特許 7461130 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】

(24)【登録日】2024-03-26

(45)【発行日】2024-04-03

(54)【発明の名称】燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04701 20160101AFI20240327BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240327BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20240327BHJP

   H01M 8/04291 20160101ALI20240327BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240327BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04701

H01M8/04 J

H01M8/04014

H01M8/04291

H01M8/12 101

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019196064

(22)【出願日】2019-10-29

(65)【公開番号】P2021072166

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-09-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(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】吉田 英樹

(72)【発明者】

【氏名】川上 将史

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩之

【審査官】笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２９１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４６６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５０７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２６１３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４７０１

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４０１４

Ｈ０１Ｍ ８／０４２９１

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
該燃料電池から排出される排熱と熱媒とで熱交換を行うための熱交換器と、
該熱交換器に前記熱媒を流すための熱媒ラインと、
該熱媒ラインに設けられ、前記熱交換器に流入する前記熱媒の温度を低下させるための、ファンを備えるラジエータと、
前記ラジエータの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池の動作状況に対応する前記ラジエータの動作制御を複数有し、
自立発電運転時において、前記ファンの動作を、停止または最大駆動させる制御が、優先順位の最上位の動作制御として設定されている燃料電池装置。

【請求項2】

前記複数有する前記ラジエータの動作制御の実行において、優先順位が設定されている請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項3】

前記ファンの動作において、最大駆動を制限する制御が、上位の動作制御として設定されている請求項１または２に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

前記ファンの動作において、所定の駆動値で駆動させる制御が、下位の動作制御として設定されている請求項３に記載の燃料電池装置。

【請求項5】

前記ファンの動作において、前記熱媒の温度が所定範囲となるように、前記ファンの動作を段階的に変更する制御が、最下位の動作制御として設定されている請求項４に記載の燃料電池装置。

【請求項6】

前記最上位の動作制御が、前記燃料電池装置を自立発電運転させる際の制御であり、前記上位の動作制御が、所定時間帯における運転制御であり、前記下位の動作制御が、前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための水供給ラインを自立させるための制御であり、前記最下位の動作制御が、通常運転時の制御である請求項５に記載の燃料電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

原燃料ガスを水蒸気改質して生成される燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう固体酸化物形の燃料電池装置が知られている。また、熱交換器、蓄熱タンク、ファンを有するラジエータおよびこれらを繋ぐ配管などを含む排熱回収システムを備えた燃料電池装置も知られている（例えば、特許文献１を参照）。そのような燃料電池装置は、ファンの回転数を段階的に変更し、熱媒の温度を一定範囲内に維持するように制御されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－９６４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の燃料電池装置は、ラジエータを効率的に駆動することができないことがあった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の燃料電池装置は、燃料電池と、
該燃料電池から排出される排熱と熱媒とで熱交換を行うための熱交換器と、
該熱交換器に前記熱媒を流すための熱媒ラインと、
該熱媒ラインに設けられ、前記熱交換器に流入する前記熱媒の温度を低下させるための、ファンを備えるラジエータと、
前記ラジエータの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池の動作状況に対応する前記ラジエータの動作制御を複数有し、
自立発電運転時において、前記ファンの動作を、停止または最大駆動させる制御が、優先順位の最上位の動作制御として設定されている。

【発明の効果】

【0006】

本開示の燃料電池装置によれば、ラジエータを効率的に駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る燃料電池装置の概略的構成を示す図である。

【図2A】実施形態に係るラジエータ動作制御の優先順位を示す説明図である。

【図2B】実施形態に係るラジエータ動作制御の動作変更判定を示す説明図である。

【図3】実施形態に係るラジエータ動作制御の動作変更判定を説明するフローチャートである。

【図4】第４の動作制御を説明するフローチャートである。

【図5A】第３の動作制御を説明するフローチャートである。

【図5B】第３の動作制御を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を用いて本開示の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。図１は、実施形態に係る燃料電池装置の概略的構成を示す図である。

【0009】

実施形態の燃料電池装置１００は、燃料電池１１、熱交換器２、熱媒ラインＨＣ１、ラジエータ５および制御装置３０を備える。

【0010】

燃料電池１１は、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう。燃料電池１１は、複数の燃料電池セルを含むセルスタック構造を有していてもよい。燃料電池セルは、固体酸化物形燃料電池セルであってもよい。燃料電池装置１００は、燃料ガスを水蒸気改質する改質器１２を有している。また、燃料電池装置１００は、収納容器１０内に燃料電池１１と改質器１２とを収納してなる燃料電池モジュール１を有している。

【0011】

発電に用いられる燃料ガスは、燃料ガス供給装置１４を介して、燃料ガスを改質するための改質水と一緒に、改質器１２に導入される。発電に用いられる空気は、空気供給装置１５を介して、燃料電池１１に導入される。

【0012】

熱媒ラインＨＣ１は、熱交換器２、例えば水である熱媒を蓄える蓄熱タンク３、ヒータ４、ラジエータ５、蓄熱タンク３から熱媒を循環させる熱媒ポンプＰ１およびこれらを繋ぐ配管などを含んでいる。例えば図１に示すように、熱媒ラインＨＣ１における熱媒の循環方向において、熱交換器２、ヒータ４、蓄熱タンク３およびラジエータ５は、この順に設けられている。

【0013】

熱交換器２では、燃料電池モジュール１の排ガスと熱媒とが熱交換し、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、凝縮水流路Ｃを経由して回収され、改質水タンク６に貯水される。水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Ｅを介して、外部に排気される。改質水タンク６に貯水された凝縮水は、改質水流路Ｒおよび改質水ポンプＰ２を介して、改質器１２に供給され、燃料ガスの水蒸気改質に利用される。蓄熱タンク３には、燃料電池モジュール１の排ガスと熱交換した熱媒が貯留される。

【0014】

ラジエータ５は、ファン５１を有する。ラジエータ５は、ファン５１によって生じた送風によって熱媒を冷却するための冷却ユニットである。

【0015】

改質水タンク６は、第１水位センサＷＬ１および第２水位センサＷＬ２を有する。第１水位センサＷＬ１は、改質水タンク６の水位が上限水位である満水位に達したことを検出する。第２水位センサＷＬ２は、改質水タンク６の水位が下限水位である渇水位に達したことを検出する。第１水位センサＷＬ１および第２水位センサＷＬ２としては、フロートセンサなど公知の水位センサを用いることができる。

【0016】

燃料電池装置１００は、第１温度測定部ＴＨ１、第２温度測定部ＴＨ２および第３温度測定部ＴＨ３を備える。

【0017】

第１温度測定部ＴＨ１は、熱媒ラインＨＣ１を流れる熱媒の温度を測定する。実施形態では、ラジエータ５と熱交換器２との間における熱媒の温度（熱媒低温度とも言う）ＨＴＨ１を第１温度測定部ＴＨ１で測定している。第１温度測定部ＴＨ１としては、サーミスタなどの公知の温度測定装置を用いることができる。

【0018】

第２温度測定部ＴＨ２は、蓄熱タンク３に蓄えられた熱媒の温度を測定する。実施形態では、蓄熱タンク３の底部における熱媒の温度（蓄熱低温度とも言う）ＨＴＨ２を第２温度測定部ＴＨ２で測定している。第２温度測定部ＴＨ２としては、サーミスタなどの公知の温度測定装置を用いることができる。

【0019】

また、第３温度測定部ＴＨ３は、外気温ＨＴＨ３を測定する。第３温度測定部ＴＨ３としては、サーミスタなどの公知の温度測定装置を用いることができる。

【0020】

燃料電池装置１００は、発電および出湯などを行う場合に必要となる各種の構成をさらに備えていてもよい。上記に示した各構成は、一例であって、後述する各種制御に必要な構成以外は、任意の構成である。

【0021】

燃料電池装置１００は、燃料電池モジュール１などの他、その発電運転を補助する補機として、パワーコンディショナ２０、制御装置３０などを備える。パワーコンディショナ２０は、燃料電池１１で発生した電力を、商用電源系統（以下、単に、系統とも言う）と連系して外部負荷に供給する。また、使用者宅には、制御装置３０と有線または無線により接続されたリモコン（図示せず）が設置されている。リモコンは、表示装置、操作パネルなどを備えており、使用者は、リモコンを操作することによって、制御装置３０に各種の指示を送信することができる。

【0022】

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つのプロセッサおよび記憶装置などを含む制御装置３０を備える。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

制御装置３０は、記憶装置および表示装置（ともに図示省略）と、燃料電池装置１００を構成する各種構成部品および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、それに付属する記憶装置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。

【0027】

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、燃料電池装置に繋がる外部装置の指示、指令や、先に述べた各種センサの指示や計測値に基づいて、燃料ガス供給装置１４、空気供給装置１５などの各種補機を制御する。図では、制御装置３０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。

【0028】

図示しない記憶装置は、プログラムおよびデータを記憶できる。記憶装置は、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く、後述する熱媒高温抑制制御や燃料電池高温抑制制御で使用するフラグなどを記憶している。記憶装置は、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などの任意の非一時的（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）な記憶媒体を含んでよい。また、記憶装置は、複数の種類の記憶媒体を含んでいてもよい。記憶装置は、メモリカード、光ディスク、または光磁気ディスクなど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。記憶装置は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）など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。

【0029】

なお、燃料電池装置の制御装置３０および記憶装置は、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。

【0030】

制御装置３０は、ファン５１の単位時間当たりの回転数（以下、単位、回転数とも言う）を制御することができる。ファン５１の回転数は、例えば、ファン５１を駆動するための制御信号のデューティ比（以下、単に、ファン５１のデューティ比とも言う）を変更することによって制御することができる。デューティ比とは、ファン５１を駆動するための制御信号の１周期におけるオン期間の割合を指す。デューティ比の変更範囲は、０～１００％である。ファン５１のデューティ比が０％の場合、ファン５１は停止される。ファン５１のデューティ比が１００％の場合、ファン５１は最大回転数で駆動される。

【0031】

制御装置３０は、ファン５１のデューティ比を変更し、ファン５１の回転数を変更することができる。制御装置３０は、ファン５１のデューティ比を段階的に変更することができる。「段階的に変更」とは、ファン５１のデューティ比を所定の割合で増減することを言う。例えば、所定の割合が１２．５％のときは、８段階の変更となり、所定の割合が１０％のときは、１０段階の変更となる。なお、増減の割合は全段階で同じでもよいし、段階によって割合が異なっていてもよい。また、ファン５１のデューティ比を変更する際は、一段階ずつ変更してもよく、二段階以上変更してもよい。

【0032】

制御装置３０は、ラジエータ５の動作制御を複数有している。複数の動作制御は、燃料電池１１の複数の動作状況にそれぞれ対応している。制御装置３０は、燃料電池１１の動作状況に応じて、複数の動作制御のうちの１つを選択し、選択した動作制御に従って、ラジエータ５を駆動する。これにより、燃料電池装置１００は、ラジエータ５を効率的に駆動することができる。

【0033】

図２Ａは、実施形態に係るラジエータ動作制御の優先順位を示す説明図であり、図２Ｂは、実施形態に係るラジエータ動作制御の動作変更判定を示す説明図である。複数の動作制御には、優先順位が予め設定されていてもよい。実施形態において、制御装置３０は、通常運転時に熱媒温度に基づいてラジエータ５の駆動値を変更する制御を実行する。通常運転とは、燃料電池１１が予め設定されている特定の動作状況ではない場合の運転であるため、熱媒温度に基づいてラジエータ５の駆動値を変更する制御がラジエータ５の基本制御である。制御装置３０は、図２Ａ，２Ｂに示すような情報をテーブルとして記憶しておき、そのテーブルを参照してラジエータの動作制御を実行してもよい。

【0034】

燃料電池１１が特定の動作状況に遷移した場合、動作状況に応じたラジエータ５の動作制御の変更が要求される。そこで制御装置３０は、ラジエータ５の動作制御の変更が要求された場合、予め設定された優先順位に従って、実行中の動作制御と要求される動作制御の優先順位を比較し、動作変更の判定をおこなう。

【0035】

実行中の動作制御よりも要求される動作制御の優先順位が高い場合、制御装置３０は、ラジエータ５の動作制御の変更要求が有効であると判定し、要求された動作制御を実行する。一方、実行中の動作制御よりも要求される動作制御の優先順位が低い場合、制御装置３０は、ラジエータ５の動作制御の変更要求が無効であると判定し、実行中の動作制御を継続する。これにより、ラジエータ５を一層効率的に駆動することが可能になる。

【0036】

実施形態では、一例として、制御装置３０が、第１乃至第４の動作制御を有しており、第１乃至第４の動作制御は、この順に優先順位が高く設定されている。なお動作制御については、燃料電池装置の機能等に基づき、４つより多い動作制御を有していてもよく、また３つ以下の動作制御を有していてもよい。動作制御の数については、適宜設定することができ、あわせて優先順位についても適宜設定すればよい。

【0037】

実施形態において、第１の動作制御はラジエータ５が停止または最大駆動する動作制御であり、第２の動作制御はラジエータ５の最大駆動を制限する制御である。また、第３動作制御はラジエータ５を所定の駆動値で駆動させる制御であり、第４動作制御は熱媒温度に基づいて駆動値を変更する制御である。第１乃至第４の動作制御の優先順位は、燃料電池装置１００の安全性や使用者の利便性を考慮して決定されており、これにより、ラジエータ５を一層効率的に駆動することが可能になる。

【0038】

例えば、制御装置３０は、ラジエータ５が第４動作制御を実行中に第１動作制御の要求を受けた場合、第１動作制御が第４動作制御よりも優先順位が高いため、変更要求が有効であると判定し、要求された第１動作制御を実行する。一方、ラジエータ５が第１動作制御を実行中に第２動作制御の要求を受けた場合、第２動作制御が第１動作制よりも優先順位が低いため、変更要求が無効であると判定し、第２動作制御は実行せず、第１動作制御を継続して実行する。

【0039】

また、実施形態では、第１乃至第４の動作制御のいずれか１つの動作制御の要求が継続した場合、制御装置３０は変更要求の有効もしくは無効の判定を実行しないことにより該動作制御を継続しているが、変更要求を無効／有効と判定してもよく、結果的に該動作制御を継続させればよい。

【0040】

また、実行している該動作制御の要求がなくなった場合、制御装置３０は、要求されている動作制御の優先順位を確認し、要求されている動作制御の中で最も優先順位が高いものを実行する。ここで、要求されている動作制御とは、実行中の動作制御よりも優先順位が低いために、変更要求はあるが実行されない動作制御（図２Ｂの無効）を指す。

【0041】

要求されていた動作制御の要求が１つの場合は、要求されていた動作制御を実行し、要求されていた動作制御が複数であった場合は、優先順位に基づく判定を行い、動作制御を決定および実行する。要求されていた動作制御がない場合は、第４の動作制御を実行する。

【0042】

以下、第１乃至第４の動作制御と該動作制御が要求される動作状況について説明する。

【0043】

第１の動作制御は、例えば、燃料電池装置１００が系統から解列し、燃料電池装置１００を自立発電運転させる際に実行される。この第１の動作制御では、ラジエータ５を停止または最大駆動させる。ラジエータ５を停止または最大駆動させる動作制御は、例えば、ファン５１のデューティ比を０％もしくは１００％で動作させることで実行される。

【0044】

自立発電運転において、制御装置３０は、蓄熱低温度ＨＴＨ２が外気温ＨＴＨ３以上であることを検知した場合、ファン５１のデューティ比を０％から１００％に増加させる。また、制御装置３０は、蓄熱低温度ＨＴＨ２が外気温ＨＴＨ３より低いことを検知した場合、ファン５１のデューティ比を１００％から０％に減少させる。

【0045】

なお、ファン５１が短時間にデューティ比０％と１００％を遷移する（ハンチングする）ことを抑制するために、蓄熱低温度ＨＴＨ２と外気温ＨＴＨ３の温度比較を一定期間ごとにおこなってもよく、蓄熱低温度ＨＴＨ２と外気温ＨＴＨ３の温度比較に温度マージンを含んでもよい。また、蓄熱低温度ＨＴＨ２が予め設定されている温度まで低下したらラジエータ５を停止させてもよい。

【0046】

制御装置３０は、燃料電池装置１００の自立発電運転を開始すると、燃料電池モジュール１に供給する燃料ガスの流量を増加させ、熱媒ラインＨＣ１のヒータ４を内部負荷として用いて、定格出力での発電運転を行うように燃料電池１１を制御する。このため、自立発電運転の開始時は、通常運転時と比較して熱媒の温度が上昇するため熱交換器２が破損する虞がある。それゆえ、この場合、ラジエータ５を最大駆動させる。一方で、ラジエータ５を最大駆動させることで、熱媒の温度が大幅に低下することとなり、それに伴い、熱媒が凍結し、熱媒ラインＨＣ１が破損する虞がある。それゆえ、この場合、ラジエータ５を停止させる。すなわち、燃料電池装置１００の安全性を考慮して、ラジエータ５を停止または最大駆動する動作制御が優先順位の最上位に設定されている。

【0047】

第２の動作制御は、例えば、ファン５１のデューティ比に上限を設け、ファン５１の回転に伴う騒音の発生を抑制するために燃料電池装置１００を静音運転させる際に実行される。静音運転は、例えば、予め設定された時間帯に実行される。

【0048】

静音運転において、ファン５１のデューティ比は、第１上限値Ｄ１が上限値とされている。第１上限値Ｄ１は、１００％未満の値に設定されている。第１上限値Ｄ１は、例えば、７５％であってもよく、６２．５％であってもよく、５０％であってもよく、その他の値であってもよい。

【0049】

静音運転は、例えば、深夜帯（例えば０時から４時まで）に実行されてもよい。また、使用者は、リモコンを操作して、静音運転を実行する時間帯を自由に設定できるように構成されてもよく、静音運転を実行するか否かを自由に設定できるように構成されてもよい。

【0050】

第２の動作制御においては、直ちに燃料電池装置１００が破損する虞があるものではないが、ファン５１を高デューティ比、すなわち高回転数で駆動する際に発生する騒音を抑制することで、使用者およびその近隣住民における利便性を向上させることができる。それゆえ、ラジエータ５の最大駆動を制限する制御が優先順位の上位に設定されている。

【0051】

第３の動作制御は、ファン５１を所定の駆動値で駆動させる制御であり、例えば、燃料電池装置１００を水自立運転させる、すなわち燃料電池１１に供給する燃料ガスを生成するための水供給ラインを自立させる際に実行される。

【0052】

水自立運転において、制御装置３０は、熱交換器２における凝縮水の回収を優先するために、例えば、燃料電池１１の出力を定格出力未満に抑制するとともに、他の補機類も制御して、燃料電池１１の発電運転を継続する。制御装置３０は、水自立運転を行っても凝縮水の回収量が十分ではなく、例えば、第１水位センサＷＬ１および第２水位センサＷＬ２の両方が水位を検出しない場合、燃料電池１１の発電運転を停止させる。

【0053】

発電運転を停止後に再起動させる場合は、制御装置３０は、第２温度測定部ＴＨ２が測定する蓄熱低温度ＨＴＨ２が、第４所定温度Ｈ４より高い場合には、熱媒ポンプＰ１を駆動させるとともに、ラジエータ５のファン５１を所定の駆動値で駆動させて蓄熱低温度ＨＴＨ２を低下させる。なお、第４所定温度Ｈ４は、例えば、３０～５０℃とすることができる。

【0054】

ラジエータ５のファン５１の駆動は、予め設定されている第６所定時間が経過するまで継続してもよく、蓄熱低温度ＨＴＨ２が第４所定温度Ｈ４以下になるまで継続してもよい。

【0055】

第３の動作制御においては、直ちに燃料電池装置が破損する虞があるものではないが、これにより、再起動前に熱媒の温度を低下させることができるため、再起動後は凝縮水が回収しやすくなる。つまり、凝縮水の不足に伴う燃料電池１１の停止の再発を抑制することができるため、使用者の利便性を向上させることができる。それゆえ、ラジエータ５を所定の駆動値で駆動させる制御が優先順位の下位に設定されている。

【0056】

第４の動作制御は、熱媒の温度に基づいてファン５１の動作を適宜変更する制御である。第４の動作制御は、例えば、通常運転時、すなわち自立発電運転、静音運転および水自立運転のいずれも行われていない場合に実行される、いわゆる基本制御である。

【0057】

基本制御において、制御装置３０は、例えば、熱媒低温度ＨＴＨ１が所定範囲となるように、ファン５１の動作を制御してもよい。所定範囲は、適宜設定できるが、例えば、３０～４０℃であってもよい。

【0058】

基本制御は、燃料電池１１から排出される排熱の排熱回収効率を高めることで燃料電池装置１００を効率良く運転させるためにおこなわれる制御である。それゆえ、熱媒の温度に基づいてファン５１の動作を変更する制御が優先順位の最下位に設定されている。

【0059】

上記のように、燃料電池装置１００は、制御装置３０が、ラジエータ５の動作制御を複数有し、燃料電池１１の動作状況に応じて選択した動作制御に従って、ラジエータ５を駆動することにより、ラジエータ５を効率的に駆動することができる。

【0060】

以下、図３～５に示すフローチャートを参照して、ラジエータ動作制御の動作変更判定と第３乃至第４の動作制御について説明する。フローチャートでは、「ステップ」を「Ｓ」と略称するとともに、チャート内においては、判断制御における「正」（コンピュータフラグ＝１）を［Ｙｅｓ］で、「否」（コンピュータフラグ＝０ゼロ）を［Ｎｏ］で表している。

【0061】

図３は、ラジエータ動作制御の動作変更判定を説明するフローチャートである。フローチャートは燃料電池１１の起動が開始されたらスタートし、燃料電池１１が停止するまでループし続ける。なお、初回の〔スタート〕である燃料電池１１の起動時では、原則的に第４の動作制御である基本制御が実行される。

【0062】

本フローチャートが〔スタート〕すると、先ず、〔Ｓ１０１〕において、実行中の動作制御の要求が継続しているか否かを判定する。初回の〔スタート〕である燃料電池１１の起動時では、第４の動作制御の要求が継続されているため、〔Ｓ１０１〕において、実行中の動作制御の要求が継続している［Ｙｅｓ］となり、〔Ｓ１０２〕に進む。初回以外の〔スタート〕の場合は後述にて説明する。

【0063】

次に、〔Ｓ１０２〕において、ラジエータ動作制御の変更要求があるか否かを判定する。〔Ｓ１０２〕において、ラジエータ動作制御の変更要求がある［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ１０３〕に進む。〔Ｓ１０２〕において、ラジエータ動作制御の変更要求がない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ１０７〕において、実行中の動作を継続し、本フローチャートを終了する。

【0064】

〔Ｓ１０３〕において、要求される動作制御を確認し、〔Ｓ１０４〕において、要求される動作制御の優先順位を確認する。次に〔Ｓ１０５〕において、要求される動作制御が実行中の動作制御よりも優先順位が高いか否かを判定する。〔Ｓ１０５〕において、要求される動作制御が実行中の動作制御よりも優先順位が高い［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ１０６〕において、要求される動作制御を実行し、本フローチャートを終了する。〔Ｓ１０５〕において、要求される動作制御が実行中の動作制御よりも優先順位が低い［Ｎｏ］場合、〔Ｓ１０７〕において、実行中の動作を継続し、本フローチャートを終了する。

【0065】

初回以外のスタートの場合は、〔Ｓ１０６〕で要求された動作制御を実行している場合がある。そこで、〔Ｓ１０１〕において、実行中の動作制御の要求が継続しているか否かを判定する。〔Ｓ１０１〕において、実行中の動作制御の要求が継続している［Ｙｅｓ］の場合、〔Ｓ１０２〕～〔Ｓ１０７〕のステップは前述と同様である。〔Ｓ１０１〕において、実行中の動作制御の要求が継続していない［Ｎｏ］の場合、〔Ｓ１０８〕において、要求されている他の動作制御の優先順位を確認し、〔Ｓ１０９〕において、要求されている動作制御の中で最も優先順位が高いものを実行し、本フローチャートを終了する。

【0066】

図４は、基本制御である第４の動作制御を説明するフローチャートである。本フローチャートが〔スタート〕すると、先ず、〔Ｓ２０１〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が外気温ＨＴＨ３を超えるか否かを判定する。〔Ｓ２０１〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が外気温ＨＴＨ３を超える［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２０２〕に進む。〔Ｓ２０１〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が外気温ＨＴＨ３を超えない［Ｎｏ］場合、待機する。

【0067】

〔Ｓ２０２〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第１所定温度Ｈ１以上であるか否かを判定する。第１所定温度Ｈ１は、適宜設定することができるが、例えば、３０～５０℃である。〔Ｓ２０２〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第１所定温度Ｈ１以上である［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２０３〕でファン５１のデューティ比をＤ％増加させ、〔Ｓ２０４〕の判定に進む。デューティ比を変更する割合（Ｄ％）は、例えばデューティ比の段階的な変更における段数に応じて、適宜設定できる。〔Ｓ２０２〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第１所定温度Ｈ１未満である［Ｎｏ］場合、〔Ｓ２０１〕に戻る。

【0068】

〔Ｓ２０４〕において、ファン５１のデューティ比を増加させた後、第１所定時間Ｔ１経過したか否かを判定する。第１所定時間Ｔ１は、適宜設定することができるが、例えば、１～１０分である。〔Ｓ２０４〕において、第１所定時間Ｔ１経過した［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２０５〕に進む。〔Ｓ２０４〕において、第１所定時間Ｔ１経過していない［Ｎｏ］場合、待機する。

【0069】

〔Ｓ２０５〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第２所定温度Ｈ２以上であるか否かを判定する。〔Ｓ２０５〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第２所定温度Ｈ２以上である［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２０６〕に進む。第２所定温度Ｈ２は、適宜設定することができるが、例えば、３５～４５℃である。

【0070】

〔Ｓ２０６〕において、ファン５１のデューティ比が、第２の動作制御におけるデューティ比の第２上限値Ｄ２であるか否かを判定する。〔Ｓ２０６〕において、ファン５１のデューティ比が第２上限値Ｄ２である［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２０８〕に進む。〔Ｓ２０６〕において、ファン５１のデューティ比が第２上限値Ｄ２でない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ２０７〕でファン５１のデューティ比をＤ％増加させ、〔Ｓ２０８〕に進む。

【0071】

〔Ｓ２０８〕において、〔Ｓ２０６〕でファン５１のデューティ比が第１上限値Ｄ２であると判定された後、または〔Ｓ２０７〕でファン５１のデューティ比を増加させた後、第２所定時間Ｔ２経過したか否かを判定する。〔Ｓ２０８〕において、第２所定時間Ｔ２経過した［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２０９〕に進む。〔Ｓ２０８〕において、第２所定時間Ｔ２経過していない［Ｎｏ］場合、待機する。第２所定時間Ｔ２は、適宜設定することができるが、例えば、１～１０分である。

【0072】

〔Ｓ２０９〕において、外気温ＨＴＨ３が熱媒低温度ＨＴＨ１を超えるか否かを判定する。〔Ｓ２０９〕において、外気温ＨＴＨ３が熱媒低温度ＨＴＨ１を超える［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２１０〕でファン５１を停止して、すなわちファン５１のデューティ比を０％にして、本フローチャートを終了する。〔Ｓ２０９〕において、外気温ＨＴＨ３が熱媒低温度ＨＴＨ１を超えない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ２０５〕に戻る。

【0073】

〔Ｓ２０５〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第２所定温度Ｈ２未満である［Ｎｏ］場合、〔Ｓ２１１〕に進む。続いて、〔Ｓ２１１〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第３所定温度Ｈ３以下であるか否かを判定する。第３所定温度Ｈ３は、適宜設定することができるが、例えば、２５～３５℃である。第３所定温度Ｈ３は、第２所定温度Ｈ２よりも低い温度で設定される。

【0074】

〔Ｓ２１１〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第３所定温度Ｈ３以下である［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２１２〕でファン５１のデューティ比をＤ％減少させ、〔Ｓ２１３〕に進む。〔Ｓ２１３〕において、〔Ｓ２１２〕でファン５１のデューティ比を減少させた後、第３所定時間Ｔ３経過したか否かを判定する。〔Ｓ２１３〕において、第３所定時間Ｔ３経過した［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２１４〕に進む。〔Ｓ２１３〕において、第３所定時間Ｔ３経過していない［Ｎｏ］場合、待機する。第３所定時間Ｔ３は、適宜設定することができるが、例えば、１～１０分である。

【0075】

〔Ｓ２１４〕において、ファン５１のデューティ比が０％であるか否かを判定する。〔Ｓ２１４〕において、ファン５１のデューティ比が０％である［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ２０１〕に戻る。〔Ｓ２１４〕において、ファン５１のデューティ比が０％でない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ２０９〕に進む。

【0076】

〔Ｓ２１１〕において、熱媒低温度ＨＴＨ１が第３所定温度Ｈ３を超える［Ｎｏ］場合、〔Ｓ２１５〕でファン５１の現在のデューティ比を維持し、〔Ｓ２０９〕に進む。なお、〔Ｓ２１５〕でファン５１の現在のデューティ比を維持し、〔Ｓ２１１〕に進んでもよい。

【0077】

なお、第４の動作制御における、〔Ｓ２０６〕のデューティ比の第２上限値Ｄ２を、第２上限値Ｄ２よりも小さい第１上限値Ｄ１に置き換えることで、第４の動作制御のフローチャートを第２の動作制御のフローチャートとすることができる。このとき、〔Ｓ２０３〕において、ファン５１のデューティ比をＤ％増加させる前に、デューティ比が第１上限値Ｄ１であるか否かの判断を加えてもよい。

【0078】

図５Ａ，５Ｂは、第３の動作制御を説明するフローチャートである。本フローチャートを〔スタート〕すると、先ず、〔Ｓ３０１〕において、第１水位センサＷＬ１が水位を検出しているか否かを判定する。〔Ｓ３０１〕において、第１水位センサＷＬ１が水位を検出している［Ｙｅｓ］場合、待機する。〔Ｓ３０１〕において、第１水位センサＷＬ１が水位を検出していない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ３０２〕で燃料電池装置１００の水自立運転を開始し、〔Ｓ３０３〕に進む。

【0079】

〔Ｓ３０３〕において、第２水位センサＷＬ２が水位を検出しているか否かを判定する。〔Ｓ３０３〕において、第２水位センサＷＬ２が水位を検出している［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ３０４〕に進む。

【0080】

〔Ｓ３０４〕において、第１水位センサＷＬ１が水位を検出しているか否かを判定する。〔Ｓ３０４〕において、第１水位センサＷＬ１が水位を検出していない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ３０５〕に進む。

【0081】

〔Ｓ３０５〕において、水自立運転を開始してから第４所定時間Ｔ４経過したか否かを判定する。〔Ｓ３０５〕において、水自立運転を開始してから第４所定時間Ｔ４経過した［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ３０６〕で燃料電池装置１００の発電運転を停止させ、図５Ｂのフローチャートの〔Ｓ３０９〕に進む。第４所定時間Ｔ４は、適宜設定することができるが、例えば、６０～１８０分である。

【0082】

〔Ｓ３０５〕において、水自立運転を開始してから第４所定時間Ｔ４経過していない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ３０３〕に戻る。

【0083】

〔Ｓ３０３〕において、第２水位センサＷＬ２が水位を検出していない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ３０７〕で燃料電池装置１００の発電運転を停止させる。〔Ｓ３０７〕では、改質水が枯渇したことを、例えば、リモコンに表示する等して、使用者に報知してもよい。

【0084】

〔Ｓ３０４〕において、第２水位センサＷＬ２が水位を検出している［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ３０８〕で燃料電池装置１００の水自立運転を終了させ、〔Ｓ３０１〕に戻る。

【0085】

図５Ｂのフローチャートの〔Ｓ３０９〕において、燃料電池装置１００の発電運転を停止した状態で第５所定時間Ｔ５待機する。第５所定時間Ｔ５は、適宜設定することができるが、例えば、１２～４８時間である。続いて、〔Ｓ３１０〕において、蓄熱低温度ＨＴＨ２が第４所定温度Ｈ４以下であるか否かを判定する。〔Ｓ３１０〕において、蓄熱低温度ＨＴＨ２が第４所定温度Ｈ４以下である［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ３１１〕に進み、燃料電池装置１００の発電運転を再開させる。

【0086】

〔Ｓ３１０〕において、蓄熱低温度ＨＴＨ２が第４所定温度Ｈ４を超える［Ｎｏ］場合、熱媒を冷却するためのステップ〔Ｓ３１２〕～〔Ｓ３１６〕を実行する。先ず、〔Ｓ３１２〕で熱媒ポンプＰ１を駆動し、続いて、〔Ｓ３１３〕でファン５１を所定の駆動値で駆動する。

【0087】

〔Ｓ３１４〕において、熱媒ポンプＰ１およびファン５１を駆動させた状態で第６所定時間Ｔ６待機する。第６所定時間Ｔ６は、適宜設定することができるが、例えば、３０～６０分である。続いて、〔Ｓ３１５〕でファン５１の駆動を停止させ、〔Ｓ３１６〕で熱媒ポンプＰ１の駆動を停止させ、〔Ｓ３１１〕に進む。

【符号の説明】

【0088】

１００ 燃料電池装置
２ 熱交換器
５ ラジエータ
５１ ファン
１１ 燃料電池
３０ 制御装置
ＨＣ１ 熱媒ライン

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】