特許 7345419 燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラム

(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】2023-09-07

(45)【発行日】2023-09-15

(54)【発明の名称】燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/043 20160101AFI20230908BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20230908BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20230908BHJP

   H01M 8/04664 20160101ALI20230908BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20230908BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20230908BHJP

【ＦＩ】

H01M8/043

H01M8/04014

H01M8/04746

H01M8/04664

H01M8/12 101

H01M8/00 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020061601

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021163549

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-08-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 裕介

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 崇之

(72)【発明者】

【氏名】香田 淳也

(72)【発明者】

【氏名】松尾 滋人

(72)【発明者】

【氏名】木村 駿介

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１９４６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４６３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７５１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３４３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３０７０７７４（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電を行う燃料電池モジュールが設けられた燃料電池ユニットと、
外部より供給された上水を、前記燃料電池モジュールで生成された熱を用いて加熱することにより給湯を行う熱源機ユニットと、
前記燃料電池ユニットにおいて上水による水張りの対象とされる配管及びタンクを含む水張り対象部と、
水張り中に所定の圧力下で給湯を行ったときの水張り完了までにかかる時間を記憶する記憶部、及び、前記水張り対象部に水張りを行う際に給湯が実施された場合に、水張りにかかる一定時間を表す設定値を、前記記憶部に記憶した前記時間の最大値に変更する制御を行う制御部を含む制御装置と、
を備えた燃料電池システム。

【請求項2】

発電を行う燃料電池モジュールが設けられた燃料電池ユニットと、
外部より供給された上水を、前記燃料電池モジュールで生成された熱を用いて加熱することにより給湯を行う熱源機ユニットと、
前記燃料電池ユニットにおいて上水による水張りの対象とされる配管及びタンクを含む水張り対象部と、
前記燃料電池ユニット又は前記熱源機ユニットに設けられ、かつ、前記熱源機ユニット内へ供給される上水の流量を制御する流量制御弁と、
前記水張り対象部に水張りを行う際に、前記流量制御弁を閉じ、水張りが完了する、又は、水張りタイムアウトエラーの警告が出るまで給湯を禁止する制御を行う制御部を含む制御装置と、
を備えた燃料電池システム。

【請求項3】

発電を行う燃料電池モジュールが設けられた燃料電池ユニットと、
外部より供給された上水を、前記燃料電池モジュールで生成された熱を用いて加熱することにより給湯を行う熱源機ユニットと、
前記燃料電池ユニットにおいて上水による水張りの対象とされる配管及びタンクを含む水張り対象部と、
を備えた燃料電池システムの運転を制御する制御装置であって、
水張り中に所定の圧力下で給湯を行ったときの水張り完了までにかかる時間を記憶する記憶部と、
前記水張り対象部に水張りを行う際に給湯が実施された場合に、水張りにかかる一定時間を表す設定値を、前記記憶部に記憶した前記時間の最大値に変更する制御を行う制御部と、
を含む制御装置。

【請求項4】

発電を行う燃料電池モジュールが設けられた燃料電池ユニットと、
外部より供給された上水を、前記燃料電池モジュールで生成された熱を用いて加熱することにより給湯を行う熱源機ユニットと、
前記燃料電池ユニットにおいて上水による水張りの対象とされる配管及びタンクを含む水張り対象部と、
前記燃料電池ユニット又は前記熱源機ユニットに設けられ、かつ、前記熱源機ユニット内へ供給される上水の流量を制御する流量制御弁と、
を備えた燃料電池システムの運転を制御する制御装置であって、
前記水張り対象部に水張りを行う際に、前記流量制御弁を閉じ、水張りが完了する、又は、水張りタイムアウトエラーの警告が出るまで給湯を禁止する制御を行う制御部
を含む制御装置。

【請求項5】

コンピュータを、請求項１又は請求項２に記載の制御装置が備える制御部として機能させるための制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラムに関し、詳しくは、電力と湯の供給が可能な燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の貯湯式給湯装置は、水張り開始からの時間をカウントするタイマの所定時間のカウントアップで、湯張り電磁弁を閉口して水張りを終了するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、暖房運転開始後における水張り運転時間を、予め設定した水張り規定時間と比較し、水張り運転時間が水張り規定時間以上の場合に、水張り運転及び暖房運転を停止しているものもある（例えば、特許文献２参照）。

【0004】

また、システム導入後の最初の発電システムの運転開始時及び発電システムが前回運転を停止してからの経過時間が所定時間より長いときの当該発電システムの運転開始時のいずれか一方である場合に、暖房水バイパス回路の水張りが未終了と判断するものもある（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００６－２５０５０３号公報

【文献】特開平２－２６３０４２号公報

【文献】特開２０１０－２１６６８２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、燃料電池システムでは、施工時又はメンテナンス時に水張りが行われるが、この水張り中に給湯が実施されると、給湯ラインの圧力損失が低いために、水張り流量が低下してしまう場合がある。この場合、一定時間（例えば、２０分）以内で水張りが完了せずに水張りタイムアウトエラーの警告が出てしまう。

【0007】

上記特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記載された技術はいずれも給湯によって水張りタイムアウトエラーの警告が出ることについて考慮されていない。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてされたものであって、水張り中に給湯が実施された場合に、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くすることができる燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラ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】

【0009】

上記目的を達成するために、第１態様に係る燃料電池システムは、発電を行う燃料電池モジュールが設けられた燃料電池ユニットと、外部より供給された上水を、前記燃料電池モジュールで生成された熱を用いて加熱することにより給湯を行う熱源機ユニットと、前記燃料電池ユニットにおいて上水による水張りの対象とされる配管及びタンクを含む水張り対象部と、前記水張り対象部に水張りを行う際に給湯が実施された場合に、水張りにかかる一定時間のカウントを停止する制御を行う制御部を含む制御装置と、を備えている。

【0010】

第１態様に係る燃料電池システムによれば、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くし、水張りの停止を防止することができる。

【0011】

また、第２態様に係る燃料電池システムは、前記制御部が、給湯が終了した場合に、水張りにかかる一定時間のカウントを再開する制御を行う。

【0012】

第２態様に係る燃料電池システムによれば、水張りタイムアウトエラーの警告のカウントを再開することができる。

【0013】

また、第３態様に係る燃料電池システムは、前記制御部が、前記一定時間以内に水張りが完了しない場合に、水張りタイムアウトエラーの警告を行い、かつ、水張りを停止する制御を行う。

【0014】

第３態様に係る燃料電池システムによれば、水張りが一定時間以内に完了しない場合には、水張りタイムアウトエラーの警告を出すことができる。

【0015】

また、第４態様に係る燃料電池システムは、前記制御装置が、水張り中に所定の圧力下で給湯を行ったときの水張り完了までにかかる時間を記憶する記憶部を更に備え、前記制御部が、前記一定時間のカウントの停止に代えて、前記一定時間を表す設定値を、前記記憶部に記憶した前記時間の最大値に変更する制御を行う。

【0016】

第４態様に係る燃料電池システムによれば、実際に給湯を行ったときの水張り完了までにかかる時間を用いて、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くすることができる。

【0017】

また、第５態様に係る燃料電池システムは、前記燃料電池ユニット又は前記熱源機ユニットに設けられ、かつ、前記熱源機ユニット内へ供給される上水の流量を制御する流量制御弁を更に備え、前記制御部が、前記一定時間のカウントの停止に代えて、水張りを行う際に前記流量制御弁を閉じ、水張りが完了する、又は、水張りタイムアウトエラーの警告が出るまで給湯を禁止する制御を行う。

【0018】

第５態様に係る燃料電池システムによれば、流量制御弁を制御することにより、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くすることができる。

【0019】

更に、上記目的を達成するために、第６態様に係る制御装置は、発電を行う燃料電池モジュールが設けられた燃料電池ユニットと、外部より供給された上水を、前記燃料電池モジュールで生成された熱を用いて加熱することにより給湯を行う熱源機ユニットと、前記燃料電池ユニットにおいて上水による水張りの対象とされる配管及びタンクを含む水張り対象部と、を備えた燃料電池システムの運転を制御する制御装置であって、前記水張り対象部に水張りを行う際に給湯が実施された場合に、水張りにかかる一定時間のカウントを停止する制御を行う制御部を含む。

【0020】

第６態様に係る制御装置によれば、第１態様に係る燃料電池システムと同様の効果を得ることができる。

【0021】

更に、上記目的を達成するために、第７態様に係る制御プログラムは、コンピュータを、第１態様～第５態様のいずれか１の態様に係る制御装置が備える制御部として機能させる。

【0022】

第７態様に係る制御プログラムによれば、第１態様～第５態様のいずれか１の態様に係る燃料電池システムと同様の効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0023】

以上詳述したように、本発明によれば、水張り中に給湯が実施された場合に、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの構成の一例を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係る制御装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。

【図4】第１の実施形態に係る制御装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

【図5】第１の実施形態に係る制御プログラムによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図6】第２の実施形態に係る制御プログラムによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図7】第３の実施形態に係る制御プログラムによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。

【0026】

[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の構成の一例を示す図である。

【0027】

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、大きく分けて、燃料電池ユニット１２と、熱源機ユニットの一例である給湯ユニット１４との２ユニットで構成されている。なお、燃料電池ユニット１２は、後述する貯湯タンク４８を収容する貯湯タンクユニットを別体としてもよく、この場合、３ユニットで構成される。

【0028】

燃料電池ユニット１２は、燃料ガス及び水を用いて発電を行う。また、貯湯タンク４８を備え、発電により生じた熱を熱交換で回収する伝熱媒体としての水を貯湯タンク４８に蓄える。給湯ユニット１４は、燃料電池ユニット１２で加熱された上水を目的の温度まで加熱して供給する。なお、貯湯タンク４８には、一例として、開放式のタンクを用いているが、加圧式のタンクを用いてもよい。

【0029】

燃料電池ユニット１２は、発電を行う燃料電池の一例である燃料電池モジュール２０を備えている。燃料電池モジュール２０は、ガス供給路２１を介して、ガス継手２２に接続されており、ガス継手２２には、ガス供給管２４が接続されている。ガス供給管２４は、後述する給湯ユニット１４のバーナ１５０へ向かう流路と燃料電池モジュール２０へ向かう流路とに分岐されている。当該分岐を分岐部２４Ａと称する。

【0030】

ガス供給管２４は、ガス本管（図示省略）に接続されており、ガス供給管２４には、炭化水素原料の一例であるメタンを主成分とする都市ガスが供給される。ガス供給路２１には、脱硫部２６が設けられており、都市ガスに含まれた硫黄分や硫黄化合物が脱硫部２６で除去されて燃料電池モジュール２０に供給される。

【0031】

また、燃料電池モジュール２０は、供給ポンプ２８を有する改質水流入路３０を介して貯留槽３２に接続されており、燃料電池モジュール２０には、貯留槽３２に貯留された改質水が供給ポンプ２８で供給される。この燃料電池モジュール２０には、空気ブロワ２１１が設けられた酸化ガス管２１２が接続されており、酸化ガス管２１２を介して、酸化ガス（外部の空気）が供給される。この燃料電池モジュール２０は、都市ガスと改質水とを改質反応させて水素を生成する水素生成部（改質器）を備えている。

【0032】

図２は、第１の実施形態に係る燃料電池モジュール２０の構成の一例を示す図である。

【0033】

図２に示すように、燃料電池モジュール２０は、筐体２０１の内部に、改質触媒２０２、バーナ２０３、及び燃料電池スタック２０５を主要な構成として備えている。

【0034】

改質触媒２０２は、ガス供給路２１と接続されている。この改質触媒２０２には、脱硫部２６にて硫黄化合物が吸着除去された都市ガスがガス供給路２１を通じて供給される。この改質触媒２０２は、供給された都市ガスを、改質水流入路３０を通じて供給された改質水（凝縮水）を利用して水蒸気改質する改質器である。

【0035】

バーナ２０３には、後述する排出路３４が接続されている。このバーナ２０３は、スタック排ガス管２０７を通じて供給されたバーナガス（スタックから排出されるガス）を燃焼し、改質触媒２０２を加熱する。そして、この改質触媒２０２では、脱硫部２６から供給された都市ガスから、水素ガスを含む燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料ガス管２０４を通じて後述する燃料電池スタック２０５の燃料極２０６に供給される。

【0036】

燃料電池スタック２０５は、例えば、固体酸化物形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セル２０８（図２では１つのみ図示）を有している。各燃料電池セル２０８は、電解質層２０９と、この電解質層２０９の表裏面にそれぞれ積層された燃料極２０６と空気極２１０とを有している。

【0037】

空気極２１０（カソード極）には、空気ブロワ２１１が設けられた酸化ガス管２１２を通じて酸化ガス（外部の空気）が供給される。この空気極２１０では、下記式（１）で示されるように、酸化ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層２０９を通って燃料極２０６に到達する。

【0038】

（空気極反応）
１／２Ｏ_２＋２ｅ^－ →Ｏ^２－ ・・・（１）

【0039】

一方、燃料極２０６では、下記式（２）及び式（３）で示されるように、電解質層２０９を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水（水蒸気）及び二酸化炭素と、電子が生成される。燃料極２０６で生成された電子は、外部回路を通って空気極２１０に到達する。そして、このようにして電子が燃料極２０６から空気極２１０に移動することにより、各燃料電池セル２０８において発電される。また、各燃料電池セル２０８は、発電時に上記反応に伴って発熱する。

【0040】

（燃料極反応）
Ｈ_２ ＋Ｏ^２－ →Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－ ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ^２－ →ＣＯ_２＋２ｅ^－ ・・・（３）

【0041】

燃料電池スタック２０５に接続されたスタック排ガス管２０７の上流側は、燃料極排ガス管２１４及び空気極排ガス管２１５に分岐されており、この燃料極排ガス管２１４及び空気極排ガス管２１５は、燃料極２０６及び空気極２１０にそれぞれ接続されている。燃料極２０６から排出された燃料極排ガスと、空気極２１０から排出された空気極排ガスとは、燃料極排ガス管２１４及び空気極排ガス管２１５を通じて排出されると共に、スタック排ガス管２０７内にて混合されてスタック排ガスとされる。このスタック排ガスは、燃料極排ガスに含まれる未反応の水素ガスを含んでおり、上述の通り、バーナ２０３にバーナガスとして供給される。なお、このバーナ２０３に、バーナ排ガスを排気熱交換器３６へ排出する排出路３４が接続されている。

【0042】

燃料電池モジュール２０には、水素生成部での改質反応促進の為に利用した燃焼排ガスを排出する排出路３４が接続されている。排出路３４には、排気熱交換器３６が設けられており、排気熱交換器３６より下流側が貯留槽３２に接続されている。燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、排気熱交換器３６で後述する伝熱媒体５０との熱交換により冷却され、含有されている水蒸気が凝縮される。これにより、燃焼排ガスは、水とガスとに分けられ、水は貯留槽３２へ送られて改質水として再利用される。また、ガスは、排気口（図示省略）より排気される。

【0043】

貯留槽３２には、排水ポンプ１００を有した排水路１０２が接続されており、排水路１０２は、排水継手１０２ａに接続された排水管１０４を介して下水道に接続されている。排水ポンプ１００は、貯留槽３２の水が所定量以上になった際に作動し、貯留槽３２内の水を、排水管１０４を介して下水道に排出する。

【0044】

燃料電池モジュール２０は、上述したように、水素生成部で生成した水素を利用して発電を行う燃料電池スタック２０５を備えている。燃料電池モジュール２０の燃料電池スタック２０５で発電された電力は、インバータ回路３８によって交流に変換された後、接続端子４０ａに接続された供給線９２ａを介して外部へ供給される。

【0045】

排気熱交換器３６には、伝熱媒体５０を排気熱交換器３６と貯湯タンク４８との間で循環させる熱回収循環路４２が接続されている。排気熱交換器３６と貯湯タンク４８とを接続する熱回収循環路４２の一方の流路である第一流路４２ａには、熱回収ポンプ４４及びラジエータ４６が設けられている。この第一流路４２ａのラジエータ４６より上流側は、貯湯タンク４８に接続されている。貯湯タンク４８には、伝熱媒体５０が貯留されており、伝熱媒体５０としては、一例として水が使用されている。貯湯タンク４８の上部は大気開放されている。また、貯湯タンク４８には、貯湯タンク内の上水の水位を計測する水位センサ５２が設けられている。

【0046】

この第一流路４２ａは、貯湯タンク４８の下部に接続されており、貯湯タンク４８の下部に貯留された伝熱媒体５０が優先的に排気熱交換器３６へ送られる。貯湯タンク４８から熱回収循環路４２の第一流路４２ａに供給された伝熱媒体５０は、ラジエータ４６で冷却された後、熱回収ポンプ４４によって排気熱交換器３６へ送られる。なお、ラジエータ４６は、供給される伝熱媒体５０が高温の際など必要に応じてファンモータが作動する。

【0047】

貯湯タンク４８から第一流路４２ａを介して排気熱交換器３６へ送られた伝熱媒体５０は、熱回収循環路４２の他方の流路である第二流路４２ｅを介して貯湯タンク４８に戻される。第二流路４２ｅは、貯湯タンク４８の上部に接続されている。燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスの熱は、排気熱交換器３６によって伝熱媒体５０へ移動され、この熱で加熱された伝熱媒体５０は、貯湯タンク４８の上部に戻される。これにより、燃料電池モジュール２０で発生した熱により貯湯タンク４８内の伝熱媒体５０が加熱される。

【0048】

貯湯タンク４８に貯留された伝熱媒体５０は、熱回収循環路４２と異なる熱供給循環路５８を介して、燃料電池ユニット１２に設けられた上水熱交換器５４に供給される。これにより、貯湯タンク４８の伝熱媒体５０は、熱供給循環路５８に設けられた上水熱交換器５４を経て貯湯タンク４８へ戻される。

【0049】

熱供給循環路５８の上水熱交換器５４よりも上流側の第一流路５８ａには、熱供給ポンプ５６が設けられている。熱供給ポンプ５６は、貯湯タンク４８の伝熱媒体５０の熱を利用して上水等を加熱する際に作動する。

【0050】

第一流路５８ａの上流端は、貯湯タンク４８の上部に接続されており、貯湯タンク４８の上部に貯留された伝熱媒体５０が第一流路５８ａへ送出される。第一流路５８ａの下流端は、上水熱交換器５４と接続され、貯湯タンク４８の上部に貯留された伝熱媒体５０が上水熱交換器５４へ供給される。熱供給循環路５８の下流側の第二流路５８ｅは、貯湯タンク４８の下部に接続されており、上水熱交換器５４で熱が奪われた伝熱媒体５０は、貯湯タンク４８の下部側に戻される。

【0051】

上水熱交換器５４には、流入側分岐点６０ａを有する流入路６０が接続されている。流入路６０は、入側管継手６２に接続されている。入側管継手６２は、例えば水道管の給水管６４に接続されており、流入路６０には、上水が供給される。流入路６０から分岐して貯留槽３２へ上水を供給する上水供給路９３には、補水弁９４が設けられている。補水弁９４を開動作することで、上水を貯留槽３２に供給することができる。

【0052】

上水熱交換器５４には、流入路６０からの上水が熱交換後に流出する流出路６６が接続されている。流出路６６には、流出側分岐点６６ａが設けられており、流出側分岐点６６ａには、補水弁６８を有した補水路７１が接続されている。補水路７１は、熱供給循環路５８の第一流路５８ａに接続されており、補水弁６８を開作動することで、上水を伝熱媒体５０として、上水熱交換器５４の上流側から貯湯タンク４８へ供給することができる。

【0053】

流出路６６の流出側分岐点６６ａの下流には、混合弁７２が設けられている。混合弁７２は、バイパス路７４を介して流入側分岐点６０ａに接続されている。混合弁７２は、流入路６０からの上水と上水熱交換器５４からの上水とを混合する弁であり、例えば流出温度が予め定められた設定温度となるように、流入路６０からの上水と上水熱交換器５４からの上水との混合比を調整する。

【0054】

流出路６６の混合弁７２より下流側は、出側継手７６に接続されており、出側継手７６は、出湯管７８を介して、給湯ユニット１４の入水継手８０に接続されている。また、燃料電池ユニット１２の筐体には、操作用インターフェース（以下、「操作用Ｉ／Ｆ」という。）９５が設けられている。操作用Ｉ／Ｆ９５は、作業担当者が試運転、エラー確認等を行う際に使用する本体敷設の操作部である。

【0055】

また、給湯ユニット１４のガス継手８２には、ガス供給管２４が接続されており、給湯ユニット１４のバーナ１５０には、ガス供給管２４からの都市ガスが供給される。バーナ１５０の燃焼熱により、熱交換器１５４を通過する水が加熱される。

【0056】

給湯ユニット１４の給湯継手８４には、給湯管８６が接続されており、給湯管８６は、お湯が利用される給湯箇所へ配索されている。そして、給湯ユニット１４に接続された排水管８８は、下水道に接続されている。

【0057】

給湯ユニット１４の入水継手８０には、入水路１５２が接続されており、入水路１５２は、熱交換器１５４に接続されている。熱交換器１５４は、混合弁１５６を有する給湯路１５８を介して給湯継手８４に接続されており、混合弁１５６は、バイパス路１６０を介して入水路１５２の入水側分岐点１５２ａに接続されている。また、入水継手８０と入水側分岐点１５２ａとの間には、流量制御弁５３が設けられている。

【0058】

混合弁１５６は、入水路１５２からの上水と熱交換器１５４からの上水とを混合する弁であり、入水路１５２からの上水と熱交換器１５４からの上水との混合比を調整する。

【0059】

なお、給湯ユニット１４には、暖房用の暖房管や、ふろ追焚き用のふろ管などが配策されており、各々循環路を構成すると共に、熱交換器１５４での熱交換により循環路内の水が加熱される。これら暖房管、ふろ管については図示を省略している。

【0060】

給湯ユニット１４は、燃料電池ユニット１２で加熱された上水、暖房管、ふろ管内を流れる水を必要に応じて加熱するバックアップ用の熱源機として機能する。

【0061】

ガス供給管２４の分岐部２４Ａよりも上流側には、マイコンメータ７０が取り付けられている。マイコンメータ７０は、供給するガスの流量を計測すると共に、ガスの供給における異常を監視する複数の機能を有している。主たる監視機能としては、異常流出監視機能、感震機能、圧力監視機能、及び長時間使用監視機能等がある。

【0062】

燃料電池ユニット１２には、コントローラとしての制御装置１１０が設けられている。制御装置１１０により、燃料電池システム１０の動作が制御される。制御装置１１０は、燃料電池ユニット１２及び給湯ユニット１４の各々に設けられた各種電装部品の制御を行う。また、制御装置１１０には、リモコン装置５１が接続されている。リモコン装置５１は、ユーザからの操作入力を受け付けると共に、燃料電池システム１０の状態情報、エラー情報等の各種の情報を表示する。

【0063】

図３は、第１の実施形態に係る制御装置１１０の電気的な構成の一例を示すブロック図である。

【0064】

図３に示すように、本実施形態に係る制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１１４と、記憶部１１５と、外部インターフェース（以下、「外部Ｉ／Ｆ」という。）１１６と、を備えている。

【0065】

ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３、及びＩ／Ｏ１１４は、バスを介して各々接続されている。Ｉ／Ｏ１１４には、記憶部１１５と、外部Ｉ／Ｆ１１６と、を含む各機能部が接続されている。これらの各機能部は、Ｉ／Ｏ１１４を介して、ＣＰＵ１１１と相互に通信可能とされる。

【0066】

記憶部１１５としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等が用いられる。記憶部１１５には、燃料電池システム１０の動作を制御するための制御プログラム１１５Ａが記憶される。なお、この制御プログラム１１５Ａは、ＲＯＭ１１２に記憶されていてもよい。

【0067】

制御プログラム１１５Ａは、例えば、制御装置１１０に予めインストールされていてもよい。制御プログラム１１５Ａは、不揮発性の記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して配布して、制御装置１１０に適宜インストールすることで実現してもよい。なお、不揮発性の記憶媒体の例としては、ＣＤ-ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、光磁気ディスク、ＨＤＤ、ＤＶＤ-ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、フラッシュメモリ、メモリカード等が想定される。

【0068】

外部Ｉ／Ｆ１１６には、例えば、リモコン装置５１、補水弁９４、操作用Ｉ／Ｆ９５、水位センサ５２、流量制御弁５３、及び補水弁６８が接続されている。これらのリモコン装置５１、補水弁９４、操作用Ｉ／Ｆ９５、水位センサ５２、流量制御弁５３、及び補水弁６８は、外部Ｉ／Ｆ１１６を介して、ＣＰＵ１１１と通信可能に接続される。

【0069】

ところで、上述したように、燃料電池システム１０では、施工時及びメンテナンス時にユーザにより水張りが行われるが、この水張り中に給湯が実施されると、給湯ラインの圧力損失が低いために、水張り流量が低下してしまう場合がある。この場合、一定時間（例えば、２０分）以内で水張りが完了せずに水張りタイムアウトエラーの警告が出てしまう。

【0070】

このため、本実施形態に係る制御装置１１０のＣＰＵ１１１は、記憶部１１５に記憶されている制御プログラム１１５ＡをＲＡＭ１１３に書き込んで実行することにより、図４に示す各部として機能する。

【0071】

図４は、第１の実施形態に係る制御装置１１０の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

【0072】

図４に示すように、本実施形態に係る制御装置１１０のＣＰＵ１１１は、計時部１１１Ａ及び水張り制御部１１１Ｂとして機能する。なお、水張り制御部１１１Ｂは、制御部の一例である。

【0073】

本実施形態に係る計時部１１１Ａは、水張り開始からの経過時間をカウント（計測）する計時カウンタである。計時部１１１Ａは、水張り開始から一定時間（例えば、２０分）をカウントする。なお、この一定時間は、２０分に限定されるものではなく、燃料電池システム１０の仕様等に基づいて適切な値が設定される。この一定時間は、例えば、１０分以上３０分以内の範囲で設定される。

【0074】

本実施形態に係る水張り制御部１１１Ｂは、燃料電池ユニット１２の水張り対象部に対して、補水弁６８及び補水弁９４を開にして、水張りを行う。ここで、水張り対象部とは、燃料電池ユニット１２において上水による水張りの対象とされる配管及びタンクを含む部分である。上述の図１の例の場合、水張り対象部には、貯留槽３２、上水供給路９３、改質水流入路３０、熱回収循環路４２、熱供給循環路５８、流入路６０、バイパス路７４、貯湯タンク４８、補水路７１、及び流出路６６が含まれる。なお、水張り対象部に含まれる配管及びタンクは、これらに限定されるものではなく、燃料電池システム１０の構成に応じて各種の形態が適用され得る。

【0075】

水張り制御部１１１Ｂは、通常の水張り動作において、水張りが一定時間（例えば、２０分）以内に完了しない場合、水張りタイムアウトエラーの警告を行い、かつ、水張り動作を停止する制御を行う。警告先は、備え付けのリモコン装置５１でもよいし、作業担当者の端末装置（図示省略、以下、「作業者端末」という。）でもよいし、リモコン装置５１及び作業者端末の両方でもよい。警告先は、本体に配置された操作用Ｉ／Ｆ９５でもよい。なお、水張りが完了したか否かの判定は、例えば、貯湯タンク４８の水位が所定の水位に達しているか否かを、水位センサ５２を用いて検知することで行う。

【0076】

水張り制御部１１１Ｂは、水張り中に給湯が実施された場合に、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）のカウントを停止する制御を行う。但し、このとき、水張り動作は継続される。

【0077】

次に、図５を参照して、第１の実施形態に係る制御装置１１０の作用について説明する。

【0078】

図５は、第１の実施形態に係る制御プログラム１１５Ａによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0079】

燃料電池システム１０の施工時又はメンテナンス時において、作業担当者による操作に従って、ＣＰＵ１１１により記憶部１１５に記憶されている制御プログラム１１５Ａが起動され、以下に示す各ステップが実行される。

【0080】

図５のステップ３００では、ＣＰＵ１１１が、水張り開始の指示を受け付けたか否かを判定する。なお、水張り開始の指示は、リモコン装置５１又は作業者端末から入力される。水張り開始の指示を受け付けたと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３０１に移行し、水張り開始の指示を受け付けていないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３００で待機となる。

【0081】

ステップ３０１では、ＣＰＵ１１１が、補水弁６８及び補水弁９４を開として水張りを開始し、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）のカウントを開始する。

【0082】

ステップ３０２では、ＣＰＵ１１１が、給湯が有るか否か（つまり、給湯が実施されたか否か）を判定する。なお、給湯の有無は、リモコン装置５１からの給湯の指示、あるいは給湯ユニット１４に取り付けられた流量計の計測値に基づいて判定される。給湯有りと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３０３に移行し、給湯なしと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３０６に移行する。

【0083】

ステップ３０３では、ＣＰＵ１１１が、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）のカウントを停止する。なお、カウントは停止しても水張り動作は継続される。

【0084】

ステップ３０４では、ＣＰＵ１１１が、給湯が終了したか否かを判定する。給湯が終了したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３０５に移行し、給湯が終了していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３０４で給湯の終了待ちとなる。

【0085】

ステップ３０５では、ＣＰＵ１１１が、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）のカウントを再開する。例えば、水張り開始から１０分カウントした後に、給湯で５分カウントが停止した場合、１０分のカウントから再開される。

【0086】

ステップ３０６では、ＣＰＵ１１１が、水張りが完了したか否かを判定する。なお、水張りの完了は、上述したように、貯湯タンク４８の水位が所定の水位に達しているか否かを、水位センサ５２を用いて検知することで判定される。水張りが完了したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３０７に移行し、水張りが完了していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３０８に移行する。

【0087】

ステップ３０７では、ＣＰＵ１１１が、水張り完了の通知を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行い、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

【0088】

一方、ステップ３０８では、ＣＰＵ１１１が、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）が経過したか否かを判定する。一定時間が経過したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３０９に移行し、一定時間が経過していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３０２に戻り処理を繰り返す。

【0089】

ステップ３０９では、ＣＰＵ１１１が、水張りタイムアウトエラーの警告を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行うと共に、補水弁６８及び補水弁９４を閉として水張り動作を停止し、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

【0090】

このように本実施形態によれば、水張り中に給湯が実施された場合に、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）のカウントが停止される。これにより、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くし、水張り動作の停止が防止される。

【0091】

[第２の実施形態]
本実施形態では、水張り中に給湯が実施された場合に、水張りタイムアウトエラーのエラー警告条件を変更する形態について説明する。

【0092】

なお、本実施形態に係る制御装置は、上記第１の実施形態で説明した制御装置１１０と同様の構成を有しているものとし、その繰り返しの説明は省略し、上述の図４を参照して、相違点のみを説明する。

【0093】

本実施形態に係る記憶部１１５には、水張り中に所定の圧力下（例えば、１００ｋＰａ）で給湯を行ったときの水張り完了までにかかる時間を検証して得られた複数の検証時間が記憶されている。

【0094】

本実施形態に係る水張り制御部１１１Ｂは、水張り中に給湯が実施された場合に、水張りにかかる一定時間を表す設定値（例えば、２０分）を、記憶部１１５に記憶された複数の検証時間の最大値（例えば、１時間）に変更する制御を行う。つまり、水張りタイムアウトエラーのエラー警告条件を変更する。例えば、エラー警告条件を２０分から１時間に変更する。

【0095】

次に、図６を参照して、第２の実施形態に係る制御装置１１０の作用について説明する。

【0096】

図６は、第２の実施形態に係る制御プログラム１１５Ａによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0097】

燃料電池システム１０の施工時又はメンテナンス時において、作業担当者による操作に従って、ＣＰＵ１１１により記憶部１１５に記憶されている制御プログラム１１５Ａが起動され、以下に示す各ステップが実行される。

【0098】

図６のステップ３１０では、ＣＰＵ１１１が、水張り開始の指示を受け付けたか否かを判定する。なお、水張り開始の指示は、上述したように、リモコン装置５１又は作業者端末から入力される。水張り開始の指示を受け付けたと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１１に移行し、水張り開始の指示を受け付けていないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１０で待機となる。

【0099】

ステップ３１１では、ＣＰＵ１１１が、補水弁６８及び補水弁９４を開として水張りを開始し、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）のカウントを開始する。

【0100】

ステップ３１２では、ＣＰＵ１１１が、給湯が有るか否か（つまり、給湯が実施されたか否か）を判定する。なお、給湯の有無は、上述したように、リモコン装置５１からの給湯の指示、あるいは給湯ユニット１４に取り付けられた流量計の計測値に基づいて判定される。給湯有りと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１３に移行し、給湯なしと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１８に移行する。

【0101】

ステップ３１３では、ＣＰＵ１１１が、水張りタイムアウトエラーのエラー警告条件を変更する。つまり、水張りにかかる一定時間を表す設定値（例えば、２０分）を、記憶部１１５に記憶された複数の検証時間の最大値（例えば、１時間）に変更する。なお、水張り開始からカウントされた時間はそのまま継続される。例えば、変更後の設定値を１時間とした場合、水張り開始から１０分経過していれば、エラー警告まで残り５０分とされる。

【0102】

ステップ３１４では、ＣＰＵ１１１が、水張りが完了したか否かを判定する。なお、水張りの完了は、上述したように、貯湯タンク４８の水位が所定の水位に達しているか否かを、水位センサ５２を用いて検知することで判定される。水張りが完了したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１６に移行し、水張りが完了していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１７に移行する。

【0103】

ステップ３１５では、ＣＰＵ１１１が、水張り完了の通知を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行い、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

【0104】

一方、ステップ３１６では、ＣＰＵ１１１が、水張りにかかる一定時間（例えば、１時間）が経過したか否かを判定する。一定時間が経過したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１７に移行し、一定時間が経過していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１４に戻り処理を繰り返す。

【0105】

ステップ３１７では、ＣＰＵ１１１が、水張りタイムアウトエラーの警告を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行うと共に、補水弁６８及び補水弁９４を閉として水張り動作を停止し、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

【0106】

一方、ステップ３１８では、ＣＰＵ１１１が、水張りが完了したか否かを判定する。水張りが完了したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１９に移行し、水張りが完了していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３２０に移行する。

【0107】

ステップ３１９では、ＣＰＵ１１１が、水張り完了の通知を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行い、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

【0108】

一方、ステップ３２０では、ＣＰＵ１１１が、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）が経過したか否かを判定する。一定時間が経過したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３２１に移行し、一定時間が経過していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１２に戻り処理を繰り返す。

【0109】

ステップ３２１では、ＣＰＵ１１１が、水張りタイムアウトエラーの警告を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行うと共に、補水弁６８及び補水弁９４を閉として水張り動作を停止し、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

【0110】

このように本実施形態によれば、水張り中の所定の圧力（例えば、１００ｋＰａ）下で給湯を行ったときの水張り完了までにかかる時間を検証し、検証結果の最大値（例えば、１時間）が水張りにかかる一定時間として別に設定される。このため、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くすることができる。

【0111】

[第３の実施形態]
本実施形態では、水張り動作の開始時に、流量制御弁を閉じることで、給湯を禁止し、水張りを優先的に行う形態について説明する。

【0112】

なお、本実施形態に係る制御装置は、上記第１の実施形態で説明した制御装置１１０と同様の構成を有しているものとし、その繰り返しの説明は省略し、上述の図４を参照して、相違点のみを説明する。

【0113】

本実施形態に係る流量制御弁５３（図１参照）は、給湯ユニット１４に設けられ、かつ、給湯ユニット１４内の熱交換器１５４へ供給される上水の流量を制御するための制御弁である。なお、流量制御弁５３は、燃料電池ユニット１２に設けられていてもよい。

【0114】

本実施形態に係る水張り制御部１１１Ｂは、水張りを行う際に流量制御弁５３を閉じ、水張りが完了する、又は、水張りタイムアウトエラーの警告が出るまで給湯を禁止する制御を行う。つまり、水張り動作を開始した際に流量制御弁５３を閉じることで、仮に給湯栓が開けられても給湯は行われない。そして、水張り動作が完了、又は、水張りタイムアウトエラーの警告が出た場合に、流量制御弁５３を開き、給湯を利用可能な状態にする。この際、流量制御弁５３が閉じられてから開くまでの間、給湯ができない旨をリモコン装置５１に表示することが望ましい。

【0115】

次に、図７を参照して、第３の実施形態に係る制御装置１１０の作用について説明する。

【0116】

図７は、第３の実施形態に係る制御プログラム１１５Ａによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0117】

燃料電池システム１０の施工時又はメンテナンス時において、作業担当者による操作に従って、ＣＰＵ１１１により記憶部１１５に記憶されている制御プログラム１１５Ａが起動され、以下に示す各ステップが実行される。

【0118】

図７のステップ３３０では、ＣＰＵ１１１が、水張り開始の指示を受け付けたか否かを判定する。なお、水張り開始の指示は、上述したように、リモコン装置５１又は作業者端末から入力される。水張り開始の指示を受け付けたと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３３１に移行し、水張り開始の指示を受け付けていないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３３０で待機となる。

【0119】

ステップ３３１では、ＣＰＵ１１１が、流量制御弁５３を閉とし、給湯ユニット１４への上水の流入を禁止する。

【0120】

ステップ３３２では、ＣＰＵ１１１が、補水弁６８及び補水弁９４を開として水張りを開始し、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）のカウントを開始する。

【0121】

ステップ３３３では、ＣＰＵ１１１が、水張り中のため給湯できない旨をリモコン装置５１に通知する。リモコン装置５１では、例えば、「水張り中のため給湯できません。」等のメッセージを表示する。

【0122】

ステップ３３４では、ＣＰＵ１１１が、水張りが完了したか否かを判定する。なお、水張りの完了は、上述したように、貯湯タンク４８の水位が所定の水位に達しているか否かを、水位センサ５２を用いて検知することで判定される。水張りが完了したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３３５に移行し、水張りが完了していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３３７に移行する。

【0123】

ステップ３３５では、ＣＰＵ１１１が、水張り完了の通知を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行う。

【0124】

ステップ３３６では、ＣＰＵ１１１が、流量制御弁５３を開とし、給湯ユニット１４への上水の流入を許可し、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。なお、この際、給湯が可能になった旨を示すメッセージをリモコン装置５１に表示することが望ましい。

【0125】

一方、ステップ３３７では、ＣＰＵ１１１が、水張りにかかる一定時間（例えば、２０分）が経過したか否かを判定する。一定時間が経過したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３３８に移行し、一定時間が経過していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３３４に戻り処理を繰り返す。

【0126】

ステップ３３８では、ＣＰＵ１１１が、水張りタイムアウトエラーの警告を、リモコン装置５１又は作業者端末又は操作用Ｉ／Ｆ９５に行うと共に、補水弁６８及び補水弁９４を閉として水張り動作を停止し、ステップ３３６に移行する。

【0127】

このように本実施形態によれば、水張り動作の開始時に、流量制御弁を閉じることで、給湯が禁止され、水張りが優先的に行われる。このため、水張りタイムアウトエラーの警告を出難くすることができる。

【0128】

以上、上記実施形態として、燃料電池システム及び制御装置を例示して説明したが、実施形態は、制御装置が備える各部の機能をコンピュータに実行させるためのプログラムの形態としてもよい。実施形態は、このプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体の形態としてもよい。

【0129】

その他、上記実施形態で説明した燃料電池システム及び制御装置の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。

【0130】

また、上記実施形態で説明したプログラムの処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

【0131】

また、上記実施形態では、プログラムを実行することにより、実施形態に係る処理がコンピュータを利用してソフトウェア構成により実現される場合について説明したが、これに限らない。実施形態は、例えば、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現してもよい。

【符号の説明】

【0132】

１０ 燃料電池システム
１２ 燃料電池ユニット
１４ 給湯ユニット
２０ 燃料電池モジュール
５１ リモコン装置
５２ 水位センサ
５３ 流量制御弁
６８、９４ 補水弁
９５ 操作用Ｉ／Ｆ
１１０ 制御装置
１１１ ＣＰＵ
１１１Ａ 計時部
１１１Ｂ 水張り制御部
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ Ｉ／Ｏ
１１５ 記憶部
１１５Ａ 制御プログラム
１１６ 外部Ｉ／Ｆ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】