JP2019129021A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2019129021A JP2018008593A JP2018008593A JP2019129021A JP 2019129021 A JP2019129021 A JP 2019129021A JP 2018008593 A JP2018008593 A JP 2018008593A JP 2018008593 A JP2018008593 A JP 2018008593A JP 2019129021 A JP2019129021 A JP 2019129021A
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Abstract

【課題】水経路に異常がある場合の凍結防止に有利な燃料電池システムを提供する。【解決手段】本開示の燃料電池システム(1a)は、燃料電池(10)と、第一タンク(21)と、第一水経路(31)と、改質器(11)と、第二タンク(22)と、第二水経路(32)と、第三水経路(33)と、ヒータ(40)と、筐体(50)と、制御器(60)とを備える。ヒータ(40)は、第一タンク(21)の内部に配置されている。制御器(60)は、第一水経路(31)、第二水経路(32)、及び第三水経路(33)の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、第一水経路(31)及び第二水経路(32)の少なくとも1つに異常があると判断したときに、第一出力よりも高い第二出力でヒータ(40)を発熱させる。第一タンク(21)からの放熱により筐体(50)の内部空間が暖気される。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which is advantageous in preventing freezing when there is an abnormality in a water path. A fuel cell system (1a) of the present disclosure includes a fuel cell (10), a first tank (21), a first water path (31), a reformer (11), and a second tank. (22), a second water path (32), a third water path (33), a heater (40), a housing (50), and a controller (60). The heater (40) is arranged inside the first tank (21). The controller (60) may freeze at least one of the first water path (31), the second water path (32), and the third water path (33), and the first water path (31). And when it is determined that at least one of the second water paths (32) is abnormal, the heater (40) is caused to generate heat with the second output higher than the first output. The internal space of the housing (50) is warmed up by the heat radiation from the first tank (21). [Selection diagram] Figure 1

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。   The present disclosure relates to a fuel cell system.

従来、燃料電池システムでは、燃料の改質に水が用いられ、冷却水を用いて燃料電池が冷却されることもある。このため、燃料電池システムを気温の低い場所に設置した場合に水が凍結してしまう可能性があり、寒冷地方に適用可能な燃料電池システムが提案されている。   Conventionally, in a fuel cell system, water is used for fuel reforming, and the fuel cell is sometimes cooled using cooling water. For this reason, when the fuel cell system is installed at a low temperature location, water may be frozen, and a fuel cell system applicable to cold regions has been proposed.

例えば、特許文献1には、筐体の内部空間を加熱する加熱手段を備えた燃料電池システムが記載されている。加熱手段は筐体の底面側に配置されており、加熱手段からの熱を筐体の内部空間全体に自然対流させることができる。加熱手段は、例えばシーズヒータである。   For example, Patent Document 1 describes a fuel cell system including a heating unit that heats the internal space of a housing. The heating means is disposed on the bottom surface side of the casing, and heat from the heating means can be naturally convected to the entire internal space of the casing. The heating means is, for example, a sheathed heater.

国際公開第2009/034997号(図2)International Publication No. 2009/034997 (Figure 2)

特許文献1に記載の技術によれば、燃料電池システムの水経路に異常がある場合の凍結防止処理について何ら検討されていない。そこで、本開示は、燃料電池システムの水経路に異常がある場合に水経路の凍結を防止する観点から有利な燃料電池システムを提供する。   According to the technique described in Patent Literature 1, no consideration has been given to freeze prevention processing when there is an abnormality in the water path of the fuel cell system. Therefore, the present disclosure provides a fuel cell system that is advantageous from the viewpoint of preventing freezing of the water path when the water path of the fuel cell system is abnormal.

本開示は、
燃料電池と、
前記燃料電池で発生した熱を回収する水を貯留する第一タンクと、
前記燃料電池と前記第一タンクとの間を循環する水が流れる第一水経路と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留する第二タンクと、
前記第二タンクと前記改質器及び前記第一タンクとを接続するとともに、前記改質器に供給される水の流れと前記第一タンクに供給される水の流れとが分岐する分岐点を有する第二水経路と、
前記第二水経路において前記分岐点と前記改質器との間に配置された第一開閉弁と、
前記第一タンクからオーバーフローした水を第二タンクに導く第三水経路と、
前記第一タンクの内部に配置されたヒータと、
前記第一水経路に配置され、前記燃料電池と前記第一タンクとの間で水を循環させる第一水供給器と、
前記第二水経路に配置され、前記第二タンクに貯留された水を前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに送る第二水供給器と、
前記燃料電池、前記第一タンク、前記第一水経路、前記改質器、前記第二タンク、前記第二水経路、及び前記第三水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路及び前記第二水経路の少なくとも1つに異常があると判断したときに、前記第一水経路及び前記第二水経路が正常なときの前記第一水経路及び前記第二水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記第一タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気する、
燃料電池システムを提供する。
The present disclosure
A fuel cell;
A first tank for storing water for recovering heat generated by the fuel cell;
A first water path through which water circulating between the fuel cell and the first tank flows;
A reformer that generates the fuel gas from raw material gas and water;
A second tank for storing water to be supplied to the reformer;
A branch point that connects the second tank, the reformer, and the first tank, and branches off the flow of water supplied to the reformer and the flow of water supplied to the first tank. A second water path,
A first on-off valve disposed between the branch point and the reformer in the second water path;
A third water path for leading water overflowing from the first tank to the second tank;
A heater disposed inside the first tank;
A first water supplier that is disposed in the first water path and circulates water between the fuel cell and the first tank;
A second water supplier that is disposed in the second water path and sends water stored in the second tank to at least one of the reformer and the first tank;
A housing for housing the fuel cell, the first tank, the first water path, the reformer, the second tank, the second water path, and the third water path;
And a controller,
The controller may cause at least one of the first water path, the second water path, and the third water path to freeze, and at least one of the first water path and the second water path. From the first output of the heater for preventing freezing of the first water path and the second water path when the first water path and the second water path are normal. Heat the heater with a high second output and heat the internal space of the housing by heat radiation from the first tank,
Provide a fuel cell system.

本開示の燃料電池システムは、水経路に異常がある場合に水経路の凍結を防止するのに有利である。   The fuel cell system of the present disclosure is advantageous for preventing freezing of the water path when there is an abnormality in the water path.

図1は、本開示の燃料電池システムの一例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the present disclosure. 図2は、本開示の燃料電池システムの凍結防止処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of the antifreeze processing of the fuel cell system of the present disclosure. 図3は、本開示の燃料電池システムの凍結防止処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of the antifreeze processing of the fuel cell system of the present disclosure. 図4は、本開示の燃料電池システムの別の一例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram illustrating another example of the fuel cell system according to the present disclosure. 図5は、本開示の燃料電池システムの凍結防止処理の別の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing another example of the antifreeze processing of the fuel cell system of the present disclosure. 図6は、本開示の燃料電池システムのさらに別の一例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing still another example of the fuel cell system of the present disclosure. 図7は、本開示の燃料電池システムの凍結防止処理のさらに別の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating still another example of the freeze prevention process of the fuel cell system according to the present disclosure. 図8は、本開示の燃料電池システムの凍結防止処理のさらに別の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating yet another example of the freeze prevention process of the fuel cell system according to the present disclosure. 図9は、本開示の燃料電池システムのさらに別の一例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram illustrating still another example of the fuel cell system according to the present disclosure. 図10は、本開示の燃料電池システムの凍結防止処理のさらに別の一例を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating yet another example of the freeze prevention process of the fuel cell system according to the present disclosure.

(本開示の基礎となった知見)
燃料電池システムにおいて水経路が凍結するおそれがあるときに、凍結防止のための処理は筐体の底面側に配置されたヒータを発熱させることだけとは限らない。例えば、水経路に配置されたポンプ等の水供給器を作動させて水経路において水を移動させ、凍結防止を実現することも考えられる。加えて、タンクに貯留された水をタンクの内部に配置されたヒータによって加熱し、水供給器を作動させてヒータによって加熱されたタンクの内部の水を水経路に流すことも考えられる。しかし、水供給器を作動させて水経路の凍結を防止する燃料電池システムでは、水供給器の故障等の理由により水経路に異常があると、水経路の凍結を適切に防止できない可能性がある。そこで、本発明者らは、水経路に異常がある場合にも水経路の凍結を防止できる技術について日夜検討を重ね、本開示の燃料電池システムを案出した。加えて、本発明者らは、タンクの内部に配置されたヒータに異常がある場合に水経路の凍結を防止できる燃料電池システムをも案出した。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
When there is a possibility that the water path is frozen in the fuel cell system, the processing for preventing freezing is not limited to heating the heater disposed on the bottom side of the casing. For example, it is also conceivable to realize freeze prevention by operating a water supply device such as a pump arranged in the water path to move water in the water path. In addition, it is also conceivable that the water stored in the tank is heated by a heater disposed inside the tank, and the water inside the tank heated by the heater is caused to flow through the water path by operating the water supply device. However, in a fuel cell system that operates the water supply device to prevent the water channel from freezing, there is a possibility that the water channel may not be properly frozen if there is an abnormality in the water channel due to a failure of the water supply device. is there. Therefore, the present inventors have repeatedly studied day and night on a technique that can prevent freezing of the water path even when there is an abnormality in the water path, and devised the fuel cell system of the present disclosure. In addition, the present inventors have also devised a fuel cell system that can prevent the water path from freezing when the heater disposed inside the tank has an abnormality.

本開示の第1態様に係る燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池で発生した熱を回収する水を貯留する第一タンクと、
前記燃料電池と前記第一タンクとの間を循環する水が流れる第一水経路と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留する第二タンクと、
前記第二タンクと前記改質器及び前記第一タンクとを連通させるとともに、前記改質器に供給される水の流れと前記第一タンクに供給される水の流れとが分岐する分岐点を有する第二水経路と、
前記第二水経路において前記分岐点と前記改質器との間に配置された第一開閉弁と、
前記第一タンクからオーバーフローした水を第二タンクに導く第三水経路と、
前記第一タンクの内部に配置されたヒータと、
前記第一水経路に配置され、前記燃料電池と前記第一タンクとの間で水を循環させる第一水供給器と、
前記第二水経路に配置され、前記第二タンクに貯留された水を前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに送る第二水供給器と、
前記燃料電池、前記第一タンク、前記第一水経路、前記改質器、前記第二タンク、前記第二水経路、及び前記第三水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路及び前記第二水経路の少なくとも1つに異常があると判断したときに、前記第一水経路及び前記第二水経路が正常なときの前記第一水経路及び前記第二水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記第一タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気するものである。
The fuel cell system according to the first aspect of the present disclosure includes:
A fuel cell;
A first tank for storing water for recovering heat generated by the fuel cell;
A first water path through which water circulating between the fuel cell and the first tank flows;
A reformer for generating the fuel gas from a raw material gas and water;
A second tank for storing water to be supplied to the reformer;
The second tank communicates with the reformer and the first tank, and has a branch point where the flow of water supplied to the reformer and the flow of water supplied to the first tank branch. A second water path,
A first on-off valve disposed between the branch point and the reformer in the second water path;
A third water path for leading water overflowing from the first tank to the second tank;
A heater disposed inside the first tank;
A first water supplier that is disposed in the first water path and circulates water between the fuel cell and the first tank;
A second water supplier that is disposed in the second water path and sends water stored in the second tank to at least one of the reformer and the first tank;
A housing for housing the fuel cell, the first tank, the first water path, the reformer, the second tank, the second water path, and the third water path;
And a controller,
The controller may cause at least one of the first water path, the second water path, and the third water path to freeze, and at least one of the first water path and the second water path. From the first output of the heater for preventing freezing of the first water path and the second water path when the first water path and the second water path are normal. The heater is heated with a high second output, and the internal space of the housing is warmed by heat radiation from the first tank.

本開示の第1態様によれば、第一水経路、第二水経路、及び第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、第一水経路及び第二水経路の少なくとも1つに異常があるときに、第二出力でヒータが発熱する。ヒータが高い出力で発熱するので、ヒータによって加熱された水が貯留された第一タンクからの放熱が筐体の内部空間の広い範囲に及ぶ。これにより、第一水経路及び第二水経路の少なくとも1つに異常があったとしても、第一水経路、第二水経路、及び第三水経路の凍結を有利に防止できる。なお、特許文献1に記載の技術では、加熱手段は、タンクに貯留された水を加熱しているわけではない。   According to the first aspect of the present disclosure, at least one of the first water path, the second water path, and the third water path may freeze, and at least one of the first water path and the second water path is abnormal. When there is, the heater generates heat with the second output. Since the heater generates heat at a high output, the heat radiation from the first tank in which the water heated by the heater is stored extends over a wide range of the internal space of the housing. Thereby, even if there is an abnormality in at least one of the first water path and the second water path, freezing of the first water path, the second water path, and the third water path can be advantageously prevented. In the technique described in Patent Document 1, the heating means does not necessarily heat the water stored in the tank.

本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係る燃料電池システムでは、前記筐体の内部若しくは前記筐体の外部の空気の温度又は前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つにおける水の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記制御器は、前記温度センサが第一温度以下であることを検出したときに、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあると判断する。第2態様によれば、制御器は、温度センサによる検出結果に基づいて、第一水経路、第二水経路、及び第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあることを適切に判断できる。   In the second aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the first aspect, the temperature of the air inside the casing or outside the casing, or the first water path, the second water path, and the The system further comprises a temperature sensor for detecting the temperature of water in at least one of the third water paths, wherein the controller detects that the temperature sensor is below the first temperature, the first water path, It is determined that at least one of the second water path and the third water path may freeze. According to the second aspect, the controller can appropriately determine that at least one of the first water path, the second water path, and the third water path may freeze based on the detection result by the temperature sensor. .

本開示の第3態様において、例えば、第1態様又は第2態様に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路に異常があるとともに前記第二水経路が正常であると判断したときに、前記第二出力で前記ヒータを発熱させ、かつ、前記第一開閉弁を閉じて前記第二水供給器を作動させつつ前記第一水供給器の作動を禁止する。第3態様によれば、ヒータが高い出力で発熱するとともにヒータによって加熱された水が改質器に供給されることなく第二水経路を流れるので、筐体の内部空間の広い範囲が効率的に温まる。その結果、第一水経路に異常があったとしても、第一水経路、第二水経路、及び第三水経路の凍結を有利に防止できる。   In the third aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the first aspect or the second aspect, the controller includes at least one of the first water path, the second water path, and the third water path. When the first water path is abnormal and the second water path is normal, the heater generates heat with the second output, and the first water path The on-off valve is closed to inhibit the operation of the first water supplier while operating the second water supplier. According to the third aspect, since the heater generates heat with high output and the water heated by the heater flows through the second water path without being supplied to the reformer, a wide range of the internal space of the housing is efficient. Warm up to. As a result, even if there is an abnormality in the first water path, freezing of the first water path, the second water path, and the third water path can be advantageously prevented.

本開示の第4態様において、例えば、第1〜第3態様のいずれか1つに係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記第一水供給器の異常を前記第一水経路の異常と判断する。第4態様によれば、第一水供給器を監視することによって第一水経路の異常の有無を判断できる。   In the fourth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to any one of the first to third aspects, the controller determines that the abnormality of the first water supply is an abnormality of the first water path. to decide. According to the fourth aspect, by monitoring the first water supplier, it is possible to determine the presence or absence of an abnormality in the first water path.

本開示の第5態様において、例えば、第1態様〜第4態様のいずれか1つに係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第二水経路に異常があるとともに前記第一水経路が正常であると判断したときに、前記第二出力で前記ヒータを発熱させ、かつ、前記第一水供給器を作動させつつ前記第二水供給器の作動を禁止する。第5態様によれば、ヒータが高い出力で発熱するとともにヒータによって加熱された水が第一水経路を流れるので、筐体の内部空間の広い範囲が効率的に温まる。その結果、第二水経路に異常があったとしても、第一水経路、第二水経路、及び第三水経路の凍結を有利に防止できる。   In the fifth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, the controller includes the first water path, the second water path, and the third water path. When it is determined that at least one of the water paths may freeze and the second water path is abnormal and the first water path is normal, the heater generates heat at the second output, And prohibiting the operation of the second water supplier while operating the first water supplier. According to the fifth aspect, since the heater generates heat with high output and the water heated by the heater flows through the first water path, a wide range of the internal space of the housing is efficiently warmed. As a result, even if there is an abnormality in the second water path, freezing of the first water path, the second water path, and the third water path can be advantageously prevented.

本開示の第6態様において、例えば、第1態様〜第5態様のいずれか1つに係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記第二水供給器の異常及び前記第一開閉弁の異常の少なくとも1つを前記第二水経路の異常と判断する。第6態様によれば、第二水供給器及び第一開閉弁を監視することによって第二水経路の異常の有無を判断できる。   In the sixth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects, the controller includes an abnormality in the second water supply device and an abnormality in the first on-off valve. Is determined as an abnormality in the second water path. According to the sixth aspect, it is possible to determine whether there is an abnormality in the second water path by monitoring the second water supply device and the first on-off valve.

本開示の第7態様において、例えば、第1態様〜第6態様のいずれか1つに係る燃料電池システムでは、前記第二水供給器は、前記第二タンクから前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに向かって水を供給する第一モードと、前記第二水経路において前記第二タンクに向かって水を逆流させる第二モードとを切り替えて作動可能である。加えて、第7態様において、第1態様〜第6態様のいずれか1つに係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときに、前記第二水供給器を前記第二モードで作動させて、前記第二水経路から水を排出させる。第7態様によれば、ヒータに異常があると判断されたときに、第二水供給器が第二モードで作動して第二水経路から水が排出される。これにより、第二水経路の凍結を有利に防止できる。   In the seventh aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to any one of the first aspect to the sixth aspect, the second water supply unit is configured to transmit the reformer and the first from the second tank. It is operable by switching between a first mode of supplying water toward at least one of the tanks and a second mode of flowing back water toward the second tank in the second water path. In addition, in the seventh aspect, in the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, the controller includes the first water path, the second water path, and the third water path. The second water supply device is operated in the second mode to discharge water from the second water path when it is determined that at least one of them may freeze and the heater is abnormal. . According to the seventh aspect, when it is determined that the heater is abnormal, the second water supplier operates in the second mode to discharge water from the second water path. Thereby, freezing of the 2nd water course can be prevented advantageously.

本開示の第8態様において、例えば、第1態様〜第6態様のいずれか1つに係る燃料電池システムは、前記第二水経路において前記第二水供給器をバイパスするバイパス経路と、前記バイパス経路に配置された第二開閉弁と、をさらに備え、前記制御器は、前記燃料電池が発電しているときには前記第二開閉弁を閉じ、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときには前記第二開閉弁を開いて前記第二水経路から水を排出させる。第8態様によれば、ヒータに異常があると判断されたときに、第二開閉弁が開いて第二水経路から水が排出される。これにより、第二水経路の凍結を有利に防止できる。   In the eighth aspect of the present disclosure, for example, the fuel cell system according to any one of the first aspect to the sixth aspect includes a bypass path that bypasses the second water supplier in the second water path, and the bypass And a second on-off valve disposed in the path, wherein the controller closes the second on-off valve when the fuel cell is generating electricity, and the first water path, the second water path, and When it is determined that at least one of the third water paths may freeze and the heater has an abnormality, the second on-off valve is opened to discharge water from the second water path. According to the eighth aspect, when it is determined that there is an abnormality in the heater, the second on-off valve is opened and water is discharged from the second water path. Thereby, freezing of the 2nd water course can be prevented advantageously.

本開示の第9態様において、例えば、第1態様〜第8態様のいずれか1つに係る燃料電池システムは、前記筐体の内部で空気を循環させるファンをさらに備え、前記制御器は、前記第二出力で前記ヒータを発熱させるときに、前記ファンを作動させる。第9態様によれば、第一タンクから放散された熱がファンによって生じた空気の流れによって運ばれ、筐体の内部空間の広い範囲が効率的に温まる。その結果、第一水経路及び第二水経路の少なくとも1つに異常があるときに、第一水経路、第二水経路、及び第三水経路の凍結を有利に防止できる。   In the ninth aspect of the present disclosure, for example, the fuel cell system according to any one of the first to eighth aspects further includes a fan that circulates air inside the housing, and the controller includes the controller The fan is operated when the heater generates heat with the second output. According to the ninth aspect, the heat dissipated from the first tank is carried by the flow of air generated by the fan, and a wide range of the internal space of the housing is efficiently warmed. As a result, when there is an abnormality in at least one of the first water path and the second water path, freezing of the first water path, the second water path, and the third water path can be advantageously prevented.

本開示の第10態様に係る燃料電池システムは、
燃料電池と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留するタンクと、
前記改質器に供給される水が流れる水経路と、
前記タンクの内部に配置されたヒータと、
前記水経路に配置され、前記タンクに貯留された水を前記改質器に送る水供給器と、
前記燃料電池、前記改質器、前記タンク、及び前記水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記水経路に異常があると判断したときに、前記水経路が正常なときの前記水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気するものである。
A fuel cell system according to a tenth aspect of the present disclosure includes:
A fuel cell;
A reformer for generating the fuel gas from a raw material gas and water;
A tank for storing water to be supplied to the reformer;
A water path through which water supplied to the reformer flows;
A heater disposed inside the tank;
A water supplier, disposed in the water path, for sending the water stored in the tank to the reformer;
A housing for housing the fuel cell, the reformer, the tank, and the water path;
And a controller,
When the controller determines that there is a possibility that the water path is frozen and that the water path is abnormal, the controller controls the heater for preventing the water path from freezing when the water path is normal. The heater is heated with a second output higher than the first output, and the internal space of the housing is warmed by heat radiation from the tank.

第10態様によれば、水経路が凍結するおそれがあり、かつ、水経路に異常があるときに、第二出力でヒータが発熱する。ヒータが高い出力で発熱するので、ヒータによって加熱された水が貯留されたタンクからの放熱が筐体の内部空間の広い範囲に及ぶ。これにより、水経路に異常があったとしても、水経路の凍結を有利に防止できる。   According to the tenth aspect, the heater generates heat with the second output when there is a possibility that the water path is frozen and there is an abnormality in the water path. Since the heater generates heat at a high output, the heat radiation from the tank in which the water heated by the heater is stored extends over a wide range of the internal space of the housing. Thereby, even if there is an abnormality in the water path, freezing of the water path can be advantageously prevented.

本開示の第11態様において、例えば、第10態様に係る燃料電池システムは、前記筐体の内部若しくは前記筐体の外部の空気の温度又は前記水経路における水の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記制御器は、前記温度センサが第一温度以下であることを検出したときに、前記水経路が凍結するおそれがあると判断する。第11態様によれば、制御器は、温度センサによる検出結果に基づいて、水経路が凍結するおそれがあることを適切に判断できる。   In an eleventh aspect of the present disclosure, for example, the fuel cell system according to the tenth aspect further includes a temperature sensor that detects a temperature of air inside the casing or outside the casing, or a temperature of water in the water path. The controller determines that the water path may freeze when the temperature sensor detects that the temperature is lower than the first temperature. According to the eleventh aspect, the controller can appropriately determine that the water path may be frozen based on the detection result by the temperature sensor.

本開示の第12態様において、例えば、第10態様又は第11態様に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記水供給器の異常を前記水経路の異常と判断する。第12態様によれば、水供給器を監視することによって水経路の異常の有無を判断できる。   In a twelfth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the tenth aspect or the eleventh aspect, the controller determines an abnormality of the water supply device as an abnormality of the water path. According to the twelfth aspect, by monitoring the water supply device, it is possible to determine the presence or absence of an abnormality in the water path.

本開示の第13態様において、例えば、第10態様〜第12態様のいずれか1つに係る燃料電池システムでは、前記水供給器は、前記タンクから前記改質器に向かって水を供給する第一モードと、前記水経路において前記タンクに向かって水を逆流させる第二モードとを切り替えて作動可能であり、前記制御器は、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときに、前記水供給器を前記第二モードで作動させて、前記水経路から水を排出させる。第13態様によれば、ヒータに異常があると判断されたときに、水供給器が第二モードで作動して水経路から水が排出される。これにより、水経路の凍結を有利に防止できる。   In the thirteenth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to any one of the tenth to twelfth aspects, the water supply unit supplies water from the tank toward the reformer. It is operable by switching between one mode and a second mode in which water is reversely flowed back to the tank in the water path, the controller may freeze the water path, and the heater is abnormal. When it is determined that the water supply device is operated in the second mode to discharge water from the water path. According to the thirteenth aspect, when it is determined that there is an abnormality in the heater, the water supply device operates in the second mode and water is discharged from the water path. Thereby, freezing of a water path can be prevented advantageously.

本開示の第14態様において、例えば、第10態様〜第13態様のいずれか1つに係る燃料電池システムは、前記水経路において前記水供給器をバイパスするバイパス経路と、前記バイパス経路に配置された開閉弁と、をさらに備え、前記制御器は、前記燃料電池が発電しているときには前記開閉弁を閉じ、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときには前記開閉弁を開いて前記水経路から水を排出させる。第14態様によれば、ヒータに異常があると判断されたときに、開閉弁が開いて水経路から水が排出される。これにより、水経路の凍結を有利に防止できる。   In the fourteenth aspect of the present disclosure, for example, the fuel cell system according to any one of the tenth aspect to the thirteenth aspect is disposed in a bypass path that bypasses the water supply unit in the water path, and the bypass path. The controller further includes: the controller, when the fuel cell is generating electricity, closes the on-off valve and may freeze the water path, and determine that the heater has an abnormality Occasionally, the on-off valve is opened to drain water from the water path. According to the fourteenth aspect, when it is determined that the heater is abnormal, the on-off valve is opened and water is discharged from the water path. Thereby, freezing of a water path can be prevented advantageously.

本開示の第15態様において、例えば、第10態様〜第14態様のいずれか1つに係る燃料電池システムは、前記筐体の内部で空気を循環させるファンをさらに備え、前記制御器は、前記第二出力で前記ヒータを発熱させるときに、前記ファンを作動させる。第15態様によれば、タンクから放散された熱がファンによって生じた空気の流れによって運ばれ、筐体の内部空間の広い範囲が効率的に温まる。その結果、水経路に異常があるときに、水経路の凍結を有利に防止できる。   In the fifteenth aspect of the present disclosure, for example, the fuel cell system according to any one of the tenth to fourteenth aspects further includes a fan that circulates air inside the housing, and the controller includes the controller The fan is operated when the heater generates heat with the second output. According to the fifteenth aspect, the heat dissipated from the tank is carried by the flow of air generated by the fan, and a wide range of the internal space of the housing is efficiently warmed. As a result, when there is an abnormality in the water path, freezing of the water path can be advantageously prevented.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.

(第1実施形態)
図1に示す通り、燃料電池システム1aは、燃料電池10と、第一タンク21と、第一水経路31と、改質器11と、第二タンク22と、第二水経路32と、第一開閉弁36と、第三水経路33とを備えている。加えて、燃料電池システム1aは、ヒータ40と、第一水供給器35と、第二水供給器37と、筐体50と、制御器60とを備えている。燃料電池10は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。第一タンク21は、燃料電池10で発生した熱を回収する水を貯留する。燃料電池10と第一タンク21との間を循環する水が第一水経路31を流れる。改質器11は、原料ガス及び水から燃料ガスを生成する。第二タンク22は、改質器11に供給されるべき水を貯留する。第二水経路32は、第二タンク22と改質器11及び第一タンク21とを接続するとともに改質器11に供給される水の流れと第一タンク21に供給される水の流れとが分岐する分岐点BPを有する。第一開閉弁36は、第二水経路32において分岐点BPと改質器11との間に配置されている。第三水経路33は、第一タンク21からオーバーフローした水を第二タンク22に導く。ヒータ40は、第一タンク21の内部に配置されている。第一水供給器35は、第一水経路31に配置され、燃料電池10と第一タンク21との間で水を循環させる。第二水供給器37は、第二水経路32に配置され、第二タンク22に貯留された水を改質器11及び第一タンク21の少なくとも1つに送る。筐体50は、燃料電池10、第一タンク21、第一水経路31、改質器11、第二タンク22、第二水経路32、及び第三水経路33を収納する。制御器60は、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、第一水経路31及び第二水経路32の少なくとも1つに異常があると判断したときに、第二出力でヒータ40を発熱させる。これにより、第一タンク21からの放熱により筐体50の内部空間が暖気される。第二出力は、第一水経路31及び第二水経路32が正常なときの第一水経路31及び第二水経路32の凍結防止のためのヒータ40の第一出力よりも高い。
First Embodiment
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 a includes a fuel cell 10, a first tank 21, a first water path 31, a reformer 11, a second tank 22, a second water path 32, A first on-off valve 36 and a third water path 33 are provided. In addition, the fuel cell system 1 a includes a heater 40, a first water supplier 35, a second water supplier 37, a casing 50, and a controller 60. The fuel cell 10 generates electricity by reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas. The first tank 21 stores water for recovering the heat generated by the fuel cell 10. Water circulating between the fuel cell 10 and the first tank 21 flows through the first water path 31. The reformer 11 generates a fuel gas from the raw material gas and water. The second tank 22 stores water to be supplied to the reformer 11. The second water path 32 connects the second tank 22 with the reformer 11 and the first tank 21, and the flow of water supplied to the reformer 11 and the flow of water supplied to the first tank 21. Has a branch point BP that branches. The first on-off valve 36 is disposed between the branch point BP and the reformer 11 in the second water path 32. The third water path 33 leads the water overflowed from the first tank 21 to the second tank 22. The heater 40 is disposed inside the first tank 21. The first water supply unit 35 is disposed in the first water path 31 and circulates water between the fuel cell 10 and the first tank 21. The second water supply unit 37 is disposed in the second water path 32 and sends the water stored in the second tank 22 to at least one of the reformer 11 and the first tank 21. The housing 50 houses the fuel cell 10, the first tank 21, the first water path 31, the reformer 11, the second tank 22, the second water path 32, and the third water path 33. The controller 60 may freeze at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33, and at least one of the first water path 31 and the second water path 32. When it is determined that there is an abnormality, the heater 40 is heated at the second output. Thereby, the internal space of the housing 50 is warmed up by the heat radiation from the first tank 21. The second output is higher than the first output of the heater 40 for preventing freezing of the first water path 31 and the second water path 32 when the first water path 31 and the second water path 32 are normal.

制御器60が上記の判断をしたときには、ヒータ40が第二出力で発熱するので、第一タンク21に貯留された水が通常の凍結防止処理がなされるときと比べてより高い温度に加熱される。このため、ヒータ40によって加熱された水が貯留された第一タンク21からの放熱が筐体50の内部空間の広い範囲に及ぶ。これにより、第一水経路31及び第二水経路32の少なくとも1つに異常があってヒータ40によって加熱された水を第一水経路31及び第二水経路32の少なくとも1つに流せなかったとしても、これらの水経路の凍結を有利に防止できる。ヒータ40の第二出力は、第一出力より高い限り特に制限されず、例えば第一タンク21に貯留された水の温度を70℃以上に保つことができるように定められている。ヒータ40は、例えば、抵抗加熱式の電気ヒータである。なお、ヒータ40の第一出力は、例えば第一タンク21に貯留された水の温度を30〜50℃に保つことができるように定められている。   When the controller 60 makes the above determination, the heater 40 generates heat at the second output, so the water stored in the first tank 21 is heated to a higher temperature than when the normal antifreeze treatment is performed. The For this reason, the heat radiation from the first tank 21 in which the water heated by the heater 40 is stored extends over a wide range of the internal space of the housing 50. Thereby, there is an abnormality in at least one of the first water path 31 and the second water path 32, and the water heated by the heater 40 could not flow into at least one of the first water path 31 and the second water path 32. However, freezing of these water paths can be advantageously prevented. The second output of the heater 40 is not particularly limited as long as it is higher than the first output. For example, the temperature of the water stored in the first tank 21 can be kept at 70 ° C. or higher. The heater 40 is, for example, a resistance heating type electric heater. In addition, the 1st output of the heater 40 is defined so that the temperature of the water stored by the 1st tank 21 can be maintained at 30-50 degreeC, for example.

図1に示す通り、燃料電池システム1aは、例えば温度センサ65をさらに備える。温度センサ65は、例えば、筐体50の内部の空気の温度を検出する。温度センサ65は、例えば、筐体50の底面の近くに配置されている。温度センサ65は、筐体50の外部の空気の温度又は第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つにおける水の温度を検出するものであってもよい。制御器60は、例えば、温度センサ65が第一温度T1以下であることを検出したときに、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあると判断する。第一温度T1は、例えば0℃である。このように、制御器60は、温度センサ65による検出結果を用いて、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあることを適切に判断できる。温度センサ65は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1a further includes a temperature sensor 65, for example. The temperature sensor 65 detects, for example, the temperature of air inside the housing 50. The temperature sensor 65 is disposed, for example, near the bottom surface of the housing 50. The temperature sensor 65 may detect the temperature of the air outside the housing 50 or the temperature of water in at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33. . For example, when the temperature sensor 65 detects that the temperature is lower than the first temperature T1, the controller 60 may freeze at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33. Judge that there is. The first temperature T1 is, for example, 0 ° C. As described above, the controller 60 appropriately uses the detection result of the temperature sensor 65 to appropriately indicate that at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33 may be frozen. It can be judged. The temperature sensor 65 is, for example, a temperature sensor using a thermistor or a temperature sensor using a thermocouple.

例えば、制御器60は、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、第一水経路31に異常があるとともに第二水経路32が正常であると判断したとする。この場合、制御器60は、第二出力でヒータ40を発熱させる。加えて、制御器60は、第一開閉弁36を閉じて第二水供給器37を作動させつつ第一水供給器35の作動を禁止する。この場合、ヒータ40が第二出力で発熱するとともにヒータ40によって加熱された水が改質器11に供給されることなく第二水経路32を流れる。これにより、筐体50の内部空間の広い範囲が効率的に温まり、第一水経路31に異常があったとしても、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の凍結を有利に防止できる。   For example, the controller 60 may freeze at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33, and there is an abnormality in the first water path 31 and the second water Assume that it is determined that the path 32 is normal. In this case, the controller 60 causes the heater 40 to generate heat at the second output. In addition, the controller 60 prohibits the operation of the first water supply device 35 while closing the first on-off valve 36 and operating the second water supply device 37. In this case, the heater 40 generates heat with the second output, and the water heated by the heater 40 flows through the second water path 32 without being supplied to the reformer 11. Thereby, even if the wide range of the internal space of the housing | casing 50 heats efficiently and there is abnormality in the 1st water path 31, the 1st water path 31, the 2nd water path 32, and the 3rd water path 33 of Freezing can be advantageously prevented.

制御器60は、例えば、第一水供給器35の異常を第一水経路31の異常と判断する。制御器60は、例えば、第一水供給器35の作動状態を示す情報を取得して第一水供給器35の異常の有無を判断する。   For example, the controller 60 determines that an abnormality in the first water supply unit 35 is an abnormality in the first water path 31. For example, the controller 60 acquires information indicating the operating state of the first water supply device 35 and determines whether or not the first water supply device 35 is abnormal.

例えば、制御器60は、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、第二水経路32に異常があるとともに第一水経路31が正常であると判断したとする。この場合、制御器60は、第二出力でヒータを発熱させる。加えて、制御器60は、第一水供給器35を作動させつつ第二水供給器37の作動を禁止する。この場合、ヒータ40が第二出力で発熱するとともにヒータ40によって加熱された水がヒータ40によって加熱された水が第一水経路31を流れるので、筐体50の内部空間の広い範囲が効率的に温まる。その結果、第二水経路32に異常があったとしても、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の凍結を有利に防止できる。   For example, the controller 60 may freeze at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33, and the second water path 32 has an abnormality and the first water Assume that it is determined that the path 31 is normal. In this case, the controller 60 generates heat with the second output. In addition, the controller 60 prohibits the operation of the second water supply device 37 while operating the first water supply device 35. In this case, the heater 40 generates heat at the second output and the water heated by the heater 40 flows through the first water path 31 so that the wide range of the internal space of the housing 50 is efficient. Warm up. As a result, even if there is an abnormality in the second water path 32, freezing of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33 can be advantageously prevented.

制御器60は、例えば、第二水供給器37の異常及び第一開閉弁36の異常の少なくとも1つを第二水経路32の異常と判断する。制御器60は、例えば、第二水供給器37の作動状態を示す情報を取得して第二水供給器37の異常の有無を判断する。また、制御器60は、例えば、第一開閉弁36の異常により検出結果に影響を受ける温度センサ又は流量計の検出結果を示す情報に基づいて第一開閉弁36の異常を検出する。第一開閉弁36は、例えば電磁弁である。   For example, the controller 60 determines that at least one of the abnormality of the second water supply device 37 and the abnormality of the first on-off valve 36 is an abnormality of the second water passage 32. For example, the controller 60 acquires information indicating the operating state of the second water supply device 37 and determines whether or not the second water supply device 37 is abnormal. Further, the controller 60 detects an abnormality of the first on-off valve 36 based on information indicating a detection result of a temperature sensor or a flow meter affected by the detection result due to an abnormality of the first on-off valve 36, for example. The first on-off valve 36 is, for example, an electromagnetic valve.

第一水供給器35及び第二水供給器37のそれぞれは、例えば、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどの容積式ポンプである。第二水供給器37は、例えば、第一モードと第二モードとを切り替えて作動可能である。第一モードは、第二タンク22から改質器11及び第一タンク21の少なくとも1つに向かって水を供給するモードである。第二モードは、第二水経路32において第二タンク22に向かって水を逆流させるモードである。この場合、第二水供給器37は、例えば、正回転及び逆回転が可能なモータによって作動されるポンプ機構を備える。モータは、例えば、ステッピングモータである。制御器60は、例えば、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、ヒータ40に異常があると判断したとする。この場合、制御器60は、第二水供給器37を第二モードで作動させて、第二水経路32から水を排出させる。これにより、ヒータ40に異常がある場合でも、第二水経路32の凍結を有利に防止できる。なお、第二水供給器37が第一モードと第二モードとを切り替えて作動可能である場合、特に説明する場合を除き、第二水供給器37は第一モードで作動する。制御器60は、例えば、ヒータ40を流れる電流値が異常であることを示す情報を取得したときにヒータ40に異常があると判断する。制御器60は、ヒータ40を発熱させる制御信号を送った後、所定期間における第一タンク21の水温の上昇温度に基づいてヒータ40が正常であるか否か判断してもよい。   Each of the first water supplier 35 and the second water supplier 37 is, for example, a positive displacement pump such as a piston pump, a plunger pump, a gear pump, or a vane pump. The second water supplier 37 is operable, for example, by switching between the first mode and the second mode. The first mode is a mode in which water is supplied from the second tank 22 toward at least one of the reformer 11 and the first tank 21. The second mode is a mode in which water flows backward toward the second tank 22 in the second water path 32. In this case, the second water supplier 37 includes, for example, a pump mechanism operated by a motor capable of rotating in the forward and reverse directions. The motor is, for example, a stepping motor. For example, it is assumed that the controller 60 determines that at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33 may freeze and the heater 40 has an abnormality. In this case, the controller 60 operates the second water supplier 37 in the second mode to discharge water from the second water path 32. Thereby, even when the heater 40 has an abnormality, the freezing of the second water passage 32 can be advantageously prevented. When the second water supplier 37 is operable by switching between the first mode and the second mode, the second water supplier 37 operates in the first mode unless otherwise described. For example, the controller 60 determines that the heater 40 is abnormal when acquiring information indicating that the value of the current flowing through the heater 40 is abnormal. The controller 60 may determine whether or not the heater 40 is normal based on the rising temperature of the water temperature of the first tank 21 during a predetermined period after sending a control signal for causing the heater 40 to generate heat.

図1に示す通り、燃料電池システム1aは、例えば、ファン80をさらに備える。制御器60は、例えば、第二出力でヒータ40を発熱させるときに、ファン80を作動させる。この場合、第一タンク21から放散された熱がファン80によって生じた空気の流れによって運ばれ、筐体50の内部空間の広い範囲が効率的に温まる。その結果、第一水経路31及び第二水経路32の少なくとも1つに異常があるときに、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の凍結を有利に防止できる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 a further includes, for example, a fan 80. For example, the controller 60 operates the fan 80 when the heater 40 generates heat with the second output. In this case, the heat dissipated from the first tank 21 is carried by the air flow generated by the fan 80, and the wide range of the internal space of the housing 50 is efficiently warmed. As a result, when there is an abnormality in at least one of the first water path 31 and the second water path 32, freezing of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33 can be advantageously prevented. .

ファン80は、筐体50の内部空間において、例えば、ファン80の作動により発生した空気の流れが、第一タンク21の近くを通過した後、第一水経路31の近くを通過し、かつ、第二水経路32の近くを通過するように配置されている。これにより、第一水経路31及び第二水経路32の凍結をより確実に防止できる。   In the internal space of the housing 50, for example, the fan 80 flows near the first water path 31 after the air flow generated by the operation of the fan 80 passes near the first tank 21, and It arrange | positions so that the vicinity of the 2nd water path 32 may be passed. Thereby, freezing of the 1st water path 31 and the 2nd water path 32 can be prevented more certainly.

改質器11は、例えば、水蒸気改質反応(CH4+H2O→CO+3H2)などの改質反応によって、水素を生成する。改質器11には、改質反応を進行させるための改質触媒が収められている。改質器11には、一酸化炭素を除去するための触媒も収められている。一酸化炭素を除去するための触媒には、CO変成触媒及びCO選択酸化除去触媒が含まれる。改質器11には、例えば、都市ガス、LPガス(液化石油ガス)などの炭化水素ガスが原料ガスとして供給される。改質器11で生成された水素を含む燃料ガスが燃料電池10に供給される。燃料電池10は、例えば、固体高分子形燃料電池又は固体酸化物形燃料電池である。 The reformer 11 generates hydrogen by a reforming reaction such as a steam reforming reaction (CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ), for example. The reformer 11 contains a reforming catalyst for advancing the reforming reaction. The reformer 11 also contains a catalyst for removing carbon monoxide. Catalysts for removing carbon monoxide include CO shift catalyst and CO selective oxidation removal catalyst. For example, a hydrocarbon gas such as city gas or LP gas (liquefied petroleum gas) is supplied to the reformer 11 as a raw material gas. The fuel gas containing hydrogen generated by the reformer 11 is supplied to the fuel cell 10. The fuel cell 10 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell or a solid oxide fuel cell.

燃料電池システム1aは、さらに、燃料ガス供給経路12、酸化剤ガス供給経路16、アノードオフガス経路14及びカソードオフガス経路18を備えている。燃料ガス供給経路12は、改質器11から燃料電池10に燃料ガスを供給するための流路である。燃料ガス供給経路12は、改質器11と燃料電池10のアノードガス入口とを接続している。酸化剤ガス供給経路16は、燃料電池10のカソードに酸化剤ガスとしての空気を供給するための流路である。酸化剤ガス供給経路16には、空気供給器15が設けられている。空気供給器15は、燃料電池10に空気を供給するためのデバイスである。空気供給器15は、例えばファン又はブロワである。酸化剤ガス供給経路16には、加湿器、弁などの他の機器が配置されていてもよい。アノードオフガス経路14は、未反応の燃料ガス及び未反応の原料ガスを燃料電池10のアノードから排出するための流路である。アノードオフガス経路14は、燃料電池10のアノードガス出口と改質器11の内部に配置された燃焼器13とを接続している。未反応の水素及び未反応の原料ガスは、アノードオフガス経路14を通じて、燃焼器13に供給される。カソードオフガス経路18は、未反応の酸化剤ガスを燃料電池10のカソードから排出するための流路である。カソードオフガス経路18は、燃料電池10のカソードガス出口に接続されており、例えば、筐体50の外部まで延びている。   The fuel cell system 1 a further includes a fuel gas supply path 12, an oxidant gas supply path 16, an anode offgas path 14, and a cathode offgas path 18. The fuel gas supply path 12 is a flow path for supplying fuel gas from the reformer 11 to the fuel cell 10. The fuel gas supply path 12 connects the reformer 11 and the anode gas inlet of the fuel cell 10. The oxidant gas supply path 16 is a flow path for supplying air as an oxidant gas to the cathode of the fuel cell 10. An air supplier 15 is provided in the oxidant gas supply path 16. The air supplier 15 is a device for supplying air to the fuel cell 10. The air supply unit 15 is, for example, a fan or a blower. Other devices such as a humidifier and a valve may be disposed in the oxidant gas supply path 16. The anode off-gas path 14 is a flow path for discharging unreacted fuel gas and unreacted raw material gas from the anode of the fuel cell 10. The anode off-gas path 14 connects the anode gas outlet of the fuel cell 10 and the combustor 13 disposed inside the reformer 11. The unreacted hydrogen and the unreacted feed gas are supplied to the combustor 13 through the anode off gas passage 14. The cathode off-gas path 18 is a flow path for discharging unreacted oxidant gas from the cathode of the fuel cell 10. The cathode off gas path 18 is connected to the cathode gas outlet of the fuel cell 10 and extends to the outside of the housing 50, for example.

第一タンク21には、例えば、温度センサ23が設けられている。温度センサ23は、第一タンク21の内部に配置されており、第一タンク21に貯留された水の温度を検出する。温度センサ23は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。ヒータ40は、例えば、第一タンク21の水温が所定の温度範囲に収まるように制御される。   For example, a temperature sensor 23 is provided in the first tank 21. The temperature sensor 23 is disposed inside the first tank 21 and detects the temperature of the water stored in the first tank 21. The temperature sensor 23 is, for example, a temperature sensor using a thermistor or a temperature sensor using a thermocouple. For example, the heater 40 is controlled so that the water temperature of the first tank 21 falls within a predetermined temperature range.

第一水経路31は、例えば、送り経路31a及び戻し経路31bを有する。送り経路31a及び戻し経路31bは、それぞれ、燃料電池10と第一タンク21とを接続している。送り経路31aを通じて、第一タンク21に貯留された水が冷却水として燃料電池10に供給される。戻し経路31bを通じて、燃料電池10から第一タンク21に水が戻される。第一水供給器35は、例えば、送り経路31aに配置されている。第一水供給器35は、戻し経路31bに配置されていてもよい。   The first water path 31 has, for example, a feed path 31a and a return path 31b. The feed path 31 a and the return path 31 b respectively connect the fuel cell 10 and the first tank 21. The water stored in the first tank 21 is supplied to the fuel cell 10 as cooling water through the feed path 31a. Water is returned from the fuel cell 10 to the first tank 21 through the return path 31b. The first water supplier 35 is disposed, for example, in the feed path 31 a. The first water supplier 35 may be disposed in the return path 31 b.

燃料電池システム1aは、例えば、熱回収経路70及び熱交換器75をさらに備えている。熱交換器75は、第一水経路31に配置されている。熱交換器75は、例えば、送り経路31aに配置されている。熱交換器75は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などの液−液熱交換器である。   The fuel cell system 1a further includes, for example, a heat recovery path 70 and a heat exchanger 75. The heat exchanger 75 is disposed in the first water path 31. The heat exchanger 75 is arrange | positioned at the feed path 31a, for example. The heat exchanger 75 is, for example, a liquid-liquid heat exchanger such as a double pipe heat exchanger or a plate heat exchanger.

熱回収経路70は、燃料電池10の排熱を回収するための流路である。熱回収経路70は、送り経路71及び戻し経路72を含む。送り経路71及び戻し経路72は、それぞれ、熱交換器75に接続されている。送り経路71は、熱回収経路70の上流部分を構成している。戻し経路72は、熱回収経路70の下流部分を構成している。戻し経路72は、熱交換器75において加熱された水を貯湯タンク(図示せず)に導くための流路である。送り経路71は、熱交換器75において加熱されるべき水を熱交換器75に導くための流路である。熱交換器75は、熱回収経路70を流れる水と第一水経路31を流れる水とを熱交換させるように構成されている。つまり、熱交換器75は、第一水経路31の冷却水の熱によって貯湯タンク(図示省略)に貯められるべき水を加熱する役割を担っている。   The heat recovery path 70 is a flow path for recovering the exhaust heat of the fuel cell 10. The heat recovery path 70 includes a feed path 71 and a return path 72. The feed path 71 and the return path 72 are each connected to the heat exchanger 75. The feed path 71 constitutes an upstream portion of the heat recovery path 70. The return path 72 constitutes a downstream portion of the heat recovery path 70. The return path 72 is a flow path for leading the water heated in the heat exchanger 75 to a hot water storage tank (not shown). The feed path 71 is a flow path for leading the water to be heated in the heat exchanger 75 to the heat exchanger 75. The heat exchanger 75 is configured to exchange heat between the water flowing through the heat recovery path 70 and the water flowing through the first water path 31. That is, the heat exchanger 75 plays a role of heating water to be stored in the hot water storage tank (not shown) by the heat of the cooling water in the first water passage 31.

熱回収経路70には、例えば、第三水供給器73が配置されている。第三水供給器73は、例えば、送り経路71に配置されている。第三水供給器73は、戻し経路72に配置されていてもよい。第三水供給器73は、例えば、先に説明した容積式ポンプの1つである。   For example, a third water supplier 73 is disposed in the heat recovery path 70. The 3rd water supply device 73 is arrange | positioned at the feed path 71, for example. The third water supplier 73 may be disposed in the return path 72. The third water supplier 73 is, for example, one of the positive displacement pumps described above.

第二タンク22には、例えば、温度センサ24が設けられている。温度センサ24は、第二タンク22の内部に配置されており、第二タンク22に貯留された水の温度を検出する。温度センサ24は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。第二タンク22には、例えば、カソードオフガスから生じた凝縮水及び燃焼排ガスから生じた凝縮水も集められ、貯留される。余分な水は、第二タンク22から溢れ、例えば、筐体50の外部に排出される。   For example, a temperature sensor 24 is provided in the second tank 22. The temperature sensor 24 is disposed inside the second tank 22 and detects the temperature of the water stored in the second tank 22. The temperature sensor 24 is, for example, a temperature sensor using a thermistor or a temperature sensor using a thermocouple. In the second tank 22, for example, condensed water generated from the cathode off gas and condensed water generated from the combustion exhaust gas are also collected and stored. Excess water overflows from the second tank 22 and is discharged outside the housing 50, for example.

第二水供給器37は、例えば、第二水経路32において第二タンク22と分岐点BPとの間に配置されている。第二水経路32には、例えば、開閉弁39が配置されている。開閉弁39は、例えば電磁弁である。開閉弁39は、第二水経路32において分岐点BPと第一タンク21との間に配置されている。第一開閉弁36が閉じられ、かつ、開閉弁39が開かれると、第二タンク22に貯留された水が第一タンク21に供給される。一方、第一開閉弁36が開かれ、かつ、開閉弁39が閉じられると、第二タンク22に貯留された水が改質器11に供給される。   For example, the second water supply unit 37 is disposed between the second tank 22 and the branch point BP in the second water path 32. For example, an on-off valve 39 is disposed in the second water path 32. The on-off valve 39 is, for example, an electromagnetic valve. The on-off valve 39 is disposed between the branch point BP and the first tank 21 in the second water path 32. When the first opening / closing valve 36 is closed and the opening / closing valve 39 is opened, the water stored in the second tank 22 is supplied to the first tank 21. On the other hand, when the first on-off valve 36 is opened and the on-off valve 39 is closed, the water stored in the second tank 22 is supplied to the reformer 11.

燃料電池システム1aは、例えば、コントロールパネル63を備えている。コントロールパネル63は、燃料電池システム1aの運転条件の入力を受け付けるとともに、燃料電池システム1aの運転状態を表示する。   The fuel cell system 1a includes a control panel 63, for example. The control panel 63 receives an input of operating conditions of the fuel cell system 1a, and displays the operating state of the fuel cell system 1a.

制御器60は、典型的には、燃料電池システム1aの運転のためのプログラムが実行可能に格納されたデジタルコンピュータである。制御器60は、温度センサ65、温度センサ23、及び温度センサ24の検出結果を示す情報及びコントロールパネル63に入力された運転条件を示す情報を取得する。制御器60は、例えば、別の温度センサ、流量計、及びガスセンサなどの他の検出装置(図示省略)の検出結果を示す情報をさらに取得する。また、制御器60は、例えば、第一水供給器35、第二水供給器37、第三水供給器73、及びファン80の作動状態を示す情報並びにヒータ40における電流値を示す情報を取得する。制御器60は、これらの情報に基づいて、第一水供給器35、第二水供給器37、第三水供給器73、ヒータ40、第一開閉弁36、開閉弁39、及びファン80等の制御対象を制御する。また、制御器60は、燃料電池システム1aの運転状態を示す情報をコントロールパネル63に表示させる。   The controller 60 is typically a digital computer in which a program for operating the fuel cell system 1a is stored so as to be executable. The controller 60 acquires information indicating the detection results of the temperature sensor 65, the temperature sensor 23, and the temperature sensor 24 and information indicating the operating condition input to the control panel 63. The controller 60 further acquires information indicating the detection result of another detection device (not shown) such as another temperature sensor, a flow meter, and a gas sensor, for example. Further, the controller 60 acquires, for example, information indicating the operating state of the first water supply unit 35, the second water supply unit 37, the third water supply unit 73, and the fan 80 and information indicating the current value in the heater 40. Do. Based on these information, the controller 60, the first water supply unit 35, the second water supply unit 37, the third water supply unit 73, the heater 40, the first on-off valve 36, the on-off valve 39, the fan 80, etc. Control the control target of Further, the controller 60 causes the control panel 63 to display information indicating the operating state of the fuel cell system 1a.

各経路は、少なくとも1つの配管によって構成されている。配管は、ステンレス管などの金属配管であってもよいし、樹脂配管であってもよい。   Each path is composed of at least one pipe. The pipe may be a metal pipe such as a stainless steel pipe, or may be a resin pipe.

燃料電池システム1aの運転について説明する。燃料電池システム1aは、主に、起動期間、発電期間、停止期間、及び待機期間の4つの運転サイクルに従って運転されうる。「起動期間」は、燃料電池システム1aを起動させるための運転期間である。詳細には、「起動期間」は、燃料電池システム1aの出力を所定の定格出力(例えば、750W)まで徐々に上昇させるための運転期間である。起動期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量を徐々に増加させる。起動期間において、酸化剤ガスの流量及び燃料ガスの流量が徐々に増加する。「発電期間」は、所定の定格出力で燃料電池システム1aが運転される期間である。ただし、発電期間において、燃料電池システム1aが常に定格出力で運転されることは必須ではない。一定の出力で燃料電池システム1aが安定的に運転されている期間が「発電期間」である。発電期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量はそれぞれ一定に保たれる。酸化剤ガスの流量及び燃料ガスの流量もそれぞれ一定に保たれる。「停止期間」は、燃料電池システム1aを停止させるための運転期間である。詳細には、「停止期間」は、燃料電池システム1aの出力をゼロまで徐々に低下させるための運転期間である。停止期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量を徐々に減少させる。停止期間において、酸化剤ガスの流量及び燃料ガスの流量が徐々に減少する。「待機期間」は、燃料電池システム1aの出力をゼロのまま保持している期間である。待機期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量は、基本的にはゼロである。ただし、改質器11の劣化を抑制するために、改質器11を原料ガスで定期的にパージ(purge)することがある。待機期間において、改質器11における燃料ガスの生成は停止しており、酸化剤ガスの流量及び燃料ガスの流量も基本的にはゼロである。制御器60は、待機期間にも所定の電気的処理を実行し続けている。そのような電気的処理の例は、貯湯タンクの湯量を監視するための処理である。   The operation of the fuel cell system 1a will be described. The fuel cell system 1a can be operated mainly according to four operation cycles of a startup period, a power generation period, a stop period, and a standby period. The "startup period" is an operation period for starting up the fuel cell system 1a. Specifically, the “startup period” is an operation period for gradually increasing the output of the fuel cell system 1a to a predetermined rated output (for example, 750 W). In the start-up period, the supply flow rate of the raw material gas to the reformer 11 and the supply flow rate of water are gradually increased. During the start-up period, the flow rate of the oxidant gas and the flow rate of the fuel gas gradually increase. The "power generation period" is a period in which the fuel cell system 1a is operated at a predetermined rated output. However, it is not essential that the fuel cell system 1a is always operated at the rated output during the power generation period. A period during which the fuel cell system 1a is stably operated with a constant output is a "power generation period". During the power generation period, the supply flow rate of the raw material gas to the reformer 11 and the supply flow rate of water are kept constant. The flow rate of the oxidant gas and the flow rate of the fuel gas are also kept constant. The "stop period" is an operation period for stopping the fuel cell system 1a. Specifically, the “stop period” is an operation period for gradually reducing the output of the fuel cell system 1a to zero. In the stop period, the supply flow rate of the source gas to the reformer 11 and the supply flow rate of water are gradually reduced. In the stop period, the flow rate of the oxidant gas and the flow rate of the fuel gas gradually decrease. The "standby period" is a period during which the output of the fuel cell system 1a is maintained at zero. In the standby period, the supply flow rate of the raw material gas to the reformer 11 and the supply flow rate of water are basically zero. However, in order to suppress deterioration of the reformer 11, the reformer 11 may be periodically purged with a raw material gas. During the standby period, the production of the fuel gas in the reformer 11 is stopped, and the flow rate of the oxidant gas and the flow rate of the fuel gas are basically zero. The controller 60 continues to execute a predetermined electrical process during the standby period. An example of such an electrical treatment is a treatment to monitor the amount of hot water in a hot water storage tank.

起動期間及び停止期間において、燃料電池システム1aの出力は、例えば、連続的かつ一定のレートで上昇又は低下している。ただし、燃料電池システム1aの出力を段階的に上昇又は低下させてもよい。さらに、出力の上昇又は低下のレートを変化させてもよい。   In the start-up period and the stop period, the output of the fuel cell system 1a is, for example, rising or falling at a continuous and constant rate. However, the output of the fuel cell system 1a may be increased or decreased stepwise. Furthermore, the rate of increase or decrease in output may be changed.

一例において、起動期間の長さ及び停止期間の長さは、それぞれ、10分〜90分の範囲にある。燃料電池システム1aの起動又は停止に十分な時間を費やすことによって、改質器11の劣化、燃料電池10の劣化などを抑制することができる。ただし、燃焼排ガス中のCO濃度の急上昇を検出した場合などの非常時には、燃料電池システム1aを瞬時に停止させることもある。   In one example, the lengths of the start and stop periods are each in the range of 10 minutes to 90 minutes. By spending sufficient time to start or stop the fuel cell system 1a, deterioration of the reformer 11, deterioration of the fuel cell 10, and the like can be suppressed. However, the fuel cell system 1a may be stopped instantaneously in an emergency such as when a sudden increase in the CO concentration in the combustion exhaust gas is detected.

発電期間の長さ及び待機期間の長さは、燃料電池システム1aの連続運転可能な時間、貯湯タンクの容量などに応じて変化する。例えば、貯湯タンクに十分な量の湯が貯められた場合、燃料電池システム1aは運転を自動的に停止し、待機期間に入る。貯湯タンクの湯量が閾値を下回ると、燃料電池システム1aは、自動的に運転を開始する。湯の使用量が多い場合、1回の運転サイクルの中で待機期間がゼロの場合もありうる。   The length of the power generation period and the length of the standby period vary according to the time during which the fuel cell system 1a can be operated continuously, the capacity of the hot water storage tank, and the like. For example, when a sufficient amount of hot water is stored in the hot water storage tank, the fuel cell system 1a automatically stops operation and enters a standby period. When the amount of hot water in the hot water storage tank falls below the threshold, the fuel cell system 1a automatically starts operation. When the amount of hot water used is large, the waiting period may be zero in one operation cycle.

起動期間、発電期間、及び停止期間においては、第一開閉弁36を開き、開閉弁39を閉じ、第二水供給器37を作動させる。これにより、第二タンク22の水が第二水経路32を通じて改質器11に供給される。改質器11には、ガス供給経路(図示せず)を通じて、原料ガスが供給される。   In the start period, the power generation period, and the stop period, the first on-off valve 36 is opened, the on-off valve 39 is closed, and the second water supply unit 37 is operated. Thereby, the water of the second tank 22 is supplied to the reformer 11 through the second water passage 32. The raw material gas is supplied to the reformer 11 through a gas supply path (not shown).

燃料電池システム1aにおいて、待機期間には必要に応じて凍結防止処理が実行される。図2及び図3を参照しつつ凍結防止処理の一例を説明する。図2に示す通り、制御器60は、ステップS1において、温度センサ65の検出温度Taを示す情報を取得し、Taが第一温度T1以下であるか否か判断する。ステップS1における判断結果が肯定的である場合、ステップS2に進み、制御器60は、ヒータ40が正常であるか否か判断する。制御器60は、例えば、ヒータ40を所定の出力で発熱させるための制御信号を送り、その後ヒータ40の電流値を示す情報を取得する。制御器60は、その情報が正常な電流値を示す場合にはヒータ40が正常であると判断する。   In the fuel cell system 1a, antifreeze processing is performed as needed during the standby period. An example of the antifreeze processing will be described with reference to FIGS. 2 and 3. As shown in FIG. 2, in step S1, the controller 60 acquires information indicating the detected temperature Ta of the temperature sensor 65, and determines whether Ta is equal to or less than the first temperature T1. If the determination result in step S1 is affirmative, the process proceeds to step S2, and the controller 60 determines whether or not the heater 40 is normal. For example, the controller 60 sends a control signal for causing the heater 40 to generate heat with a predetermined output, and then acquires information indicating the current value of the heater 40. The controller 60 determines that the heater 40 is normal when the information indicates a normal current value.

ステップS2における判断結果が肯定的である場合、ステップS3に進み、制御器60は、第一水経路31が正常であるか否かを判断する。例えば、制御器60は、第一水供給器35が正常であれば、第一水経路31が正常であると判断する。この場合、制御器60は、例えば、第一水供給器35を作動させて第一水供給器35の作動状態を示す情報を取得し、第一水供給器35の作動状態が正常であれば、第一水供給器35が正常であると判断する。   When the determination result in step S2 is affirmative, the process proceeds to step S3, and the controller 60 determines whether or not the first water path 31 is normal. For example, if the first water supply unit 35 is normal, the controller 60 determines that the first water path 31 is normal. In this case, for example, the controller 60 operates the first water supply unit 35 to acquire information indicating the operation state of the first water supply unit 35, and if the operation state of the first water supply unit 35 is normal, The first water supply device 35 is determined to be normal.

ステップS3における判断結果が肯定的である場合、ステップS4に進み、制御器60は、第二水経路32が正常であるか否かを判断する。例えば、制御器60は、第二水供給器37及び第一開閉弁36が正常であれば、第二水経路32が正常であると判断する。制御器60は、例えば、第二水供給器37を作動させて第二水供給器37の作動状態を示す情報を取得し、第二水供給器37の作動状態が正常であれば、第二水供給器37が正常であると判断する。制御器60は、例えば、第一開閉弁36を閉じるとともに開閉弁39を開いて第二水供給器37を作動させ、かつ、所定の出力でヒータ40を発熱させ、温度センサ24の検出温度から所定期間における第二タンクの水温の変化量を決定する。制御器60は、この変化量が所定の閾値以上であれば、第一開閉弁36が正常であると判断する。第一開閉弁36に異常がある場合、第一開閉弁36を閉じたとしても、第二タンク22の水が改質器11に流れ込む可能性がある。このため、第一タンク21から第二タンク22に第三水経路33を通ってオーバーフローにより供給される水の流量が低下する。その結果、第一開閉弁36に異常があると、第一開閉弁36が正常である場合に比べて、第二タンク22の水温はより緩やかに上昇する。制御器60は、例えば、この現象を利用して第一開閉弁36が正常であるか否か判断する。   When the determination result in step S3 is affirmative, the process proceeds to step S4, and the controller 60 determines whether or not the second water path 32 is normal. For example, if the second water supply unit 37 and the first on-off valve 36 are normal, the controller 60 determines that the second water path 32 is normal. For example, the controller 60 operates the second water supply unit 37 to acquire information indicating the operation state of the second water supply unit 37, and if the operation state of the second water supply unit 37 is normal, the second It is determined that the water supply unit 37 is normal. For example, the controller 60 closes the first on-off valve 36 and opens the on-off valve 39 to operate the second water supplier 37, and heats the heater 40 with a predetermined output to detect the temperature detected by the temperature sensor 24. The amount of change in the water temperature of the second tank in a predetermined period is determined. The controller 60 determines that the first on-off valve 36 is normal if the amount of change is equal to or greater than a predetermined threshold value. If there is an abnormality in the first on-off valve 36, the water in the second tank 22 may flow into the reformer 11 even if the first on-off valve 36 is closed. For this reason, the flow rate of water supplied from the first tank 21 to the second tank 22 through the third water path 33 by the overflow decreases. As a result, when there is an abnormality in the first on-off valve 36, the water temperature of the second tank 22 rises more gradually than in the case where the first on-off valve 36 is normal. The controller 60 determines, for example, whether or not the first on-off valve 36 is normal using this phenomenon.

ステップS4における判断結果が肯定的である場合、ステップS5に進み、制御器60は、第一開閉弁36を閉じる。次に、ステップS6に進み、制御器60は、第一水供給器35及び第二水供給器37を作動させる。これにより、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33を水が流れ、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の凍結が防止される。次に、制御器60は、ステップS7に進み、第一出力でヒータ40を発熱させ、ステップS1に戻る。これにより、ヒータ40で温められた水が第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33を流れるので、より確実に、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の凍結が防止される。なお、制御器60は、第一タンク21に貯留された水の温度が比較的高い場合には、ステップS7の処理を省略してもよい。   If the determination result in step S4 is affirmative, the process proceeds to step S5, and the controller 60 closes the first on-off valve 36. Next, in step S6, the controller 60 operates the first water supplier 35 and the second water supplier 37. Thereby, water flows through the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33, and the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33 are prevented from freezing. . Next, the controller 60 proceeds to step S7, heats the heater 40 with the first output, and returns to step S1. Thereby, since the water heated by the heater 40 flows through the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33, the first water path 31, the second water path 32, and Freezing of the third water path 33 is prevented. The controller 60 may omit the process of step S7 when the temperature of the water stored in the first tank 21 is relatively high.

ステップS3における判断結果が否定的である場合、ステップS8に進み、制御器60は、第二水経路32が正常であるか否か判断する。ステップS8の処理は、ステップS4と同様になされる。ステップS8における判断結果が肯定的である場合、ステップS9に進み、制御器60は、第一開閉弁36を閉じる。次に、ステップS10に進み、制御器60は、第二水供給器37を作動させるとともに第一水供給器35の作動を禁止する。次に、ステップS11に進み、制御器60は、第二出力でヒータ40を発熱させる。次に、ステップS12に進み、制御器60は、ファン80を作動させ、ステップS1に戻る。これにより、第一タンク21からの放熱により筐体50の内部空間を適切に暖気でき、第一水経路31を水が流れなくても、第一水経路31の凍結を防止できる。   When the determination result in step S3 is negative, the process proceeds to step S8, and the controller 60 determines whether or not the second water path 32 is normal. The process of step S8 is performed similarly to step S4. If the determination result in step S8 is affirmative, the process proceeds to step S9, and the controller 60 closes the first on-off valve 36. Next, it progresses to step S10 and the controller 60 prohibits the operation | movement of the 1st water supply device 35 while operating the 2nd water supply device 37. FIG. Next, in step S11, the controller 60 causes the heater 40 to generate heat at the second output. Next, in step S12, the controller 60 operates the fan 80 and returns to step S1. Thereby, the internal space of the housing 50 can be appropriately warmed by heat radiation from the first tank 21, and freezing of the first water path 31 can be prevented even when water does not flow through the first water path 31.

ステップS4における判断結果が否定的である場合、ステップS13に進み、制御器60は、第一水供給器35を作動させるとともに第二水供給器37の作動を禁止する。次に、ステップS14に進み、制御器60は、第二出力でヒータ40を発熱させる。次に、ステップS15に進み、制御器60は、ファン80を作動させ、ステップS1に戻る。これにより、第一タンク21からの放熱により筐体50の内部空間を適切に暖気でき、第二水経路32を水が流れなくても、第二水経路32の凍結を防止できる。   If the determination result in step S4 is negative, the process proceeds to step S13, where the controller 60 activates the first water supplier 35 and prohibits the operation of the second water supplier 37. Next, in step S14, the controller 60 causes the heater 40 to generate heat at the second output. Next, in step S15, the controller 60 operates the fan 80 and returns to step S1. Thereby, the internal space of the housing 50 can be appropriately warmed by heat radiation from the first tank 21, and freezing of the second water path 32 can be prevented even if water does not flow through the second water path 32.

ステップS8における判断結果が否定的である場合、ステップS16に進み、制御器60は、第二出力でヒータ40を発熱させる。次に、ステップS17に進み、制御器60は、ファン80を作動させ、ステップS1に戻る。この場合、制御器60は、第一水供給器35及び第二水供給器37を作動させることなく、第二出力でヒータ40を発熱させる。これにより、第一タンク21からの放熱により筐体50の内部空間を適切に暖気でき、第一水経路31及び第二水経路32を水が流れなくても、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の凍結を防止できる。   When the determination result in step S8 is negative, the process proceeds to step S16, and the controller 60 causes the heater 40 to generate heat with the second output. Next, in step S17, the controller 60 operates the fan 80 and returns to step S1. In this case, the controller 60 causes the heater 40 to generate heat with the second output without operating the first water supplier 35 and the second water supplier 37. As a result, the internal space of the housing 50 can be properly warmed up by the heat radiation from the first tank 21, and the first water path 31, the second water path 31 can be obtained even if the water does not flow through the first water path 31 and the second water path 32. Freezing of the water path 32 and the third water path 33 can be prevented.

図2及び図3に示す通り、ステップS2における判断結果が否定的である場合、ステップS20に進み、制御器60は、第二水供給器37を第二モードで作動させる。これにより、第二水経路32において第二タンク22に向かって水が逆流し、第二水経路32の水が排出される。これにより、ヒータ40に異常があっても、第二水経路32の凍結を防止できる。ステップS20の処理が完了すると、凍結防止処理が終了する。   As shown in FIG. 2 and FIG. 3, if the determination result in step S2 is negative, the process proceeds to step S20, and the controller 60 operates the second water supply device 37 in the second mode. As a result, the water flows backward in the second water passage 32 toward the second tank 22, and the water in the second water passage 32 is discharged. Thereby, even if the heater 40 has an abnormality, freezing of the second water passage 32 can be prevented. When the process of step S20 is completed, the freeze prevention process ends.

ステップS1における判断結果が否定的である場合、ステップS18に進み、制御器60は、所定の停止処理を実行する。例えば、ステップS18において、制御器60は、第一水供給器35、第二水供給器37、又はファン80が作動中である場合にはこれらを停止させ、ヒータ40が発熱中である場合には、ヒータ40をオフにする。ステップS18の処理が完了すると、凍結防止処理が終了する。制御器60は、例えば、第一水供給器35、第二水供給器37、ファン80が作動しておらず、ヒータ40がオフである場合には、ステップS18をスキップする。なお、制御器60は、ステップS18の処理が完了した後、ステップS1に戻ってもよい。さらに、制御器60は、ステップS1における判断結果が否定的である場合、ステップS1における判断結果が肯定的になるまでステップS1を繰り返してもよい。   If the determination result in step S1 is negative, the process proceeds to step S18, and the controller 60 executes a predetermined stop process. For example, in step S18, the controller 60 stops the first water supply unit 35, the second water supply unit 37, or the fan 80 when they are operating, and when the heater 40 is generating heat. Turns the heater 40 off. When the process of step S18 is completed, the freeze prevention process ends. The controller 60 skips step S18, for example, when the first water supplier 35, the second water supplier 37, and the fan 80 are not operating and the heater 40 is off. The controller 60 may return to step S1 after the process of step S18 is completed. Furthermore, when the determination result in step S1 is negative, the controller 60 may repeat step S1 until the determination result in step S1 becomes affirmative.

燃料電池システム1aは、様々な観点から変更可能である。例えば、燃料電池システム1aは、図4に示す燃料電池システム1bのように変更されてもよい。燃料電池システム1bは、特に説明する場合を除き、燃料電池システム1aと同様に構成されている。燃料電池システム1aの構成要素と同一又は対応する燃料電池システム1bの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。燃料電池システム1aに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、燃料電池システム1bにも当てはまる。   The fuel cell system 1a can be changed from various viewpoints. For example, the fuel cell system 1a may be modified as the fuel cell system 1b shown in FIG. The fuel cell system 1b is configured in the same manner as the fuel cell system 1a unless otherwise described. The components of the fuel cell system 1b that are the same as or correspond to the components of the fuel cell system 1a are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted. The description of the fuel cell system 1a also applies to the fuel cell system 1b, as long as there is no technical contradiction.

図4に示す通り、燃料電池システム1bは、例えば、バイパス経路32bと、第二開閉弁38とをさらに備えている。バイパス経路32bは、第二水経路32において第二水供給器37をバイパスする。第二開閉弁38は、パイパス経路32bに配置されている。第二開閉弁38は、例えば電磁弁である。制御器60は、燃料電池10が発電しているとき(換言すると、上記の起動期間、発電期間、及び停止期間)には第二開閉弁38を閉じる。一方、制御器60が、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、ヒータ40に異常があると判断したとする。この場合、制御器60は、第二開閉弁38を開いて第二水経路32から水を排出させる。第二水経路32の大部分は、第二タンク22の上方にある。このため、第二開閉弁38が開くと、第二水経路32の水が第二タンク22に向かって逆流し、第二水経路32から水が排出される。これにより、第二水供給器37が第一モードでのみ作動可能である場合、又は、第二水供給器37に異常がある場合でも、第二開閉弁38が開くことによって、第二水経路32の凍結を防止できる。例えば、図2及び図5に示す通り、燃料電池システム1bにおいて、ステップS2における判断結果が否定的である場合に、制御器60は、ステップS21に進み、第二開閉弁38を開く。これにより、第二水経路32から水が排出される。ステップS21の完了後に凍結防止処理が終了する。   As shown in FIG. 4, the fuel cell system 1 b further includes, for example, a bypass path 32 b and a second on-off valve 38. The bypass path 32 b bypasses the second water supply unit 37 in the second water path 32. The second on-off valve 38 is disposed in the bypass path 32b. The second on-off valve 38 is, for example, an electromagnetic valve. The controller 60 closes the second on-off valve 38 when the fuel cell 10 is generating power (in other words, the above-described start period, power generation period, and stop period). On the other hand, it is assumed that the controller 60 determines that at least one of the first water path 31, the second water path 32, and the third water path 33 may be frozen and that the heater 40 is abnormal. In this case, the controller 60 opens the second on-off valve 38 to discharge water from the second water path 32. Most of the second water path 32 is above the second tank 22. For this reason, when the second on-off valve 38 is opened, the water in the second water path 32 flows backward toward the second tank 22, and the water is discharged from the second water path 32. Thereby, even if the second water supply device 37 can be operated only in the first mode, or even when the second water supply device 37 has an abnormality, the second on-off valve 38 is opened, so that the second water path 32 can be prevented from freezing. For example, as shown in FIGS. 2 and 5, in the fuel cell system 1b, when the determination result in step S2 is negative, the controller 60 proceeds to step S21 and opens the second on-off valve 38. Thereby, water is discharged from the second water path 32. After completion of step S21, the freeze prevention process ends.

(第2実施形態)
次に、別の実施形態に係る燃料電池システム300aを説明する。図6に示す通り、燃料電池システム300aは、燃料電池310と、改質器311と、タンク321と、水経路331と、ヒータ340と、水供給器335と、筐体350と、制御器360とを備えている。燃料電池310は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。改質器311は、原料ガス及び水から燃料ガスを生成する。タンク321は、改質器311に供給されるべき水を貯留する。改質器311に供給される水が水経路331を流れる。ヒータ340は、タンク321の内部に配置されている。水供給器335は、水経路331に配置され、タンク321に貯留された水を改質器311に送る。筐体350は、燃料電池310、改質器311、タンク321、及び水経路331を収納する。制御器360は、水経路331が凍結するおそれがあり、かつ、水経路331に異常があると判断したときに、第二出力でヒータ340を発熱させ、タンク321からの放熱により筐体350の内部空間を暖気する。ヒータ340の第二出力は、水経路331が正常なときの水経路331の凍結防止のためのヒータ340の第一出力よりも高い。
Second Embodiment
Next, a fuel cell system 300a according to another embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the fuel cell system 300 a includes a fuel cell 310, a reformer 311, a tank 321, a water path 331, a heater 340, a water supplier 335, a housing 350, and a controller 360. And have. The fuel cell 310 generates power by reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas. The reformer 311 generates a fuel gas from the raw material gas and water. The tank 321 stores water to be supplied to the reformer 311. Water supplied to the reformer 311 flows through the water path 331. The heater 340 is disposed inside the tank 321. The water supply unit 335 is disposed in the water path 331 and sends the water stored in the tank 321 to the reformer 311. The housing 350 accommodates the fuel cell 310, the reformer 311, the tank 321, and the water path 331. The controller 360 causes the heater 340 to generate heat at the second output when it is determined that the water path 331 may freeze and there is an abnormality in the water path 331, and the heat of the tank 321 causes the housing 350 to Warm up the interior space. The second output of the heater 340 is higher than the first output of the heater 340 for preventing freezing of the water path 331 when the water path 331 is normal.

制御器360が上記の判断をしたときには、ヒータ340が第二出力で発熱するので、タンク321に貯留された水が通常の凍結防止処理がなされるときと比べてより高い温度に加熱される。このため、ヒータ340によって加熱された水が貯留されたタンク321からの放熱が筐体350の内部空間の広い範囲に及ぶ。これにより水経路331に異常があってヒータ340によって加熱された水を水経路331に流せなかったとしても、水経路331の凍結を有利に防止できる。ヒータ340の第二出力は、第一出力より高い限り特に制限されず、例えばタンク321に貯留された水の温度を70℃以上に保つことができるように定められている。ヒータ340は、例えば、抵抗加熱式の電気ヒータである。なお、ヒータ340の第一出力は、例えばタンク321に貯留された水の温度を30〜50℃に保つことができるように定められている。   When the controller 360 makes the above determination, the heater 340 generates heat at the second output, so the water stored in the tank 321 is heated to a higher temperature than when the normal antifreeze processing is performed. For this reason, the heat radiation from the tank 321 in which the water heated by the heater 340 is stored extends over a wide range of the internal space of the housing 350. Thereby, even if the water passage 331 has an abnormality and water heated by the heater 340 can not flow to the water passage 331, freezing of the water passage 331 can be advantageously prevented. The second output of the heater 340 is not particularly limited as long as it is higher than the first output. For example, the temperature of the water stored in the tank 321 can be maintained at 70 ° C. or higher. The heater 340 is, for example, a resistance heating type electric heater. In addition, the 1st output of the heater 340 is defined so that the temperature of the water stored by the tank 321 can be maintained at 30-50 degreeC, for example.

図5に示す通り、燃料電池システム300aは、例えば温度センサ365をさらに備える。温度センサ365は、例えば、筐体350の内部の空気の温度を検出する。温度センサ365は、例えば、筐体350の底面の近くに配置されている。温度センサ365は、筐体350の外部の空気の温度又は水経路331における水の温度を検出するものであってもよい。制御器360は、例えば、温度センサ365が第一温度T1以下であることを検出したときに、水経路331が凍結するおそれがあると判断する。第一温度T1は、例えば0℃である。温度センサ365は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。   As shown in FIG. 5, the fuel cell system 300a further includes, for example, a temperature sensor 365. The temperature sensor 365 detects, for example, the temperature of air inside the housing 350. The temperature sensor 365 is disposed, for example, near the bottom of the housing 350. The temperature sensor 365 may detect the temperature of the air outside the housing 350 or the temperature of the water in the water path 331. For example, when the temperature sensor 365 detects that the temperature is lower than or equal to the first temperature T1, the controller 360 determines that the water path 331 may be frozen. The first temperature T1 is, for example, 0 ° C. The temperature sensor 365 is, for example, a temperature sensor using a thermistor or a temperature sensor using a thermocouple.

例えば、制御器360は、水経路331が凍結するおそれがあり、かつ、水経路331に異常があると判断したとき、水供給器335の作動を禁止する。   For example, the controller 360 prohibits the operation of the water supply device 335 when it is determined that the water channel 331 may freeze and the water channel 331 is abnormal.

制御器360は、例えば、水供給器335の異常を水経路331の異常と判断する。制御器360は、例えば、水供給器335の作動状態を示す情報を取得して水供給器335の異常の有無を判断する。   The controller 360 determines, for example, an abnormality in the water supplier 335 as an abnormality in the water path 331. For example, the controller 360 acquires information indicating the operating state of the water supply unit 335 and determines whether or not the water supply unit 335 is abnormal.

水供給器335は、例えば、先に説明した容積式ポンプの1つである。水供給器335は、例えば、第一モードと第二モードとを切り替えて作動可能である。第一モードは、タンク321から改質器311に向かって水を供給するモードである。第二モードは、水経路331においてタンク321に向かって水を逆流させるモードである。この場合、水供給器335は、例えば、正回転及び逆回転が可能なモータによって作動されるポンプ機構を備える。制御器360は、例えば、水経路331が凍結するおそれがあり、かつ、ヒータ340に異常があると判断したとする。この場合、制御器360は、水供給器335を第二モードで作動させて、水経路331から水を排出させる。なお、水供給器335が第一モードと第二モードとを切り替えて作動可能である場合、特に説明する場合を除き、水供給器335は第一モードで作動する。制御器360は、例えば、ヒータ340を流れる電流値が異常であることを示す情報を取得したときにヒータ340に異常があると判断する。制御器360は、ヒータ340を発熱させる制御信号を送った後、所定期間におけるタンク321の水温の上昇温度に基づいてヒータ340が正常であるか否か判断してもよい。   The water supply 335 is, for example, one of the positive displacement pumps described above. The water supplier 335 is operable, for example, by switching between the first mode and the second mode. The first mode is a mode in which water is supplied from the tank 321 toward the reformer 311. The second mode is a mode in which water is reversely flowed toward the tank 321 in the water path 331. In this case, the water supplier 335 includes, for example, a pump mechanism operated by a motor capable of rotating in the forward and reverse directions. For example, it is assumed that the controller 360 determines that the water path 331 may be frozen and the heater 340 is abnormal. In this case, the controller 360 operates the water supplier 335 in the second mode to drain water from the water path 331. When the water supplier 335 is operable by switching between the first mode and the second mode, the water supplier 335 operates in the first mode unless otherwise described. For example, the controller 360 determines that the heater 340 is abnormal when acquiring information indicating that the value of the current flowing through the heater 340 is abnormal. After sending the control signal to heat the heater 340, the controller 360 may determine whether the heater 340 is normal based on the temperature rise of the water temperature of the tank 321 in a predetermined period.

図1に示す通り、燃料電池システム300aは、例えば、ファン380をさらに備える。制御器360は、例えば、第二出力でヒータ340を発熱させるときに、ファン380を作動させる。この場合、タンク321から放散された熱がファン380によって生じた空気の流れによって運ばれ、筐体350の内部空間の広い範囲が効率的に温まる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 300a further includes a fan 380, for example. For example, the controller 360 operates the fan 380 when the heater 340 generates heat with the second output. In this case, the heat dissipated from the tank 321 is carried by the flow of air generated by the fan 380, and a wide range of the internal space of the housing 350 is efficiently warmed.

改質器311は、例えば、水蒸気改質反応(CH4+H2O→CO+3H2)などの改質反応によって、水素を生成する。改質器311には、改質反応を進行させるための触媒が収められている。改質器311には、例えば、都市ガス、LPガス(液化石油ガス)などの炭化水素ガスが原料ガスとして供給される。改質器311で生成された水素を含む燃料ガスが燃料電池310に供給される。 The reformer 311 generates hydrogen by a reforming reaction such as a steam reforming reaction (CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ). The reformer 311 contains a catalyst for causing the reforming reaction to proceed. For example, a hydrocarbon gas such as city gas or LP gas (liquefied petroleum gas) is supplied to the reformer 311 as a raw material gas. A fuel gas containing hydrogen generated by the reformer 311 is supplied to the fuel cell 310.

燃料電池システム300aは、さらに、燃料ガス供給経路312、酸化剤ガス供給経路316、アノードオフガス経路314、カソードオフガス経路317、及び燃焼排ガス経路318、及び凝縮水経路319を備えている。燃料ガス供給経路312は、改質器311から燃料電池310に燃料ガスを供給するための流路である。燃料ガス供給経路312は、改質器311と燃料電池310のアノードガス入口とを接続している。酸化剤ガス供給経路316は、燃料電池310のカソードに酸化剤ガスとしての空気を供給するための流路である。酸化剤ガス供給経路316には、空気供給器315が設けられている。空気供給器315は、燃料電池310に空気を供給するためのデバイスである。空気供給器315は、例えばファン又はブロワである。酸化剤ガス供給経路316には、加湿器、弁などの他の機器が配置されていてもよい。アノードオフガス経路314は、未反応の燃料ガス及び未反応の原料ガスを燃料電池310のアノードから排出するための流路である。未反応の燃料ガス及び未反応の原料ガスは、アノードオフガス経路314を通じて、燃焼器313に供給される。カソードオフガス経路317は、未反応の酸化剤ガスを燃料電池310のカソードから排出するための流路である。未反応の酸化剤ガスは、カソードオフガス経路317を通じて、燃焼器313に供給される。燃焼器313において、未反応の燃料ガス及び未反応の原料ガスが燃焼して改質器311が加熱され、燃焼排ガスが生成される。燃焼器313における未反応の燃料ガス及び未反応の原料ガスの燃焼により、改質反応に必要な熱が供給される。燃焼排ガス経路318は、燃焼排ガスを筐体350の外部に排出するための流路である。凝縮水経路319は、燃焼排ガス経路318から分岐してタンク321まで延びている。凝縮水経路319は、燃焼排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生成された凝縮水をタンク321に導くための流路である。   The fuel cell system 300a further includes a fuel gas supply path 312, an oxidant gas supply path 316, an anode off gas path 314, a cathode off gas path 317, a flue gas path 318, and a condensed water path 319. The fuel gas supply path 312 is a flow path for supplying the fuel gas from the reformer 311 to the fuel cell 310. The fuel gas supply path 312 connects the reformer 311 and the anode gas inlet of the fuel cell 310. The oxidant gas supply path 316 is a flow path for supplying air as an oxidant gas to the cathode of the fuel cell 310. An air supply unit 315 is provided in the oxidant gas supply path 316. The air supplier 315 is a device for supplying air to the fuel cell 310. The air supply device 315 is, for example, a fan or a blower. In the oxidant gas supply path 316, other devices such as a humidifier and a valve may be disposed. The anode off gas path 314 is a flow path for discharging unreacted fuel gas and unreacted raw material gas from the anode of the fuel cell 310. The unreacted fuel gas and the unreacted source gas are supplied to the combustor 313 through the anode off gas passage 314. The cathode off gas path 317 is a flow path for discharging the unreacted oxidant gas from the cathode of the fuel cell 310. Unreacted oxidant gas is supplied to the combustor 313 through the cathode off-gas path 317. In the combustor 313, unreacted fuel gas and unreacted raw material gas are combusted, the reformer 311 is heated, and combustion exhaust gas is generated. The combustion of the unreacted fuel gas and the unreacted source gas in the combustor 313 supplies the heat necessary for the reforming reaction. The combustion exhaust gas passage 318 is a flow path for discharging the combustion exhaust gas to the outside of the housing 350. The condensed water path 319 branches from the combustion exhaust gas path 318 and extends to the tank 321. The condensed water path 319 is a flow path for guiding condensed water generated by condensation of water vapor contained in the combustion exhaust gas to the tank 321.

燃料電池システム300aは、例えば、熱回収経路370及び熱交換器375をさらに備えている。熱交換器375は、燃焼排ガス経路318に配置されている。熱交換器375は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などの熱交換器である。   The fuel cell system 300a further includes, for example, a heat recovery path 370 and a heat exchanger 375. The heat exchanger 375 is disposed in the flue gas passage 318. The heat exchanger 375 is, for example, a heat exchanger such as a double-pipe heat exchanger or a plate heat exchanger.

熱回収経路370は、燃焼排ガスが有する熱を回収するための流路である。熱回収経路370は、送り経路371及び戻し経路372を含む。送り経路371及び戻し経路372は、それぞれ、熱交換器375に接続されている。送り経路371は、熱回収経路370の上流部分を構成している。戻し経路72は、熱回収経路370の下流部分を構成している。戻し経路372は、熱交換器375において加熱された水を貯湯タンク(図示せず)に導くための流路である。送り経路371は、熱交換器375において加熱されるべき水を熱交換器375に導くための流路である。熱交換器375は、熱回収経路370を流れる水と燃焼排ガス経路318を流れる燃焼排ガスとを熱交換させるように構成されている。これにより、燃焼排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水が発生する。凝縮水経路319は、燃焼排ガス経路318において熱交換器375よりも下流に位置する分岐点において燃焼排ガス経路318から分岐している。凝縮水は、凝縮水経路319を通ってタンク321に導かれる。   The heat recovery path 370 is a flow path for recovering the heat of the combustion exhaust gas. The heat recovery path 370 includes a feed path 371 and a return path 372. The feed path 371 and the return path 372 are connected to the heat exchanger 375, respectively. The feed path 371 constitutes an upstream portion of the heat recovery path 370. The return path 72 constitutes the downstream portion of the heat recovery path 370. The return path 372 is a flow path for guiding water heated in the heat exchanger 375 to a hot water storage tank (not shown). The feed path 371 is a flow path for guiding water to be heated in the heat exchanger 375 to the heat exchanger 375. The heat exchanger 375 is configured to exchange heat between water flowing through the heat recovery path 370 and combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas path 318. Thus, the water vapor contained in the combustion exhaust gas is condensed to generate condensed water. The condensed water passage 319 branches from the flue gas passage 318 at a branch point located downstream of the heat exchanger 375 in the flue gas passage 318. The condensed water is led to the tank 321 through the condensed water path 319.

熱回収経路370には、例えば、水供給器377が配置されている。水供給器377は、例えば、送り経路371に配置されている。水供給器377は、戻し経路372に配置されていてもよい。水供給器377は、例えば、先に説明した容積式ポンプの1つである。   For example, a water supply unit 377 is disposed in the heat recovery path 370. The water supply unit 377 is disposed in the feed path 371, for example. The water supply unit 377 may be disposed in the return path 372. The water supply 377 is, for example, one of the positive displacement pumps described above.

タンク321には、例えば、温度センサ322が設けられている。温度センサ322は、タンク321の内部に配置されており、タンク321に貯留された水の温度を検出する。温度センサ322は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。余分な水は、タンク321から溢れ、例えば、筐体350の外部に排出される。   For example, a temperature sensor 322 is provided in the tank 321. The temperature sensor 322 is disposed inside the tank 321, and detects the temperature of the water stored in the tank 321. The temperature sensor 322 is, for example, a temperature sensor using a thermistor or a temperature sensor using a thermocouple. Excess water overflows from the tank 321 and is discharged to the outside of the housing 350, for example.

燃料電池システム300aは、例えば、コントロールパネル363を備えている。コントロールパネル363は、燃料電池システム300aの運転条件の入力を受け付けるとともに、燃料電池システム300aの運転状態を表示する。   The fuel cell system 300a includes a control panel 363, for example. The control panel 363 receives input of operating conditions of the fuel cell system 300a and displays the operating state of the fuel cell system 300a.

制御器360は、典型的には、燃料電池システム300aの運転のためのプログラムが実行可能に格納されたデジタルコンピュータである。制御器360は、温度センサ365及び温度センサ322の検出結果を示す情報及びコントロールパネル363に入力された運転条件を示す情報を取得する。制御器360は、例えば、別の温度センサ、流量計、及びガスセンサなどの他の検出装置(図示省略)の検出結果を示す情報をさらに取得する。また、制御器360は、例えば、水供給器335、水供給器377、及びファン380の作動状態を示す情報並びにヒータ340における電流値を示す情報を取得する。制御器360は、これらの情報に基づいて、水供給器335、水供給器377、ヒータ340、及びファン380等の制御対象を制御する。また、制御器360は、燃料電池システム300aの運転状態を示す情報をコントロールパネル363に表示させる。   The controller 360 is typically a digital computer in which a program for operating the fuel cell system 300a is executably stored. The controller 360 acquires information indicating the detection results of the temperature sensor 365 and the temperature sensor 322 and information indicating the operating condition input to the control panel 363. The controller 360 further acquires information indicating the detection result of another detection device (not shown) such as another temperature sensor, a flow meter, and a gas sensor, for example. In addition, the controller 360 obtains, for example, information indicating the operating states of the water supplier 335, the water supplier 377, and the fan 380, and information indicating the current value in the heater 340. Based on these pieces of information, the controller 360 controls objects to be controlled such as the water supplier 335, the water supplier 377, the heater 340, and the fan 380. Further, the controller 360 causes the control panel 363 to display information indicating the operating state of the fuel cell system 300a.

燃料電池システム300aにおいて、必要に応じて凍結防止処理が実行される。図7及び図8を参照しつつ凍結防止処理の一例を説明する。図7に示す通り、制御器360は、ステップS301において、温度センサ365の検出温度Taを示す情報を取得し、Taが第一温度T1以下であるか否か判断する。ステップS301における判断結果が肯定的である場合、ステップS302に進み、制御器360は、ヒータ340が正常であるか否か判断する。   In the fuel cell system 300a, antifreeze processing is performed as needed. An example of the antifreeze processing will be described with reference to FIGS. 7 and 8. As shown in FIG. 7, in step S301, the controller 360 acquires information indicating the detected temperature Ta of the temperature sensor 365, and determines whether Ta is equal to or less than the first temperature T1. If the determination result in step S301 is affirmative, the process proceeds to step S302, where the controller 360 determines whether the heater 340 is normal.

ステップS302における判断結果が肯定的である場合、ステップS303に進み、制御器360は、水経路331が正常であるか否かを判断する。例えば、制御器360は、水供給器335が正常であれば、水経路331が正常であると判断する。   If the determination result in step S302 is affirmative, the process proceeds to step S303, and the controller 360 determines whether the water path 331 is normal. For example, if the water supplier 335 is normal, the controller 360 determines that the water path 331 is normal.

ステップS303における判断結果が肯定的である場合、ステップS304に進み、制御器360は、水供給器335を作動させる。これにより、水経路331を水が流れ、水経路331の凍結が防止される。次に、制御器360は、ステップS305に進み、第一出力でヒータ340を発熱させ、ステップS301に戻る。これにより、ヒータ340で温められた水が水経路331を流れるので、より確実に、水経路331の凍結が防止される。なお、制御器360は、タンク321に貯留された水の温度が比較的高い場合には、ステップS305の処理を省略してもよい。   When the determination result in step S303 is affirmative, the process proceeds to step S304, and the controller 360 operates the water supply unit 335. As a result, water flows through the water passage 331, and freezing of the water passage 331 is prevented. Next, the controller 360 proceeds to step S305, causes the heater 340 to generate heat with the first output, and returns to step S301. Thereby, since the water heated by the heater 340 flows through the water path 331, the water path 331 is more reliably prevented from freezing. Note that the controller 360 may omit the process of step S305 when the temperature of the water stored in the tank 321 is relatively high.

ステップS303における判断結果が否定的である場合、ステップS306に進み、制御器360は、第二出力でヒータ340を発熱させる。次に、ステップS307に進み、制御器360は、ファン380を作動させ、ステップS301に戻る。これにより、タンク321からの放熱により筐体350の内部空間を適切に暖気でき、水経路331を水が流れなくても、水経路331の凍結を防止できる。   If the determination result in step S303 is negative, the process proceeds to step S306, and the controller 360 causes the heater 340 to generate heat with the second output. Next, in step S307, the controller 360 operates the fan 380 and returns to step S301. As a result, the internal space of the housing 350 can be properly warmed up by the heat released from the tank 321, and freezing of the water passage 331 can be prevented even if the water does not flow through the water passage 331.

図7及び図8に示す通り、ステップS302における判断結果が否定的である場合、ステップS310に進み、制御器360は、水供給器335を第二モードで作動させる。これにより、水経路331においてタンク321に向かって水が逆流し、水経路331の水が排出される。これにより、ヒータ340に異常があっても、水経路331の凍結を防止できる。ステップS310の処理が完了すると、凍結防止処理が終了する。   As shown in FIGS. 7 and 8, when the determination result in step S302 is negative, the process proceeds to step S310, and the controller 360 operates the water supply unit 335 in the second mode. Thereby, water flows backward toward the tank 321 in the water path 331, and the water in the water path 331 is discharged. Thereby, even if the heater 340 has an abnormality, freezing of the water path 331 can be prevented. When the process of step S310 is completed, the freeze prevention process ends.

ステップS301における判断結果が否定的である場合、ステップS308に進み、制御器360は、所定の停止処理を実行する。例えば、ステップS308において、制御器360は、水供給器335又はファン380が作動中である場合にはこれらを停止させ、ヒータ340が発熱中である場合には、ヒータ340をオフにする。ステップS308の処理が完了すると、凍結防止処理が終了する。制御器360は、例えば、水供給器335又はファン380が作動しておらず、ヒータ340がオフである場合には、ステップS308をスキップする。なお、制御器360は、ステップS308の処理が完了した後、ステップS301に戻ってもよい。さらに、制御器360は、ステップS301における判断結果が否定的である場合、ステップS301における判断結果が肯定的になるまでステップS301を繰り返してもよい。   When the determination result in step S301 is negative, the process proceeds to step S308, and the controller 360 executes a predetermined stop process. For example, in step S308, the controller 360 stops the water supplier 335 or the fan 380 if they are in operation, and turns off the heater 340 if the heater 340 is generating heat. When the process of step S308 is completed, the freeze prevention process ends. For example, when the water supplier 335 or the fan 380 is not operating and the heater 340 is off, the controller 360 skips step S308. The controller 360 may return to step S301 after the process of step S308 is completed. Furthermore, when the determination result in step S301 is negative, the controller 360 may repeat step S301 until the determination result in step S301 becomes affirmative.

燃料電池システム300aは、様々な観点から変更可能である。例えば、燃料電池システム300bは、図9に示す燃料電池システム300bのように変更されてもよい。燃料電池システム300bは、特に説明する場合を除き、燃料電池システム300aと同様に構成されている。燃料電池システム300aの構成要素と同一又は対応する燃料電池システム300bの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。燃料電池システム300aに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、燃料電池システム300bにも当てはまる。   The fuel cell system 300a can be changed from various viewpoints. For example, the fuel cell system 300b may be modified like a fuel cell system 300b shown in FIG. The fuel cell system 300b is configured in the same manner as the fuel cell system 300a, unless otherwise described. Components of the fuel cell system 300b that are the same as or correspond to components of the fuel cell system 300a are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description of the fuel cell system 300a also applies to the fuel cell system 300b as long as there is no technical contradiction.

図9に示す通り、燃料電池システム300bは、バイパス経路332と、開閉弁338とをさらに備えている。バイパス経路332は、水経路331において水供給器335をバイパスする。開閉弁338は、パイパス経路332に配置されている。開閉弁338は、例えば電磁弁である。制御器360は、燃料電池310が発電しているときには開閉弁338を閉じる。一方、制御器360が、水経路331が凍結するおそれがあり、かつ、ヒータ340に異常があると判断したとする。この場合、制御器360は、開閉弁338を開いて水経路331から水を排出させる。水経路331の大部分は、タンク321の上方にある。このため、開閉弁338が開くと、水経路331の水がタンク321に向かって逆流し、水経路331から水が排出される。これにより、水供給器335が第一モードでのみ作動可能である場合、又は、水供給器335に異常がある場合でも、開閉弁338が開くことによって、水経路331の凍結を防止できる。例えば、図7及び図10に示す通り、燃料電池システム300bにおいて、ステップS302における判断結果が否定的である場合に、制御器360は、ステップS311に進み、開閉弁338を開く。これにより、水経路331から水が排出される。ステップS311の完了後に凍結防止処理が終了する。   As shown in FIG. 9, the fuel cell system 300 b further includes a bypass path 332 and an on-off valve 338. The bypass path 332 bypasses the water supplier 335 in the water path 331. The on-off valve 338 is disposed in the bypass path 332. The on-off valve 338 is, for example, an electromagnetic valve. The controller 360 closes the on-off valve 338 when the fuel cell 310 is generating power. On the other hand, it is assumed that the controller 360 determines that the water path 331 may freeze and the heater 340 is abnormal. In this case, the controller 360 opens the on-off valve 338 and discharges water from the water path 331. Most of the water path 331 is above the tank 321. For this reason, when the on-off valve 338 is opened, the water in the water path 331 flows backward toward the tank 321, and the water is discharged from the water path 331. Thereby, even when the water supply unit 335 is operable only in the first mode, or even when the water supply unit 335 has an abnormality, the open / close valve 338 is opened, so that the water path 331 can be prevented from freezing. For example, as shown in FIGS. 7 and 10, in the fuel cell system 300b, when the determination result in step S302 is negative, the controller 360 proceeds to step S311 and opens the on-off valve 338. As a result, water is discharged from the water path 331. After completion of step S311, the freeze prevention process ends.

本開示の技術は、燃料電池システムにおいて、水経路に異常がある場合の凍結防止に有用である。   The technology of the present disclosure is useful for preventing freezing when there is an abnormality in the water path in the fuel cell system.

1a、1b 燃料電池システム
10 燃料電池
11 改質器
21 第一タンク
22 第二タンク
31 第一水経路
32 第二水経路
32b バイパス経路
33 第三水経路
35 第一水供給器
36 第一開閉弁
37 第二水供給器
38 第二開閉弁
40 ヒータ
50 筐体
60 制御器
65 温度センサ
80 ファン
BP 分岐点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b Fuel cell system 10 Fuel cell 11 Reformer 21 First tank 22 Second tank 31 First water path 32 Second water path 32b Bypass path 33 Third water path 35 First water supply 36 First on-off valve 37 second water supply device 38 second on-off valve 40 heater 50 housing 60 controller 65 temperature sensor 80 fan BP branch point

Claims (15)

燃料電池と、
前記燃料電池で発生した熱を回収する水を貯留する第一タンクと、
前記燃料電池と前記第一タンクとの間を循環する水が流れる第一水経路と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留する第二タンクと、
前記第二タンクと前記改質器及び前記第一タンクとを接続するとともに、前記改質器に供給される水の流れと前記第一タンクに供給される水の流れとが分岐する分岐点を有する第二水経路と、
前記第二水経路において前記分岐点と前記改質器との間に配置された第一開閉弁と、
前記第一タンクからオーバーフローした水を第二タンクに導く第三水経路と、
前記第一タンクの内部に配置されたヒータと、
前記第一水経路に配置され、前記燃料電池と前記第一タンクとの間で水を循環させる第一水供給器と、
前記第二水経路に配置され、前記第二タンクに貯留された水を前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに送る第二水供給器と、
前記燃料電池、前記第一タンク、前記第一水経路、前記改質器、前記第二タンク、前記第二水経路、及び前記第三水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路及び前記第二水経路の少なくとも1つに異常があると判断したときに、前記第一水経路及び前記第二水経路が正常なときの前記第一水経路及び前記第二水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記第一タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気する、
燃料電池システム。
A fuel cell;
A first tank for storing water for recovering heat generated by the fuel cell;
A first water path through which water circulating between the fuel cell and the first tank flows;
A reformer that generates the fuel gas from raw material gas and water;
A second tank for storing water to be supplied to the reformer;
A branch point that connects the second tank, the reformer, and the first tank, and branches off the flow of water supplied to the reformer and the flow of water supplied to the first tank. A second water path,
A first on-off valve disposed between the branch point and the reformer in the second water path;
A third water path for leading water overflowing from the first tank to the second tank;
A heater disposed inside the first tank;
A first water supplier that is disposed in the first water path and circulates water between the fuel cell and the first tank;
A second water supplier that is disposed in the second water path and sends water stored in the second tank to at least one of the reformer and the first tank;
A housing for housing the fuel cell, the first tank, the first water path, the reformer, the second tank, the second water path, and the third water path;
And a controller,
The controller may cause at least one of the first water path, the second water path, and the third water path to freeze, and at least one of the first water path and the second water path. From the first output of the heater for preventing freezing of the first water path and the second water path when the first water path and the second water path are normal. Heat the heater with a high second output and heat the internal space of the housing by heat radiation from the first tank,
Fuel cell system.
前記筐体の内部若しくは前記筐体の外部の空気の温度又は前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つにおける水の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサが第一温度以下であることを検出したときに、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあると判断する、
請求項1に記載の燃料電池システム。
A temperature sensor configured to detect a temperature of air inside the casing or outside the casing, or a temperature of water in at least one of the first water path, the second water path, and the third water path; ,
When the controller detects that the temperature sensor is equal to or lower than the first temperature, at least one of the first water path, the second water path, and the third water path may freeze. to decide,
The fuel cell system according to claim 1.
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路に異常があるとともに前記第二水経路が正常であると判断したときに、前記第二出力で前記ヒータを発熱させ、かつ、前記第一開閉弁を閉じて前記第二水供給器を作動させつつ前記第一水供給器の作動を禁止する、請求項1又は2に記載の燃料電池システム。   The controller may cause at least one of the first water path, the second water path, and the third water path to freeze, and the first water path is abnormal and the second water path Is determined to be normal, the heater is heated by the second output, and the first water supply device is operated while the second opening / closing valve is closed and the second water supply device is operated. The fuel cell system according to claim 1 or 2, which is prohibited. 前記制御器は、前記第一水供給器の異常を前記第一水経路の異常と判断する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the controller determines that an abnormality in the first water supply device is an abnormality in the first water path. 前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第二水経路に異常があるとともに前記第一水経路が正常であると判断したときに、前記第二出力で前記ヒータを発熱させ、かつ、前記第一水供給器を作動させつつ前記第二水供給器の作動を禁止する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   The controller may cause at least one of the first water path, the second water path, and the third water path to freeze, and the second water path is abnormal and the first water path When the operation is determined to be normal, the heater is heated with the second output, and the operation of the second water supply device is prohibited while the first water supply device is operated. The fuel cell system according to any one of the above. 前記制御器は、前記第二水供給器の異常及び前記第一開閉弁の異常の少なくとも1つを前記第二水経路の異常と判断する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   6. The controller according to claim 1, wherein the controller determines that at least one of an abnormality of the second water supply device and an abnormality of the first on-off valve is an abnormality of the second water path. Fuel cell system. 前記第二水供給器は、前記第二タンクから前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに向かって水を供給する第一モードと、前記第二水経路において前記第二タンクに向かって水を逆流させる第二モードとを切り替えて作動可能であり、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときに、前記第二水供給器を前記第二モードで作動させて、前記第二水経路から水を排出させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The second water supply unit is configured to supply water from the second tank toward at least one of the reformer and the first tank, and to the second tank in the second water path. Switching between the second mode to backflow water
When the controller determines that at least one of the first water path, the second water path, and the third water path is frozen and the heater is abnormal, The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein a water supply device is operated in the second mode to discharge water from the second water path.
前記第二水経路において前記第二水供給器をバイパスするバイパス経路と、
前記バイパス経路に配置された第二開閉弁と、をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料電池が発電しているときには前記第二開閉弁を閉じ、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときには前記第二開閉弁を開いて前記第二水経路から水を排出させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A bypass path bypassing the second water supply in the second water path;
And a second on-off valve disposed in the bypass path,
The controller closes the second on-off valve when the fuel cell is generating power, and there is a risk that at least one of the first water path, the second water path, and the third water path will freeze, The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein when it is determined that the heater is abnormal, the second on-off valve is opened to discharge water from the second water path.
前記筐体の内部で空気を循環させるファンをさらに備え、
前記制御器は、前記第二出力で前記ヒータを発熱させるときに、前記ファンを作動させる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The apparatus further comprises a fan for circulating air inside the housing,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein the controller operates the fan when the heater generates heat with the second output.
燃料電池と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留するタンクと、
前記改質器に供給される水が流れる水経路と、
前記タンクの内部に配置されたヒータと、
前記水経路に配置され、前記タンクに貯留された水を前記改質器に送る水供給器と、
前記燃料電池、前記改質器、前記タンク、及び前記水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記水経路に異常があると判断したときに、前記水経路が正常なときの前記水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気する、
燃料電池システム。
A fuel cell;
A reformer that generates the fuel gas from raw material gas and water;
A tank for storing water to be supplied to the reformer;
A water path through which water supplied to the reformer flows;
A heater disposed inside the tank;
A water supplier, disposed in the water path, for sending the water stored in the tank to the reformer;
A housing for housing the fuel cell, the reformer, the tank, and the water path;
And a controller,
When the controller determines that there is a possibility that the water path is frozen and that the water path is abnormal, the controller controls the heater for preventing the water path from freezing when the water path is normal. The heater is heated with a second output higher than the first output, and the internal space of the housing is warmed by heat radiation from the tank.
Fuel cell system.
前記筐体の内部若しくは前記筐体の外部の空気の温度又は前記水経路における水の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサが第一温度以下であることを検出したときに、前記水経路が凍結するおそれがあると判断する、
請求項10に記載の燃料電池システム。
A temperature sensor for detecting the temperature of air inside the casing or outside the casing or the temperature of water in the water path;
When the controller detects that the temperature sensor is equal to or lower than a first temperature, the controller determines that the water path may freeze.
The fuel cell system according to claim 10.
前記制御器は、前記水供給器の異常を前記水経路の異常と判断する、請求項10又は11に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 10, wherein the controller determines that the water supply is abnormal as the water path is abnormal. 前記水供給器は、前記タンクから前記改質器に向かって水を供給する第一モードと、前記水経路において前記タンクに向かって水を逆流させる第二モードとを切り替えて作動可能であり、
前記制御器は、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときに、前記水供給器を前記第二モードで作動させて、前記水経路から水を排出させる、請求項10〜12のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The water supply device can be operated by switching between a first mode for supplying water from the tank toward the reformer and a second mode for backflowing water toward the tank in the water path,
When the controller determines that the water path may freeze and the heater is abnormal, the controller operates the water supply device in the second mode to discharge water from the water path. The fuel cell system according to any one of claims 10 to 12.
前記水経路において前記水供給器をバイパスするバイパス経路と、
前記バイパス経路に配置された開閉弁と、をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料電池が発電しているときには前記開閉弁を閉じ、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときには前記開閉弁を開いて前記水経路から水を排出させる、請求項10〜12のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A bypass path for bypassing the water supply in the water path;
And a switching valve disposed in the bypass path,
The controller closes the open / close valve when the fuel cell is generating power, the water path may freeze, and opens the open / close valve when it is determined that the heater is abnormal. The fuel cell system according to any one of claims 10 to 12, wherein water is discharged from the channel.
前記筐体の内部で空気を循環させるファンをさらに備え、
前記制御器は、前記第二出力で前記ヒータを発熱させるときに、前記ファンを作動させる、請求項10〜14のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The apparatus further comprises a fan for circulating air inside the housing,
The fuel cell system according to any one of claims 10 to 14, wherein the controller activates the fan when the heater generates heat with the second output.
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