特許 7465172 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】

(24)【登録日】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04746 20160101AFI20240403BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20240403BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04746

H01M8/04537

H01M8/04 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020129639

(22)【出願日】2020-07-30

(65)【公開番号】P2022026259

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-02-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】山下 恭平

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／０８４７７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２５３２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１００２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０６６３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３４１４１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４－８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを動作させる補機と、
前記補機を制御する燃料電池制御装置と、
前記燃料電池スタックが設置された室内を換気する換気装置と、
電源装置と、
前記電源装置から供給される電力を用いて前記換気装置の動作を制御する換気駆動装置と、
前記換気駆動装置を制御する換気制御装置と、を備え、
前記燃料電池制御装置も、前記換気駆動装置を制御可能に構成され、
前記換気制御装置からの制御指令および前記燃料電池制御装置からの制御指令に対して演算処理を行う演算回路を更に備え、
前記換気駆動装置は、前記演算処理による演算結果に基づいて、前記換気装置の動作を制御する、燃料電池システム。

【請求項2】

前記演算回路は、前記換気制御装置からの制御指令および前記燃料電池制御装置からの制御指令のうち少なくとも一方が前記換気装置の動作を指示する動作指令を含む場合、前記動作指令を含む制御指令を前記演算結果として出力する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記演算回路は、前記換気制御装置からの制御指令に含まれる指令換気量および前記燃料電池制御装置からの制御指令に含まれる指令換気量のうちいずれか一方の指令換気量で前記換気装置を動作させる制御指令を前記演算結果として出力する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記燃料電池制御装置は、前記燃料電池スタックの発電状態に基づいて決定した指令換気量を含む制御指令を前記演算回路に送信する、請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記燃料電池制御装置は、前記燃料電池スタックの停止時、前記燃料電池スタックの運転時の指令換気量よりも小さい指令換気量を含む制御指令を前記演算回路に送信する、請求項３または４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】

本発明の実施の形態は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、水素等の燃料と空気等の酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置である。この燃料電池は、小型化が可能であり、電気エネルギーへの変更効率にも優れている。また、環境性に優れており、発電に伴う発熱を温水や蒸気として回収することにより、コージェネレーションシステムとしての適用も可能である。このため、工場や病院などの業務用、一般家庭用、自動車用、鉄道用、船舶用など、幅広い用途への採用が期待されている。

【0003】

燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックを備えているが、燃料電池スタックが設置された室内は、万一の燃料ガスの漏洩に備えて、換気が求められる。このため、燃料電池システムは、燃料電池スタックが設置された室内を換気する換気装置を備えている。燃料電池スタックの運転時（発電時）、換気装置は駆動され、燃料電池スタックが設置された室内は換気される。一方、燃料電池システムは、室内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったことを検知した場合、安全性を確保するために、燃料電池スタックの運転を緊急停止し、着火源となり得る補機への電力供給も停止させる場合がある。このような燃料電池スタックの緊急停止時にも、室内の燃料ガスを排出するために換気装置による換気の継続が求められる。また、燃料電池スタックの通常停止時にも、パージ操作や定期的な機器動作確認のために燃料ガスを使用する場合があり、換気装置による換気の継続が求められる。

【0004】

しかしながら、換気装置による換気を継続することができず、燃料電池スタックが設置された室内を換気装置により十分に換気することができない場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－３２７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、燃料電池スタックが設置された室内を換気装置により確実に換気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】

【0007】

実施の形態による燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックと、燃料電池スタックを動作させる補機と、補機を制御する燃料電池制御装置と、燃料電池スタックが設置された室内を換気する換気装置と、を備える。また、燃料電池システムは、電源装置と、電源装置から供給される電力を用いて換気装置の動作を制御する換気駆動装置と、換気駆動装置を制御する換気制御装置と、を備える。燃料電池制御装置も、換気駆動装置を制御可能に構成され、換気駆動装置は、換気制御装置からの制御指令および燃料電池制御装置からの制御指令に基づいて、換気装置の動作を制御する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、燃料電池スタックが設置された室内を換気装置により確実に換気することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態による燃料電池システムの概略構成図である。

【図2】図２は、比較例による燃料電池システムの概略構成図である。

【図3】図３は、変形例による燃料電池システムの概略構成図である。

【図4】図４は、変形例による燃料電池システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による燃料電池システムについて説明する。

【0011】

（第１の実施の形態）
まずは、図１を用いて、第１の実施の形態による燃料電池システムについて説明する。

【0012】

図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、補機２０と、燃料電池制御装置３０と、換気装置４０と、電源装置５０と、換気駆動装置６０と、換気制御装置７０と、演算回路８０と、を備えている。

【0013】

燃料電池スタック１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行うように構成されている。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池セル（不図示）が積層されて構成されていてもよい。複数の燃料電池セルは、下記の化学式１で示す反応により発電を行う。より具体的には、燃料ガスは、例えば水素含有ガスである。燃料ガスは、燃料電池セル内の燃料ガス流路を流れて、燃料極反応をおこす。酸化剤ガスは、例えば空気（大気）である。酸化剤ガスは、燃料電池セル内の酸化剤ガス流路を流れて、酸化剤極反応をおこす。燃料電池スタック１０は、これらの電気化学反応を利用して、集電板に設けられた電極から電気エネルギーを取り出すことができるように構成されている。

【0014】

（化学式１）
燃料極反応：Ｈ_２ → ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ^－
酸化剤極反応：１／２Ｏ_２ ＋ ２Ｈ^＋ ＋２ｅ^－ → Ｈ_２Ｏ

【0015】

燃料電池スタック１０は、燃料電池設置室９０内（室内）に設置されている。本実施の形態においては、後述する補機２０も、燃料電池設置室９０内に設置されている。

【0016】

補機２０は、燃料電池スタック１０を動作させるように構成されている。補機２０は、後述する燃料電池制御装置３０からの制御指令により動作し、燃料電池スタック１０を動作させることができる。補機２０は、燃料ガス供給装置と、酸化剤ガス供給装置と、冷却水供給装置と、センサ群と、を含んでいる。これにより、補機２０は、燃料電池スタック１０に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電を行わせることができ、また、燃料電池スタック１０に冷却水を供給して発電に伴い発熱した燃料電池スタック１０を冷却することができる。また、センサ群により、燃料電池スタック１０内の温度や圧力、燃料電池スタック１０に供給される燃料ガスや酸化剤ガス、冷却水の流量、および燃料電池スタック１０の発電量等を測定することができる。

【0017】

また、補機２０は、燃料ガス濃度検知装置を含んでいてもよい。これにより、補機２０は、燃料電池設置室９０内の燃料ガス濃度を検知することができる。

【0018】

燃料電池制御装置３０は、補機２０に電力を供給するとともに、補機２０を制御するように構成されている。上述したような補機２０の動作は、この燃料電池制御装置３０からの制御指令により行われる。すなわち、燃料電池制御装置３０は、補機２０を制御して、燃料電池スタック１０に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電を行わせることができる。また、燃料電池制御装置３０は、補機２０を制御して、燃料電池スタック１０に冷却水を供給して発電に伴い発熱した燃料電池スタック１０を冷却することができる。また、燃料電池制御装置３０は、補機２０を監視することにより、燃料電池設置室９０内の燃料ガス濃度を検知することができる。また、燃料電池制御装置３０は、補機２０により燃料電池設置室９０内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったことを検知した場合に、燃料電池スタック１０の運転を停止し、補機２０への電力供給を遮断することができる。

【0019】

また、本実施の形態においては、燃料電池制御装置３０は、後述する換気駆動装置６０も制御可能に構成されている。燃料電池制御装置３０は、換気装置４０の動作を制御する制御指令Ｓ２を出力することができる。この制御指令Ｓ２には、換気装置４０の動作を指示する動作指令が含まれる。燃料電池制御装置３０から出力された制御指令Ｓ２は、後述する演算回路８０に送信される。

【0020】

換気装置４０は、燃料電池設置室９０内を換気するように構成されている。換気装置４０は、例えば、換気ファン４０ａを含んでいてもよい。燃料電池設置室９０には、吸気口９２と排気口９４が設けられている。例えば、換気ファン４０ａは、排気口９４に設けられている。これにより、換気装置４０を動作させると、換気ファン４０ａにより、燃料電池設置室９０内の空気、および燃料ガスが漏洩している場合には燃料ガスを、排気口９４から外部に排出することができる。また、外部の空気を、吸気口９２から燃料電池設置室９０内に取り込むことができる。なお、燃料電池設置室９０が船舶内に設けられている場合、すなわち燃料電池システム１が船舶内に搭載されている場合には、吸気口９２に塩害対策フィルタ４２（耐塩フィルタ）が設けられていてもよい。塩害対策フィルタ４２は、塩分吸収層と撥水層とを有していてもよく、海塩粒子に対して高い捕集力を有していてもよい。これにより、海塩粒子による燃料電池スタック１０の劣化や故障等を防止することができる。換気装置４０の動作は、後述する換気駆動装置６０により制御される。

【0021】

電源装置５０は、後述する換気駆動装置６０に電力を供給可能に構成されている。また、電源装置５０は、上述したように、燃料電池制御装置３０にも電力を供給可能に構成されていてもよい。すなわち、電源装置５０は、換気駆動装置６０の電源と燃料電池制御装置３０の電源とを兼ねていてもよい。電源装置５０は、交流電源であってもよく、交流電流を出力するように構成されていてもよい。

【0022】

換気駆動装置６０は、電源装置５０から供給される電力を用いて換気装置４０の動作を制御するように構成されている。本実施の形態においては、換気駆動装置６０は、インバータ装置６２で構成されている。インバータ装置６２は、電源装置５０から供給された交流電流の周波数を変更して換気装置４０に電力を供給し、換気装置４０を所定の換気量で動作させることができる。インバータ装置６２は、後述する換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に基づいて、換気装置４０の動作を制御するように構成されている。より具体的には、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２は、後述する演算回路８０に送信されて、演算処理が行われる。インバータ装置６２には、この演算処理による演算結果としての制御指令Ｓ３が送信される。インバータ装置６２は、この制御指令Ｓ３に基づいて、すなわち演算処理による演算結果に基づいて、換気装置４０の動作を制御する。インバータ装置６２が受信した制御指令Ｓ３が上述した動作指令を含む場合、インバータ装置６２は、換気装置４０に電力を供給して、換気装置４０を動作させる。インバータ装置６２は、この動作指令を含む制御指令Ｓ３を断続的に受信し続けることで、換気装置４０の動作を継続する。

【0023】

換気制御装置７０は、換気駆動装置６０を制御するように構成されている。換気制御装置７０は、換気装置４０の動作を制御する制御指令Ｓ１を出力することができる。この制御指令Ｓ１には、換気装置４０の動作を指示する動作指令が含まれる。換気制御装置７０から出力された制御指令Ｓ１は、後述する演算回路８０に送信される。

【0024】

なお、換気制御装置７０は、換気駆動装置６０を制御する専用の装置であってもよいが、その他の機器を制御する制御システムの一部であってもよい。例えば、燃料電池システム１が船舶内に搭載されている場合には、換気制御装置７０は、当該船舶のエネルギーマネジメントシステムの一部であってもよく、バッテリや燃料供給システム等、他の機器を制御可能に構成されていてもよい。

【0025】

演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に対して演算処理を行うように構成されている。演算回路８０には、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２が送信される。演算回路８０は、これらの制御指令Ｓ１、Ｓ２に対して演算処理を行い、その演算処理による演算結果としての制御指令Ｓ３を換気駆動装置６０に出力する。

【0026】

本実施の形態においては、演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に対して論理和演算を行う。より具体的には、演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２のうち少なくとも一方が動作指令を含む場合、当該動作指令を含む制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。すなわち、演算回路８０は、換気制御装置７０および燃料電池制御装置３０のいずれかから動作指令が送信された場合に、換気駆動装置６０に換気装置４０を動作させるように指示する。

【0027】

なお、演算回路８０は、換気駆動装置６０とは別の装置として設けられていてもよいが、換気駆動装置６０に組み込まれていてもよい。

【0028】

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用効果について説明する。

【0029】

燃料電池システム１が起動されると、電源装置５０から燃料電池制御装置３０に電力が供給される。また、燃料電池制御装置３０から補機２０に電力が供給されるとともに、燃料電池制御装置３０から補機２０に制御指令が送信される。これにより、補機２０は、燃料電池スタック１０に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電を行わせ、また、燃料電池スタック１０に冷却水を供給して発電に伴い発熱した燃料電池スタック１０を冷却する。

【0030】

一方、換気制御装置７０は、換気装置４０の動作を指示する動作指令を含む制御指令Ｓ１を演算回路８０に送信する。また、燃料電池制御装置３０も、換気装置４０の動作を指示する動作指令を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に送信する。演算回路８０は、これらの制御指令Ｓ１、Ｓ２に対して演算処理を行う。より具体的には、演算回路８０は、論理和演算を行う。ここでは、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２のいずれもが動作指令を含んでいる。このため、演算回路８０は、当該動作指令を含む制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。

【0031】

インバータ装置６２には、電源装置５０から電力が供給されるとともに、演算回路８０から演算結果としての制御指令Ｓ３が送信される。動作指令を含む制御指令Ｓ３を受信したインバータ装置６２は、電源装置５０から供給された交流電流の周波数を変更して換気装置４０に電力を供給し、換気装置４０を所定の換気量で動作させる。

【0032】

燃料電池スタック１０の運転時（発電時）、換気制御装置７０および燃料電池制御装置３０は、換気装置４０の動作を指示する動作指令を含む制御指令Ｓ１、Ｓ２を演算回路８０に断続的に送信し続ける。演算回路８０も、これらの制御指令Ｓ１、Ｓ２に対する演算結果をインバータ装置６２に送信し続ける。これにより、燃料電池スタック１０の運転時には、換気装置４０による燃料電池設置室９０内の換気が継続される。このため、燃料電池スタック１０の運転時に燃料電池スタック１０から燃料ガスが漏洩した場合であっても、燃料電池設置室９０内の燃料ガスを排気口９４から外部に排出することができる。

【0033】

一方、補機２０が、燃料電池設置室９０内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったことを検知した場合、燃料電池制御装置３０は、燃料電池スタック１０の運転を緊急停止し、電源装置５０からの電力供給を遮断することで、補機２０への電力供給を遮断する。このとき、燃料電池制御装置３０自体の動作を停止してもよい。このような燃料電池スタック１０の緊急停止時にも、換気制御装置７０は、換気装置４０の動作を指示する動作指令を含む制御指令Ｓ１を演算回路８０に断続的に送信し続ける。演算回路８０も、演算結果を換気駆動装置６０に送信し続ける。これにより、燃料電池スタック１０の緊急停止時にも、換気装置４０による燃料電池設置室９０内の換気が継続される。このため、燃料電池設置室９０内の燃料ガスを排気口９４から外部に排出することができる。

【0034】

また、燃料電池スタック１０の通常停止時で、換気制御装置７０が換気不要と判断している場合においては、燃料電池制御装置３０が、燃料電池スタック１０または補機２０の状態に応じて、換気装置４０の動作を指示する動作指令を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に断続的に送信し続ける。演算回路８０も、演算結果を換気駆動装置６０に送信し続ける。これにより、燃料電池スタック１０の通常停止時にも、燃料電池スタック１０や補機２０の状態により換気を要すると判断した場合には、換気装置４０による燃料電池設置室９０内の換気が実施される。このため、燃料電池スタック１０の通常停止時に燃料電池スタック１０から燃料ガスが漏洩した場合であっても、燃料電池設置室９０内の燃料ガスを排気口９４から外部に排出することができる。

【0035】

ここで、図２を用いて、比較例による燃料電池システム１００について説明する。図２に示すように、比較例による燃料電池システム１００では、燃料電池制御装置３００は、補機２０を制御するように構成されているが、換気駆動装置６００（インバータ装置６２０）を制御可能には構成されていない。すなわち、燃料電池制御装置３００は、換気装置４０の動作を制御する制御指令Ｓ２を出力しない。また、この燃料電池システム１００には、演算回路８０も設けられていない。換気制御装置７０から出力された制御指令Ｓ１は、換気駆動装置６００に送信される。換気駆動装置６００は、この換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１に基づいて、換気装置４０の動作を制御する。

【0036】

しかしながら、この燃料電池システム１００では、換気制御装置７０の故障時や、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１の異常発生時、換気制御装置７０と換気駆動装置６００との通信機能の故障時等には、換気駆動装置６００に正常に制御指令Ｓ１が送信されないおそれがある。このため、換気装置４０による換気を継続することができず、換気装置４０により燃料電池設置室９０内を換気することができない場合がある。

【0037】

これに対して本実施の形態によれば、燃料電池制御装置３０も、換気駆動装置６０を制御可能に構成されている。そして、換気駆動装置６０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に基づいて、換気装置４０の動作を制御する。このことにより、換気制御装置７０の故障時や、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１の異常発生時、換気制御装置７０と換気駆動装置６０との通信機能の故障時等にも、換気駆動装置６０は、燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に基づいて、換気装置４０の動作を制御することができる。このため、換気装置４０による換気を継続することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。

【0038】

また、本実施の形態によれば、燃料電池制御装置３０から換気装置４０の制御指令Ｓ２を送信している。燃料電池制御装置３０は、燃料電池スタック１０や補機２０の状態を容易に把握することができ、換気の要否を容易に判断することができる。このことにより、換気制御装置７０が燃料電池制御装置３０と連携して燃料電池スタック１０や補機２０の状態を把握し換気駆動装置６０を制御することを不要にすることができる。すなわち、換気制御装置７０と燃料電池制御装置３０との複雑な制御の連携を不要にすることができる。このため、燃料電池システム１を簡素化することができる。

【0039】

また、本実施の形態によれば、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に対して演算処理を行う演算回路８０が設けられている。このことにより、複数の制御装置３０、７０からの制御指令Ｓ１、Ｓ２を、換気駆動装置６０に送信する前に、演算回路８０で適切に演算処理することができる。このため、換気駆動装置６０には、適切に演算処理された制御信号Ｓ３が送信される。これにより、換気駆動装置６０は、演算処理による演算結果に基づいて、換気装置４０の動作を適切に制御することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。

【0040】

また、本実施の形態によれば、演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２のうち少なくとも一方が動作指令を含む場合、動作指令を含む制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。このことにより、換気制御装置７０の側および燃料電池制御装置３０の側のいずれか一方の側の故障時にも、換気駆動装置６０は、いずれかの動作指令に基づいて、換気装置４０の動作を継続することができる。このため、換気装置４０による換気を継続することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。

【0041】

（第１の実施の形態の変形例）
上述した第１の実施の形態においては、換気駆動装置６０がインバータ装置６２で構成されている例について説明した。しかしながら、このことに限定されることはなく、換気駆動装置６０は、スイッチング装置やリレー装置で構成されていてもよい。以下、第１の実施の形態の変形例について、図３を用いて説明する。なお、図３において、図１に示す構成と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0042】

図３に示す例においては、換気駆動装置６０は、リレー装置６４で構成されている。リレー装置６４は、電源装置５０と換気装置４０との間に配置されている。リレー装置６４は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２をそれぞれ受信することができる。リレー装置６４は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に基づいて、換気装置４０の動作を制御するように構成されている。例えば、リレー装置６４は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２のうち少なくとも一方が換気装置４０の動作を指示する動作指令を含む場合、電源装置５０からの電力を換気装置４０に供給して、換気装置４０を動作させる。

【0043】

このように換気駆動装置６０がスイッチング装置やリレー装置６４で構成されている場合であっても、換気制御装置７０の故障時等において、換気駆動装置６０は、燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に基づいて、換気装置４０の動作を制御することができる。このため、換気装置４０による換気を継続することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。

【0044】

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態による燃料電池システムについて説明する。

【0045】

第２の実施の形態においては、演算回路が、換気制御装置からの制御指令に含まれる指令換気量および燃料電池制御装置からの制御指令に含まれる指令換気量のうちいずれか一方の指令換気量で換気装置を動作させる制御指令を演算結果として出力する点が主に異なり、他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と略同一である。

【0046】

本実施の形態においては、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１に、換気装置４０への指令換気量Ｖ１が含まれる。すなわち、この制御指令Ｓ１には、換気装置４０を指令換気量Ｖ１で動作させる制御指令が含まれる。この指令換気量Ｖ１を含む制御指令を受信した換気駆動装置６０は、換気装置４０を指令換気量Ｖ１で動作させるように換気装置４０を制御する。より具体的には、インバータ装置６２は、電源装置５０から供給された交流電流の周波数を変更して換気装置４０に電力を供給し、換気装置４０の換気量がこの指令換気量Ｖ１になるように換気ファン４０ａの回転数を調整する。

【0047】

また、本実施の形態においては、燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に、換気装置４０への指令換気量Ｖ２が含まれる。すなわち、この制御指令Ｓ２には、換気装置４０を指令換気量Ｖ２で動作させる制御指令が含まれる。この指令換気量Ｖ２を含む制御指令を受信した換気駆動装置６０は、換気装置４０を指令換気量Ｖ２で動作させるように換気装置４０を制御する。より具体的には、インバータ装置６２は、電源装置５０から供給された交流電流の周波数を変更して換気装置４０に電力を供給し、換気装置４０の換気量がこの指令換気量Ｖ２になるように換気ファン４０ａの回転数を調整する。

【0048】

指令換気量Ｖ１は、一定であってもよい。すなわち、燃料電池制御装置３０は、予め定められた指令換気量Ｖ１を含む制御指令Ｓ１を演算回路８０に送信してもよい。例えば、指令換気量Ｖ１は、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の７０％の換気量であってもよい。

【0049】

一方、指令換気量Ｖ２は、燃料電池スタック１０の発電状態に応じて可変であってもよい。すなわち、燃料電池制御装置３０は、燃料電池スタック１０の発電状態に基づいて決定した指令換気量Ｖ２を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に送信してもよい。例えば、発電量が多いほど指令換気量Ｖ２が大きくなるようにしてもよく、発電量に応じて、指令排気量Ｖ２を、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の８０％、９０％、１００％というように変化させてもよい。また、例えば、燃料電池スタック１０の停止時の指令換気量Ｖ２を、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の５０％の換気量にしてもよい。このように、燃料電池制御装置３０は、燃料電池スタック１０の停止時、燃料電池スタック１０の運転時の指令換気量よりも小さい指令換気量Ｖ２を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に送信してもよい。

【0050】

なお、この例に限られず、指令換気量Ｖ１が、指令換気量Ｖ２と同様に、燃料電池スタック１０の発電状態に応じて可変であってよい。また、指令換気量Ｖ２が、指令換気量Ｖ１と同様に、一定であってもよい。

【0051】

また、本実施の形態においては、演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１に含まれる指令換気量Ｖ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に含まれる指令換気量Ｖ２のうちいずれか一方の指令換気量で換気装置４０を動作させる制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。本実施の形態においては、演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１に含まれる指令換気量Ｖ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に含まれる指令換気量Ｖ２に対して最大値演算を行う。より具体的には、演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１に含まれる指令換気量Ｖ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に含まれる指令換気量Ｖ２のうちいずれか大きい方の指令換気量で換気装置４０を動作させる制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。すなわち、演算回路８０は、換気制御装置７０からの指令換気量Ｖ１および燃料電池制御装置３０からの指令換気量Ｖ２のうちいずれか大きい方の指令換気量で換気装置４０を動作させるように換気駆動装置６０に指示する。

【0052】

本実施の形態において、燃料電池スタック１０の運転時、換気制御装置７０は、例えば、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の７０％の指令換気量Ｖ１を含む制御指令Ｓ１を演算回路８０に送信する。また、燃料電池制御装置３０は、例えば、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の１００％の指令換気量Ｖ２を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に送信する。演算回路８０は、これらの制御指令Ｓ１、Ｓ２に対して演算処理を行う。より具体的には、演算回路８０は、これらの指令換気量Ｖ１、Ｖ２に対して最大値演算を行う。ここでは、換気制御装置７０からの指令換気量Ｖ１が換気装置４０の最大換気量Ｖ０の７０％の換気量であり、燃料電池制御装置３０からの指令換気量Ｖ２が換気装置４０の最大換気量Ｖ０の１００％の換気量である。このため、演算回路８０は、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の１００％の指令換気量で換気装置４０を動作させる制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。

【0053】

換気駆動装置６０（インバータ装置６２）には、電源装置５０から電力が供給されるとともに、演算回路８０から演算結果としての制御指令Ｓ３が送信される。当該指令換気量を含む制御指令Ｓ３を受信したインバータ装置６２は、電源装置５０から供給された交流電流の周波数を変更して換気装置４０に電力を供給し、換気装置４０を当該指令換気量、すなわち換気装置４０の最大換気量Ｖ０の１００％の換気量で動作させる。

【0054】

一方、燃料電池スタック１０の停止時、換気制御装置７０は、例えば、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の７０％の指令換気量Ｖ１を含む制御指令Ｓ１を演算回路８０に送信する。また、燃料電池制御装置３０は、例えば、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の５０％の指令換気量Ｖ２を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に送信する。演算回路８０は、これらの制御指令Ｓ１、Ｓ２に対して演算処理を行う。より具体的には、演算回路８０は、これらの指令換気量Ｖ１、Ｖ２に対して最大値演算を行う。ここでは、換気制御装置７０からの指令換気量Ｖ１が換気装置４０の最大換気量Ｖ０の７０％の換気量であり、燃料電池制御装置３０からの指令換気量Ｖ２が換気装置４０の最大換気量Ｖ０の５０％の換気量である。このため、演算回路８０は、換気装置４０の最大換気量Ｖ０の７０％の指令換気量で換気装置４０を動作させる制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。

【0055】

換気駆動装置６０（インバータ装置６２）には、電源装置５０から電力が供給されるとともに、演算回路８０から演算結果としての制御指令Ｓ３が送信される。当該指令換気量を含む制御指令Ｓ３を受信したインバータ装置６２は、電源装置５０から供給された交流電流の周波数を変更して換気装置４０に電力を供給し、換気装置４０を当該指令換気量、すなわち換気装置４０の最大換気量Ｖ０の７０％の換気量で動作させる。

【0056】

このように本実施の形態によれば、演算回路８０は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１に含まれる指令換気量Ｖ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２に含まれる指令換気量Ｖ２のうちいずれか一方の指令換気量で換気装置４０を動作させる制御指令Ｓ３を演算結果として出力する。このことにより、換気駆動装置６０は、燃料電池スタック１０の発電状態に応じた適切な換気量で換気装置４０を動作させるように換気装置４０を制御することができる。例えば、燃料電池スタック１０の発電量が多い場合には、燃料ガスの使用量が多いため、燃料ガスが漏洩した場合に漏洩量も多くなることが想定される。このため、比較的大きい換気量で換気装置４０を動作させることで、燃料ガスが漏洩した場合であっても、漏洩した燃料ガスを確実に希釈して外部に排出することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。また、例えば、燃料電池スタック１０の発電量が少ない場合や燃料電池スタック１０の停止時には、燃料ガスの使用量が少ないため、燃料ガスが漏洩した場合に漏洩量は少なくなることが想定される。このため、比較的小さい換気量で換気装置４０を動作させることで、排気口９４からの空気の排出量を抑制することができる。この場合、吸気口９２からの外部の空気の取り込み量も抑制することができる。このため、吸気口９２に設けられた塩害対策フィルタ４２の消耗を抑制し、塩害対策フィルタ４２を長寿命化させることができる。この結果、燃料電池システム１の運用コストを低減することができる。また、換気装置４０の動力を抑制することができるとともに、換気装置４０の動作による騒音を低減させることもできる。

【0057】

また、本実施の形態によれば、換気制御装置７０の側および燃料電池制御装置３０の側のいずれか一方の側の故障時にも、換気駆動装置６０は、いずれかの制御指令Ｓ１、Ｓ２に基づいて、換気装置４０の動作を継続することができる。このため、換気装置４０による換気を継続することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。

【0058】

また、本実施の形態によれば、燃料電池制御装置３０は、燃料電池スタック１０の発電状態に基づいて決定した指令換気量Ｖ２を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に送信する。このことにより、換気駆動装置６０は、燃料電池スタック１０の発電状態に応じた適切な換気量で換気装置４０を動作させるように換気装置４０を制御することができる。このため、例えば、燃料電池スタック１０の発電量が多い場合には、比較的大きい換気量で換気装置４０を動作させることで、燃料ガスが漏洩した場合であっても、漏洩した燃料ガスを確実に希釈して外部に排出することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。また、燃料電池スタック１０の発電量が少ない場合には、排気口９４からの空気の排出量を抑制することで、吸気口９２からの外部の空気の取り込み量を抑制することができ、塩害対策フィルタ４２を長寿命化させることができる。この結果、燃料電池システム１の運用コストを低減することができる。また、換気装置４０の動力を抑制することができるとともに、換気装置４０の動作による騒音を低減させることもできる。

【0059】

また、本実施の形態によれば、燃料電池制御装置３０は、燃料電池スタック１０の停止時、燃料電池スタック１０の運転時の指令換気量よりも小さい指令換気量Ｖ２を含む制御指令Ｓ２を演算回路８０に送信する。このため、燃料電池スタック１０の運転時には、比較的大きい換気量で換気装置４０を動作させることで、燃料ガスが漏洩した場合であっても、漏洩した燃料ガスを確実に希釈して外部に排出することができる。この結果、燃料電池設置室９０内を換気装置４０により確実に換気することができる。また、燃料電池スタック１０の停止時には、排気口９４からの空気の排出量を抑制することで、吸気口９２からの外部の空気の取り込み量を抑制することができ、塩害対策フィルタ４２を長寿命化させることができる。この結果、燃料電池システム１の運用コストを低減することができる。また、換気装置４０の動力を抑制することができるとともに、換気装置４０の動作による騒音を低減させることもできる。

【0060】

また、本実施の形態によれば、燃料電池制御装置３０が、可変の指令排出量Ｖ２を含む制御指令Ｓ２を送信している。燃料電池制御装置３０は、燃料電池スタック１０を動作させる補機２０を制御しているため、燃料電池スタック１０の運転状態を容易に把握することができる。このため、燃料電池制御装置３０からの指令排出量Ｖ２を可変にすることで、換気制御装置７０からの指令排出量Ｖ１を可変にする場合に比べて、制御系を単純化することができる。このため、燃料電池システム１を簡素化することができる。

【0061】

（第２の実施の形態の変形例）
上述した第２の実施の形態においては、換気ファン４０ａの回転数を調整することで換気装置４０の換気量を変更する例について説明した。しかしながら、このことに限定されることはなく、ダンパ４０ｂの開度を調整することで換気装置４０の換気量を変更してもよい。以下、第２の実施の形態の変形例について、図４を用いて説明する。なお、図４において、図３に示す構成と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0062】

図４に示す例においては、換気装置４０は、換気ファン４０ａの下流側に設けられたダンパ４０ｂを含んでいる。ダンパ４０ｂは、換気装置４０の換気量（排気量）を調整可能に構成されている。換気装置４０は、ダンパ４０ｂを開閉することにより換気量を調整することができる。ダンパ４０ｂの開閉は、換気駆動装置６０’により制御される。

【0063】

換気駆動装置６０’は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１’および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２’に基づいて、ダンパ４０ｂの開閉を制御するように構成されている。換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１’には、指令換気量Ｖ１が含まれる。また、燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２’には、指令換気量Ｖ２が含まれる。

【0064】

換気駆動装置６０’は、換気制御装置７０からの制御指令Ｓ１’に含まれる指令換気量Ｖ１および燃料電池制御装置３０からの制御指令Ｓ２’に含まれる指令換気量Ｖ２のうちいずれか一方の指令換気量で換気装置４０を動作させるようにダンパ４０ｂの開閉を制御する。例えば、換気駆動装置６０’は、換気制御装置７０からの指令換気量Ｖ１’および燃料電池制御装置３０からの指令換気量Ｖ２’のうちいずれか大きい方の指令換気量で換気装置４０を動作させるようにダンパ４０ｂの開閉を制御することができる。すなわち、換気駆動装置６０’は、換気装置４０の換気量が、換気制御装置７０からの指令換気量Ｖ１’および燃料電池制御装置３０からの指令換気量Ｖ２’のうちいずれか大きい方の指令換気量になるように、ダンパ４０ｂの開度を調整することができる。

【0065】

このようにダンパ４０ｂの開度を調整することで換気装置４０の換気量を変更する場合であっても、換気駆動装置６０’は、燃料電池スタック１０の発電状態に応じた適切な換気量で換気装置４０を動作させるように換気装置４０を制御することができる。

【0066】

以上述べた実施の形態によれば、燃料電池スタックが設置された室内を換気装置により確実に換気することができる。

【0067】

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0068】

１：燃料電池システム、１０：燃料電池スタック、２０：補機、３０：燃料電池制御装置、４０：換気装置、５０：電源装置、６０：換気駆動装置、７０：換気制御装置、８０：演算回路、９０：燃料電池設置室、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：制御指令

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】