特許 7427567 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの運転方法

(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】

(24)【登録日】2024-01-26

(45)【発行日】2024-02-05

(54)【発明の名称】燃料電池システム、及び、燃料電池システムの運転方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240129BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20240129BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20240129BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20240129BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20240129BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/0432

H01M8/0438

H01M8/04537

H01M8/04858

H01M8/04 J

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020157918

(22)【出願日】2020-09-18

(65)【公開番号】P2022051438

(43)【公開日】2022-03-31

【審査請求日】2023-03-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 崇之

(72)【発明者】

【氏名】香田 淳也

(72)【発明者】

【氏名】池田 泰久

【審査官】笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２０９１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１１１７７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１９５４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６１３０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４３２

Ｈ０１Ｍ ８／０４３８

Ｈ０１Ｍ ８／０４５３７

Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池ユニットと、
予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正する補正部と、
予め定められた微少漏洩検知判定期間中の判定時に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転へ、前記燃料電池ユニットの運転を切り換える口火対応運転切換部と、
予め定められた連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転を継続させる口火運転維持部と、
を備え、
前記口火運転維持部は、
前記連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転が維持されたか否かを判断する連続口火運転判断部と、
前記連続口火運転判断部による判断が肯定された場合に、前記燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える負荷追従運転切換部と、
を有する、
燃料電池システム。

【請求項2】

ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池ユニットと、
予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正する補正部と、
予め定められた微少漏洩検知判定期間中の判定時に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転へ、前記燃料電池ユニットの運転を切り換える口火対応運転切換部と、
予め定められた連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転を継続させる口火運転維持部と、
を備え、
前記口火登録流量は、前記燃料電池ユニットのベース発電維持出力に対応するガス流量である、
燃料電池システム。

【請求項3】

前記口火対応運転中に、前記ガスマイコンメータの連続判定時間よりも長い段階連続時間の間、前記口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で各々連続運転する、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】

ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池システムの運転方法であって、
予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、燃料電池ユニット内の温度、外気温及、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正し、
予め定められた微少漏洩検知判定期間中に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転を、前記燃料電池ユニットの運転を予め定められた連続ガス検知時間の間継続させ、
前記連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転が維持された後、前記燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える、
燃料電池システムの運転方法。

【請求項5】

ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池システムの運転方法であって、
予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、燃料電池ユニット内の温度、外気温及、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正し、
予め定められた微少漏洩検知判定期間中に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転を、前記燃料電池ユニットの運転を予め定められた連続ガス検知時間の間継続させ、
前記口火登録流量は、前記燃料電池ユニットのベース発電維持出力に対応するガス流量である、
燃料電池システムの運転方法。

【請求項6】

前記口火対応運転中に、前記ガスマイコンメータの連続判定時間よりも長い段階連続時間の間、前記口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で各々連続運転する、請求項４または請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。

【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、及び、燃料電池システムの運転方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

通常、一般家庭へガスを供給する配管に設置されるガスマイコンメータには、ガスの異常流出監視、感震、圧力監視、及び長時間使用監視という主たる監視機能に加え、ガス管の漏洩(特に、微量の漏洩）を検知する安全機能（「以下、微少漏洩検知機能」という）を搭載している。

【0003】

微少漏洩検知機能では、ガスの供給が一定期間、例えば３０日間継続した場合に(警報カウンタがしきい値を超えた場合に）、警報を発令(警報ランプの点滅等）する。「継続」の定義としては、例えば、２０分以上の間隔を開けずにガスが流れていることとする。言い換えれば、２０分未満（例えば、１９分）の流動途絶は、「継続」と認識する。

【0004】

ここで、燃料電池システムでは、他のガス消費機器とは異なり、発電を目的として、ガスを消費し続けることが、通常の仕様となっている。

【0005】

このため、マイコンメータが適用されたガス配管設備に設置される燃料電池システムにおいては、上記微少漏洩検知機能が働かないように、３０日が経過する前に、一定の発電休止期間を設けるようにしている（特許文献１参照）。

【0006】

しかしながら、燃料電池システムにおいて、発電を休止させると、起動・停止の回数が増加し、装置の耐久性低下が考えられる。そこで、特許文献２では、ガスマイコンメータの口火登録機能に着目し、所定の固定流量でのガスの供給継続が基準時間に達しない場合に、所定の固定流量運転モードで連続運転を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００５－３５３２９２号公報

【文献】特許５５８０２３７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、燃料電池システムでは、運転に使用するガスの流量はノルマル流量で制御されている場合がある。一方、ガスマイコンメータで計測されるガス流量は、実体積流量である。外気変化（外気温、外気圧）によって、ガスマイコンメータで計測されるガス流量（実体積流量）が変化すると、燃料電池システムで使用制御されているガス流量との差が大きくなり、口火登録した流量内に収まらず、微少漏洩検知機能が作動することも起こりうる。

【0009】

特許文献２では、固定流量範囲をどのように設定するかについての記載はない。また、固定流量範囲がノルマル流量で制御されている場合についての言及もない。特許文献２では、固定流量範囲内で運転したとしても、口火登録した流量内に収まらない場合は想定されていない。

【0010】

本発明は、ガスマイコンメータの口火登録機能を用いて微少漏洩検知機能の異常判定を回避することが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池ユニットと、予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正する補正部と、予め定められた微少漏洩検知判定期間中の判定時に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転へ、前記燃料電池ユニットの運転を切り換える口火対応運転切換部と、予め定められた連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転を継続させる口火運転維持部と、を備えている。

【0012】

請求項１に係る燃料電池システムは、燃料電池ユニット、補正部、口火対応運転切換部、口火運転維持部、を備えている。燃料電池ユニットは、ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御されている。補正部は、ガスマイコンメータに予め登録された口火登録流量を、燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル換算値へ近づく口火運転流量へ補正する。これにより、燃料電池ユニットで制御されるノルマル流量を、外気温、外気圧、ガス温度、ガス圧、で変化する実ガスの体積流量に対応する数値（口火運転流量）に補正することができる。

【0013】

口火対応運転切換部は、予め定められた微少漏洩検知判定期間中の判定時に、口火運転流量で運転される口火対応運転へ、燃料電池ユニットの運転を切り換える。これにより、外気温、外気圧の少なくとも一方に対応させて、燃料電池ユニットの運転を継続しながら、ガスマイコンメータを経由するガス流量を、予め登録された口火登録流量の範囲内に納めることができる。

【0014】

口火運転維持部は、予め定められた連続ガス検知時間の間、口火対応運転を継続させる。通常、微少漏洩検知判定機能を有するガスマイコンメータを経てガスが供給される場合、予め登録された口火登録流量の範囲内で所定の時間、運転が連続された場合には、微少漏洩検知判定機能による警告が回避できる。したがって、連続ガス検知時間の間、口火対応運転が継続されると、ガスマイコンメータにおいて、口火登録の範囲内で連続してガスの使用があったと判断され、微少漏洩検知機能の異常判定を回避することができる。

【0015】

請求項１に記載の燃料電池システムは、前記口火運転維持部が、前記連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転が維持されたか否かを判断する連続口火運転判断部と、前記連続口火運転判断部による判断が肯定された場合に、前記燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える負荷追従運転切換部と、を有する。

【0016】

請求項１に係る燃料電池システムは、口火運転維持部が、連続口火運転判断部と負荷追従運転切換部とを有している。連続口火運転判断部は、連続ガス検知時間の間、口火対応運転が維持されたか否かを判断し、当該判断が肯定された場合に、負荷追従運転切換部により、燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える。

【0017】

これにより、ガスマイコンメータでの警報を回避して、燃料電池システムを通常運転に戻すことができる。

【0018】

請求項２に記載の燃料電池システムは、前記口火登録流量は、前記燃料電池ユニットのベース発電維持出力に対応するガス流量である。

【0019】

請求項２に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットのベース発電を維持しつつ、少ないガス消費となるので、実ガス消費流量とノルマル流量で制御される発電運転に使用するガス流量との誤差を小さくすることができる。

【0020】

請求項３に記載の燃料電池システムは、前記口火対応運転中に、前記ガスマイコンメータの連続判定時間よりも長い段階連続時間の間、前記口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で各々連続運転する。

【0021】

請求項３に係る燃料電池システムによれば、ガスマイコンメータや燃料電池ユニットの器差による誤差があっても、口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で運転することにより、口火登録流量の範囲内での運転とすることができる。

【0022】

請求項４に記載の燃料電池システムの運転方法は、ガスマイコンメータを経由したガスを用いて運転され、発電運転に使用するガス流量をノルマル流量で制御された燃料電池システムの運転方法であって、予め前記ガスマイコンメータに登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル流量へ近づく口火運転流量へ補正し、予め定められた微少漏洩検知判定期間中に、前記口火運転流量で運転される口火対応運転を、前記燃料電池ユニットの運転を予め定められた連続ガス検知時間の間継続させる。

【0023】

請求項４に係る燃料電池システムの運転方法は、ガスマイコンメータに予め登録された口火登録流量を、前記燃料電池ユニット内の温度、外気温、外気圧、ガス温度、及びガス圧の少なくとも一つに基づいてノルマル換算値へ近づく口火運転流量へ補正する。これにより、燃料電池ユニットで使用されるノルマル流量を、外気温、外気圧、ガス温度、ガス圧、で変化する実ガスの体積流量が同じになるように補正することができる。

【0024】

また、予め定められた微少漏洩検知判定期間中に、口火運転流量で運転される口火対応運転を予め定められた連続ガス検知時間の間継続させる。これにより、外気温、外気圧に対応させて、燃料電池ユニットの運転を継続しながら、ガスマイコンメータを経由するガス流量を、予め登録された口火登録流量の範囲内に納めることができる。通常、微少漏洩検知判定機能を有するガスマイコンメータを経てガスが供給される場合、予め登録された口火登録流量の範囲内で所定の時間、運転が連続された場合には、微少漏洩検知判定機能による警告が回避できる。したがって、連続ガス検知時間の間、口火対応運転が継続されると、ガスマイコンメータにおいて、口火登録の範囲内で連続してガスの使用があったと判断され、微少漏洩検知機能の異常判定を回避することができる。

【0025】

請求項４に記載の燃料電池システムの運転方法は、前記連続ガス検知時間の間、前記口火対応運転が維持された後、前記燃料電池ユニットを電力負荷に応じた負荷追従運転へ切り換える。

【0026】

請求項４に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、ガスマイコンメータでの警報を回避して、燃料電池システムを通常運転に戻すことができる。

【0027】

請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法は、前記口火登録流量は、前記燃料電池ユニットのベース発電維持出力に対応するガス流量である。

【0028】

請求項５に係る燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池ユニットのベース発電を維持しつつ、少ないガス消費となるので、実ガス消費流量とノルマル流量で制御される発電運転に使用するガス流量との誤差を小さくすることができる。

【0029】

請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法は、前記口火対応運転中に、前記ガスマイコンメータの連続判定時間よりも長い段階連続時間の間、前記口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で各々連続運転する。

【0030】

請求項６に係る燃料電池システムによれば、ガスマイコンメータや燃料電池ユニットの器差による誤差があっても、口火運転流量を調整値で補正した複数の異なる口火調整流量で運転することにより、口火登録流量の範囲内での運転とすることができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、マイコンメータの口火登録機能を用いて微少漏洩検知機能の異常判定を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。

【図2】第１実施形態に係るコントローラの構成を示すブロック図である。

【図3】燃料電池システムの出力とガス消費量の外気温毎の関係を示すグラフである。

【図4】第１実施形態に係る操作リモコンの正面図である。

【図5】第１実施形態に係る口火対応運転処理のフローチャートである。

【図6】第１実施形態に係る補正処理のフローチャートである。

【図7】第１実施形態の変形例に係る燃料電池システムの概略図である。

【図8】第２実施形態に係る口火対応変動運転処理のフローチャートである。

【図9】第２実施形態に係る口火変動運転処理のフローチャートである。

【図10】第２実施形態に係る口火対応変動運転処理におけるガス消費量と運転時間との関係を示した例である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例、第１実施形態について詳細に説明する。

【0034】

図１には、本実施形態に係る燃料電池システム１０の概略図が示されている。

【0035】

燃料電池システム１０は、燃料電池ユニット１２を備えている。燃料電池ユニット１２には、貯湯タンク１４が併設されており、燃料電池システム１０は、所謂コージェネレーションシステムである。

【0036】

なお、本実施形態では、燃料電池ユニット１２に貯湯タンク１４が設けられている構成を一例としているが、燃料電池ユニット１２と貯湯タンク１４とは、別々のユニットであってもよい。

【0037】

燃料電池ユニット１２は、コントローラ１６、脱硫器２０、マスフロコントローラ（ＭＦＣ）２４、燃料電池（ＦＣ）モジュール２２、インバータ２８、熱交換器３０、貯湯タンク１４、温度センサ２６、外気圧センサ２７を備えている。

【0038】

脱硫器２０は、ガス供給管１８から供給されるガスに含まれている硫黄分や硫黄化合物を除去する。本実施形態では、ガスとして、都市ガス１３Ａを使用することとする。

【0039】

燃料電池モジュール２２は、内部に改質部及び発電部を有している。脱硫器２０を経たガスは、マスフロコントローラ２４を経て燃料電池モジュール２２へ供給される。マスフロコントローラ２４は、都市ガス１３Ａのガス密度で調整が行われており、脱硫後のガスをノルマル流量で燃料電池モジュール２２へ供給する。燃料電池モジュール２２へは、ノルマル流量でガス流量が制御されており、ノルマル流量に基づいて発電運転が行われている。

【0040】

燃料電池モジュール２２の改質部では、脱硫器２０を経たガスが、水素を主成分とするガスに改質される。発電部では、水素を利用して発電を行う。燃料電池モジュール２２の発電部からの電力は、インバータ２８によって交流に変換された後、家電４２（家庭電化製品や照明）等の電力負荷で消費される。

【0041】

貯湯タンク１４には、湯が貯留されている。当該湯は、燃料電池モジュール２２から排出される高温の排ガスと熱交換器３０での熱交換により加熱される。貯湯タンク１４の湯は、直接または間接的に熱交換を行うことにより、バックアップ熱源機（ＢＢ）３２を介して給湯設備４４（シャワー、風呂、シンク等）への給湯用、及び床暖房や空調設備等での熱交換用として利用される。貯湯タンク１４に貯留された湯をこのように利用することにより、発電に伴って発生する熱を利用できることから、別途燃料を用いて湯を加熱し、給湯、熱交換を行う場合と比較して、省エネルギーとなる。

【0042】

なお、図１では、上水が貯湯タンク１４へ直接供給されている例を示しているが、上水は、貯湯タンク１４からの湯と熱交換を行う上水熱交換器へ供給して熱交換を行ってもよい。

【0043】

バックアップ熱源機３２は、内部に燃焼器、熱交換部を備えている。バックアップ熱源機３２では、貯湯タンク１４からの湯によりユーザー所望の温水を供給できない場合（所望の湯温よりも低温の場合）に、貯湯タンク１４からの湯を加熱して給湯設備４４へ供給する。

【0044】

（コントローラ１６の構成）
図２に示されるように、コントローラ１６は、ＣＰＵ５０、ＲＡＭ５１、ＲＯＭ５２、ストレージ５４、Ｉ／Ｏ５６、及びこれらを接続するデータバスやコントロールバス等のバス５８を備える。ストレージ５４には、後述する口火対応運転処理のプログラム、口火登録流量Ｑ０、微少漏洩検知判定期間カウンタＣ、連続ガス検知時間Ｔ１などのデータが格納されている。

【0045】

Ｉ／Ｏ５６には、マスフロコントローラ２４、燃料電池モジュール２２、インバータ２８、バックアップ熱源機３２が接続されている。コントローラ１６により、マスフロコントローラ２４、燃料電池モジュール２２、インバータ２８、バックアップ熱源機（ＢＢ)３２のそれぞれの動作が制御される。また、Ｉ／Ｏ５６には、温度センサ２６、外気圧センサ２７、リモコンパネル３４が接続されている。

【0046】

温度センサ２６は、燃料電池ユニット１２の外気に近い部分に設けられており、外気温を測定する。測定した外気温データＫは、コントローラ１６へ送信される。外気圧センサ２７は、外気圧を測定する。測定した外気圧データＰは、コントローラへ送信される。

【0047】

リモコンパネル３４は、燃料電池システム１０が設置される対象の家屋の内部に設置され、利用者が燃料電池システム１０に関して指令を入力するための機能や、燃料電池システム１０の状態を表示する機能を有する。

【0048】

図１に示されるように、ガス供給管１８には、ガスマイコンメータ４８（以下「マイコンメータ４８」と称する）が取り付けられている。マイコンメータ４８の下流側には、分岐部Ｂ１が設けられ、その枝管１８Ａが燃料電池ユニット１２へガスを供給し、枝管１８Ｂがバックアップ熱源機３２へガスを供給し、枝管１８Ｃが家屋内のガス機器４０（コンロ等）へガスを供給する。

【0049】

マイコンメータ４８は、供給するガスの実体積流量を計測すると共に、ガスの供給における異常を監視する複数の機能（異常流出監視機能、感震機能、圧力監視機能、長時間使用監視機能、微少漏洩検知機能等）を有している。また、微少漏洩検知機能と関連した口火登録機能を有している。

【0050】

微少漏洩検知機能は、ガスの供給が一定期間（例えば３０日間）継続した場合に(警報カウンタがしきい値を超えた場合に）、警報を発令(警報ランプの点滅等）する。マイコンメータ４８に登録された、この一定期間を、以下「微少漏洩検知判定期間Ｔ」という。「継続」の定義としては、１時間以上の間隔を開けずにガスが流れていることとする。言い換えれば、１時間未満（例えば、５９分）の流動途絶は、「継続」と認識する。本実施形態では、一例として、微少漏洩検知判定期間Ｔを３０日、継続の定義時間を１時間とする。

【0051】

口火登録機能は、予め登録された口火登録流量Ｑ０の所定の誤差範囲（以下「口火登録流量範囲ＱＷ」という）内で、ガスの消費が連続判定時間Ｃ０継続した場合に、微少漏洩検知機能における警報の発令を行わないものである。連続判定時間Ｃ０は、微少漏洩検知判定期間において、前述の「継続」として定義されている時間よりも短く、例えば１０分等に設定されている。

【0052】

本実施形態の燃料電池システム１０は、微少漏洩検知判定期間Ｔよりも短い期間で到来するように設定された判定時に、発電運転を負荷追従運転から口火対応運転へ切り換える。負荷追従運転は、要求される負荷に追従した運転である。口火対応運転は、口火登録流量Ｑ０を、外気温及び外気圧に基づいて、ノルマル換算により補正したガス流量（以下「口火運転流量Ｑ１」という）での運転である。

【0053】

ここで、口火対応運転に関連する、微少漏洩検知判定期間カウンタＣ、口火登録流量Ｑ０、口火運転流量Ｑ１、連続ガス検知時間Ｃ１、について説明する。

【0054】

口火登録流量Ｑ０は、前述のように、マイコンメータ４８の口火登録機能を用いるため、マイコンメータ４８に予め登録するガス流量である。口火登録流量Ｑ０は、ガスの実体積流量に対応した流量で登録され、この口火登録流量Ｑ０が燃料電池システム１０のコントローラ１６にも登録されている。

【0055】

口火運転流量Ｑ１は、口火登録流量Ｑ０を外気温データＫ及び外気圧データＰに基づいて、ノルマル流量へ補正したガス流量である。当該ノルマル流量へは、以下の式（１）により補正することができる。

【0056】

【数1】

【0057】

図３には、外気温が低温ＫＬの場合と、高温ＫＨの場合について、燃料電池システム１０の出力［Ｗ］と、実ガス消費量［Ｌ／ｈ］との関係が示されている。例えば、低温ＫＬは、想定される外気温の最低であり、一例としてマイナス１０℃を想定することができる。高温ＫＨは、想定される外気温の最高であり、一例として３０℃を想定することができる。口火登録流量Ｑ０は、高温ＫＨ時におけるベースロード運転（発電機能を維持できる最低出力運転）時における実ガス消費量に設定されている。口火登録流量Ｑ０を挟んだ上下の調整値ΔＤ０の範囲が口火登録流量範囲ＱＷとして設定されている。

【0058】

低温ＫＬ、高温ＫＨのいずれの外気温時も、０から出力Ｗ１までは、ほぼ一定の実ガス消費量となっている。高温ＫＨ時では、出力０から出力Ｗ２の間で、ガス消費量が口火登録流量範囲ＱＷ内に収まっている。低温ＫＬ時において、出力０から出力Ｗ３までは、ガス消費量が口火登録流量範囲ＱＷよりも下回っている。出力Ｗ３から出力Ｗ５の間で、ガス消費量が口火登録流量範囲ＱＷ内に収まり、出力Ｗ４で口火登録流量Ｑ０のガス消費量となる。

【0059】

口火登録流量Ｑ０（口火運転流量Ｑ１：ノルマル流量）に対応する出力での燃料電池システム１０の運転を、口火対応運転という。本実施形態では、口火登録流量Ｑ０を、高温ＫＨ時におけるベースロード運転（発電機能を維持できる最低出力運転）時におけるガス消費量に設定しているので、外気温によって口火登録流量範囲ＱＷ内の発電運転を実行できなくなることを回避できる。口火登録流量Ｑ０は、必ずしも高温ＫＨ時におけるベースロード運転時のガス消費量に設定する必要はないが、口火登録流量範囲ＱＷの最大値がベースロード運転時のガス消費量よりも多くなるように設定する必要がある。

【0060】

微少漏洩検知判定期間カウンタＣは、マイコンメータ４８に登録された微少漏洩検知判定期間よりも短い期間で到来するように設定された判定時までの時間をカウントするためのものである。本実施形態では、一例として、微少漏洩検知判定期間カウンタＣにより２５日がカウントされる。

【0061】

連続判定時間Ｃ０は、マイコンメータ４８に登録されている時間であり、口火登録流量範囲ＱＷ内でガスの消費が連続判定時間Ｃ０継続した場合に、微少漏洩検知機能における警報の発令が行われない。本実施形態では、一例として１０分を設定する。

【0062】

連続ガス検知時間Ｃ１は、マイコンメータ４８に登録されている連続判定時間Ｃ０よりも長い時間で設定されており、後述する口火対応運転の継続に関連する時間である。本実施形態では、一例として、９０分が設定されている。

【0063】

図４は、本実施の形態に係るリモコンパネル３４の正面図である。リモコンパネル３４は外観が矩形状で、メインパネル３４Ａの上部には、タッチパネル部３４Ｂが配置されている。

【0064】

タッチパネル部３４Ｂは、時刻や運転状況、設定された数値等が表示されると共に、表示面の一部又は全部に重なるように、タッチパッド部が敷設され、ユーザーのタッチ操作を認識することができるようになっている。図４においてメインパネル３４Ａの表示は運転状況画面の一例で有り、タッチパッド部である「画面切替」にタッチすることにより、メインパネル５６を各種の別画面に切り替えることができる。図４では、後述する口火対応運転中である旨の「口火対応運転中」の文字が表示されている。

【0065】

また、タッチパネル部３４Ｂよりも下側のメインパネル３４Ａは、複数の操作スイッチ群の配置領域３４Ｃとなっている。操作スイッチ群は、所謂ハードスイッチであり、給湯及び発電に関わる操作スイッチが配列されている。

【0066】

なお、図４に示すリモコンパネル３４は、タッチパネル部３４Ｂ、及び操作スイッチ群の配置位置、数、機能、形状等は、型式、年式、バージョン等によって変更される場合があり、図４のリモコンパネル３４の形状に限定されるものではない。

【0067】

次に、本実施形態の燃料電池システム１０における、口火対応運転処理について説明する。口火対応運転処理は、燃料電池システム１０の運転中、コントローラ１６により、図５に示すフローチャートに基づいた処理が継続して行われる。

【0068】

まずステップＳ１２で、微少漏洩検知判定期間カウンタＣでのカウントが２５日以上かどうかを判断する。判断が否定された場合には、カウントが２５日以上になるまでステップＳ１２で待機する。判断が肯定された場合には、判定日が到来したと判断できるので、ステップＳ１４で補正処理を行う。

【0069】

補正処理は、図６に示されるように、ステップＳ１４Ａで、外気温データＫを取得し、ステップＳ１４Ｂで、外気圧データＰを取得する。そして、ステップＳ１４Ｃで、外気温データＫ及び外気圧データＰに基づいて、式（１）を用いて、口火登録流量Ｑ０から口火運転流量Ｑ１を算出する。

【0070】

次に、ステップＳ１６で、燃料電池システム１０を口火運転流量Ｑ１で運転するように制御する。すなわち、マスフロコントローラ２４を介して燃料電池モジュール２２へ供給されるガスのノルマル流量が、口火運転流量Ｑ１となるように制御される。これにより、燃料電池システム１０でのガス消費量が、口火登録流量Ｑ０となり、マイコンメータ４８で、口火登録流量Ｑ０のガス流量が計測される。

【0071】

ステップＳ１８で、連続ガス検知時間Ｔ１（本実施形態では９０分）が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、連続ガス検知時間Ｔ１が経過するまでステップＳ１８で待機する。判断が肯定された場合には、口火登録流量範囲ＱＷ内でガスの消費が連続ガス検知時間Ｔ１継続されているので、マイコンメータ４８の微少漏洩検知機能における警報の発令を回避できた可能性が高い。そこで、ステップＳ２０で、微少漏洩検知判定期間カウンタＣをリセットし、ステップＳ２２で、運転を負荷追従運転へ戻し、ステップＳ１２へ戻る。

【0072】

このように、本実施形態の燃料電池システム１０では、口火登録流量Ｑ０を口火運転流量Ｑ１へ補正し、口火対応運転を行うので、マイコンメータ４８の口火登録機能を用いて、微少漏洩検知機能における警報の発令を回避することができる。

【0073】

なお、本実施形態では、口火登録流量Ｑ０を口火運転流量Ｑ１へ補正する際に、外気温及び外気圧の両方を用いたが、外気温または外気圧のいずれか一方のみを用いて補正してもよい。また、外気温や外気圧は、必ずしも燃料電池システム１０内に計測のための機器（温度センサや気圧センサ）を備える必要はなく、外部機器や通信により得られるデータを用いてもよい。

【0074】

また、外気温、外気圧に加えて、ガス圧やガス温度に基づいて、口火登録流量Ｑ０を口火運転流量Ｑ１へ補正してもよい。また、外気温に代えて、燃料電池ユニット１２の内部温度に基づいて、口火登録流量Ｑ０を口火運転流量Ｑ１へ補正してもよい。図７に示されるように、脱硫器２０へ送出される枝管１８Ａに圧力計２９Ａ及び温度計２９Ｂを設置し、ガス圧及びガス温度を測定することができる。得られたガス圧データＰＧ、ガス温度ＫＧが、コントローラ１６へ出力される。なお、外気温、外気圧に代えて、ガス圧やガス温度に基づいて、口火登録流量Ｑ０を口火運転流量Ｑ１へ補正してもよいし、ガス圧及びガス温度のいずれか一方のみにより補正してもよい。

【0075】

また、本実施形態では、口火対応運転処理において、口火運転流量Ｑ１での運転（口火対応運転）を連続ガス検知時間Ｔ１で１回のみ継続させて微少漏洩検知判定期間カウンタＣをリセットしたが、複数回の継続を条件として、微少漏洩検知判定期間カウンタＣをリセットしてもよい。さらに、バックアップ熱源機３２と通信を行い、バックアップ熱源機３２で非着火の場合をリセット条件に加えてもよい。

【0076】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して図示し、その詳細な説明については省略する。

【0077】

本実施形態の燃料電池システムの構成は、図１、図２に示す第１実施形態の燃料電池システム１０と同様であり、口火対応運転の内容が異なる。本実施形態では、口火対応変動運転処理と称する。

【0078】

ストレージ５４には、後述する口火対応変動運転処理のプログラム、第１実施形態と同様の口火運転流量Ｑ１、微少漏洩検知判定期間カウンタＣ、連続ガス検知時間Ｔ１などのデータの他に、段階連続時間Ｔ２、段階変化流量ΔＱが格納されている。

【0079】

段階連続時間Ｔ２は、口火対応変動運転処理において、口火運転流量Ｑ１を段階的に変化させる際に同一流量での運転を維持する時間である。段階連続時間Ｔ２は、マイコンメータ４８に登録されている連続判定時間Ｃ０よりも長い時間に設定されている。

【0080】

段階変化流量ΔＱは、口火対応変動運転処理において、段階連続時間Ｔ２で同一流量での運転を維持した後に次の流量へ移行する際に、ガス流量を変化させる量である。段階変化流量ΔＱは、例えば、口火登録流量範囲ＱＷの１／２値である調整値Ｄ０の範囲で設定することができる。

【0081】

次に、本実施形態の燃料電池システム１０における、口火対応変動運転処理について説明する。口火対応変動運転処理は、燃料電池システム１０の運転中、コントローラ１６により、図８に示すフローに基づいた処理が継続して行われる。

【0082】

ステップＳ１２及び、ステップＳ１４は、第１実施形態と同様に実行される。ステップＳ２６では、口火変動運転処理が実行される。口火変動運転処理は、図９に示されるように、ステップＳ３０で、口火運転流量Ｑ１よりもΔＱ少ない流量のガス消費で燃料電池システム１０の運転を行う。これにより、マイコンメータ４８や燃料電池システム１０の各部の器差により、マイコンメータ４８で計測されるガス流量が口火登録流量範囲ＱＷよりも高い場合でも、ΔＱの範囲内であれば、マイコンメータ４８により口火登録流量Ｑ０内の運転であると認識される。

【0083】

ステップＳ３１で、段階連続時間Ｔ２（本実施形態では１０分）が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、段階連続時間Ｔ２が経過するまでステップＳ３１で待機する。判断が肯定された場合には、ステップＳ３２へ進む。

【0084】

ステップＳ３２で、口火運転流量Ｑ１のガス消費で燃料電池システム１０の運転を行い、ステップＳ３３で、段階連続時間Ｔ２が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、段階連続時間Ｔ２が経過するまでステップＳ３３で待機する。判断が肯定された場合には、ステップＳ３４へ進む。

【0085】

ステップＳ３４で、口火運転流量Ｑ１よりもΔＱ多い流量のガス消費で燃料電池システム１０の運転を行う。これにより、マイコンメータ４８や燃料電池システム１０の各部の器差により、マイコンメータ４８で計測されるガス流量が口火登録流量範囲ＱＷよりも低い場合でも、ΔＱの範囲内であれば、マイコンメータ４８により口火登録流量Ｑ０内の運転であると認識される。

【0086】

ステップＳ３５で、段階連続時間Ｔ２が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、段階連続時間Ｔ２が経過するまでステップＳ３５で待機する。判断が肯定された場合には、ステップＳ３６へ進む。

【0087】

ステップＳ３６で、連続ガス検知時間Ｔ１が経過したかどうかを判断する。判断が否定された場合には、連続ガス検知時間Ｔ１が経過するまでステップＳ３６で待機する。判断が肯定された場合には、口火運転流量Ｑ１±ΔＱでガスの消費が連続ガス検知時間Ｔ１継続されているので、マイコンメータ４８の微少漏洩検知機能における警報の発令を回避できた可能性が高い。そこで、ステップＳ２０で、微少漏洩検知判定期間カウンタＣをリセットし、ステップＳ２２で、負荷追従運転へ戻し、ステップＳ１２へ戻る。

【0088】

図１０には、一例として、口火運転流量Ｑ１で燃料電池システム１０の運転を行った場合でも、口火登録流量範囲ＱＷよりも僅かにガス消費量が少ない場合について、ガス消費量と運転時間との関係が示されている。本実施形態の口火対応変動運転処理では、燃料電池システム１０で制御されるガス消費量がＱ１－ΔＱ、Ｑ１の時には、ガス消費量が口火登録流量範囲ＱＷ内に収まらず、燃料電池システム１０で制御されるガス消費量がＱ１＋ΔＱの時にガス消費量が口火登録流量範囲ＱＷ内に収まる。

【0089】

本実施形態の燃料電池システム１０では、口火登録流量Ｑ０を口火運転流量Ｑ１へ補正し、口火対応運転を行うので、第１実施形態と同様に、マイコンメータ４８の口火登録機能を用いて、微少漏洩検知機能における警報の発令を回避することができる。

【0090】

さらに、本実施形態では、口火運転流量Ｑ１の流量を上下に振って±ΔＱの範囲でガスの消費を段階連続時間Ｔ２の間継続する。したがって、マイコンメータ４８や燃料電池システム１０の各機器の器差がある場合でも、マイコンメータ４８で計測されるガス流量を口火登録流量範囲ＱＷ内に収めることができ、マイコンメータ４８の口火登録機能を用いて、微少漏洩検知機能における警報の発令を回避することができる。

【0091】

なお、本実施形態では、口火対応運転を、３段階のガス流量、口火運転流量Ｑ１－ΔＱ、口火運転流量Ｑ１、口火運転流量Ｑ１＋ΔＱ、で行ったが、さらに多くの段階に分けて口火対応運転を行ってもよい。

【符号の説明】

【0092】

１０ 燃料電池システム
１２ 燃料電池ユニット
１６ コントローラ
（補正部、口火対応運転切換部、連続口火運転判断部、負荷追従運転切換部）
２４ マスフロコントローラ
４８ ガスマイコンメータ
ΔＱ 段階変化流量
Ｃ０ 連続判定時間
Ｃ１ 連続ガス検知時間
Ｃ 微少漏洩検知判定期間カウンタ
Ｑ０ 口火登録流量
Ｑ１ 口火運転流量
ＱＷ 口火登録流量範囲
Ｋ 外気温データ
Ｐ 外気圧データ
ＰＧ ガス圧データ
ＫＧ ガス温度データ
Ｔ 微少漏洩検知判定期間
Ｔ１ 連続ガス検知時間
Ｔ２ 段階連続時間
Ｄ０ 調整値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】