JP6960306B2 - 燃料電池装置、制御装置および制御プログラム - Google Patents

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。

収納容器内に、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電力を得ることができる燃料電池セルを複数積層したセルスタックを備える燃料電池モジュールが知られている。また、該燃料電池モジュールおよびその動作に必要な補機類を外装ケース等の筐体に収容した燃料電池装置が、種々提案されている。

このような燃料電池装置においては、発電に用いられなかった余剰の燃料ガスを燃焼させ、燃焼後の排ガスを熱交換器等に通して冷却するとともに、この熱交換時に、前記排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生成される凝縮水を、イオン交換樹脂等により浄化処理して改質水タンク等の水タンクに貯留し、貯留された水を、天然ガス等の原燃料を水蒸気改質する改質器に改質水として供給する、いわゆる水自立運転が行われている。

また、改質水タンクに関連して、特許文献１には、タンクの満水位を超える余剰の改質水（以下、余剰水という）を強制的に排出する排水ポンプと、改質水タンク内の改質水の貯水量を水面高さとして検出する液面レベルセンサやフロートスイッチ等の水位センサを備える燃料電池システムが開示されている。

上述の燃料電池システムによれば、システムの制御装置は、改質水タンクに貯留した改質水の液面が予め設定した上限値に達したことが液面レベルセンサで検出された場合、該制御装置は、排水ポンプを一定時間駆動して、一定量の改質水を排水受けに排出することが開示されている。

特許第６１７１１１４号

しかしながら、タンク内における改質水の水位が所定水位となったことを、前記液面レベルセンサ等の水位検知器が検知した際に改質水の排出制御を行う場合において、水位検知器等の特定の補機類が故障したと判断される場合は、通常、エラー表示等を行い、燃料電池発電運転を停止することとなる。それゆえ、燃料電池装置の継続的な稼働ができないおそれがあった。

本発明の目的は、特定の補機類が故障した場合であっても継続的に稼働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ことである。

本開示の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池から排出される排ガスに含まれる水を、該燃料電池に導入する改質水として貯留するタンクと、前記タンク内に貯留された改質水の水位が所定水位となった際に検出信号を出力する水検知器と、該タンク内の水を外部に排出する排水ポンプと、該排水ポンプの作動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記水検知器からの検出信号の受信に応答して、前記排水ポンプを作動させる第一排水制御を行い、
前記排水ポンプの作動後も、前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合、該制御装置は、所定の時間間隔で前記排水ポンプを作動させる第二排水制御を行うことを特徴とする。

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、
タンク内に貯留された水の水位が所定水位となった際に該水検知器から出力される検出信号を受信した場合に、排水ポンプを作動させる第一排水制御を実行可能であり、
前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合に、所定の時間間隔で前記排水ポンプを作動させる第二排水制御を実行可能であって、
前記第一排水制御における前記排水ポンプの作動後も、前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合、前記第二排水制御を実行することを特徴とする。

また、本開示の制御プログラムは、燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
タンク内に貯留された水の水位が所定水位となった際に該水検知器から出力される検出信号を受信した場合に、排水ポンプを作動させる第一排水制御を行う第一排水制御ステップと、
前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合に、所定の時間間隔で前記排水ポンプを作動させる第二排水制御を行う第二排水制御ステップと、
を実行させることを特徴とする。

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、特定の補機類が故障した場合であっても、継続的な稼働ができる。

第１実施形態の燃料電池装置の概略構成図である。 図１のＦ部分を拡大した、燃料電池装置の排水機構の説明図である。 実施形態の燃料電池装置における排水制御のフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）はいずれも、実施形態の燃料電池装置における余剰水の排水操作のタイミングチャートである。 実施形態の燃料電池装置における排水制御の変形例を示すフローチャートである。 第２実施形態の燃料電池装置の排水機構の説明図である。 実施形態の燃料電池装置の外観斜視図である。

図面を用いて実施形態の燃料電池装置の構成について説明する。なお、同一の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。

図１は、第１実施形態の燃料電池装置の構成を説明する図である。図２は、図１のＦ部を拡大して示す、燃料電池装置の改質水タンク近傍の構成の説明図である。第１実施形態の燃料電池装置１００は、天然ガス，ＬＰガス等の原燃料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（燃料電池）の稼動による電力供給と、熱交換器３と、蓄熱タンク５等からなる排熱回収システムを利用した温水の供給とを行うものである。なお、温水の供給を行なわない、いわゆるモノジェネレーションシステムとすることもできる。

燃料電池装置１００は、前述の燃料電池モジュール１等の他、補機として、改質水タンク６、パワーコンディショナ２０、制御装置３０、記憶装置（図示省略）等を、少なくとも備えている。また、改質水タンク６は、排水ポンプＰ２を含む排水流路Ｄおよび水検知器ＷＬ_２を備えている。

燃料電池モジュール１は、収納容器１０に収容されており、その内部に、複数の燃料電池セルが積層されたセルスタック１１と、水蒸気を用いて原燃料の水蒸気改質を行う改質器１２と、余剰の燃料ガスに点火するための着火ヒータ（図示省略）、および、触媒容器２に充填された排ガス触媒等を備える。

燃料電池装置１００は、以下にさらに詳細に述べられるように、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（図示省略）と、燃料電池モジュール１と、原燃料供給装置（ガスポンプＢ１）と、酸素含有ガス供給装置（空気ブロワＢ２）と、水供給用装置（改質水ポンプＰ１）と、排水ポンプＰ２と、水検知器ＷＬ_２等の各種温度センサ（図示せず）等と接続され、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、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の各部に係る種々の機能を実現する。

制御装置３０から、他の機能部（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。

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過的（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）な記憶媒体を含んでよい。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。

燃料電池モジュール１の下方に隣接して配置された熱交換器３では、燃料電池モジュール１より排出された排ガスと、熱交換器３内を流れる水等の熱媒体とで熱交換が行われ、排ガスに含まれる水分が凝縮水として生じる。熱交換により生じた凝縮水は、凝縮水流路Ｃを経由し、イオン交換樹脂等で浄化処理された後、改質水として改質水タンク６に貯留される。なお、水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Ｅおよび排気流路Ｖを介して、燃料電池装置の外に排気される。

改質水タンク６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Ｐ１を介して改質器１２に供給され、原燃料の水蒸気改質に利用される。なお、改質水タンク６内の改質水が不足する場合には、水道水などの外部水を、イオン交換樹脂等を介して浄化した後、タンク内に導入してもよい。

一方、燃料電池装置１００は、排熱回収システムとして、前述の熱交換器３と、蓄熱タンク５、ラジエータ４、熱媒循環ポンプＰ３およびこれらを繋ぐ配管等からなるヒートサイクルＨＳ系と、上述の蓄熱タンク５内の温水を給湯に利用する給湯系と、を備えている。これらの排熱回収システムの詳細な説明は省略する。

そして、外装ケース５０内には、図１に示した、前述の燃料電池モジュール１の他、天然ガス等の原燃料を改質器１２に送給するガスポンプＢ１、酸素含有ガス（空気）をセルスタック１１に送給する送風機（空気ブロアＢ２）、改質水タンク６内の改質水を、水蒸気改質用の原料水として改質器１２に供給する改質水ポンプＰ１、改質水タンク６で使用余剰となった余剰水を、機外に排出するための排水ポンプＰ２や、改質水タンク６内の余剰水を排出するための排水流路Ｄ等が配設されている。

なお、外装ケース５０内には、系統電源と連係するパワーコンディショナ２０、装置全体をコントロールする制御基板を含む制御装置３０等が配設されている。また、燃料電池の運転を制御するために用いる各種センサとして、水位計（水検知器ＷＬ）等が配置されている。

図２は、燃料電池装置１００の構成のなかで、先に述べた「水自立運転」と改質水および余剰水，排水に関連する部分（図１の二点鎖線Ｆ内）を拡大して示したものである。

図のように、改質水タンク６は、イオン交換樹脂が充填された浄化処理部６３，６４を含む第１改質水タンク６１（メインタンク）と、浄化処理済みの改質水を貯留する改質水貯留部Ｘを含む第２改質水タンク６２（サブタンク）とから構成されている。これら第１改質水タンク６１と第２改質水タンク６２との間は、下側の通水管６５で接続され、連通している。

第１改質水タンク６１内には、凝縮水を浄化処理するためのイオン交換樹脂が充填された第１のイオン交換容器６３と、改質水の不足時に外部から補給される水道水等を浄化するためのイオン交換樹脂が充填された第２のイオン交換容器６４と、が配設されている。また、第１改質水タンク６１の下部には、第１改質水タンク６１内およびこれに連通する第２改質水タンク６２内の貯水量、すなわち水面高さであり下限量を検知するための水検知器ＷＬ_１が配設されている。なお、イオン交換樹脂が充填された１つのイオン交換容器で、凝集水と外部から補給される水とを浄化してもよい。

第１改質水タンク６１内に流入する凝縮水は、タンクの上面から第１のイオン交換容器６３の上部に導入される。浄化処理された凝縮水（以降、改質水）は、第１のイオン交換容器６３の下部または底部から第１改質水タンク６１内に流出するように構成されている。

第１実施形態では、第２改質水タンク６２は、その全内容積が、浄化処理済みの改質水を貯留する改質水貯留部Ｘとなるよう構成されている。第２改質水タンク６２の下部または底部で、かつ、前述の第１改質水タンク６１および第２改質水タンク６２の貯水量およびその水面高さが、下限値に達したことを検出する水検知器ＷＬ_１より下側の位置には、改質水ポンプＰ１の吸引口に繋がる改質水導出口６２ａが設けられている。

他方、第２改質水タンク６２の上部には、排水ポンプＰ２の吸引口に繋がる余剰水導出口６２ｂが設けられている。また、この余剰水導出口６２ｂより上側の位置には、貯留された改質水の満水位値が設定されている。そして、タンク内における前記満水位値（上限水位位置）に相当する場所に、図２に示すような、第２改質水タンク６２内の改質水の上水面が上限値に達したことを検出する水検知器ＷＬ_２が配設されている。

なお、図中の黒丸は各センサの配設位置を示すものである（以下同じ）。また、水検知器ＷＬ_２は、後述する、制御装置３０による改質水の排水制御（第一排水制御、第二排水制御等）に利用される。

余剰水導出口６２ｂから、排水ポンプＰ２を経て、装置外部の排水溝または雨水枡等に至る排水管は、利用しなかった改質水（以下、余剰水）の排水流路Ｄとして設けられている。なお、排水流路Ｄの途中に、酸性の余剰水を中和するための炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）等の中和剤が充填された中和容器を配設してもよい。また、前述の第２改質水タンク６２上部の満水位値（上限水位位置）に、満水水位を超える余剰水をタンク外へ流出させるための満水位排水口等を設けてもよい。

上記構成の改質水タンク６内に貯留される改質水の排水制御は、以下のように行われる。

まず、制御装置３０において、前述の改質水貯留部Ｘの満水位値における水（水面）の存在の有無を検知する水検知器ＷＬ_２から、水の検出信号を受信している場合を「１」（有り）、検出信号を受信していない場合を「０」（無し）とする〔満水フラグ〕を設定し、水の検出信号を受信していないこと（フラグ＝０）を確認する。

以下に、図３に示すフローチャートと、そのなかに記載の各ステップとを用いて、改質水タンク６内の改質水を排出する第一排水制御および第二排水制御について説明する。

図３のフローチャートに示すように、本実施形態の燃料電池装置における制御装置３０は、システムに異常を感知していない通常時または正常時には、最初に、水検知器ＷＬ_２から出力される検出信号の受信を待つ待機状態〔フローチャートにおけるステップＳ１、以下同じ。〕をループしながら繰返している。

改質水タンク６内に貯留されている改質水の水量が少なければ、〔満水フラグ〕は０の状態であるが、改質水タンク６内の改質水が増え、その貯水量（上水面）が、水検知器ＷＬ_２の位置で規定される上限水位または満水水位に達した場合、水検知器ＷＬ_２から水の検出信号が制御装置３０に向けて出力され、〔満水フラグ〕が１となる。

すると、制御装置３０は、予め決められた手順（プログラム）で（１）排水ポンプＰ２を第１所定時間Ｔ１の間作動させる第一排水制御〔ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４〕を行う。これにより、改質水タンク６内の改質水の水量は、排水ポンプＰ２の作動時間（Ｔ１）の時間分、排水され、改質水の水面は、水検知器ＷＬ_２の位置（満水位）を下回る位置まで低下すると推定される。

ついで、（２）排水確認制御〔ステップＳ５〕を行う。排水確認制御は、タンクの水検知器ＷＬ_２位置に水がないこと、すなわち排水作業が完了したことを確認・判断するステップである。ここで、前記の（１）第一排水制御の実行後、〔満水フラグ〕が０であることが確認できれば、予め決められた量の排水が、予定通り行われたことの推定が働く。

つぎに、制御装置３０は、燃料電池装置の稼動により改質水タンク６内の改質水が増え、その貯水量が、次回、水検知器ＷＬ_２の位置で規定される満水水位に達して、〔満水フラグ〕が１となる発報を迎えるまで、水検知器ＷＬ_２の出力（検出信号）を監視するループ動作〔ステップＳ１〕を行って、待機する。

以上の「第一排水制御」を含む満水フラグの移行タイミングおよびポンプの動作タイミングを、図４（ａ）のタイミング・チャートに示す。なお、図においては、排水ポンプＰ２の作動停止後、改質水の貯水量が次回満水位に達するまで、毎回異なる待機時間を全て作動間隔Ｔ４で示しており、排水ポンプＰ２を作動している（第一排水制御を行っている）時間を第１所定時間Ｔ１で示している。

ところで、水検知器ＷＬ_２が水を検知した際に排水ポンプを作動させる場合において、たとえば、水検知器ＷＬ_２が常時水を検知し続ける故障が生じた時には、水検知器ＷＬ_２の故障が解消するまで、排水ポンプが空運転し続けることとなり、排水ポンプを故障させるおそれがある。したがって、当該故障が生じた場合には、通常、エラー表示を行い、燃料電池の発電運転を停止することとなる。それゆえ、従来の燃料電池装置は、継続的な稼働ができなくなるおそれがあった。

そこで、燃料電池装置１００の制御装置３０は、第一排水制御の実行後も、排水確認制御〔ステップＳ５〕時に、水の検出信号が受信され〔満水フラグ〕が１であり続ける場合、すなわち、排水ポンプＰ２による余剰水の排水の完了が確認できず、何らかの異常が発生したと予想される場合、制御装置３０は、水検知器ＷＬ_２の検出信号を監視する待機状態には戻らず、所定の時間間隔で排水ポンプを作動させる、異常発生時または非常時を想定した、第二排水制御（第二排水制御プログラム）を実行する。

具体的には、本実施形態の燃料電池装置１００は、排水ポンプＰ２を作動させたにも関わらず、〔満水フラグ〕が１であり続け、第１所定時間Ｔ１経過後の排水動作の完了時に、排水完了の確認が取れない場合、水の検出信号が受信され続けている間、制御装置３０は、
（３）排水ポンプＰ２の作動を所定の時間間隔で開始させ、第１所定時間（Ｔ１）より長い第２所定時間（Ｔ２）作動を継続させる第二排水制御〔フローチャートにおけるステップＳ７，Ｓ８、Ｓ９〕と、
（４）第２所定時間（Ｔ２）の経過後、排水ポンプＰ２を停止させ、その状態で、タンクの満水位置に水がなく〔満水フラグ〕が０であることを確認する排水確認制御〔ステップＳ１０〕と、
（５）前記第二排水制御の後、第３所定時間（Ｔ３）の間、排水ポンプＰ２を作動させずに待機する待機制御〔ステップＳ１１〕と、を順次実行する。なお、排水ポンプＰ２の作動継続中に排水確認制御を行ってもよい。

前述の〔満水フラグ〕が０であることを確認する排水確認制御〔ステップＳ１０〕は、行わなくてもよい。しかしながら、この排水確認制御を間に取り入れることにより、水検知器がリセットされる等で異常が解消された場合には、水位を正確に検知できるようになる。その場合、前記の第二排水制御は解除され、通常の第一排水制御を行うステップに復帰することができる。この場合における、「第二排水制御」から「第一排水制御」への復帰時の、満水フラグおよびポンプの動作タイミングを、図４（ｂ）のタイミング・チャートに示す。

以上の制御により、水検知器等に異常や故障等の発生が疑われる場合でも、正常に改質水を外部に排出する制御を実行できる。燃料電池の発電運転を止めることなく、燃料電池装置の稼働を継続させることができる。そして、制御装置３０（記憶装置）には、第二排水制御が行われていることを記録しておくことで、メンテナンス作業者が、異常または故障箇所の点検を行うことができる。

なお、図４（ｃ）のタイミング・チャートに示すように、（４）排水確認制御〔ステップＳ１０〕を複数回行っても、〔満水フラグ〕が０になるという、排水の完了確認がとれない場合、制御装置３０は、燃料電池の運転を停止させるステップを実行してもよい。すなわち、何度かの「第二排水制御」を行っても、「第一排水制御」への復帰が見込めない場合、制御装置３０は、燃料電池の温度を下げながら徐々に発電を停止させる、安全な停止モードへ移行するようにしてもよい。

図４（ａ）〜（ｃ）のタイミング・チャートにおいて、異常または故障発生時等に行われる第二排水制御時の、１回あたりの排水ポンプ作動時間〔第２所定時間Ｔ２〕は、先にも述べたように、センサ異常やポンプ異常が見られない、通常の第一排水制御時における１回あたりの排水ポンプ作動時間〔第１所定時間Ｔ１〕より、長くなっている。

これは、異常等の発生時には、改質水タンク６の水位が水検知器ＷＬ_２で規定される満水水位よりも高くなっているおそれがあるため、排水ポンプの作動時間を延長して排水量を多くすることで、改質水がタンク６から溢れることを抑制するためである。第１所定時間Ｔ１は、排水ポンプＰ２の排水能力と、排水される量とから決定される。

しかしながら、排水ポンプの作動時間（駆動時間）が長くなると、排水ポンプＰ２の寿命が短くなってしまう可能性があるため、第２所定時間Ｔ２は、排水ポンプの性能等により、連続して作動することのできる上限時間が設けられる。

図４の（ｂ），（ｃ）に記載の制御において第二排水制御（第２所定時間Ｔ２）の後、排水ポンプを作動させずに待機する待機時間〔第３所定時間Ｔ３〕は、燃料電池の稼動前に、実験または試験運転等により予め決定される数値である。

このほか、記憶装置等に記録された、通常動作時または正常動作時における排水ポンプの作動間隔（Ｔ４）から、演算等により決定されてもよい。たとえば、図４の（ｂ）のように、作動間隔Ｔ４の記録回数が少ない場合、第３所定時間Ｔ３は、最小時間間隔Ｔ４-2以下の短い待機時間に設定される。また、図４の（ｃ）のように、作動間隔Ｔ４の記録（Ｔ４-1，Ｔ４-2，Ｔ４-3，Ｔ４-4等）が充分に多い場合、第３所定時間Ｔ３は、記録された全作動間隔Ｔ４の平均値以下とするか、あるいは、前記と同様、記録された全作動間隔Ｔ４のなかで最小の時間間隔Ｔ４-2以下に、設定してもよい。

なお、前記の排水ポンプ停止時の待機時間である〔第３所定時間Ｔ３〕の設定は、前述の第２所定時間Ｔ２を第１所定時間Ｔ１より長く設定することと同様、水検知器が故障等を起こした場合も、改質水がタンクから溢れでたり、逆流したりすることを抑制するための構成である。これにより、異常発生時または故障発生時においても、燃料電池の発電運転を止めることなく、その稼働を安全にかつ安定して継続させることができる。また、異常発生時または故障発生時に、タンクの満水位置に水がなく、水検知器からの検出信号が受信されなくなったこと（満水フラグ＝０）が確認されれば、制御装置の制御により、排水ポンプの作動間隔（待機時間）は、タンクの満水による水検知器からの検出信号の受信（満水フラグ＝１）を待機するモード〔フローチャートのステップＳ１〕に復帰する。

図５は、実施形態の燃料電池装置における排水制御の変形例を示すフローチャートである。図３のフローチャートに対して、一部が異なっている。図３と同じ部分については詳しい説明を省略する。

制御装置３０は、予め決められた手順（プログラム）に沿って、まず、第一排水制御として排水ポンプＰ２を作動させる〔ステップＳ２〕制御を行う。ついで、第一排水制御の途中で、排水確認制御〔ステップＳ５，Ｓ１３〕を行う。

排水確認制御は、排水ポンプＰ２を駆動し、排水が開始されたことを確認・判断するステップである。排水ポンプの駆動を開始すれば、改質水の水面は低下し、水検知器ＷＬ_２の位置を下回る。そのため、第５所定時間Ｔ５のうちに〔満水フラグ〕が０であることが確認できれば、正常に排水が開始されたと判断する。

上述の排水確認制御〔ステップＳ５，Ｓ１３〕において排水の開始が確認された後、第一排水制御として排水ポンプＰ２を第１所定時間Ｔ１の間作動させる〔ステップＳ１２〕。これにより、改質水タンク６内の改質水の水は、排水ポンプＰ２の作動時間Ｔ１の時間分、排水され、排水作業が完了する。

なお、前記の排水確認制御〔ステップＳ５，Ｓ１３〕において、第５所定時間Ｔ５が経過しても水の検出信号が受信され〔満水フラグ〕が１であり続ける場合、すなわち、排水ポンプによる余剰水の排水の開始が確認できず、何らかの異常が発生したと予想される場合、制御装置３０は、所定の時間間隔で排水ポンプを作動させる第二排水制御、ついで排水確認制御および待機制御（先の例と同様の〔ステップＳ６〜Ｓ１１〕）を実行する。

以上の制御によっても、水検知器等に異常や故障等の発生が疑われる場合でも、燃料電池の発電運転を止めることなく、燃料電池装置の稼働を継続させることができる。

つぎに、前記の第１実施形態では、燃料電池の構成として、図２に示すような、改質水タンク６が、イオン交換樹脂が充填された浄化処理部（６３，６４）を含む第１改質水タンク６１（メインタンク）と、浄化処理済みの改質水を貯留する改質水貯留部Ｘを含む第２改質水タンク６２（サブタンク）と、を備える燃料電池装置を例示したが、これらは、図６の第２実施形態に示すような構成の改質水タンク６’を備える燃料電池装置とすることもできる。

図６に示す構成を詳しく説明する。第２実施形態の燃料電池装置が、その構成上において第１実施形態の燃料電池装置と異なるのは、浄化処理済みの改質水を貯留する改質水貯留部を含む第２改質水タンク６２（サブタンク）の内部が、垂直方向の２つの仕切り壁６６，６７により３つのブロックに分画されている点である。３つのブロックは、それぞれ、第１実施形態と同様の、内部で最も大きな容積を占める改質水貯留部Ｘと、改質水貯留部Ｘからオーバーフローした改質水を余剰水として貯留する余剰水貯留部Ｙと、余剰水貯留部Ｙからオーバーフローした余剰水を受け入れる排水部Ｚと、を含む。なお、排水部Ｚを設けず、改質水貯留部Ｘと余剰水貯留部Ｙのみの、二分画の構成としてもよい。

第１実施形態の改質水タンク６と同様、第１改質水タンク６１（メインタンク）と、改質水貯留部Ｘを含む第２改質水タンク６２（サブタンク）との間は、通水管６５で接続され、連通している。

また、第２改質水タンク６２内の改質水貯留部Ｘの下部または底部には、改質水ポンプＰ１の吸引口に繋がる改質水導出口６２ａが設けられている。

第２改質水タンク６２内の余剰水貯留部Ｙの満水位置または上限位置には、第１実施形態と同様の水検知器ＷＬ_２が設けられている。この水検知器ＷＬ_２は、そのプローブ部分（先端）が、余剰水貯留部Ｙの上部に設定された所定の満水位値（上限水位位置）に配設されており、余剰水貯留部Ｙ内に貯まる余剰水の排水制御に利用される。また、余剰水貯留部Ｙの下部または底部（底面）には、排水ポンプＰ２の吸引口に繋がる余剰水導出口６２ｂが設けられている。

なお、図６の第２実施形態においては、排水ポンプＰ２を用いて常用の第１排水流路Ｄ１から排水する流路の他に、機器の異常時等に、排水ポンプＰ２で機外に排出しきれずに、余剰水貯留部Ｙからオーバーフローして排水部Ｚに流入した余剰水の排水を、底部（底面）に設けられた余剰水排出口６８から装置外へ排出する、バックアップ用の第２排水流路Ｄ２が形成されている。

さらに、燃料電池装置１００は、図７に示すように、燃料電池モジュール１と、燃料電池モジュール１を動作させるための各補機とが、支柱５１と外装パネル（図示省略）とから構成された外装ケース５０内に収容されている。

そして、余剰水の排水が、前述の排水流路Ｄ１，Ｄ２を経由して装置外に排出することができず、燃料電池モジュール１内に漏れ出す場合を想定して、外装ケース５０の底部は、モジュールから漏れ出した排水を一時的に貯留することのできる排水受部５２（排水受け皿）になっている。これにより、万一の場合でも、改質水タンクから漏れ出した排水が、外装ケース５０の外に漏れ出すのを抑制することができる。また、排水受け皿に排水を処理する処理材が充填されている場合には、排水を外部に排出するとこができる。

上記構成の改質水タンク６’内に貯留される改質水を排出する排水制御も、先に述べた第１実施形態と同様に行うことができる。

すなわち、余剰水貯留部Ｙの満水位置または上限位置に設けられた水検知器ＷＬ_２の出力（検出信号）を利用し、水検知器ＷＬ_２から出力される検出信号の受信〔満水フラグ〕の０から１への変化をトリガーとして、（１）排水ポンプＰ２を第１所定時間（Ｔ１）の間作動させる第一排水制御〔図３のフローチャートにおけるステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４。以下同じ。〕を行う。ついで、（２）第１所定時間（Ｔ１）の経過後、排水ポンプＰ２を停止させ、その状態で、タンクの満水位置に水がなく〔満水フラグ〕が０であることを確認する排水確認制御〔ステップＳ５〕を行う。

また、前述のように、排水ポンプＰ２を作動させたにも関わらず、〔満水フラグ〕が１であり続け、第１所定時間Ｔ１経過後の排水動作の完了時に、排水完了の確認が取れない場合、すなわち水の検出信号が受信され続けている間、制御装置３０は、（３）排水ポンプＰ２を、第１所定時間（Ｔ１）より長い第２所定時間（Ｔ２）作動させる第二排水制御〔ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９〕を行う。ついで、（４）第２所定時間（Ｔ２）の経過後、排水ポンプＰ２を停止させ、その状態で、タンクの満水位置に水がなく〔満水フラグ〕が０であることを確認する排水確認制御〔ステップＳ１０〕を行う。ついで、（５）前記第二排水制御の後、第３所定時間（Ｔ３）の間、排水ポンプＰ２を作動させずに待機する待機制御〔ステップＳ１１〕行う〔図４（ｂ）のタイミング・チャートを参照〕。

これにより、本実施形態の燃料電池装置は、水位センサ等の水検知器と排水ポンプの両者またはどちらか一方に、通常動作ではない、異常や故障等の発生が疑われる場合でも、最低限の余剰水の排水を継続することができる。したがって、本実施形態の燃料電池装置は、これらの異常等が発生した場合でも、燃料電池の発電運転を止めることなく、その稼働を継続させることができる。

なお、第１実施形態と同様、図４（ｂ）のタイミング・チャートのように、第二排水制御を行ったことにより、余剰水貯留部Ｙの満水位置に水がなく、水検知器水検知器ＷＬ_２からの検出信号が受信されなくなったこと（満水フラグ＝０）が確認されれば、制御装置３０による排水ポンプの制御は、余剰水貯留部Ｙの満水による水検知器からの検出信号の受信（満水フラグ＝１）を待機するモード〔フローチャートにおけるステップＳ１〕に復帰する。

また、第二排水制御を行ったのち、（４）排水確認制御〔ステップＳ１０〕を複数回行っても、排水の完了確認がとれない場合も、第１実施形態と同様、制御装置３０は、燃料電池の運転を停止させるステップを実行してもよい。

さらにまた、図６で示す第２実施形態の変形例として、水検知器ＷＬ_２を設けず、代わりに、排排水流路Ｄ２に水の流れを検知する水検知器等を設けてもよい。当該水検知器により水を検知した場合、第２実施形態と同様に、第一排水制御、第二排水制御、排水確認制御または待機制御を、行うことができる。

なお、燃料電池装置１００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。

また、セルスタック装置１は、ＳＯＦＣに限定されず、たとえば固体高分子形燃料電池〔Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ（ＰＥＦＣ）〕、リン酸形燃料電池〔Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ（ＰＡＦＣ）〕、および、溶融炭酸塩形燃料電池〔Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ（ＭＣＦＣ）〕などのような燃料電池で構成してもよい。さらに、セルスタック装置１は、改質器１２と同じ筺体内に、含まれなくてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

１ 燃料電池モジュール
６，６’ 改質水タンク
６１ 第１改質水タンク
６２ 第２改質水タンク
６２ａ 改質水導出口（ポンプ吸引口）
６２ｂ 余剰水導出口
６３ 第１イオン交換樹脂容器
６４ 第２イオン交換樹脂容器
６５ 通水管
６６ 第１仕切り壁
６７ 第２仕切り壁
６８ 余剰水排出口
１２ 改質器
３０ 制御装置
５０ 外装ケース
５２ 排水受部（排水受け皿）
１００ 燃料電池装置

Ｃ 凝縮水流路
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 排水流路
Ｒ 改質水流路
Ｘ 改質水貯留部
Ｙ 余剰水貯留部
Ｚ 排水部
Ｐ１ 改質水ポンプ
Ｐ２ 排水ポンプ
ＷＬ_ｎ 水検知器

Claims (7)

1. 燃料電池と、
   該燃料電池から排出される排ガスに含まれる水を、該燃料電池に導入する改質水として貯留するタンクと、
   前記タンク内に貯留された改質水の水位が所定の上限水位または満水水位となった際に検出信号を出力する水検知器と、
   該タンク内の水を外部に排出する排水ポンプと、
   該排水ポンプの作動を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記水検知器からの検出信号の受信に応答して、前記排水ポンプを作動させる第一排水制御を行い、
   前記排水ポンプの作動後も、前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合、該制御装置は、所定の時間間隔で前記排水ポンプを作動させる第二排水制御を行う、燃料電池装置。
2. 前記制御装置は、
   前記第一排水制御においては、予め決められた第１所定時間の間、前記排水ポンプを作動させた後、該排水ポンプを停止させ、
   前記第二排水制御においては、前記第１所定時間より長い第２所定時間の間前記排水ポンプを作動させた後、該排水ポンプを停止させる、請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記タンクは、改質水を貯留する改質水貯留部と、該改質水貯留部からオーバーフローした水を余剰水として貯留する余剰水貯留部と、を含み、
   前記排水ポンプは、前記余剰水貯留部に配設された余剰水導出口に接続される、請求項１または２に記載の燃料電池装置。
4. 前記タンクは、前記余剰水貯留部からオーバーフローした余剰水が流入する排水部を含み、該排水部は、その下部または底部に、余剰水を排出する余剰水排出口を有する、請求項３に記載の燃料電池装置。
5. 前記余剰水排出口から排出される排水を受け止める排水受部を備える、請求項４に記載の燃料電池装置。
6. 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、
   タンク内に貯留された水の水位が所定の上限水位または満水水位となった際に水検知器から出力される検出信号を受信した場合に、排水ポンプを作動させる第一排水制御を実行可能であり、
   前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合に、所定の時間間隔で前記排水ポンプを作動させる第二排水制御を実行可能であって、
   前記第一排水制御における前記排水ポンプの作動後も、前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合、前記第二排水制御を実行する、制御装置。
7. 燃料電池を備える燃料電池装置を制御する制御装置に、
   タンク内に貯留された水の水位が所定の上限水位または満水水位となった際に水検知器から出力される検出信号を受信した場合に、排水ポンプを作動させる第一排水制御を行う第一排水制御ステップと、
   前記水検知器からの検出信号を受信し続けている場合に、所定の時間間隔で前記排水ポンプを作動させる第二排水制御を行う第二排水制御ステップと、
   を実行させる制御プログラム。

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