JP2007294186A - 燃料電池システムの凍結防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水循環ラインの凍結抑制性を向上させる燃料電池システムの凍結防止装置を提供する。
【解決手段】燃料電池システムの凍結防止装置は、燃料電池のスタック１０と、スタック１０の熱を直接的または間接的に受熱する冷却水が流れる循環路と循環路内の水を循環される水搬送手段とをもつ水循環ライン２（２１、２２）と、外気温を直接的又は間接的に検知する外気温センサ３４と、水循環ライン２（２１、２２）の水を直接的又は間接的に検知する水温センサ３１、３２、３３、３５と、外気温センサ３４で検知された外気温と、水温センサ３１、３２、３３、３５で検知された水温とに応じて、水循環ライン２（２１、２２）の凍結防止運転を実行する制御部８とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムの凍結防止装置に関する。

特許文献１には、燃料電池のスタックと、スタックの熱を受熱する冷却水が流れる循環路と循環路内の水を循環されるポンプとをもつ水循環ラインと、水循環ラインの水を検知する水温センサと、スタックが発電運転を停止している場合、水温センサで検知された水循環ラインの水温に応じて、送水ポンプの送水量を制御し、水循環ラインの凍結を抑制する制御部とを備えている燃料電池システムの凍結防止装置が開示されている。このものによれば、スタックの発電運転が停止しているとき、水温センサによる水温が所定値よりも低いとき、凍結に至るおそれがあるとして、送水量を調整することにしている。更に、特許文献１には、外気温を検知する外気温センサが検知した外気温と、水温センサが検知した水温と、スタック内壁温と、熱交換器の冷却側温度とにより、スタックへの送水、熱交換器への送水量を制御する旨が記載されている。

特許文献２には、燃料電池の下部付近に設けられた凍結防止用ヒータと、燃料電池システムの内部を換気する換気ファンとを備え、燃料電池システムの発電運転が停止しているとき、外気温を検知する温度センサがしきい値温度以下を検知するとき、凍結防止用ヒータおよびファンを作動させて、ヒータで暖められた空気を、ファンによる強制対流で上昇させて燃料電池システムのハウジング内部における凍結を防止する燃料電池システムが開示されている。このものによれば、温度センサで検知された外気温が低いと、凍結防止用ヒータの本数を増加させる技術が開示されている。

特許文献３には、燃料電池から水を回収した回収タンクの回収水の水温を検知する凍結防止温度検知手段が設けられ、凍結防止温度検知手段がしきい値温度以下を検知したとき、凍結防止運転として、冷却水循環経路および相互循環経路をそれぞれ循環動作させると共に加熱装置を作動させて、冷却水循環経路、水回収経路、相互循環経路の水の凍結を防止する燃料電池システムが開示されている。このものによれば、貯湯タンクから取り出した温水を循環させて凍結を防止する技術が開示されている。

特許文献４には、装置停止時に水系統が凍結するおそれがあるとき、プロセスガスバーナを燃焼させて貯湯タンクの水温を昇温させ、その温水を水系統の一部または全部に送給して凍結を防止する固体高分子形燃料電池発電装置が開示されている。
特開２００２−３５２８３５号公報 特開２００５−２５９４９４号公報 特開２００３−２８２１０６号公報 特許第３４１６６５３号公報

上記した特許文献１、２、３によれば、水循環ラインの凍結抑制性については必ずしも充分ではない。また特許文献４によれば、貯湯槽に貯めた温水が使用されてしまうため、好ましくない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、水循環ラインの凍結抑制性を向上させる燃料電池システムの凍結防止装置を提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池システムの凍結防止装置は、燃料電池のスタックと、
スタックの熱を直接的または間接的に受熱する冷却水が流れる循環路と循環路内の水を循環させる水搬送手段とをもつ水循環ラインと、
外気温を直接的又は間接的に検知する外気温検知手段と、
水循環ラインの水温を直接的又は間接的に検知する水温検知手段と、
外気温検知手段で検知された外気温と、水温検知手段で検知された水循環ラインの水温とに応じて、水循環ラインの凍結防止運転を実行する制御部とを具備していることを特徴とする。

外気温検知手段で検知された外気温と、水温検知手段で検知された水循環ラインの水温とに応じて、制御部は、水循環ラインの凍結防止運転を実行する。水循環ラインの水温が凍結温度に到達していなくても、外気温が低く、時間が経過すると水循環ラインの水が凍結するおそれがあるときには、水循環ラインの凍結防止運転を実行する。

様相１によれば、水循環ラインの水温が凍結温度に到達していなくても、外気温が低く、水循環ラインの水が凍結するおそれがあるときには、水循環ラインの凍結防止運転を実行する。この場合、水温検知手段により検知された水温では凍結可能性が低いときにおいて、外気温検知手段により検知された外気温では凍結可能性があるとき、制御部は、水温検知手段による水温よりも外気温検知手段による外気温を優先し、凍結防止運転することが好ましい。

（２）様相２に係る燃料電池システムの凍結防止装置によれば、様相１において、制御部は、燃料電池システムの発電運転が停止しているとき、燃料電池システムの停止後において凍結防止運転の実行の可否を判定する判定手段と、停止後において凍結防止運転の実行が可と判定されるとき、凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段とを備えていることを特徴とする。

様相２によれば、燃料電池システムの発電運転が停止したとき、判定手段は、燃料電池システムの停止後において凍結防止運転の実行の可否を判定する。そして、凍結防止運転実行手段は、凍結防止運転の実行が可と判定されるとき、凍結防止運転を実行する。この場合、凍結防止運転の実行が可と判定されなければ、凍結防止運転は実行されない。このため、凍結防止運転を実行する要素（例えばポンプ、加熱装置）の損傷が抑えられる。

（３）様相３に係る燃料電池システムの凍結防止装置によれば、様相１において、制御部は、燃料電池システムの発電運転が異状原因で停止しているとき、燃料電池システムの異状原因が解消されたか否かを判定する判定手段と、異状原因が解消されたと判定されるとき、凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段とを備えていることを特徴とする。

様相３によれば、燃料電池システムの発電運転が異状原因で停止しているとき、判定手段は、燃料電池システムの異状原因が解消されたか否かを判定する。そして、凍結防止運転実行手段は、異状原因が解消されたと判定されるとき、凍結防止運転を実行する。この場合、異状原因が解消されたと判定されなければ、凍結防止運転は実行されない。このため、異状原因が解消されないまま凍結防止運転が実行されることが回避される。よって凍結防止運転が良好に実行される。

各様相によれば、水循環ラインの水温が凍結温度に到達していなくても、外気温が低く、水循環ラインの水が凍結するおそれがあるときには、水循環ラインの凍結防止運転を実行する。

様相２によれば、凍結防止運転の実行が可と判定されなければ、凍結防止運転は実行されない。このため、凍結防止運転を実行する要素（例えばポンプ等の水搬送手段、加熱装置）の損傷が抑えられる。

様相３によれば、異状原因が解消されないまま凍結防止運転が実行されることが回避される。よって凍結防止運転が良好に実行される。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のセルを積層したスタックと、スタックの熱を直接的または間接的に受熱する冷却水が流れる循環路と循環路内の水を循環される水搬送手段とをもつ水循環ラインと、外気温を直接的又は間接的に検知する外気温検知手段と、水循環ラインの水温を直接的又は間接的に検知する水温検知手段と、外気温検知手段で検知された外気温と、水温検知手段で検知された水循環ラインの水温とに応じて、水循環ラインの凍結防止運転を実行する制御部とを備えている。

外気温検知手段は、外気温を直接的又は間接的に検知する。『外気温を直接的又は間接的に検知する』とは、外気温を直接的に検知する場合、外気温を他のセンサまたは他のパラメータを介して間接的に検知する場合を含む意味である。『水循環ラインの水温を直接的又は間接的に検知する』とは、水循環ラインの水を直接的に検知する場合、水温を他のセンサまたは他のパラメータを介して間接的に検知する場合を含む意味である。

本発明によれば、水温検知手段により検知された水温では凍結可能性が低いときであっても、外気温検知手段により検知された外気温では凍結可能性があるとき、制御部は、水温検知手段による水温よりも外気温検知手段による外気温を優先し、凍結防止運転する形態が例示される。

本発明によれば、水循環ラインは、貯湯槽に連通可能な第１水循環ラインと、スタックの内部を水が流れる第２水循環ラインと、第１水循環ラインの水と第２水循環ラインの水とを熱交換する熱交換器とを備えている形態が例示される。第１水循環ラインおよび第２水循環ラインのうちの一方または双方に加熱装置を設けることができる。加熱装置としては加熱機能を有するものであれば、何でも良い。この場合、第１水循環ラインは第１排水バルブを介して第１排水タンクに繋がり、第２水循環ラインは第２排水バルブを介して第２排水タンクに繋がり、第１排水タンクおよび第２排水タンクは個別に配置されている形態が例示される。貯湯槽に繋がる第１水循環ラインの水は、第１排水バルブを介して第１排水タンクに収容される。また、スタックの内部を流れる第２水循環ラインの水は、第２排水バルブを介して第２排水タンクに収容される。ここで、第２水循環ラインの水は、スタックの内部を流れるため、純水、または、純水に近い水、または不凍液成分を有する水である。また第１水循環ラインの水は貯湯槽で貯湯される飲食用に適する水である。このようにスタックの内部を流れる水と、スタックの内部を流れない水とは用途が異なる。そして各水を別個の排水タンクにそれぞれ収容させるので、水の再利用性が向上する。

本発明によれば、凍結防止運転は、水搬送手段を間欠的に作動させることにより水循環ラインの水を間欠的に移動させる第１処理と、水搬送手段を連続的に作動させることにより水循環ラインの水を連続的に移動させる第２処理と、１処理または第２処理に加えて加熱装置を間欠的または連続的に作動させることにより水循環ラインの水を加熱する第３処理とのうちの１種または２種以上を含む形態が例示される。第１処理において、水搬送手段が一回作動する時間は、水循環ラインの水が水循環ラインを少なくとも１周する時間である形態が例示される。水温または外気温が低いほど、加熱装置による加熱量を増加させることが好ましい。また水温または外気温が低いほど、水搬送手段による搬送流量、搬送速度を増加させることにしても良い。

また、制御部は、凍結可能性が高くなるにつれて、第１処理、第２処理、第３処理の順に実行することが好ましい。また、凍結防止運転としては、水循環ラインの水をライン外部に排出する第４処理を含む形態が例示される。この場合、制御部は、水循環ラインの水の凍結可能性が高くなるにつれて、第１処理、第２処理、第３処理、第４処理の順に実行することが好ましい。

本発明によれば、制御部は、燃料電池システムの停止（例えば異状停止）後において凍結防止運転の実行の可否を判定する判定手段と、停止（例えば異状停止）後において凍結防止運転の実行が可と判定されるとき、凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段とを備えている形態が例示される。この場合、前記した第１処理から第４処理のうちのいずれか一つの処理、または、二つ以上の処理を行うことができる。

本発明によれば、水循環ラインの水を加熱する加熱装置が設けられており、前記判定手段は、水搬送手段の作動が可能か否かを判定する第１判定手段と、加熱装置の作動が可能か否かを判定する第２判定手段とを備えている形態が例示される。この場合、凍結防止運転実行手段は、水搬送手段の作動が可能であり、且つ、加熱装置の作動が可能でないとき、加熱装置を非作動とし水搬送手段を作動させる。この場合、水搬送手段のみが作動して水が移動するため、加熱装置が作動するときの不具合が解消される。

また、凍結防止運転実行手段は、水搬送手段の作動が可能であり、且つ、加熱装置の作動が可能であるとき、加熱装置および水搬送手段の双方を作動させる。この場合、凍結防止性が向上する。

本発明によれば、制御部は、燃料電池システムの発電運転が停止（例えば異状停止）しているとき、燃料電池システムの発電運転の停止（例えば異状停止）後における凍結防止運転の実行の可否を判定する判定手段と、停止（例えば異状停止）後において凍結防止運転の実行が可と判定されるとき凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段とを備えている形態が例示される。この場合、凍結防止運転の実行が可と判定されないとき、凍結防止運転を実行しないことが好ましい。停止の原因が水循環ラインからの水漏れ等であるとき、ポンプや加熱装置を作動させると好ましくないためである。

本発明によれば、制御部は、燃料電池システムの発電運転が異状原因で停止しているとき、燃料電池システムの異状原因が解消されたか否かを判定する判定手段と、異状原因が解消されたと判定されるとき、凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段とを備えている形態が例示される。この場合、異状原因が解消されたと判定されないとき、凍結防止運転を実行しないことが好ましい。この場合、ポンプや加熱装置を作動させると好ましくないことがあるためである。

本発明によれば、水循環ラインは複数設けられており、制御部は、複数の水循環ラインのうち正常と判定されるラインについて凍結防止運転を実行する形態が例示される。この場合、複数の水循環ラインのうち正常と判定されないラインについては、凍結防止運転を実行しないことが好ましい。この場合、ポンプや加熱装置を作動させると好ましくないことがあるためである。

以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照して説明する。本実施例に係る燃料電池システムは、燃料電池のセルを積層したスタック１０をもつスタックシステム１１と、水が循環する水循環ライン２と、図略の窓を介して外気温を検知する外気温センサ３４（外気温検知手段）と、水循環ラインの水温を検知する水温センサ３１、３２、３３（水温検知手段）と、制御部８とを備えている。スタックシステム１１においてスタック１０は上側に配置されている。

制御部８は、屋外に設置されたスタックシステム１１に配置されているが、それ以外の部位でも良い。スタックシステム１１に分離した状態で貯湯槽ユニット１６が設けられている。貯湯槽ユニット１６は屋外に設置されており、貯湯槽１７と、流路切り替え機能をもつバルブ１８とをもつ。

水循環ライン２は、貯湯槽ユニット１６の貯湯槽１７に繋がる第１水循環ライン２１と、スタック１０に内蔵されている内蔵通水路１２を水が流れる第２水循環ライン２２と、第１熱交換器４１とを備えている。第１水循環ライン２１の水は貯湯槽１７に繋がるため、飲食可能な水である。第２水循環ライン２２の水は、スタック１０の内部を流れるため、純水または不凍液成分を含む水である。

第１水循環ライン２１は、第１循環路２１ａと、第１熱交換器４１の通路４１ｃと、水搬送手段としての第１ポンプ５１と、第１水循環ライン２１の水温を検知する第１水温センサ３１と、流路切替弁として機能する三方弁で形成されたバルブ１８とを備えている。バルブ１８は、第１水循環ライン２１の第１熱交換器４１の通路４１ｃに繋がるポート１８ａと、貯湯槽１７の上部に繋がるポート１８ｂと、バイパス通路２１ｃを介して第１水循環ライン２１の第１ポンプ５１および貯湯槽１７の下部に繋がるポート１８ｃとをもつ。第１水循環ライン２１の水温が高いと、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが連通し、ポート１８ａ、ポート１８ｃが非連通となり、第１水循環ライン２１の水が貯湯槽１７に供給される。第１水循環ライン２１の水温が低いと、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが非連通となり、ポート１８ａ、ポート１８ｃが連通し、第１水循環ライン２１の水が貯湯槽１７に供給されない。これにより貯湯槽１７の水温は、過剰に冷えないように高めに確保される。

第２水循環ライン２２は、第２循環路２２ａと、加熱装置５５と、第１熱交換器４１の通路４１ａと、水搬送手段としての第２ポンプ５２と、第２水循環ライン２２のうちスタック１０の上流の水温（つまり、スタック１０に流入される前の水の水温）を検知する第２水温センサ３２と、第２水循環ライン２２のうちスタック１０の下流の水温（つまり、スタック１０から吐出された後の水の水温）を検知する第３水温センサ３３とを備えている。

スタックシステム１１のケース１１ａ内には、スタック１０、第２ポンプ５２、加熱装置５５、第１熱交換器４１、第１ポンプ５１、第１水温センサ３１、第２水温センサ３２、第３水温センサ３３、外気温センサ３４、燃料ガスのガス漏れを検知するガスセンサ９０が内蔵されている。貯湯槽ユニット１６のケース１６ａ内には、バイパス通路２１ｃ、貯湯槽１７およびバルブ１８が内蔵されている。第１水循環ライン２１は、スタックシステム１１のケース１１ａ内にも、貯湯槽ユニット１６のケース１６ａ内にも配置されていない露出通路２１ｘをもつ。露出通路２１ｘは、外気に触れる頻度が高いため、内部の水が凍結し易い。

スタック１０の通常の発電運転においては、燃料および酸化剤がスタック１０に供給されてスタック１０は発電する。発電運転中、第２ポンプ５２が作動するため、第２水循環ライン２２の水が第２ポンプ５２、第２水温センサ３２、スタック１０の内蔵通水路１２、第３水温センサ３３、加熱装置５５、熱交換器４１の通路４１ａの順に循環する。加熱装置５５は、燃料電池システムの起動時に作動して第２水循環ライン２２の水を加熱し、スタック１０の発電運転の立ち上がりを早めるものであり、発電運転時には作動しないのが一般的である。なお、第１水循環ライン２１には加熱装置は設けられていない。

更に、第１ポンプ５１が作動するため、第１水循環ライン２１の水が第２ポンプ５２、第１熱交換器４１の通路４１ｃ、バルブ１８、第１水温センサ３１の順に循環する。第１水循環ライン２１の水が暖かければ、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが連通するため、暖かい水が貯湯槽ユニット１６の貯湯槽１７に供給される。第２水循環ライン２２の水が冷たければ、バルブ１８のポート１８ａ、ポート１８ｂが非連通となるため、第１水循環ライン２１の水は貯湯槽ユニット１６の貯湯槽１７に供給されず、バイパス通路２１ｃを経て第１水循環ライン２１を循環する。

本実施例によれば、凍結防止運転は、（ｉ）第１ポンプ５１および／または第２ポンプ５２を間欠的に作動させることにより第１水循環ライン２１および／または第２水循環ライン２２の水を間欠的に移動させる第１処理と、（ｉｉ）第１ポンプ５１および／または第２ポンプ５２を連続的に作動させることにより第１水循環ライン２１および／または第２水循環ライン２２の水を連続的に移動させる第２処理と、（ｉｉｉ）第２処理に加えて、加熱装置５５を連続的に作動させることにより第２水循環ライン２２の水、ひいては第１水循環ライン２１の水を熱交換器４１を介して加熱する第３処理とを含む。制御部８は、凍結可能性が高くなるにつれて、第１処理、第２処理、第３処理の順に実行するため、外気温度およびシステム内部の温度状態によって消費エネルギを低減させることができ、凍結防止運転のコストが低減される。

更に説明を加える。制御部８のメモリ８ｍの所定のエリアには、通水マップおよび加熱マップが格納されている。通水マップは、外気温センサ３４で検知した外気温と水温とに応じて制御形態をマップ化したものである。図２に示すように、マップでは、外気温センサ３４で検知した外気温Ｔ４がＴｂ℃以上Ｔａ℃未満であるときにおける制御形態と、Ｔｂ℃未満であるときの制御形態とを分ける。更に、図２に示すように、通水マップでは、水温センサで検知した水温がＴｂ℃以上Ｔａ℃未満であるときにおける制御形態と、Ｔｂ℃未満であるときにおける制御形態とを分ける。ここで、Ｔａ℃＞Ｔｂ℃である。Ｔａ℃は凍結しない温度であり、例えば５℃が例示される。Ｔｂ℃は、凍結可能性が高い温度であり、０℃が例示される。

ここで、上記した通水マップに基づいて制御部８は次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の制御を実行する。

（ｉ）水温センサで検知した水温がＴｂ℃（凍結可能性が高い温度）以上、Ｔａ℃未満であり、且つ、外気温が高いとき
この場合、水温センサで検知した水温がＴｂ℃以上であり高めであるため、水温からみて凍結の緊急性が低い。更に、外気温センサ３４で検知した外気温Ｔ４も、Ｔｂ℃以上であり高めであるときには、外気温からみても、凍結の緊急性が低い。このため制御部８は、ポンプを間欠運転させるだけとする。

即ち、上記した水温センサが水温センサ３１であるとき、制御部８は、第１ポンプ５１を間欠運転させ、第１水循環ライン２１の水を間欠的に移動させ、第１水循環ライン２１の水の凍結を防止する。また、上記した水温センサが第２水温センサ３２および第３水温センサ３３のうち水温の低い方であるとき、制御部８は、第２ポンプ５２を間欠運転させ、第２水循環ライン２２の水を間欠的に移動させ、第２水循環ライン２２の水の凍結を防止する。

（ｉｉ）水温センサで検知した水温がＴｂ℃（凍結可能性が高い温度）未満であり低めであるとき
水温センサで検知した水温がＴｂ℃未満と低めであれば、凍結のおそれが高い。このため外気温センサ３４の検知温度に拘わらず、制御部８はポンプを連続運転させる。

即ち、第１水温センサ３１で検知した水温がＴｂ℃未満であるとき、外気温に拘わらず、制御部８は第１ポンプ５１を連続運転させ、第１水循環ライン２１の水を連続的に移動させ、第１水循環ライン２１の水の凍結を防止する。また第２水温センサ３２で検知した水温がＴｂ℃未満であるとき、外気温に拘わらず、制御部８は第２ポンプ５２を連続運転させ、第２水循環ライン２２の水を連続的に移動させ、第２水循環ライン２２の水の凍結を防止する。

（ｉｉｉ）水温センサで検知した水温がＴｂ℃（凍結可能性が高い温度）以上、Ｔａ℃未満と高めであっても、外気温が低いとき
この場合、水温が高いため、水温だけを考慮すると、本来的には凍結可能性が低いはずである。しかしながら外気温センサ３４で検知した外気温Ｔ４がＴｂ℃未満と低ければ、水温センサで検知した現在の水温が高くても、そろそろ凍結する可能性が高い。このため、第１水温センサ３１で検知した水温がＴｂ℃以上であり高めであったとしても、凍結可能性が高い。このため、制御部８は、水温センサによる水温よりも、外気温センサ３４による外気温を優先する。この結果、制御部８は、第１ポンプ５１を間欠運転ではなく、連続運転させ、第１水循環ライン２１の水を連続的に移動させ、第１水循環ライン２１の露出通路２１ｘの水の凍結を抑制する。ここで、水温センサにより検知した水温よりも外気温センサ３４により検知した外気温を優先する理由としては、水循環ラインの各部における水温が均一ではないため、つまり、水循環ラインの水が停止していること、部分により通路周辺の雰囲気が異なることが影響しており、特に、外気に露出している露出通路２１ｘは低温になり易いためである。

また、第２水温センサ３２または第３水温センサ３３で検知した水温がＴｂ℃以上であり高めであり、水温だけを考慮すると、凍結可能性が低いときであっても、制御部８は、第２ポンプ５２を間欠運転ではなく、連続運転させ、第２水循環ライン２２の水を連続的に移動させ、第２水循環ライン２２の水の凍結を抑制する。

なお、燃料電池システムの発電運転が終了した直後では、スタックシステム１１内の温度がまだ高く、スタックシステム１１内における第２循環ライン２２および第１循環ライン２１の水温は高い。この場合、水温だけをみると、凍結しない温度領域である。しかしながら水温が高くても、スタックシステム１１が設置されている屋外における外気温が低ければ、時間経過により、そろそろ凍結するおそれが高いといえる。凍結すると、ポンプの作動は困難となる。そこで、第２循環ライン２２および第１循環ライン２１の水温が高くても、外気温が低ければ、高い水温よりも、低い外気温を優先し、凍結防止運転を予め実行する。

図３はポンプの間欠作動の形態を示す。ＴＭ１は周期時間を示す。ＴＭ２は周期時間ＴＭ１内においてポンプがオンして作動しているオン時間を示す。第１ポンプ５１または第２ポンプ５２について、ＴＭ２は、第１水循環ライン２１の水がバイパス通路２１ｃを介して、第１水循環ライン２１を少なくとも１周する時間以上とすることが好ましい。ＴＭ２／ＴＭ１としては適宜選択できる。

第２ポンプ５２について、オン時間ＴＭ２は、第２水循環ライン２２の水が第２水循環ライン２２を少なくとも１周する時間以上とすることが好ましい。このようにすれば、第１ポンプ５１による水搬送により、第１水循環ライン２１の各部位における水温を平均化でき、第１水循環ライン２１における局所的凍結を防止するのに有利である。第２ポンプ５２による水搬送により、第２水循環ライン２２の各部位における水温を平均化でき、第２水循環ライン２２における局所的凍結を防止するのに有利である。

図４は加熱装置５５による加熱マップを示す。加熱マップに基づいて制御部８は（ａ）および（ｂ）を実行する。この場合、Ｔｃ＜Ｔｄであり、Ｔｃは例えば３℃、Ｔｄは例えば５℃とする。なお、Ｔｃ℃以上、Ｔｄ℃未満では、ヒステリシスとなっている。

（ａ）第１水温センサ３１で検知した水温がＴｃ℃未満であり、凍結可能性が高いとき、制御部８は、加熱装置５５をオンさせて発熱させる。即ち、第２水循環ライン２２の水は加熱装置５５により直接的に暖められる。第１水循環ライン２１の水は第１熱交換器４１を介して間接的に暖められる。これにより第１水循環ライン２１および第２水循環ライン２２の凍結は防止される。殊に、第１水循環ライン２１のうち外気により冷却され易い露出通路２１ｘの凍結が抑制される。

（ｂ）第１水温センサ３１で検知した水温がＴｄ以上であるとき、制御部８は、加熱装置５５をオフさせて発熱を停止させる。即ち、第１水循環ライン２１および第２水循環ライン２２の水の加熱は停止される。

この場合、なお、第２水温センサ３２および第３水温センサ３３のうちいずれか低い方の水温がＴｃ℃未満であり、凍結可能性が高いとき、制御部８は、加熱装置５５をオンさせて発熱させると共に、第２水温センサ３２および第３水温センサ３３のうちいずれか低い方の水温がＴｄ℃以上であるとき、加熱装置５５をオフさせることにしても良い。

なお本実施例によれば、貯湯槽１７に収容されている温水は凍結防止には使用しないため、貯湯槽１７の温水を追い炊きする処理が低減される。

図５は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。実施例１の構成に加えて、第２水循環ライン２２には第２熱交換器４２が設けられている。更に、スタックシステム１１内には第３水循環ライン２３が設けられている。第３水循環ライン２３は、第３循環路２３ａと、第３ポンプ５３と、第５水温センサ３５と、第３熱交換器４３（〜４３ｎ）とをもつ。第５水温センサ３５は第３水循環ライン２３の水温を検知する。第３熱交換器４３（〜４３ｎ）の数は特に限定されず、単数でも複数でも良い。第３熱交換器４３としては凝縮器が例示される。この凝縮器としては、酸化剤ガス中または燃料ガス中の水蒸気を凝縮するもの、図示されていない改質装置の改質ガス中や燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮するものが例示される。

本実施例においても、第１水温センサ３１の検知温度が低く、第１水循環ライン２１が凍結するおそれがあるときには、第１ポンプ５１を間欠的または連続的に作動させ、第１水循環ライン２１について凍結防止運転を実行する。更に第２ポンプ５２を間欠的または連続的に作動させると共に加熱装置５５を発熱させて第２水循環ライン２２について凍結防止運転を実行し、加熱装置５５で加熱された第２水循環ライン２２の水の熱を、第１熱交換器４１を介して、第１水循環ライン２１に受熱させても良い。

また第２水温センサ３２または第３水温センサ３３の検知温度が低く、第２水循環ライン２２が凍結するおそれがあるときには、第２ポンプ５２を間欠的または連続的に作動させ、第２水循環ライン２２について凍結防止運転を実行する。

また第５水温センサ３５の検知温度が低く、第３水循環ライン２３が凍結するおそれがあるときには、第３ポンプ５３を間欠的または連続的に作動させ、第３水循環ライン２３について凍結防止運転を実行する。このように制御部８は、第１水循環ライン２１、第２水循環ライン２２、第３水循環ライン２３のうち、凍結するおそれがあるラインについて凍結防止運転を個別的に実行する。

本実施例では、加熱装置５５がオンすれば、加熱装置５５が配置されている第２水循環ライン２２の水が加熱される。更に第１熱交換器４１による伝熱を介して、第１水循環ライン２１の水が加熱される。更に第２熱交換器４２による伝熱を介して、第３水循環ライン２３の水が加熱される。

図６は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。実施例１の構成に加えて、スタック１０に繋がる第２水循環ライン２２には、第２排水ライン２２０、第２排水バルブ２２１を介して第２排水タンク２２２が繋がれている。第２排水バルブ２２１が開弁すれば、第２水循環ライン２２の水は、第２排水ライン２２０を介して第２排水タンク２２２に排出される。

本実施例に係る凍結防止運転は、第１ポンプ５１および／第２ポンプ５２を間欠的に作動させることにより第１水循環ライン２１および／または第２水循環ライン２２の水を間欠的に移動させる第１処理と、第１ポンプ５１および／第２ポンプ５２を連続的に作動させることにより第１水循環ライン２１および／または第２水循環ライン２２の水を連続的に移動させる第２処理と、第１処理または第２処理を実行しつつ加熱装置５５を間欠的または連続的に作動させることにより第２水循環ライン２２の水、ひいては第１熱交換器４１を介して第１水循環ライン２１の水を加熱する第３処理と、排水弁２２１を開弁して第２水循環ライン２２の水を排水タンク２２２に排出する第４処理とを含む。

この場合、制御部８は、凍結可能性が高くなるにつれて、第１処理、第２処理、第３処理の順に実行する。第４処理は、凍結防止運転が不可である場合に実行される。第４処理が実行されたら、警告表示する。なお、第４処理が実行されたら、第２水循環ライン２２の水は排水タンク２２２に移動しているため、燃料電池システムの再運転時には、メンテナンス者が第２水循環ライン２２に給水する。あるいは、排水タンク２２２の水を排水タンク２２２から第２水循環ライン２２へ戻すため装置（ポンプとライン）を設けることができ、再運転可能と判断されたときには排水タンク２２２の水を当該装置により自動的に第２水循環ライン２２に戻す。

図７は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。実施例１の構成に加えて、第１水循環ライン２１には第２熱交換器４２が設けられている。更に、第２熱交換器４２を介して第３水循環ライン２３が設けられている。第３水循環ライン２３は第３ポンプ５３、第５水温センサ３５、第３熱交換器４３が設けられている。第３熱交換器４３（〜４３ｎ）の数は特に限定されず、単数でも複数でも良い。

スタック１０に繋がる第２水循環ライン２２には、第２排水ライン２２０、第２排水バルブ２２１を介して共通排水タンク２２５が繋がれている。第２排水バルブ２２１が開弁すると、第２水循環ライン２２の水は共通排水タンク２２５に排出される。第３水循環ライン２３には、第３排水ライン２３０、第３排水バルブ２３１を介して共通排水タンク２２５が繋がれている。第３排水バルブ２３１が開弁すると、第３水循環ライン２３の水は共通排水タンク２２５に排出される。

図８は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。本実施例においても、第１水循環ライン２１には、第１排水ライン２１０、第１排水バルブ２１１を介して第１排水タンク２１２が繋がれている。第２水循環ライン２２には、第２排水ライン２２０、第２排水バルブ２２１を介して第２排水タンク２２２が繋がれている。第３水循環ライン２３には、第３排水ライン２３０、第３排水バルブ２３１を介して第３排水タンク２３２が繋がれている。

凍結防止運転は、第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３の少なくとも一つを間欠的に作動させる第１処理と、第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３の少なくとも一つを連続的に作動させる第２処理と、第１処理または第２処理を実行しつつ加熱装置５５を間欠的または連続的に作動させる第３処理と、第１排水バルブ２１１、第２排水バルブ２２１、第３排水バルブ２３１を開弁させる第４処理とを含む。

この場合、制御部８は、凍結可能性が高くなるにつれて、第１処理、第２処理、第３処理の順に実行する。

第１水循環ライン２１の水は、貯湯槽１７に貯める飲食可能な水（一般的には水道水）である。第２水循環ライン２２の水はスタック１０内を流れるため、水道水ではなく、純水または純水に近い水である。このように第１水循環ライン２１、第２水循環ライン２２、第３水循環ライン２３の水の用途が必ずしも同一でない。ここで、第１排水タンク２１２、第２排水タンク２２２、第３排水タンク２３２は、互いに個別に独立して設けられている。このため、第１排水タンク２１２、第２排水タンク２２２、第３排水タンク２３２に貯められている水を再利用するのに有利である。

本実施例は図１、図５、図６、図７、図８のシステム図をそれぞれ準用することができる。本実施例によれば、次の制御形態が採用される。

（制御形態１）ポンプ（第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３）を作動させる基準温度としては第１水温センサ３１の検知温度とする。場合によっては、第２水温センサ３２、第３水温センサ３３、第５水温センサ３５の検知温度を基準としても良い。加熱装置５５をオンオフさせる基準温度としては、第２水循環ライン２２のスタック１０の出口側の水温を検知する第３水温センサ３３の検知温度とする。

（制御形態２）ポンプ（第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３）を作動させる基準温度としては、第１水温センサ３１の検知温度とする。場合によっては、第２水温センサ３２、第３水温センサ３３、第５水温センサ３５の検知温度を基準としても良い。加熱装置５５をオンオフさせる基準温度としては、第２水温センサ３２の検知温度および第３水温センサ３３の検知温度のうちの低い方とする。

（制御形態３）ポンプ（第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３）を作動させる基準温度としては、第１水温センサ３１の検知温度とする。場合によっては、第２水温センサ３２、第３水温センサ３３、第５水温センサ３５の検知温度を基準としても良い。加熱装置５５をオンオフさせる基準温度としては、第１水循環ライン２１の水温を検知する第１水温センサ３１の検知温度とする。

（制御形態４）ポンプ（第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３）を作動させる基準温度としては、第１水温センサ３１の検知温度、第２水温センサ３２の検知温度、第３水温センサ３３の検知温度、第５水温センサ３５の検知温度のうち、最も低い温度とする。このように最も低い温度が基準であれば、凍結のおそれが少なくなる。更に、加熱装置５５をオンオフさせる基準温度としては、第３水温センサ３３の検知温度とする。

（制御形態５）ポンプ（第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３）を作動させる基準温度としては、第１水温センサ３１の検知温度、第２水温センサ３２の検知温度、第３水温センサ３３の検知温度、第５水温センサ３５の検知温度のうち、最も低い温度とする。更に、加熱装置５５をオンオフさせる基準温度としては、第２水温センサ３２の検知温度、第３水温センサ３３の検知温度のうちの低い方の温度とする。上記したように最も低い温度が基準であれば、凍結のおそれが少なくなる。

（制御形態６）ポンプ（第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、第３ポンプ５３）を作動させる基準温度としては、第１水温センサ３１の検知温度、第２水温センサ３２の検知温度、第３水温センサ３３の検知温度、第５水温センサ３５の検知温度のうち、最も低い温度とする。加熱装置５５をオンオフさせる基準温度としては第１水温センサ３１とする。

図９は実施例７を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。図１の実施例、図５の実施例、図６の実施例、図７の実施例、図８の実施例を準用することができる。

図９は制御部８が実行する制御のフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。図９に示すように、燃料電池システムは待機状態とされている。ここで、待機状態とは、燃料電池システムの発電運転、発電運転前の起動運転、発電運転後の終了運転といった運転以外の状態をいう。例えば、燃料電池システムが異状停止したときには、最終的に待機状態に移行する。

先ず、燃料電池システムの待機状態（ステップＳ２）において、外気温センサ３４の検知温度を読み込み、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ（例えば５℃）未満であるか判定する（ステップＳ４）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ以上であれば（ステップＳ４のＮＯ）、凍結するおそれがないと判定されるので、凍結防止運転を実行せずとも良く、燃料電池システムの待機状態を継続する（ステップＳ２）。

外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ未満であれば（ステップＳ４のＹＥＳ）、凍結するおそれがあるため、前記した通水マップおよび加熱マップに従い、凍結防止運転を実行する（ステップＳ６）。また凍結防止運転中に、燃料電池システムが起動指示されているか否か判定する（ステップＳ８）。燃料電池システムが起動指示されていなければ（ステップＳ８のＮＯ）、凍結のおそれがあるため、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えているか否か判定する（ステップＳ１０）。

外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていなければ（ステップＳ１０のＮＯ）、凍結するおそれがあるため、マップに従い、凍結防止運転を継続する（ステップＳ６）。ここで、しきい値温度Ｔｅは、凍結防止運転解除の可否を判断する温度である。しきい値温度Ｔｅは、しきい値温度Ｔａと等しくしても良いが、しきい値温度Ｔａよりも高いことが好ましい。

外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていれば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、凍結するおそれが無いため、凍結防止運転を終了し（ステップＳ１２）、待機状態に戻る（ステップＳ２）。

ステップＳ８における判定の結果、燃料電池システムが起動指示されていれば（ステップＳ８のＹＥＳ）、凍結防止運転を終了し（ステップＳ３０）、システムの起動を開始する（ステップＳ３２）。燃料電池システムが起動すれば、スタック１０は発電反応により発熱して水温が上昇する。更に、第２ポンプ５２が作動し第２水循環ライン２２の水が移動すると共に、第１ポンプ５１が作動し第１水循環ライン２１の水が移動するため、凍結が防止される。なお、第３ポンプ５３が設けられている場合には、第３ポンプ５３が作動し、第３水循環ライン２３の水が移動する。

図１０は実施例８を示す。図１の実施例、図５の実施例、図６の実施例、図７の実施例、図８の実施例を準用することができる。図１０は制御部８が実行するフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。本実施例によれば、燃料電池システムが何らかの原因で異状停止した後、凍結防止運転を実行可能か否かの判定を行う。以下、説明を加える。

燃料電池システムが起動指示されたときには、異状停止がシステム起動に問題がないか判定し、問題がなければシステムの起動を開始し、問題があればユーザーに警告すると共に異状停止する。燃料電池システムが異状停止すると、燃料電池システムは待機状態（ステップＳ２Ｂ）とされる。そして燃料電池システムの待機状態（ステップＳＢ２）において、外気温センサ３４の検知温度を読み込み、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ未満であるか判定する（ステップＳＢ４）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ以上であれば（ステップＳＢ４のＮＯ）、凍結のおそれが無いため、待機状態（ステップＳＢ２）を維持する。またステップＳＢ４における判定の結果、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ未満であれば（ステップＳＢ４のＹＥＳ）、凍結のおそれが有るため、それぞれの水循環ラインについて、凍結防止運転を実行可能か否かの判定を行う（ステップＳＢ６）。従ってステップＳＢ６は、燃料電池システムの異状停止後において、それぞれの水循環ラインについて凍結防止運転の実行の可否を判定する判定手段として機能する。

例えば、第２水循環ライン２２における水漏れが原因で、燃料電池システムが異状停止している場合には、加熱装置５５がオンすると、第２水循環ライン２２の水を加熱できないばかりか、加熱装置５５周辺が過剰に加熱されるおそれがある。この場合、凍結防止運転（前記した第１処理、第２処理）を実行しない方が好ましい。また第１水循環ライン２１における水漏れが原因で、燃料電池システムが異状停止している場合には、第１ポンプ５２がオンすると、第１ポンプ５２が空運転するおそれがある。この場合、凍結防止運転（前記した第１処理、第２処理）を実行しない方が好ましい。

例えば、スタック１０の発電運転中に第２水循環ライン２２から水漏すると、スタック１０の温度が過剰に昇温する。このためスタック１０の温度の過剰上昇により、第２水循環ライン２２における水漏が検知され、凍結防止運転可能ではないと判定される。例えば、スタック１０の発電運転中に第１水循環ライン２１から水漏すると、第１熱交換器４１による熱交換機能が低下し、スタック１０の出口側の第３水温センサ３３の検知温度と、スタック１０の入口側の第２水温センサ３２の検知温度とが近づくため、第１水循環ライン２１から水漏が検知され、凍結防止運転可能ではないと判定される。

そこで凍結防止運転可能でなければ、ステップＳＢ６から待機状態に戻る（ステップＳＢ２）。凍結防止運転可能でないときには、ユーザに警告表示することが好ましい。即ち、ステップＳＢ６における判定の結果、凍結防止運転が実行可能でなければ（ステップＳＢ６のＮＯ）、燃料電池システムは待機状態に維持される（ステップＳＢ２）。

これに対して、ステップＳＢ６における判定の結果、凍結防止運転が実行可能であれば（ステップＳＢ６のＹＥＳ）、通水マップおよび加熱マップに従い、凍結防止運転を実行する（ステップＳＢ８）。従ってステップＳＢ８は、異状停止後において凍結防止運転の実行が可と判定されるとき、凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段として機能する。

また、凍結防止運転中に、システムが起動指示されているか否か判定する（ステップＳＢ１０）。システムが起動指示されていなければ（ステップＳＢ１０のＮＯ）、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えているか否か判定する（ステップＳＢ１２）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていなければ（ステップＳＢ１２のＮＯ）、凍結するおそれがあるため、通水マップおよび加熱マップに従い、凍結防止運転を継続する（ステップＳＢ８）。また、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていれば（ステップＳＢ１２のＹＥＳ）、凍結するおそれが無いため、凍結防止運転を終了し（ステップＳＢ１４）、待機状態に戻る（ステップＳＢ２）。

ステップＳＢ１０における判定の結果、システムが起動指示されていれば（ステップＳＢ１０のＹＥＳ）、凍結防止運転を終了し（ステップＳＢ３０）、システムの起動を開始する（ステップＳＢ３２）。本実施例によれば、制御部８は、複数の第１水循環ライン２１、第２水循環ライン２２（および第３水循環ライン２３）のうち、水漏れ等がなく正常と判定されるラインを判定し、正常と判定される水循環ラインについて、凍結防止運転を実行することができる。

図１１は実施例９を示す。図１の実施例、図５の実施例、図６の実施例、図７の実施例、図８の実施例を準用することができる。図１１は制御部８が実行するフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。本実施例においても、燃料電池システムが異状停止した後、各水循環ラインについて、凍結防止運転を実行可能か否かの判定を行う。以下、説明を加える。

燃料電池システムが異状停止した後、燃料電池システムは待機状態とされている。そして、待機状態（ステップＳＣ２）において、外気温センサ３４の検知温度を読み込み、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ未満であるか判定する（ステップＳＣ４）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ未満であれば（ステップＳＣ４のＹＥＳ）、凍結するおそれがあるため、凍結防止運転を実行可能か否かの判定を行う。

即ち、第１水循環ライン２１における水漏れ等の不具合が無く、第１水循環ライン２１の第１ポンプ５１が作動可能か否か判定する、つまり、第１水循環ライン２１が正常か否か判定する（ステップＳＣ６）。従って、このステップＳ６は、第１ポンプ５１（水搬送手段）の作動が可能か否か、つまり、第１水循環ライン２１が正常か否かを判定する第１判定手段として機能する。

ここで、第１水循環ライン２１に不具合があり、燃料電池システムが異状停止している場合には、第１ポンプ５１は作動しないほうが好ましいため、第１ポンプ５１を作動させず（ステップＳＣ６のＮＯ）、待機状態に戻る（ステップＳ２Ｃ）。

ステップＳＣ６における判定の結果、第１水循環ライン２１が正常で第１ポンプ５１が作動可能であれば（ステップＳＣ６のＹＥＳ）、ステップＳＣ８に進む。ステップＳＣ８では、加熱装置５５が作動可能であるか否か、つまり、加熱装置５５をもつ第２水循環ライン２２が正常か否か判定する。従って、このステップＳＣ８は、第２水循環ライン２２の加熱装置５５の作動が可能か否かを判定する、つまり、第２水循環ライン２２が正常か否かを判定する第２判定手段として機能する。

第２水循環ライン２２に不具合があり、燃料電池システムが異状停止している場合には、加熱装置５５が作動しない方が好ましい。

加熱装置５５が作動可能でないとき（ステップＳＣ８のＮＯ）、通水マップに従い、凍結防止運転を実行する（ステップＳＣ１０）。この凍結防止運転では、ポンプを作動させるものの加熱装置５５を作動させない。ステップＳＣ１０は、異状停止後において第１ポンプ５１による凍結防止運転の実行が可と判定されるとき、第１ポンプ５１による凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段として機能する。

このような凍結防止運転中に、システムが起動指示されているか否か判定する（ステップＳＣ１２）。システムが起動指示されていれば（ステップＳＣ１２のＹＥＳ）、凍結防止運転を終了する（ステップＳＣ３０）と共に、システムが起動を開始する（ＳＣ３２）。ここで、システムが起動すれば、燃料電池システムの発電運転が実行されるので、第１ポンプ５１および第２ポンプ５２が作動して水が移動して凍結が防止されるため、凍結防止運転を終了する。

燃料電池システムが起動指示されていなければ（ステップＳＣ１２のＮＯ）、凍結するおそれがあるため、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えているか否か判定する（ステップＳＣ１４）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていなければ（ステップＳＣ１４のＮＯ）、凍結するおそれがあるため、通水マップ（加熱マップは使用しない）に従い、凍結防止運転を継続する（ステップＳＣ１０）。また、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていれば（ステップＳＣ１４のＹＥＳ）、外気温Ｔ４が高くて凍結するおそれがないため、凍結防止運転を終了し（ステップＳＣ１６）、待機状態に戻る（ステップＳＣ２）。

ステップＳＣ８における判定の結果、加熱装置５５が作動可能であれば（ステップＳＣ２０のＹＥＳ）、通水マップおよび加熱マップに従い、凍結防止運転を実行する（ステップＳＣ２０）。この場合、凍結するおそれが高ければ、加熱装置５５を作動させる。従ってステップＳＣ２０は、異状停止後において加熱装置およびポンプによる凍結防止運転の実行が可と判定されるとき、加熱装置およびポンプによる凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段として機能する。

そして、このような凍結防止運転中に、システムが起動指示されているか否か判定する（ステップＳＣ２２）。システムが起動指示されていなければ（ステップＳＣ２２のＮＯ）、凍結するおそれがあるため、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えているか否か判定する（ステップＳＣ２４）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていなければ（ステップＳＣ２４のＮＯ）、外気温が低下しており、凍結するおそれがあるため、通水マップおよび加熱マップに従い、凍結防止運転を継続する（ステップＳＣ２０）。また、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていれば（ステップＳＣ２４のＹＥＳ）、外気温Ｔ４が高くて凍結するおそれがないため、凍結防止運転を終了し（ステップＳＣ１６）、待機状態に戻る（ステップＳＣ２）。

上記したように本実施例によれば、ポンプの作動が可能か否かの判定（ステップＳＣ６）と、加熱装置５５の作動が可能か否かの判定（ステップＳＣ８）とを分割している。このため加熱装置５５の作動ができず、第３処理による凍結防止運転を実行できないときであっても、第１ポンプ５１および第２ポンプ５２を作動させて第１処理および第２処理による凍結防止運転を実行することができる。

図１２は実施例１０を示す。図１の実施例、図５の実施例、図６の実施例、図７の実施例、図８の実施例を準用することができる。図１２は制御部８が実行するフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。本実施例においても、燃料電池システムが異状停止した後、凍結防止運転を実行可能か否かの判定を行う。以下、説明を加える。

燃料電池システムが異状停止した後、燃料電池システムが待機状態（ステップＳＤ２）とされている。そして、待機状態（ステップＳＤ２）において、外気温センサ３４の検知温度を読み込み、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ未満であるか判定する（ステップＳＤ４）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔａ未満であれば（ステップＳＤ４のＹＥＳ）、凍結防止運転を実行することが好ましい。そこで、燃料電池システムの環境が異状範囲にあるか否かの判定を行う（ステップＳＤ６）。ステップＳ６における判定の結果、燃料電池システムが異状範囲にあると判定されるときには（ステップＳＤ６のＹＥＳ）、待機状態を継続する（ステップＳＤ２）。

そして、システムが異状範囲を逸脱して正常範囲に復帰していたと、制御部８により判定されるとき（ステップＳＤ６のＮＯ）には、凍結防止運転を実行する（ステップＳＤ８）。例えば、しきい値濃度を超えるガス（燃料電池に使用されるガス、図示されていない改質装置の改質部に供給される改質用燃料ガス、改質装置の燃焼部に供給される燃焼用燃料ガス等）をスタックシステム１１内のガスセンサ９０が少しでも検知したとき、安全性を考慮し、制御部８は、燃料電池システムを一旦異状停止させる。しかし、その後の事情によりスタックシステム１１内のガス濃度が低下するような場合には、つまり、スタックシステム１１内のガス濃度がしきい値濃度未満であることをガスセンサが確認した場合には、システムが異状範囲を逸脱したと制御部８は判定し（ステップＳＤ６のＮＯ）、つまり、凍結防止運転することは支障がないと判定し、凍結防止運転を実行する（ステップＳＤ８）。更には、スタックシステム１１の内部においてある部位の温度が高温となって一旦異状停止するときにおいても、その後、温度が降下して異状範囲を逸脱して正常範囲に復帰していると判定されれば（ステップＳＤ６のＮＯ）、凍結防止運転を実行する（ステップＳＤ８）。

このような凍結防止運転中に、システムが起動指示されているか否か判定する（ステップＳＤ１０）。システムが起動指示されていれば（ステップＳＤ１０のＹＥＳ）、凍結防止運転を終了し（ステップＳＤ３０）、システムの起動を開始する（ステップＳＤ３２）。燃料電池システムが起動指示されていなければ（ステップＳＤ１０のＮＯ）、外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えているか否か判定する（ステップＳＤ１２）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていなければ（ステップＳＤ１４のＮＯ）、凍結するおそれがあるため、通水マップに従い、凍結防止運転を継続する（ステップＳＤ８）。外気温Ｔ４がしきい値温度Ｔｅを超えていれば（ステップＳＤ１４のＹＥＳ）、凍結するおそれがないため、凍結防止運転を終了し（ステップＳＤ１４）、待機状態に戻る（ステップＳＤ２）。

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。スタックシステム１１と貯湯槽ユニット１６とが一体化されているものでも良い。

本発明は定置用、車両用、電気機器用、電子機器用の燃料電池システムに利用できる。

実施例１に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例１に係り、ポンプマップを示す構成図である。 実施例１に係り、ポンプの作動形態を示すグラフである。 実施例１に係り、加熱装置マップを示す構成図である。 実施例２に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例３に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例４に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例５に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例７に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例８に係り、燃料電池システムを示す構成図である。 実施例９に係り、制御部が実行するフローチャートである。 実施例１０に係り、制御部が実行するフローチャートである。

符号の説明

１０はスタック、１１はスタックシステム、１６は貯湯槽ユニット、１７は貯湯槽、２は水循環ライン、２１は第１水循環ライン、２１ｘは露出通路、２２は第２水循環ライン、２３は第３水循環ライン、３４は外気温センサ（外気温検知手段）、３１、３２、３３、３５は水温センサ（水温検知手段）、５１、５２、５３はポンプ（水搬送手段）、８は制御部を示す。

Claims (9)

1. 燃料電池のスタックと、
   前記スタックの熱を直接的または間接的に受熱する冷却水が流れる循環路と前記循環路内の水を循環させる水搬送手段とをもつ水循環ラインと、
   外気温を直接的又は間接的に検知する外気温検知手段と、
   前記水循環ラインの水温を直接的又は間接的に検知する水温検知手段と、
   前記外気温検知手段で検知された外気温と、前記水温検知手段で検知された前記水循環ラインの水温とに応じて、前記水循環ラインの凍結防止運転を実行する制御部とを具備していることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。
2. 請求項１において、前記制御部は、前記水温検知手段により検知された水温では凍結可能性が低いときにおいて、前記外気温検知手段により検知された外気温では凍結可能性があるとき、前記水温検知手段による水温よりも前記外気温検知手段による外気温を優先し、前記凍結防止運転することを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。
3. 請求項１または２において、前記制御部は、燃料電池システムの発電運転が停止しているとき、燃料電池システムの停止後において前記凍結防止運転の実行の可否を判定する判定手段と、停止後において前記凍結防止運転の実行が可と判定されるとき前記凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。
4. 請求項３において、前記水循環ラインの水を加熱する加熱装置が設けられており、前記判定手段は、前記水搬送手段の作動が可能か否かを判定する第１判定手段と、前記加熱装置の作動が可能か否かを判定する第２判定手段とを備えており、
   前記凍結防止運転実行手段は、前記水搬送手段の作動が可能であり、且つ、前記加熱装置の作動が可能でないとき、前記加熱装置を非作動とし前記水搬送手段を作動させ、且つ、
   前記水搬送手段の作動が可能であり、且つ、前記加熱装置の作動が可能であるとき、前記加熱装置および前記水搬送手段を作動させることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。
5. 請求項１または２において、前記制御部は、燃料電池システムの発電運転が異状原因で停止しているとき、燃料電池システムの異状原因が解消されたか否かを判定する判定手段と、前記異状原因が解消されたと判定されるとき、前記凍結防止運転を実行する凍結防止運転実行手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記水循環ラインは複数設けられており、前記制御部は、複数の前記水循環ラインのうち正常と判定されるラインについて前記凍結防止運転を実行し、複数の前記水循環ラインのうち正常と判定されないラインについて前記凍結防止運転を実行しないことを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。
7. 請求項１〜６のうちのいずれか一項において、前記水循環ラインは、貯湯槽に連通可能な第１水循環ラインと、前記スタックの内部を水が流れる第２水循環ラインと、前記第１水循環ラインの水と前記第２水循環ラインの水とを熱交換する熱交換器とを備えており、更に、
   前記第１水循環ラインは第１排水バルブを介して第１排水タンクに繋がり、前記第２水循環ラインは第２排水バルブを介して第２排水タンクに繋がり、前記第１排水タンクおよび前記第２排水タンクは個別に配置されていることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。
8. 請求項４において、前記凍結防止運転は、前記水搬送手段を間欠的に作動させることにより前記水循環ラインの水を間欠的に移動させる第１処理と、前記水搬送手段を連続的に作動させることにより前記水循環ラインの水を連続的に移動させる第２処理と、前記加熱装置を間欠的または連続的に作動させることにより前記水循環ラインの水を加熱する第３処理とのうちの１種または２種以上を含む燃料電池システムの凍結防止装置。
9. 請求項８において、前記第１処理において、前記水搬送手段が一回作動する時間は、前記水循環ラインの水が前記水循環ラインを少なくとも１周する時間であることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止装置。

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