JP7306938B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池装置に関する。

燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行なう固体酸化物形の燃料電池装置が知られている。燃料電池装置は、発電運転に伴う排熱を回収する、熱交換器、蓄熱タンクおよびこれらを繋ぐ配管、循環ポンプ等を含む排熱回収システムを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－２３４３７４号公報

発電運転を停止している状態の燃料電池装置は、発電運転開始の指示を受けると、蓄熱タンクへの熱媒体の供給（水張り）を実行した後、発電運転に移行する。従来の燃料電池装置では、熱媒体に溶解している空気による気泡が循環ポンプに入り込むことで、循環ポンプのエア噛みが発生することがある。

本開示の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行う燃料電池を収容する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールの排熱と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、
前記熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、
前記蓄熱タンクと前記熱交換器との間で前記熱媒体が循環する第一循環経路と、
前記第一循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第一循環ポンプと、
前記蓄熱タンクに接続され、前記第一循環経路に接続されない第二循環経路と、
前記第二循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第二循環ポンプと、
前記燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始前に、前記第二循環ポンプの吐出量が、前記第一循環ポンプの吐出量以上となるように前記第一循環ポンプ及び前記第二循環ポンプを駆動する第一除去制御を開始する。

本開示の燃料電池装置は、熱媒体に溶解している空気を除去し、循環ポンプのエア噛みを抑制することができる。

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。 第一除去制御乃至第三除去制御を示すフローチャートである。 凍結防止制御が実行可能な場合の第一除去制御乃至第三除去制御を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本開示の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。図１は、実施形態の燃料電池装置の概略構成図であり、図２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り、図３は、第一除去制御乃至第三除去制御を示すフローチャートである。

実施形態の燃料電池装置１００は、燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行う燃料電池１１を収容する燃料電池モジュール１と、燃料電池モジュール１の排熱と熱媒体（水）との熱交換を行う熱交換器２と、熱媒体を貯留する蓄熱タンク３とを備えている。

燃料電池モジュール１は、収納容器１０を有しており、収納容器１０内には燃料電池１１および改質器１２が収納されている。また、燃料電池モジュール１は、燃料電池１１の温度を監視する第一温度測定部ＴＣを有している。第一温度測定部ＴＣとしては、熱電対など公知の測定装置を用いることができる。

燃料電池装置１００は、第一循環経路ＨＣ１と第一循環ポンプＰ１とを備えている。第一循環経路ＨＣ１は、蓄熱タンク３と熱交換器２との間で熱媒体が循環する経路であり、蓄熱タンク３と熱交換器２とを繋ぎ、熱媒体が流過する配管を有している。第一循環ポンプ（熱媒ポンプともいう）Ｐ１は、第一循環経路ＨＣ１に設けられており、熱媒体を循環させる。熱媒ポンプＰ１は、水潤滑の軸受を有するポンプであってもよい。

燃料電池装置１００は、第二循環経路ＨＣ２と第二循環ポンプＰ２とをさらに備えている。第二循環経路ＨＣ２は、蓄熱タンク３に接続されており、第一循環経路ＨＣ１には接続されていない。第二循環経路ＨＣ２は、熱媒体が循環する経路であり、熱媒体が流過する配管を有している。第二循環ポンプ（与熱ポンプともいう）Ｐ２は、第二循環経路ＨＣ２に設けられており、熱媒体を循環させる。

燃料電池装置１００は、第二循環経路ＨＣ２に設けられる第二熱交換器５を備えていてもよい。燃料電池装置１００は、供給流路Ｋｉｎを介して外部から供給された水道水等の水を第二熱交換器５で加温し、送給流路Ｋｏｕｔを介して加温された水を外部に送給するように構成されていてもよい。燃料電池装置１００は、外部への温水供給を行わない、いわゆるモノジェネレーションシステムとしてもよい。

燃料電池装置１００は、蓄熱タンク３に熱媒体を供給するための給水流路Ｗをさらに備えている。給水流路Ｗは、外部からの熱媒体を供給する給水元と蓄熱タンク３とを繋ぐ配管を含んでいる。燃料電池装置１００の起動時には、給水流路Ｗを介して、熱媒体を給水元から蓄熱タンク３に供給する。給水元は、例えば、上水道であり、給水元から供給される熱媒体は、水道水である。

給水流路Ｗは、例えば、蓄熱タンク３の上部に接続されている。給水流路Ｗにおける蓄熱タンク３と給水元との間には、給水弁Ｖ１が設けられている。給水弁Ｖ１を開くと、給水流路Ｗを流過した熱媒体が蓄熱タンク３に供給される。給水弁Ｖ１を閉じると、給水弁Ｖ１における熱媒体の流過が停止する。

給水弁Ｖ１は、例えば電磁弁などで構成されており、後述の制御装置３０から出力される電気信号に応じて開閉される。制御装置３０は、熱媒体を蓄熱タンク３へ供給する必要がある場合、給水弁Ｖ１を開くように制御する電気信号を出力し、熱媒体を蓄熱タンク３へ供給する必要がない場合、給水弁Ｖ１を閉じるように制御する電気信号を出力する。

蓄熱タンク３には、蓄熱タンク３内の水量を監視するための水量測定部が設けられている。水量測定部は、蓄熱タンク３内の水量が所定水量Ｍになったことを示す水位センサＷＬを含んでいる。所定水量Ｍは、例えば、燃料電池装置１００の運転に必要な最低限の水量である。水位センサＷＬとしては、フロートセンサなど公知の水位センサを用いることができる。

燃料電池装置１００は、酸素含有ガス流路Ｆを含む酸素含有ガス供給装置１４、原燃料ガス流路Ｇを含む原燃料ガス供給装置１５、改質水タンク６、改質水ポンプＰ３および改質水流路Ｒ等を含む、燃料電池の自立した発電運転を補助するための補機類を備える。

燃料電池１１の発電に用いられる酸素含有ガスは、酸素含有ガス供給装置１４によって燃料電池１１に導入される。原燃料ガスは、原燃料ガス供給装置１５によって改質器１２に導入される。

燃料電池１１で発電した結果、燃料電池モジュール１から排出される排ガスは、熱交換器２で、熱交換器２内を流れる熱媒体と熱交換する。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６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Ｐ３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。

燃料電池装置１００は、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。燃料電池装置１００は、例えば、図２に示すような、各フレーム５１と各外装パネル５２とからなるケース５０の中に配設されている。

制御装置３０は、少なくとも１つのプロセッサおよび記憶装置等を含み、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。

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、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、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基づいて、各種補機を制御する。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。

以下、燃料電池装置１００の起動時に制御装置３０が実行する第一除去制御、第二除去制御および第三除去制御について説明する。

制御装置３０は、燃料電池１１が運転停止状態にある場合、ユーザまたはメンテナンス作業者からの運転開始指示（起動指示）を受信すると、水張り制御を実行する。ユーザは、燃料電池装置１００と通信を行っており、ユーザ宅に設置されているリモコン（図示せず）を操作することによって、制御装置３０に起動指示を送信することができる。また、メンテナンス作業者は、操作基板４０の操作によって、制御装置３０に起動指示を送信することができる。なお、制御装置３０は水張り制御を実行する前に、燃料電池１１へ原燃料ガスや酸素含有ガスを送気するパージ制御を実行してもよい。

水張り制御において、制御装置３０は、まず水位センサＷＬによる検知結果に基づいて、蓄熱タンク３に給水が必要か判定する。蓄熱タンク３内の水量が第一所定水量Ｍ１未満である場合、給水が必要であると判断して給水弁Ｖ１を開いて、蓄熱タンク３に熱媒体を供給する。その後、制御装置３０は、第二所定水量Ｍ２に達したと判断すると、給水弁Ｖ１を閉じて、水張り制御を終了する。第一所定水量Ｍ１は、水位センサＷＬが位置する水量であり、第二所定水量Ｍ２は、蓄熱タンク３が満水位となる水量である。また、水張り制御開始時に蓄熱タンク３内の水量が第一所定水量Ｍ１以上である場合、制御装置３０は蓄熱タンク３に給水を行わず水張り制御を終了する。

制御装置３０は、水張り制御が終了した後、熱媒体に溶解している空気（以下、溶存空気ともいう）を除去するための第一除去制御を開始する。第一除去制御では、熱媒ポンプＰ１および与熱ポンプＰ２の両方が駆動される。熱媒ポンプＰ１の吐出量Ｄ１および与熱ポンプＰ２の吐出量Ｄ２は、適宜設定することができる。また、本実施形態では、第一除去制御は水張り制御における給水の有無によらず実行する。なお、第一循環経路ＨＣ１および第二循環経路ＨＣ２において、熱媒体に熱を与えるヒータ７等の補機が設けられている場合には、それぞれの吐出量を少なくしてもよい。従って、一方の循環経路にのみ加熱手段が設けられている場合には、加熱手段が設けられた側のポンプの吐出量を少なくし、他方の加熱手段が設けられていない側のポンプの吐出量を多くしてもよい。なお、本実施形態では、第一循環経路ＨＣ１に熱を与える補機が設けられ、第二循環経路ＨＣ２に熱を与える補機がもうけられていない例を用いて説明する。

吐出量Ｄ１は、熱媒ポンプＰ１の単位時間当たりの回転数、すなわち熱媒ポンプＰ１を駆動するための制御信号のデューティ比により制御できる。吐出量Ｄ２は、与熱ポンプＰ２の単位時間当たりの回転数、すなわち与熱ポンプＰ２を駆動するための制御信号のデューティ比により制御できる。

また、制御装置３０は第一除去運転と並行して、燃料電池モジュール１に原燃料ガスと酸素含有ガスを供給し、燃焼させることで燃料電池装置１００を昇温させる。これにより、燃料電池装置１００の起動時間を短縮することができる。ここで、燃焼で発生した排ガス（排熱ともいう）は、熱交換器２に流入し、第一循環経路ＨＣ１を循環する熱媒体と熱交換する。

第一除去制御では、熱媒ポンプＰ１の吐出量Ｄ１を比較的小さくすることで、第一循環経路ＨＣ１における流量を少なくすることができる。これにより、熱交換器２における熱媒体と排熱との熱交換が促進され、熱媒体の温度が上昇する。熱媒体の温度が上昇すると熱媒体への空気の溶解度が減少するため、溶存空気を除去することができる。

また、与熱ポンプＰ２の吐出量Ｄ２を比較的大きくすることで、第二循環経路ＨＣ２における流量が増加する。これにより、熱媒体の圧力が減少し、溶存空気が熱媒体から逃げやすくなるため、溶存空気を除去することができる。ここで、第二循環経路ＨＣ２には循環する熱媒体に熱を与える補機が備わっていないものの、熱媒体の圧力減少により、溶存空気除去を効果的に行うことができる。

熱媒ポンプＰ１の回転数を下げ過ぎると、熱媒ポンプＰ１に多量の溶存空気が突発的に入り込んだときにエア噛みが発生することがある。そのため、熱媒ポンプＰ１は、その回転数を下げ過ぎないようにデューティ比を制御するのがよい。

制御装置３０は、第一除去制御を開始した後、第一除去制御の終了判定を行う。制御装置３０は、第一除去制御を開始してからの経過時間ｔ１に基づいて、第一除去制御を終了してもよい。制御装置３０は、例えば、第一除去制御を開始してからの経過時間ｔ１が第一所定時間Ｔ１以上になった場合、第一除去制御を終了してもよい。第一所定時間Ｔ１は、適宜設定することができる。

制御装置３０は、熱媒体の温度ｈ２に基づいて、第一除去制御を終了してもよい。制御装置３０は、例えば、熱媒体の温度ｈ２が第二所定温度Ｈ２以上であることを第二所定時間Ｔ２連続して検知した場合、第一除去制御を終了してもよい。熱媒体の温度ｈ２は、熱交換器２の入口にある第二温度測定部ＴＳにより測定される温度である。第二所定温度Ｈ２は、適宜設定することができる。また、第二温度測定部ＴＳとしては、サーミスタなど公知の測定装置を用いることができる。

制御装置３０は、燃料電池１１の運転状態に基づいて、第一除去制御を終了してもよい。制御装置３０は、例えば、燃料電池１１が発電可能な状態に達したと判断した場合、第一除去制御を終了してもよい。

制御装置３０は、第一除去制御の終了を判定した場合、第一循環ポンプＰ１の駆動を停止せず、第二循環ポンプＰ２の駆動を停止する。その後、制御装置３０は蓄熱タンク３の蓄熱量を増加させるため、蓄熱タンク３の温度が所定温度になるよう循環ポンプＰ１を制御してもよい。例えば、蓄熱タンク３が６０℃～８０℃になるよう第一循環ポンプＰ１を吐出量Ｄ１以下で制御する。

このように、第一除去制御を経過時間、熱媒体の温度、燃料電池１１の運転状態に基づいて終了させ、さらに第二循環ポンプＰ２の駆動を停止することで、溶存空気の除去と蓄熱タンクの蓄熱量増加をバランス良く行うことができる。ひいては燃料電池装置１００の熱回収効率を向上させることができる。

制御装置３０は、水張り制御を実行した後、第一除去制御を開始する前に、第一循環経路ＨＣ１の細部および熱媒ポンプＰ１の内部に存在する空気溜まりを除去するための第二除去制御を実行してもよい。

第二除去制御では、熱媒ポンプＰ１は所定の停止期間を挟んで間欠駆動することができる。熱媒ポンプＰ１は、デューティ比が０％よりも大きい駆動モードと、デューティ比が０％である停止モードとを交互に繰り返すように制御することができる。また、熱媒ポンプＰ１は、駆動モードにおけるデューティ比が徐々に増加するように制御することができる。駆動モードの継続時間およびデューティ比、ならびに停止モードの継続時間は、適宜設定することができる。

第二除去制御により、第一循環経路ＨＣ１および熱媒ポンプＰ１の内部では、水の流れが乱されるため、空気溜まりが流動しやすくなる。その結果、空気溜まりを、蓄熱タンク３内部の空間に開放させて、除去することができる。第一除去制御の開始前に空気溜まりを除去することで、第一除去制御における溶存空気の除去がより効果的になる。

熱媒ポンプＰ１の間欠駆動においては、駆動モードにおけるデューティ比を徐々に増加させることで、停止期間を経るごとに熱媒ポンプＰ１の出力を段階的に増加させることができる。これにより、熱媒ポンプＰ１が水潤滑の軸受を有する場合であっても、熱媒ポンプＰ１を高出力で駆動する前に、水を軸受に入り込ませることができるため、騒音の発生を抑制することができる。また、熱媒ポンプＰ１を高出力で駆動することで、空気溜まりを効果的に除去することができる。

第二除去制御において、与熱ポンプＰ２は、駆動されてもよく、駆動されなくてもよい。与熱ポンプＰ２を駆動すれば、第二循環経路ＨＣ２の細部および与熱ポンプＰ２の内部に存在する空気溜まりを除去することができる。与熱ポンプＰ２のデューティ比は、適宜設定することができる。

制御装置３０は、第二除去制御を開始してからの時間ｔ２が第三所定時間Ｔ３以上になると、第二除去制御を終了し、第一除去制御に移行する。第三所定時間Ｔ３は、適宜設定することができる。

制御装置３０は、第一除去制御を実行した後に、熱媒体中に残留する塩素を除去するための第三除去制御を実行するか否かを判定する第三除去実行判定制御を実行する。第三除去実行判定制御において、制御装置３０は、燃料電池１１の発電開始前に蓄熱タンク３への給水が行われたことを検知した場合、第三除去制御を実行する。

燃料電池１１の発電開始前に蓄熱タンク３への給水が行われたか否かは、例えば、水張り制御において給水弁Ｖ１が開かれたか否かによって検知することができる。制御装置３０は、水張り制御において給水弁Ｖ１が開かれた場合には、燃料電池１１の発電開始前に蓄熱タンク３への給水が行われたと検知する。

制御装置３０は、燃料電池１１の発電開始前に蓄熱タンク３への給水が行われたと検知した場合、第三除去制御を実行することができる。第三除去制御では、制御装置３０は、熱媒ポンプＰ１を発電運転時の出力よりも高い所定出力ＰＷで駆動することができる。

熱媒体が高温になると、残留塩素による腐食反応が進行しやすくなる。第三除去制御では、熱媒ポンプＰ１を所定出力ＰＷで駆動することで、第一循環経路ＨＣ１を流れる熱媒体の流速が比較的高くなる。これにより、熱交換器２における燃料電池モジュール１からの排熱と熱媒体との熱交換が低減され、熱媒体が高温になることを抑制できる。ひいては、熱交換器２、第二熱交換器５等の金属材料から成る部品が、残留塩素によって腐食することを効果的に抑制できる。所定出力ＰＷは、発電運転時の出力よりも高い出力であればよく、適宜設定することができる。

制御装置３０は、第三除去制御を開始してからの経過時間ｔ３が第四所定時間Ｔ４以上になるまで、熱媒ポンプＰ１を発電運転時の出力よりも高い所定出力で駆動する。制御装置３０は、経過時間ｔ３が第四所定時間Ｔ４以上になった場合、第三除去制御を終了し、燃料電池装置１００による発電開始のための通常制御に移行する。第四所定時間Ｔ４は、適宜設定することができる。

本実施形態では、蓄熱タンク３に残留塩素を含んでいる水道水が給水される。よって、熱媒体の塩素濃度が上昇する給水の有無により第三除去制御を実行することで燃料電池装置１００の信頼性を向上させることができる。

図３は、起動指示を受信した制御装置３０が、水張り制御を実行した後に実行する第一除去制御Ｒ１、第二除去制御Ｒ２および第三除去制御Ｒ３を示すフローチャートである。すなわち、本フローチャートにおけるスタートとは、水張りが完了したことを意味する。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。また、図３に示すフローチャートでは、〔Ｓ１〕および〔Ｓ２〕が、第二除去制御Ｒ２に対応し、〔Ｓ３〕、〔Ｓ４〕、〔Ｓ５〕および〔Ｓ６〕が、第一除去制御Ｒ１に対応し、〔Ｓ８〕および〔Ｓ９〕が、第三除去制御Ｒ３に対応する。

〔Ｓ１〕において、熱媒ポンプＰ１を所定の停止期間を挟んで間欠駆動し、与熱ポンプＰ２を連続駆動して第二除去制御Ｒ２を開始する。〔Ｓ２〕において、第二除去制御Ｒ２を開始してからの経過時間ｔ２が第三所定時間Ｔ３以上である［Ｙｅｓ］場合、第二除去制御Ｒ２を終了する。

続いて、第一除去制御Ｒ１を開始する。〔Ｓ３〕において、熱媒ポンプＰ１および与熱ポンプＰ２を、与熱ポンプＰ２の吐出量Ｄ２が熱媒ポンプＰ１の吐出量Ｄ１以上となるように駆動する。

続いて、第一除去制御Ｒ１の終了判定を行う。〔Ｓ４〕において、第一除去制御Ｒ１を開始してからの経過時間ｔ１が第一所定時間Ｔ１以上であるか否かを判定する。経過時間ｔ１が第一所定時間Ｔ１以上である［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ６〕において、与熱ポンプＰ２の駆動を停止し、第一除去制御Ｒ１を終了する。経過時間ｔ１が第一所定時間Ｔ１以上でない［Ｎｏ］場合、〔Ｓ５〕に進む。

〔Ｓ５〕において、熱媒体の温度ｈ２が第二所定温度Ｈ２以上であることを第二所定時間Ｔ２連続して検知するか否かを判定する。温度ｈ２が第二所定温度Ｈ２以上であることを第二所定時間Ｔ２連続して検知した［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ６〕において、与熱ポンプＰ２の駆動を停止し、第一除去制御Ｒ１を終了する。温度ｈ２が第二所定温度Ｈ２以上であることを第二所定時間Ｔ２連続して検知しなかった［Ｎｏ］場合、〔Ｓ４〕に戻り、第一除去制御Ｒ１の終了判定を繰り返す。ここで、第二所定時間Ｔ２は、〔Ｓ５〕に進んでからの経過時間を指す。

続いて、〔Ｓ７〕において、燃料電池１１の発電開始前に蓄熱タンク３への給水が行われたか否かを判定する。燃料電池１１の発電開始前に蓄熱タンク３への給水が行われたと判定された［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ８〕に進み、第三除去制御Ｒ３を開始する。燃料電池１１の発電開始前に蓄熱タンク３への給水が行われたと判定されなかった［Ｎｏ］場合、制御を終了する。

〔Ｓ８〕において、熱媒ポンプＰ１を発電運転時の出力よりも高い所定出力ＰＷで駆動する。続いて、〔Ｓ９〕において、第三除去制御Ｒ３を開始してからの経過時間ｔ３が第四所定時間Ｔ４以上であるか否かを判定する。経過時間ｔ３が第四所定時間Ｔ４以上である［Ｙｅｓ］場合、第三除去制御Ｒ３を終了する。経過時間ｔ３が第四所定時間Ｔ４以上でない［Ｎｏ］場合、経過時間ｔ３が第四所定時間Ｔ４以上となるまで待機する。

別の実施形態として、制御装置３０が、凍結防止制御が実行可能な場合について説明する。凍結防止制御は、例えば、外気温が低い場合に、燃料電池装置１００の流路内の水が凍結することを抑制するための制御である。具体的には、ヒータ７を稼働させて流路を加熱することに加えて、熱媒ポンプＰ１および与熱ポンプＰ２を駆動して、流路内の水の流れを制御して凍結を抑制している。凍結防止制御が実行可能な本実施形態では、凍結防止制御を実行していない場合には、第二除去制御を実行し、その後、第一除去制御を実行するが、凍結防止制御を実行している場合には、第二除去制御を実行することなく、第一除去制御を実行する。

図４は、凍結防止制御が実行可能な場合の第一除去制御乃至第三除去制御を示すフローチャートである。図４のフローチャートにおいて、図３に示したフローチャートと同じ動作であるステップについては、同じステップ番号を付しており、説明は省略する。制御装置３０は、〔Ｓ１〕の前に〔Ｓ０〕において、凍結防止制御を実行中ではないか否かを判定する。凍結防止制御を実行中ではない［Ｙｅｓ］場合、〔Ｓ１〕に進み、熱媒ポンプＰ１を所定の停止期間を挟んで間欠駆動し、与熱ポンプＰ２を連続駆動して第二除去制御Ｒ２を開始する。凍結防止制御を実行中である［Ｎｏ］場合、第二除去制御Ｒ２を実行することなく〔Ｓ３〕に進み、第一除去制御Ｒ１を開始する。本実施形態において、第一除去制御Ｒ１、第二除去制御Ｒ２および第三除去制御Ｒ３のそれぞれの制御内容は、前述の図３のフローチャートで示した制御内容と同じであるので説明は省略する。

１ 燃料電池モジュール
２ 熱交換器
３ 蓄熱タンク
１１ 燃料電池
３０ 制御装置
１００ 燃料電池装置
ＨＣ１ 第一循環経路
ＨＣ２ 第二循環経路
Ｐ１ 第一循環ポンプ（熱媒ポンプ）
Ｐ２ 第二循環ポンプ（与熱ポンプ）

Claims (8)

1. 燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行う燃料電池を収容する燃料電池モジュールと、
   前記燃料電池モジュールの排熱と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、
   前記蓄熱タンクと前記熱交換器との間で前記熱媒体が循環する第一循環経路と、
   前記第一循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第一循環ポンプと、
   前記蓄熱タンクに接続され、前記第一循環経路に接続されない第二循環経路と、
   前記第二循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第二循環ポンプと、
   前記燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始前に、前記第二循環ポンプの吐出量が、前記第一循環ポンプの吐出量以上となるように前記第一循環ポンプ及び前記第二循環ポンプを駆動する第一除去制御を開始する燃料電池装置。
2. 前記制御装置は、前記熱媒体の温度、前記燃料電池の運転状態、前記第一除去制御を開始してからの経過時間のいずれかにもとづいて、前記第一除去制御の終了判定を行う請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記制御装置は、前記第一除去制御の終了を判定した場合は、前記第一循環ポンプの駆動は停止せず、前記第二循環ポンプの駆動を停止する請求項２に記載の燃料電池装置。
4. 前記制御装置は、前記第一除去制御の実行前に、少なくとも前記第一循環ポンプを所定の停止期間を挟んで間欠駆動させる第二除去制御を実行する請求項１または２に記載の燃料電池装置。
5. 前記制御装置は、
   前記第一循環経路と前記第二循環経路における熱媒体の凍結を防止する凍結防止制御と、
   前記第一除去制御の実行前に、少なくとも前記第一循環ポンプを所定の停止期間を挟んで間欠駆動させる第二除去制御と、が実行可能であり、
   前記制御装置は、前記凍結防止制御が実行していない場合に前記第二除去制御を実行する請求項１または２に記載の燃料電池装置。
6. 前記制御装置は、前記第二除去制御において、前記停止期間を経るごとにポンプ出力を段階的に増加させる請求項４または５に記載の燃料電池装置。
7. 前記制御装置は、前記第一循環ポンプを発電運転時の出力よりも高い所定出力で駆動させる第三除去制御を実行可能であり、前記第一除去制御の実行後に、前記第三除去制御を実行するか否かを判定する第三除去実行判定制御を実行する請求項１～６のいずれかに記載の燃料電池装置。
8. 前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始前に前記蓄熱タンクへの給水が行われたことを検知した場合、前記第三除去制御を実行する請求項７に記載の燃料電池装置。

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