JP6313139B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
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または停止させて、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が故障しているか否かの故障判定を行っている。
これによれば、第一異常有無確認部は、流量検知装置の異常の有無の確認をする際に、換気ファンの駆動量を、流量検知装置の出力がオン信号となるオン駆動量範囲内の換気ファンの第一駆動量から、換気装置の異常が無い場合に、流量検知装置の出力がオフ信号となるオフ駆動量範囲内の換気ファンの第二駆動量に低減する。ここで、第一異常有無確認部が換気ファンの駆動量を第二駆動量に低減した場合、換気の際に筐体内から排出される流体が流通する排気部に換気ファンが配設され、かつ、オフ駆動量範囲がゼロより大きく設定されているため、換気ファンによる換気が行われることにより、筐体内が負圧になる。これにより、第一異常有無確認部による流量検知装置の異常の有無の確認の際に、筐体内にて燃料が流出した場合においても、燃料は、換気に伴って流れる流体の流路に沿って確実に換気される。よって、例えば、燃料電池システムが屋内に設置されている場合においても、燃料が屋内に流出することを抑制できる。したがって、第一異常有無確認部による流量検知装置の異常の有無の確認の際に、換気ファンの駆動量を低減させる場合においても、筐体内の換気を適切に行うことができる。
また、流量検知装置は、比較的簡易に構成できる差圧スイッチであるため、流量検知装置を比較的低コストにて構成することができる。よって、筐体内の換気を、比較的低コストかつ適切に行うことができる。
第一異常有無確認部による流量検知装置の異常の有無の確認の際に、第一異常有無確認部が換気ファンの駆動量を第二駆動量に低減しても、オン信号である流量検知装置の出力がオフ信号に切り替わらない場合、制御装置が流量検知装置の異常を検知する。ここで、第一異常有無確認部による流量検知装置の異常の有無の確認の際に、例えば、流量検知装置の出力をオン信号とする流量の流体(風等)が外部から筐体内に流入した場合には、換気装置に異常がないにもかかわらず、オン信号である流量検知装置の出力がオフ信号に切り替わらないと第一異常有無確認部によって確認されるため、制御装置が流量検知装置の異常を検知することが考えられる。
これに対して、第一異常有無確認部の確認結果により、制御装置が流量検知装置の異常を検知するような場合においても、第二異常有無確認部は、切替弁を切り替え制御して遮断されている第一圧力室と第二圧力室とを連通させて、オン信号である流量検知装置の出力がオフ信号に切り替わるか否かを確認する。ここで、第一圧力室と第二圧力室とが連通した場合、第一圧力室内と第二圧力室内との圧力差が無くなる。このとき、流量検知装置の出力がオン信号からオフ信号に切り替わった場合には、流量検知装置が正常に作動しているため、制御装置は、第一異常有無確認部の確認結果が例えば風等の外的要因による誤りであり、流量検知装置に異常がないと検知する。よって、制御装置は、第二異常有無確認部により、流量検知装置に異常があるか否かをより確実に検知することができる。したがって、筐体内の換気をさらに適切に行うことができる。
これによれば、第一異常有無確認部は、流量検知装置の異常の有無の確認をする際に、換気ファンの駆動量を、流量検知装置の出力がオン信号となるオン駆動量範囲内の換気ファンの第一駆動量から、流量検知装置の出力がオフ信号となるオフ駆動量範囲内の換気ファンの第二駆動量に低減する。また、オフ駆動量範囲は、第二流量に相当する第二流量駆動量より大きく、かつ、第一流量に相当する第一流量駆動量以下に設定されている。第二流量は、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のうち最大流量に相当する流量である。よって、第一異常有無確認部が換気ファンの駆動量を第二駆動量に低減したとき、筐体内にて燃料の流出が発生した場合においても、筐体から排出される流体の流量は第二流量より大きいため、流体が可燃性を有さない。したがって、第一異常有無確認部による流量検知装置の異常の有無の確認の際に、換気ファンの駆動量を低減させる場合においても、筐体内の換気をより適切に行うことができる。
また、流量検知装置は、比較的簡易に構成できる差圧スイッチであるため、流量検知装置を比較的低コストにて構成することができる。よって、筐体内の換気を、比較的低コストかつ適切に行うことができる。
第一異常有無確認部による流量検知装置の異常の有無の確認の際に、第一異常有無確認部が換気ファンの駆動量を第二駆動量に低減しても、オン信号である流量検知装置の出力がオフ信号に切り替わらない場合、制御装置が流量検知装置の異常を検知する。ここで、第一異常有無確認部による流量検知装置の異常の有無の確認の際に、例えば、流量検知装置の出力をオン信号とする流量の流体(風等)が外部から筐体内に流入した場合には、換気装置に異常がないにもかかわらず、オン信号である流量検知装置の出力がオフ信号に切り替わらないと第一異常有無確認部によって確認されるため、制御装置が流量検知装置の異常を検知することが考えられる。
これに対して、第一異常有無確認部の確認結果により、制御装置が流量検知装置の異常を検知するような場合においても、第二異常有無確認部は、切替弁を切り替え制御して遮断されている第一圧力室と第二圧力室とを連通させて、オン信号である流量検知装置の出力がオフ信号に切り替わるか否かを確認する。ここで、第一圧力室と第二圧力室とが連通した場合、第一圧力室内と第二圧力室内との圧力差が無くなる。このとき、流量検知装置の出力がオン信号からオフ信号に切り替わった場合には、流量検知装置が正常に作動しているため、制御装置は、第一異常有無確認部の確認結果が例えば風等の外的要因による誤りであり、流量検知装置に異常がないと検知する。よって、制御装置は、第二異常有無確認部により、流量検知装置に異常があるか否かをより確実に検知することができる。したがって、筐体内の換気をさらに適切に行うことができる。
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。
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。
流量検知装置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L上に配設され、流体の流量Qが切替流量Qk(特許請求の範囲の第一流量に相当;後述する)より大きい場合にオン信号を出力し、流体の流量Qが切替流量Qk以下である場合にオフ信号を出力するものである。また、流量検知装置60、逆止弁41、換気ファン42および換気ファン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Lによって、換気装置Vが構成されている。
流量検知装置60は、図2に示すように、圧力導入部61、スイッチ部62、ならびに、圧力導入部61とスイッチ部62とを接続する第一接続管63および第二接続管64を備えている。
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、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。
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する第一開口部61b1が形成されている。第一開口部61b1には、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内にて第一開口部61b1と異なる方向に開口する第二開口部61c1が形成されている。具体的には、第二開口部61c1は、上方向に開口している。第二開口部61c1には、絞り管61aを流通する流体の静圧が作用する。
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、第二接続管64を介して第二圧力導入管61cと連通している。これにより、第二圧力室RP2には、第二開口部61c1に作用する圧力(絞り管61aを流通する流体の静圧)圧力が導入される。
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。
このように、流量検知装置60は、切替流量Qkの動圧に相当する所定圧力差に基づいて、出力の切替を行う差圧スイッチである。なお、所定圧力差の大きさ、ひいては切替流量Qkの大きさは、流量検知装置60がさらに備える調整部62fによって調整可能である。
最小デューティ比Dminは、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を流通する流体の流量Qである最小流量Qminが、切替流量Qkよりも大きくなるように設定されている。また、最大デューティ比Dmaxは、例えば100%に設定されている。すなわち、換気デューティ比Dvは、切替流量Qkに相当する切替デューティ比Dk(特許請求の範囲の第一流量駆動量に相当)より大きい。これにより、通常換気制御中において、換気装置Vに異常が無い場合、流量Qが切替流量Qkより大きくなるため、流量検知装置60の出力がオン信号となる。このように、換気デューティ比Dvは、流量検知装置60の出力がオン信号となるオンデューティ比範囲(特許請求の範囲のオン駆動量範囲に相当)Hon内に設定されている。
なお、制御装置15は、通常換気制御中においては、第三接続管65を閉状態にして第一圧力室RP1と第二圧力室RP2とが遮断状態になるように切替弁66を制御している。
通常換気制御を開始してから所定時間Tが経過していない場合、制御装置15は、ステップS110にて「NO」判定し、ステップS106の判定を繰り返し実行する。一方、通常換気制御を開始してから所定時間Tが経過した場合、制御装置15は、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。
これによれば、第一異常有無確認部は、流量検知装置60の異常の有無の確認をする際に、換気ファン42のデューティ比Dを、流量検知装置60の出力がオン信号となるオンデューティ比範囲Hon内の換気ファン42の換気デューティ比Dvから、換気装置Vの異常が無い場合に、流量検知装置60の出力がオフ信号となる第一オフデューティ比範囲Hoff1内の換気ファン42の確認デューティ比Dcに低減する。ここで、第一異常有無確認部が換気ファン42のデューティ比Dを確認デューティ比Dcにした場合、換気の際に筐体10a内から排出される流体が流通する排気部Exの換気用排気口10dに換気ファン42が配設され、かつ、第一オフデューティ比範囲Hoff1がゼロより大きく設定されているため、換気ファン42による換気が行われることにより、筐体10a内が負圧になる。これにより、第一異常有無確認部による流量検知装置60の異常の有無の確認の際に、筐体10a内にて燃料が流出した場合においても、燃料は、換気に伴って流れる流体の流路Lに沿って確実に換気される。よって、例えば、燃料電池システムが屋内に設置されている場合においても、燃料が屋内に流出することを抑制できる。したがって、第一異常有無確認部による流量検知装置60の異常の有無の確認の際に、換気ファン42に対するデューティ比Dを低減させる場合においても、筐体10a内の換気を適切に行うことができる。
これによれば、流量検知装置60は、比較的簡易に構成できる差圧スイッチであるため、流量検知装置60を比較的低コストにて構成することができる。よって、筐体10a内の換気を、比較的低コストかつ適切に行うことができる。
これに対し、流量検知装置60は、第一圧力室RP1と第二圧力室RP2とを接続する第三接続管65と、第三接続管65上に配設され、第一圧力室RP1と第二圧力室RP2とが連通している連通状態と、第一圧力室RP1と第二圧力室RP2とが遮断されている遮断状態とを切り替える切替弁66と、をさらに備え、制御装置15は、切替弁66を切り替えて第三接続管65を遮断状態にして、第一異常有無確認部によって換気ファン42のデューティ比Dを確認デューティ比Dcに低減させたときに、流量検知装置60の出力がオン信号である場合、切替弁66を切り替え制御して遮断状態である第三接続管65を連通状態にして、オン信号である流量検知装置60の出力がオフ信号に切り替わるか否かを確認することにより、流量検知装置60の異常の有無の確認をする第二異常有無確認部(ステップS122)をさらに備えている。
これによれば、第一異常有無確認部の確認結果により、制御装置15が流量検知装置60の異常を検知するような場合においても、第二異常有無確認部は、切替弁66を切り替え制御して遮断されている第一圧力室RP1と第二圧力室RP2とを連通させて、オン信号である流量検知装置60の出力がオフ信号に切り替わるか否かを確認する。ここで、第二異常有無確認部が切替弁66を切り替え制御して第一圧力室RP1と第二圧力室RP2とを連通させるため、第一圧力室RP1内と第二圧力室RP2内との圧力差が無くなる。このとき、流量検知装置60の出力がオン信号からオフ信号に切り替わった場合には、流量検知装置60が正常に作動しているため、制御装置15は、第一異常有無確認部の確認結果が例えば風等の外的要因による誤りであり、流量検知装置60に異常がないと検知する。よって、制御装置15は、第二異常有無確認部により、流量検知装置60に異常があるか否かをより確実に検知することができる。したがって、筐体10a内の換気をさらに適切に行うことができる。
上述した実施形態において、オフデューティ比範囲Hoffは、図4に示すように、ゼロより大きく、切替デューティ比Dk以下の第一オフデューティ比範囲Hoff1に設定されている。これに対し、本第一変形例において、オフデューティ比範囲Hoffは、所定排出流量Qxに相当する所定排出デューティ比Dx(特許請求の範囲の第二流量駆動量に相当)より大きく、かつ、切替デューティ比Dk以下の第二オフデューティ比範囲Hoff2に設定されている。
所定排出流量Qxは、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流量である。よって、第一異常有無確認部が換気ファン42のデューティ比Dを確認デューティ比Dcに低減したとき、筐体10a内にて燃料の流出が発生した場合においても、筐体10aから排出される流体の流量Qは所定排出流量Qxより大きいため、流体が可燃性を有さない。したがって、第一異常有無確認部による流量検知装置60の異常の有無の確認の際に、換気ファン42のデューティ比Dを低減させる場合においても、筐体10a内の換気をより適切に行うことができる。
上述した各実施形態において、第二異常有無確認部(ステップS122)による流量検知装置60の異常有無の確認は、通常換気制御が開始された後に行われる。これに対し、本第二変形例においては、第二異常有無確認部による流量検知装置60の異常有無の確認を、通常換気制御が開始される前にも行う。具体的には、図5に示すように、制御装置15は、起動運転が開始されたときに、切替弁66を切替制御して第三接続管65を開状態にすることにより、第一圧力室RP1と第二圧力室RP2とを連通状態にし(ステップS202)、流量検知装置60の出力がオフ信号となるか否かを確認することにより、流量検知装置60の異常の有無を確認する(ステップS204:第二異常有無確認部)。このとき、通常換気制御が開始される前であることにより、換気ファン42が駆動していないため、流量Qはゼロ(すなわち切替流量Qk以下)である。
これによれば、制御装置15は、通常換気制御を開始する前に、流量検知装置60の異常有無を簡易に確認することができる。よって、制御装置15は、筐体10a内の換気をさらに適切に行うことができる。
また、上述した各実施形態において、第一開口部61b1が下方に開口し、第二開口部61c1が上方に開口しているが、これに代えて、第一開口部61b1に流体の全圧が作用する方向に開口し、第二開口部61c1に流体の静圧が作用する方向に開口する方向であれば、上述した実施形態と異なる方向に開口するようにしても良い。たとえば、第二開口部61c1においては、左方向に開口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、流量検知装置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差圧スイッチであるが、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。
Claims (2)
- 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、前記流体の流量が第一流量より大きい場合にオン信号を出力し、前記流体の流量が前記第一流量以下である場合にオフ信号を出力する流量検知装置と、を備える換気装置と、
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、
前記第一流量は、前記流体が燃料を含む場合に、前記流体が可燃性を有する程度の前記流体の流量のうち最大流量に相当する第二流量より大きく設定され、
前記流体の流路の一部は、前記換気の際に前記筐体内から排出される流体が流通する排気部によって構成され、
前記換気ファンは、前記排気部に配設され、
前記流量検知装置は、
前記流体の流路上にて開口する第一開口部と、
前記流体の流路上にて前記第一開口部と異なる方向に開口する第二開口部と、
前記第一開口部に作用する前記流体の圧力が導入される第一圧力室と、
前記第二開口部に作用する前記流体の圧力が導入される第二圧力室と、
前記第一圧力室と前記第二圧力室とを接続する接続管と、
前記接続管上に配設され、前記第一圧力室と前記第二圧力室とが連通している連通状態と、前記第一圧力室と前記第二圧力室とが遮断されている遮断状態とを切り替える切替弁と、
前記第一圧力室内の圧力と前記第二圧力室内の圧力との圧力差が所定圧力差より大きい場合に前記オン信号を出力し、前記圧力差が前記所定圧力差以下である場合に前記オフ信号を出力するスイッチ部と、
を備えた差圧スイッチであり、
前記制御装置は、
前記切替弁によって前記接続管を前記遮断状態にして、前記換気ファンの駆動量を、前記流量検知装置の出力が前記オン信号となるオン駆動量範囲内の前記換気ファンの第一駆動量から、前記流量検知装置の出力が前記オフ信号となるオフ駆動量範囲内の前記換気ファンの第二駆動量に低減させて、前記オン信号である前記流量検知装置の出力が前記オフ信号に切り替わるか否かの確認をすることにより前記流量検知装置の異常の有無の確認をする第一異常有無確認部と、
前記切替弁によって前記接続管を前記遮断状態にして、前記第一異常有無確認部によって前記換気ファンの駆動量を前記第二駆動量に低減させたときに、前記流量検知装置の出力が前記オン信号である場合、前記切替弁を切り替え制御して前記遮断状態である前記接続管を前記連通状態にして、前記オン信号である前記流量検知装置の出力が前記オフ信号に切り替わるか否かを確認することにより、前記流量検知装置の異常の有無の確認をする第二異常有無確認部と、を備え、
前記オフ駆動量範囲は、ゼロより大きく、かつ、前記第一流量に相当する第一流量駆動量以下に設定されている燃料電池システム。 - 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、前記流体の流量が第一流量より大きい場合にオン信号を出力し、前記流体の流量が前記第一流量以下である場合にオフ信号を出力する流量検知装置と、を備える換気装置と、
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、
前記第一流量は、前記流体が燃料を含む場合に、前記流体が可燃性を有する程度の前記流体の流量のうち最大流量に相当する第二流量より大きく設定され、
前記流体の流路の一部は、前記換気の際に前記筐体内から排出される流体が流通する排気部によって構成され、
前記換気ファンは、前記排気部に配設され、
前記流量検知装置は、
前記流体の流路上にて開口する第一開口部と、
前記流体の流路上にて前記第一開口部と異なる方向に開口する第二開口部と、
前記第一開口部に作用する前記流体の圧力が導入される第一圧力室と、
前記第二開口部に作用する前記流体の圧力が導入される第二圧力室と、
前記第一圧力室と前記第二圧力室とを接続する接続管と、
前記接続管上に配設され、前記第一圧力室と前記第二圧力室とが連通している連通状態と、前記第一圧力室と前記第二圧力室とが遮断されている遮断状態とを切り替える切替弁と、
前記第一圧力室内の圧力と前記第二圧力室内の圧力との圧力差が所定圧力差より大きい場合に前記オン信号を出力し、前記圧力差が前記所定圧力差以下である場合に前記オフ信号を出力するスイッチ部と、
を備えた差圧スイッチであり、
前記制御装置は、
前記切替弁によって前記接続管を前記遮断状態にして、前記換気ファンの駆動量を、前記流量検知装置の出力が前記オン信号となるオン駆動量範囲内の前記換気ファンの第一駆動量から、前記流量検知装置の出力が前記オフ信号となるオフ駆動量範囲内の前記換気ファンの第二駆動量に低減させて、前記オン信号である前記流量検知装置の出力が前記オフ信号に切り替わるか否かの確認をすることにより前記流量検知装置の異常の有無の確認をする第一異常有無確認部と、
前記切替弁によって前記接続管を前記遮断状態にして、前記第一異常有無確認部によって前記換気ファンの駆動量を前記第二駆動量に低減させたときに、前記流量検知装置の出力が前記オン信号である場合、前記切替弁を切り替え制御して前記遮断状態である前記接続管を前記連通状態にして、前記オン信号である前記流量検知装置の出力が前記オフ信号に切り替わるか否かを確認することにより、前記流量検知装置の異常の有無の確認をする第二異常有無確認部と、を備え、
前記オフ駆動量範囲は、前記第二流量に相当する第二流量駆動量より大きく、かつ、前記第一流量に相当する第一流量駆動量以下に設定されている燃料電池システム。
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