、発電モジュール３０内の燃焼排ガスが供給される熱交換器６２と貯湯水を貯蔵する貯湯タンク１０１とが循環配管６１により接続され、循環配管６１に設けられた循環ポンプ６３の駆動により熱交換器６２にて貯湯タンク１０１からの貯湯水が燃焼排ガスとの熱交換により加温されて貯湯タンク１０１に貯湯されるようになっている。熱交換器６２は凝縮水供給管６６を介して改質水タンク５７に接続されると共に排気ガス排出管６７を介して外気と接続されており、熱交換器６２に供給された燃焼排ガスは貯湯水との熱交換によって水蒸気成分が凝縮されて改質水タンク５７に回収されると共に残りの排気ガスが排気ガス排出管６７を介して外気へ排出されるようになっている。

【0021】

燃料電池３６は、電解質とこの電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とを含む単セルが複数積層された固体酸化物燃料電池として構成されており、燃料ガス中の水素とエア中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池３６の出力端子にはインバータ７２とＤＣ／ＤＣコンバータ７３とを含むパワーコンディショナ７１を介して商用電源２から負荷４への電力ライン３が接続されており、燃料電池３６からの直流電力が交流電力に変換されて商用電源２からの交流電力に付加されて負荷４に供給できるようになっている。パワーコンディショナ７１（ＤＣ／ＤＣコンバータ７３）から分岐した電力ラインには電源基板７５が接続されている。また、燃料電池３６には、単セルが複数積層されたスタック内（燃料電池３６内）の温度を検出する燃料電池温度センサ３７が設けられている。

【0022】

本実施形態では、原燃料ガス供給装置４０やエア供給装置５０、改質水供給装置５５、排熱回収装置６０などの補機が補機室に収容されている。この補機室内の上部には、補機室内の温度を検出する補機温度センサ５９が設けられている。

【0023】

電源基板７５は、パワーコンディショナ７１（ＤＣ／ＤＣコンバータ７３）からの直流電圧を入力し所定の直流電圧（例えば２４Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ７６を備え、エアブロワ５３や原燃料ガス供給弁４２，４３、原燃料ガスポンプ４５、改質水ポンプ５８、循環ポンプ６３などに直流電力を供給する直流電源として機能する。エアブロワ５３への電力供給ラインには、エアブロワ５３のブロワモータに供給される供給電圧を検出する電圧センサ５３ａが設けられている。なお、図示は省略するが、電源基板７５は、燃料電池温度センサ３７や圧力センサ４７、流量センサ４８，５４、電圧センサ５３ａ、補機温度センサ５９、筐体２２の排気口２２ｂ付近に設けられた可燃ガスセンサ９１などの各種センサにも直流電力を供給する。

【0024】

制御装置８０は、ＣＰＵ８１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ８１の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ８２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ８３と、時間を計測するタイマ８４と、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置８０には、燃料電池温度センサ３７や圧力センサ４７、流量センサ４８，５４、電圧センサ５３ａ、補機温度センサ５９、可燃ガスセンサ９１などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置８０からは、筐体２２の吸気口２２ａに設けられた換気ファン２４のファンモータへの駆動信号や原燃料ガス供給弁４２，４３のソレノイドへの駆動信号、原燃料ガスポンプ４５のポンプモータへの駆動信号、エアブロワ５３のブロワモータへの駆動信号、改質水ポンプ５８のポンプモータへの駆動信号、循環ポンプ６３のポンプモータへの駆動信号、パワーコンディショナ７１のインバータ７２やＤＣ／ＤＣコンバータ７３への制御信号、電源基板７５のＤＣ／ＤＣコンバータ７６への制御信号、点火ヒータ３５への駆動信号、表示パネル９０への表示信号などが出力ポートを介して出力されている。

【0025】

制御装置８０は、負荷４の負荷変動に伴う負荷指令を入力し、入力した負荷指令に応じた流量により原燃料ガスやエア等が供給されるよう原燃料ガス供給装置４０やエア供給装置５０等を制御することで、燃料電池３６の発電出力を制御する発電制御を実行する。ここで、本実施例では、原燃料ガス供給装置４０の制御は、入力した負荷指令に基づいて原燃料ガス供給装置４０が供給すべき目標流量を設定し、設定した目標流量と流量センサ４８により検出される流量との偏差に基づくフィードバック制御により制御ＤＵＴＹを設定し、設定した制御ＤＵＴＹにより原燃料ガスポンプ４５のポンプモータを駆動制御することにより行なわれる。また、エア供給装置５０の制御は、原燃料ガスの目標流量に対し所定の比（空燃比）となるようにエア供給装置５０が供給すべき目標流量を設定し、設定した目標流量と流量センサ５４により検出される流量との偏差に基づくフィードバック制御により制御ＤＵＴＹを設定し、設定した制御ＤＵＴＹによりエアブロワ５３のブロワモータを駆動制御することにより行なわれる。なお、制御装置８０は、タイマ８４によりエアブロワ５３のブロワモータを駆動制御している駆動時間を計測し、その駆動時間を累積した累積駆動時間ＴａをＲＡＭ８３に記憶する。累積駆動時間Ｔａは、燃料電池システム１０が運用を開始してからのエアブロワ５３の駆動時間を累積した時間となる。

【0026】

次に、こうして構成された燃料電池システム１０の動作、特に、発電制御の実行を開始する前のエアブロワ５３の暖機処理について説明する。図３は、制御装置８０のＣＰＵ８１により実行されるエアブロワ暖機処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、例えば、燃料電池システム１０で発電制御の実行を開始する前の準備処理の一つとして、原燃料ガス供給装置４０からの原燃料ガスの供給を停止した状態（目標流量に値０を設定した状態）で実行される。

【0027】

エアブロワ暖機処理ルーチンが実行されると、制御装置８０のＣＰＵ８１は、まず、燃料電池温度センサ３７により検出された燃料電池３６の温度である電池温度ｔｅ＿ｆｃを入力し（Ｓ１００）、入力した電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ未満であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。ここで、所定温度ｔｒｅｆは、燃料電池３６の電極などの酸化が促進され易い状態にあるか否かを判定するための閾値であり、酸化が促進される温度に数十℃程度のマージンを加えて例えば２５０℃などの比較的高い温度に設定されている。なお、エアブロワ５３は、燃料電池３６の付加に応じて駆動されるため、電池温度ｔｅ＿ｆｃとエアブロワ５３の温度とは相関を有しており、電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ未満の場合には、エアブロワ５３の温度も上昇していないと推定することができる。ここで、エアブロワ５３の軸受けなどに封入されたグリスは、エアブロワ５３が低温状態にあると、粘度が高まって回転抵抗（摺動抵抗）を増加させることになる。このため、エアブロワ５３が低温状態のまま発電制御の実行を開始すると、エアブロワ５３の回転が不安定となり、供給されるエアの流量が安定せずに目標の空燃比からずれる場合がある。その場合、原燃料ガスが供給過多となって炭素の析出が多くなったり、エアが供給過多となって燃料電池３６の電極などの酸化が促進されたりする。そこで、本実施例では、電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ未満の場合には、以下のように、エアブロワ５３の暖機運転を実行する。

【0028】

ＣＰＵ８１は、Ｓ１１０で電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ未満であると判定すると、エアブロワ５３の目標流量を第１流量Ｑ１としてフィードバック制御によりエアブロワ５３を駆動することでエアブロワ５３の暖機運転を開始する（Ｓ１２０）。また、ＣＰＵ８１は、エアブロワ５３の暖機運転を開始してからの暖機時間Ｔの計測をタイマ８４により開始すると共に（Ｓ１３０）、暖機運転の必要時間である暖機必要時間Ｔｄの設定処理を実行する（Ｓ１４０）。図４は暖機運転時のエアの流量パターンの一例を示す説明図である。図示するように、本実施例の暖機運転は、第１流量Ｑ１で第１時間Ｔ１（例えば５秒などの数秒）までエアブロワ５３を駆動した後、レートリミット処理などにより第２流量Ｑ２まで引き上げて、第２流量Ｑ２でエアブロワ５３の駆動を継続するパターンが定められている。暖機必要時間Ｔｄは、第１時間Ｔ１と、第１流量Ｑ１から第２流量Ｑ２への引き上げ時間と、第２流量Ｑ２での運転時間との合計時間として設定される。以下、暖機必要時間Ｔｄの設定処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。

【0029】

暖機必要時間Ｔｄの設定処理では、ＣＰＵ８１は、まず、補機温度センサ５９により検出された補機温度ｔｅ＿ａｍと、ＲＡＭ８３に記憶されているエアブロワ５３の累積駆動時間Ｔａと、電圧センサ５３ａにより検出されたエアブロワ５３への供給電圧Ｖとを入力する（Ｓ２００）。次に、暖機必要時間Ｔｄの基準となる基準時間Ｔｄ’を補機温度ｔｅ＿ａｍに基づいて設定する（Ｓ２１０）。なお、補機温度ｔｅ＿ａｍは、補機室内の温度であるから、エアブロワ５９の温度と相関のある温度といえる。

【0030】

図６は基準時間Ｔｄ’の設定マップの一例を示す説明図である。図６のマップでは、補機温度ｔｅ＿ａｍに対応付けて基準時間Ｔｄ’が定められており、推奨の使用温度範囲における下限の補機温度ｔｅ＿ａｍ０（例えば−１０℃など）から上限の補機温度ｔｅ＿ａｍ２（例えば６０℃など）までに対応する基準時間Ｔｄ’が定められている。一例としては、下限の補機温度ｔｅ＿ａｍ０に最長の基準時間Ｔｄ’０（例えば３００秒など）が対応付けられ、上限の補機温度ｔｅ＿ａｍ２に最短の基準時間Ｔｄ’２（例えば１０秒など）が対応付けられている。このように、基準時間Ｔｄ’は補機温度ｔｅ＿ａｍが低いほど長くなる傾向に定められている。これは、補機温度ｔｅ＿ａｍが低いほどエアブロワ５３のグリスの粘度が高くなっており、暖機運転に伴って発生する熱によりグリスの粘度を低下させるのに長い駆動時間を要するためである。

【0031】

ＣＰＵ８１は、基準時間Ｔｄ’を設定すると、累積駆動時間Ｔａに基づいて補正係数ｋ１を設定すると共に（Ｓ２２０）、供給電圧Ｖに基づいて補正係数ｋ２を設定し（Ｓ２３０）、設定した補正係数ｋ１、ｋ２を基準時間Ｔｄ’に乗じることにより暖機必要時間Ｔｄを設定して（Ｓ２４０）、本処理を終了する。

【0032】

図７は補正係数ｋ１の設定マップの一例を示す説明図である。図７のマップでは、累積駆動時間Ｔａに対応付けて補正係数ｋ１が定められており、運用開始時から推奨の使用上限時間（例えば１０万時間など）までに対応する補正係数ｋ１が定められている。一例としては、運用開始時の初期値（０時間）に最大値１が対応付けられ、使用上限時間の中間値Ｔａ１（例えば５万時間）に中間値０．９９が対応付けられ、使用上限時間Ｔａ２（例えば１０万時間）に最小値０．９８が対応付けられている。このように、補正係数ｋ１は、累積駆動時間Ｔａが長いほど小さくなる傾向に定められている。ここで、累積駆動時間Ｔａが長くなるとエアブロワ５３の経年使用による軸受けやグリスなどの劣化により送風能力が低下する傾向にあるから、同じ目標流量に対して設定される制御ＤＵＴＹが大きな値となり易い。このため、エアブロワ５３のブロワモータへの通電電流も大きくなってブロワモータの発熱が大きくなるから、暖機運転によってグリスの粘度を低下させるための駆動時間を短くすることができる。したがって、累積駆動時間Ｔａが長いほど小さな値が設定される補正係数ｋ１に基づいて基準時間Ｔｄ’を補正することにより、エアブロワ５３の累積駆動時間Ｔａ（エアブロワ５３の経年劣化）に応じた適切な暖機必要時間Ｔｄを設定することができる。

【0033】

図８は補正係数ｋ２の設定マップの一例を示す説明図である。図８のマップでは、供給電圧Ｖに対応付けて補正係数ｋ２が定められており、電圧Ｖの公差範囲の下限電圧から上限電圧までに対応する補正係数ｋ２が定められている。一例としては、供給電圧Ｖの基準電圧Ｖ０（例えば２４Ｖなど）に値１が対応付けられ、下限電圧Ｖ１（例えば２２．８Ｖなど）に最大値１．０１が対応付けられ、上限電圧Ｖ２（例えば２５．２Ｖなど）に最小値０．９９が対応付けられている。このように、補正係数ｋ２は、電圧公差内における供給電圧Ｖが高いほど小さくなる傾向に定められている。これは、供給電圧Ｖが高いほどエアブロワ５３のブロワモータへの通電電流も大きくなってブロワモータの発熱が大きくなったり、高い回転速度でエアブロワ５３のブロワモータが回転して軸受けに生じる摩擦熱が大きくなったりするため、暖機運転によってグリスの粘度を低下させるための駆動時間を短くすることができるためである。なお、エアブロワ５３の回転速度が上がってエアの供給流量が目標流量よりも大きくなるとフィードバック制御により制御ＤＵＴＹが小さく設定されることになるが、それまでは供給電圧Ｖが高いほどブロワモータの発熱や摩擦熱が大きくなる傾向にある。したがって、供給電圧Ｖが高いほど小さな値が設定される補正係数ｋ２に基づいて基準時間Ｔｄ’を補正することにより、供給電圧Ｖの実際の値に応じた適切な暖機必要時間Ｔｄを設定することができる。

【0034】

図３のエアブロワ暖機処理ルーチンの説明に戻る。ＣＰＵ８１は、こうして暖機必要時間Ｔｄを設定すると、計測中の暖機時間Ｔが第１時間Ｔ１以上となるのを待つ（Ｓ１５０）。暖機時間Ｔが第１時間Ｔ１以上となると、上述したように目標流量を第１流量Ｑ１から第２流量Ｑ２に引き上げてエアブロワ５３の暖機運転を継続する（Ｓ１６０）。そして、ＣＰＵ８１は、計測中の暖機時間Ｔが、Ｓ１４０で設定した暖機必要時間Ｔｄ以上となるのを待つ（Ｓ１７０）。暖機時間Ｔが暖機必要時間Ｔｄ以上となると、エアブロワ５３の暖機運転を終了して（Ｓ１８０）、エアブロワ暖機処理ルーチンを終了する。なお、暖機時間Ｔが暖機必要時間Ｔｄ以上となった場合、即ち暖機運転が完了した場合にも、燃料電池３６を冷却するために必要に応じてエアブロワ５３の駆動を継続してもよい。また、ＣＰＵ８１は、エアブロワ５３の駆動を終了すると、暖機時間Ｔの計測を終了し、計測した暖機時間ＴをＲＡＭ８３に記憶されている累積駆動時間Ｔａに加算することにより累積駆動時間Ｔａを更新する。即ち、累積駆動時間Ｔａは、エアブロワ５３の暖機時間Ｔを含むものとなる。

【0035】

また、ＣＰＵ８１は、Ｓ１１０で電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ以上であると判定した場合には、Ｓ１２０〜Ｓ１８０の処理を行うことなくエアブロワ暖機処理ルーチンを終了する。即ち、電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ以上の場合には、エアブロワ５３の暖機処理を行わないのである。これにより、電池温度ｔｅ＿ｆｃが高い状態でエアブロワ５３の暖機運転を実行してエアが供給されるのを防止することができるから、燃料電池３６の電極などの酸化が促進されるのを抑制することができる。

【0036】

以上説明した本実施例の燃料電池システム１０は、原燃料ガス供給装置４０とエア供給装置５０（エアブロワ５３）のフィードバック制御を伴って燃料ガスとエアとを供給して燃料電池３６の発電制御の実行を開始する前に、燃料ガスの供給を停止した状態でエアブロワ５３を暖機必要時間Ｔｄ（所定時間）に亘って暖機運転する。これにより、発電制御の実行を開始する前に、エアブロワ５３を暖機することができるから、発電制御の実行を開始した際のエアブロワ５３の駆動を安定させて供給されるエアの流量誤差を抑えることができる。また、暖機必要時間Ｔｄを、補機温度ｔｅ＿ａｍに基づく基準時間Ｔｄ’を用いて設定するから、暖機時間を適正なものとしてエアブロワ５３の暖機の過不足を抑制することができる。

【0037】

また、本実施例の燃料電池システム１０では、燃料電池３６の電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ以上の場合には、エアブロワ５３の暖機運転を実行しないから、燃料電池３６の電極などの酸化を抑制することができる。

【0038】

また、本実施例の燃料電池システム１０では、エアブロワ５３の温度に基づいて設定した基準時間Ｔｄ’を、エアブロワ５３の供給電圧Ｖに基づいて補正して暖機必要時間Ｔｄを設定するから、供給電圧Ｖに応じた適切な暖機必要時間Ｔｄを設定することができる。

【0039】

また、本実施例の燃料電池システム１０では、エアブロワ５３の温度に基づいて設定した基準時間Ｔｄ’を、エアブロワ５３の累積駆動時間Ｔａに基づいて補正して暖機必要時間Ｔｄを設定するから、累積駆動時間Ｔａに応じた適切な暖機必要時間Ｔｄを設定することができる。

【0040】

実施例では、エアブロワ５３の供給電圧Ｖと累積駆動時間Ｔａとに基づいて基準時間Ｔｄ’を補正して暖機必要時間Ｔｄを設定したが、これに限られず、供給電圧Ｖと累積駆動時間Ｔａのいずれか一方に基づいて基準時間Ｔｄ’を補正して暖機必要時間Ｔｄを設定してもよい。あるいは、基準時間Ｔｄ’を補正して暖機必要時間Ｔｄを設定するものに限られず、基準時間Ｔｄ’をそのまま暖機必要時間Ｔｄに設定するもの、即ち、エアブロワ５３の温度のみに基づいて暖機必要時間Ｔｄを設定するものとしてもよい。

【0041】

実施例では、エアブロワ５３の温度として補機室の補機温度ｔｅ＿ａｍを用いるもの、即ち間接に検出したエアブロワ５３の温度を用いるものとしたが、これに限られず、エアブロワ５３に温度センサを設けその温度センサにより直接検出した温度を用いてもよい。また、燃料電池３６の温度として直接に検出した電池温度ｔｅ＿ｆｃを用いたが、これに限られず、燃料電池３６の周辺の雰囲気温度を検出するなど、間接に検出した燃料電池３６の温度を用いてもよい。

【0042】

実施例では、燃料電池３６の電池温度ｔｅ＿ｆｃが所定温度ｔｒｅｆ以上の場合には、エアブロワ５３の暖機処理を行わないものとしたが、これに限られず、燃料電池３６の電池温度ｔｅ＿ｆｃに拘わらずエアブロワ５３の暖機処理を行うものとしてもよい。ただし、燃料電池３６の電極などの酸化の促進を抑制するためには、実施例のように電池温度ｔｅ＿ｆｃに基づいてエアブロワ５３の暖機実行有無を決定するものが好ましい。

【0043】

実施例では、エアブロワ５３の暖機運転もフィードバック制御により行うものとしたが、これに限られず、エアブロワ５３の暖機運転は目標流量Ｑに基づいて予め定められた制御ＤＵＴＹでエアブロワ５３を駆動制御するものとしてもよい。このようにする場合、累積駆動時間Ｔａが長いほどブロワモータの回転速度が低下する傾向となるから、図７の補正係数ｋ１の設定マップに代えて、累積駆動時間Ｔａが長いほど補正係数ｋ１が大きくなる傾向の設定マップを用いて補正係数ｋ１を設定するものなどとすればよい。

【0044】

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、原燃料ガス供給装置４０が「ガス供給装置」に相当し、エアブロワ５３が「エアブロワ」に相当し、エア供給装置５０が「空気供給装置」に相当し、制御装置８０が「制御装置」に相当し、補機温度センサ５９が「エアブロワ温度センサ」に相当する。また、燃料電池温度センサ３７が「燃料電池温度センサ」に相当し、電圧センサ５３ａが「供給電圧センサ」に相当し、エアブロワ５３の駆動時間を計測するタイマ８４と図５のＳ２００でＲＡＭ８３から累積駆動時間Ｔａを取得するＣＰＵ８１とが「累積駆動時間取得手段」に相当する。

【0045】

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎない。

【0046】

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0048】

１ 燃料供給装置、２ 商用電源、３ 電力ライン、４ 負荷、１０ 燃料電池システム、２０ 発電ユニット、２２ 筐体、２２ａ 吸気口、２２ｂ 排気口、２４ 換気ファン、３０ 発電モジュール、３１ モジュールケース、３２ 気化器、３３ 改質器、３４ 燃焼部、３５ 点火ヒータ、３６ 燃料電池、３７ 燃料電池温度センサ、４０ 原燃料ガス供給装置、４１ 原燃料ガス供給管、４２，４３ 原燃料ガス供給弁、４５ 原燃料ガスポンプ、４６ 脱硫器、４７ 圧力センサ、４８ 流量センサ、５０ エア供給装置、５１ エア供給管、５２ フィルタ、５３ エアブロワ、５３ａ 電圧センサ、５４ 流量センサ、５５ 改質水供給装置、５６ 改質水供給管、５７ 改質水タンク、５８ 改質水ポンプ、５９ 補機温度センサ、６０ 排熱回収装置、６１ 循環配管、６２ 熱交換器、６３ 循環ポンプ、６６ 凝縮水供給管、６７ 排気ガス排出管、７１ パワーコンディショナ、７２ インバータ、７３，７６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、７５ 電源基板、８０ 制御装置、８１ ＣＰＵ、８２ ＲＯＭ、８３ ＲＡＭ、８４ タイマ、９０ 表示パネル、９１ 可燃ガスセンサ、１００ 給湯ユニット、１０１ 貯湯タンク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】