特許 6981867 燃料電池装置

(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】6981867

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20211206BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20211206BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/0612

   H01M8/04014

   H01M8/04537

   H01M8/04225

   !H01M8/12 101

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-241190(P2017-241190)

(22)【出願日】2017年12月15日

(65)【公開番号】特開2019-109991(P2019-109991A)

(43)【公開日】2019年7月4日

【審査請求日】2020年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000109026

【氏名又は名称】ダイニチ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】白石 晋平

(72)【発明者】

【氏名】小林 和明

(72)【発明者】

【氏名】横尾 直樹

【審査官】 笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１２２２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２９１１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０６１２

Ｈ０１Ｍ ８／０４０１４

Ｈ０１Ｍ ８／０４５３７

Ｈ０１Ｍ ８／０４２２５

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池セルと、原燃料を水蒸気改質する改質器とを有する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールから排出される排ガスと、排ガス冷却用の熱媒とを熱交換させる熱交換器と、
前記排ガスの冷却により生じる、該排ガス中の水分が凝縮した凝縮水を、水蒸気改質用の改質水として貯留する改質水タンクと、
前記熱交換器で生成した凝縮水を前記改質水タンクに流過させる凝縮水流路と、
前記凝縮水の導電率を測定する電気伝導率計と、を備え、
前記電気伝導率計は、前記凝縮水流路における、前記熱交換器と前記改質水タンクとの間に配設され、
前記凝縮水を浄化処理するイオン交換樹脂を有し、該イオン交換樹脂を流過した前記凝縮水が前記改質水タンクに貯留され、
前記凝縮水流路に、前記凝縮水を貯留する凝縮水貯留部を備え、
前記イオン交換樹脂は、前記改質水タンク内に配設され、
前記凝縮水貯留部は、前記改質水タンク内の当該イオン交換樹脂の上方に配設されている、燃料電池装置。

【請求項2】

前記電気伝導率計が、前記凝縮水流路における前記熱交換器と前記イオン交換樹脂との間に配設されている、請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項3】

前記電気伝導率計が、前記凝縮水貯留部に配置されている、請求項１または２に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

前記凝縮水貯留部は、該凝縮水貯留部からオーバーフローした凝縮水を前記イオン交換樹脂に向けて流下させる凝縮水流出口を有する、請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項5】

前記改質水タンクは、前記イオン交換樹脂を収容するイオン交換樹脂容器と、該イオン交換樹脂容器内で浄化処理された改質水を貯留する改質水貯留容器と、を含み、
前記改質水貯留容器は、上面が開口する有底の容器であり、
前記イオン交換樹脂容器は、前記改質水貯留容器の内部に、該改質水貯留容器と空間を空けて、前記改質水貯留容器に対して前記上面の開口から着脱可能に配設されており、
前記凝縮水貯留部は、前記改質水貯留容器の上面の開口から、前記イオン交換樹脂容器の上方に嵌め入れられ、前記イオン交換樹脂容器に対して着脱可能である、請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項6】

前記燃料電池モジュールおよびそれに付随する補機類の作動を制御する制御装置を含む燃料電池装置であって、
前記制御装置は、最初の起動時に、予め決められた第１所定時間経過してから、前記電気伝導率計による凝縮水の導電率を測定する制御を実行する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池の構成として、収納容器内に、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数積層したセルスタックを備える燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールおよびその動作に必要な補機類を外装ケース等の筐体に収納した燃料電池装置とが、種々提案されている。

【0003】

このような燃料電池装置においては、発電に用いられなかった余剰の燃料ガスを燃焼させ、燃焼後の排ガスを熱交換器等に通して冷却するとともに、この熱交換時に、前記排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生成される凝縮水を、凝縮水回収器に回収してイオン交換樹脂により浄化処理して水タンク（改質水タンク）等に貯留し、貯留された処理水を、天然ガス等の原燃料を水蒸気改質する改質器に改質水として供給する、いわゆる水自立運転が行われている。

【0004】

また、前記の改質水タンクには、浄化処理後の脱イオン水（改質水であり貯留水）の導電率を測定するための電気伝導率計（導電率計または電導度計とも言う）と、貯留された改質水の水量を測定するための水位センサ等が配設されている（特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１２９２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、前述のように、熱交換器で生じる凝縮水を浄化処理して改質水として使用する燃料電池装置において、熱交換器の熱媒（冷媒）として用いられている、不純物の多い水道水等の水が、配管の腐食等により漏れ出して、凝縮水または凝縮水を回収する流路に混入してしまう場合があった。

【0007】

しかしながら、従来の構成のように、電気伝導率計を改質水タンクに配置した場合には、不純物を多く含む水が、改質水タンクに含まれる水により希釈されることで、迅速に、不純物の多く混ざる熱媒等の漏出や混入を検出することが難しい場合がある。

【0008】

また、改質水中へ、不純物の多い水が混入すると、その不純物等がセルスタックに到達して、高温で稼働中の燃料電池セル等に損傷をもたらすおそれもある。そのため、燃料電池装置は、前述のような、不純物の多く混ざる熱媒等の漏出や混入を、できるだけ早く検出できる機構を有することが、望まれている。

【0009】

本発明の目的は、熱交換器から漏れた熱媒の、改質水への混入を早期に検出することのできる燃料電池装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の燃料電池装置は、燃料電池セルと、原燃料を水蒸気改質する改質器とを有する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールから排出される排ガスと、排ガス冷却用の熱媒とを熱交換させる熱交換器と、
前記排ガスの冷却により生じる、該排ガス中の水分が凝縮した凝縮水を、水蒸気改質用の改質水として貯留する改質水タンクと、
前記熱交換器で生成した凝縮水を前記改質水タンクに流過させる凝縮水流路と、
前記凝縮水の導電率を測定する電気伝導率計と、を備え、
前記電気伝導率計は、前記凝縮水流路における、前記熱交換器と前記改質水タンクとの間に配設され、
前記凝縮水を浄化処理するイオン交換樹脂を有し、該イオン交換樹脂を流過した前記凝縮水が前記改質水タンクに貯留され、
前記凝縮水流路に、前記凝縮水を貯留する凝縮水貯留部を備え、
前記イオン交換樹脂は、前記改質水タンク内に配設され、
前記凝縮水貯留部は、前記改質水タンク内の当該イオン交換樹脂の上方に配設されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本開示の燃料電池装置は、熱交換器から漏れた熱媒の、改質水への混入を早期に検出することができる。また、これにより、熱交換器や熱媒配管等の異常を、いち早く検知できるとともに、これらの異常に起因して生じる、燃料電池セルの損傷や、装置の緊急停止といった障害の発生を、未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態の燃料電池装置の概略構成図である。

【図2】図１のＦ部を拡大して示す、改質水タンク周りの構成図である。

【図3】燃料電池装置の外観斜視図である。

【図4】実施形態の燃料電池装置に用いられる改質水タンクの分解斜視図である。

【図5】図４の改質水タンクの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を用いて実施形態の燃料電池装置について説明する。
図１〜図３は、実施形態の燃料電池装置の概略構成を説明する図である。なお、図２は、図１のＦ部を拡大して示す、改質水タンク周りの概略構成である。

【0014】

実施形態の燃料電池装置１００は、天然ガス，ＬＰガス等の原燃料と空気とを使用して発電を行なう燃料電池モジュール１（燃料電池）の稼動による電力供給と、熱交換器３、ラジエータ４、熱媒循環ポンプＰ３および蓄熱タンク５等からなる排熱回収システム（図中のヒートサイクルＨＳ系）を利用した温水の供給とを行うものである。なお、温水の供給を行なわない、いわゆるモノジェネレーションシステムとすることもできる。また、ラジエータ４を設けない構成としてもよい。

【0015】

また、燃料電池装置１００は、前述の燃料電池モジュール１等の他、補機として、改質水タンク６、パワーコンディショナ２０、制御装置３０、記憶装置４０等を備えている。さらに、燃料電池装置１００は、改質水ポンプＰ１を含む改質水流路Ｒ、および、排水ポンプＰ２を含む排水流路Ｄと、電気伝導率計ＷＣ_１，ＷＣ_２と、水検知器ＷＬ_１，ＷＬ_２等の水位センサとを、少なくとも備える。

【0016】

燃料電池モジュール１は、収納容器１０に収容されており、その内部に、複数の燃料電池セルが積層されたセルスタック１１と、水蒸気を用いて原燃料の水蒸気改質を行う改質器１２と、余剰の燃料ガスに点火するための着火ヒータ（図示省略）、および、触媒容器２に充填された排ガス触媒等を備える。そして、燃料電池モジュール１は、図３に示すように、各フレーム５１と外装パネル（図示省略）とからなるケース５０の中に配設されている。

【0017】

なお、図３では図示していないが、ケース５０内には、図１に例示するような、天然ガス等の原燃料を改質器に送給するガスポンプＢ１、空気（外気）等の酸素含有ガスをセルスタックに送給する空気ブロワＢ２、改質水タンク５内の改質水を、水蒸気改質用の原料水として改質器１２に供給する改質水ポンプＰ１、改質水タンク６で余剰となった余剰水を機外に排出するための排水ポンプＰ２、改質水タンク６内の余剰水を排出するための排水流路Ｄ等が、配設されている。さらに、ケース５０内には、先に述べたような、系統電源と連係するパワーコンディショナ２０、装置全体をコントロールする制御基板を含む制御装置３０、記憶装置４０等や、燃料電池の運転を制御するために用いる各種センサ類も、配置されている。

【0018】

上述のような構成の燃料電池装置１００においては、燃料電池モジュール１に隣接して配置された熱交換器３で、燃料電池モジュール１より排出された排ガスと、熱交換器３内を流れる水等の熱媒（冷媒）との間で熱交換が行われ、排ガスに含まれる水分が結露して凝縮水が生じる。生じた凝縮水は、気液分離器等により分離され、凝縮水流路Ｃを経由して、凝縮水を回収・貯留する改質水タンク６に導入される。

【0019】

なお、水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Ｅを介して、燃料電池装置の外に排気される。また、改質水タンク６に貯水された改質水は、改質水流路Ｒおよび改質水ポンプＰ１を介して、燃料電池モジュール１内の改質器１２に供給され、改質水を用いた原燃料の水蒸気改質に利用される。

【0020】

図２は、燃料電池装置１００の構成の中で、燃料電池の水自立運転およびそれに用いられる改質水に関連する部分（図１の二点鎖線Ｆ内）を拡大して示したものである。

【0021】

凝縮水を浄化して貯留する改質水タンク６は、浄化処理用途の第１改質水タンク６１と、貯留用途の第２改質水タンク６２と、で構成されている。なお、これら第１改質水タンク６１と第２改質水タンク６２との間は、下側の通水管６５および上側の通気管６６で接続され、連通している。なお、改質水タンク６の構成は、上記構成に限られるものではなく、たとえば第１改質水タンク６１と第２改質水タンク６２とを一体型としてもよい。

【0022】

生成された改質水を貯留する第２改質水タンク６２の下部または底部には、改質水ポンプＰ１の吸引口に繋がる改質水導出口６２ａが設けられている。また、第２改質水タンク６２の上部側面には、排水ポンプＰ２の吸引口に繋がる余剰水導出口６２ｂが設けられている。そして、この余剰水導出口６２ｂより上側の位置には、貯留された改質水の水位（上水面）が、上限水位である満水位に達したことを検出する水検知器ＷＬ_２が配設されている。なお、第２改質水タンク６２に、下限水位を検出する水検知器を設けてもよい。また、図中の各センサの黒丸は、センサの配設位置、またはプローブ等の先端の検出位置を示すものである（以下同じ）。

【0023】

凝縮水を回収・精製して改質水を作製する第１改質水タンク６１の中には、熱交換器３から回収された凝縮水を浄化処理するためのイオン交換樹脂が充填された第１のイオン交換樹脂容器６３と、改質水の不足時に、外部から補給される水道水等（以下、補水）を浄化するためのイオン交換樹脂が充填された第２のイオン交換樹脂容器６４とが、配設されている。また、第１改質水タンク６１の下部には、貯留された改質水の水位（上水面）が、下限水位である渇水位に達したことを検出する水検知器ＷＬ_１が配設されている。

【0024】

そして、第１改質水タンク６１には、改質水タンク６に流入する凝縮水の導電率（μＳ／ｃｍ）を測定するための電気伝導率計ＷＣ_１と、外部から補給され、浄化処理された後の補水の導電率（μＳ／ｃｍ）を測定するための電気伝導率計ＷＣ_２とが、配設されている。

【0025】

本実施形態の燃料電池装置１００において、前述の電気伝導率計ＷＣ_１は、熱交換器３と改質水タンク６との間の、凝縮水流路Ｃに配設されている。すなわち、この電気伝導率計ＷＣ_１は、従来公知の電気伝導率計のように、改質水タンク６に貯水された水の電気伝導率を測定するのではなく、改質水タンク６に貯水される前の時点で導電率を測定可能な位置に配設されている。具体的には、電気伝導率計ＷＣ_１は、凝縮水流路Ｃにおける熱交換器３から第１イオン交換樹脂容器６３の出口までの間に、配設すればよい。

【0026】

この構成により、本実施形態の燃料電池装置１００は、熱交換器３の熱媒（冷媒）として用いられている、不純物の多い水道水等の水が、配管の腐食等により漏れ出して、凝縮水または凝縮水流路Ｃに混入した場合でも、電気伝導率計ＷＣ_１で測定した導電率の上昇によって、この電気伝導率計ＷＣ_１より上流側で発生した熱媒の漏出や混入を、即座に検出することができる。

【0027】

なお、第２のイオン交換樹脂容器６４側の電気伝導率計ＷＣ_２は、イオン交換樹脂を通過した後の脱イオン水である補水の導電率（μＳ／ｃｍ）を測定できるように、補水が滞留する第２のイオン交換樹脂容器６４の上部に配設されている。これにより、第２イオン交換樹脂容器６４の交換時期を、容易に判定することができる。また、第１改質水タンク６１内の貯留水の導電率を測定する場合は、これら２つの電気伝導率計とは別の、新たな電気伝導率計を、第１改質水タンク６１内の貯水部に設けてもよい。

【0028】

また、電気伝導率計ＷＣ_１は、凝縮水流路Ｃにおける熱交換器３から第１イオン交換樹脂容器６３の入口までの間に、設けることができる。この場合、第１イオン交換樹脂容器６３での浄化処理前に、早期に熱媒の漏出や混入を、即座に検出することができる。さらに加えて、電気伝導率計ＷＣ_１により測定された値に基づいて、適宜、燃料電池装置の動作を制御することができる。それにともない、不純物の多い水道水等の水を第１イオン交換樹脂６３にて処理することを抑制できることから、第１イオン交換樹脂容器６３に充填されたイオン交換樹脂の劣化を、抑制することができる。

【0029】

これにより、たとえば、電気伝導率計ＷＣ_１により測定された導電率が、所定の値を超えたことを所定時間継続した場合には、燃料電池装置１００の制御装置３０は、燃料電池モジュール１のセルスタック１１等に、障害または損傷が発生する可能性が高いと判断して、その発電運転および稼動を停止することができる。

【0030】

つぎに、改質水タンク６の具体的な構成例について説明する。
図４は、実施形態の燃料電池装置に用いられる改質水タンク６の分解斜視図であり、図５はその断面図である。なお、図４，図５においては、凝縮水を回収・精製して改質水を作製する第１改質水タンク６１側のみを記載しており、第２改質水タンク６２の記載を省略している。

【0031】

第１改質水タンク６１は、図４の分解斜視図に示すように、タンク本体である槽状の貯水部７１と、先にも述べた第１のイオン交換樹脂容器６３と第２のイオン交換樹脂容器６４とを一体に成形したイオン交換樹脂カートリッジ７２と、槽状の貯水部７１を覆う蓋部７３と、を備えている。なお、図４においては、イオン交換樹脂カートリッジ７２の中に充填された、凝縮水処理用および外部水（水道水）浄化用の各イオン交換樹脂の図示を省略している。

【0032】

貯水部７１は、分解斜視図に示すように、上面が、開口７１ａとして大きく開口する有底の箱状容器である。その内部の凹状空間は、処理・浄化後の改質水を貯留する箱状部７１ｂになっており、図５の断面図に示すように、イオン交換樹脂カートリッジ７２を内部に嵌め入れて取り付けた場合、このイオン交換樹脂カートリッジ７２と貯水部７１との間の隙間は、浄化処理後の改質水を貯めることができる空間になっている。

【0033】

そして、イオン交換樹脂カートリッジ７２は、前述の貯水部７１に対して、上面開口７１ａから、簡単に取り外すことができるようになっている。すなわち、この構成により、本実施形態の燃料電池装置は、イオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂カートリッジ７２を、容易に着脱することが可能である。したがって、本実施形態の燃料電池装置を、メンテナンス性に優れたものとすることができる。

【0034】

また、貯水部７１の前面側には、上水道等から送給される水道水等を容器内に受け入れるための外部水受水口７１ｃが設けられている。そして、その内部の奥側には、この外部水受水口７１ｃと、第２のイオン交換樹脂容器６４の底部に設けられた外部水導入口７２ｂとの間を連絡するための延設管７１ｄが配設されている。なお、図中の符号７１ｅは通水管６５の開口を、符号７１ｆは通気管６６の開口を示す。

【0035】

本実施形態において、イオン交換樹脂カートリッジ７２は、その中寄りの仕切り部（仕切り壁）で２つのブロックに分画されている。図４，図５における図示左側の比較的大きく深い分画が、第１のイオン交換樹脂容器６３であり、図示右側の比較的小さく浅い分画が、第２のイオン交換樹脂容器６４である。なお、イオン交換樹脂カートリッジ７２は、樹脂等を用いて一体に成形されている。また、イオン交換樹脂カートリッジ７２を一体とせず、容器６３と容器６４とを、個別に着脱可能な別体としてもよい。

【0036】

図示左側の第１のイオン交換樹脂容器６３は、燃料電池モジュール１００の熱交換器３から回収された「凝縮水」が主に流過する部分である。内部には、凝縮水処理用のイオン交換樹脂（２１Ａ，図４では図示省略）が充填されている。なお、第１のイオン交換樹脂容器６３の底部（下面）には、イオン交換樹脂２１Ａにより処理された浄水（改質水）を、貯水部７１に向けて流下させる処理水導出口７２ａが、設けられている。

【0037】

また、図示右側の第２のイオン交換樹脂容器６４は、先に述べた、底部の外部水導入口７２ｂから導入された水道水等の外部水を浄化処理するためのものである。内部には、外部水浄化用のイオン交換樹脂（２１Ｂ，図４では図示省略）が充填されている。また、この第２のイオン交換樹脂容器６４は、下から流入した水道水が上に向けて流過し、処理済みの浄水である補水が、上部に設けられた浄化水流出口７２ｃから溢れて、貯水部７１に向けて流下または滴下するようになっている。

【0038】

第１改質水タンク６１の蓋部７３は、大きく開口する貯水部７１の上面開口７１ａの全面を覆うサイズに形成されている。蓋部７３には、熱交換器３から回収された凝縮水が流入する凝縮水導入口７４と、蓋部７３のねじ止め等に用いられる各穿孔７３ａと、先述の電気伝導率計ＷＣ_１および電気伝導率計ＷＣ_２を取り付けるための取付穴７５Ａ，７５Ｂとが、それぞれ設けられている。なお、蓋部７３は、ねじ止め等の締結であるため、メンテナンス時は、簡単に取り外すことができる。

【0039】

そして、これらの図に示すように、本実施形態の燃料電池装置の改質水タンク６は、第１のイオン交換樹脂容器６３の内側で、かつ、熱交換器３から回収された凝縮水が流下する凝縮水導入口７４と、凝縮水処理用のイオン交換樹脂２１Ａ（図４では図示省略）との間の位置、すなわち、凝縮水導入口７４の直下で、浄化処理前の凝縮水を受け止めることができる位置に、受け皿状の凝縮水貯留部７６が配設されている。これにより、第１のイオン交換樹脂容器６３に流入した凝縮水を、浄化処理前に一旦、溜めることができるようになっている。

【0040】

なお、先述の電気伝導率計ＷＣ_１は、図５の断面図に示すように、その測定部位であるプローブの先端が、凝縮水貯留部７６内の未処理の凝縮水の導電率を測定可能なように、この凝縮水貯留部７６内の凝縮水中に浸漬されている。

【0041】

また、凝縮水貯留部７６の側面には、凝縮水貯留部７６にて一定水量溜めた凝縮水をオーバーフローさせて、下方にあるイオン交換樹脂２１Ａに向けて流下させる凝縮水流出口７６ａが設けられている。この構成により、浄化処理前に一旦、凝縮水貯留部７６に溜めた凝縮水を、導電率の測定が終わった後すぐに、イオン交換樹脂２１Ａに流下させ、浄化処理を行うことができる。

【0042】

さらに、受け皿状の凝縮水貯留部７６は、貯水部７１の上面の開口７１ａから、第１のイオン交換樹脂容器６３の上方に嵌め入れられており、第１のイオン交換樹脂容器６３に対して容易に着脱することが可能である。さらに、イオン交換樹脂が充填されたイオンカートリッジ７２の着脱容易性も妨げない。

【0043】

以上の構成によっても、凝縮水貯留部７６に配設した電気伝導率計ＷＣ_１で測定した導電率の上昇により、この電気伝導率計ＷＣ_１より凝縮水流れの上流側、すなわち、凝縮水流路Ｃ側または熱交換器３側で発生した熱媒の漏出や混入を、即座に検出することができる。したがって、熱交換器３の熱媒（冷媒）として用いられている、不純物の多い水道水等の水が、配管の腐食等により漏れ出して、凝縮水または凝縮水流路Ｃに混入した場合でも、素早く対策を講じることが可能になる。

【0044】

なお、第１改質水タンク６１は、たとえば、外部水を必要としない場合は、その内部に第２のイオン交換樹脂容器６４を備える必要はなく、第１改質水タンク６１の内部には、第１のイオン交換樹脂容器６３のみを備えた構造としてもよい。また、外部水を必要とする場合であっても、第２のイオン交換樹脂容器６４は、第１改質水タンク６１の外部に設けてもよい。

【0045】

つぎに、上述の、熱交換器３から漏れた熱媒の改質水への混入を検出可能な電気伝導率計ＷＣ_１を用いた燃料電池装置の運転制御について説明する。

【0046】

本実施形態の燃料電池装置１００は、燃料電池モジュール１と、以下に詳細に述べるように、種々の機能を実行するための制御および処理能力を提供するために、少なくとも１つのプロセッサを含む制御装置３０を備える。

【0047】

種々の実施形態によれば、少なくとも１つのプロセッサは、単一の集積回路として、または、複数の通信可能に接続された集積回路および／もしくはディスクリート回路として、実行されてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、種々の既知の技術にしたがって実行されることが可能である。

【0048】

１つの実施形態において、プロセッサは、たとえば、関連するメモリに記憶された指示を実行することによって１以上のデータ計算手続または処理を実行するように構成された、１以上の回路またはユニットを含む。他の実施形態において、プロセッサは、１以上のデータ計算手続きまたは処理を実行するように構成された、ファームウェア（たとえば、ディスクリートロジックコンポーネント）であってもよい。

【0049】

種々の実施形態によれば、プロセッサは、１以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路、デジタル信号処理部、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、または、これらのデバイスもしくは構成の任意の組み合わせ、または、他の既知のデバイスおよび構成の組み合わせ、を含み、以下に説明される機能を実行してもよい。

【0050】

制御装置３０は、記憶装置４０と、パワーコンディショナ２０と、燃料電池モジュール１と、原燃料供給装置（ガスポンプＢ１）と、酸素含有ガス供給装置（空気ブロワＢ２）と、水供給用装置（改質水ポンプＰ１）、水補給装置（止水弁を含む水補給流路）、および、水位検出装置（水検知器ＷＬ_１，ＷＬ_２）、水質測定装置（電気伝導率計ＷＣ_１，ＷＣ_２）等の各種センサ等と接続され、これらの各機能部をはじめとして、燃料電池装置１００の全体を制御および管理する。

【0051】

また、制御装置３０は、記憶装置４０に記憶されているプログラムを取得して、このプログラムを実行することにより、燃料電池装置１００の各部にかかる、種々の機能を実現する。なお、制御装置３０から、他の機能部（装置）に制御信号または各種の情報などを送信する場合、制御装置３０と他の機能部とは、有線または無線により接続されていればよい。

【0052】

記憶装置４０は、プログラムおよびデータを記憶できる。記憶装置４０は、処理結果を一時的に記憶する作業領域としても利用してもよい。記憶装置４０は、記録媒体を含む。記録媒体は、半導体記憶媒体、および磁気記憶媒体等の任意の非一過的（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）な記憶媒体を含んでよい。また、記憶装置４０は、複数の種類の記憶媒体を含んでいてもよい。記憶装置４０は、メモリカード、光ディスク、または光磁気ディスク等の可搬の記憶媒体と、記憶の読み取り装置との組合せを含んでいてもよい。記憶装置４０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の一時的な記憶領域として利用される記憶デバイスを含んでいてもよい。

【0053】

以上の構成を有する燃料電池装置１００は、稼動（発電動作）中、常に電気伝導率計ＷＣ_１による凝縮水の導電率を測定し、その数値に異常がないかどうかを常時監視するようプログラムされている。

【0054】

具体的には、通常、燃料電池装置１００は、その稼働（発電動作）中において、熱交換器３で生じた凝縮水が凝縮水流路Ｃを介して改質水タンク６に回収される際に、凝縮水流路Ｃ中に設けられた凝縮水貯留部７６に浄化処理前の凝縮水を一旦溜め、この凝縮水貯留部７６に配設した電気伝導率計ＷＣ_１によって、凝縮水の導電率（μＳ／ｃｍ）を測定する。

【0055】

このとき、凝縮水の導電率が所定の値を超えていなければ、制御装置３０は、燃料電池装置１００が正常な稼働状態であると判断して、その発電運転および稼動を継続する。一方、導電率が所定の値を超えたことを、所定時間継続して検知した場合、制御装置３０は、熱交換器３からの熱媒の漏出や凝縮水流路Ｃでの凝縮水への熱媒の混入が発生している異常状態であると判断して、その発電運転および稼動を停止する。

【0056】

ところで、燃料電池装置１００の製造完了後の最初の起動時は、燃料電池モジュール１中または熱交換器３中に元々存在していた不純物が、凝縮水の「初溜」と一緒に流れ出してくる場合があり、導電率が上昇する可能性がある。そこで、制御装置３０は、燃料電池装置１００の製造完了後の最初の起動時に、予め決められた第１所定時間経過してから、電気伝導率計ＷＣ_１による凝縮水の導電率の測定を開始する制御を実行する。これにより、上記初溜による導電率の異常な数値の測定を避けて、上記初溜による燃料電池装置１００の異常停止を、回避することができる。また、燃料電池装置１００は、凝縮水の導電率の異常数値に起因する燃料電池装置の停止の回数を、低減することができる。

【0057】

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に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、種々の変更、改良等が可能である。

【0058】

たとえば、セルスタック１１は、ＳＯＦＣに限定されず、固体高分子形燃料電池〔Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ（ＰＥＦＣ）〕、リン酸形燃料電池〔Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ（ＰＡＦＣ）〕、および、溶融炭酸塩形燃料電池〔Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ（ＭＣＦＣ）〕などのような燃料電池で構成してもよい。

【0059】

また、燃料電池装置の制御装置および記憶装置は、燃料電池装置の外部に有する構成として実現することもできる。さらに、本開示に係る制御装置における特徴的な制御工程を含む制御方法として実現したり、上記工程をコンピュータに実行させるための制御プログラムとして実現したりすることも可能である。

【符号の説明】

【0060】

１ 燃料電池モジュール
２１Ａ，２１Ｂ イオン交換樹脂
３０ 制御装置
６ 改質水タンク
６１ 第１改質水タンク
６２ 第２改質水タンク
６３ 第１のイオン交換樹脂容器
６４ 第２のイオン交換樹脂容器
７１ 貯水部
７６ 凝縮水貯留部
１００ 燃料電池装置
Ｃ 凝縮水流路
Ｒ 改質水流路
Ｐ１ 改質水ポンプ
ＷＣ_ｍ 電気伝導率計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】