WO2010109790A1 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2010109790A1
WO2010109790A1 PCT/JP2010/001638 JP2010001638W WO2010109790A1 WO 2010109790 A1 WO2010109790 A1 WO 2010109790A1 JP 2010001638 W JP2010001638 W JP 2010001638W WO 2010109790 A1 WO2010109790 A1 WO 2010109790A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
heat
refrigerant
cell system
circulation
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/001638
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
楠村浩一
保田繁樹
中村彰成
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Priority to US13/259,592 priority Critical patent/US20120021320A1/en
Priority to RU2011142983/07A priority patent/RU2011142983A/ru
Priority to EP10755594A priority patent/EP2413410A4/en
Priority to JP2011505844A priority patent/JPWO2010109790A1/ja
Publication of WO2010109790A1 publication Critical patent/WO2010109790A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04052—Storage of heat in the fuel cell system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system.
  • a solid polymer fuel cell (hereinafter abbreviated as “fuel cell”) using a solid polymer membrane as an electrolyte is incorporated in a fuel cell system.
  • This fuel cell generates electricity by an electrochemical reaction that is an exothermic reaction between hydrogen in fuel gas containing hydrogen gas as a main component and oxygen in air.
  • the fuel gas is obtained, for example, by steam reforming a hydrocarbon gas such as city gas.
  • the operating temperature during power generation of the fuel cell is maintained at a temperature suitable for the reaction (for example, about 70 ° C. to 80 ° C.).
  • a mechanism for keeping the internal temperature of the fuel cell constant is employed.
  • a cooling water channel through which cooling water as a primary refrigerant flows is arranged in the fuel cell, and the internal temperature of the fuel cell is adjusted by controlling the flow rate of the cooling water flowing through the channel.
  • the secondary refrigerant recovers the heat of the high-temperature cooling water that has passed through the fuel cell by heat exchange and is stored in the heat accumulator, the fuel cell system can store heat.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a heater that heats a secondary refrigerant such as hot water in a freezing suppression operation of a primary refrigerant that recovers exhaust heat generated in a fuel cell system.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which the heat transfer efficiency for transferring the heat of the heat to the primary refrigerant is improved as compared with the conventional one.
  • Another object of the present invention is to provide a method for operating such a fuel cell system.
  • a fuel cell system includes a fuel cell, a first circulation passage through which a primary refrigerant that recovers exhaust heat generated by the fuel cell system including the fuel cell circulates, A heat accumulator for storing a secondary refrigerant recovered from the primary refrigerant, a heat exchanger for exchanging heat between the primary refrigerant and the secondary refrigerant, and the heat exchanger without passing through the heat accumulator.
  • a second circulation path through which the secondary refrigerant that exchanges heat with the primary refrigerant circulates; a first circulator that circulates the primary refrigerant in the first circulation path; and the secondary refrigerant.
  • the fuel cell system of the present invention includes a third circulation passage through which the secondary refrigerant that exchanges heat with the primary refrigerant in the heat exchanger passes through the heat accumulator, and the heat exchanger. And a bypass channel connecting the third circulation channel upstream and the third circulation channel downstream of the heat exchanger, and the second circulation channel includes the heat exchange The third circulation flow path from the connection point with the bypass flow channel upstream of the heat exchanger to the connection point with the bypass flow channel downstream of the heat exchanger and the heat exchanger Consists of bypass channel
  • the fuel cell system of the present invention further includes a switch that switches an inflow destination of the secondary refrigerant that has passed through the heat exchanger between the heat accumulator and the bypass flow path, and the controller includes the first controller In one process, the switch is controlled so that the inflow destination is on the bypass flow path side. In the fuel cell system of the present invention, the controller executes a second process for operating the first circulator without operating the heater, prior to the first process.
  • the controller periodically increases or decreases the heating amount of the heater during the first process.
  • the fuel cell system operating method of the present invention includes a fuel cell, a first circulation passage through which a primary refrigerant that recovers exhaust heat generated by the fuel cell system having the fuel cell circulates, and the primary A heat accumulator for storing a secondary refrigerant recovered from the refrigerant; a heat exchanger for exchanging heat between the primary refrigerant and the secondary refrigerant; and the primary refrigerant in the heat exchanger without passing through the heat accumulator.
  • a second circulation passage through which the secondary refrigerant to exchange heat with the first circulation passage, a first circulator for circulating the primary refrigerant in the first circulation passage, and the second refrigerant through the second circulation passage.
  • a method of operating a fuel cell system comprising: a second circulator that circulates in the circulation flow path; and a heater that heats the secondary refrigerant in the second circulation flow path.
  • the heater is operated and the secondary refrigerant is The step (a) of circulating in the second circulation channel and the retained heat of the secondary refrigerant heated in the step (a) are transferred to the first circulation channel via the heat exchanger. And (b) transferring heat to the primary refrigerant circulating through.
  • the fuel cell system of the present invention is configured such that the secondary refrigerant heated by the heater circulates without passing through the heat accumulator and is transferred to the primary refrigerant via the heat exchanger. . Therefore, according to the present invention, the heat transfer efficiency for transferring the heat of the heater to the primary refrigerant in the freezing suppression operation of the primary refrigerant is improved as compared with the prior art.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the cooling water freezing control by the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of cooling water freezing control by the fuel cell system according to the modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a fuel cell system according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • a fuel cell system includes a fuel cell, a first circulation passage through which a primary refrigerant that recovers exhaust heat generated by the fuel cell system including the fuel cell circulates, and heat recovery from the primary refrigerant.
  • Heat exchanger that stores the secondary refrigerant, a heat exchanger that exchanges heat between the primary refrigerant and the secondary refrigerant, and a secondary refrigerant that exchanges heat with the primary refrigerant in the heat exchanger without passing through the heat accumulator.
  • a second circulation flow path a first circulator for circulating the primary refrigerant in the first circulation flow path, and a second circulator for circulating the secondary refrigerant in the second circulation flow path;
  • a heater that heats the secondary refrigerant in the second circulation flow path, and a heater that operates the first refrigerant and the second circulator while operating the heater to suppress freezing of the primary refrigerant.
  • a controller that executes one process.
  • the secondary refrigerant heated by the heater circulates without passing through the heat accumulator, and is transferred to the primary refrigerant through the heat exchanger.
  • the heat transfer efficiency for transferring the heat of the heater that heats the secondary refrigerant such as hot water to the primary refrigerant is improved compared to the conventional case. To do.
  • the “primary refrigerant” for example, cooling water, oil, or the like can be used.
  • the present invention is not limited to this, and any refrigerant that can recover exhaust heat generated in the fuel cell system and has a risk of freezing. Something like that.
  • the “secondary refrigerant” for example, various media such as liquid water and antifreeze can be used.
  • the “heat accumulator” may be configured as a hot water storage tank that stores hot water, for example.
  • the “heat exchanger” is an apparatus for exchanging heat of the high-temperature heating fluid and the low-temperature heat-receiving fluid. In the operation for suppressing freezing of the primary refrigerant in the fuel cell system, In the “heat exchanger in which the refrigerant and the secondary refrigerant exchange heat”, the secondary refrigerant corresponds to the heating fluid, and the primary refrigerant corresponds to the heat receiving fluid.
  • the “heater” may be any form of heat supply mechanism as long as it can indirectly or directly heat the secondary refrigerant in the second circulation flow path.
  • Examples of such “heaters” include a combustor (combustion burner) that can generate high-temperature combustion exhaust gas generated by fuel combustion, and a heat pump that uses atmospheric heat.
  • the “controller” is composed of a microcomputer with a built-in CPU and memory.
  • the “controller” may be single or plural.
  • the fuel cell system of the second form is the third circulation flow in which the secondary refrigerant that exchanges heat with the primary refrigerant in the heat exchanger is circulated through the heat accumulator in the fuel cell system of the first form.
  • You may provide a channel
  • 3 circulation channels and bypass channels may be used.
  • the fuel cell system according to the third aspect further includes a switch for switching an inflow destination of the secondary refrigerant that has passed through the heat exchanger between the heat accumulator and the bypass channel in the fuel cell system according to the second aspect. May be. Then, the controller may control the switch so that the inflow destination of the secondary refrigerant is on the bypass flow path side in the first process.
  • the secondary refrigerant that exchanges heat with the primary refrigerant passes through the bypass flow path of the second circulation flow path without passing through the heat accumulator. it can. Therefore, in the freezing suppression operation of the primary refrigerant by the heater, the heat transfer efficiency for transferring the heat of the heater to the primary refrigerant is improved as compared with the conventional case.
  • the inflow destination of the secondary refrigerant is switched to the bypass side during the execution of the freezing suppression operation of the primary refrigerant, the low temperature secondary refrigerant is suppressed from flowing into the heat accumulator, and thus is stored in the heat accumulator.
  • the temperature drop of the secondary refrigerant can be suppressed.
  • Switching device refers to a component that is arranged in the middle of the fluid flow path and switches the flow of the fluid. For example, a three-way valve for switching the fluid flow path can be used.
  • the fuel cell system according to the fourth aspect is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the controller operates the first circulator without operating the heater prior to the first process.
  • the second process may be executed.
  • the fuel cell system according to the fifth aspect is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the controller controls the heater so as to periodically increase or decrease the heating amount of the heater during the first process. Also good.
  • the heating amount of the heater can be periodically increased or decreased as necessary, so that the operation of suppressing the freezing of the primary refrigerant can be performed while suppressing the excessive temperature rise of the secondary refrigerant heated by the heater. it can.
  • the “periodic increase / decrease” is not limited to the case where the increase and decrease are repeated at regular intervals, and may be the case where the increase and decrease are repeated based on the secondary refrigerant temperature, for example. .
  • the heating amount of the heater is reduced as the secondary refrigerant temperature rises, and the freezing of the primary refrigerant is suppressed.
  • the control includes increasing the heating amount of the heater as the secondary refrigerant temperature decreases.
  • the operating method of the fuel cell system includes a fuel cell, a first circulation passage through which a primary refrigerant for recovering exhaust heat generated by the fuel cell system having the fuel cell circulates, and a primary A heat accumulator that stores the secondary refrigerant recovered from the refrigerant, a heat exchanger that exchanges heat between the primary refrigerant and the secondary refrigerant, and 2 that exchanges heat with the primary refrigerant in the heat exchanger without passing through the heat accumulator.
  • a heater for heating the secondary refrigerant in the second circulation flow path and the heater is operated to prevent freezing of the primary refrigerant.
  • the secondary refrigerant is circulated in the second circulation channel (a) and heated in step (a).
  • the potential heat of the secondary refrigerant comprising a heat transfer heat step (b), a primary refrigerant circulating in the first circulation passage via the heat exchanger.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell 1 that generates power and generates heat using a fuel gas (hydrogen gas).
  • a fuel gas hydrogen gas
  • the fuel gas supplied to the anode (not shown) of the fuel cell 1 and the oxidant gas (for example, air) supplied to the cathode (not shown) of the fuel cell 1 are electrically connected.
  • Chemical reaction exothermic reaction
  • the electric power generated by the fuel cell 1 can be used in various electric devices, for example.
  • the heat generated by the fuel cell 1 can be used for various purposes, and can be used, for example, in home heating or hot water supply (details will be described later).
  • cooling water for cooling the fuel cell can be used as the primary refrigerant for recovering the exhaust heat.
  • the cooling water is configured to circulate in a circulation channel that passes through the fuel cell. Therefore, an example of the configuration of the fuel cell system 100 in which the fuel cell is cooled by the cooling water in the circulation channel will be described below. As shown in FIG.
  • the fuel cell system 100 includes a first circulation passage 2 through which cooling water for recovering exhaust heat generated by the fuel cell system 100 having the fuel cell 1 circulates, and the cooling water as a first
  • the first circulator 6 that circulates in the circulation flow path 2 and the first temperature detector 7 that detects the temperature of the cooling water flowing through the first circulation flow path 2 are provided.
  • the flow direction of the cooling water is indicated by thick solid arrows.
  • the first temperature detector 7 is provided on the first circulation flow path 2 between the fuel cell 1 and the first heat exchanger 4, but is merely an example, and the first circulation flow It may be provided at any location on the road 2.
  • the first circulator 6 is a device for circulating the cooling water in the first circulation flow path 2.
  • a pump can be used, but the first circulator 6 is a first circulation flow.
  • Other equipment may be used as long as the equipment can circulate the cooling water in the passage 2.
  • the first temperature detector 7 for example, a thermistor or a thermocouple can be used.
  • the first temperature detector 7 may be another temperature detector.
  • the flow rate and temperature of the cooling water flowing through the first circulation channel 2 are controlled by the controller 40 (described later), and the temperature of the fuel cell 1 is adjusted.
  • the heat of the high-temperature cooling water that has passed through the fuel cell 1 is converted into a secondary refrigerant (for example, hot water storage) by heat exchange in the first heat exchanger 4.
  • a secondary refrigerant for example, hot water storage
  • Water is recovered and such secondary refrigerant is stored in the heat accumulator 5 (for example, a hot water storage tank).
  • the fuel cell system 100 includes a first heat exchanger 4 that exchanges heat between the coolant that has passed through the fuel cell 1 and the secondary coolant, which is a primary refrigerant, and heat from the coolant.
  • a heat accumulator 5 that stores the recovered secondary refrigerant, a secondary refrigerant circulation channel through which the secondary refrigerant that exchanges heat with the cooling water circulates, and a second circulator that circulates the secondary refrigerant in the secondary refrigerant circulation channel 8 and a second temperature detector 9 that detects the temperature of the secondary refrigerant that has flowed out of the first heat exchanger 4.
  • the flow direction of the secondary refrigerant described above is indicated by a thick dotted line arrow.
  • a flow path 30B (a flow path indicated by a thin dotted line in FIG. 1).
  • the heat storage side flow path 15 of the third circulation flow path 30 ⁇ / b> B includes the heat storage device 5 on the flow path and is configured so as to pass through the heat storage 5.
  • the passage 30 ⁇ / b> B is configured so that the secondary refrigerant that exchanges heat with the cooling water can circulate via the heat accumulator 5.
  • bypass flow channel 10 of the second circulation flow channel 30 ⁇ / b> A stores the third circulation flow channel 30 ⁇ / b> B upstream of the heat storage device 5 and the third circulation flow channel 30 ⁇ / b> B downstream of the heat storage device 5.
  • the second circulation passage 30A is configured not to pass through the heat accumulator 5 but to be able to circulate a secondary refrigerant that exchanges heat with cooling water. .
  • a first switch 11 for switching the inflow destination of the secondary refrigerant that has passed through the first heat exchanger 4 between the heat accumulator 5 and the bypass flow path 10 is provided.
  • the secondary refrigerant passes through the regenerator 5 to store the heat in the third circulation channel 30B as shown by an arrow 11a in FIG. It flows in the side flow path 15.
  • the secondary refrigerant passes through the second circulation flow path 30A without passing through the heat accumulator 5, as indicated by an arrow 11b in FIG. It flows in the road 10.
  • the first switch 11 may have a configuration in which a three-way valve is disposed at the connection portion between the third circulation flow path 30 ⁇ / b> B and the bypass flow path 10, or from the bypass path 10 and the heat accumulator 5.
  • an open / close valve may be provided in each upstream heat storage side flow path 15. That is, any device may be used as long as the device can switch the inflow destination of the secondary refrigerant that has passed through the first heat exchanger 4 between the heat accumulator 5 and the bypass flow path 10.
  • the first switch 11 is switched based on the temperature of the secondary refrigerant detected by the second temperature detector 9. Specifically, when the temperature of the secondary refrigerant is higher than a predetermined temperature (for example, 60 ° C.), the first switch 11 is automatically switched to the heat accumulator 5 side. Thereby, the secondary refrigerant
  • the secondary refrigerant temperature is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 60 ° C.)
  • the first switch 11 automatically switches to the bypass flow path 10 side. Thereby, it is suppressed that a low-temperature secondary refrigerant flows into the heat accumulator 5, and as a result, a temperature decrease of the secondary refrigerant stored in the heat accumulator 5 can be suppressed.
  • the second circulation flow path 30A that does not pass through the heat accumulator 5 is first connected to the bypass flow path 10 upstream of the first heat exchanger 4.
  • the heat accumulator 5 can be configured as a hot water storage tank for storing hot water, for example.
  • the hot water storage can be used, for example, at home hot water supply. Therefore, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, a cogeneration system that uses both electric power and heat can be constructed.
  • the second circulator 8 is a device for circulating the secondary refrigerant.
  • a pump can be used, but the second circulator 8 is a device capable of circulating the cooling water in the second circulation flow path 30A.
  • Other equipment may be used if it is present.
  • the second temperature detector 9 for example, a thermistor or a thermocouple can be used.
  • the second temperature detector 9 may be another temperature detector.
  • the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a heater 200 that heats the secondary refrigerant in the second circulation flow path 30 ⁇ / b> A. Freezing suppression operation (described later) can be performed.
  • the heater 200 is provided on the common flow path downstream of the first heat exchanger 4, but may be any location on the second circulation path 30A.
  • the heater 200 can be configured by various heat supply mechanisms that can heat the secondary refrigerant in the second circulation flow path 30A.
  • a household heat load 20 is provided.
  • the combustor 14 combustion burner
  • a heat consuming terminal for example, a floor heating panel
  • the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a fourth circulation channel 30C in which the heat medium used for the heat load 20 circulates, and the heat medium in the fourth circulation channel 30C.
  • the flow direction of the heat medium described above is indicated by a thick one-dot chain line arrow.
  • the fuel cell system 100 includes a heat load channel 17 for sending the heat medium to the heat load 20, and the heat medium inflow destination that has passed through the combustor 14 as the heat load 20 and the second heat exchanger.
  • a second switch 13 for example, a three-way valve that can switch between the two.
  • the second switch 13 is switched to the second heat exchanger 12 side, and the second heat exchanger 12 includes the fourth circulation channel 30C.
  • the heat medium corresponds to the heating fluid
  • the secondary refrigerant in the common flow path 3 of the second circulation flow path 30A corresponds to the heat receiving fluid.
  • the third circulator 16 is a device for circulating the heat medium.
  • a pump can be used, but the third circulator 16 may be a device capable of circulating the heat medium in the fourth circulation channel 30C.
  • another device may be used.
  • water, antifreeze, or the like can be used as the heat medium in the fourth circulation channel 30C.
  • the fuel cell system 100 includes a controller 40.
  • the controller 40 includes a CPU, a memory, and the like, and controls operations of various devices to be controlled in the fuel cell system 100 based on signals from various detectors in the fuel cell system 100.
  • the controller 40 performs at least the heating operation of the heater 200 and the operations of the first and second circulators 6 and 8 in order to suppress the freezing of the cooling water.
  • the freezing suppression operation is executed as follows. [Example of operation in fuel cell system cooling water freezing control]
  • an operation example in the cooling water freezing suppression operation by the fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the cooling water freezing suppression operation by the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Each operation flow shown in FIG. 2 is programmed in advance and stored in the memory of the controller 40 together with preset temperatures T1 and T3.
  • the set temperatures T1 and T3 are reference temperatures (threshold temperatures) of the cooling water in the first circulation flow path 2 used for suppressing freezing of the cooling water, and these set temperatures T1.
  • T3 is a set temperature T1 ⁇ set temperature T3.
  • the program and the set temperatures T1 and T3 are read to the CPU of the controller 40 when the power generation operation of the fuel cell system 100 is stopped. The operation is performed while controlling each part of the fuel cell system 100.
  • the cooling water freezing suppression operation is always in an operation standby state.
  • the operation in the following step S7 ends (ends).
  • the operation of the following step S1 may automatically start (start) again.
  • the 1st switching valve 11 switches automatically based on the secondary refrigerant temperature detected by the 2nd temperature detector 9, as mentioned above. Therefore, illustration of the operation
  • the coolant temperature detected by the first temperature detector 7 is read (step S1), and it is determined whether or not the coolant temperature is equal to or lower than the set temperature T1 (step S2).
  • the set temperature T1 is set to a temperature higher than the freezing point (0 ° C.) of the cooling water.
  • step S2 When the cooling water temperature exceeds the set temperature T1 (when the determination result of step S2 is “No”), there is no possibility of freezing of the cooling water, so the process returns to step S1 and the operations after step S1 are repeated. On the other hand, when the cooling water temperature is equal to or lower than the set temperature T1 (when the determination result of step S2 is “Yes”), there is a risk of cooling water freezing, so the second circulator 8 and the heater 200 operate (ON). (Step S3). Further, the first circulator 6 is operated (ON), and the anti-freezing operation is started (step S4).
  • step S4 the heater 200 and the first and second circulators 6 and 8 are all operated (ON). That is, in this embodiment, in order to suppress freezing of the cooling water, the step of operating the heater 200 and circulating the secondary refrigerant in the second circulation channel 30A, and the secondary refrigerant heated in this step Heat transfer to the cooling water circulating in the first circulation flow path 2 via the first heat exchanger 4, and the cooling water freezing suppression operation provided (first processing). . Moreover, in this embodiment, the 1st switching device 11 is switched so that the inflow destination of a secondary refrigerant
  • coolant may become the bypass flow path 10 side.
  • the heat from the heater 200 is supplied to the secondary refrigerant in the second circulation channel 30A (common channel 3) that does not pass through the heat accumulator 5, and the heat of the secondary refrigerant is converted into the first heat. It can be quickly supplied to the cooling water in the first circulation flow path 2 via the exchanger 4. Therefore, it is possible to efficiently prevent the cooling water from freezing.
  • the coolant temperature detected by the first temperature detector 7 is read (step S5), and it is determined whether or not the coolant temperature is equal to or higher than the set temperature T3 (step S6).
  • the set temperature T3 is a reference temperature for stopping the freeze suppression operation, and is set at a temperature higher than the set temperature T1. This is to provide hysteresis so that the anti-freezing operation does not frequently repeat ON / OFF.
  • step S6 When the cooling water temperature is lower than the set temperature T3 (when the determination result of step S6 is “No”), the process returns to step S5, and the operations after step S5 are repeated. On the other hand, when the cooling water temperature is equal to or higher than the set temperature T3 (when the determination result of step S6 is “Yes”), there is no risk of freezing of the cooling water, so the first and second circulators 6 and 8 and the heating The container 200 is stopped (OFF) (step S7). Thereby, the freezing suppression operation of the cooling water ends (end).
  • the secondary refrigerant that exchanges heat with the cooling water in the first heat exchanger 4 is not circulated through the heat accumulator 5 in the second circulation. It can pass through the bypass channel 10 of the channel 30A. Therefore, in the freeze suppression operation of the cooling water using the heat of the heater 200, the heat transfer efficiency for transferring the heat of the heater 200 to the cooling water is improved as compared with the conventional case.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of an operation for suppressing freezing of cooling water by the fuel cell system according to the modification of the first embodiment of the present invention.
  • the configuration of the fuel cell system of the present modification is the same as the configuration of the fuel cell system 100 of the first embodiment. Therefore, here, the same reference numerals assigned to the respective components of the fuel cell system 100 of the first embodiment are also used for the description of the components of the fuel cell system of the present modification, and the fuel cell system of the present variation is used. The illustration and detailed description of the configuration are omitted.
  • Each operation flow shown in FIG. 3 is programmed in advance and stored in the memory of the controller 40 together with preset temperature T1, T3, T5, T7.
  • the set temperatures T1, T3, T5, and T7 are reference temperatures (threshold temperatures) of the cooling water in the first circulation channel 2 that are used for suppressing freezing of the cooling water.
  • the set temperature T1, T3, T5, and T7 have a relationship of setting temperature T5 (lowest) ⁇ setting temperature T1 ⁇ setting temperature T3 ⁇ setting temperature T7 (highest).
  • the program and the set temperatures T1, T3, T5, T7 are read out to the CPU of the controller 40 when the power generation operation of the fuel cell system 100 is stopped. However, the following operations are performed while controlling each part of the fuel cell system 100.
  • the cooling water freezing suppression operation is always in a standby state, and for example, when the operation of the following step S11 ends (end).
  • the operation of the following step S1 may automatically start (start) again.
  • the 1st switching valve 11 switches automatically based on the secondary refrigerant temperature detected by the 2nd temperature detector 9, as mentioned above. Therefore, illustration of the operation
  • the cooling water freezing suppression control is started at an appropriate timing (start). Then, the cooling water freezing suppression operation based on the monitoring of the cooling water temperature is performed.
  • the cooling water freeze suppression operation (second process) by the fluid circulation is executed prior to the cooling water freeze suppression operation (first process) by the heater 200.
  • the cooling water temperature detected by the first temperature detector 7 is read (step S1), and it is determined whether or not the cooling water temperature is equal to or lower than the set temperature T1 (step S2).
  • the set temperature T1 is set to a temperature higher than the freezing point (0 ° C.) of the cooling water.
  • Step S3 When the cooling water temperature exceeds the set temperature T1 (when the determination result of step S2 is “No”), there is no possibility of freezing of the cooling water, so the process returns to step S1 and the operations after step S1 are repeated.
  • the cooling water temperature is equal to or lower than the set temperature T1 (when the determination result of step S2 is “Yes”), there is a risk of cooling water freezing, so the first circulator 6 is operated (ON) ( Step S3). Thereby, the circulation of the cooling water starts.
  • step S4 the coolant temperature detected by the first temperature detector 7 is read again (step S4), and it is determined whether or not the coolant temperature is lower than the set temperature T3 (step S5).
  • the set temperature T3 is a reference temperature for stopping the second process, and is set at a temperature higher than the set temperature T1. This is to provide hysteresis so that the anti-freezing operation does not frequently repeat ON / OFF.
  • step S5 When the cooling water temperature is equal to or higher than the set temperature T3 (when the determination result of step S5 is “No”), the first circulator 6 is stopped (OFF) because there is no risk of the cooling water freezing. S6). Thereby, the circulation of the cooling water is stopped. And it returns to step S1 and the operation
  • step S7 it is determined whether or not the coolant temperature read in step S4 is equal to or lower than the set temperature T5.
  • the set temperature T5 is lower than the set temperature T1 and is equal to or higher than the freezing point (0 ° C.) of the cooling water.
  • the set temperature T5 for example, a temperature slightly higher than the freezing point of the cooling water (for example, 1 ° C.) may be set.
  • step S7 When the cooling water temperature exceeds the set temperature T5 (when the determination result of step S7 is “No”), the process returns to step S4, and the operations after step S4 are repeated.
  • the second circulator 8 is not operated.
  • the second circulator 8 is not limited to this example. It does not matter even if it is a form which circulates a refrigerant
  • the cooling water temperature is equal to or lower than the set temperature T5 (when the determination result in step S7 is “Yes”), there is a high risk of freezing of the cooling water.
  • the process proceeds to the first process. Next, the operation flow of the cooling water freeze suppression operation by the heater 200 will be described.
  • step S8 When the coolant temperature read in step S7 is equal to or lower than the set temperature T5, the second circulator 8 and the heater 200 are operated (ON) (step S8).
  • step S8 the heater 200 and the first and second circulators 6 and 8 are all operated (ON), and the first switch 11 bypasses the inflow destination of the secondary refrigerant. It switches so that it may become the flow path 10 side. For this reason, the heat from the heater 200 is supplied to the secondary refrigerant in the second circulation passage 30 ⁇ / b> A that does not pass through the heat accumulator 5, and the heat of the secondary refrigerant is passed through the first heat exchanger 4.
  • the cooling water in the first circulation channel 2 can be quickly supplied. Therefore, it is possible to efficiently prevent the cooling water from freezing.
  • the cooling water corresponds to the heat receiving fluid
  • the secondary refrigerant corresponds to the heating fluid
  • step S9 the coolant temperature detected by the first temperature detector 7 is read (step S9). Then, it is determined whether or not the cooling water temperature is equal to or higher than the set temperature T7 (step S10).
  • the set temperature T7 is a reference temperature for stopping the first process, and is set at a temperature higher than the set temperature T3. This is because the ambient temperature of the fuel cell system is assumed to be considerably low because the first process has been executed, and therefore, the second process and the first process are prevented from being restarted immediately after the first process is stopped. Because.
  • the cooling water temperature is lower than the set temperature T7 (when the determination result of step S10 is “No”), the process returns to step S9, and the operations after step S9 are repeated.
  • the cooling water temperature is equal to or higher than the set temperature T7 (when the determination result of step S10 is “Yes”), the heater 200 is stopped (OFF), and the first and second circulators 6 and 8 are stopped ( OFF) (step S18). Thereby, the freezing suppression operation of the cooling water ends (end).
  • the fuel cell system of the present modified example operates the first circulator 6 without operating the heater 200 prior to the first process for suppressing freezing of cooling water.
  • the second process is being executed.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the heat storage configuration on the common flow path 3 side in the first heat exchanger 4A in FIG. 4 is the same as the heat storage configuration on the common flow path 3 side in the first heat exchanger 4 in FIG. 1 (Embodiment 1). It is. Therefore, illustration and description of the configuration common to both are omitted.
  • the fuel cell system 100A includes a fuel cell 1A that generates power and generates heat using a fuel gas (for example, hydrogen gas) and an oxidant gas (for example, air).
  • a fuel gas for example, hydrogen gas
  • an oxidant gas for example, air
  • the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell 1A and the oxidant gas supplied to the cathode of the fuel cell 1A undergo an electrochemical exothermic reaction to generate electric power and heat. For this reason, the off-fuel gas and off-oxidant gas released to the outside of the fuel cell 1A are in a high temperature state due to exhaust heat from the fuel cell 1A.
  • the fuel cell system 100A includes a condenser 61 that condenses water vapor contained in the off-oxidant gas released to the outside of the fuel cell 1A, and an off-state released to the outside of the fuel cell 1A.
  • a condenser 62 for condensing water vapor contained in the fuel gas is provided.
  • the primary refrigerant in the first circulation channel 71A circulates in the condensers 61 and 62 and in the first heat exchanger 4A using the first circulator 70A.
  • the temperature of the primary refrigerant flowing through the first circulation channel 71A is detected by the first temperature detector 72A.
  • the first temperature detector 72A is provided in the first circulation channel 71A between the condensers 61 and 62 and the first heat exchanger 4A. Any location on 71A is acceptable.
  • the first circulator 70A is a device for circulating the primary refrigerant in the first circulation channel 71A.
  • a pump can be used, but the primary circulator 70A in the first circulation channel 71A is used.
  • the first temperature detector 72A for example, a thermistor or a thermocouple can be used, but the first temperature detector 72A may be another temperature detector.
  • the primary refrigerant is heated by heat exchange between the primary refrigerant flowing through the first circulation passage 71A and the off-oxidant gas released to the outside of the fuel cell 1A, and the off-oxidant gas is cooled. Is done. That is, the off-oxidant gas gives the heat possessed by the off-oxidant gas to the primary refrigerant, and the temperature of the off-oxidant gas drops from the condenser 61 by itself.
  • the water vapor in the off-oxidant gas is condensed.
  • This condensed water is sent to a recovered water tank (not shown).
  • the primary refrigerant recovered from the off-oxidant gas and the secondary refrigerant flowing in the common flow path 3 exchange heat.
  • the primary refrigerant is heated by the heat exchange between the primary refrigerant flowing through the first circulation passage 71A and the off-fuel gas discharged to the outside of the fuel cell 1A, and the off-fuel gas is cooled. . That is, the off-fuel gas gives the heat of the off-fuel gas to the primary refrigerant, and the temperature of the off-fuel gas drops from the condenser 62 by itself. Thereby, water vapor in the off-fuel gas is condensed. This condensed water is sent to the recovered water tank. In the first heat exchanger 4A, the primary refrigerant recovered from the off-fuel gas and the secondary refrigerant flowing in the common flow path 3 exchange heat.
  • the example in which both the condensers 61 and 62 are provided has been described, but it is not always necessary to provide both the condensers 61 and 62. Only one of the condensers 61 and 62 may be provided.
  • the fuel cell system 100A of the present embodiment configured as described above suppresses the freezing of the primary refrigerant in the same manner as the fuel cell system 100 of the first embodiment in order to suppress the freezing of the primary refrigerant.
  • the heater 200 is operated and the first process for operating the first circulator 70A and the second circulator 8 is executed.
  • the secondary refrigerant circulates in the second circulation flow path 30A, does not pass through the heat accumulator 5, and does not pass through the heat exchanger 4A.
  • the heat exchanger is configured to exchange heat with the primary refrigerant.
  • coolant which cools the exhaust gas discharged
  • the heat transfer efficiency for transferring heat to the primary refrigerant is improved as compared with the prior art.
  • the second process of operating the first circulator 70A without operating the heater 200 before the first process is possible to adopt a form for executing the above. Thereby, the energy consumed for the freezing suppression operation of the primary refrigerant can be suppressed as in the above modification.
  • the specific operation of the primary refrigerant freezing suppression operation (first process or second process) is executed in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment based on the temperature detected by the first temperature detector 72A. Therefore, the description is omitted.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a fuel cell system according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 100B includes a hydrogen generator 52 that generates a hydrogen-containing gas as a fuel gas supplied to the anode of the fuel cell 1B by a steam reforming reaction using raw fuel and steam. And a combustor 51 that heats the hydrogen generator 52.
  • the hydrogen generator 52 When raw fuel and water are supplied to the hydrogen generator 52, the hydrogen generator 52 is filled with a reforming catalyst (not shown) for proceeding a reforming reaction using these raw fuel and water. It has a reformer 52A. In this example, the hydrogen generator 52 is provided with only the reformer 52A. However, in order to reduce the carbon monoxide in the hydrogen-containing fuel gas, the carbon monoxide is reduced by a shift reaction. You may employ
  • the combustor 51 is supplied with combustion fuel (hereinafter referred to as “combustion fuel”) and combustion air (hereinafter referred to as “combustion air”), whereby high-temperature combustion is performed in the combustor 51. Exhaust gas can be generated.
  • the combustion exhaust gas is heated to a temperature suitable for the reforming reaction (for example, about 600 ° C. to 700 ° C.) by heating the reformer 52A.
  • the fuel cell system 100 ⁇ / b> B of the present embodiment includes a condenser 63 that condenses water vapor contained in the combustion exhaust gas of the combustor 51. Then, the primary refrigerant in the first circulation channel 71B circulates through the condenser 63 and the first heat exchanger 4B by the operation of the first circulator 70B.
  • the first circulation channel 71B is provided with a first temperature detector 72B that detects the temperature of the primary refrigerant.
  • the first temperature detector 72B is provided on the first circulation channel 71B between the condenser 63 and the first heat exchanger 4B, but if it is on the first circulation channel 71B. Any location is acceptable.
  • the first circulator 70B is a device for circulating the primary refrigerant in the first circulation flow path 71B.
  • a pump can be used, but the first circulator 70B includes the first circulator 70B.
  • Other devices may be used as long as the primary refrigerant can be circulated in the circulation channel 71B.
  • the first temperature detector 72B for example, a thermistor or a thermocouple can be used, but the first temperature detector 72B may be another temperature detector.
  • the primary refrigerant is heated by heat exchange between the primary refrigerant flowing through the first circulation passage 71B and the combustion exhaust gas of the combustor 51, and the combustion exhaust gas is cooled. That is, the combustion exhaust gas gives the heat of the combustion exhaust gas to the primary refrigerant, and the temperature of the combustion exhaust gas drops from the condenser 63 by itself. Thereby, the water vapor in the combustion exhaust gas is condensed. This condensed water is sent to a recovered water tank (not shown). In the first heat exchanger 4B, the primary refrigerant flowing through the first circulation flow path 71B and the secondary refrigerant flowing through the common flow path 3 exchange heat.
  • the fuel cell system 100B of the present embodiment configured as described above suppresses the freezing of the primary refrigerant in the same manner as the fuel cell system 100 of the first embodiment in order to suppress the freezing of the primary refrigerant.
  • the heater 200 is operated and the first process for operating the first circulator 70B and the second circulator 8 is performed.
  • the secondary refrigerant circulates in the second circulation flow path 30A, does not pass through the heat accumulator 5, and the heat exchanger 4B.
  • the heat exchanger is configured to exchange heat with the primary refrigerant.
  • the second process of operating the first circulator 70B without operating the heater 200 before the first process is possible to adopt a form for executing the above. Thereby, the energy consumed for the freezing suppression operation of the primary refrigerant can be suppressed as in the above modification.
  • the specific operation of the primary refrigerant freezing suppression operation (first process or second process) is executed in the same manner as in the fuel cell system of the first embodiment based on the temperature detected by the first temperature detector 72B. Therefore, the description is omitted.
  • the second circulator 8 is operated and the secondary refrigerant is operated. May be circulated in the second circulation channel 30A.
  • the heater 200 including the combustor 14 that can generate high-temperature flue gas generated by fuel combustion is illustrated.
  • the heater 200 that heats the secondary refrigerant in the circulation channel 30 ⁇ / b> A is not limited to the configuration including the combustor 14.
  • such a heater may include a heat pump that uses atmospheric heat instead of the combustor 14.
  • the heating amount of the heater 200 is not specified. However, as a further modification of these, in the second circulation channel 30A, In the heater 200 that heats the secondary refrigerant, it is considered preferable to increase or decrease the amount of heating periodically from the viewpoint of effective use of energy.
  • the heating amount of the heater 200 is controlled to increase and decrease repeatedly at regular time intervals. Specifically, under the control of the controller 40, the heating amount of the heater 200 periodically fluctuates between the first heating amount and the second heating amount that is larger than the first heating amount at regular time intervals. It is controlled as follows.
  • the form of “increasing or decreasing the heating amount of the heater 200 periodically” is not limited to the above.
  • a form in which the increase and decrease of the heating amount are repeated based on the secondary refrigerant temperature may be adopted. I do not care.
  • the controller 40 reduces the heating amount of the heater 200 as the secondary refrigerant temperature rises in order to prevent the secondary refrigerant from being overheated by the heating operation of the heater 200, and freezes the cooling water. In order to suppress, it is configured to control to increase the heating amount of the heater 200 as the secondary refrigerant temperature decreases.
  • the heating amount of the heater 200 is set as the first heating amount, and the detected temperature of the second temperature detector 9 is set.
  • it when it is below a 2nd threshold value smaller than a 1st threshold value, it controls so that the heating amount of the heater 200 may become a 2nd heating amount larger than a 1st heating amount.
  • the heating amount of the heater 200 can be periodically increased or decreased as necessary, so that the cooling water freeze suppression operation is performed while suppressing the excessive temperature rise of the secondary refrigerant heated by the heater 200. Can do.
  • the heat transfer efficiency for transferring the heat of the heater that heats the secondary refrigerant to the primary refrigerant is improved as compared with the conventional case. Therefore, the present invention can be used for a fuel cell system for home use or business use, for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

燃料電池システム（１００）は、燃料電池システム（１００）の排熱を回収する１次冷媒が循環する第１の循環流路（２）と、１次冷媒より熱回収した２次冷媒を貯える蓄熱器（５）と、１次冷媒と２次冷媒とが熱交換する熱交換器（４）と、蓄熱器（５）を経由せず、熱交換器（４）において１次冷媒と熱交換する２次冷媒が循環する第２の循環流路（３０Ａ）と、１次冷媒を第１の循環流路２内で循環させる第１の循環器（６）と、２次冷媒を第２の循環流路（３０Ａ）内で循環させる第２の循環器（８）と、２次冷媒を加熱する加熱器（２００）と、１次冷媒の凍結抑制のために加熱器（２００）を動作させるとともに、第１の循環器（６）及び第２の循環器（８）を動作させる第１処理を実行する制御器（４０）と、を備える。

Description

燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
　本発明は燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法に関する。
　固体高分子膜を電解質に用いた固体高分子型燃料電池（以下、「燃料電池」と略す）が燃料電池システムに組み込まれている。この燃料電池は、水素ガスを主成分とする燃料ガス中の水素と空気中の酸素との間の発熱反応である電気化学反応により発電する。なお、燃料ガスは、例えば、都市ガス等の炭化水素ガスを水蒸気改質すると得られる。
　また、燃料電池の発電では、上述の電気化学反応（発熱反応）が進行するので、燃料電池の発電中の運転温度が、その反応に適した温度（例えば、７０℃～８０℃程度）に維持されるよう、燃料電池の内部温度を一定に保つ機構が一般的に採用されている。
　例えば、燃料電池に１次冷媒である冷却水が流れる冷却水流路が配され、当該流路を流れる冷却水の流量などの制御によって燃料電池の内部温度が調整されている。一方、燃料電池を通過した高温状態の冷却水の熱を熱交換によって２次冷媒が回収して、このような２次冷媒が蓄熱器に蓄えられると、燃料電池システムにおいて蓄熱できる。
　ところで、外気温が低下すると冷却水が凍結して、これらの冷却水循環流路が損傷する場合がある。この場合、燃料電池システムの運転に支障が生じる。よって、貯湯槽（蓄熱器の一例）に貯留された貯湯水（２次冷媒の一例）によって冷却水が保温され、これにより、冷却水の凍結を抑制できる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３－２８２１０５号公報
　しかしながら、特許文献１記載の燃料電池システムでは、冷却水の凍結抑制に用いられた水が補助熱源により貯湯槽内において加熱されている（特許文献１の段落００３７、図１参照）。このように、従来例の燃料電池システムでは、燃料電池の１次冷媒である冷却水の凍結抑制において、貯湯槽（蓄熱器）全体の加熱にも熱を奪われているので、補助熱源の熱を冷却水に伝熱する効率が悪い。また、燃料電池の冷却水の凍結抑制に限らず、燃料電池システムで生成された排熱を回収する他の１次冷媒の凍結抑制においても同様の問題が想定される。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムで生成された排熱を回収する１次冷媒の凍結抑制運転において、貯湯水等の２次冷媒を加熱する加熱器の熱を１次冷媒に伝える伝熱効率が従来よりも改善する燃料電池システムを提供することを目的とする。また、このような燃料電池システムの運転方法を提供することも目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を有する燃料電池システムで生成された排熱を回収する１次冷媒が循環する第１の循環流路と、前記１次冷媒より熱回収した２次冷媒を貯える蓄熱器と、前記１次冷媒と前記２次冷媒とが熱交換する熱交換器と、前記蓄熱器を経由せず、前記熱交換器において前記１次冷媒と熱交換する前記２次冷媒が循環する第２の循環流路と、前記１次冷媒を前記第１の循環流路内で循環させる第１の循環器と、前記２次冷媒を前記第２の循環流路内で循環させる第２の循環器と、前記第２の循環流路内の前記２次冷媒を加熱する加熱器と、前記１次冷媒の凍結抑制のために前記加熱器を動作させるとともに、前記第１の循環器及び前記第２の循環器を動作させる第１処理を実行する制御器と、を備える。
　また、本発明の燃料電池システムは、前記蓄熱器を経由して前記熱交換器において前記１次冷媒と熱交換する前記２次冷媒が循環する第３の循環流路と、前記熱交換器よりも上流の前記第３の循環流路と前記熱交換器よりも下流の前記第３の循環流路とを接続するバイパス流路と、を備え、前記第２の循環流路は、前記熱交換器の上流での前記バイパス流路との接続箇所から前記熱交換器を経由し前記熱交換器の下流での前記バイパス流路との接続箇所に至るまでの前記第３の循環流路及び前記バイパス流路により構成される

また、本発明の燃料電池システムは、前記熱交換器を通過した前記２次冷媒の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス流路との間で切り替える切替器を備え、前記制御器は、前記第１処理において、前記流入先が前記バイパス流路側になるよう前記切替器を制御する。

　また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記第１処理に先行して、前記加熱器を動作させず、前記第１の循環器を動作させる第２処理を実行する。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記第１処理中において前記加熱器の加熱量を周期的に増減させる。
　また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池と、前記燃料電池を有する燃料電池システムで生成した排熱を回収する１次冷媒が循環する第１の循環流路と、前記１次冷媒より熱回収した２次冷媒を貯える蓄熱器と、前記１次冷媒と前記２次冷媒とが熱交換する熱交換器と、前記蓄熱器を経由せず、前記熱交換器において前記１次冷媒と熱交換する前記２次冷媒が循環する第２の循環流路と、前記１次冷媒を前記第１の循環流路内で循環させる第１の循環器と、前記２次冷媒を前記第２の循環流路内で循環させる第２の循環器と、前記第２の循環流路内の前記前記２次冷媒を加熱する加熱器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記１次冷媒の凍結抑制のために、前記加熱器を動作させるとともに前記２次冷媒を前記第２の循環流路内で循環させるステップ（ａ）と、前記ステップ（ａ）で加熱された前記２次冷媒の保有熱を、前記熱交換器を介して前記第１の循環流路内を循環する前記１次冷媒に伝熱するステップ（ｂ）と、を備える。
　以上のとおり、本発明の燃料電池システムでは、加熱器により加熱された２次冷媒が蓄熱器を経由せずに循環し、熱交換器を介して１次冷媒に伝熱されるよう構成されている。従って、本発明によれば、１次冷媒の凍結抑制運転において、加熱器の熱を１次冷媒に伝える伝熱効率が従来よりも改善する。
図１は、本発明の実施の形態１の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１の燃料電池システムによる冷却水の凍結抑制運転の動作の一例を示したフローチャートである。 図３は、本発明の実施の形態１の変形例の燃料電池システムによる冷却水の凍結抑制運転の動作の一例を示したフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態２の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態２の変形例の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
　まず、本発明の実施形態における様々な特徴について、以下に列挙する。
　第１の形態の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池を有する燃料電池システムで生成された排熱を回収する１次冷媒が循環する第１の循環流路と、１次冷媒より熱回収した２次冷媒を貯える蓄熱器と、１次冷媒と２次冷媒とが熱交換する熱交換器と、蓄熱器を経由せず、熱交換器において１次冷媒と熱交換する２次冷媒が循環する第２の循環流路と、１次冷媒を第１の循環流路内で循環させる第１の循環器と、２次冷媒を第２の循環流路内で循環させる第２の循環器と、第２の循環流路内の２次冷媒を加熱する加熱器と、１次冷媒の凍結抑制のために加熱器を動作させるとともに、第１の循環器及び第２の循環器を動作させる第１処理を実行する制御器と、を備える。
　かかる構成により、加熱器により加熱された２次冷媒が蓄熱器を経由せずに循環し、熱交換器を介して１次冷媒に伝熱される。
　よって、燃料電池システムで生成された排熱を回収する１次冷媒の凍結抑制運転において、貯湯水等の２次冷媒を加熱する加熱器の熱を１次冷媒に伝える伝熱効率が従来よりも改善する。
　「１次冷媒」として、例えば、冷却水、油等を用いることができるが、これに限らず、燃料電池システムで生成された排熱を回収でき、凍結の恐れがある冷媒であれば、どのようなものでもよい。
　「２次冷媒」として、例えば、液体の水、不凍液などの様々な媒体を用いることができる。「２次冷媒」に水を用いる場合、「蓄熱器」は、例えば、貯湯水を貯える貯湯タンクとして構成するとよい。
　「熱交換器」とは、高温の加熱流体と低温の受熱流体とがもっている熱を交換することを目的とした装置であり、燃料電池システムの１次冷媒の凍結抑制運転では、「１次冷媒と２次冷媒とが熱交換する熱交換器」において、２次冷媒が加熱流体に相当し、１次冷媒が受熱流体に相当する。
　「加熱器」は、第２の循環流路内の２次冷媒に間接的または直接的に加熱できる装置であれば、どのような形態の熱供給機構であってもよい。そして、このような「加熱器」の一例として、燃料の燃焼によって生じる高温の燃焼排ガスを生成できる燃焼器（燃焼バーナ）や、大気熱を用いるヒートポンプが挙げられる。
　「制御器」は、ＣＰＵやメモリを内蔵するマイコンなどにより構成されている。「制御器」は、単独でも複数でもよい。
　また、第２の形態の燃料電池システムは、第１の形態の燃料電池システムにおいて、蓄熱器を経由して熱交換器において１次冷媒と熱交換する２次冷媒が循環する第３の循環流路と、熱交換器よりも上流の第３の循環流路と熱交換器よりも下流の第３の循環流路とを接続するバイパス流路と、を備えてもよい。そして、第２の循環流路は、熱交換器の上流でのバイパス流路との接続箇所から熱交換器を経由し熱交換器の下流でのバイパス流路との接続箇所に至るまでの第３の循環流路及びバイパス流路により構成されてもよい。
　かかる構成により、蓄熱器を経由しない第２の循環流路が、熱交換器を経由する第３の循環流路の一部と共用化されるので、これらの２つの流路が部分的に共通化されている。これにより、２次冷媒の循環系を簡易に構成できる。
　また、第３の形態の燃料電池システムは、第２の形態の燃料電池システムにおいて、熱交換器を通過した２次冷媒の流入先を蓄熱器とバイパス流路との間で切り替える切替器を備えてもよい。そして、制御器は、上記第１処理において、２次冷媒の流入先がバイパス流路側になるよう切替器を制御してもよい。
　かかる構成により、燃料電池システムの１次冷媒の凍結抑制運転において、１次冷媒と熱交換する２次冷媒が、蓄熱器を経由せずに第２の循環流路のバイパス流路を通ることができる。よって、加熱器による１次冷媒の凍結抑制運転において、加熱器の熱を１次冷媒に伝える伝熱効率が従来よりも改善する。
　また、１次冷媒の凍結抑制運転の実行時に、２次冷媒の流入先をバイパス側に切り替えるので、蓄熱器に低温の２次冷媒が流入することが抑制され、ひいては、蓄熱器に蓄えられた２次冷媒の温度低下を抑制できる。
　「切替器」とは、流体流路の途中に配され、流体の流れを切替る部品のことをいい、例えば、流体流路切替用の三方弁を用いることができる。
　また、第４の形態の燃料電池システムは、第１の形態の燃料電池システムにおいて、制御器が、上記第１処理に先行して、加熱器を動作させず、第１の循環器を動作させる第２処理を実行してもよい。
　かかる構成により、上記第１処理よりも低い消費エネルギーで１次冷媒の凍結抑制運転を行うことができる。なお、上記第２処理において、第２の循環器を動作させ２次冷媒を第２の循環流路内で循環させる形態であっても、第２の循環器を動作させず２次冷媒を第２の循環流路内で循環させない形態であってもいずれであっても構わない。
　また、第５の形態の燃料電池システムは、第１の形態の燃料電池システムにおいて、制御器は、上記第１処理中において加熱器の加熱量を周期的に増減させるよう加熱器を制御してもよい。
　かかる構成により、加熱器の加熱量を必要に応じて周期的に増減できるので、加熱器により加熱される２次冷媒の過昇温を抑制しながら、１次冷媒の凍結抑制運転を行うことができる。
　「周期的に増減」は、一定の時間毎に、増加と減少とが繰り返される場合には限定されず、例えば、２次冷媒温度に基づいて増加と減少とが繰り返される場合であってもよい。具体的には、加熱器の加熱動作により２次冷媒が過昇温するのを抑制するため２次冷媒温度の上昇に伴い加熱器の加熱量を減少させ、１次冷媒の凍結を抑制するため２次冷媒温度の下降に伴い加熱器の加熱量を増加させるような制御も含む。
　また、第１の形態の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池と、燃料電池を有する燃料電池システムで生成した排熱を回収する１次冷媒が循環する第１の循環流路と、１次冷媒より熱回収した２次冷媒を貯える蓄熱器と、１次冷媒と２次冷媒とが熱交換する熱交換器と、蓄熱器を経由せず、熱交換器において１次冷媒と熱交換する２次冷媒が循環する第２の循環流路と、１次冷媒を第１の循環流路内で循環させる第１の循環器と、２次冷媒を第２の循環流路内で循環させる第２の循環器と、第２の循環流路内の２次冷媒を加熱する加熱器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、１次冷媒の凍結抑制のために、加熱器を動作させるとともに２次冷媒を第２の循環流路内で循環させるステップ（ａ）と、ステップ（ａ）で加熱された２次冷媒の保有熱を、熱交換器を介して第１の循環流路内を循環する１次冷媒に伝熱するステップ（ｂ）と、を備える。
（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１の燃料電池システムの具体的な構成例および動作例について、図面を参照しながら説明する。
　但し、以下の具体的な説明（後述の実施の形態２も同じ）は、上記各燃料電池システムの特徴を例示しているに過ぎない。例えば、上記各燃料電池システムを特定した用語と同じ用語に適宜の参照符号を付して以下の具体例を説明する場合、当該具体的な装置は、これに対応する上記各燃料電池システムの構成要素の一例である。
　よって、上記各燃料電池システムの特徴は、以下の具体的な説明によって限定されない。
[燃料電池システムの構成例]
　図１は、本発明の実施の形態１の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
　図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料ガス（水素ガス）を用いて発電および発熱する燃料電池１を備える。
　この燃料電池１では、燃料電池１のアノード（図示せず）に供給された燃料ガスと、燃料電池１のカソード（図示せず）に供給された酸化剤ガス（例えば、空気）と、が電気化学的に反応（発熱反応）して、電力および熱が発生する。燃料電池１によって生成された電力は、例えば、様々な電気機器において利用できる。また、燃料電池１によって生成された熱は、様々な用途に利用でき、例えば、家庭の暖房や給湯などにおいても利用できる（詳細は後述する）。
　なお、燃料電池の内部構造は公知である。よって、その詳細な説明は省略する。
　ところで、燃料電池システムでは、その発電運転中に生じる排熱を回収することが一般的に採用されている。上記排熱を回収するための１次冷媒として、例えば、燃料電池を冷却する冷却水を用いることができる。上記冷却水は、燃料電池内を通過する循環流路内を循環するよう構成されている。

よって、以下、循環流路内の冷却水によって燃料電池の冷却が行われる燃料電池システム１００の構成の一例を説明する。

　燃料電池システム１００は、図１に示すように、燃料電池１を有する燃料電池システム１００で生成された排熱を回収する冷却水が循環する第１の循環流路２と、冷却水を第１の循環流路２内で循環させる第１の循環器６と、第１の循環流路２を流れる冷却水の温度を検知する第１温度検知器７と、を備える。図１では、冷却水の流れの方向が太い実線の矢印によって示されている。なお、上記第１温度検知器７は、燃料電池１と第１熱交換器４との間の第１の循環流路２上に設けられているが、あくまで例示であり、第１の循環流路２上のいずれの箇所に設けられても構わない。
　第１の循環器６は、第１の循環流路２で冷却水を循環させるための機器であり、例えば、ポンプを用いることができるが、第１の循環器６は、第１の循環流路２内の冷却水を循環させることが可能な機器であれば、他の機器でもよい。第１温度検知器７として、例えば、サーミスタや熱電対を用いることができるが、第１温度検知器７は、他の温度検知器でもよい。
　これにより、第１の循環流路２を流れる冷却水の流量や温度の制御が制御器４０（後述）によって行われ、燃料電池１の温度が調整される。
　また、本実施形態の燃料電池システム１００では、発電運転中において、燃料電池１を通過した高温状態の冷却水の熱を、第１熱交換器４での熱交換によって２次冷媒（例えば、貯湯水）が回収して、このような２次冷媒が蓄熱器５（例えば、貯湯タンク）に蓄えられる。
　よって、燃料電池システム１００は、図１に示すように、１次冷媒である、燃料電池１を通過した冷却水と２次冷媒とが熱交換する第１熱交換器４と、冷却水より熱回収した２次冷媒を蓄える蓄熱器５と、冷却水と熱交換する２次冷媒が循環する２次冷媒循環流路、２次冷媒を２次冷媒循環流路内で循環させる第２の循環器８と、第１熱交換器４から流出した２次冷媒温度を検知する第２温度検知器９と、を備える。図１では、上述の２次冷媒の流れの方向が太い点線の矢印によって示されている。
　ところで、本実施形態の燃料電池システム１００では、図１に示すように、上述の２次冷媒循環流路の例として、２流路が存在しており、共通流路３とバイパス流路１０とによって構成される第２の循環流路３０Ａ（図１の細い一点鎖線で示した流路）と、共通流路３、蓄熱側流路１５、および蓄熱器５とによって構成される第３の循環流路３０Ｂと（図１の細い点線で示した流路）、がある。
　図１に示すように、第３の循環流路３０Ｂの蓄熱側流路１５は、該流路上に蓄熱器５を備え、これを経由するよう構成されており、これにより、第３の循環流路３０Ｂは、蓄熱器５を経由して冷却水と熱交換する２次冷媒が循環できるように構成されている。
　また、第２の循環流路３０Ａのバイパス流路１０が、蓄熱器５よりも上流の第３の循環流路３０Ｂと、蓄熱器５よりも下流の第３の循環流路３０Ｂとを、蓄熱器５をバイパスするように接続させており、これにより、第２の循環流路３０Ａは、蓄熱器５を経由せず、冷却水と熱交換する２次冷媒が循環できるように構成されている。
　また、第１熱交換器４を通過した２次冷媒の流入先を蓄熱器５とバイパス流路１０との間で切り替えるための第１切替器１１が設けられている。ここで、第１切替器１１が蓄熱器５側に切り替えられると、図１の矢印１１ａに示すように、２次冷媒は、蓄熱器５を経由するように第３の循環流路３０Ｂの蓄熱側流路１５内を流れる。第１切替器１１がバイパス流路１０側に切り替えられると、図１の矢印１１ｂに示すように、２次冷媒は、蓄熱器５を経由せずに、第２の循環流路３０Ａのバイパス流路１０内を流れる。なお、上記第１切替器１１は、第３の循環流路３０Ｂとバイパス流路１０との接続部に三方弁を配設する形態であってもいいし、またはバイパス経路１０及び蓄熱器５よりも上流の蓄熱側流路１５のそれぞれに開閉弁を設ける形態であっても構わない。つまり、第１熱交換器４を通過した２次冷媒の流入先を蓄熱器５とバイパス流路１０との間で切替え可能な機器であれば、いずれの機器でも構わない。
　また、本実施形態の燃料電池システム１００では、第１切替器１１の切替は、第２温度検知器９により検知された２次冷媒の温度に基づいてなされている。具体的には、この２次冷媒の温度が、所定の温度（例えば、６０℃）より高い場合、第１切替器１１が蓄熱器５側に自動的に切替る。これにより、冷却水からの熱回収が行われた２次冷媒を蓄熱器５に蓄えることができる。一方、２次冷媒温度が所定の温度（例えば、６０℃）以下の場合、第１切替器１１がバイパス流路１０側に自動的に切替る。これにより、蓄熱器５に低温の２次冷媒が流入することが抑制され、ひいては、蓄熱器５に蓄えられた２次冷媒の温度低下を抑制できる。
　このように、本実施形態の燃料電池システム１００では、蓄熱器５を経由しない第２の循環流路３０Ａは、第１熱交換器４の上流でのバイパス流路１０との接続箇所から第１熱交換器４を経由し、第１熱交換器４の下流でのバイパス流路１０との接続箇所に至るまでの第３の循環流路３０Ｂの一部（共通流路３）及びバイパス流路１０により構成される。これにより、これらの第２および第３の循環流路３０Ａ、３０Ｂが部分的に共通化され、２次冷媒の循環系を簡易に構成できる。
　以上の第２および第３の循環流路３０Ａ、３０Ｂ内の２次冷媒として、例えば、水を用いる場合、蓄熱器５を、例えば、貯湯水を貯える貯湯タンクとして構成できる。この場合、貯湯水は、例えば、家庭の給湯などにおいて利用することができる。よって、本実施形態の燃料電池システム１００では、電力および熱の両方を利用するコージェネシステムを構築できる。
　第２の循環器８は、２次冷媒を循環させるための機器であり、例えば、ポンプを用いることができるが、第２の循環流路３０Ａ内の冷却水を循環させることが可能な機器であれば、他の機器でもよい。第２温度検知器９として、例えば、サーミスタや熱電対を用いることができるが、第２温度検知器９は、他の温度検知器でもよい。
　また、図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１００は、第２の循環流路３０Ａの２次冷媒を加熱する加熱器２００を備えており、これにより、加熱器２００による冷却水の凍結抑制運転（後述）が行える。なお、本例では、加熱器２００は、第１熱交換器４よりも下流の共通流路上に設けられているが、第２の循環経路３０Ａ上であればいずれの箇所でも構わない。
　この加熱器２００は、第２の循環流路３０Ａ内の２次冷媒を加熱できる様々な熱供給機構によって構成できるが、図１では、このような熱供給機構の一例として、家庭の熱負荷２０（熱消費端末；例えば、床暖房パネル）に熱を供給する燃焼器１４（燃焼バーナ）が、第２の循環流路３０Ａの共通流路３内の２次冷媒の熱源としても利用される例が示されている。
　よって、図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１００は、熱負荷２０に用いる熱媒体が循環する第４の循環流路３０Ｃと、この第４の循環流路３０Ｃ内で熱媒体を循環させる第３の循環器１６と、第４の循環流路３０Ｃ内の熱媒体を加熱できる燃焼器１４と、第４の循環流路３０Ｃ内の熱媒体と共通流路３内の２次冷媒とが熱交換する第２熱交換器１２と、を備える。図１では、上述の熱媒体の流れの方向が太い一点鎖線の矢印によって示されている。
　更に、本実施形態の燃料電池システム１００は、熱媒体を熱負荷２０に送るための熱負荷流路１７と、燃焼器１４を通過した熱媒体の流入先を熱負荷２０と第２熱交換器１２との間で切り替えることができる第２切替器１３（例えば、三方弁）と、を備える。
　なお、加熱器２００による冷却水の凍結抑制運転では、第２切替器１３は、第２熱交換器１２側に切り替えられており、第２熱交換器１２において、第４の循環流路３０Ｃ内の熱媒体が加熱流体に相当し、第２の循環流路３０Ａの共通流路３内の２次冷媒が受熱流体に相当する。
　第３の循環器１６は、熱媒体を循環させるための機器であり、例えば、ポンプを用いることができるが、第４の循環流路３０Ｃ内の熱媒体を循環させることが可能な機器であれば、他の機器でもよい。また、第４の循環流路３０Ｃ内の熱媒体として、例えば、水、不凍液などを用いることができる。
　また、図１に示すように、燃料電池システム１００は制御器４０を備える。
　制御器４０は、ＣＰＵやメモリなどを備え、燃料電池システム１００の各種の検知器の信号に基づいて燃料電池システム１００の各種の制御対象機器の動作を制御する。
　本実施形態の燃料電池システム１００では、冷却水の凍結抑制のために、制御器４０によって、少なくとも加熱器２００の加熱動作、および、第１および第２の循環器６、８の動作が、第１温度検知器７により検知された検知温度に基づいて、以下の如く凍結抑制運転が実行されている。
[燃料電池システムの冷却水の凍結抑制運転における動作例]
　以下、本発明の実施の形態１の燃料電池システム１００による冷却水の凍結抑制運転における動作例を述べる。
　図２は、本発明の実施の形態１の燃料電池システムによる冷却水の凍結抑制運転の動作の一例を示したフローチャートである。
　図２に示した各動作フローは、予めプログラムされて、予め設定された設定温度Ｔ１、Ｔ３とともに、制御器４０のメモリに記憶されている。
　なお、ここで、上記設定温度Ｔ１、Ｔ３は、冷却水の凍結抑制のために用いられる、第１の循環流路２内の冷却水の基準温度（閾値温度）であり、これらの設定温度Ｔ１、Ｔ３の高低関係は、設定温度Ｔ１＜設定温度Ｔ３となっている。
　制御器４０のＣＰＵからの指令に基づいて、上記プログラムおよび上記設定温度Ｔ１、Ｔ３が、燃料電池システム１００の発電運転の停止時に、制御器４０のＣＰＵに読み出され、このプログラムが、以下の動作を燃料電池システム１００の各部を制御しながら遂行する。
　なお、燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の発電運転の停止時において、冷却水の凍結抑制運転は常時、運転待機状態にしており、例えば、以下のステップＳ７の動作が終了（エンド）すると、自動的に以下のステップＳ１の動作が再び開始（スタート）してもよい。
　また、第１切替弁１１は、上述のとおり、第２温度検知器９により検知された２次冷媒温度に基づいて自動的に切り替る。よって、ここでは、第１切替弁１１の切替タイミングについての動作フロー図の図示は省略する。
　燃料電池システム１００の運転停止中に、適宜のタイミングで、以下の冷却水の凍結抑制制御が開始する（スタート）。
　まず、第１温度検知器７により検知された冷却水温度が読み込まれ（ステップＳ１）、この冷却水温度が設定温度Ｔ１以下であるか否かが判定される（ステップＳ２）。
　設定温度Ｔ１は、冷却水の凝固点（０℃）よりも高い温度に設定されている。
　冷却水温度が設定温度Ｔ１を超える場合（ステップＳ２の判定結果が「Ｎｏ」の場合）、冷却水の凍結のおそれがないので、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の動作が繰り返される。一方、冷却水温度が設定温度Ｔ１以下の場合（ステップＳ２の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合）、冷却水の凍結のおそれがあるので、第２の循環器８および加熱器２００が動作（ＯＮ）される（ステップＳ３）。また、第１の循環器６が動作（ＯＮ）され、凍結抑制運転が開始する（ステップＳ４）。
　このように、ステップＳ４においては、加熱器２００、第１および第２の循環器６、８が何れも動作（ＯＮ）される。つまり、本実施形態では、冷却水の凍結抑制のために、加熱器２００を動作させるとともに２次冷媒を第２の循環流路３０Ａ内で循環させるステップと、このステップで加熱された２次冷媒の保有熱を、第１熱交換器４を介して第１の循環流路２内を循環する冷却水に伝熱するステップと、備える冷却水の凍結抑制運転がなされている（第１処理）。

また、本実施形態では、第１切替器１１は、２次冷媒の流入先がバイパス流路１０側になるように切り替っている。このため、加熱器２００からの熱が、蓄熱器５を経由しない第２の循環流路３０Ａ（共通流路３）内の２次冷媒に供給され、この２次冷媒の熱を、第１熱交換器４を介して第１の循環流路２内の冷却水に速やかに供給できる。よって、冷却水の凍結抑制を効率的に行える。

　次いで、第１温度検知器７により検知された冷却水温度が読み込まれ（ステップＳ５）、この冷却水温度が設定温度Ｔ３以上であるか否かが判定される（ステップＳ６）。
　設定温度Ｔ３は、凍結抑制運転を停止するための基準温度で、設定温度Ｔ１よりも高い温度で設定されている。これは、上記凍結抑制運転が頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り替えすことのないようヒステリシスを持たせるためである。
　冷却水温度が設定温度Ｔ３未満の場合（ステップＳ６の判定結果が「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５以降の動作が繰り返される。一方、冷却水温度が設定温度Ｔ３以上の場合（ステップＳ６の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合）、冷却水の凍結のおそれがなくなったので、第１および第２の循環器６、８および加熱器２００が停止（ＯＦＦ）される（ステップＳ７）。これにより、冷却水の凍結抑制運転が終了する（エンド）。
　以上により、本実施形態の燃料電池システム１００Ａの冷却水の凍結抑制運転において、第１熱交換器４において冷却水と熱交換する２次冷媒が、蓄熱器５を経由せずに第２の循環流路３０Ａのバイパス流路１０を通ることができる。よって、加熱器２００の熱を利用した冷却水の凍結抑制運転において、加熱器２００の熱を冷却水に伝える伝熱効率が従来よりも改善する。
　また、冷却水の凍結抑制運転の実行時に、２次冷媒の流入先をバイパス流路１０側に切り替えるので、蓄熱器５に低温の２次冷媒が流入することが抑制され、ひいては、蓄熱器５に蓄えられた２次冷媒の温度低下を抑制できる。
（実施の形態１の変形例）
　図３は、本発明の実施の形態１の変形例の燃料電池システムによる冷却水の凍結抑制のための動作の一例を示したフローチャートである。
　なお、本変形例の燃料電池システムの構成は、実施の形態１の燃料電池システム１００の構成と同じである。よって、ここでは、実施の形態１の燃料電池システム１００の各構成要素に付された同じ参照番号を、本変形例の燃料電池システムの構成要素の説明にも用い、本変形例の燃料電池システムの構成の図示および詳細な説明は省略する。
　図３に示した各動作フローは、予めプログラムされて、予め設定された設定温度Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７とともに、制御器４０のメモリに記憶されている。
　なお、ここで、上記設定温度Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７は、冷却水の凍結抑制のために用いられる、第１の循環流路２内の冷却水の基準温度（閾値温度）であり、これらの設定温度Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７の高低関係は、設定温度Ｔ５（最も低い）＜設定温度Ｔ１＜設定温度Ｔ３＜設定温度Ｔ７（最も高い）となっている。
　制御器４０のＣＰＵからの指令に基づいて、上記プログラムおよび上記設定温度Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７が、燃料電池システム１００の発電運転の停止時に、制御器４０のＣＰＵに読み出され、このプログラムが、以下の動作を燃料電池システム１００の各部を制御しながら遂行する。
　なお、燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の発電運転の停止時
において、冷却水の凍結抑制運転は常時、運転待機状態にしており、例えば、以下のステップＳ１１の動作が終了（エンド）すると、自動的に以下のステップＳ１の動作が再び開始（スタート）してもよい。
　また、第１切替弁１１は、上述のとおり、第２温度検知器９により検知された２次冷媒温度に基づいて自動的に切り替る。よって、ここでは、第１切替弁１１の切替タイミングについての動作フロー図の図示は省略する。
　燃料電池システム１００の発電運転の停止時に、適宜のタイミングで冷却水の凍結抑制制御が開始する（スタート）。すると、冷却水温度の監視に基づいた冷却水の凍結抑制運転が行われる。
　まず、流体循環による冷却水の凍結抑制運転（第２処理）が、加熱器２００による冷却水の凍結抑制運転（第１処理）に先行して実行される。
　まず、上記第２処理の具体的動作について述べる。
　第１温度検知器７により検知された冷却水温度が読み込まれ（ステップＳ１）、この冷却水温度が設定温度Ｔ１以下であるか否かが判定される（ステップＳ２）。
　設定温度Ｔ１は、冷却水の凝固点（０℃）よりも高い温度に設定されている。
　冷却水温度が設定温度Ｔ１を超える場合（ステップＳ２の判定結果が「Ｎｏ」の場合）、冷却水の凍結のおそれがないので、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の動作が繰り返される。一方、冷却水温度が設定温度Ｔ１以下の場合（ステップＳ２の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合）、冷却水の凍結のおそれがあるので、第１の循環器６が動作（ＯＮ）される（ステップＳ３）。これにより、冷却水の循環が開始する。
　次いで、第１温度検知器７により検知された冷却水温度が再び読み込まれ（ステップＳ４）、この冷却水温度が設定温度Ｔ３未満であるか否かが判定される（ステップＳ５）。
　設定温度Ｔ３は、第２処理を停止するための基準温度で、設定温度Ｔ１よりも高い温度で設定されている。これは、上記凍結抑制運転が頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り替えすことのないようヒステリシスを持たせるためである。
　冷却水温度が設定温度Ｔ３以上の場合（ステップＳ５の判定結果が「Ｎｏ」の場合）、冷却水の凍結のおそれがなくなったので、第１の循環器６が停止（ＯＦＦ）される（ステップＳ６）。これにより、冷却水の循環が停止する。そして、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の動作が繰り返される。一方、冷却水温度が設定温度Ｔ３未満の場合（ステップＳ５の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合）、次のステップＳ７の判定動作に進む。
　ステップＳ７では、ステップＳ４において読み込まれた冷却水温度が設定温度Ｔ５以下であるか否かが判定される。
　設定温度Ｔ５は、設定温度Ｔ１よりも低く、かつ、冷却水の凝固点（０℃）以上の温度である。設定温度Ｔ５として、例えば、冷却水の凝固点よりも僅かに高い温度（例えば、１℃）に設定してもよい。
　冷却水温度が設定温度Ｔ５を超える場合（ステップＳ７の判定結果が「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ４に戻り、ステップＳ４以降の動作が繰り返される。
　以上が、冷却水の凍結抑制のための第２処理の動作フローの概要である。なお、本例においては、上記第２処理において、第２の循環器８を動作させない形態を採用したが、本例に限定されるものでなく、第２の循環器８を動作させ、２次冷媒を第２の循環流路３０Ａ内で循環させる形態であってもいずれであっても構わない。

一方、冷却水温度が設定温度Ｔ５以下の場合（ステップＳ７の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合）、冷却水の凍結のおそれが高いので、後半の加熱器２００による冷却水の凍結抑制のための第１処理に移行する。

　次に、加熱器２００による冷却水の凍結抑制運転の動作フローについて述べる。
　ステップＳ７において読み込まれた冷却水温度が設定温度Ｔ５以下の場合、第２の循環器８および加熱器２００が動作（ＯＮ）される（ステップＳ８）。
　このように、ステップＳ８においては、加熱器２００、第１および第２の循環器６、８は何れも動作（ＯＮ）されており、第１切替器１１は、２次冷媒の流入先がバイパス流路１０側になるように切り替っている。このため、加熱器２００からの熱が、蓄熱器５を経由しない第２の循環流路３０Ａ内の２次冷媒に供給され、この２次冷媒の熱を、第１熱交換器４を介して第１の循環流路２内の冷却水に速やかに供給できる。よって、冷却水の凍結抑制を効率的に行える。
　なお、このような冷却水の凍結抑制運転では、第１熱交換器４において、冷却水が受熱流体に相当し、２次冷媒が加熱流体に相当する。
　次いで、第１温度検知器７により検知された冷却水温度が読み込まれる（ステップＳ９）。そして、冷却水温度が設定温度Ｔ７以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。
　設定温度Ｔ７は、設定温度Ｔ３は、第１処理を停止するための基準温度で、設定温度Ｔ３よりも高い温度で設定されている。これは、第１処理を実行したことから燃料電池システムの周囲温度がかなり低いことが想定されるので、第１処理停止後、第２処理及び第１処理がすぐに再開されることを抑制するためである。　冷却水温度が設定温度Ｔ７未満の場合（ステップＳ１０の判定結果が「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ９に戻り、ステップＳ９以降の動作が繰り返される。一方、冷却水温度が設定温度Ｔ７以上の場合（ステップＳ１０の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合）、加熱器２００が停止（ＯＦＦ）され、第１および第２の循環器６、８が停止（ＯＦＦ）される（ステップＳ１８）。これにより、冷却水の凍結抑制運転が終了する（エンド）。
　以上のように、本変形例の燃料電池システムは、冷却水の凍結抑制のための上記第１処理に先行して、上記加熱器２００を動作させず、上記第１の循環器６を動作させる第２処理を実行している。
　これにより、上記第２処理により燃料電池や第１の循環流路内の余熱を利用しながら冷却水の温度低下が抑制され、ひいては、加熱器の動作のため消費エネルギーの大きい第２処理の実行が抑制される。つまり、本変形例の燃料電池システムは、実施の形態の１の燃料電池システムに比べて、冷却水の凍結抑制のための消費エネルギーが抑制される。
（実施の形態２）
　実施の形態１の燃料電池システム１００では、燃料電池１内を流れる冷却水の凍結抑制運転を述べたが、燃料電池システムの排熱を回収する１次冷媒は、これに限らない。よって、実施の形態２では、燃料電池１内を流れる冷却水以外の１次冷媒の凍結抑制のための動作について説明する。
　図４は、本発明の実施の形態２の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
　なお、図４の第１熱交換器４Ａでの共通流路３側の蓄熱構成は、図１（実施の形態１）の第１熱交換器４での共通流路３側の蓄熱構成と同じである。よって、両者に共通する構成の図示および説明は、省略する。
　図４に示すように、燃料電池システム１００Ａは、燃料ガス（例えば、水素ガス）および酸化剤ガス（例えば、空気）を用いて発電および発熱する燃料電池１Ａを備える。
　燃料電池１Ａでは、燃料電池１Ａのアノードに供給された燃料ガスと、燃料電池１Ａのカソードに供給された酸化剤ガスと、が電気化学的に発熱反応して、電力および熱が発生する。このため、燃料電池１Ａ外に放出されたオフ燃料ガスおよびオフ酸化剤ガスは、燃料電池１Ａからの排熱により高温状態となっている。
　また、図４に示すように、燃料電池システム１００Ａは、燃料電池１Ａ外に放出されたオフ酸化剤ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する凝縮器６１、および、燃料電池１Ａ外に放出されたオフ燃料ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する凝縮器６２を備える。
　そして、第１の循環流路７１Ａの１次冷媒は、第１の循環器７０Ａを用いて、凝縮器６１、６２内、および、第１熱交換器４Ａ内を通るように循環する。このとき、第１の循環流路７１Ａを流れる１次冷媒の温度が、第１温度検知器７２Ａによって検知される。なお、本例では、第１温度検知器７２Ａは、凝縮器６１、６２と第１熱交換器４Ａとの間の第１の循環流路７１Ａに設けられているが、第１の循環流路７１Ａ上であればいずれの箇所でも構わない。

第１の循環器７０Ａは、第１の循環流路７１Ａ内で１次冷媒を循環させるための機器であり、例えば、ポンプを用いることができるが、第１の循環流路７１Ａ内の１次冷媒を循環させることが可能な機器であれば、他の機器でもよい。第１温度検知器７２Ａとして、例えば、サーミスタや熱電対を用いることができるが、第１温度検知器７２Ａは、他の温度検知器でもよい。

　凝縮器６１では、第１の循環流路７１Ａを流れる１次冷媒と燃料電池１Ａ外に放出されたオフ酸化剤ガスとの間の熱交換により１次冷媒が加熱され、オフ酸化剤ガスが冷却される。つまり、オフ酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガスの持っている熱を１次冷媒に与え、自らは温度が下がって凝縮器６１から出る。これにより、オフ酸化剤ガス中の水蒸気が凝縮される。この凝縮水は回収水タンク（図示せず）に送られる。なお、第１熱交換器４Ａにおいて、オフ酸化剤ガスより熱回収した１次冷媒と、共通流路３を流れる２次冷媒と、が熱交換する。
　凝縮器６２では、第１の循環流路７１Ａを流れる１次冷媒と燃料電池１Ａ外に放出されたオフ燃料ガスとの間の熱交換により１次冷媒が加熱され、オフ燃料ガスが冷却される。つまり、オフ燃料ガスは、オフ燃料ガスの持っている熱を１次冷媒に与え、自らは温度が下がって凝縮器６２から出る。これにより、オフ燃料ガス中の水蒸気が凝縮される。この凝縮水は回収水タンクに送られる。なお、第１熱交換器４Ａにおいて、オフ燃料ガスより熱回収した１次冷媒と、共通流路３を流れる２次冷媒と、が熱交換する。

本実施形態の燃料電池システム１００Ａでは、凝縮器６１、６２の両方を設ける例を述べたが、必ずしも、凝縮器６１、６２の両方を設ける必要はない。凝縮器６１、６２のうちのいずれか一方のみを設ける形態であってもよい。

　上述のように構成された、本実施の形態の燃料電池システム１００Ａは、上記１次冷媒の凍結抑制のために、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に、１次冷媒の凍結抑制のために、加熱器２００を動作させるとともに第１の循環器７０Ａ及び第２の循環器８を動作させる第１処理を実行するよう構成されている。なお、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に、上記第１処理において、２次冷媒は、第２の循環流路３０Ａ内を循環し、蓄熱器５を経由せず、熱交換器４Ａにおいて１次冷媒と熱交換するよう構成されている。これにより、燃料電池システム１００Ａで排出される排ガスを冷却する１次冷媒についても、実施の形態１と同様に、加熱器２００の熱を利用した１次冷媒の凍結抑制運転において、加熱器２００の熱を１次冷媒に伝える伝熱効率が従来よりも改善する。
　また、１次冷媒の凍結抑制運転において、実施の形態１の変形例と同様に、上記第１処理の前に、加熱器２００を動作させず、第１の循環器７０Ａを動作させる第２処理を実行する形態を採用しても構わない。これにより、上記変形例と同様に、１次冷媒の凍結抑制運転のために消費されるエネルギーを抑制することが可能になる。
　なお、上記１次冷媒の凍結抑制運転（第１処理または第２処理）の具体的動作は、第１温度検知器７２Ａの検知温度に基づき実施の形態１の燃料電池システムと同様に実行されるので、その説明を省略する。
　また、上記第２処理については、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に、第２の循環器８を動作させない形態であっても、第２の循環器８を動作させ、２次冷媒を第２の循環流路３０Ａ内で循環させる形態のいずれであっても構わない。
（実施の形態２の変形例）

図５は、本発明の実施の形態２の変形例の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。

　図５に示すように、燃料電池システム１００Ｂは、原燃料および水蒸気を用いた水蒸気改質反応により、燃料電池１Ｂのアノードに供給される燃料ガスとして、水素含有ガスを生成する水素生成器５２と、水素生成器５２を加熱する燃焼器５１と、を備える。
　水素生成器５２に原燃料および水が供給された場合、水素生成器５２には、これらの原燃料および水を用いて改質反応を進行させるための改質触媒（図示せず）を充填した改質器５２Ａを有する。なお、本例においては、水素生成器５２には、改質器５２Ａのみを設ける形態を示したが、水素含有燃料ガス中の一酸化炭素を低減するため、変成反応により一酸化炭素を低減する変成器、及び酸化反応またはメタン化反応により一酸化炭素を低減する一酸化炭素除去器の少なくともいずれか一方を設ける形態を採用しても構わない。
　燃焼器５１には、燃焼用の燃料（以下、「燃焼燃料」という）と、燃焼用の空気（以下、「燃焼空気」という）と、が供給され、これにより、燃焼器５１において高温の燃焼排ガスを生成できる。この燃焼排ガスは、改質器５２Ａを加熱することで、改質触媒が改質反応に適した温度（例えば、６００℃～７００℃程度）にまで加熱される。
　また、図５に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１００Ｂは、燃焼器５１の燃焼排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する凝縮器６３を備える。
そして、第１の循環流路７１Ｂの１次冷媒は、第１の循環器７０Ｂの動作により、凝縮器６３内、および、第１熱交換器４Ｂ内を通るように循環する。また、第１の循環流路７１Ｂには、１次冷媒の温度を検知する、第１温度検知器７２Ｂが設けられている。なお、第１温度検知器７２Ｂは、凝縮器６３と第１熱交換器４Ｂとの間の第１の循環流路７１Ｂ上に設けられているが、第１の循環流路７１Ｂ上であればいずれの箇所でも構わない。
　第１の循環器７０Ｂは、第１の循環流路７１Ｂ内で１次冷媒を循環させるための機器であり、例えば、ポンプを用いることができるが、第１の循環器７０Ｂは、第１の循環流路７１Ｂ内で１次冷媒を循環されることが可能であれば、他の機器でもよい。第１温度検知器７２Ｂとして、例えば、サーミスタや熱電対を用いることができるが、第１温度検知器７２Ｂは、他の温度検知器でもよい。
　凝縮器６３では、第１の循環流路７１Ｂを流れる１次冷媒と燃焼器５１の燃焼排ガスとの間の熱交換により１次冷媒が加熱され、燃焼排ガスが冷却される。つまり、燃焼排ガスは、燃焼排ガスの持っている熱を１次冷媒に与え、自らは温度が下がって凝縮器６３から出る。これにより、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮される。この凝縮水は回収水タンク（図示せず）に送られる。なお、第１熱交換器４Ｂにおいて、第１の循環流路７１Ｂを流れる１次冷媒と、共通流路３を流れる２次冷媒と、が熱交換する。
　上述のように構成された、本実施の形態の燃料電池システム１００Ｂは、上記１次冷媒の凍結抑制のために、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に、１次冷媒の凍結抑制のために、加熱器２００を動作させるとともに第１の循環器７０Ｂ及び第２の循環器８を動作させる第１処理を実行するよう構成されている。なお、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に、上記第１処理において、２次冷媒は、第２の循環流路３０Ａ内を循環し、蓄熱器５を経由せず、熱交換器４Ｂにおいて１次冷媒と熱交換するよう構成されている。これにより、燃料電池システム１００Ｂで排出される排ガスを冷却する１次冷媒についても、実施の形態１と同様に、加熱器２００の熱を利用した１次冷媒の凍結抑制運転において、加熱器２００の熱を１次冷媒に伝える伝熱効率が従来よりも改善する。
　また、１次冷媒の凍結抑制運転において、実施の形態１の変形例と同様に、上記第１処理の前に、加熱器２００を動作させず、第１の循環器７０Ｂを動作させる第２処理を実行する形態を採用しても構わない。これにより、上記変形例と同様に、１次冷媒の凍結抑制運転のために消費されるエネルギーを抑制することが可能になる。
　なお、上記１次冷媒の凍結抑制運転（第１処理または第２処理）の具体的動作は、第１温度検知器７２Ｂの検知温度に基づき実施の形態１の燃料電池システムと同様に実行されるので、その説明を省略する。
　また、上記第２処理については、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に、第２の循環器８を動作させない形態であっても、第２の循環器８を動作させ、２次冷媒を第２の循環流路３０Ａ内で循環させる形態のいずれであっても構わない。
（実施の形態１、２の他の変形例１）
　実施の形態１、２、および、実施の形態１、２の変形例では、燃料の燃焼によって生じる高温の燃焼排ガスを生成できる燃焼器１４を含む加熱器２００が例示されているが、第２の循環流路３０Ａ内の２次冷媒を加熱する加熱器２００は、燃焼器１４を含む構成には限定されない。例えば、これらの更なる変形例として、このような加熱器が、燃焼器１４に代えて、大気熱を用いるヒートポンプを含んでもよい。
（実施の形態１、２の他の変形例２）
　実施の形態１、２、および、実施の形態１、２の変形例では、加熱器２００の加熱量を特定していないが、これらの更なる変形例として、第２の循環流路３０Ａ内の２次冷媒を加熱する加熱器２００において、その加熱量を周期的に増減させる方が、エネルギーの有効利用の観点から好ましいと考えられる。例えば、一定の時間毎に、加熱器２００の加熱量が増加と減少が繰返されるよう制御される。具体的には、制御器４０の制御により、一定の時間毎に加熱器２００の加熱量が第１加熱量と第１の加熱量よりも大きい第２加熱量との間を周期的に変動するよう制御される。
　また、「加熱器２００の加熱量を周期的に増減させる」形態として、上記に限定されず、例えば、２次冷媒温度に基づいて加熱量の増加と減少とが繰り返される形態を採用しても構わない。例えば、制御器４０は、加熱器２００の加熱動作により２次冷媒が過昇温するのを抑制するため２次冷媒温度の上昇に伴い加熱器２００の加熱量を減少させ、冷却水の凍結を抑制するため２次冷媒温度の下降に伴い加熱器２００の加熱量を増加させるような制御をするよう構成される。より具体的には、第２温度検知器９の検知温度が、第１の閾値以上である場合に、加熱器２００の加熱量を第１の加熱量とし、第２温度検知器９の検知温度が、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合に、加熱器２００の加熱量を第１の加熱量よりも大きい第２の加熱量となるよう制御する。
　かかる構成により、加熱器２００の加熱量を必要に応じて周期的に増減できるので、加熱器２００により加熱される２次冷媒の過昇温を抑制しながら、冷却水の凍結抑制運転を行うことができる。
　本発明によれば、燃料電池システムの排熱を回収する１次冷媒の凍結抑制運転において、２次冷媒を加熱する加熱器の熱を１次冷媒に伝える伝熱効率が従来よりも改善する。よって、本発明は、例えば、家庭用または業務用の燃料電池システム等に利用できる。
１、１Ａ、１Ｂ　燃料電池
２、７１Ａ、７１Ｂ　第１の循環流路
３　共通流路
４、４Ａ、４Ｂ　第１熱交換器
５　蓄熱器
６、７０Ａ、７０Ｂ　第１の循環器
７　７２Ａ、７２Ｂ　第１温度検知器
８　第２の循環器
９　第２温度検知器
１０　バイパス流路
１１　第１切替器
１２　第２熱交換器
１３　第２切替器
１４、５１　燃焼器
１５　蓄熱側流路
１６　第３の循環器
１７　熱負荷流路
２０　熱負荷
３０Ａ　第２の循環流路
３０Ｂ　第３の循環流路
３０Ｃ　第４の循環流路
４０　制御器
５２　水素生成器
５２Ａ　改質器
６１、６２、６３　凝縮器
１００、１００Ａ、１００Ｂ　燃料電池システム
２００　加熱器

Claims (6)

  1. 　燃料電池と、前記燃料電池を有する燃料電池システムで生成された排熱を回収する１次冷媒が循環する第１の循環流路と、前記１次冷媒より熱回収した２次冷媒を貯える蓄熱器と、前記１次冷媒と前記２次冷媒とが熱交換する熱交換器と、前記蓄熱器を経由せず、前記熱交換器において前記１次冷媒と熱交換する前記２次冷媒が循環する第２の循環流路と、前記１次冷媒を前記第１の循環流路内で循環させる第１の循環器と、前記２次冷媒を前記第２の循環流路内で循環させる第２の循環器と、前記第２の循環流路内の前記２次冷媒を加熱する加熱器と、前記１次冷媒の凍結抑制のために前記加熱器を動作させるとともに、前記第１の循環器及び前記第２の循環器を動作させる第１処理を実行する制御器と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
  2. 　前記蓄熱器を経由して前記熱交換器において前記１次冷媒と熱交換する前記２次冷媒が循環する第３の循環流路と、前記熱交換器よりも上流の前記第３の循環流路と前記熱交換器よりも下流の前記第３の循環流路とを接続するバイパス流路と、を備え、
    　前記第２の循環流路は、前記熱交換器の上流での前記バイパス流路との接続箇所から前記熱交換器を経由し前記熱交換器の下流での前記バイパス流路との接続箇所に至るまでの前記第３の循環流路及び前記バイパス流路により構成される請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 　前記熱交換器を通過した前記２次冷媒の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス流路との間で切り替える切替器を備え、
    　前記制御器は、前記第１処理において、前記流入先が前記バイパス流路側になるよう前記切替器を制御することを特徴とする、請求項２記載の燃料電池システム。
  4. 　前記制御器は、前記第１処理に先行して、前記加熱器を動作させず、前記第１の循環器を動作させる第２処理を実行することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
  5. 　前記制御器は、前記第１処理中において前記加熱器の加熱量を周期的に増減させるよう前記加熱器を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
  6. 　燃料電池と、前記燃料電池を有する燃料電池システムで生成した排熱を回収する１次冷媒が循環する第１の循環流路と、前記１次冷媒より熱回収した２次冷媒を貯える蓄熱器と、前記１次冷媒と前記２次冷媒とが熱交換する熱交換器と、前記蓄熱器を経由せず、前記熱交換器において前記１次冷媒と熱交換する前記２次冷媒が循環する第２の循環流路と、前記１次冷媒を前記第１の循環流路内で循環させる第１の循環器と、前記２次冷媒を前記第２の循環流路内で循環させる第２の循環器と、前記第２の循環流路内の前記２次冷媒を加熱する加熱器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    前記１次冷媒の凍結抑制のために、
    前記加熱器を動作させるとともに前記２次冷媒を前記第２の循環流路内で循環させるステップ（ａ）と、
    前記ステップ（ａ）で加熱された前記２次冷媒の保有熱を、前記熱交換器を介して前記第１の循環流路内を循環する前記１次冷媒に伝熱するステップ（ｂ）と、を備える、燃料電池システムの運転方法。
PCT/JP2010/001638 2009-03-25 2010-03-09 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 WO2010109790A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/259,592 US20120021320A1 (en) 2009-03-25 2010-03-09 Fuel cell system and method for operating fuel cell system
RU2011142983/07A RU2011142983A (ru) 2009-03-25 2010-03-09 Система топливных элементов и способ эксплуатации системы топливных элементов
EP10755594A EP2413410A4 (en) 2009-03-25 2010-03-09 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE FUEL CELL SYSTEM
JP2011505844A JPWO2010109790A1 (ja) 2009-03-25 2010-03-09 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-074933 2009-03-25
JP2009074933 2009-03-25
JP2010-050890 2010-03-08
JP2010050890 2010-03-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010109790A1 true WO2010109790A1 (ja) 2010-09-30

Family

ID=42780489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/001638 WO2010109790A1 (ja) 2009-03-25 2010-03-09 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120021320A1 (ja)
EP (1) EP2413410A4 (ja)
JP (1) JPWO2010109790A1 (ja)
RU (1) RU2011142983A (ja)
WO (1) WO2010109790A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012229895A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Noritz Corp コージェネレーションシステム、排熱利用装置、コージェネレーションシステムの制御方法及びヒートポンプ式給湯装置
JP2018152288A (ja) * 2017-03-14 2018-09-27 ブラザー工業株式会社 燃料電池、異常判断方法及びコンピュータプログラム
JP7494730B2 (ja) 2020-12-25 2024-06-04 株式会社アイシン 燃料電池システム

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018527699A (ja) * 2015-07-08 2018-09-20 キュンドン ナビエン シーオー．，エルティーディー． 燃料電池システム
CN108461777B (zh) * 2018-03-16 2024-03-22 北京亿华通科技股份有限公司 一种用于燃料电池堆的热处理系统
JP7044006B2 (ja) * 2018-07-31 2022-03-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001065976A (ja) * 1999-08-26 2001-03-16 Matsushita Electric Works Ltd コージェネレーションシステム
JP2002246052A (ja) * 2001-02-20 2002-08-30 Equos Research Co Ltd 燃料電池装置及びその起動方法
JP2004199920A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Noritz Corp 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2004296265A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池システム
JP2004335402A (ja) * 2003-05-12 2004-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池コージェネレーション装置
JP2005025986A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Osaka Gas Co Ltd コージェネレーションシステム
JP2005302627A (ja) * 2004-04-15 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池コージェネレーションシステム
WO2005112175A1 (ja) * 2004-05-19 2005-11-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 燃料電池システム
JP2006127861A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2006172948A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2006179225A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2007165243A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池熱電併給装置
JP2008190751A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2009009880A (ja) * 2007-06-29 2009-01-15 Noritz Corp コージェネレーションシステム及び貯留タンク側ユニット

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0741428A1 (en) * 1995-05-04 1996-11-06 FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO A supply system for fuel cells of the S.P.E. (SOLID POLYMER ELECTROLYTE) type for hybrid vehicles).
DE19850829C1 (de) * 1998-11-04 2000-03-16 Valeo Klimasysteme Gmbh Kühl-Heiz-Kreis für ein Fahrzeug
DE10107596B4 (de) * 2001-02-17 2005-11-03 Man Nutzfahrzeuge Ag Niedertemperatur-Brennstoffzelleneinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere PEM (Proton-Exchange Membrane)-Brennstoffzelleneinrichtung
US20050019631A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell cogeneration system
JP2006012563A (ja) * 2004-06-24 2006-01-12 Ebara Ballard Corp 燃料電池システム
JP5063927B2 (ja) * 2006-04-24 2012-10-31 アイシン精機株式会社 燃料電池システムの凍結防止装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001065976A (ja) * 1999-08-26 2001-03-16 Matsushita Electric Works Ltd コージェネレーションシステム
JP2002246052A (ja) * 2001-02-20 2002-08-30 Equos Research Co Ltd 燃料電池装置及びその起動方法
JP2004199920A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Noritz Corp 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2004296265A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池システム
JP2004335402A (ja) * 2003-05-12 2004-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池コージェネレーション装置
JP2005025986A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Osaka Gas Co Ltd コージェネレーションシステム
JP2005302627A (ja) * 2004-04-15 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池コージェネレーションシステム
WO2005112175A1 (ja) * 2004-05-19 2005-11-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 燃料電池システム
JP2006127861A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2006172948A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2006179225A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2007165243A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池熱電併給装置
JP2008190751A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2009009880A (ja) * 2007-06-29 2009-01-15 Noritz Corp コージェネレーションシステム及び貯留タンク側ユニット

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012229895A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Noritz Corp コージェネレーションシステム、排熱利用装置、コージェネレーションシステムの制御方法及びヒートポンプ式給湯装置
JP2018152288A (ja) * 2017-03-14 2018-09-27 ブラザー工業株式会社 燃料電池、異常判断方法及びコンピュータプログラム
JP7494730B2 (ja) 2020-12-25 2024-06-04 株式会社アイシン 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP2413410A1 (en) 2012-02-01
EP2413410A4 (en) 2012-12-12
JPWO2010109790A1 (ja) 2012-09-27
US20120021320A1 (en) 2012-01-26
RU2011142983A (ru) 2013-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4644704B2 (ja) 燃料電池システム
JP5150664B2 (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム、及び燃料電池コージェネレーションシステムの運転方法
JP4776391B2 (ja) 排熱利用システム
KR100525668B1 (ko) 연료 전지 시스템
JP2015002093A (ja) 燃料電池システム
JP2005100873A (ja) 燃料電池システム
WO2010109790A1 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
JP2013105612A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
US20110269041A1 (en) Fuel cell cogeneration system
JP5980025B2 (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2017068913A (ja) 燃料電池システム
JP4845899B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008243555A (ja) 燃料電池システム
JP4087840B2 (ja) 燃料電池システム
JP2014182923A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP2006029745A (ja) 貯湯式の給湯熱源装置
JP2004150646A (ja) コジェネレーションシステム
JP2004127841A (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2004111209A (ja) 燃料電池発電システム
JP4252779B2 (ja) 燃料電池設備
JP5371842B2 (ja) 燃料電池システム
JP2013057435A (ja) 熱供給システム
JP2004247084A (ja) 燃料電池発電システム
JP2006164541A (ja) 燃料電池システム
JP5586178B2 (ja) 燃料電池コジェネレーションシステム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10755594

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011505844

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13259592

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010755594

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011142983

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A