JP2020057466A - 燃料電池装置、制御装置および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】外部から供給された水道水の加温中に発生する、発電効率の低下やオフガス燃焼の失火を、抑制することができる燃料電池装置、制御装置および制御プログラムを提供する。【解決手段】本開示の燃料電池装置は、外装ケース内に、燃料電池と、該燃料電池に供給される燃料ガスから硫黄を吸着して取り除く脱硫器と、前記外装ケースの外部からの水が流過する外部水流路と、前記燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備え、該制御装置は、前記外部水流路に関連して予め定められた第１条件が満たされた場合、燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池装置、制御装置および制御プログラムに関する。

水素含有ガスである燃料ガスと、酸素含有ガスである空気とを用いて発電を行なう、固体酸化物形の燃料電池（ＳＯＦＣ）が知られている。このような燃料電池は、外部から供給された天然ガス等の原燃料ガスを水蒸気改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを利用して発電が行なわれる。なお、天然ガスには、燃料電池に悪影響を及ぼす硫黄化合物が含まれている。それゆえ、天然ガス中の硫黄化合物等を吸着除去する脱硫器を備えている燃料電池装置が提案されている（特許文献１を参照）。

また、燃料電池装置は、一般的に、高温の燃焼排ガスの熱を利用してお湯を生成することが知られており、燃料電池装置の外部から供給される水が流過する流路を備えている。

特開２０１１−１８４６３０号公報

ところで、上述の燃料電池装置において、外部から供給される水の温度等により、脱硫器の脱硫性能に影響を及ぼし、ひいては燃料電池の発電効率にも影響を及ぼすおそれがあることが分かった。

本開示の燃料電池装置は、
外装ケース内に、
燃料電池と、
該燃料電池に供給される燃料ガスから硫黄を吸着して取り除く脱硫器と、
前記外装ケースの外部からの水が流過する外部水流路と、
前記燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備え、
該制御装置は、前記外部水流路に関連して予め定められた第１条件が満たされた場合、燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御を実行することを特徴とする。

また、本開示の制御装置は、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
前記燃料電池装置は、
前記燃料電池に供給される燃料ガスから硫黄を吸着して取り除く脱硫器と、
前記燃料電池および前記脱硫器を収容する外装ケースと、
前記外装ケースの外部からケース内に水を流過させる外部水流路と、を備え、
前記外部水流路に関連して予め定められた第１条件を満たした場合、燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御を含む。

また、本開示の制御プログラムは、燃料電池と脱硫器と、これらを収容する外装ケースと、該外装ケースの外部からケース内に水を流過させる外部水流路と、を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
前記燃料電池の発電運転を行なっている場合において、前記外部水流路に関連して予め定められた第１条件を満たした場合、燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御ステップを実行させる。

本開示の燃料電池装置、制御装置および制御プログラムは、外部から供給された水道水の加温中に発生する、発電効率の低下やオフガス燃焼の失火を、抑制することができる。

第１実施形態の燃料電池装置における燃料ガスのガス流量制御フローを示す図である。 第２実施形態の燃料ガスのガス流量制御フローを示す図である。 第３実施形態の燃料ガスのガス流量制御フローを示す図である。 第４実施形態の燃料ガスのガス流量制御フローを示す図である。 第５実施形態の燃料ガスのガス流量制御フローを示す図である。 実施形態の燃料電池装置の概略構成図である。 外装ケース内の燃料電池装置の構成を示す斜視図である。

以下、図面を用いて実施形態の燃料電池装置について説明する。
図１〜図５は、実施形態の燃料電池装置における原燃料のガス流量制御を示すフロー図である。また、図６は、実施形態の燃料電池装置の概略構成を示す図であり、図７は、外装ケース内の燃料電池装置の構成を示す斜視図である。

実施形態の燃料電池装置１００は、天然ガス等の原燃料ガスと空気とを使用して発電を行なう燃料電池モジュール１と、第１熱交換器２、蓄熱タンク３、熱媒ポンプおよびこれらを繋ぐ循環流路等を有する排熱回収システムを備える。排熱回収システムである第１の熱循環系（ヒートサイクル）は、図６中に符号ＨＣ１で表記されている。

また、燃料電池装置１００は、図６中に符号ＨＣ２で示すように、前述の蓄熱タンク３に貯留された高温の熱媒を用いて、外部から供給された水道水等の水を加温し、加温された水を外部の給湯器５０等の再加熱装置に向けて送給する、第２の熱循環系を備える。第２の熱循環系ＨＣ２は、第２熱交換器４（上水熱交換器ともいう）と、前述の蓄熱タンク３から熱媒を循環させる循環ポンプＰ３およびこれらを繋ぐ流路配管とを備える。

燃料電池モジュール１は、収納容器１０に収容されたセルスタック１１と改質器１２とを含む。燃料電池モジュール１から排出された排ガスは、第１熱交換器２で、排ガスと第１熱交換器２内を流れる水等の熱媒または冷媒との間で熱交換が行われる。この際、排ガスに含まれる水分が結露して凝縮水が生じる。生じた凝縮水は、凝縮水流路Ｃを経由して回収され、改質水タンク５に貯留される。

水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Ｅを介して、燃料電池装置の外に排気される。また、改質水タンク５に貯水された改質水は、改質水流路Ｒおよび改質水ポンプＰ２を介して、燃料電池モジュール１内の改質器１２に供給され、原燃料ガスの水蒸気改質に利用される。

燃料電池モジュール１での発電に用いられる空気は、空気ブロアを含む空気流路である配管Ｆを介してセルスタックに導入される。原燃料ガスは、燃料ガスポンプＰ１を含む原燃料ガス流路である配管Ｇを介して、改質水流路Ｒを経由した改質水とともに、改質器１２に導入される。

原燃料のガス流路（以下、原燃料ガス配管Ｇ）には、図６に示すように、原燃料ガスの供給元である上流側でかつ外部継ぎ手のある図示下側から順に、１つもしくは２連の脱硫器１３、フローセンサ等のガス流量計ＦＭ１、燃料ガスポンプＰ１と、が配設されている。

そして、本実施形態の場合、上記構成の原燃料ガス配管Ｇの周囲には、外部から引き入れられた比較的温度の低い、水道水や前述の改質水等が内部を流れる配管が、近接して配置されている。図６においては、水道水流路Ｌの一部である上水配管Ｊや凝縮水流路Ｃの配管の一部等が、近接して配置されている。

燃料電池装置１００は、前述の燃料電池モジュール１等の他、その発電運転を補助する補機として、パワーコンディショナ２０、制御装置３０、表示装置や操作パネルを含む操作基板４０等を備える。そして、燃料電池装置１００は、図７に示すような、各フレーム７１と各外装パネル７２とからなるケース７０の中に配設されている。このケース７０の中の、燃料電池モジュール１および各補機の周りや流路、配管等に、以下のような複数の計測機器やセンサ等が設けられている。

たとえば、脱硫器１３の下流側である改質器１２側でかつ脱硫器１３と燃料ポンプＰ１との間には、ガスフローメータ等のガス流量計ＦＭ１が配設される。ガス流量計ＦＭ１は、改質器１２に流入するガス状の原燃料の時間あたり流量を計測する。

また、各部の温度を計測する温度センサ、サーミスタ等の温度計測器または温度計（以下、ＴＭと略称）が取り付けられている。たとえば、ケース７０の内部を流過する水道水流路Ｌの上流側を構成する、外部継ぎ手からケース７０内を通って第２熱交換器４に至る上水配管Ｊの終端近傍には、供給された水道水の温度を計測する温度計ＴＭ１が取り付けられている。

また、水道水流路Ｌの下流側を構成する、温水を給湯器５０等の外部機器に向けて送出する給湯配管Ｋには、給湯する水の温度を計測する温度計ＴＭ５と、給湯する水の時間あたり流量を計測する水流量計ＦＭ２とが取り付けられる。

その他、給湯に関連する水の温度を計測する温度計測器または温度計として、蓄熱タンク３内の熱媒である温水の低温部分に相当する下部の温度を計測する温度計ＴＭ２が取り付けられている。また、蓄熱タンク３の高温部分に相当する上部から導出された熱媒の温度を計測する温度計ＴＭ３が取り付けられている。さらに、第２熱交換器４で加温された水道水（加温水ともいう）の温度を計測する温度計ＴＭ４が、取り付けられている。

なお、燃料電池装置１００は、他にも、筐体内の環境温度を計測する温度計ＴＭ６、筐体内の脱硫器１３周りの環境温度を計測する温度計ＴＭ７等、筐体内各部の補機や環境温度を計測する温度計測器または温度計を複数備えることもできる。

そして、燃料電池装置１００は、以下に詳細に述べるように、種々の機能を実行するための制御および処理能力を提供するために、少なくとも１つのプロセッサおよび記憶装置等を含む制御装置３０を備える。

種々の実施形態によれば、少なくとも１つのプロセッサは、単一の集積回路として、または、複数の通信可能に接続された集積回路および／もしくはディスクリート回路として、実行されてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、種々の既知の技術にしたがって実行されることが可能である。

１つの実施形態において、プロセッサは、たとえば、関連するメモリに記憶された指示を実行することによって１以上のデータ計算手続または処理を実行するように構成された、１以上の回路またはユニットを含む。他の実施形態において、プロセッサは、１以上のデータ計算手続きまたは処理を実行するように構成された、ファームウェア、たとえばディスクリートロジックコンポーネントであってもよい。

種々の実施形態によれば、プロセッサは、１以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路、デジタル信号処理部、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、または、これらのデバイスもしくは構成の任意の組み合わせ、または、他の既知のデバイスおよび構成の組み合わせ、を含み、以下に説明される機能を実行してもよい。

制御装置３０は、記憶装置および表示装置（ともに図示省略）と、燃料電池装置１００を構成する各種構成部品および各種センサと接続され、これらの各機能部をはじめとして、燃料電池装置１００の全体を制御および管理する。制御装置３０は、それに付属する記憶装置に記憶されているプログラムを取得して、このプログラムを実行することにより、燃料電池装置１００の各部にかかる、種々の機能を実現する。

制御装置３０から、他の機能部または装置に制御信号または各種の情報などを送信する場合、制御装置３０と他の機能部とは、有線または無線により接続されていればよい。制御装置３０が行う本実施形態に特徴的な制御については、後記で説明する。なお、本実施形態において、制御装置３０は特に、燃料電池装置に繋がる外部装置の指示、指令や、先に述べた各種センサの指示や計測値にもとづいて、燃料ガスポンプＰ１等の原燃料供給装置を制御する。図では、制御装置３０と、燃料電池を構成する各装置および各センサとを結ぶ接続線の図示を、省略している場合がある。

図示しない記憶装置は、プログラムおよびデータを記憶できる。記憶装置は、処理結果を一時的に記憶する作業領域としても利用してもよい。記憶装置は、記録媒体を含む。記録媒体は、半導体記憶媒体、および磁気記憶媒体等の任意の非一時的（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）な記憶媒体を含んでよい。また、記憶装置は、複数の種類の記憶媒体を含んでいてもよい。記憶装置は、メモリカード、光ディスク、または光磁気ディスク等の可搬の記憶媒体と、記憶の読み取り装置との組合せを含んでいてもよい。記憶装置は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の一時的な記憶領域として利用される記憶デバイスを含んでいてもよい。

なお、燃料電池装置の制御装置３０および記憶装置は、燃料電池装置１００の外部に有する構成として実現することもできる。さらに、本開示に係る制御装置３０における特徴的な制御工程を含む制御方法として実現したり、上記工程をコンピュータに実行させるための制御プログラムとして実現したりすることも可能である。

以上の構成の燃料電池装置１００においては、図６に示すように、配管等で接続された給湯器５０等の給湯先等で、ユーザーによる給湯操作基板６０等の操作あるいは蛇口をひねる等の行為により、温水の利用である出湯が始まった際、制御装置３０は、その出湯の開始を感知できるように、前述の給湯器５０もしくは給湯操作基板６０等が発する「給湯指令」（信号）を受信可能に構成されている。

そして、外部の温水供給先で温水の利用が始まったことを感知した場合、または、前述の給湯指令の信号を受信した場合、制御装置３０は、図１に示す後記のフローにしたがって、燃料電池装置１００を制御する。

なお、以下のフローは、前述の給湯先での温水の利用開始により、水道水流路Ｌの一部を構成する上水配管Ｊを通ってケース７０内に供給された比較的低温の水道水が、第２熱交換器４（上水熱交換器）を経てして暖められ、水温の上昇した加温水として、水道水流路Ｌの一部である給湯配管Ｋを経由して給湯器５０等の外部機器に送給および給湯される、排熱の間接的な利用を想定したものである。

また、各フローチャートでは、「ステップ」を「Ｓ」と略称するとともに、チャート内においては、判断制御における「正」（コンピュータフラグ＝１）を［Ｙｅｓ］で、「否」（コンピュータフラグ＝０ゼロ）を［Ｎｏ］で表している。

図１に示す第１実施形態のフローにおいて、実施形態の燃料電池装置１００は、たとえば、外部水流路である水道水流路Ｌに関連して予め定められた第１条件が満たされた場合、制御装置３０は、前記の燃料ガスである原燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御を実行する。具体的には、制御装置３０は、原燃料ガス配管Ｇに設けられたガス流量計ＦＭ１（図６参照）により計測された燃料ガス（原燃料）の流量が低下した等に、第１ガス増量制御を実行する。

なお、上記「燃料ガス（原燃料）の流量が低下した」とは、あくまで水道水流路Ｌに関連して予め定められた本開示における「第１条件」の一例であり、単に「燃料ガス（原燃料）の流量が低下した」とは異なる概念である。

また、「所定の温度計により計測された温度が設定値を下回る」あるいは、「所定の計測部により計測された外部水（水道水）の流入量が設定量を上回る」等、他の「第１条件が満たされる」例は、後記の第２〜第５実施形態で説明する。前述の第１条件には、先に述べたような給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号等を既に受信している場合と、まだ受信していない場合の両方が含まれるが、この給湯指令信号の受信を必須の要件とするものではない。

第１実施形態の燃料電池装置１００の制御においては、まず、〔スタート〕の前に、常時測定する第１の項目として、燃料ガス（原燃料）のガス流量Ｍが設定される。また、給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号の受信の有無に関わらず、ガス流量Ｍの調整目標および調整範囲として、上限値（Ｍ１ｍａｘ）および下限値（Ｍ１ｍｉｎ）を有する第１の目標帯域（Ｍ１）が設定される。なお、上記第１の目標帯域（Ｍ１）は、本開示における「第１設定値」の一例である。

つぎに、図１に示す制御フローがスタートすると、制御装置３０は、原燃料のガス流量Ｍの監視を開始する。そして、〔Ｓ１〕において、原燃料のガス流量Ｍが、上記第１設定値未満、すなわち前述の第１の目標帯域（Ｍ１）の下限値（Ｍ１ｍｉｎ）を下回った［Ｙｅｓ］場合、制御装置３０は、原燃料のガス流量Ｍが第１の目標帯域（Ｍ１）の下限値（Ｍ１ｍｉｎ）を上回るように、［Ｓ２］において、原燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御を実行する。

具体的には、前記の第１ガス増量制御として、たとえば燃料ガスポンプＰ１等の原燃料供給装置に、原燃料の送出量の増量を指示して、〔Ｓ３〕において、その増量結果を確認する。

〔Ｓ３〕において、原燃料のガス流量Ｍが、第１の目標帯域（Ｍ１）の下限値（Ｍ１ｍｉｎ）未満である［Ｙｅｓ］場合、制御装置３０は、〔Ｓ２｝に戻って、燃料ガスポンプＰ１等に、原燃料の送出量のさらなる増量を指示し、再度、〔Ｓ３〕において、原燃料のガス流量Ｍを確認する。

〔Ｓ３〕において、原燃料のガス流量Ｍが、第１の目標帯域（Ｍ１）の下限値（Ｍ１ｍｉｎ）以上である［Ｎｏ］場合、制御装置３０は、〔Ｓ４〕において、前記の原燃料のガス流量Ｍが、第１の目標帯域（Ｍ１）の範囲内、すなわち、第１の目標帯域（Ｍ１）の上限値（Ｍ１ｍａｘ）を超えていないか否かを、確認する。

〔Ｓ４〕の確認において、原燃料のガス流量Ｍが上限値（Ｍ１ｍａｘ）を超えていれば、制御装置３０は、〔Ｓ５〕において原燃料ガスの流量を減少させる指示を実行し、〔Ｓ３〕に戻って、原燃料のガス流量Ｍを再び確認する。その結果、ガス流量Ｍが、第１の目標帯域（Ｍ１）の範囲内であれば、〔Ｓ４〕を経由して、原燃料の増量制御を終了する〔エンド〕。

〔Ｓ３〕において、再び原燃料のガス流量Ｍが下限値（Ｍ１ｍｉｎ）未満である［Ｙｅｓ］場合、制御装置３０は、原燃料の送出量の増量を指示する。

また、〔Ｓ４〕の確認において、原燃料のガス流量Ｍが上限値（Ｍ１ｍａｘ）以下で、第１の目標帯域（Ｍ１）の範囲内であることが確認できれば、制御装置３０は、前述の一連の第１ガス増量制御の実行を終了する〔エンド〕。

このようにして、制御装置３０は、原燃料のガス流量Ｍを、上限値（Ｍ１ｍａｘ）および下限値（Ｍ１ｍｉｎ）を有する第１の目標帯域（Ｍ１）の範囲内に、調節することができる。

したがって、本実施形態の燃料電池装置１００とその制御によれば、外部から水道水が供給された場合でも、それに伴う燃料ガスの流量低下に起因して発生する発電効率の低下を、抑制することができる。さらに加えて、燃料ガスの流量低下に起因して発生するオフガス燃焼の失火をも抑制することができる。

つぎに、図２に示す第２実施形態のフローは、燃料電池装置１００が、給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号を受信可能に構成されている場合におけるフローである。具体的には、給湯指令信号受信のタイミングを引き金（トリガー）として設定された、外部水流路に関連して予め定められた「第１条件」にもとづいて、燃料ガス（原燃料）の流量を増加させる第１ガス増量制御を実行するものである。

詳しく説明すると、第２実施形態の燃料電池装置１００の制御においては、まず、〔スタート〕の前に、常時測定する項目として、第１実施形態と同様、原燃料のガス流量Ｍが設定される。

ついで、〔スタート〕前の、給湯指令信号受信時の原燃料のガス流量Ｍを、第１目標値Ｍ１として設定する。したがって、第１目標値は常に、給湯信号受信直前の最新の値が設定されることになる。なお、前記第１目標値Ｍ１は、第１実施形態における第１の目標帯域と同様、本開示における「第１設定値」の一例である。

図２に示す制御フローがスタートすると、制御装置３０は、〔Ｓ１１〕において、原燃料ガス配管Ｇに設けられたガス流量計ＦＭ１により計測された原燃料ガスの流量（Ｍ０）が、前記の第１目標値Ｍ１を下回った［Ｙｅｓ］場合、原燃料のガス流量Ｍが第１目標値Ｍ１を上回るように、［Ｓ１２］において、原燃料ガスの流量Ｍを増加させる第１ガス増量制御を実行する。

なお、他の実施形態として、給湯指令信号が受信された後に当該燃料電池装置の発電量が変動した場合等には、それに伴って〔スタート〕前に設定されたガス流量Ｍの基準（閾値）を変動させてもよい。

具体的には、たとえば燃料ガスポンプＰ１等の原燃料供給装置の送出量の運転制御が、ステップ制御もしくは多段階制御等である場合に、〔Ｓ１２〕において、第１ガス増量制御として、その送出量を１段階またはそれ以上増やす指示をポンプＰ１等に送出して、原燃料の送出量を増量する。

つぎに、〔Ｓ１３〕において、前述の送出量の増量結果を確認する。すなわち、〔Ｓ１３〕において、原燃料のガス流量Ｍが第１目標値Ｍ１未満である［Ｎｏ］場合、制御装置３０は、〔Ｓ１２｝に戻って、燃料ガスポンプＰ１等に、原燃料の送出量の更なる増量を指示し、再度、〔Ｓ１３〕において、原燃料のガス流量Ｍを確認する。

一方、〔Ｓ１３〕において、原燃料のガス流量Ｍが第１目標値Ｍ１以上である［Ｙｅｓ］であれば、制御装置３０は、〔Ｓ１４〕において、原燃料のガス流量Ｍを現状に維持したまま、予め定められた第１時間（Ｔ１）の間待機する。

その後、〔Ｓ１５〕において、給湯指令信号が継続して受信されているか否かを確認する。

〔Ｓ１５〕において、給湯指令信号を受信中［Ｙｅｓ］であれば、そのループを繰返して、給湯指令信号を受信しなくなる［Ｎｏ］まで、原燃料のガス流量Ｍを増量したまま、待機する。

〔Ｓ１５〕において、給湯指令信号を受信していない［Ｎｏ］であれば、第１ガス増量制御の終了処理として、〔Ｓ１６〕において、燃料ガスポンプＰ１の原燃料の送出量を、最初の給湯指令信号受信時の初期値である、第１目標値Ｍ１まで徐々に減量する。

以上の第２実施形態においても、第１実施形態と同様、燃料電池装置１００とその制御によれば、外部から水道水が供給された場合でも、それに伴う燃料ガスの流量低下に起因して発生する発電効率の低下やオフガス燃焼の失火の発生等を、抑制することができる。

つぎに、図３に示す第３実施形態のフローは、給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号の受信の有無に関わらず、燃料電池装置１００に配設された各種温度センサ、サーミスタ、温度計（ＴＭ）等の測定・指示温度（Ｈ）を、外部水流路に関連して予め定められた「第１条件」とする。つづいて、この「第１条件」が満たされた場合、燃料ガス（原燃料）の流量を増加させる第１ガス増量制御を実行する。

なお、以下の第３実施形態において、原燃料ガス配管Ｇに設けられたガス流量計ＦＭ１は、必ずしも脱硫器１３の流路下流側に配置される必要はなく、脱硫器１３の流路上流側に配設されていてもよい。

詳しく説明すると、第３実施形態の燃料電池装置１００の制御においては、まず、〔スタート〕の前に、常時測定する項目として、ケース７０内に配置された第１温度計または第２温度計等の温度計（ＴＭ）の計測温度Ｈが設定される。なお、この〔スタート〕前に、給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号を受信していてもよい。

第１温度計の例としては、外部水流路である上水流路（上水配管Ｊ）に関連して配設された、外部から供給された水道水の温度（水温）を計測する温度計ＴＭ１や、給湯流路（給湯配管Ｋ）に関連して配設された、外部の給湯器５０等に供給する加温水の水温を計測する温度計ＴＭ４，ＴＭ５等があげられる。先にも述べたが、水道水流路Ｌの一部である上水配管Ｊと給湯配管Ｋとは、本開示における外部水流路の一例である。

第２温度計の例としては、水道水を加温する第２の熱循環系ＨＣ２に関連する、すなわち前述の外部水流路である水道水流路Ｌに間接的に関連する、蓄熱タンク３内の下部の熱媒の水温を計測する温度計ＴＭ２や、蓄熱タンク３の上部から導出された熱媒の温度を計測する温度計ＴＭ３等があげられる。

なお、筐体内の環境温度を計測する温度計ＴＭ６、脱硫器１３周りの環境温度を計測する温度計ＴＭ７等、筐体内各部の補機や環境温度を計測する温度計測器または温度計を、前記の第２温度計として設定してもよい。これらはいずれも、本開示における「温度計」の一例である。

第３実施形態の燃料電池装置１００の制御においては、まず、〔スタート〕の前に、制御装置３０は、上記で設定した温度計ＴＭ１やＴＭ２等の温度計ＴＭにおける、現在の計測温度または指示温度を基準温度Ｈ０として確認し、その基準温度Ｈ０より予め定められた温度分だけ低い第１温度Ｈ１を設定する。

なお、この第１温度（Ｈ１）は、水や熱媒等の水温のことであり、本開示における「第２設定値」または「第３設定値」の一例である。

つぎに、図３に示す制御フローがスタートすると、制御装置３０は、〔Ｓ２１〕において、「所定の温度計により計測された温度（Ｈ）が第１温度Ｈ１未満か」という条件が満たされているか否かを確認する。この条件は、本開示における「第１条件」の一例である。

なお、先にも述べたように、この第１条件には、外部機器からの給湯指令信号等を既に受信している場合と、まだ受信していない場合の両方が含まれるが、この給湯指令信号の受信を必須の要件とするものではない。

第３実施形態（図３）のフローチャートにおいては、スタート前に、常時測定する項目として、たとえば、上水流路である上水配管Ｊに関連して配設された、水道水の水温を計測する温度計ＴＭ１が第１温度計として設定され、〔スタート〕後の〔Ｓ２１〕において、その計測値が第１温度Ｈ１未満の［Ｙｅｓ］となることにより、以降の第１ガス増量制御が実行される。

すなわち、上述のように、〔Ｓ２１〕において温度計ＴＭ１の計測温度Ｈが第１温度Ｈ１未満となった場合、制御装置３０は、［Ｓ２２］において、原燃料のガス流量を増加させる第１ガス増量制御を実行する。具体的には、第１ガス増量制御として、たとえば燃料ガスポンプＰ１等の原燃料供給装置の送出量の運転制御が、ステップ制御もしくは多段階制御等である場合、前記の第２実施形態と同様、その送出量を１段階またはそれ以上増やす指示をポンプＰ１等に送出して、原燃料の送出量を増量する。

ついで、制御装置３０は、〔Ｓ２３〕において、原燃料のガス流量Ｍを現状に維持したまま、予め定められた第１時間Ｔ１の間待機した後、〔Ｓ２４〕において、再度、第１条件である「所定の温度計により計測された温度（Ｈ）が第１温度Ｈ１未満か否か？」を確認する。なお、ガス流量計ＦＭ１が脱硫器１３の流路下流側に配置される場合には、〔Ｓ２２〕と〔Ｓ２３〕との間で、ガス流量計ＦＭ１により、原燃料の送出量の増量結果の確認を行なってもよい。

また、フローの〔スタート〕前に、給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号を受信していた場合は、上記温度計による温度測定に代えて、「給湯指令信号が受信されているか否か？」の確認により、給湯の継続の判断（第１条件）を代用することができる。これは、給湯指令信号を受信している場合、温度計ＴＭ１の計測温度Ｈは第１温度Ｈ１未満となるので、給湯指令信号の受信を判断することで、前述の第１条件が継続して満たされているか否かを、判断することができるからである。

〔Ｓ２４〕において、温度計により計測された温度（Ｈ）が第１温度Ｈ１未満［Ｙｅｓ］であれば、制御装置３０は、〔Ｓ２５〕において、原燃料の送出量をさらに１段階またはそれ以上増やす指示をポンプＰ１等に送出して、原燃料の送出量を、前段より増加させる第２ガス増量制御を実行する。

第２ガス増量制御〔Ｓ２５〕の実行後、〔Ｓ２６〕において、所定の温度計により計測された温度（Ｈ）が第１温度Ｈ１未満か否か（第１条件）を再度確認する。〔Ｓ２６〕において、温度計により計測された温度（Ｈ）が第１温度Ｈ１未満［Ｙｅｓ］であれば、そのループを繰返して、原燃料のガス流量Ｍを２段階増量したまま、給湯指令信号を受信しなくなる［Ｎｏ］まで、待機する。

なお、本実施形態においては、前述のように、温度計による温度測定に代えて、「給湯指令信号の受信の確認」により、給湯の継続の判断（第１条件の判定）を代用することが可能である。しかしながら、給湯指令信号を連続して長時間にわたり受信している場合、温度計ＴＭ１の計測温度Ｈは所定温度を維持し続けることが想定されるため、前述の給湯指令信号の受信時間に比例して際限なく原燃料のガス流量Ｍを増量させることはせずに、２段階の増量に留めている。他の実施形態として、給湯指令信号の受信時間に比例して原燃料のガス流量Ｍを２段階以上増量させてもよい。

なお、〔Ｓ２４〕において、所定の温度計により計測された温度（Ｈ）が第１温度Ｈ１以上［Ｎｏ］であれば、第１ガス増量制御の終了処理として、〔Ｓ２７〕において、燃料ガスポンプＰ１の原燃料の送出量を、第１ガス増量制御開始前の初期値まで徐々に減量する。

また、前述の〔Ｓ２６〕において、所定の温度計により計測された温度（Ｈ）が第１温度Ｈ１以上［Ｎｏ］場合も同様に、〔Ｓ２７〕において、燃料ガスポンプＰ１の原燃料の送出量を、第１ガス増量制御開始前の初期値まで徐々に減量し、第２ガス増量制御の実行を終了する。

以上の第３実施形態においても、第１，第２実施形態と同様、このような燃料電池装置１００とその制御によれば、外部から水道水が供給された場合でも、それに伴う燃料ガスの流量低下に起因して発生する発電効率の低下やオフガス燃焼の失火の発生等を、抑制することができる。

つぎに、図４に示す第４実施形態のフローは、前述の第３実施形態と同様、外部機器からの給湯指令信号の受信の有無に関わらず、外部水流路である水道水流路Ｌに設けられた水流量計ＦＭ３により計測された累積流過水量（容積または体積Ｖ）を、外部水流路に関連して予め定められた「第１条件」とする。

つづいて、この「第１条件」にもとづいて、燃料ガス（原燃料）の流量を増加させる第１ガス増量制御および第２ガス増量制御を実行する。なお、以下の第４実施形態において、原燃料ガス配管Ｇに設けられたガス流量計ＦＭ１は、必ずしも脱硫器１３の流路下流側に配置される必要はなく、脱硫器１３の流路上流側に配設されていてもよい

また、〔Ｓ３１〕の第１条件が［Ｙｅｓ］となって以降の、第１ガス増量制御〔Ｓ３２〕〜〔Ｓ３４〕と、第２ガス増量制御〔Ｓ３４〕〜〔Ｓ３６〕とは、前記の第３実施形態における第１ガス増量制御〔Ｓ２２〕〜〔Ｓ２４〕と、第２ガス増量制御〔Ｓ２４〕〜〔Ｓ２６〕と同じであることから、その詳細な説明を省略する。

図４に示す第４実施形態のフローが、図３に示す第３実施形態のフローと異なるのは、その〔スタート〕前に設定される、常時計測を行なう第１の項目と、第１条件を満たすか否かの判断部分〔Ｓ３１〕の部分である。

前述の第３実施形態のフローと異なる部分について説明すると、第４実施形態においては、まず、〔スタート〕の前に、常時測定する項目として、期間累積流過水量（体積Ｖ０）が設定される。フローのスタート前に、給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号を受信していてもよい。

水道水流路Ｌを流過する積算水量を計測する水流量計ＦＭ３は、水道水流路Ｌを構成する上水配管Ｊあるいは給湯流路である給湯配管Ｋのいずれの位置に配設されていてもよい。どこにあっても、本開示における「計測部」の一例である。

ついで、「所定の計測部により計測された外部水の流入量が後述する第４設定値以上か」という条件が設定される。この条件は、本開示における「第１条件」の一例である。なお、先にも述べたように、この第１条件には、外部機器からの給湯指令信号等を既に受信している場合と、まだ受信していない場合の両方が含まれるが、この給湯指令信号の受信を必須の要件とするものではない。

図４に示す制御フローがスタートすると、制御装置３０は、〔Ｓ３１〕において、上水流路である上水配管Ｊに関連して配設された、水道水の流入量を計測する水流量計ＦＭ３により計測された値が、予め定められた第４設定値以上、すなわち第１条件が［Ｙｅｓ］であることを確認して、以降の第１ガス増量制御を実行する。

また、〔Ｓ３４〕において、〔Ｓ３１〕と同様、水流量計ＦＭ３により計測された値が予め定められた第４設定値以上（第１条件）［Ｙｅｓ］であれば、制御装置３０は、〔Ｓ３５〕において、原燃料の送出量をさらに１段階またはそれ以上増やす指示をポンプＰ１等に送出して、原燃料の送出量を、前段より増加させる第２ガス増量制御を実行する。これらの点は、前記の第３実施形態と同様である。

〔Ｓ３４〕において、水流量計ＦＭ３により計測された値が予め定められた第４設定値未満、すなわち第１条件を満たさない［Ｎｏ］の場合、あるいは、〔Ｓ３６〕において水流量計ＦＭ３により計測された値が予め定められた第４設定値未満［Ｎｏ］場合も同様に、〔Ｓ３７〕において、燃料ガスポンプＰ１の原燃料の送出量が、第１ガス増量制御開始前の初期値まで徐々に減量され、ガス増量制御の実行が終了する。

以上の第４実施形態においても、前述の実施形態と同様、外部から水道水が供給された場合でも、それに伴う燃料ガスの流量低下に起因して発生する発電効率の低下やオフガス燃焼の失火の発生等を、抑制することができる。

つぎに、図５に示す第５実施形態のフローは、燃料電池装置１００が、給湯器５０等の外部機器からの給湯指令信号を受信可能に構成されている場合に、その信号受信のタイミングを引き金（トリガー）として、外部水流路に関連して予め定められた「第１条件」にもとづいて、燃料ガス（原燃料）の流量を増加させる第１ガス増量制御および第２ガス増量制御を実行するものである。

なお、以下の第５実施形態においても、第３，第４実施形態と同様、原燃料ガス配管Ｇに設けられたガス流量計ＦＭ１は、必ずしも脱硫器１３の流路下流側に配置されている必要はない。

詳しく説明すると、第５実施形態の燃料電池装置１００の制御においては、まず、〔スタート〕の前に、常時測定する項目として、外部機器等から送られてくる給湯指令信号の受信が設定される。

すなわち、制御装置３０は、給湯指令信号を受信すると、その信号の受信時刻Ｔ０または感知した日付を含む時刻を、記憶装置に記憶または記録（保存）するとともに、常時計測（カウント）する項目として、給湯の継続時間である、前述の給湯指令信号の受信継続時間（Ｔ）を「給湯の継続時間」として設定する。

図５に示す制御フローがスタートすると、制御装置３０は、〔Ｓ４１〕において、前述の給湯指令信号の受信継続時間Ｔが、予め定められた第２時間（Ｔ２）以上である、という条件が満たされているか否かを確認する。この条件は、本開示における「第１条件」の一例である。

すなわち、第５実施形態（図５）のフローチャートにおいては、スタート後、外部機器からの給湯指令信号を受信（Ｔ０）してからの継続時間がカウントされ、そのカウントが第２時間Ｔ２を上回る、第１条件が満たされる［Ｙｅｓ］となることにより、以降の第１ガス増量制御が実行される。

ついで、〔Ｓ４４〕において、給湯指令信号を受信中［Ｙｅｓ］であれば、制御装置３０は、〔Ｓ４５〕において、原燃料の送出量をさらに１段階またはそれ以上増やす指示をポンプＰ１等に送出して、原燃料の送出量を、前段より増加させる第２ガス増量制御を実行する。これらの点は、前述の第３，第４実施形態と同様である。

また、〔Ｓ４４〕において給湯指令信号が受信されていない［Ｎｏ］の場合、あるいは、〔Ｓ４６〕において給湯指令信号を受信しなくなった［Ｎｏ］場合も同様に、〔Ｓ４７〕において、燃料ガスポンプＰ１の原燃料の送出量が、第１ガス増量制御開始前の初期値まで徐々に減量され、ガス増量制御の実行が終了する。

以上の第５実施形態においても、前述の実施形態と同様、外部から水道水が供給された場合でも、それに伴う燃料ガスの流量低下に起因して発生する発電効率の低下やオフガス燃焼の失火の発生等を、抑制することができる。

１ 燃料電池モジュール
１３ 脱硫器
３０ 制御装置
７０ ケース
１００ 燃料電池装置
Ｌ 水道水流路

Claims (9)

1. 外装ケース内に、
   燃料電池と、
   該燃料電池に供給される燃料ガスから硫黄を吸着して取り除く脱硫器と、
   前記外装ケースの外部からの水が流過する外部水流路と、
   前記燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備え、
   該制御装置は、前記外部水流路に関連して予め定められた第１条件が満たされた場合、燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御を実行する、燃料電池装置。
2. 前記燃料ガスの流れ方向における前記脱硫器より下流側に位置し、前記燃料ガスの流量を計測する燃料ガス流量計を備え、
   前記第１条件とは、前記燃料ガス流量計により計測された燃料ガスの流量が、予め定められた第１設定値未満であることである、請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記外装ケース内の温度を計測する第１温度計を備え、
   前記第１条件とは、前記第１温度計により計測された温度が、予め定められた第２設定値未満であることである、請求項１に記載の燃料電池装置。
4. 前記外装ケース内を循環する熱媒を貯留する蓄熱タンクと、
   前記外部水流路を流過する水と前記熱媒とを熱交換させる熱交換器と、
   前記蓄熱タンク内の熱媒の温度を計測する第２温度計と、を備え、
   前記第１条件とは、前記第２温度計により計測された熱媒の温度が、予め定められた第３設定値未満であることである、請求項１に記載の燃料電池装置。
5. 前記外部水流路への水の流入を計測する計測部を備え、
   前記第１条件とは、前記計測部が計測した値が、予め定められた第４設定値以上であることである、請求項１に記載の燃料電池装置。
6. 前記計測部が、前記外部水流路への水の流入の持続時間を計測する時間計測部である、請求項５に記載の燃料電池装置。
7. 前記制御装置が前記第１ガス増量制御を実行してから、予め定められた第１時間経過後に、前記第１条件第１条件が継続して満たされている場合、
   前記制御装置は、前記燃料ガスの流量を、前記第１ガス増量制御の実行時よりも増加させる第２ガス増量制御を実行する、請求項３〜６のうちいずれか１つに記載の燃料電池装置。
8. 燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置であって、
   前記燃料電池装置は、
   前記燃料電池に供給される燃料ガスから硫黄を吸着して取り除く脱硫器と、
   前記燃料電池および前記脱硫器を収容する外装ケースと、
   前記外装ケースの外部からケース内に水を流過させる外部水流路と、を備え、
   前記外部水流路に関連して予め定められた第１条件を満たした場合、燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御を含む、制御装置。
9. 燃料電池と脱硫器と、これらを収容する外装ケースと、該外装ケースの外部からケース内に水を流過させる外部水流路と、を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
   前記燃料電池の発電運転を行なっている場合において、前記外部水流路に関連して予め定められた第１条件を満たした場合、燃料ガスの流量を増加させる第１ガス増量制御ステップを実行させる、制御プログラム。

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