JP5200440B2

JP5200440B2 - 燃料電池発電装置システム

Info

Publication number: JP5200440B2
Application number: JP2007191711A
Authority: JP
Inventors: 淳中山; 伸二宮内; 洋永里
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: JP2009026719A

Description

本発明は、発電機能と給湯機能を有する燃料電池発電装置システムに関するものである。

燃料電池発電装置システムは、水素生成器により都市ガスなどの原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを生成し、生成した燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う。

燃料電池発電装置は、発電しているときや水素生成器により都市ガスなどの原料ガスを燃料ガスに改質する際に発生する熱を、冷却水を循環させて冷却すると共に、排熱回収したお湯を貯湯タンクに蓄える。

よって燃料電池発電装置システムにおいて、貯湯タンクに蓄えられたお湯は、フロや台所などの生活用水として利用されるので、発電の効率（電力）と排熱回収の効率（熱）を合わせたものが一次エネルギーの利用効率となり、非常に効率が高いシステムである。

このように、燃料電池発電装置システムは、一次エネルギーの利用効率を高めるために、発電時などの排熱回収を行うことが重要であり、そのために、排熱回収を行うための水経路が備えられている。

それは例えば、貯湯ポンプなどで貯湯タンクと燃料電池発電装置との間で循環させる経路や、冷却水を循環させるポンプなどで燃料電池発電装置本体の冷却水タンクとスタックなどの熱源との間で冷却水を循環させる経路などである。

このように、燃料電池発電装置にとって、排熱回収を行うことは一次エネルギーの利用効率を高めるために必須である。しかし、冬場などは外気温が低下し氷点よりも低くなると、上述した貯湯タンクと燃料電池発電装置との間の水経路や、冷却水タンクとスタックなどの熱源との間の水経路が凍結し、配管が破裂したり亀裂が入って水漏れしたりして、水循環が正常に行われなかったり、水漏れしたことによって機器の故障を引起すことがあった。

よって従来の技術では、燃料電池発電装置システムが低温下に置かれた際、装置外部の温度を計測する温度センサを設置し、装置外部の気温が所定の温度以下になると燃料電池により所定の熱量を発生させて、燃料電池とメインタンクの間の循環水を加熱することにより循環水を氷点よりも高温に維持する手段などがある（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２１４０２５号公報

しかし上述したように前記従来の構成は、装置外部の温度をサーミスタなどの温度センサで計測し、計測した温度をマイコンなどの制御装置で所定の温度以下であるかどうかを判断し、所定の温度以下であるならば水経路の凍結を防止する運転を行うものである。

よって、装置外部の温度を計測する制御手段が計測不能な状態になった際には、水経路の凍結を防止する運転を行うことができず、水経路の配管の破裂や亀裂による水漏れを引起す恐れがある。

本発明は、上記課題を解決するもので、制御装置が暴走し制御不能な状態になった場合であっても、低温度下において、水経路の配管の破裂や亀裂による水漏れを防止することができる燃料電池発電装置システムを提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置システムは、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、前記制御手段の暴走を検出する暴走検出手段と、環境温度を測定する温度計測手段と、前記排熱回収手段の水経路を昇温させるヒータと、前記温度計測手段により計測した環境温度情報から前記ヒータのオン／オフを切換える制御スイッチと、所定の温度になるとヒータのオン／オフを切換える温度スイッチと、前記ヒータの電源とを有し、前記ヒータは、前記制御スイッチ及び前記温度スイッチと直列に接続される構成であり、前記暴走検出手段により前記制御手段が暴走していることを検知すると、前記制御スイッチが通電可能状態となるものである。

これによって本発明は、例えば、燃料電池発電装置システムが設置されている環境が冬場などに低温下にさらされ、かつ、燃料電池発電装置が利用されていない停止状態になっている際に、マイコンなどの制御装置において、外気温などの環境温度の計測機能や凍結を防止するヒータの制御機能が不能となった時にも所定の温度以下になったら凍結を防止するヒータが通電し水経路の循環水を加熱することができ、水経路の凍結による水経路の配管の破裂や亀裂による水漏れを防止することができる。

また、マイコンの制御装置が制御不能な状態になった際に、制御スイッチが通電可能状態となっても、温度スイッチがクローズしない限りヒータに通電しないので、所定の温度以下になるまではヒータへの通電を遮断することができ、消費電力を低く抑えることができる。

第１の発明は、起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、制御手段の暴走を検出する暴走検出手段と、環境温度を測定する温度計測手段と、排熱回収手段の水経路を昇温させるヒータと、温度計測手段により計測した環境温度情報からヒータのオン／オフを切換える制御スイッチと、所定の温度になるとヒータのオン／オフを切換える温度スイッチと、ヒータの電源とを有し、ヒータは、制御スイッチ及び温度スイッチと直列に接続される構成であり、暴走検出手段により制御手段が暴走していることを検知すると、制御スイッチが通電可能状態となるものである。

第２の発明は、第１の発明において、暴走検出手段が制御手段の暴走を検出した際には、制御手段を介することなく異常報知手段により異常を報知するものである。

この構成により、利用者に燃料電池発電装置の異常を報知することができるので、問題発生時の被害拡大を防止することができる。

第３の発明は、第１の発明において、少なくとも温度計測手段の断線を検出する温度計測異常検出手段を有し、制御手段は温度計測手段の異常を検知すると、制御スイッチを通電可能状態にするものである。

上記構成、動作によると、燃料電池発電装置における外気温などの環境温度を計測する温度計測手段の少なくとも断線を含む異常を検出する異常検出手段を備えることで、温度計測手段に異常が発生した場合は、凍結を防止するヒータの制御スイッチをクローズ（通電可能状態）にすることで、環境温度の温度計測が不可能な状態になった際にも、バイメタルスイッチなどの温度スイッチがクローズ（通電可能状態）になれば直ちに凍結を防止するヒータによる水経路の冷却水の加熱が可能になるので、水経路の冷却水を加熱し水経路の凍結による破壊や亀裂による水漏れを防止することができる。

また、制御スイッチと直列に接続されている温度スイッチがクローズ（通電可能状態）しない限り、つまり温度スイッチの設定温度以下にならない限りは、温度計測手段に異常が発生しても直ちに凍結を防止するヒータはオンしないので、温度計測手段に異常が発生した場合にも消費電力を低減させることができる。

第４の発明は、第１の発明において、燃料ガス生成器の温度を計測する燃料ガス生成器温度計測手段と、燃料ガス生成器温度計測手段の温度補正を行う補正用温度計測手段を有し、制御手段が温度計測手段の異常を検知すると、温度計測手段の代わりに補正用温度計測手段の情報を元に制御スイッチの制御を行うものである。

上記構成、動作によると、燃料電池発電装置の燃料ガス生成器の温度を計測する燃料ガス生成器温度計測手段は、通常６００℃から７００℃の温度領域まで計測する必要があり、一般的に熱電対などが利用される。本発明の構成では、熱電対の冷接点温度補正をする補正用サーミスタを備えており、温度計測手段の異常を検出すると、外気温などの環境温度の温度計測を熱電対の補正用温度計測手段に切換えるので、温度計測手段に異常が発生した場合でも環境温度の計測が可能になるので、応急的に凍結を防止するヒータの制御を継続して行うことができる。

第５の発明は、第１の発明において、制御手段が、少なくとも起動、発電、停止の一連の動作の制御及び、燃料電池発電装置の補機の制御やセンサ出力の読取りを行うメイン制御手段と、メイン制御手段からの信号を受信し、少なくとも補機の制御やセンサ出力の読取りを行い、結果を前記メイン制御手段に送信するサブ制御手段と、メイン制御手段とサブ制御手段の情報のやり取りを行う通信手段とを有し、メイン制御手段が、サブ制御手段をリセットさせるリセット手段を備え、サブ制御手段が、環境温度を測定する温度計測手段と、排熱回収手段の水経路を昇温させるヒータと、温度計測手段により計測した環境温度の情報からヒータのオン／オフを切換える制御スイッチを備え、サブ制御手段が暴走しメイン制御手段との通信が確立しなくなると、メイン制御手段はサブ制御手段をリセットするものである。

上記構成、動作によると、サブ制御手段が暴走し制御不可能な状態になると、メイン制御手段がサブ制御手段の制御電源のオフ／オンなどによりリセットさせることにより、サブ制御手段が正常状態に復帰し、正常に燃料電池発電装置の外気温の計測や凍結を防止するヒータの制御を行うことができるようになるので、水経路の配管の破裂や亀裂による水漏れを防止することができる。

第６の発明は、第５の発明において、環境温度を測定する前記温度計測手段と、温度計測手段により計測した環境温度の情報から前記ヒータのオン／オフを切換える制御スイッチを、メイン制御手段とサブ制御手段の両方が備え、メイン制御手段の制御スイッチとサブ制御手段の制御スイッチが並列に接続されるものである。

上記構成、動作によると、外気温を測定する温度計測手段と、ヒータのオン／オフを行う制御スイッチは、メイン制御手段とサブ制御手段の両方に備える構成とすることで、どちらか片方の制御スイッチ、または、温度計測手段に異常が発生しているときに、燃料電池発電装置システムの設置環境の温度が氷点以下となっても、水経路を凍結防止のヒータで昇温させることができるので、水経路の配管の破裂や亀裂による水漏れを防止することができる。

第７の発明は、第１から第６いずれか１つの発明において、燃料電池発電装置の設定情報や運転状態情報を表示する表示手段を有し、制御手段は温度計測異常検出手段の異常を検知すると、制御スイッチを通電可能状態とすると共に、表示手段に温度計測手段に異常が発生している旨を報知するものである。

上記構成、動作によると、冬場などの低温時の水経路の破裂や亀裂による水漏れなどの重大な故障の発生要因になりうる機器の故障を利用者に報知する手段を備えることにより、機器の故障を最小限に抑えることができ、機器の故障の拡大を低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池発電装置システムの構成を示すものである。

図１において、燃料電池発電装置システムは、都市ガスなどの原料ガスから水素を作って発電を行う燃料電池発電装置１と、発電する際に発生した熱を回収しお湯として貯湯タンク１２に貯える貯湯ユニット１１とから構成される。

燃料電池発電装置１は、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段２と、燃料電池発電装置１が設置されている環境の外気温を計測する温度計測手段３と、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行うスタック５と、前記スタック５などの冷却や水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成器４からの排ガスからの熱を回収する排熱回収手段６と、前記排熱回収手段６の水経路の凍結を防止するヒータ７と、前記排熱回収手段６ａの水経路に冷却水を供給するポンプ８ａ、および前記排熱回収手段６ｂの水経路に貯湯ユニット１１からの排熱回収用の水を供給するポンプ８ｂを有している。

また、燃料電池発電装置１と貯湯ユニット１１は通信ケーブル１３ａで接続されており、貯湯タンク１２に貯えられているお湯の量や温度、燃料電池発電装置１の発電量や発電時間等の情報のやりとりを行っている。また、お湯の量や温度、発電量や発電時間といった情報は、貯湯ユニット１１と通信ケーブル１３ｂで接続されたリモコンなどの表示手段６１で利用者に報知することができる。

但し、その表示手段６１は燃料電池発電装置１と接続する構成であっても、利用者への各種情報の報知を行うことができるので、発明の効果は変わらない。

次に、図２は本発明の第１の実施の形態における、燃料電池発電装置１における水経路の凍結防止の構成図の例を示すものである。

図２において、燃料電池発電装置１は、制御手段２からの指令に基づいて水経路の凍結を防止するヒータ７をオン／オフするための制御スイッチ２１と、前記制御スイッチ２１及びヒータ７と直列に接続された温度スイッチ２２と、前記制御手段２の暴走を検出するための暴走検出手段２３と、前記制御手段２の暴走を検出した際に利用者、またはメンテナンス者に報知するための異常報知手段２４を有している。

ここで温度スイッチ２２は、代表的な部品としてバイメタルスイッチがあり、バイメタルスイッチは、スイッチが設置されている周辺の温度が所定の温度以下になるとスイッチがクローズ（通電可能状態）し、周辺の温度が所定の温度以上になるとスイッチがオープン（遮断状態）するようなものである。

次に、本発明の第１の実施の形態の動作について図１、図２を用いて説明する。

まずは、燃料電池発電装置１が正常に作動している場合に、燃料電池発電装置１が設置されている環境の温度が低下した場合の動作について図２を用いて説明する。

燃料電池発電装置１を含む燃料電池発電装置システムは、通常その製品の大きさなどの性質上、屋外に設置される場合がほとんどである。また、燃料電池が発電する際にスタック５を冷却したり、発熱部位例えばスタック５の冷却に利用した水を回収して、貯湯タンク１２に蓄えたりするので、システムのあらゆる箇所に水の配管が通っている。

夏場や、システムが動作している状態の場合は配管の中の水は流れ、また、装置内の温度も氷点よりも確実に高いので、凍結のために水配管が破裂したり、ひびが入ったりすることはまず起こらない。

しかし、冬場、特に寒冷地などでは、冬休みなどに旅行にでかけて、しばらくの間システムが動作しないときには、水循環の経路の配管の水の流れが止まり、また、システムが動作していない場合は発熱箇所もないので、システム内部の温度は外気温とほぼ等しくなるため、配管内の水が凍結し、破壊やひびによる水漏れの発生原因となり、システムに大きなダメージを与えることが起こりうる。そこで所定の温度以下になったらヒータ７で配管を温めたり、ポンプ８で水を巡回させたりして、配管内の水の凍結を防止することが重要である。

例えば、図１に示すように凍結防止用のヒータ７をシステムの水配管の凍結しやすい箇所に設置する。前記ヒータ７は、図２に示すように系統電源に接続されており、ヒータ７と直列に接続された温度スイッチ２２と制御スイッチ２１により、ヒータ７の通電のオン／オフを制御している。

但し、電源供給源はシステム内で作られた直流電源であっても、電源供給源が変わるだけであるので凍結を防止することができ、発明の効果は変わらない。

簡易的なシステムであるならば、ヒータ７のオン／オフの制御はバイメタルスイッチなどの温度スイッチ２２のみで行う。温度が低いときにはバイメタルスイッチは閉じており、高温になるとバイメタルが反ってスイッチが開き通電されなくなる。このとき、ヒータ７のオン／オフを制御する温度は、温度スイッチ２２の設定温度仕様のみで決定される。

バイメタルスイッチなどの温度スイッチ２２は、比較的部品ばらつきが大きいので、スイッチをクローズ／オープンする温度仕様が、±３℃〜５℃程度が一般的である。よって、凍結する前に確実にヒータ７をオンするためには、スイッチをクローズ／オープンする温度仕様が例えば５℃程度の部品を選定する必要がある。

しかしながら、例えば外気温が５℃、温度バラツキが±３℃になったときにクローズする温度スイッチ２２をシステムに搭載したとすると、部品のばらつきから、８℃程度でスイッチがクローズし、凍結を防止するヒータ７に通電されてしまうことになるので、凍結による水配管の破壊は確実に防止することができるが、消費電力も大きくなる。

一方、設定温度を３℃の部品を選定したとすると、温度スイッチ２２によっては０℃近くになるまでスイッチがクローズしないというシステムにもなり得るので、環境によっては凍結ヒータ７による水配管の温めが手遅れとなる可能性がある。

そこで、温度スイッチ２２と直列にリレーやトライアックなどの制御スイッチ２１を設けて、前記温度計測手段３で計測した外気温に従って、前記制御手段２が前記制御スイッチ２１のクローズ／オープンを行い、凍結ヒータ７の通電を制御する。

温度計測手段３と制御手段２による制御スイッチ２１のクローズ／オープンの制御は、温度スイッチ２２の場合よりも精度良く（例えば±１℃程度以下）にすることも可能であり、ヒータ７を通電する設定温度を２℃程度にしても温度による制御のバラツキが小さいので、氷点近くまでヒータ７の通電が不要で、かつ、水配管の破壊を確実に防ぐことができる。

また、温度スイッチ２２の直列に接続することで、仮に、温度スイッチ２２がショート故障したような場合でも、制御スイッチ２１のみでヒータ７の制御を行うことができるので、トラブル発生時にも柔軟に対応することが可能である。

このように、温度スイッチ２２と制御スイッチ２１の直列接続による凍結防止ヒータ７の制御は、低温時の消費エネルギーの低減と、水配管の破壊を確実に防止することができる。

次に、前記制御手段２がマイコン暴走などの制御不能状態になった場合の動作例について図２を用いて説明する。

図２に示すように、本発明の第１の実施の形態における燃料電池発電装置１を含む何両電池発電装置システムは、マイコンなどの制御手段２が正常に動作しているかどうかを監視する暴走検出手段２３を備えている。

マイコンなどの制御手段２が正常に動作しているときは、制御手段２から周期的なパルス（例えば５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ）を出力させ、そのパルスが出力されているときは制御スイッチ２１であるリレーを駆動する。

マイコンなどの制御手段２が正常に動作していないときは、制御手段２からパルスを出力することもできなくなるので、必然的に制御スイッチ２１であるリレーを駆動することができない。

ここで、制御スイッチ２１はノーマルクローズタイプのリレーを使用する。ノーマルクローズタイプのリレーであるため、制御手段２が正常に動作しているとき（パルスを出力しているとき）は、制御スイッチ２１であるリレーが駆動されると、スイッチはオープン（遮断状態）する。

逆に、制御手段２が正常に動作していないとき（パルスを出力していないとき）は、制御スイッチ２１であるリレーは駆動されないので、スイッチはクローズ（通電可能状態）する。

制御スイッチ２１がクローズしていれば、外気温が低下し温度スイッチ２２がクローズする温度にまで低下すればヒータ７を通電することができる。

制御スイッチ２１が正常に動作をしない（例えばマイコンの暴走状態）ということは、温度計測手段３により計測された外気温情報を認識することができず、また、制御スイッチ２１を駆動する制御信号を出力することができない。

よって、制御手段２が正常に動作しているときに制御スイッチ２１を駆動する制御信号の他に、制御手段２の暴走を検出すると制御スイッチ２１をクローズする回路を設けることで、制御手段２が制御不能な状態になっても制御スイッチ２１はクローズさせることができるので、外気温が低下したときには温度スイッチ２２のオープン／クローズのみでヒータ７の通電を制御することができる。

よって、制御手段２が制御不能状態になっても、水経路の水が凍結し、配管の破裂やひび割れによる水漏れといった機械的な破壊を防止することができる。

また、制御手段２が制御不能状態になり、制御スイッチ２１を駆動するのと同時に、利用者に制御手段２が制御不能状態になったことを報知するＬＥＤやランプなどの異常報知手段２４を設けることで、制御手段２が制御不能で異常報知ができない状態になったときでも、暴走検出手段２３によりＬＥＤなどの異常報知手段２４を駆動することで利用者やメンテナンス者に機器の故障（制御回路の故障）を報知することができる。

なお、上記説明では温度計測手段３は外気温を計測するとし、温度スイッチ２２は周辺の温度により動作するとしたが、温度計測手段３が計測する温度、および温度スイッチ２２が動作する温度は、外気温度、燃料電池発電装置１内の雰囲気温度に限定されるものではなく、水経路の水の凍結に直接関係する水経路を構成する配管温度を含む環境温度が適用できる。
（実施の形態２）
実施の形態２を示す図３の構成は、実施の形態１を示す図２の構成に加えて、温度計測手段に異常が発生した場合の実施例であり、その他の構成、動作は実施の形態１と同じである。

そこで以下では実施の形態２の構成、動作について、実施の形態１との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１と同じものとする。

図３は温度計測手段３に異常が発生したことを検出する機能を備える場合の燃料電池発電装置１の構成図の例である。

図３において、燃料電池発電装置１の制御手段２は温度計測手段３の異常を検出する温度計測異常検出手段３１を有している。

制御手段２の温度計測異常検出手段３１は温度計測手段からの温度情報を入力とし、温度情報が所定の温度範囲からはずれている場合は、温度計測手段３に異常（サーミスタの断線やショート）が発生したと判断する。温度計測手段３に異常が発生すると、燃料電池発電装置１が設置されている外気温が計測できなくなるため、外気温が所定の温度以下になったことが検出できない。

よって凍結を防止するためのヒータ７を入れるタイミングを判別することができなくなるので、外気温が低下し配管の中の水が凍結し破裂したりひびが入ったりしてシステムに大きなダメージが加わる危険性がある。

よって図３に示すように、制御手段２の温度計測異常検出手段３１により、温度計測手段３に異常が発生した場合は、外気温の温度に関わらず制御スイッチ２１をクローズすることで、仮に温度が高いときは温度スイッチ２２がオープンの状態でヒータ７には通電されない。外気温が低くなると温度スイッチ２２がクローズの状態になるので、ヒータ７はオン状態になるので、配管の中の水の凍結を防止できる。

このとき、凍結を防止する動作を行いながら、図１に示すように、燃料電池発電装置１と接続されている貯湯ユニット１１の表示手段６１に前記温度計測手段３に異常（サーミスタの断線やショート）が発生していることを利用者に報知することができるので、システムのトラブル発生に対して早急に対応することが可能になる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について図４を用いて説明する。

図４は同じく温度計測手段３に異常が発生した場合に、別の温度計測手段を一時的に代用して制御スイッチ２１を行う場合の燃料電池発電装置１の構成図の例である。

図４において、燃料電池発電装置１は水素生成器４の温度を計測する燃料ガス生成器温度計測手段４１と、燃料ガス生成器温度計測手段４１の補正を行うための補正用温度計測手段４２を有している。

燃料電池発電装置１は、都市ガスなどの原料ガスを改質し水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成器４を備えており、原料ガスを改質し水素を主成分とする燃料ガスを生成する過程で燃料ガス生成器４を６００℃〜７００℃程度の高温にする必要がある。そのような高温領域の温度計測は一般的に熱電対が用いられる。本発明の第３の実施の形態における燃料電池発電装置１の構成では、熱電対の冷接点温度補正をする補正用サーミスタである補正用温度計測手段４２を備えている。

熱電対である燃料ガス生成器温度計測手段４１は、冷接点の温度を補償する回路が必要であり、熱電対の熱起電力は、０℃を基準接点としているので測定点（水素生成器内部）と制御手段２の端子間（一般的に制御基板のコネクタや温度計測ユニットの端子など）の温度差により発生する熱起電力から温度を知るためには、制御手段２の端子温度が分からなければ正確な熱電対による温度計測はできないので、制御手段２の端子温度を知る必要がある。

この制御手段２の端子温度は外気温とほぼ等しいので、温度計測手段３と補正用温度計測手段４２の計測温度はほぼ等しい。

よって、温度計測手段３に異常が発生した場合は、補正用温度計測手段４２を一時的に外気温情報として採用し、補正用温度計測手段４２で計測した値が所定の温度以下になったら制御手段２により制御スイッチ２１のオープン／クローズの制御を行うことができる。

よって図４に示すように、制御手段２の温度計測異常検出手段３１により、温度計測手段３に異常が発生した場合は、補正用温度計測手段４２により外気温を計測することで、温度計測異常検出手段３１に異常が発生したときも凍結を防止するヒータ７の制御が可能になり、配管の中の水の凍結を防止でき低温時の配管の破裂といった不具合を防止することができる。
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１または２に加えて、ヒータ７を制御する制御手段が暴走したときに制御手段をリセットする場合の実施例であり、その他の構成、動作は実施の形態１または２と同じである。

そこで以下では実施の形態４の構成、動作について、実施の形態１〜３との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１〜３と同じものとする。

まず、実施の形態４の構成について図５を用いて説明する。

図５において、燃料電池発電装置１は、起動、発電、停止の一連の動作の制御及び、燃料電池発電装置のヒータ７やポンプ８といった補機の制御やセンサ出力の読取りを行うメイン制御手段２と、メイン制御手段からの信号を受信し、ヒータ７やポンプ８といった補機の制御やセンサ出力の読取りを行い、結果をメイン制御手段２に送信するサブ制御手段５１と、前記メイン制御手段２と前記サブ制御手段５１の情報のやり取りを行う通信手段５２を有している。

制御手段２は、サブ制御手段５１が制御不能な状態になり通信手段５２による通信ができない状態になると、サブ制御手段５１をリセットするリセット手段５３を有している。

リセット手段５３は、例えば、サブ制御手段５１の制御電源を遮断し、所定の時間経過後制御電源を再度投入する方法や、サブ制御手段５１の所定の端子にリセット信号を入力しリセットさせる方法などがあるが、本発明の実施の形態においてリセットの方法は限定されるものではない。

温度計測手段３と、温度計測異常検出手段３１はサブ制御手段５１が有しており、ヒータ７をオン／オフさせる制御スイッチ２１は、サブ制御手段５１からの信号により制御される。

次に、実施の形態４の動作について図５を用いて説明する。

前記サブ制御手段５１がマイコン暴走などの制御不能状態になり、温度計測手段３による外気温の温度計測や制御スイッチ２１の制御ができない状態になると、暴走検出手段２３により制御スイッチ２１をクローズする。

また、サブ制御手段５１が制御不能状態になるとメイン制御手段２との通信が不能となるので、メイン制御手段２はサブ制御手段５１が暴走していると判断し、サブ制御手段５１の制御電源の切／入などの手法でサブ制御手段５１をリセットさせる。

リセット後、サブ制御手段５１が制御可能な状態に戻れば、温度計測手段３による温度計測が可能になるので、外気温に応じた制御スイッチ２１のオープン／クローズの制御を行うことができる。

リセット後も、サブ制御手段５１の制御不能状態が続く（サブ制御手段５１との通信が確立しない）ようであれば、メイン制御手段２はサブ制御手段５１をリセットさせる動作は行わない。

もしくは、メイン制御手段２はサブ制御手段５１をリセットさせる動作を所定の回数行ってから、リセットさせる動作を止める。このとき、サブ制御手段５１はパルスを出力することもできない状態であるので、暴走検出手段２３により制御スイッチ２１をクローズするので、外気温が低下したら、温度スイッチ２２のみでヒータ７の通電のオン／オフを制御することが可能である。

このように、ヒータ７をオン／オフするスイッチの制御を行うサブ制御手段５１が制御不能状態になったら、一旦、制御不能状態を改善させる動作を行うことで、サブ制御手段５１を正常状態に戻すことができる。

よってサーミスタなどの温度計測手段による外気温計測に基づいたヒータ７のオン／オフ制御を行うことができるので、温度スイッチ２２のみのヒータ制御の時と比べて消費エネルギーを低減させることができる。

仮に、リセット動作をした後も、サブ制御手段５１の暴走状態が継続するような場合でも、暴走検出手段２３により制御スイッチ２１はクローズの状態になるので、温度スイッチ２２によりヒータ７のオン／オフを行うことができるので、配管の中の水の凍結を防止でき低温時の配管の破裂といった不具合を防止することができる。
（実施の形態５）
実施の形態５は、ヒータ７をオン／オフする制御スイッチ２１ａ，２１ｂを並列に設ける場合の例であり、その他の構成、動作は実施の形態１〜３と同じである。

そこで以下では実施の形態５の構成、動作について、実施の形態１〜３との相違点を中心に図６を用いて説明する。

温度スイッチ２２と直列に接続されている制御スイッチは、メイン制御手段２からスイッチのオープン／クローズを制御する制御スイッチ（メイン）２１ａと、サブ制御手段５１からスイッチのオープン／クローズを制御する制御スイッチ（サブ）２１ｂとが並列に接続される構成となっている。

次に実施の形態５の動作について図６を用いて説明する。

一般的に燃料電池発電装置１はシステムの規模が大きく、ヒータ７やポンプ８などのアクチュエータの数や、サーミスタ、熱電対、流量計といったセンサの数が非常に多いので、複数のマイコンを使用する場合が多い。

本実施の形態５では、複数の制御手段に凍結を防止するヒータ７のオン／オフを制御する制御スイッチ２１ａ，２１ｂが設けられており、温度スイッチ２２がクローズしている状態で、温度計測手段３ａ，３ｂで計測した外気温の温度が所定の温度以下になると、前記メイン制御手段２、サブ制御手段５１はそれぞれ制御スイッチ（メイン）２１ａ、制御スイッチ２１ｂ（サブ）をクローズし、ヒータ７をオンさせ、配管の中の水の凍結を防止する。

このとき、仮に、メイン制御手段２またはサブ制御手段５１のどちらか一方が制御不能状態になっていたとしても、どちらか片方の制御手段が正常に動作していれば、並列に接続されているどちらか片方の制御スイッチ２１ａまたは制御スイッチ２１ｂをクローズすることができるので、配管の中の水の凍結を防止でき低温時の配管の破裂といった不具合を防止することができる。

本発明の燃料電池発電装置システムは、燃料電池発電装置システムを始め、エンジン発電装置システムや、給湯機などの水配管を有するしすてむの、配管の凍結防止に利用することが出来る。

実施の形態１における燃料電池発電装置システムの構成図実施の形態１における燃料電池発電装置の構成図実施の形態２における燃料電池発電装置の構成図実施の形態３における燃料電池発電装置の構成図実施の形態４における燃料電池発電装置の構成図実施の形態５における燃料電池発電装置の構成図

符号の説明

１燃料電池発電装置
２制御手段
３，３ａ，３ｂ温度計測手段
４燃料ガス生成器
５スタック
６ａ，６ｂ排熱回収手段
７ヒータ
２１，２１ａ，２１ｂ制御スイッチ
２２温度スイッチ
２３暴走検出手段
２４異常報知手段
３１温度計測異常検出手段
４１燃料ガス生成器温度検出手段
４２補正用温度計測手段
５２通信手段
５３リセット手段

Claims

水素を主成分とする燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行うスタックと、
前記スタックなどから熱を回収する排熱回収手段と、
起動、発電、停止の一連の動作を制御する制御手段と、
前記制御手段の暴走を検出する暴走検出手段と、
環境温度を測定する温度計測手段と、
前記排熱回収手段の水経路を昇温させるヒータと、
前記ヒータへの通電のオン／オフを切換える制御スイッチと、
環境温度が、０℃より高い凍結防止用の第１温度以下になるとクローズして通電が可能となり、前記第１温度を超えるとオープンして前記ヒータへの通電が遮断される温度スイッチと、
前記ヒータの電源と
を有し、
前記ヒータは、前記制御スイッチ及び前記温度スイッチと直列に接続される構成であり、
前記制御手段は、前記温度計測手段により計測した環境温度が、前記第１温度より低く０℃より高い凍結防止用の第２温度以下になると、前記制御スイッチをクローズして通電が可能となるよう制御し、前記第２温度を超えると前記制御スイッチをオープンして前記ヒータへの通電が遮断されるよう制御し、
前記暴走検出手段は、前記制御手段が暴走していることを検知すると、前記制御スイッチをクローズして通電が可能となるよう制御する、燃料電池発電装置システム。
前記暴走検出手段が前記制御手段の暴走を検出した際には、前記制御手段を介することなく異常報知手段により異常を報知する請求項１記載の燃料電池発電装置システム。
少なくとも前記温度計測手段の断線を検出する温度計測異常検出手段を有し、前記制御手段は温度計測手段の異常を検知すると、前記制御スイッチを通電可能状態にする請求項１記載の燃料電池発電装置システム。
炭化水素系原料ガスと水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成器と、その燃料ガス生成器の温度を計測する燃料ガス生成器温度計測手段と、前記燃料ガス生成器温度計測手段の温度補正を行う補正用温度計測手段を有し、前記制御手段は、前記温度計測手段の異常を検知すると、前記温度計測手段の代わりに前記補正用温度計測手段の情報を元に前記制御スイッチの制御を行う請求項１記載の燃料電池発電装置システム。
前記制御手段は、少なくとも起動、発電、停止の一連の動作の制御及び、燃料電池発電装置の補機の制御やセンサ出力の読取りを行うメイン制御手段と、前記メイン制御手段からの信号を受信し、少なくとも前記補機の制御や前記センサ出力の読取りを行い、結果を前記メイン制御手段に送信するサブ制御手段と、前記メイン制御手段と前記サブ制御手段の情報のやり取りを行う通信手段とを有し、前記メイン制御手段は、前記サブ制御手段をリセットさせるリセット手段を備え、前記サブ制御手段は、環境温度を測定する前記温度計測手段と、前記排熱回収手段の水経路を昇温させるヒータと、前記温度計測手段により計測した環境温度の情報から前記ヒータのオン／オフを切換える制御スイッチを備え、前記サブ制御手段が暴走し前記メイン制御手段との通信が確立しなくなると、前記メイン制御手段は前記サブ制御手段をリセットする請求項１記載の燃料電池発電装置システム。
環境温度を測定する前記温度計測手段と、前記温度計測手段により計測した環境温度の情報から前記ヒータのオン／オフを切換える前記制御スイッチは、前記メイン制御手段と前記サブ制御手段の両方が備え、前記メイン制御手段の前記制御スイッチと前記サブ制御手段の前記制御スイッチは並列に接続される請求項５記載の燃料電池発電装置システム。
前記燃料電池発電装置の設定情報や運転状態情報を表示する表示手段を有し、前記制御手段は前記温度計測異常検出手段の異常を検知すると、前記制御スイッチを通電可能状態とすると共に、前記表示手段に前記温度計測手段に異常が発生している旨を報知する請求項１〜６いずれか１項に記載の燃料電池発電装置システム。