特許 7101758 燃料電池装置、制御装置および制御プログラム

(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】2022-07-07

(45)【発行日】2022-07-15

(54)【発明の名称】燃料電池装置、制御装置および制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04291 20160101AFI20220708BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20220708BHJP

   H01M 8/04664 20160101ALI20220708BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20220708BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20220708BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20220708BHJP

   H01M 8/04955 20160101ALI20220708BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20220708BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20220708BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04291

H01M8/04 J

H01M8/04664

H01M8/0432

H01M8/04701

H01M8/04 Z

H01M8/04746

H01M8/04955

H01M8/10 101

H01M8/12 101

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020509870

(86)(22)【出願日】2019-03-13

(86)【国際出願番号】 JP2019010279

(87)【国際公開番号】W WO2019188294

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-09-16

(31)【優先権主張番号】P 2018068880

(32)【優先日】2018-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－００４０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２２９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３４７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０７０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５２５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３８４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７７９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１６３２０（ＪＰ，Ａ）

(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】

燃料電池と、
該燃料電池より排出される排ガスから回収した水を前記燃料電池へ供給するために貯留する第１タンクと、
前記第１タンク内の水面の高さを検出する水位検出装置と、
前記燃料電池および該燃料電池に付随する各補機の動作を制御する制御装置と、
前記第１タンクに外部から水を補給する水補給装置と、
前記排ガスと熱交換される熱媒を貯留する第２タンクと、
前記第２タンク内の熱媒の温度を測定する熱媒温度測定装置と、を備える燃料電池装置であって、
前記水補給装置は、
前記第１タンクに外部から補給される水を流過させる水補給流路と、
該水補給流路中に位置するイオン交換樹脂と、
該イオン交換樹脂が破過したことを判定する破過判定装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記各補機の動作を制御する第１制御、および、
前記第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記各補機の動作を制御する第２制御、のうち、
少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行し、
該水回収運転制御が開始されてから予め決められた第１所定時間経過した後、前記水位検出装置で測定された前記第１タンク内の水位が、前記第１所定水位以下である場合、前記破過判定装置により、前記イオン交換樹脂が破過しているか否かを判定する破過判定制御を実行し、該破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していないと判定されたとき、前記水補給装置によって前記第１タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御を実行し、前記破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していると判定されたとき、前記燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行し、
前記制御装置は、
予め決められた、外気温が低い時間帯に含まれる所定の第１時刻になった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第１運転再開制御と、
前記熱媒温度測定装置で測定された熱媒温度が予め決められた第１所定温度以下であった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第２運転再開制御と、を実行可能であり、
前記制御装置は、前記発電運転を停止する制御を実行した後、前記第１運転再開制御および前記第２運転再開制御のうち、いずれか一方の運転再開制御を実行する、燃料電池装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記発電運転の停止から、予め決められた第２所定時間の待機後、前記第１運転再開制御および前記第２運転再開制御のうち、いずれか一方の運転再開制御を実行する、請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項3】

前記第２タンク内の熱媒を冷却する冷却装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行した後であって、前記運転再開制御を実行後に実行される、前記燃料電池装置の発電運転をするための準備である起動準備制御を実行する前に、前記熱媒を冷却する熱媒冷却制御を実行する、請求項１または２に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
燃料電池より排出される排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第１制御と、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第２制御と、
前記第１タンクに外部から水を補給する水補給装置によって前記第１タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御と、
前記第１タンクに外部から補給される水を流過させる水補給流路中に位置するイオン交換樹脂が破過しているか否かを判定する破過判定制御と、
予め決められた、外気温が低い時間帯に含まれる所定の第１時刻になった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第１運転再開制御と、
前記排ガスと熱交換される熱媒を貯留する第２タンク内の熱媒温度が予め決められた第１所定温度以下であった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第２運転再開制御と、
前記燃料電池装置の発電運転を停止する発電運転停止制御と、
を実行可能であり、
前記第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、前記第１制御および前記第２制御のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行し、
該水回収運転制御が実行されて、予め決められた第１所定時間継続した後、前記第１タンク内の水位が前記第１所定水位以下である場合、前記破過判定制御を実行し、該破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していないと判定されたとき、前記補水制御を実行し、前記破過判定制御において、前記イオン交換樹脂が破過していると判定されたとき、前記発電運転停止制御を実行し、
前記発電運転停止制御を実行した後、前記第１運転再開制御および前記第２運転再開制御のうち、いずれか一方の運転再開制御を実行する、制御装置。

【請求項5】

燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第１制御を行う第１水回収運転制御ステップと、
前記第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、前記第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第２制御を行う第２水回収運転制御ステップと、
前記第１タンクに外部から水を補給する水補給装置によって前記第１タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御ステップと、
前記第１タンクに外部から補給される水を流過させる水補給流路中に位置するイオン交換樹脂が破過しているか否かを判定する破過判定制御ステップと、
予め決められた、外気温が低い時間帯に含まれる所定の第１時刻になった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第１運転再開制御ステップと、
前記排ガスと熱交換される熱媒を貯留する第２タンク内の熱媒温度が予め決められた第１所定温度以下であった時、前記燃料電池装置の発電運転を再び開始させる第２運転再開制御ステップと、
前記燃料電池装置の発電運転を停止する発電運転停止制御ステップと、
を実行させる制御プログラムであって、
前記第１水回収運転制御ステップおよび前記第２水回収運転制御ステップのうち、少なくとも一方のステップが予め決められた第１所定時間継続した後、前記第１タンク内の水位が前記第１所定水位以下である場合、前記破過判定制御ステップを実行し、該破過判定制御ステップにおいて、前記イオン交換樹脂が破過していないと判定されたとき、前記補水制御ステップを実行し、前記破過判定制御ステップにおいて、前記イオン交換樹脂が破過していると判定されたとき、前記発電運転停止制御ステップを実行し、
前記発電運転停止制御ステップを実行した後、前記第１運転再開制御ステップおよび前記第２運転再開制御ステップのうち、いずれか一方のステップを実行する運転再開制御ステップと、
を実行させる、制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池装置、制御装置および制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

収納容器内に、水素含有ガスである燃料ガスと、酸素含有ガスである空気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が知られている。また、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容した燃料電池装置が、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。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、イオン交換樹脂等により浄化処理して改質水タンク等の水タンクに貯留する。そして、貯留された水を、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】

このような、改質水を利用した燃料電池の運転や制御に関し、特許文献１には、たとえば外気温が高い等により、水タンクに貯留した改質水の量が不足する場合、燃料電池のカソードに供給される単位時間当たりの反応空気供給量を減らして、燃料電池の空気利用率を大きくすることが開示されている。これにより、改質水となる、回収される凝縮水を増やして、貯留された水の量を回復させる燃料電池システムが記載されている。

【0005】

また、特許文献２には、熱媒または冷媒である低温の水との熱交換によって凝縮水を生成する凝縮部を備える燃料電池装置において、水タンクに貯留した改質水の量に応じて、熱交換器に供給する熱媒の量を制御することにより、水タンクに貯留された改質水の量の不足を抑制する燃料電池装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－２３４８６９号公報

【文献】特開２０１２－１１９０８６号公報

【発明の概要】

【0007】

本開示の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池より排出される排ガスから回収した水を前記燃料電池へ供給するために貯留する第１タンクと、前記第１タンク内の水面の高さを検出する水位検出装置と、前記燃料電池および該燃料電池に付随する各補機の動作を制御する制御装置と、前記第１タンクに外部から水を補給する水補給装置と、を備える。
前記制御装置は、
前記第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、
前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記各補機の動作を制御する第１制御、および、前記第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記各補機の動作を制御する第２制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行する。
前記制御装置は、該水回収運転制御が開始されてから予め決められた第１所定時間経過した後、前記水位検出装置で測定された前記第１タンク内の水位が、前記第１所定水位以下である場合、前記水補給装置によって前記第１タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御を実行する。

【0008】

また、本開示の制御装置は、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
燃料電池より排出される排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第１制御と、燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第２制御と、前記第１タンクに外部から水を補給する水補給装置によって前記第１タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御と、を実行可能である。
前記制御装置は、前記第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、前記第１制御および前記第２制御のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行する。該水回収運転制御が実行されて、予め決められた第１所定時間継続した後、前記第１タンク内の水位が前記第１所定水位以下である場合、前記補水制御を実行する。

【0009】

また、本開示の制御プログラムは、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第１制御を行う第１水回収運転制御ステップと、
前記第１タンク内の水位が予め決められた第１所定水位以下となった場合に、前記第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第２制御を行う第２水回収運転制御ステップと、
前記第１水回収運転制御ステップおよび前記第２水回収運転制御ステップのうち、少なくとも一方のステップが予め決められた第１所定時間継続した後、前記第１タンク内の水位が前記第１所定水位以下である場合、前記第１タンクに外部から水を補給する水補給装置によって、前記第１タンクに所定量の外部の水を補給する補水制御ステップと、を実行させる。

【0010】

一方、本開示の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池より排出される排ガスから回収した水を前記燃料電池へ供給するために貯留する第１タンクと、前記第１タンク内の水面の高さを検出する水位検出装置と、前記燃料電池および該燃料電池に付随する各補機の動作を制御する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、前記第１タンク内の水位が予め決められた第２所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記各補機の動作を制御する第１制御、および、前記第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記各補機の動作を制御する第２制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行する。
前記制御装置は、該水回収運転制御が開始されてから予め決められた第３所定時間経過した後、前記水位検出装置で測定された前記第１タンク内の水位が前記第２所定水位以下である場合、燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行する。

【0011】

また、上記の燃料電池装置に対応する、本開示の制御装置は、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
燃料電池より排出される排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第１制御と、燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第２制御と、を実行可能である。
前記制御装置は、前記第１タンク内の水位が予め決められた第２所定水位以下となった場合に、前記第１制御および前記第２制御のうち、少なくとも一方の制御を行う水回収運転制御を実行し、該水回収運転制御が実行されて、予め決められた第３所定時間継続した後、前記第１タンク内の水位が前記第２所定水位以下である場合、燃料電池装置の発電運転を停止する制御を実行する。

【0012】

さらに、前記の燃料電池装置に対応する、本開示の制御プログラムは、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
燃料電池より排出される排ガスから回収した水を該燃料電池へ供給するために貯留する第１タンク内の水位が予め決められた第２所定水位以下となった場合に、前記排ガスから回収される水の量が増加するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第１制御を行う第１水回収運転制御ステップと、
前記第１タンク内の水位が予め決められた第２所定水位以下となった場合に、前記第１タンクから前記燃料電池へ供給する水の量が減少するように、前記燃料電池に付随する各補機の動作を制御する第２制御を行う第２水回収運転制御ステップと、
前記第１水回収運転制御ステップおよび前記第２水回収運転制御ステップのうち、少なくとも一方のステップが予め決められた第３所定時間継続した後、前記第１タンク内の水位が前記第２所定水位以下である場合、燃料電池装置の発電運転を停止する発電運転停止ステップと、を実行させる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。

【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部分を拡大した、燃料電池装置の改質水タンク周辺の説明図である。

【図3】燃料電池装置の外観斜視図である。

【図4】第１実施形態の燃料電池装置における水回収運転制御および補水制御のフローチャートである。

【図5A】第１実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの一例であり、第１運転再開制御のフローを示す図である。

【図5B】第１実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの他の例であり、第２運転再開制御のフローを示す図である。

【図6】第２実施形態の燃料電池装置における水回収運転制御のフローチャートである。

【図7A】第２実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの一例であり、第１運転再開制御のフローを示す図である。

【図7B】第２実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの一例であり、第２運転再開制御のフローを示す図である。

【図7C】第２実施形態の燃料電池装置における運転再開制御のフローチャートの他の例であり、熱媒冷却制御および起動準備制御のフローを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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２および図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。

【0015】

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Ｐ２および蓄熱タンク５等からなる排熱回収システム（ヒートサイクルＨＳともいう）を利用した温水の供給とを行うものである。なお、上記の蓄熱タンク５は、本開示の第２タンクに相当する。また、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。

【0016】

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、排水流路Ｄと、各種センサ類とを備えている。センサとしては、水位検出装置である、中水位に位置する水検知器ＷＬ_１，低水位に位置する水検知器ＷＬ_２と、熱媒温度測定装置である水温計ＴＳ_１と、改質水の水質を測定するための水質測定装置である電気伝導率計ＷＣ_１等と、を少なくとも備える。

【0017】

燃料電池モジュール１は、収納容器１０に収容されている。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。

【0018】

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６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。

【0019】

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。

【0020】

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または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。

【0021】

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、凝縮水を回収および貯留する改質水タンク６に導入される。なお、改質水タンク６は、本開示の第１タンクに相当するものである。

【0022】

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。

【0023】

図２は、燃料電池装置１００の構成の中で、燃料電池の発電運転およびそれに用いられる改質水に関連する部分、すなわち図１の二点鎖線Ｆ内を拡大して示したものである。

【0024】

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、下部の通水管６５で接続されて、連通している。

【0025】

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、排水流路Ｄに繋がる余剰水導出口６２ｂが設けられている。

【0026】

第２改質水タンク６２の下部には、貯留された改質水の水位である上水面が、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_２が配設されている。なお、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。

【0027】

凝縮水を回収および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、外部水という）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。

【0028】

第１改質水タンク６１の所定の中間位置には、貯留された改質水の水位である上水面が、予め決められた設定水位である中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。なお、図２に示すように、第１改質水タンク６１中に、貯留水である改質水の導電率（単位：μＳ／ｃｍ）を測定する第２の電気伝導率計ＷＣ_２を配設してもよい。

【0029】

そして、本実施形態の燃料電池装置１００においては、水タンクに外部から水を補給する水補給装置として、図２に示すように、改質水タンク６と、外部の水源である上水道(Waterworks)等との間に、電磁開閉式の止水弁Ｖ_１を含む水補給流路Ｇが配設されている。

【0030】

水補給流路Ｇの下流側の末端である端部は、第１改質水タンク６１の下部に設けられた外部水受水口６１ａに接続されている。外部水受水口６１ａから流入した外部水は、タンク内部に配設された延設管６１ｂを介して、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６４ａから、第１改質水タンク６１内に導入される。

【0031】

また、第２のイオン交換樹脂容器６４の中には、外部水浄化用のイオン交換樹脂が充填されている。外部水は、このイオン交換樹脂層を通過する間に、水道水等に含まれる不純物が除去され、導電率１μＳ／ｃｍ程度の脱イオン水、すなわち改質水の補水が精製されるようになっている。

【0032】

なお、図中の電気伝導率計ＷＣ_１は、前述のイオン交換樹脂が破過していないどうかを判定する、破過判定装置の一例である。この電気伝導率計ＷＣ_１は、浄化処理された後の脱イオン水である補水の導電率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。

【0033】

浄化処理された補水は、第２のイオン交換樹脂容器６４の上部側面に設けられた浄化水流出口６４ｂから流出して、第１改質水タンク６１内の貯水部に流下して、改質水として貯留される。

【0034】

本実施形態の燃料電池装置１００においては、改質水タンク６内の改質水が不足する場合、上述した水道水などの外部水が、イオン交換樹脂等を介して浄化された後、補水として改質水タンク６内に導入される。補水が行われる条件や制御等については、後記で説明する。

【0035】

そして、燃料電池装置１００は、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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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、ガスポンプＢ１等の原燃料供給装置と、空気ブロワＢ２等の酸素含有ガス供給装置と、改質水ポンプＰ１等の水供給装置、止水弁Ｖ_１を含む水補給流路Ｇ等の水補給装置、および、中水位の水検知器ＷＬ_１，低水位の水検知器ＷＬ_２等の水位検出装置、水温計ＴＳ_１等の熱媒温度測定装置、電気伝導率計ＷＣ_１等の水質測定装置などの各種センサと接続され、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。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。

【0040】

制御装置３０から、他の機能部または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。制御装置３０が行う本実施形態に特徴的な制御については、後記で説明する。なお、本実施形態において、制御装置３０は特に、先に述べた外部水の、改質水貯留部への補水を制御する。また、各図では、制御装置３０および記憶装置４０と、燃料電池を構成する各装置および各センサとを結ぶ接続線の図示を、省略している場合がある。

【0041】

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時的（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。

【0042】

つぎに、上記構成の燃料電池装置による、改質水の水量を回復させる水回収運転制御、および、改質水が不足する場合の補水制御は、以下のように行われる。なお、以下の説明は、図４および図５Ａ，図５Ｂのフローチャートにもとづいて行う。また、フローチャートにおける各ステップを「Ｓ」と省略して呼称する。たとえば、ステップ１，ステップ２・・・は、それぞれ、〔Ｓ１〕，〔Ｓ２〕・・・と称する。なお、図中も同じ表記とする。

【0043】

図４および図５Ａ，図５Ｂに示す、第１実施形態の燃料電池装置における制御装置３０は、システムに異常を感知していない通常時または正常時には、第１タンクである改質水タンク６の所定の中間位置に配設された水検知器ＷＬ_１が発信している水検出信号が途切れるまで、すなわち、第１所定水位である中水位の水検知器ＷＬ_１からの水検出信号が受信できなくなるまで、水検出信号の受信の有無を判断する〔Ｓ１〕のループ、すなわち図４のフローチャートの〔Ｓ１〕における図示左側を繰り返しながら、待機している。

【0044】

ここで、前記〔Ｓ１〕のループ中に、中水位の水検知器ＷＬ_１が発信する水検出信号が受信されなくなった場合、制御装置３０は、以下の水回収運転制御を開始する〔Ｓ２〕。

【0045】

水回収運転制御は、改質水タンク６内の改質水の水量回復を目的に行うものである。その制御は、〔Ｓ２〕以降において、燃料電池の発電出力を抑制するとともに、他の補機類も制御して、燃料電池の発電運転を継続する。

【0046】

具体的には、排ガスから回収される水の量を増加させる第１制御、および、改質水タンク６から燃料電池モジュール１へ供給する水の量を低減させる第２制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う。

【0047】

第１制御とは、前述のように燃料電池の発電出力を抑制するほか、たとえば、ヒートサイクルＨＳ系の熱媒循環ポンプＰ２の送出量である水流量を定格最大にするとともに、ラジエータ４のファンの回転を定格最大回転数まで引き上げる等、熱媒循環系のポンプとファンの稼動デューティ比を上げる制御を行う。

【0048】

また、燃料利用率を下げて酸素利用率を上げるために、原燃料を改質器に送給するガスポンプＢ１の送出量であるガス流量と、空気をセルスタックに送給する空気ブロワＢ２の送出量である空気流量とを制御する等、原料供給系のポンプとブロワの稼動デューティ比を上げる制御を行う。これにより、最大の効率で、凝縮水を回収することができるようになる。

【0049】

第２制御とは、たとえば、燃料電池モジュール１への水供給用装置である改質水ポンプＰ１の、改質水の送出量である送水量をできる限り低減する制御を行う。

【0050】

そして、〔Ｓ２〕以降に記載の水回収運転制御は、これら第１制御および第２制御のうち、少なくとも一方、可能であれば両方の制御を同時に行うことにより、最大限の効率で、凝縮水を回収することができる。

【0051】

水回収運転制御の継続中、制御装置３０は、改質水タンク６の渇水位置である低水位位置の水検知器ＷＬ_２が、水検出信号を発信しているか否かを確認する〔Ｓ３〕。仮に、〔Ｓ３〕において、低水位位置の水検知器ＷＬ_２からの水検出信号が途絶えれば、改質水タンク６内の改質水の貯水量が危険レベルにまで低下していると判断して、発電運転を停止する制御に移行する（〔Ｓ１２〕の渇水アラートを参照）。なお、渇水アラートが発報し、発電運転が停止された場合〔Ｓ１２〕には、その後、人の手によるメンテナンスを経ることで、運転を再開することができる。

【0052】

つぎに、制御装置３０は、〔Ｓ４〕において、貯留改質水の水位の回復度合いを確認する。すなわち、この際、制御装置３０は、水検知器ＷＬ_１から水検出信号が受信され、貯留改質水の水位が第１所定水位まで回復したことが確認できれば、〔Ｓ１３〕において、前述の水回収運転制御を終了し、定格発電運転が可能な状態である〔Ｓ１〕以前の初期状態に復帰する。

【0053】

一方、〔Ｓ５〕において、水回収運転制御を開始してから第１所定時間Ｔ１経過後も、中水位の水検知器ＷＬ_１からの水検出信号が受信されるようにならなかった、すなわち貯留改質水の水位の回復が充分でなかった場合、制御装置３０は、外部水を補給する補水制御〔Ｓ７〕を開始する。なお、この第１所定時間Ｔ１とは、予め決められた、たとえば３時間程度の期間を指す。

【0054】

ここで、制御装置３０は、補水制御〔Ｓ７〕実行の前に、外部水が補給可能であるかどうかを判定する、破過判定制御を実行してもよい。

【0055】

破過判定制御の具体的な例として、制御装置３０は、補水に使用する外部水浄化用のイオン交換樹脂が「破過」していないかどうか、すなわち、補水用イオン交換樹脂が寿命を迎えていないか否かを、破過判定装置、この例では破過検知装置として電気伝導率計を使用して、検出および判定する。

【0056】

一例として、第１実施形態の燃料電池装置１００の場合、図４のフローチャートにおいて、補水開始から第１所定時間Ｔ１経過〔Ｓ５〕と補水制御開始〔Ｓ７〕との間に、補水用イオン交換樹脂の破過を判定する破過判定制御〔Ｓ６〕を行う。

【0057】

破過判定制御〔Ｓ６〕は、第２のイオン交換樹脂容器６４の上部に配設されている電気伝導率計ＷＣ_１を用いて、第２のイオン交換樹脂容器６４内の浄化処理済の脱イオン水の導電率Ｊが、予め決められた所定導電率Ｊ１以下の値であるか否か、を確認する。

【0058】

そして、制御装置３０は、破過判定制御〔Ｓ６〕において、測定された導電率Ｊが所定導電率Ｊ１以下、すなわち破過していない「Ｎｏ（Ｇｏｏｄ）」である場合、外部水浄化用のイオン交換樹脂がまだ寿命を迎えておらず、正常に機能していると判断して、後記の補水制御〔Ｓ７〕を開始または実行する。

【0059】

また、破過判定制御〔Ｓ６〕において、測定された導電率Ｊが所定導電率Ｊ１を超える場合、すなわち、外部水浄化用のイオン交換樹脂が寿命を迎え、破過している「Ｙｅｓ（Ｎｏ Ｇｏｏｄ）」と判断された場合、外部水を用いた補水は中止され、燃料電池は、発電運転から、その運転を停止する制御〔スタンバイ状態：Ｓ１４〕に移行する。すなわち、改質水タンク６内の改質水の貯水量が危険レベルにまで低下する前、言い換えれば、渇水アラートの発報をともなう発電運転の停止がされる前に、発電運転を停止する。

【0060】

なお、上記例では、破過判定制御〔Ｓ６〕は、浄化処理済の脱イオン水の導電率Ｊを基準または判定項目として行うものとしたが、判定条件として、他の測定値を用いることもできる。たとえば、外部水である水道水の、第２のイオン交換樹脂容器６４への時間あたり流入量を計測するフローメーター、あるいは、量水計等を備えている場合、それらのセンサから得られる値、すなわち水量を積算して、累積水量の値を、補水用イオン交換樹脂の破過判定の指標としてもよい。

【0061】

また、たとえば、前記の外部水である水道水の、第２のイオン交換樹脂容器６４への流入量を、水補給流路Ｇに配設された止水弁Ｖ_１が開弁された時間と、水補給流路Ｇ中を流れる外部水の水圧や流量等に基づいて、演算で算出可能であれば、開弁された時間を積算した累積値を、第２のイオン交換樹脂容器６４へ流入した累積水量として、補水用イオン交換樹脂の破過判定に利用してもよい。

【0062】

つぎに、前述の、補水用イオン交換樹脂の破過を判定する破過判定制御〔Ｓ６〕において、破過がない「Ｎｏ」と判定されれば、外部水を第１タンクである改質水タンク６内に補給する「補水制御」〔Ｓ７からＳ１０まで〕を開始する。

【0063】

補水制御は、図４のフローチャートに示すように、まず、〔Ｓ８〕として、外部水導入用の、水補給流路Ｇに配設された電磁開閉式の止水弁Ｖ_１を開けて、外部水である水道水を第２のイオン交換樹脂容器６４に導入し、補水を開始する。以下、外部水を「水道水」とする。

【0064】

ついで、改質水タンク６内の貯留改質水の水量を確認しながら、水道水の補水を継続する。すなわち、フローチャートの〔Ｓ９〕において、先に述べたものと同様、改質水タンク６内の改質水の貯水量が、危険な渇水レベルにまで低下していないか否か、低水位位置の水検知器ＷＬ_２の水検出信号を確認しながら、水道水の補水を継続する。

【0065】

仮に、補水中に、低水位位置の水検知器ＷＬ_２からの水検出信号が途絶えれば、渇水もしくは何らかの異常が生じているとして補水を中断し、渇水アラートの発報とともに、発電運転を停止する制御に移行する〔Ｓ１５〕。なお、渇水アラートの発報とともに発電運転が停止された場合〔Ｓ１５〕には、その後、人の手によるメンテナンスを経ることで、運転を再開することができる。

【0066】

つぎに、フローチャートの〔Ｓ１０〕において、制御装置３０は、前記第１所定水位である中水位の水検知器ＷＬ_１からの水検出信号を受信できた場合、改質水タンク６内の貯留改質水の水量が回復したと判断して、止水弁Ｖ_１を閉めて、水道水の導入を停止する〔Ｓ１１〕。そして、前述の補水制御と、発電出力抑制等を行っていた水回収運転制御とを終了して、定常運転である〔Ｓ１〕に復帰する。

【0067】

以上のように、本実施形態の燃料電池装置１００は、改質水の水量が不足して、水回収運転制御を行う場合であっても当該制御を一定期間継続した場合には、外部水により補水することで、発電運転を継続することができる。

【0068】

すなわち、従前の構成の燃料電池装置において、改質水の水量回復操作や制御を行っても、発電運転に必要な水が確保できない場合、装置は強制的に停止され、人の手によるメンテナンスが完了するまで運転を再開できない場合が多かった。

【0069】

本実施形態の燃料電池装置、制御装置および制御プログラムは、改質水の水量回復操作や制御を行っても、発電運転に必要な水が確保できない場合でも、メンテナンスを伴う装置の停止が回避される。これにより、効率的な発電運転を継続することができる。

【0070】

また、補水する前に水回収運転制御を行うことで、外部水の補水回数を極力少なくして、外部水浄化用のイオン交換樹脂の機能低下を抑え、該イオン交換樹脂の寿命を延ばすこともできる。

【0071】

つぎに、前述の図４のフローチャートにおいて例示したように、補水用イオン交換樹脂の破過によって補水ができず、燃料電池装置の発電運転が停止した場合、すなわち、フローチャートにおける〔Ｓ６〕から〔Ｓ１４〕への移行が発生した場合、運転スタンバイ状態の燃料電池装置は、後記の図５Ａに示す第１発電再開制御のフロー、または、図５Ｂに示す第２発電再開制御のフローのようにして、自動的に、発電運転の再開を目指すようプログラムまたは制御されている。

【0072】

詳しく説明すると、まず一例として、図５Ａに示すフローを適用する場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、〔Ｓ２０〕において、まず、予め決められた第２所定時間である期間Ｔ２の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。なお、この第２所定時間Ｔ２とは、予め決められた、たとえば１日間程度の期間である。

【0073】

上述の待機期間Ｔ２が終了したら、制御装置３０は、第１運転再開制御〔Ｓ２１-1〕を開始する。第１運転再開制御〔Ｓ２１-1〕は、〔Ｓ２２-1〕において、内蔵する時計や通信回線を介した外部のタイムサーバ等から、日本標準時等の、燃料電池装置設置場所の標準時に基づく現在時刻、いわゆる現地時間を取得し、その現在時刻が、たとえば真夜中である午前２時や３時等の、比較的外気温が低いと推定される時間帯に予め設定された第１所定時刻を、前記待機期間Ｔ２終了後に初めて迎えた際に実行され、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。

【0074】

他方、図５Ｂに示す第２運転再開制御のフローを適用する場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、図５Ａの第１運転再開制御と同様、〔Ｓ２０〕において、まず、予め決められた第２所定時間である期間Ｔ２の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。

【0075】

ついで、待機期間Ｔ２が終了したら、制御装置３０は、第２運転再開制御〔Ｓ２１-2〕を開始する。第２運転再開制御〔Ｓ２１-2〕は、〔Ｓ２２-2〕において、第２タンクである、ヒートサイクルＨＳ系の蓄熱タンク５に配設された水温計ＴＳ_１の温度の確認を行い、その水温が予め決められた第１所定温度Ｍ１以下であれば、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。

【0076】

起動準備制御は、発電運転の再開に向けた準備を行うモードであり、たとえば、燃料電池モジュール内に空気を送る空気ブロアＢ２の起動等を行う。また、第２所定時間である期間Ｔ２の間、発電運転を停止したまま待機する〔Ｓ２０〕は、省略することができる。すなわち、〔Ｓ１４〕で発電運転を停止した後、直ちに第１運転再開制御（フロー図５Ａ参照）または第２運転再開制御（フロー図５Ｂ参照）を実行するよう制御してもよい。

【0077】

なお、第１所定温度Ｍ１とは、たとえば４７℃である。また、本実施形態において、測定された水温Ｍが４７℃を超える場合、制御装置３０は、蓄熱タンク５内の熱媒の温度を下げるための熱媒冷却制御を行う場合がある。

【0078】

熱媒冷却制御とは、たとえば、発電運転の停止から起動準備制御開始までの間に、蓄熱タンク５内の熱媒の温度を下げ、発電運転の再開後に、凝縮水の回収量が増えるように準備する制御である。熱媒は、冷却装置を作動させることで冷却することができる。冷却装置の一例としては、ヒートサイクルＨＳ系の熱媒循環ポンプＰ２や、ラジエータ４がある。たとえば、ヒートサイクルＨＳ系の熱媒循環ポンプＰ２を作動させるとともに、ラジエータ４を作動させる制御を行ってもよい。

【0079】

また、熱媒冷却制御は、発電運転の停止から起動準備制御開始までの間に、実行してもよい。フロー図５Ａに示すように、第１所定時刻を過ぎた〔Ｓ２２-1〕後、発電運転を再開する〔Ｓ２３〕前に、熱媒冷却制御を開始し、所定時間の間熱媒冷却制御を継続、または、熱媒が第１所定温度以下となるまで、継続してもよい。また、フロー図５Ｂで示すように、第２運転再開制御〔Ｓ２１-2〕を開始した後に、熱媒冷却制御を開始し、熱媒が第１所定温度以下〔Ｓ２２-2〕となるまで継続してもよい。

【0080】

以上の制御により、本実施形態の燃料電池装置１００は、補水ができない場合でも、渇水アラートが発報する前に運転を停止させ、かつ水位を回復できる環境としたうえで、運転を再開することができる。

【0081】

すなわち、燃料電池装置１００は、改質水の水量回復操作や制御を行っても、発電運転に必要な水が確保できない場合でも、人の手によるメンテナンスを経ることなく、発電運転を再開することができる。その結果、効率よく発電運転を行うことができる。

【0082】

なお、燃料電池装置１００の制御装置３０および記憶装置４０は、燃料電池装置１００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３０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。

【0083】

また、セルスタック装置および燃料電池モジュールは、ＳＯＦＣに限定されず、たとえば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。

【0084】

つぎに、図６および図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃに示す、第２実施形態の燃料電池装置の制御について説明する。なお、第２実施形態の燃料電池装置の構成は、前述の第１実施形態と同様であるため、特に必要としない限り、構成や符号等に関する詳細な説明は省略する。

【0085】

この第２実施形態の燃料電池装置、制御装置および制御プログラムが、第１実施形態と異なるのは、第１タンクである改質水タンク内の改質水の水量回復を目的に行う水回収運転制御を行っても、発電運転の継続に必要な改質水の水量の回復が見込めない場合は、浄化した外部水を改質水として補水することは行わず、燃料電池装置の発電運転を停止する点である。

【0086】

そのため、第１実施形態の燃料電池装置においては必要であった、水タンクに外部から水を補給する水補給装置として配設されている、外部水受水口６１ａ、延設管６１ｂ、外部水導入口６４ａ、止水弁Ｖ_１等を含む水補給流路Ｇと、第２のイオン交換樹脂容器６４、および、第２のイオン交換樹脂容器６４に配設された電気伝導率計ＷＣ_１は、第２実施形態の燃料電池装置においては、必須の構成ではない。

【0087】

第２実施形態の燃料電池装置の制御について詳しく説明する。
第２実施形態の燃料電池装置も、図６のフローチャートに示すように、システムに異常を感知していない通常時または正常時、制御装置３０は、第１タンクである改質水タンク６の所定の中間位置に配設された水検知器ＷＬ_１からの水検出信号を監視しており、それが途切れた時に、水回収運転制御〔Ｓ２〕を開始する。

【0088】

水回収運転制御〔Ｓ２〕は、第１実施形態と同様、排ガスから回収される水の量を増加させる第１制御、および、改質水タンク６から燃料電池モジュール１へ供給する水の量を低減させる第２制御、のうち、少なくとも一方の制御を行う。なお、第１制御および第２制御の内容は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

【0089】

なお、水回収運転制御〔Ｓ２〕は、第１制御および第２制御のうち、少なくとも一方、可能であれば両方の制御を同時に行うことにより、最大限の効率で、凝縮水を回収することが可能である点は、同様である。

【0090】

また、この水回収運転制御〔Ｓ２〕の継続中、制御装置３０は、〔Ｓ３〕において、改質水タンク６の渇水位置である低水位位置の水検知器ＷＬ_２からの水検出信号が途絶えれば、発電運転を停止する制御に移行する（〔Ｓ１２〕の渇水アラート参照）。

【0091】

また、〔Ｓ４〕において、中水位に位置する水検知器ＷＬ_１から水検出信号が受信されれば、〔Ｓ１３〕において、前述の水回収運転制御を終了し、定格発電運転が可能な状態である〔Ｓ１〕初期状態に復帰する点も、同様である。さらに、第１実施形態と同様、渇水アラートが発報し、発電運転が停止された場合〔Ｓ１２〕には、その後、人の手によるメンテナンスを経ることで、運転を再開することができる。

【0092】

そして、〔Ｓ５〕において、水回収運転制御を開始してから第３所定時間Ｔ３経過後も、中水位の水検知器ＷＬ_１からの水検出信号が受信されるようにならなかった、すなわち貯留改質水の水位の回復が充分でなかった場合、制御装置３０は、発電運転を停止する制御に移行する〔Ｓ３０〕。なお、この場合、改質水タンク６の渇水位置である低水位位置以上の水があることから、渇水アラートの発報をともなわずに発電運転を停止する。

【0093】

つぎに、上述のように、水回収運転制御を行っても、改質水の水位の回復が充分でないという理由で燃料電池装置の発電運転が停止した場合、スタンバイ状態の第２実施形態の燃料電池装置は、次のステップとして、後記に示す図７Ａ，図７Ｂまたは図７Ｃに示すフローのようにして、自動的に、発電運転の再開を目指すようプログラムまたは制御されている。

【0094】

詳しく説明すると、まず一例として、図７Ａに示すフローが適用される場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、〔Ｓ４０〕において、まず、予め決められた第４所定時間である期間Ｔ４の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。なお、この第４所定時間Ｔ４とは、予め決められた、たとえば１日間程度の期間である。

【0095】

上述の待機期間Ｔ４が終了したら、制御装置３０は、第１運転再開制御〔Ｓ４１-1〕を開始する。第１運転再開制御〔Ｓ４１-1〕は、第１実施形態と同様、〔Ｓ４２-1〕において、内蔵する時計や通信回線を介した外部のタイムサーバ等から、日本標準時等の、燃料電池装置設置場所の標準時に基づく現在時刻、いわゆる現地時間を取得し、その現在時刻が、たとえば真夜中である午前２時や３時等の、比較的外気温が低いと推定される時間帯に予め設定された第２所定時刻を、前記待機期間Ｔ４終了後に初めて迎えた際に実行され、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。

【0096】

なお、制御装置３０は、蓄熱タンク５内の熱媒の温度を下げるための熱媒冷却制御を行ってもよい。第１実施形態と同様に、第２所定時刻を過ぎた〔Ｓ４２-1〕後、発電運転を再開するための起動準備制御〔Ｓ４３〕に移行する前に、前述の熱媒冷却制御を開始して、所定時間の間、熱媒冷却制御を継続するか、あるいは、熱媒が予め決められた所定温度以下となるまで継続してもよい。

【0097】

起動準備制御は、発電運転の再開に向けた準備を行うモードであり、たとえば、燃料電池モジュール内に空気を送る空気ブロアＢ２の起動等を行う。また、第４所定時間である期間Ｔ４の間、発電運転を停止したまま待機する〔Ｓ４０〕は、省略することができる。すなわち、〔Ｓ３０〕で発電運転を停止した後、直ちに第１運転再開制御（フロー図７Ａ参照）または第２運転再開制御（フロー図７Ｂ参照）を実行するよう制御してもよい。

【0098】

他方、図７Ｂに示す第２運転再開制御のフローが適用される場合、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、第１実施形態と同様、〔Ｓ４０〕において、まず、予め決められた第４所定時間である期間Ｔ４の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。

【0099】

ついで、待機期間Ｔ４が終了したら、制御装置３０は、第２運転再開制御〔Ｓ４１-2〕を開始する。第２運転再開制御〔Ｓ４１-2〕は、〔Ｓ４２-2〕において、第２タンクである、ヒートサイクルＨＳ系の蓄熱タンク５に配設された水温計ＴＳ_１の温度の確認を行い、その水温が予め決められた第２所定温度Ｍ２以下であれば、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと、移行する。なお、第２所定温度Ｍ２とは、たとえば４７℃である。

【0100】

つぎに、他の一例として、図７Ｃに示すフローが適用される場合、上記例と同様、スタンバイ状態となった燃料電池装置は、〔Ｓ４０〕において、まず、予め決められた第４所定時間である期間Ｔ４の間、燃料電池の発電運転を停止したまま、待機する。

【0101】

ついで、待機期間Ｔ４が終了したら、制御装置３０は、第２運転再開制御の〔Ｓ４２-2〕と同様、〔Ｓ４２-3〕において、第２タンクである、ヒートサイクルＨＳ系の蓄熱タンク５に配設された水温計ＴＳ_１の温度の確認を行い、その水温が予め決められた第２所定温度Ｍ２以下であれば、燃料電池装置は、前述のスタンバイ状態から、発電運転の再開に向けた起動準備制御へと移行する〔Ｓ４４〕。

【0102】

しかしながら、前記の〔Ｓ４２-3〕において、第２タンクに配設された水温計ＴＳ_１の温度が、第２所定温度Ｍ２である４７℃を超えている場合、制御装置３０は、以下に説明する熱媒冷却制御〔Ｓ５０からＳ５６まで〕を実行して、蓄熱タンク５内の熱媒の温度を下げてから、起動準備制御〔Ｓ４４〕へと移行する。なお、熱媒冷却制御〔Ｓ５０からＳ５６まで〕は、他の条件から独立した、サブルーチンとして実行することもできる。

【0103】

熱媒冷却制御〔Ｓ５０からＳ５６まで〕は、〔Ｓ５０〕において開始すると、まず、図７Ｃのフローチャートに示すように、〔Ｓ５１〕においてヒートサイクルＨＳ系の熱媒循環ポンプＰ２を作動させるとともに、〔Ｓ５２〕においてラジエータ４のファンを作動させる制御を行う。

【0104】

そして、〔Ｓ５３〕において、蓄熱タンク５内の熱媒の温度が充分に下がる、予め決められた第５所定時間である期間Ｔ５の間、これら熱媒循環ポンプＰ２とラジエータ４のファンとを作動させたまま待機した後、ラジエータ４のファンを停止〔Ｓ５４〕し、熱媒循環ポンプＰ２を停止〔Ｓ５５〕させ、熱媒冷却制御を終了する〔Ｓ５６〕。

【0105】

この熱媒冷却制御〔Ｓ５０からＳ５６まで〕により、蓄熱タンク５内の熱媒の温度を極力下げ、前述の発電運転の再開後に、凝縮水の回収量が増えるように、準備する。

【0106】

以上の制御により、第２実施形態の燃料電池装置１００は、渇水アラートが発報する前に運転を停止させ、かつ水位を回復できる環境としたうえで、運転を再開することができる。すなわち、燃料電池装置１００は、メンテナンスを経ることなく発電運転を再開できることで、効率よく発電運転を行うことができる。

【0107】

なお、第１実施形態と同様、第２実施形態においても、燃料電池装置１００の制御装置３０および記憶装置４０は、燃料電池装置１００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３０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。

【0108】

さらに、セルスタック装置および燃料電池モジュールは、ＳＯＦＣに限定されず、たとえば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。

【0109】

さらに、本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。

【符号の説明】

【0110】

１ 燃料電池モジュール
５ 蓄熱タンク（第２タンク）
６ 改質水タンク（第１タンク）
６１ 第１改質水タンク
６２ 第２改質水タンク
６３ 第１イオン交換樹脂容器
６４ 第２イオン交換樹脂容器
３０ 制御装置
４０ 記憶装置
１００ 燃料電池装置

【0111】

Ｖ_１ 止水弁
Ｇ 水補給流路
Ｒ 改質水流路
Ｐ１ 改質水ポンプ
ＴＳ_１ 水温計
ＷＣ_１ 電気伝導率計
ＷＬ_１ 水検知器（中水位センサ）
ＷＬ_２ 水検知器（低水位センサ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】