燃料電池へのガス供給システム
【課題】漏洩検知機能を有するガスメーターを備えていても、燃料電池へのガスの供給が長時間に亘って停止されることなく、燃料電池へガスを供給することが可能なシステムを提供する。
【解決手段】燃料電池ユニット１と、ガスの供給源から燃料電池ユニット１に至るガスの流路２と、流路２の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーター３と、燃料電池ユニット１の制御部１０とガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、漏洩検知機能は、タイマーが第１所定時間（例えば３０日）に達すると、漏洩の疑い有りと判定するものである。制御部１０は第１所定時間より短い第２所定時間（例えば２７日）毎に燃料電池ユニット１を停止し、メーター制御部３４が漏洩無し状態を確認すると、通信回線５を介して制御部１０に信号を送信し、制御部１０は燃料電池ユニット１の動作を再開する。
【解決手段】燃料電池ユニット１と、ガスの供給源から燃料電池ユニット１に至るガスの流路２と、流路２の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーター３と、燃料電池ユニット１の制御部１０とガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、漏洩検知機能は、タイマーが第１所定時間（例えば３０日）に達すると、漏洩の疑い有りと判定するものである。制御部１０は第１所定時間より短い第２所定時間（例えば２７日）毎に燃料電池ユニット１を停止し、メーター制御部３４が漏洩無し状態を確認すると、通信回線５を介して制御部１０に信号を送信し、制御部１０は燃料電池ユニット１の動作を再開する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏洩検知機能を備えたガスメーターを介してガスを燃料電池へ供給するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来ガスの需要家等において、供給源からガスメーターを介して都市ガス等の燃料ガス（単にガスという）が供給されており、このガスを使用してガス機器を利用している。
【０００３】
ガスメーターは通常、漏洩検知機能を備えており、本発明におけるガスメーターも漏洩検知機能を備えたものが対象となる。
【０００４】
漏洩検知機能は、一般的に、所定計測期間（例えば３０日等）において、流量が所定流量（例えば３Ｌ／ｈ）を下回り「漏洩無し状態」と判定できない場合に、「漏洩の疑い有り」と判定して漏洩を検知するものである。なおガスメーターは、超音波式メーターや膜式メーター等、計測方式は特に限定されない。
【０００５】
膜式メーターであれば、約１Ｌの単位体積毎に流量信号がメーターからコントローラへ伝達される。このため、１時間流量信号がこないことを確認すれば、余裕をもって所定流量以下であると判断でき、「漏洩無し状態」と判定できる。
【０００６】
超音波メーターは、たとえば２秒のような所定時間間隔で瞬時流量を計測するものであるが、この瞬時流量には電磁ノイズや配管内の圧力の揺らぎにより誤差を生じる。この誤差を鑑みて、１２０秒毎に流量の平均値を算出し、すなわち２秒間隔であれば６０個の瞬時流量の平均値を算出し、この値が所定の値（例えば１．５Ｌ／ｈ）以下であるとき、カウンタを１つインクリメントする。
【０００７】
カウンタが１０回のような所定回数に達したとき、「漏洩無し状態」と判定する。
所定計測期間（例えば３０日等）内にカウンタが１０回のような所定回数に達しないとき、「漏洩の疑い有り」と判定することで、誤差の影響を排除するような技術が提案されている。
【０００８】
このような従来のガスメーターは、ガス機器として、ガスコンロや湯沸し器等のようにガスを継続的に（例えば数日に亘っては）使用しないものを想定して設計されている。この想定下では、所定計測期間（例えば３０日等）中にガスが所定流量（例えば３Ｌ／ｈ）を下回ることが無いのは漏洩以外に有り得ないため、この場合に「漏洩の疑い有り」と判定することで漏洩を精度よく検知することができるものであった。
【０００９】
ところで近年、ガスを継続的に使用する燃料電池を用いた発電システムが普及してきている。ガスを継続的に使用する燃料電池を使用する場合、ガスの漏洩が無い場合でも、所定計測期間中にガスの流量が所定流量を下回ることが無くなるため、「漏洩の疑い有り」と判定されて漏洩が誤検知されてしまうものであった。
【００１０】
そこで、ガスメーターによる漏洩の誤検知を回避する方法として、所定計測期間中に燃料電池を、例えばまる一日等の長時間に亘って停止し、ガスの流量を一時的に所定流量未満にまで下げることで、「漏洩の疑い有り」と判定されるのを回避することが行われている（例えば特許文献１参照）。
上述のように、膜式メーターであれば１時間、超音波メーターであれば、１２０秒×１０回＝２０分の停止があれば最短で所定流量（例えば３Ｌ／ｈ）を下回ることが確認できるが、燃料電池の停止期間中に他のガス機器が使用されていたとき、この確認はできない。このため、まる一日等の長時間に亘って停止させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２５８７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、燃料電池の動作をまる一日止めてしまうという動作は、この期間内に発電できないため、省エネ性が低下してしまう、という問題があるものであった。
【００１３】
また、燃料電池は、長時間に亘って停止すると温度が大きく低下してしまい、温度が大きく低下した状態から起動を行うと温度の変化幅が大きくなって劣化が促進されてしまうという問題も懸念される。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、漏洩検知機能を有するガスメーターを備えていても、燃料電池の動作を長時間に亘って停止させることを回避することが可能なシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る燃料電池へのガス供給システムは、
燃料電池ユニット１と、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニット１に至るガスの流路２と、
前記流路２の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーター３と、
前記燃料電池ユニット１の制御部１０と前記ガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、
前記メーター制御部３４は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は、漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間（例えば３０日）に達すると、漏洩ありと判定し、
前記燃料電池ユニット１の制御部１０は前記第１所定時間より短い第２所定時間（例えば２７日）毎に前記燃料電池ユニット１の動作を停止するものであって、
前記メーター制御部３４は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線５を介して制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、
制御部１０は前記「前記漏洩無し状態確認完了」の信号を受信すると、燃料電池ユニット１の動作を再開することを特徴とする。
【００１６】
これにより、燃料電池ユニット１の動作をまる１日とめることなく、短時間で再開することができる。
【００１７】
本発明の請求項２に係る燃料電池へのガス供給システムは、
燃料電池ユニット１と、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニット１に至るガスの流路２と、
前記流路２の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーター３と、
前記燃料電池ユニット１の制御部１０と前記ガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、
前記メーター制御部は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間（例えば３０日）に達すると、漏洩ありと判定するものであって、
前記メーター制御部３４は、前記タイマーが前記第３所定時間（たとえば２７日）に達した後に、前記制御部１０へ「漏洩無し状態確認要求」の信号を送信し、
前記制御部１０は、前記「漏洩無し状態確認要求」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を停止させ、
前記メーター制御部３４は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線５を介して前記制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、
前記制御部１０は前記「漏洩無し状態確認完了」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を再開することを特徴とする。
【００１８】
これにより、燃料電池ユニット１の動作をまる１日とめることなく、短時間で再開することができる。
本発明の請求項３に係る燃料電池へのガス供給システムは、
請求項２に係る燃料電池へのガス供給システムにおいて、
前記メーター制御部３４は、前記タイマーが前記第３所定時間（たとえば２７日）に達した後、ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値（例えば４００Ｌ／ｈ）以下となったときに、前記制御部１０へ「漏洩無し状態確認要求」の信号を送信し、
前記制御部１０は、前記「漏洩無し状態確認要求」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を停止させ、
前記メーター制御部３４は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線５を介して前記制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、
前記制御部１０は前記「漏洩無し状態確認完了」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を再開することを特徴とする。
【００１９】
燃料電池ユニット１の制御部１０が第１所定時間より短い第２所定時間（例えば２７日）毎に前記燃料電池ユニット１の動作を停止しても、燃料電池ユニット１以外の他のガス器具が動作してた場合、漏洩無しは確認できないため、他のガス器具の動作が停止するまでの時間はロスとなる。
【００２０】
ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値以下であるときは、燃料電池ユニット１のみが動作している可能性が高いと考えられる。
【００２１】
このタイミングでガスメーター３から燃料電池ユニット１へ「漏洩無し状態確認要求」を送信して停止させることで、他のガス器具が停止しているタイミングで燃料電池ユニット１の動作を停止させることができ、メーターで漏洩無し確認が速やかにできるため、燃料電池ユニット１の停止時間をより短くすることができる。
【００２２】
本発明の請求項４に係る燃料電池へのガス供給システムは、
前記ガスメーター３は通常計測モードと高精度計測モードを備える電子式メーターであって、
前記メーター制御部３４は、前記ガスメーター３が計測する流量が第２所定流量値（５Ｌ／ｈ等）以下となったときに、前記ガスメーター３の計測モードを高精度計測モードに切り替えるとともに、高精度計測モードに切り替えた後、漏洩無しを確認したとき、通常計測モードへ切り替えることを特徴とする。
【００２３】
超音波メーターは通常２秒に１回計測しており、１２０秒毎、すなわち６０個の瞬時流量の平均値が所定の値以下であるとき、カウンタを１つインクリメントし、カウンタが１０回のような所定回数に達したとき漏洩無しと判定してタイマーをリセットする。
【００２４】
これを高精度計測モードでは１秒に１回計測するものとすれば、６０秒で６０個の瞬時流量値が得られるため、漏洩無しと判定するまでの時間は半分に短縮できる。
【００２５】
ただし、その分消費電力は増加するため、必要なタイミングでのみ、この高精度計測モードを適用する必要がある。
【００２６】
これにより、ガスメーター３の消費電力の増加を最小限に留めつつ、燃料電池ユニット１の停止時間をより短くすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明においては、漏洩検知機能を有するガスメーターを備えていても、燃料電池へのガスの供給が長時間に亘って停止されるのを回避して、燃料電池の劣化の抑制と省エネ性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の燃料電池へのガス供給システムの一実施形態の概略構成図である。
【図２】同上における燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図３】同上におけるガスメーターの概略構成図である。
【図４】同上におけるガスメーターの漏洩検知のフロー図である。
【図５】同上における、制御部が漏洩無し状態確認完了の信号を受信して燃料電池ユニットの動作を再開するまでのフロー図である。
【図６】他の実施形態における、制御部が漏洩無し状態確認完了の信号を受信して燃料電池ユニットの動作を再開するまでのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態について図１乃至図５に基いて説明する。本発明は漏洩検知機能を有するガスメーターを介してガスを燃料電池へ供給するシステムに関し、図１に示すように、燃料電池ユニット１と、燃料電池ユニット１にガスを供給するための流路２と、流路２の途中に設けられるガスメーター３と燃料電池ユニット１とガスメーター３とを結ぶ後述する通信回線５と、を備えている。
【００３０】
ガスの供給源は、ガスボンベやその他でもよく特に限定されない。本実施形態では、ガスは都市ガスであり、ガスの供給源から燃料電池ユニット１に至るガスの流路２は、本実施形態ではガスの外管から分岐する内管とする。燃料電池ユニット１は所謂コジェネレーションシステムでよく用いられる発電装置であり、後述する。ガスメーター３は、漏洩検知機能を有するもので、流路２の途中に設けられる。また、ガスメーター３の流量計測方式は、超音波式の他、膜式等、特に限定されない。本実施形態におけるガスメーター３は、超音波式のガスメーター３であり、後述する。
【００３１】
燃料電池ユニット１について概略説明するが、燃料電池ユニット１は特に下記の形態に限定されないものである。
【００３２】
燃料電池ユニット１は、図２に示すように、燃料改質部１ａと燃料電池部１ｂとで主体が構成される。
【００３３】
燃料改質部１ａは、ガスから水素を製造するためのもので、上流側から順に脱硫器１１、改質器１２、ＣＯ変成器１３、ＣＯ除去器１４を備えている。脱硫器１１はガスを脱硫するためのもので、脱硫器１１で脱硫されたガスには、水蒸気を混合するようになっており、脱硫され且つ水蒸気が混合されたガスは改質器１２に送られる。改質器１２は、バーナ１２ａを有しており、バーナ１２ａを燃焼させることで、改質触媒を加熱しながら水蒸気が混合されたガスを水蒸気改質反応により改質するようになっている。そして、改質器１２で改質されたガスはＣＯ変成器１３でＣＯ変成を行い、ＣＯ変成器１３でＣＯ変成を行ったＣＯ変成ガスはＣＯ除去器１４に送られ、ＣＯ除去器１４でＣＯ選択酸化を行って一酸化炭素を除去してＣＯ濃度の低い水素リッチの改質ガスを製造するようになっている。
【００３４】
燃料電池部１ｂは、アノード（燃料極）１５と電解質１６とカソード（空気極）１７が層となって構成されるセルを、セパレータを介して多数積層して構成してある。そして、燃料改質部１ｂで製造した水素リッチの改質ガスをアノード１５に供給し、カソード１７にブロアから空気（酸素）を供給することで、水素と酸素が電気化学的反応をして発電される。また、この発電の際の発熱を回収する熱交換部が燃料電池部１ｂに設けられている。また、発電により生じた直流を交流にするインバーターが設けられている。
【００３５】
また、脱硫器１１内の温度を検出する温度センサと、ＣＯ変成器１３内の温度を検出する温度センサが設けられており、これらの温度センサによる脱硫器１１内の検出温度又は／及びＣＯ変成器１３内の検出温度の情報に基づいて、マイクロコンピュータからなる制御部１０がバーナ１２ａを制御して、改質器１２の温度を制御するようになっている。また、脱硫器１１とバーナ１２ａへのガスの供給路の流量を調整する流量調整部１８としての調整弁１８ａ，１８ｂと設けられており、制御部１０が調整弁１８ａ，１８ｂを調整することでガスの流量を調整し、発電量を調整するようになっている。また、その上流側にはバルブ４があり、停止時には制御部１０がバルブ４を閉止する。
【００３６】
次に、本実施形態におけるガスメーター３について説明する。
【００３７】
ガスメーター３は、図３に示すように、ガスの流路３１の適宜箇所に配置され、遮断弁３２と流量計測部３３とを備えている。流量計測部３３は、流路３１の上流側と下流側とにそれぞれ超音波の送受波を行う超音波センサ３３ａ，３３ｂを配置した構成を有する。２個の超音波センサ３３ａ，３３ｂは、互いに対向するとともに、超音波センサ３３ａ，３３ｂの間で送受される超音波の進行方向とガスが流路３１を通過する方向とが角度θをなして交差するように配置される。両超音波センサ３３ａ，３３ｂは、メーター制御部３４に接続される。メーター制御部３４は、マイクロコンピュータからなり、レジスタやタイマー機能を備え、流量計測部３３の動作の制御、流量計測部３３の出力によるガスの流量の計測、流量計測部３３の出力に基づく遮断弁２の制御などを行う。ガスの使用量は流量計測部３３でのガスの流量の計測結果に基づいてメーター制御部３４で求められ、メーター制御部３４に接続した液晶表示器からなる表示部３５に表示される。
【００３８】
メーター制御部３４にはＥＥＰＲＯＭのような書換可能な不揮発性のメモリ３６が接続される。また、メーター制御部３４には制御信号によって遮断弁３２を動作する遮断弁動作回路３７、超音波センサ３３ａ，３３ｂの各一方を動作して超音波パルスを送波させるとともに他方で受波した超音波パルスの波形整形を行う超音波センサ動作回路３８も接続される。メーター制御部３４では超音波センサ動作回路８を介して超音波センサ３３ａ，３３ｂの送波タイミングを制御しており、送波を指示してから超音波センサ動作回路３８により受波に対応する出力が得られるまでの時間を超音波の伝播時間として求める。
【００３９】
図３に示すガスメーター３を用いて流量を計測するには、上流側の超音波センサ３３ａから下流側の超音波センサ３３ｂに向かって超音波を送波したときの超音波の伝播時間ｔ１と、下流側の超音波センサ３３ｂから上流側の超音波センサ３３ａに向かって超音波を送波したときの超音波の伝播時間ｔ２とを用いる。いま、両超音波センサ３３ａ，３３ｂの間の距離をｄ、ガスの流速をｖ、音速をｃとすると、以下の関係が得られる。
（ｃ＋ｖ・ｃｏｓθ）ｔ１＝ｄ
（ｃ−ｖ・ｃｏｓθ）ｔ２＝ｄ
従って、流速ｖは、
ｖ＝（ｄ／２ｃｏｓθ）｛（１／ｔ１）−（１／ｔ２）｝
のように表すことができる。ここで、一般に超音波センサ３３ａ，３３ｂの間の距離ｄは８〜１０ｃｍ程度に設定され、流路３１内での音速ｃは約４００ｍ／ｓｅｃであるから、伝播時間ｔ１，ｔ２は２００〜２５０μｓｅｃ程度になる。
【００４０】
このように求めた流速ｖに流路３１の断面積Ｓを乗じた値が瞬時流量ｑになる。つまり、瞬時流量ｑは次式で表される。
ｑ＝ｖ・Ｓ
ガスメーター３では各超音波センサ３３ａ，３３ｂをそれぞれ送波側として超音波パルスを１回ずつ送受波する動作が１組の動作になり、少なくとも１組の動作を行えば瞬時流量ｑを求めることができる。また、瞬時流量ｑは間欠的に計測され、瞬時流量ｑを求めた時間間隔（例えば２〜３秒）を瞬時流量ｑに乗じることによって積算流量Ｑが求められる。このようにして求めた各時間間隔毎の積算流量Ｑを積算した値は流路３１を通過したガスの総量（ガスの使用量）に相当する。
【００４１】
ここで、上記のように１個の超音波パルスのみで流速ｖを決定すると十分な計測精度が得られないため、計測精度を高めるためにシングアラウンド法と称される方法により計測処理が行われる場合がある。すなわち、シングアラウンド法においては、受信したらすぐに送信する回路を備え、両超音波センサ３３ａ，３３ｂのうちの一方から前述の回路を通して複数個の超音波パルスを繰り返して発生させて、複数回分の伝播時間を計測した後、他方から複数個の超音波パルスを繰り返して発生させ、複数回分の伝播時間を計測するものである。例えば、一方の超音波センサ３３ａから１００個の超音波パルスを繰り返して発生させて計測した合計伝播時間を個数の１００で除した値が、平均された伝播時間ｔ１となり、その後に他方の超音波センサ３ｂから１００個の超音波パルスを繰り返して発生させて計測した合計伝播時間を個数の１００で除した値が、平均された伝播時間ｔ２となる。各合計伝播時間は２００〜２５０〔μｓｅｃ〕×１００＝２０〜２５〔ｍｓｅｃ〕程度であり、両合計伝播時間を合わせても４０〜５０〔ｍｓｅｃ〕程度であり、瞬時流量ｑを求めるための上記時間間隔（例えば２〜３〔ｓｅｃ〕）内に充分に収まるものである。計測していない時間帯は、マイコンを低消費電力なスリープ状態にすることで消費電力を抑制している。
【００４２】
本実施形態におけるガスメーター３の漏洩検知機能について図４に示すフロー図に基いて説明する。
【００４３】
メーターの計測を開始すると（Ｓ１）、メーターは上述のような所定の時間間隔（本実施形態では２秒）を開始し、積算機能を働かせるとともに、メーター制御部３４は、タイマー機能にて時間Ｔの計測を開始する（Ｓ２）。
【００４４】
所定計測時間（本実施形態では２分）毎に、該所定計測時間の間に計測された複数個（本実施形態では６０個）の瞬時流量ｑの平均値ｑａｖｅ，最大値ｑｍａｘ，最小値ｑｍｉｎを求めて記憶する（Ｓ３）。
【００４５】
次に、求めた平均値ｑａｖｅ，最大値ｑｍａｘ，最小値ｑｍｉｎから漏洩判定を行う（Ｓ４）。漏洩判定は、「所定計測時間における流量の平均値ｑａｖｅ＜所定流量（本実施形態では１．５Ｌ／ｈ）、かつ、所定計測時間における流量のばらつき（最大値ｑｍａｘ−最小値ｑｍｉｎ）＜所定範囲（本実施形態では１０Ｌ／ｈ）」という条件を満たすか否かを判定するもので、前記条件を満たす場合に「漏洩無し（暫定）」と判定され（Ｓ５）、「漏洩無し（暫定）」と判定された回数ｎを１カウント増加する。ガスの漏洩時には平均値ｑａｖｅ，最大値ｑｍａｘ，最小値ｑｍｉｎは（Ｓ４）の漏洩判定の条件を満たさないため、「漏洩無し（暫定）」と判定されることはない。
【００４６】
次に、「漏洩無し（暫定）」と判定された回数ｎが所定回数（本実施形態では１０回）に達したか否かが判定され（Ｓ６）、所定回数に達している場合には、「漏洩無し」と判定されて、表示部３５において「漏洩の疑い有り」の旨の表示がある場合には表示をリセットし（Ｓ７）、タイマー機能の時間Ｔおよび「漏洩無し（暫定）」の判定回数ｎをリセットして（Ｓ８）、（Ｓ１）へ移行する。
【００４７】
（Ｓ４）の漏洩判定の条件を満たさない場合、または（Ｓ６）において判定回数ｎが所定回数に達していない場合には、（Ｓ９）において開始からの時間Ｔが第１所定時間（本実施形態では３０日）に達したか否かが判定され、時間Ｔが第１所定時間に達していない場合には（Ｓ３）に戻って計測を繰り返し、時間Ｔが第１所定時間に達している場合には、「漏洩の疑い有り」と判定され（Ｓ１０）、表示部３５において「漏洩の疑い有り」の旨の表示を行い、タイマー機能の時間Ｔおよび「漏洩無し（暫定）」の判定回数ｎをリセットして（Ｓ８）、（Ｓ２）へ移行する。
【００４８】
すなわち、「漏洩の疑い有り」と判定され「漏洩の疑い有り」の旨の表示を行った後にも判定は継続し、「漏洩無し」と判定された場合には自動的に「漏洩の疑い有り」の表示はリセットされる。
【００４９】
なお、上述した所定計測時間、所定流量、所定範囲、第１所定時間、所定回数の数値は特に限定されないものである。
【００５０】
燃料電池ユニット１の制御部１０は第１所定時間（本実施形態では３０日）より短い第２所定時間（本実施形態では２７日）毎に燃料電池ユニット１の動作を停止してバルブ４を閉止するもので、これにより、他のガス器具の使用がなく、かつ、漏れもない状況では、流量はゼロとなり、ガスメーター３の漏洩検知機能が「漏洩無し」と判定可能となる。
【００５１】
しかしながら、燃料電池ユニット１の動作を停止してバルブ４を閉止するにあたり、従来は燃料電池ユニット１をまる一日停止していた。この場合、燃料電池へのガスの供給が長時間に亘って停止されるため、燃料電池にとって好ましくないものであった。すなわち、燃料電池は、長時間に亘って停止すると温度が大きく低下してしまい、温度が大きく低下した状態から起動を行うと温度の変化幅が大きくなって劣化が促進されてしまい、また、温度が大きく低下した状態から運転に適した温度に上昇させるのに大きなエネルギーが必要となり、省エネ性が低下してしまう、という問題があるものであった。
【００５２】
そこで本発明においては、燃料電池ユニット１の制御部１０とガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、メーター制御部３４は、漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認したら通信回線５を介して制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、制御部１０は前記「前記漏洩無し状態確認完了」の信号を受信したら、燃料電池ユニット１の動作を再開するもので、図５にフローを示す。
【００５３】
漏れがある場合等で漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認できない場合がありえる。このため、燃料電池ユニット１の制御部１０は、停止からまる１日経過したら自動的に動作を燃料電池ユニット１の動作を再開する。
【００５４】
なお、この通信回線５の送受信部、インターフェース等については、既存の技術が適用される。
【００５５】
これにより、燃料電池の動作をまる１日停止することなく、メーターが漏洩無しを確認した時点で再開できるため、停止時間を短時間に抑制することができる。
【００５６】
次に、他の実施形態について図６に基いて説明する。本実施形態は、構成については図１乃至図３に示す上記実施形態の構成と同じであるため説明を省略し、主に異なる動作について説明する。
【００５７】
本実施形態では、燃料電池ユニット１の制御部１０は第１所定時間（本実施形態では３０日）より短い第２所定時間（前実施形態では２７日）毎に、燃料電池の動作を停止することはしない。
【００５８】
これに替えて、メーター制御部３４は、前記タイマーが第３所定時間（たとえば２７日）に達した後、ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値（例えば４００Ｌ／ｈ）以下となったときに、前記制御部１０へ「漏洩無し状態確認要求」の信号を送信し、
制御部１０は、前記「漏洩無し状態確認要求」の信号を受信したら、燃料電池ユニット１の動作を停止させる。
【００５９】
燃料電池ユニット１の制御部１０が第１所定時間より短い第３所定時間（例えば２７日）毎に前記燃料電池の動作を停止しても、燃料電池ユニット１以外の他のガス器具が動作してた場合、漏洩無しは確認できないため、他のガス器具の動作が停止するまでの時間はロスとなる。
【００６０】
ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値以下であるときは、燃料電池のみが動作している可能性が高いと考えられる。
【００６１】
このタイミングでガスメーター３から燃料電池へ「漏洩無し状態確認要求」を送信して停止させることで、他のガス器具が停止しているタイミングで燃料電池ユニット１の動作を停止させることができ、ガスメーター３で漏洩無し確認が速やかにできるため、燃料電池の停止時間をより短くすることができる。
【００６２】
前記第１所定流量は、燃料電池ユニット１以外の一つのガス機器と燃料電池ユニット１におけるガスの単位時間当たりの消費量（流量）を合計した値よりも小さく、燃料電池ユニット１におけるガスの単位時間当たりの消費量（流量）以上の値とする。つまり、燃料電池ユニット１以外のガス機器を使用している場合に、燃料電池の動作を停止させることを意図している。
【００６３】
本実施例では、（Ｓ２４）において、瞬時流量ｑが第１所定流量値（この例では４００Ｌ／ｈ）以下か否かを判定しているが、これに加えて時刻が所定の時刻範囲（例えば午後１１時〜午前６時）内に収まっているか否かを判定する条件を加えてもよい。
【００６４】
所定の時刻範囲は、燃料電池ユニット１以外のガス機器の使用が開始されない可能性が高い時刻範囲が設定されるもので、数値は特に限定されない。これにより、燃料電池の動作を停止しても、他のガス機器使用が開始することで、ガスメーター３で漏洩無し確認ができないという可能性が低減する。
【００６５】
また、瞬時流量ｑが第１所定流量値（この例では４００Ｌ／ｈ）以下か否かを判定しているが、この代わりに燃料電池ユニット１の流量計測部１９で計測された瞬時流量ｑと、ガスメーター３の流量計測部３４で計測された瞬時流量ｑとが一致しているか否かを判定するものであってもよい。なお、両瞬時流量ｑは厳密に一致する必要はなく、適宜設定される誤差範囲内で収まればよい。
【００６６】
このようにすることで、意に反して燃料電池ユニット１以外のガス機器が停止していることを確実に検知できる。
【００６７】
また、本実施形態では、燃料電池ユニット１の制御部１０は所定時間毎に、燃料電池の動作を停止することはしないとしたが、通信回線５の故障によりメーター制御部３４と制御部１０の通信ができない場合に備え、第３所定時間（本実施形態では２７日）より長く、第１所定時間（本実施形態では３０日）より短い第４所定時間毎に燃料電池を停止する構成であってもよい。
【００６８】
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、ガスメーター３以外の構成、動作については同じであるため説明を省略し、主にガスメーター３の動作について異なる部分を説明する。
【００６９】
本実施形態において、ガスメーター３は超音波メーター等電子式メーターのものに限定され、通常計測モードと高精度計測モードを備える。
【００７０】
超音波メーターの計測間隔は、通常計測モードにおいては２秒に１回程度が設定される。
【００７１】
これは、許容できる消費電力量と必要とされる応答性のバランスにより設定されている。
【００７２】
この計測間隔を１秒に１回とすることで、単位時間あたりに得られる平均値の精度が高い、高精度計測モードが実現できる。
【００７３】
メーター制御部３４は、ガスメーター３が計測する流量が第２所定流量値（例えば５Ｌ／ｈ）以下となったとき、すなわち漏洩無し判定ができる可能性がある流量になったとき、ガスメーター３の計測モードを高精度計測モードに切り替える。
【００７４】
超音波メーターは通常２秒に１回計測しており、１２０秒毎、すなわち６０個の瞬時流量の平均値をもとに漏洩無しを判定する。
【００７５】
これを高精度計測モードでは１秒に１回計測するものとすれば、６０秒で６０個の瞬時流量値が得られ、同じ精度で漏洩無しと判定するまでの時間は半分に短縮できる。
【００７６】
メーター制御部３４は、高精度計測モードに切り替えた後、漏洩無しを確認したとき、通常計測モードへ切り替える。
【００７７】
これは、漏洩無しが確認できたら、単位時間あたりの消費電力の高い高精度計測モードからすみやかに通常計測モードへ切り替えることで、消費電力量の増加を抑制するためである。
【００７８】
高精度計測モードに切り替えたあと、燃料電池以外の他ガス機器の使用開始により、ガスメーター３が計測する流量が第２所定流量値を越した場合は、いったん通常計測モードに戻し、再び、流量が第２所定流量値以下となったとき高精度計測モードに切り替える。
【００７９】
これは、第２所定流量値以上の流量を高精度計測で計測しても意味がないからである。
【００８０】
また、高精度計測モードに切り替えたあと、所定時間経過しても漏洩無しを確認できないときも、通常計測モードに戻す。
【００８１】
これは、実際に漏洩があったとき、高精度計測モードが継続し、消費電力量が大幅に増加してしまうためである。
【００８２】
ただし、その分消費電力は増加するため、必要なタイミングでのみ、この高精度計測モードを適用する必要がある。
【００８３】
これにより、ガスメーター３の消費電力の増加を最小限に留めつつ、燃料電池の停止時間をより短くすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 燃料電池ユニット
１ａ 燃料改質部
１ｂ 燃料電池部
１０ 制御部
２ 流路
３ ガスメーター
３４ メーター制御部
４ バルブ
５ 通信回線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏洩検知機能を備えたガスメーターを介してガスを燃料電池へ供給するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来ガスの需要家等において、供給源からガスメーターを介して都市ガス等の燃料ガス（単にガスという）が供給されており、このガスを使用してガス機器を利用している。
【０００３】
ガスメーターは通常、漏洩検知機能を備えており、本発明におけるガスメーターも漏洩検知機能を備えたものが対象となる。
【０００４】
漏洩検知機能は、一般的に、所定計測期間（例えば３０日等）において、流量が所定流量（例えば３Ｌ／ｈ）を下回り「漏洩無し状態」と判定できない場合に、「漏洩の疑い有り」と判定して漏洩を検知するものである。なおガスメーターは、超音波式メーターや膜式メーター等、計測方式は特に限定されない。
【０００５】
膜式メーターであれば、約１Ｌの単位体積毎に流量信号がメーターからコントローラへ伝達される。このため、１時間流量信号がこないことを確認すれば、余裕をもって所定流量以下であると判断でき、「漏洩無し状態」と判定できる。
【０００６】
超音波メーターは、たとえば２秒のような所定時間間隔で瞬時流量を計測するものであるが、この瞬時流量には電磁ノイズや配管内の圧力の揺らぎにより誤差を生じる。この誤差を鑑みて、１２０秒毎に流量の平均値を算出し、すなわち２秒間隔であれば６０個の瞬時流量の平均値を算出し、この値が所定の値（例えば１．５Ｌ／ｈ）以下であるとき、カウンタを１つインクリメントする。
【０００７】
カウンタが１０回のような所定回数に達したとき、「漏洩無し状態」と判定する。
所定計測期間（例えば３０日等）内にカウンタが１０回のような所定回数に達しないとき、「漏洩の疑い有り」と判定することで、誤差の影響を排除するような技術が提案されている。
【０００８】
このような従来のガスメーターは、ガス機器として、ガスコンロや湯沸し器等のようにガスを継続的に（例えば数日に亘っては）使用しないものを想定して設計されている。この想定下では、所定計測期間（例えば３０日等）中にガスが所定流量（例えば３Ｌ／ｈ）を下回ることが無いのは漏洩以外に有り得ないため、この場合に「漏洩の疑い有り」と判定することで漏洩を精度よく検知することができるものであった。
【０００９】
ところで近年、ガスを継続的に使用する燃料電池を用いた発電システムが普及してきている。ガスを継続的に使用する燃料電池を使用する場合、ガスの漏洩が無い場合でも、所定計測期間中にガスの流量が所定流量を下回ることが無くなるため、「漏洩の疑い有り」と判定されて漏洩が誤検知されてしまうものであった。
【００１０】
そこで、ガスメーターによる漏洩の誤検知を回避する方法として、所定計測期間中に燃料電池を、例えばまる一日等の長時間に亘って停止し、ガスの流量を一時的に所定流量未満にまで下げることで、「漏洩の疑い有り」と判定されるのを回避することが行われている（例えば特許文献１参照）。
上述のように、膜式メーターであれば１時間、超音波メーターであれば、１２０秒×１０回＝２０分の停止があれば最短で所定流量（例えば３Ｌ／ｈ）を下回ることが確認できるが、燃料電池の停止期間中に他のガス機器が使用されていたとき、この確認はできない。このため、まる一日等の長時間に亘って停止させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２５８７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、燃料電池の動作をまる一日止めてしまうという動作は、この期間内に発電できないため、省エネ性が低下してしまう、という問題があるものであった。
【００１３】
また、燃料電池は、長時間に亘って停止すると温度が大きく低下してしまい、温度が大きく低下した状態から起動を行うと温度の変化幅が大きくなって劣化が促進されてしまうという問題も懸念される。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、漏洩検知機能を有するガスメーターを備えていても、燃料電池の動作を長時間に亘って停止させることを回避することが可能なシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る燃料電池へのガス供給システムは、
燃料電池ユニット１と、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニット１に至るガスの流路２と、
前記流路２の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーター３と、
前記燃料電池ユニット１の制御部１０と前記ガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、
前記メーター制御部３４は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は、漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間（例えば３０日）に達すると、漏洩ありと判定し、
前記燃料電池ユニット１の制御部１０は前記第１所定時間より短い第２所定時間（例えば２７日）毎に前記燃料電池ユニット１の動作を停止するものであって、
前記メーター制御部３４は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線５を介して制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、
制御部１０は前記「前記漏洩無し状態確認完了」の信号を受信すると、燃料電池ユニット１の動作を再開することを特徴とする。
【００１６】
これにより、燃料電池ユニット１の動作をまる１日とめることなく、短時間で再開することができる。
【００１７】
本発明の請求項２に係る燃料電池へのガス供給システムは、
燃料電池ユニット１と、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニット１に至るガスの流路２と、
前記流路２の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーター３と、
前記燃料電池ユニット１の制御部１０と前記ガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、
前記メーター制御部は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間（例えば３０日）に達すると、漏洩ありと判定するものであって、
前記メーター制御部３４は、前記タイマーが前記第３所定時間（たとえば２７日）に達した後に、前記制御部１０へ「漏洩無し状態確認要求」の信号を送信し、
前記制御部１０は、前記「漏洩無し状態確認要求」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を停止させ、
前記メーター制御部３４は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線５を介して前記制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、
前記制御部１０は前記「漏洩無し状態確認完了」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を再開することを特徴とする。
【００１８】
これにより、燃料電池ユニット１の動作をまる１日とめることなく、短時間で再開することができる。
本発明の請求項３に係る燃料電池へのガス供給システムは、
請求項２に係る燃料電池へのガス供給システムにおいて、
前記メーター制御部３４は、前記タイマーが前記第３所定時間（たとえば２７日）に達した後、ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値（例えば４００Ｌ／ｈ）以下となったときに、前記制御部１０へ「漏洩無し状態確認要求」の信号を送信し、
前記制御部１０は、前記「漏洩無し状態確認要求」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を停止させ、
前記メーター制御部３４は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線５を介して前記制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、
前記制御部１０は前記「漏洩無し状態確認完了」の信号を受信すると、前記燃料電池ユニット１の動作を再開することを特徴とする。
【００１９】
燃料電池ユニット１の制御部１０が第１所定時間より短い第２所定時間（例えば２７日）毎に前記燃料電池ユニット１の動作を停止しても、燃料電池ユニット１以外の他のガス器具が動作してた場合、漏洩無しは確認できないため、他のガス器具の動作が停止するまでの時間はロスとなる。
【００２０】
ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値以下であるときは、燃料電池ユニット１のみが動作している可能性が高いと考えられる。
【００２１】
このタイミングでガスメーター３から燃料電池ユニット１へ「漏洩無し状態確認要求」を送信して停止させることで、他のガス器具が停止しているタイミングで燃料電池ユニット１の動作を停止させることができ、メーターで漏洩無し確認が速やかにできるため、燃料電池ユニット１の停止時間をより短くすることができる。
【００２２】
本発明の請求項４に係る燃料電池へのガス供給システムは、
前記ガスメーター３は通常計測モードと高精度計測モードを備える電子式メーターであって、
前記メーター制御部３４は、前記ガスメーター３が計測する流量が第２所定流量値（５Ｌ／ｈ等）以下となったときに、前記ガスメーター３の計測モードを高精度計測モードに切り替えるとともに、高精度計測モードに切り替えた後、漏洩無しを確認したとき、通常計測モードへ切り替えることを特徴とする。
【００２３】
超音波メーターは通常２秒に１回計測しており、１２０秒毎、すなわち６０個の瞬時流量の平均値が所定の値以下であるとき、カウンタを１つインクリメントし、カウンタが１０回のような所定回数に達したとき漏洩無しと判定してタイマーをリセットする。
【００２４】
これを高精度計測モードでは１秒に１回計測するものとすれば、６０秒で６０個の瞬時流量値が得られるため、漏洩無しと判定するまでの時間は半分に短縮できる。
【００２５】
ただし、その分消費電力は増加するため、必要なタイミングでのみ、この高精度計測モードを適用する必要がある。
【００２６】
これにより、ガスメーター３の消費電力の増加を最小限に留めつつ、燃料電池ユニット１の停止時間をより短くすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明においては、漏洩検知機能を有するガスメーターを備えていても、燃料電池へのガスの供給が長時間に亘って停止されるのを回避して、燃料電池の劣化の抑制と省エネ性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の燃料電池へのガス供給システムの一実施形態の概略構成図である。
【図２】同上における燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図３】同上におけるガスメーターの概略構成図である。
【図４】同上におけるガスメーターの漏洩検知のフロー図である。
【図５】同上における、制御部が漏洩無し状態確認完了の信号を受信して燃料電池ユニットの動作を再開するまでのフロー図である。
【図６】他の実施形態における、制御部が漏洩無し状態確認完了の信号を受信して燃料電池ユニットの動作を再開するまでのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態について図１乃至図５に基いて説明する。本発明は漏洩検知機能を有するガスメーターを介してガスを燃料電池へ供給するシステムに関し、図１に示すように、燃料電池ユニット１と、燃料電池ユニット１にガスを供給するための流路２と、流路２の途中に設けられるガスメーター３と燃料電池ユニット１とガスメーター３とを結ぶ後述する通信回線５と、を備えている。
【００３０】
ガスの供給源は、ガスボンベやその他でもよく特に限定されない。本実施形態では、ガスは都市ガスであり、ガスの供給源から燃料電池ユニット１に至るガスの流路２は、本実施形態ではガスの外管から分岐する内管とする。燃料電池ユニット１は所謂コジェネレーションシステムでよく用いられる発電装置であり、後述する。ガスメーター３は、漏洩検知機能を有するもので、流路２の途中に設けられる。また、ガスメーター３の流量計測方式は、超音波式の他、膜式等、特に限定されない。本実施形態におけるガスメーター３は、超音波式のガスメーター３であり、後述する。
【００３１】
燃料電池ユニット１について概略説明するが、燃料電池ユニット１は特に下記の形態に限定されないものである。
【００３２】
燃料電池ユニット１は、図２に示すように、燃料改質部１ａと燃料電池部１ｂとで主体が構成される。
【００３３】
燃料改質部１ａは、ガスから水素を製造するためのもので、上流側から順に脱硫器１１、改質器１２、ＣＯ変成器１３、ＣＯ除去器１４を備えている。脱硫器１１はガスを脱硫するためのもので、脱硫器１１で脱硫されたガスには、水蒸気を混合するようになっており、脱硫され且つ水蒸気が混合されたガスは改質器１２に送られる。改質器１２は、バーナ１２ａを有しており、バーナ１２ａを燃焼させることで、改質触媒を加熱しながら水蒸気が混合されたガスを水蒸気改質反応により改質するようになっている。そして、改質器１２で改質されたガスはＣＯ変成器１３でＣＯ変成を行い、ＣＯ変成器１３でＣＯ変成を行ったＣＯ変成ガスはＣＯ除去器１４に送られ、ＣＯ除去器１４でＣＯ選択酸化を行って一酸化炭素を除去してＣＯ濃度の低い水素リッチの改質ガスを製造するようになっている。
【００３４】
燃料電池部１ｂは、アノード（燃料極）１５と電解質１６とカソード（空気極）１７が層となって構成されるセルを、セパレータを介して多数積層して構成してある。そして、燃料改質部１ｂで製造した水素リッチの改質ガスをアノード１５に供給し、カソード１７にブロアから空気（酸素）を供給することで、水素と酸素が電気化学的反応をして発電される。また、この発電の際の発熱を回収する熱交換部が燃料電池部１ｂに設けられている。また、発電により生じた直流を交流にするインバーターが設けられている。
【００３５】
また、脱硫器１１内の温度を検出する温度センサと、ＣＯ変成器１３内の温度を検出する温度センサが設けられており、これらの温度センサによる脱硫器１１内の検出温度又は／及びＣＯ変成器１３内の検出温度の情報に基づいて、マイクロコンピュータからなる制御部１０がバーナ１２ａを制御して、改質器１２の温度を制御するようになっている。また、脱硫器１１とバーナ１２ａへのガスの供給路の流量を調整する流量調整部１８としての調整弁１８ａ，１８ｂと設けられており、制御部１０が調整弁１８ａ，１８ｂを調整することでガスの流量を調整し、発電量を調整するようになっている。また、その上流側にはバルブ４があり、停止時には制御部１０がバルブ４を閉止する。
【００３６】
次に、本実施形態におけるガスメーター３について説明する。
【００３７】
ガスメーター３は、図３に示すように、ガスの流路３１の適宜箇所に配置され、遮断弁３２と流量計測部３３とを備えている。流量計測部３３は、流路３１の上流側と下流側とにそれぞれ超音波の送受波を行う超音波センサ３３ａ，３３ｂを配置した構成を有する。２個の超音波センサ３３ａ，３３ｂは、互いに対向するとともに、超音波センサ３３ａ，３３ｂの間で送受される超音波の進行方向とガスが流路３１を通過する方向とが角度θをなして交差するように配置される。両超音波センサ３３ａ，３３ｂは、メーター制御部３４に接続される。メーター制御部３４は、マイクロコンピュータからなり、レジスタやタイマー機能を備え、流量計測部３３の動作の制御、流量計測部３３の出力によるガスの流量の計測、流量計測部３３の出力に基づく遮断弁２の制御などを行う。ガスの使用量は流量計測部３３でのガスの流量の計測結果に基づいてメーター制御部３４で求められ、メーター制御部３４に接続した液晶表示器からなる表示部３５に表示される。
【００３８】
メーター制御部３４にはＥＥＰＲＯＭのような書換可能な不揮発性のメモリ３６が接続される。また、メーター制御部３４には制御信号によって遮断弁３２を動作する遮断弁動作回路３７、超音波センサ３３ａ，３３ｂの各一方を動作して超音波パルスを送波させるとともに他方で受波した超音波パルスの波形整形を行う超音波センサ動作回路３８も接続される。メーター制御部３４では超音波センサ動作回路８を介して超音波センサ３３ａ，３３ｂの送波タイミングを制御しており、送波を指示してから超音波センサ動作回路３８により受波に対応する出力が得られるまでの時間を超音波の伝播時間として求める。
【００３９】
図３に示すガスメーター３を用いて流量を計測するには、上流側の超音波センサ３３ａから下流側の超音波センサ３３ｂに向かって超音波を送波したときの超音波の伝播時間ｔ１と、下流側の超音波センサ３３ｂから上流側の超音波センサ３３ａに向かって超音波を送波したときの超音波の伝播時間ｔ２とを用いる。いま、両超音波センサ３３ａ，３３ｂの間の距離をｄ、ガスの流速をｖ、音速をｃとすると、以下の関係が得られる。
（ｃ＋ｖ・ｃｏｓθ）ｔ１＝ｄ
（ｃ−ｖ・ｃｏｓθ）ｔ２＝ｄ
従って、流速ｖは、
ｖ＝（ｄ／２ｃｏｓθ）｛（１／ｔ１）−（１／ｔ２）｝
のように表すことができる。ここで、一般に超音波センサ３３ａ，３３ｂの間の距離ｄは８〜１０ｃｍ程度に設定され、流路３１内での音速ｃは約４００ｍ／ｓｅｃであるから、伝播時間ｔ１，ｔ２は２００〜２５０μｓｅｃ程度になる。
【００４０】
このように求めた流速ｖに流路３１の断面積Ｓを乗じた値が瞬時流量ｑになる。つまり、瞬時流量ｑは次式で表される。
ｑ＝ｖ・Ｓ
ガスメーター３では各超音波センサ３３ａ，３３ｂをそれぞれ送波側として超音波パルスを１回ずつ送受波する動作が１組の動作になり、少なくとも１組の動作を行えば瞬時流量ｑを求めることができる。また、瞬時流量ｑは間欠的に計測され、瞬時流量ｑを求めた時間間隔（例えば２〜３秒）を瞬時流量ｑに乗じることによって積算流量Ｑが求められる。このようにして求めた各時間間隔毎の積算流量Ｑを積算した値は流路３１を通過したガスの総量（ガスの使用量）に相当する。
【００４１】
ここで、上記のように１個の超音波パルスのみで流速ｖを決定すると十分な計測精度が得られないため、計測精度を高めるためにシングアラウンド法と称される方法により計測処理が行われる場合がある。すなわち、シングアラウンド法においては、受信したらすぐに送信する回路を備え、両超音波センサ３３ａ，３３ｂのうちの一方から前述の回路を通して複数個の超音波パルスを繰り返して発生させて、複数回分の伝播時間を計測した後、他方から複数個の超音波パルスを繰り返して発生させ、複数回分の伝播時間を計測するものである。例えば、一方の超音波センサ３３ａから１００個の超音波パルスを繰り返して発生させて計測した合計伝播時間を個数の１００で除した値が、平均された伝播時間ｔ１となり、その後に他方の超音波センサ３ｂから１００個の超音波パルスを繰り返して発生させて計測した合計伝播時間を個数の１００で除した値が、平均された伝播時間ｔ２となる。各合計伝播時間は２００〜２５０〔μｓｅｃ〕×１００＝２０〜２５〔ｍｓｅｃ〕程度であり、両合計伝播時間を合わせても４０〜５０〔ｍｓｅｃ〕程度であり、瞬時流量ｑを求めるための上記時間間隔（例えば２〜３〔ｓｅｃ〕）内に充分に収まるものである。計測していない時間帯は、マイコンを低消費電力なスリープ状態にすることで消費電力を抑制している。
【００４２】
本実施形態におけるガスメーター３の漏洩検知機能について図４に示すフロー図に基いて説明する。
【００４３】
メーターの計測を開始すると（Ｓ１）、メーターは上述のような所定の時間間隔（本実施形態では２秒）を開始し、積算機能を働かせるとともに、メーター制御部３４は、タイマー機能にて時間Ｔの計測を開始する（Ｓ２）。
【００４４】
所定計測時間（本実施形態では２分）毎に、該所定計測時間の間に計測された複数個（本実施形態では６０個）の瞬時流量ｑの平均値ｑａｖｅ，最大値ｑｍａｘ，最小値ｑｍｉｎを求めて記憶する（Ｓ３）。
【００４５】
次に、求めた平均値ｑａｖｅ，最大値ｑｍａｘ，最小値ｑｍｉｎから漏洩判定を行う（Ｓ４）。漏洩判定は、「所定計測時間における流量の平均値ｑａｖｅ＜所定流量（本実施形態では１．５Ｌ／ｈ）、かつ、所定計測時間における流量のばらつき（最大値ｑｍａｘ−最小値ｑｍｉｎ）＜所定範囲（本実施形態では１０Ｌ／ｈ）」という条件を満たすか否かを判定するもので、前記条件を満たす場合に「漏洩無し（暫定）」と判定され（Ｓ５）、「漏洩無し（暫定）」と判定された回数ｎを１カウント増加する。ガスの漏洩時には平均値ｑａｖｅ，最大値ｑｍａｘ，最小値ｑｍｉｎは（Ｓ４）の漏洩判定の条件を満たさないため、「漏洩無し（暫定）」と判定されることはない。
【００４６】
次に、「漏洩無し（暫定）」と判定された回数ｎが所定回数（本実施形態では１０回）に達したか否かが判定され（Ｓ６）、所定回数に達している場合には、「漏洩無し」と判定されて、表示部３５において「漏洩の疑い有り」の旨の表示がある場合には表示をリセットし（Ｓ７）、タイマー機能の時間Ｔおよび「漏洩無し（暫定）」の判定回数ｎをリセットして（Ｓ８）、（Ｓ１）へ移行する。
【００４７】
（Ｓ４）の漏洩判定の条件を満たさない場合、または（Ｓ６）において判定回数ｎが所定回数に達していない場合には、（Ｓ９）において開始からの時間Ｔが第１所定時間（本実施形態では３０日）に達したか否かが判定され、時間Ｔが第１所定時間に達していない場合には（Ｓ３）に戻って計測を繰り返し、時間Ｔが第１所定時間に達している場合には、「漏洩の疑い有り」と判定され（Ｓ１０）、表示部３５において「漏洩の疑い有り」の旨の表示を行い、タイマー機能の時間Ｔおよび「漏洩無し（暫定）」の判定回数ｎをリセットして（Ｓ８）、（Ｓ２）へ移行する。
【００４８】
すなわち、「漏洩の疑い有り」と判定され「漏洩の疑い有り」の旨の表示を行った後にも判定は継続し、「漏洩無し」と判定された場合には自動的に「漏洩の疑い有り」の表示はリセットされる。
【００４９】
なお、上述した所定計測時間、所定流量、所定範囲、第１所定時間、所定回数の数値は特に限定されないものである。
【００５０】
燃料電池ユニット１の制御部１０は第１所定時間（本実施形態では３０日）より短い第２所定時間（本実施形態では２７日）毎に燃料電池ユニット１の動作を停止してバルブ４を閉止するもので、これにより、他のガス器具の使用がなく、かつ、漏れもない状況では、流量はゼロとなり、ガスメーター３の漏洩検知機能が「漏洩無し」と判定可能となる。
【００５１】
しかしながら、燃料電池ユニット１の動作を停止してバルブ４を閉止するにあたり、従来は燃料電池ユニット１をまる一日停止していた。この場合、燃料電池へのガスの供給が長時間に亘って停止されるため、燃料電池にとって好ましくないものであった。すなわち、燃料電池は、長時間に亘って停止すると温度が大きく低下してしまい、温度が大きく低下した状態から起動を行うと温度の変化幅が大きくなって劣化が促進されてしまい、また、温度が大きく低下した状態から運転に適した温度に上昇させるのに大きなエネルギーが必要となり、省エネ性が低下してしまう、という問題があるものであった。
【００５２】
そこで本発明においては、燃料電池ユニット１の制御部１０とガスメーター３のメーター制御部３４とを接続する通信回線５と、を備え、メーター制御部３４は、漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認したら通信回線５を介して制御部１０に「漏洩無し状態確認完了」の信号を送信し、制御部１０は前記「前記漏洩無し状態確認完了」の信号を受信したら、燃料電池ユニット１の動作を再開するもので、図５にフローを示す。
【００５３】
漏れがある場合等で漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認できない場合がありえる。このため、燃料電池ユニット１の制御部１０は、停止からまる１日経過したら自動的に動作を燃料電池ユニット１の動作を再開する。
【００５４】
なお、この通信回線５の送受信部、インターフェース等については、既存の技術が適用される。
【００５５】
これにより、燃料電池の動作をまる１日停止することなく、メーターが漏洩無しを確認した時点で再開できるため、停止時間を短時間に抑制することができる。
【００５６】
次に、他の実施形態について図６に基いて説明する。本実施形態は、構成については図１乃至図３に示す上記実施形態の構成と同じであるため説明を省略し、主に異なる動作について説明する。
【００５７】
本実施形態では、燃料電池ユニット１の制御部１０は第１所定時間（本実施形態では３０日）より短い第２所定時間（前実施形態では２７日）毎に、燃料電池の動作を停止することはしない。
【００５８】
これに替えて、メーター制御部３４は、前記タイマーが第３所定時間（たとえば２７日）に達した後、ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値（例えば４００Ｌ／ｈ）以下となったときに、前記制御部１０へ「漏洩無し状態確認要求」の信号を送信し、
制御部１０は、前記「漏洩無し状態確認要求」の信号を受信したら、燃料電池ユニット１の動作を停止させる。
【００５９】
燃料電池ユニット１の制御部１０が第１所定時間より短い第３所定時間（例えば２７日）毎に前記燃料電池の動作を停止しても、燃料電池ユニット１以外の他のガス器具が動作してた場合、漏洩無しは確認できないため、他のガス器具の動作が停止するまでの時間はロスとなる。
【００６０】
ガスメーター３が計測する流量が第１所定流量値以下であるときは、燃料電池のみが動作している可能性が高いと考えられる。
【００６１】
このタイミングでガスメーター３から燃料電池へ「漏洩無し状態確認要求」を送信して停止させることで、他のガス器具が停止しているタイミングで燃料電池ユニット１の動作を停止させることができ、ガスメーター３で漏洩無し確認が速やかにできるため、燃料電池の停止時間をより短くすることができる。
【００６２】
前記第１所定流量は、燃料電池ユニット１以外の一つのガス機器と燃料電池ユニット１におけるガスの単位時間当たりの消費量（流量）を合計した値よりも小さく、燃料電池ユニット１におけるガスの単位時間当たりの消費量（流量）以上の値とする。つまり、燃料電池ユニット１以外のガス機器を使用している場合に、燃料電池の動作を停止させることを意図している。
【００６３】
本実施例では、（Ｓ２４）において、瞬時流量ｑが第１所定流量値（この例では４００Ｌ／ｈ）以下か否かを判定しているが、これに加えて時刻が所定の時刻範囲（例えば午後１１時〜午前６時）内に収まっているか否かを判定する条件を加えてもよい。
【００６４】
所定の時刻範囲は、燃料電池ユニット１以外のガス機器の使用が開始されない可能性が高い時刻範囲が設定されるもので、数値は特に限定されない。これにより、燃料電池の動作を停止しても、他のガス機器使用が開始することで、ガスメーター３で漏洩無し確認ができないという可能性が低減する。
【００６５】
また、瞬時流量ｑが第１所定流量値（この例では４００Ｌ／ｈ）以下か否かを判定しているが、この代わりに燃料電池ユニット１の流量計測部１９で計測された瞬時流量ｑと、ガスメーター３の流量計測部３４で計測された瞬時流量ｑとが一致しているか否かを判定するものであってもよい。なお、両瞬時流量ｑは厳密に一致する必要はなく、適宜設定される誤差範囲内で収まればよい。
【００６６】
このようにすることで、意に反して燃料電池ユニット１以外のガス機器が停止していることを確実に検知できる。
【００６７】
また、本実施形態では、燃料電池ユニット１の制御部１０は所定時間毎に、燃料電池の動作を停止することはしないとしたが、通信回線５の故障によりメーター制御部３４と制御部１０の通信ができない場合に備え、第３所定時間（本実施形態では２７日）より長く、第１所定時間（本実施形態では３０日）より短い第４所定時間毎に燃料電池を停止する構成であってもよい。
【００６８】
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、ガスメーター３以外の構成、動作については同じであるため説明を省略し、主にガスメーター３の動作について異なる部分を説明する。
【００６９】
本実施形態において、ガスメーター３は超音波メーター等電子式メーターのものに限定され、通常計測モードと高精度計測モードを備える。
【００７０】
超音波メーターの計測間隔は、通常計測モードにおいては２秒に１回程度が設定される。
【００７１】
これは、許容できる消費電力量と必要とされる応答性のバランスにより設定されている。
【００７２】
この計測間隔を１秒に１回とすることで、単位時間あたりに得られる平均値の精度が高い、高精度計測モードが実現できる。
【００７３】
メーター制御部３４は、ガスメーター３が計測する流量が第２所定流量値（例えば５Ｌ／ｈ）以下となったとき、すなわち漏洩無し判定ができる可能性がある流量になったとき、ガスメーター３の計測モードを高精度計測モードに切り替える。
【００７４】
超音波メーターは通常２秒に１回計測しており、１２０秒毎、すなわち６０個の瞬時流量の平均値をもとに漏洩無しを判定する。
【００７５】
これを高精度計測モードでは１秒に１回計測するものとすれば、６０秒で６０個の瞬時流量値が得られ、同じ精度で漏洩無しと判定するまでの時間は半分に短縮できる。
【００７６】
メーター制御部３４は、高精度計測モードに切り替えた後、漏洩無しを確認したとき、通常計測モードへ切り替える。
【００７７】
これは、漏洩無しが確認できたら、単位時間あたりの消費電力の高い高精度計測モードからすみやかに通常計測モードへ切り替えることで、消費電力量の増加を抑制するためである。
【００７８】
高精度計測モードに切り替えたあと、燃料電池以外の他ガス機器の使用開始により、ガスメーター３が計測する流量が第２所定流量値を越した場合は、いったん通常計測モードに戻し、再び、流量が第２所定流量値以下となったとき高精度計測モードに切り替える。
【００７９】
これは、第２所定流量値以上の流量を高精度計測で計測しても意味がないからである。
【００８０】
また、高精度計測モードに切り替えたあと、所定時間経過しても漏洩無しを確認できないときも、通常計測モードに戻す。
【００８１】
これは、実際に漏洩があったとき、高精度計測モードが継続し、消費電力量が大幅に増加してしまうためである。
【００８２】
ただし、その分消費電力は増加するため、必要なタイミングでのみ、この高精度計測モードを適用する必要がある。
【００８３】
これにより、ガスメーター３の消費電力の増加を最小限に留めつつ、燃料電池の停止時間をより短くすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 燃料電池ユニット
１ａ 燃料改質部
１ｂ 燃料電池部
１０ 制御部
２ 流路
３ ガスメーター
３４ メーター制御部
４ バルブ
５ 通信回線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池ユニットと、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニットに至るガスの流路と、
前記流路の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーターと、
前記燃料電池ユニットの制御部と前記ガスメーターのメーター制御部とを接続する通信回線と、を備え、
前記メーター制御部は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は、漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間に達すると、漏洩ありと判定し、
前記燃料電池ユニットの制御部は前記第１所定時間より短い第２所定時間毎に前記燃料電池ユニットの動作を停止するものであって、
前記メーター制御部は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線を介して制御部に漏洩無し状態確認完了の信号を送信し、
前記制御部は前記漏洩無し状態確認完了の信号を受信すると、燃料電池ユニットの動作を再開することを特徴とする燃料電池へのガス供給システム。
【請求項２】
燃料電池ユニットと、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニットに至るガスの流路と、
前記流路の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーターと、
前記燃料電池ユニットの制御部と前記ガスメーターのメーター制御部とを接続する通信回線と、を備え、
前記メーター制御部は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間に達すると、漏洩ありと判定するものであって、
前記メーター制御部は、前記タイマーが前記第１所定時間より短い第３所定時間に達した後に、前記制御部へ漏洩無し状態確認要求の信号を送信し、
前記制御部は、前記漏洩無し状態確認要求の信号を受信すると、前記燃料電池ユニットの動作を停止させ、
前記メーター制御部は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線を介して前記制御部に漏洩無し状態確認完了の信号を送信し、
前記制御部は前記前記漏洩無し状態確認完了の信号を受信すると、前記燃料電池ユニットの動作を再開することを特徴とする燃料電池へのガス供給システム。
【請求項３】
前記メーター制御部は、前記タイマーが前記第１所定時間より短い第３所定時間に達した後に、前記ガスメーターが計測する流量が第１所定流量値以下となったときに、前記制御部へ漏洩無し状態確認要求の信号を送信することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池へのガス供給システム。
【請求項４】
前記ガスメーターは通常計測モードと高精度計測モードを備える電子式メーターであって、
前記メーター制御部は、前記ガスメーターが計測する流量が第２所定流量値以下となったときに、前記ガスメーターの計測モードを高精度計測モードに切り替えるとともに、高精度計測モードに切り替えた後、漏洩無しを確認したとき、通常計測モードへ切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池へのガス供給システム。
【請求項１】
燃料電池ユニットと、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニットに至るガスの流路と、
前記流路の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーターと、
前記燃料電池ユニットの制御部と前記ガスメーターのメーター制御部とを接続する通信回線と、を備え、
前記メーター制御部は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は、漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間に達すると、漏洩ありと判定し、
前記燃料電池ユニットの制御部は前記第１所定時間より短い第２所定時間毎に前記燃料電池ユニットの動作を停止するものであって、
前記メーター制御部は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線を介して制御部に漏洩無し状態確認完了の信号を送信し、
前記制御部は前記漏洩無し状態確認完了の信号を受信すると、燃料電池ユニットの動作を再開することを特徴とする燃料電池へのガス供給システム。
【請求項２】
燃料電池ユニットと、
ガスの供給源から前記燃料電池ユニットに至るガスの流路と、
前記流路の途中に設けられる漏洩検知機能を有するガスメーターと、
前記燃料電池ユニットの制御部と前記ガスメーターのメーター制御部とを接続する通信回線と、を備え、
前記メーター制御部は、漏洩判定部と、タイマーと、漏洩無し確認部と、を備え、
前記漏洩無し確認部は漏洩無しを確認すると、前記タイマーをリセットし、
前記漏洩判定部は、前記タイマーが第１所定時間に達すると、漏洩ありと判定するものであって、
前記メーター制御部は、前記タイマーが前記第１所定時間より短い第３所定時間に達した後に、前記制御部へ漏洩無し状態確認要求の信号を送信し、
前記制御部は、前記漏洩無し状態確認要求の信号を受信すると、前記燃料電池ユニットの動作を停止させ、
前記メーター制御部は、前記漏洩無し確認部が漏洩無し状態を確認すると、前記通信回線を介して前記制御部に漏洩無し状態確認完了の信号を送信し、
前記制御部は前記前記漏洩無し状態確認完了の信号を受信すると、前記燃料電池ユニットの動作を再開することを特徴とする燃料電池へのガス供給システム。
【請求項３】
前記メーター制御部は、前記タイマーが前記第１所定時間より短い第３所定時間に達した後に、前記ガスメーターが計測する流量が第１所定流量値以下となったときに、前記制御部へ漏洩無し状態確認要求の信号を送信することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池へのガス供給システム。
【請求項４】
前記ガスメーターは通常計測モードと高精度計測モードを備える電子式メーターであって、
前記メーター制御部は、前記ガスメーターが計測する流量が第２所定流量値以下となったときに、前記ガスメーターの計測モードを高精度計測モードに切り替えるとともに、高精度計測モードに切り替えた後、漏洩無しを確認したとき、通常計測モードへ切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池へのガス供給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１６４１２（Ｐ２０１２−２１６４１２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０７６６（Ｐ２０１１−８０７６６）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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