(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装ケース内に、複数の燃料電池セルおよび該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、前記改質器での改質反応に利用される水を生成するための改質用水生成手段および該改質用水生成手段にて生成された水を前記改質器に供給するための水ポンプを備える補機とを有してなる燃料電池装置であって、
前記燃料電池装置内の温度を測定するための温度計測手段、
前記水ポンプと前記改質器とを接続する水供給管および前記改質用水生成手段に設けられたそれぞれを加熱するための電力にて作動する加熱手段、
前記加熱手段に電力を供給するための電圧の異なる複数の電力源、
前記加熱手段に電力を供給するための電圧の低い前記電力源と電圧の高い前記電力源とを切り換えるための切り換え手段、
ならびに前記水ポンプおよび前記切り換え手段を制御するための制御装置を備えるとともに、
該制御装置は、前記水ポンプに伝送される制御信号と、前記水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、前記水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合であって、前記温度計測手段によって測定される前記燃料電池装置内の温度が所定の温度以下の場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、前記加熱手段に電力を供給するための前記電力源を、電圧の低い前記電力源から電圧の高い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
外装ケース内に設けられた仕切部材により、複数の燃料電池セルおよび該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールが収納されたモジュール収納室と、前記改質器での改質反応に利用される水を生成するための改質用水生成手段および該改質用水生成手段にて生成された水を前記改質器に供給するための水ポンプを備える補機が収納された補機収納室とが上下に区画されてなる燃料電池装置であって、
前記モジュール収納室内の温度を測定するためのモジュール収納室内温度計測手段および前記補機収納室内の温度を測定するための補機収納室内温度計測手段、
前記水ポンプと前記改質器とを接続する水供給管に設けられた、電力にて作動する第１の加熱手段および前記改質用水生成手段に設けられた、電力にて作動する第２の加熱手段、前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段に電力を供給するための電圧の異なる複数の電力源、
前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段に電力を供給するための電圧の低い前記電力源と電圧の高い前記電力源とを切り換えるための切り換え手段、
ならびに前記水ポンプおよび前記切り換え手段を制御するための制御装置を備えるとともに、
該制御装置は、前記モジュール収納室内温度計測手段によって測定された温度に基づいて前記第１の加熱手段の動作を制御し、前記補機収納室内温度計測手段によって測定された温度に基づいて前記第２の加熱手段の動作を制御するとともに、
前記水ポンプに伝送される制御信号と、前記水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、前記水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合であって、
前記モジュール収納室内温度計測手段または前記補機収納室内温度計測手段によって測定される温度が所定の温度以下の場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、
前記第１の加熱手段または前記第２の加熱手段に電力を供給するための前記電力源を、電圧の低い前記電力源から電圧の高い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記加熱手段に電力を供給するための前記電力源として、電圧の高い前記電力源を作動させて所定時間経過後に、電圧の低い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御するとともに、前記水ポンプの動作を再開させる制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第１の加熱手段または前記第２の加熱手段に電力を供給するための前記電力源として、電圧の高い前記電力源を作動させて所定時間経過後に、電圧の低い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御するとともに、前記水ポンプの動作を再開させる制御を行なうことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記水ポンプの動作を再開させた後において、前記温度計測手段によって測定された温度が所定の温度以下の場合であって、前記水ポンプの動作に異常が生じていると再度判断された場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、電圧の高い前記電力源より前記加熱手段に電力を供給するように前記切り換え手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記水ポンプの動作を再開させた後において、前記モジュール収納室内温度計測手段または前記補機収納室内温度計測手段によって測定される温度が所定の温度以下の場合であって、前記水ポンプの動作に異常が生じていると再度判断された場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、前記第１の加熱手段または前記第２の加熱手段に電圧の高い前記電力源より電力を供給するように前記切り換え手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記水ポンプの起動および停止を所定回数繰り返した場合において、前記水ポンプに伝送される制御信号と、前記水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、前記水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合に、前記燃料電池装置を停止するように制御することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、外装ケース内に、水素含有ガス（燃料ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルと改質器とを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールを収納するためのモジュール収納室と、該燃料電池モジュールを稼動するための補機を収納するための補機収納室とを、上下に区画してなる燃料電池装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような燃料電池装置においては、改質器にて改質効率の高い水蒸気改質を行うにあたり、水タンクやイオン交換樹脂装置等の改質用水生成手段や、該改質用水生成手段により生成された純水を改質器に供給するための水ポンプ、水ポンプと改質器とを接続する水供給管を備えている。
【０００４】
ところで、このような燃料電池装置を寒冷地にて使用する場合においては、運転停止中等において、水供給管や改質用水生成手段が凍結し、効率の良い運転が困難となるおそれがある。
【０００５】
それゆえ、これら水供給管や改質用水生成手段の凍結を抑制することを目的として、燃料電池装置内や、改質用水生成手段等にヒーター等の加熱手段を設けることが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０５８２６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７０９３号公報
【特許文献３】特開２００５−２５９４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のような燃料電池装置において、運転コストを低減するにあたり、水供給管や改質用水生成手段の凍結を抑制するための電力にて作動する加熱手段に対し、電圧の低い電力源を使用することが想定される。
【０００８】
しかしながら、このような燃料電池装置を特に寒冷地で使用する場合に、水供給管や改質用水生成手段の凍結が溶解せず、燃料電池装置を起動させることが困難となるおそれがある。
【０００９】
一方で、水供給管や改質用水生成手段の凍結を抑制するための、電力にて作動する加熱手段に対し、電圧の高い電力源を継続して使用する場合には、運転コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
それゆえ、本発明においては、水供給管や改質用水生成手段の凍結を効率よく溶解することができるとともに、効率の良い運転を行なうことが可能な燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルおよび該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、前記改質器での改質反応に利用される水を生成するための改質用水生成手段および該改質用水生成手段にて生成された水を前記改質器に供給するための水ポンプを備える補機とを有してなる燃料電池装置であって、前記燃料電池装置内の温度を測定するための温度計測手段、前記水ポンプと前記改質器とを接続する水供給管および前記改質用水生成手段に設けられたそれぞれを加熱するための電力にて作動する加熱手段、前記加熱手段に電力を供給するための電圧の異なる複数の電力源、前記加熱手段に電力を供給するための電圧の低い前記電力源と電圧の高い前記電力源とを切り換えるための切り換え手段、ならびに前記水ポンプおよび前記切り換え手段を制御するための制御装置を備えるとともに、該制御装置は、前記水ポンプに伝送される制御信号と、前記水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、前記水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合であって、前記温度計測手段によって測定される前記燃料電池装置内の温度が所定の温度以下の場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、前記加熱手段に電力を供給するための前記電力源を、電圧の低い前記電力源から電圧の高い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御することを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池装置においては、水ポンプに伝送される制御信号と、水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合であって、温度計測手段によって測定される燃料電池装置内の温度が所定の温度以下の場合には、水供給管や改質用水生成手段が凍結していると判断する。
【００１３】
この場合に、加熱手段に電力を供給するための電力源を、電圧の低い電力源から電圧の高い電力源に切り換えることにより、水供給管や改質用水生成手段の凍結を効率よく溶解することができ、効率の良い運転を行なうことができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に設けられた仕切部材により、複数の燃料電池セルおよび該燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質器を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールが収納されたモジュール収納室と、前記改質器での改質反応に利用される水を生成するための改質用水生成手段および該改質用水生成手段にて生成された水を前記改質器に供給するための水ポンプを備える補機が収納された補機収納室とが上下に区画されてなる燃料電池装置であって、前記モジュール収納室内の温度を測定するためのモジュール収納室内温度計測手段および前記補機収納室内の温度を測定するための補機収納室内温度計測手段、前記水ポンプと前記改質器とを接続する水供給管に設けられた、電力にて作動する第１の加熱手段および前記改質用水生成手段に設けられた、電力にて作動する第２の加熱手段、前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段に電力を供給するための電圧の異なる複数の電力源、前記第１の加熱手段および前記第２の加熱手段に電力を供給するための電圧の低い前記電力源と電圧の高い前記電力源とを切り換えるための切り換え手段、ならびに前記水ポンプおよび前記切り換え手段を制御するための制御装置を備えるとともに、該制御装置は、前記モジュール収納室内温度計測手段によって測定された温度に基づいて前記第１の加熱手段の動作を制御し、前記補機収納室内温度計測手段によって測定された温度に基づいて前記第２の加熱手段の動作を制御するとともに、前記水ポンプに伝送される制御信号と、前記水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、前記水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合であって、前記モジュール収納室内温度計測手段または前記補機収納室内温度計測手段によって測定される温度が所定の温度以下の場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、前記第１の加熱手段または前記第２の加熱手段に電力を供給するための前記電力源を、電圧の低い前記電力源から電圧の高い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
このような燃料電池装置においては、補機収納室内に収納された補機類のうち、水ポンプと改質器とを接続する水供給管を加熱するための第１の加熱手段の動作を、モジュール収納室内の温度に基づいて制御し、改質用水生成手段を加熱するための第２の加熱手段の動作を、補機収納室内の温度に基づいて制御するとともに、モジュール収納室内温度計測手段または補機収納室内温度計測手段によって測定される温度が所定の温度以下の場合に、水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、第１の加熱手段または第２の加熱手段に電力を供給するための電力源を、電圧の低い電力源から電圧の高い電力源に切り換えるように切り換え手段を制御することから、水供給管や改質用水生成手段の凍結を効率よく溶解することができ、効率の良い運転を行なうことができる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記加熱手段に電力を供給するための前記電力源として、電圧の高い前記電力源を作動させて所定時間経過後に、電圧の低い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御するとともに、前記水ポンプの動作を再開させる制御を行なうことが好ましい。
【００１７】
このような燃料電池装置においては、加熱手段に電力を供給するための電力源として、電圧の高い電力源を作動させて所定時間経過後に、電圧の低い電力源に切り換えるように切り換え手段を制御することにより、効率の良い運転を行なうことができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記第１の加熱手段または前記第２の加熱手段に電力を供給するための前記電力源として、電圧の高い前記電力源を作動させて所定時間経過後に、電圧の低い前記電力源に切り換えるように前記切り換え手段を制御するとともに、前記水ポンプの動作を再開させる制御を行なうことが好ましい。
【００１９】
このような燃料電池装置においては、第１の加熱手段または第２の加熱手段に電力を供給するための電力源として、電圧の高い電力源を作動させて所定時間経過後に、電圧の低い電力源に切り換えるように切り換え手段を制御することにより、効率の良い運転を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記水ポンプの動作を再開させた後において、前記温度計測手段によって測定された温度が所定の温度以下の場合であって、前記水ポンプの動作に異常が生じていると再度判断された場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、電圧の高い前記電力源より前記加熱手段に電力を供給するように前記切り換え手段を制御することが好ましい。
【００２１】
このような燃料電池装置においては、水ポンプの動作を再開させた後において、水ポンプの動作に異常が生じていると再度判断された場合に、再度加熱手段を電圧の高い電力源より供給される電力にて作動させることにより、直ちに燃料電池装置を停止することなく、効率のよい運転を行なうことができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記水ポンプの動作を再開させた後において、前記モジュール収納室内温度計測手段または前記補機収納室内温度計測手段によって測定される温度が所定の温度以下の場合であって、前記水ポンプの動作に異常が生じていると再度判断された場合に、前記水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、前記第１の加熱手段または前記第２の加熱手段に電圧の高い前記電力源より電力を供給するように前記切り換え手段を制御することが好ましい。
【００２３】
このような燃料電池装置においては、水ポンプの動作を再開させた後において、水ポンプの動作に異常が生じていると再度判断された場合であって、モジュール収納室内温度計
測手段または前記補機収納室内温度計測手段によって測定される温度が所定の温度以下の場合に、再度第１の加熱手段または第２の加熱手段を電圧の高い電力源により供給される電力にて作動させることにより、直ちに燃料電池装置を停止することなく効率の良い運転を行うことができる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記水ポンプの起動および停止を所定回数繰り返した場合において、前記水ポンプに伝送される制御信号と、前記水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、前記水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合に、前記燃料電池装置を停止するように制御することが好ましい。
【００２５】
このような燃料電池装置においては、水ポンプの起動および停止を所定回数繰り返した場合においても水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合には、水ポンプ自体に異常が生じていると判断して、燃料電池装置の動作を停止することで、効率の良い運転を行なうことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の燃料電池装置は、水ポンプに伝送される制御信号と、水ポンプから伝送される動作信号とに基づいて、水ポンプの動作に異常が生じていると判断された場合であって、温度計測手段により測定される燃料電池装置内の温度が所定の温度以下の場合に、水ポンプの動作を停止する制御を行なうとともに、加熱手段に電力を供給するための前記電力源を、電圧の高い電力源に切り換えるように切り換え手段を制御することから、水供給管や改質用水生成手段の凍結を効率よく溶解することができ、効率の良い運転を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図３】本発明の燃料電池装置の構成の一例を示す概略的に示す概略図である。
【図４】本発明の燃料電池装置の制御の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明の燃料電池装置を備える燃料電池システムの一例を示した構成図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。
【００２９】
図１に示す燃料電池システムは、発電を行なう発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間に水を循環させるための循環配管とから構成されており、発電ユニットが本発明の燃料電池装置に相当する。
【００３０】
図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）は、複数個の燃料電池セル（例えば中空平板型の燃料電池セル等）を組み合わせてなる燃料電池セルスタック１（以下、セルスタックと略す場合がある。）、天然ガス等の原燃料を供給する原燃料供給手段２、セルスタック１を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段３、原燃料と水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。なお、改質器４は、後述する水ポンプ５により供給される水（純水、以下適宜水と略す場合がある。）を気化し、原燃料供給手段２から供給された原燃料と水蒸気とを混合するための気化部と、内部に改質触媒を備え、混合された原燃料と水蒸気とを反応させて燃料ガス（水素含有ガス）を生成するための改質部とを備えている。
【００３１】
なお、図１において、セルスタック１や改質器４を収納容器内に収納することで、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールが構成される。なお図１においては、燃料電池モジュールを構成する各装置類を二点鎖線により囲って示している（図１においてＭで示している）。
【００３２】
また、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）においては、セルスタック１を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と循環配管１２を流れる水とで熱交換を行なう熱交換器６、熱交換器６で生成された凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理装置１５、凝縮水処理装置１５にて処理された水（純水）を貯水するための水タンク７とが設けられており、水タンク７と熱交換器６とが凝縮水供給管１４により接続されている。なお、熱交換器６での熱交換により生成される凝縮水の水質によっては、凝縮水処理装置１５を設けない構成とすることもできる。また、凝縮水処理装置１５が水を貯水する機能を有する場合には、水タンク７を設けない構成とすることもできる。本発明の燃料電池装置においては、凝縮水処理装置１５や水タンク７が改質用水生成手段に該当する（図１においてＷで示している）。
【００３３】
水タンク７に貯水された水は、水タンク７と改質器４とを接続する水供給管１６に備えられた水ポンプ５により改質器４（気化部、図示せず。）に供給される。
【００３４】
さらに図１に示す燃料電池装置は、燃料電池セルにて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電流の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワーコンディショナ）８、熱交換器６の出口に設けられ熱交換器６の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１０のほか、制御装置９が設けられており、循環配管１２内で水を循環させる循環ポンプ１１とあわせて発電ユニット（燃料電池装置）が構成されている。なお、パワーコンディショナ８および制御装置９については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な発電ユニットとすることができる（図示せず）。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１３を具備して構成されている。
【００３５】
また、セルスタック１と熱交換器６との間には、燃料電池セル（セルスタック１）の運転に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置が設けられている（図示せず）。なお、排ガス処理装置は、収納容器内に排ガス処理手段を収納してなり、排ガス処理手段としては、一般的に公知の燃焼触媒を用いることができる。
【００３６】
図中の矢印は、原燃料、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置９に伝送される主な信号経路、または制御装置９より伝送（発信）される主な信号経路を示している。
【００３７】
ここで、図１に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。燃料電池セルの発電に用いられる燃料ガスを生成するために水蒸気改質を行なうにあたり、改質器４で使用される水は、熱交換器６において燃料電池セル（セルスタック１）の運転に伴って生じた排ガスと循環配管１２を流れる水との熱交換により生成される凝縮水が用いられる。熱交換器６にて生成された凝縮水は、凝縮水処理装置１５により処理されて（純水とされて）水タンク７に供給される。水タンク７に貯水された水は、水ポンプ５により改質器４に供給され、原燃料供給手段２より供給される原燃料とで水蒸気改質が行われ、生成された燃料ガスが燃料電池セルに供給される。燃料電池セルにおいては、燃料ガスと酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスとを用いて発電が行われる。このように凝縮水を有効に利用することにより、水自立運転を行なうことができる。
【００３８】
図２は、図１に示すモジュールＭの一例を示す外観斜視図である。モジュールＭは、収納容器２０内に、燃料電池セル２１の複数個を集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続して構成されるセルスタック１の下端を、燃料電池セル２１に燃料ガスを供給するためのマニホールド２２に固定してなるセルスタック装置２６を収納している。
【００３９】
なお、燃料電池セル２１にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器４をセルスタック１の上方に配置している。また改質器４は、改質器４にて水蒸気改質を行なうために、水ポンプ５より水供給管１６を介して供給された水を気化するための気化部２３と、気化部２３にて気化された水と原燃料とで改質反応を行なうための内部に改質触媒を備える改質部２４とを備えている。そして、改質部２４で生成された燃料ガスは、ガス流通管２５を介してマニホールド２２に供給され、マニホールド２２を介して燃料電池セル２１に供給される。
【００４０】
また、図２においては、収納容器２０の一部（前後壁）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置２６および改質器４を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示した燃料電池モジュールＭにおいては、セルスタック装置２６を、収納容器２０内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置２６は、改質器４を含むものとしても良い。
【００４１】
なお、特に説明していないが、収納容器２０の底面には、燃料電池セル２１に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給管（図２において左側）と、燃料電池セルの発電等により生じる排ガスを熱交換器６に向けて排気するための排気管（図２において右側）とが接続されている。
【００４２】
また収納容器２０の内部には、酸素含有ガス供給管より供給された酸素含有ガスを燃料電池セル２１に供給するための酸素含有ガス導入部材２７が配置されており、図２に示すモジュールＭにおいては、酸素含有ガス導入部材２７は、マニホールド２２に並置されたセルスタック１の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル２１の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル２１の下端部に酸素含有ガスを供給する。
【００４３】
そして、燃料電池セル２１より排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル２１の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル２１の温度を上昇させることができ、セルスタック装置２６の起動を早めることができる。また、燃料電池セル２１の上端部側にて、燃料電池セル２１から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル２１（セルスタック１）の上方に配置された改質器４を温めることができる。それにより、改質器４で効率よく改質反応を行うことができる。
【００４４】
そして、このようなモジュールＭや改質用水生成手段Ｗ等を外装ケース内に収納することにより燃料電池装置とすることができる。
【００４５】
図３は、本発明の燃料電池装置の一例を概略的に示す概略図であり、外装ケース２９の一部を取り外して、外装ケース２９の内部が見えるようにして示している。
【００４６】
図３において燃料電池装置２８は、外装ケース２９内に仕切部材３０を有し、仕切部材３０の上方が、モジュールＭが配置されたモジュール収納室３１とされている。また、仕切部材３０の下方が、モジュールＭを動作させるための補機を収納するための補記収納室３１とされている。なお、モジュールＭは仕切部材３０上に配置された断熱材３３上に配置されている。
【００４７】
また、図３に示す燃料電池装置２８においては、補機収納室３２内に収納される補機類（図１参照）を一部省略して示しており、補機収納室３２内に収納する補機類として、水ポンプ５、熱交換器６、パワーコンディショナ８、制御装置９、改質用水生成手段Ｗ（水タンク７、凝縮水処理装置１５）、水供給管１６（一部はモジュール収納室３１内に位置している）の一部、切り換え手段１８等を示している。
【００４８】
このように、外装ケース２９を上下に区画した形状とすることにより、コンパクトな形状の燃料電池装置２８とすることができる。
【００４９】
ここで、燃料電池装置２８を寒冷地にて使用する場合において、特に燃料電池装置２８の運転停止中に、水供給管１６や改質用水生成手段Ｗが凍結するおそれがある。それゆえ、図３に示す燃料電池装置２８においては、加熱手段として、水供給管１６に第１の加熱手段１７（ヒーター等）を設けるとともに、改質用水生成手段Ｗに第２の加熱手段１８を設けている。なお、以降の説明において、加熱手段として第１の加熱手段１７と第２の加熱手段１８との２つを用いる場合により説明するが、加熱手段を１つとすることもでき、またその場合において、燃料電池装置２８内の温度を測定するための温度計測手段も１つとすることができる。
【００５０】
また、燃料電池装置２８の運転停止時においては、モジュール収納室３１内の温度が、補機収納室３２よりも低下する場合がある。それゆえ、図３に示す燃料電池装置２８においては、モジュール収納室３１内の温度を測定するためのモジュール収納室内温度計測手段３４（温度センサ等）と、補機収納室３２内の温度を測定するための補機収納室内温度計測手段３５とを備えており、制御装置９は、これらの温度計測手段により測定された温度に基づいて、第１の加熱手段１７および第２の加熱手段１８の動作をそれぞれ制御することが好ましい。それにより、水ポンプ５と改質器４とを接続する水供給管１６および改質用水生成手段Ｗの凍結を効率よく溶解することができ、また同様に水供給管１６および改質用水生成手段Ｗが凍結することを抑制することができ、運転効率の向上した燃料電池装置とすることができる。
【００５１】
具体的には、制御装置９は、モジュール収納室内温度計測手段３４によって測定されたモジュール収納室３１内の温度が第１の所定温度以下となった場合に、第１の加熱手段１７の動作を開始させ、モジュール収納室内温度計測手段３４によって測定されたモジュール収納室３１内の温度が、第１の所定温度よりも高く設定された第２の所定温度に達した場合に、第１の加熱手段１７の動作を停止させるように制御することが好ましい。
【００５２】
ここで、第１の所定温度とは、水供給管１６の凍結を効率よく抑制できる温度であり、かつ第１の加熱手段１７を効率よく作動させることができる温度とすることが好ましく、例えば０℃〜５℃の間で適宜設定することが好ましい。
【００５３】
一方、第２の所定温度とは、第１の所定温度よりも高く設定され、水供給管１６が凍結するおそれの低い温度とすることが好ましく、例えば７〜１０℃の間で適宜設定することが好ましい。
【００５４】
なお、この場合においてモジュール収納室内温度計測手段３４は、水供給管１６の凍結を効率よく溶解または抑制するにあたり、水供給管１６の近傍に配置することが好ましい（図３においては、モジュール収納室内温度計測手段３４を水供給管１６に隣接して配置した例を示している。）。
【００５５】
また、特に運転停止中においては、補機収納室３２内の温度よりもモジュール収納室３１内の温度が低下することから、第１の加熱手段１７は、少なくとも一部がモジュール収
納室３１内に位置するように配置することが好ましく、特には図３に示したように、水供給管１６のうちモジュール収納室３１内に位置する部位の全体を覆うように配置することが好ましい。
【００５６】
第１の加熱手段１７を少なくともその一部がモジュール収納室３１内に位置するように配置するとともに、第１の加熱手段１７の動作を、モジュール収納室内温度計測手段３４により測定されたモジュール収納室３１内の温度に基づいて制御することで、水供給管１６の凍結を効率よく溶解することができるとともに、水供給管１６の凍結を効率よく抑制することができる。
【００５７】
また、制御装置９は、補機収納室内温度計測手段３５によって測定された補機収納室３２内の温度が第３の所定温度以下となった場合に、第２の加熱手段１８の動作を開始させ、補機収納室内温度計測手段３５によって測定された補機収納室３２内の温度が第４の所定温度に達した場合に、第２の加熱手段１８の動作を停止させるように制御することが好ましい。
【００５８】
ここで、第３の所定温度とは、改質用水生成手段Ｗの凍結を効率よく抑制できる温度であり、かつ第２の加熱手段１８を効率よく作動させることができる温度とすることが好ましく、例えば、第１の加熱手段１７を効率よく作動させるための第１の所定温度と同一の温度（０℃〜５℃の間で適宜設定する）とすることができる。
【００５９】
一方、第４の所定温度とは、第３の所定温度よりも高く設定され、改質用水生成手段Ｗが凍結するおそれの低い温度とすることが好ましく、第１の加熱手段１７を効率よく作動させるための第２の所定温度と同一の温度（７℃〜１０℃の間で適宜設定する）とすることができる。
【００６０】
なお、この場合において補機収納室内温度計測手段３５は、改質用水生成手段Ｗの凍結を効率よく溶解または抑制するにあたり、補機収納室３４内においてもより温度が低い部位（例えば、補機収納室３４内における底面側（地面側）や、外気の取込口側）に配置することが好ましい（図３においては、補機収納室内温度計測手段３５を、底面側の凝縮水供給管１４に隣接して配置した例を示している。）。
【００６１】
制御装置９が、上述のように、モジュール収納室内温度計測手段３４によって測定されたモジュール収納室３１内の温度に基づいて、第１の加熱手段１７の動作を制御するとともに、補機収納室内温度計測手段３５によって測定された補機収納室３２内の温度に基づいて、第２の加熱手段１８の動作を制御することにより、水ポンプ４と改質器５とを接続する水供給管１６および改質用水生成手段Ｗの凍結を効率よく溶解または抑制することができ、運転効率の向上した燃料電池装置２８とすることができる。
【００６２】
ところで、このような燃料電池装置２８において、運転コストを低減するにあたっては、第１の加熱手段１７および第２の加熱手段１８に電力を供給する電力源として、電圧の低い電力源を使用することが想定される。
【００６３】
しかしながら、このような燃料電池装置２８を特に寒冷地で使用する場合に、特に起動時において、水供給管１６や改質用水生成手段Ｗの凍結が溶解せず、燃料電池装置を起動させることが困難となるおそれがある。
【００６４】
一方で、水供給管１６や改質用水生成手段Ｗの凍結を溶解または抑制するための電力にて作動する加熱手段に対し、電圧の高い電力源を継続して使用する場合には、運転コストが高くなるという問題がある。
【００６５】
それゆえ、本発明の燃料電池装置２８においては、水ポンプ５の動作に異常が生じていると判断された場合に、各温度計測手段により測定された温度に基づいて、各加熱手段に電力を供給するための電力源を切り換える切り換え手段１９を備えており、制御装置９は切り換え手段１９の動作を制御する。
【００６６】
ここで、水ポンプ５の異常は以下のようにして判断することができる。例えば、改質器４に所定量の水を供給するように、制御装置９が水ポンプ５に制御信号を伝送する。一方、水ポンプ５は、制御装置９より伝送された制御信号に基づいて作動する。ここで、水ポンプ５が例えばモータを回転させることで水を吐出させるタイプの場合には、モータを回転させると同時に、その回転情報が動作信号として制御装置９に伝送される。制御装置９は、水ポンプ５に伝送した制御信号と、水ポンプ５から伝送された動作信号（回転情報）とを比較し、その差が所定の範囲外である場合に、水ポンプ５に異常が生じていると判断する。
【００６７】
ここで、制御装置９は、水ポンプ５に伝送される制御信号と、水ポンプ５から伝送される動作信号とに基づいて、水ポンプ５に異常が生じていると判断されるとともに、モジュール収納室内温度計測手段３４または補機収納室内温度計測手段３５によって測定される温度が、所定の温度以下の場合（上述の第１の所定温度以下または第３の所定温度以下）の場合には、水ポンプ５の異常は、水供給管１６または改質用水生成手段Ｗの凍結によるものであると判断することができる。
【００６８】
この場合、制御装置９は、水ポンプ５の動作を停止する制御を行なうとともに、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８に電力を供給するための電力源を、電圧の高い電力源に切り換えるように切り換え手段１９を制御する。
【００６９】
それにより、水供給管１６や改質用水生成手段Ｗの凍結を効率よく溶解することができ、効率の良い運転（起動）を行なうことができる。
【００７０】
図４は、本発明の燃料電池装置２８における制御の流れの一例を示すフローチャートである。以下に図４に示すフローチャートを用いて、本発明の燃料電池装置２８における制御の一例について説明する。
【００７１】
燃料電池装置２８の制御において、制御装置９は、上述の方法により水ポンプ５に異常が生じているか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、水ポンプ５に異常が生じていないと判定される場合には、そのまま運転を継続する（ステップＳ１１）。
【００７２】
一方、水ポンプ５に異常が生じていると判定された場合には、続いてモジュール収納室３１内または補機収納室３２内の温度が、上述の第１の所定温度または第３の所定温度以下であるかどうかを判定する。
【００７３】
ここで、モジュール収納室３１内または補機収納室３２内の温度が、上述の第１の所定温度または第３の所定温度よりも高い場合には、水供給管１６または改質用水生成手段Ｗに凍結が生じておらず、単に水ポンプ５が故障していると判定することができ、この場合燃料電池装置２８の運転を中止する（ステップＳ１２）。
【００７４】
ステップＳ２において、モジュール収納室３１内または補機収納室３２内の温度が、上述の第１の所定温度または第３の所定温度以下であると判定された場合には、水供給管１６または改質用水生成手段Ｗが凍結していると判定し、まず水ポンプ５の動作を停止する制御を行なう（ステップＳ４）。
【００７５】
続いて、制御装置９は、切り換え手段１９を制御して、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８に電力を供給するための電力源を低電圧側から高電圧側に切り換える制御を行なう。ここで切り換え手段１９は、パワーコンディショナ８内に配置することができる。なお、切り換え手段に接続される電力源としては、燃料電池装置２８の発電により生じた電流を変換して低電圧側（例えばＤＣ１２ＶやＤＣ２４Ｖ）とし、商用電源より供給される電流を変換して高電圧側（例えばＡＣ１００Ｖ）とすることができる。なお、高電圧側の電源として、燃料電池装置２８の発電により生じた電流を変換して高電圧側（例えば、ＤＣ４８Ｖ）とすることもできる。ここで、通常運転においては、水供給管１６または改質用水生成手段Ｗの凍結防止を目的として、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８を作動させる場合に、低電圧側の電源を使用することで、燃料電池装置２８の運転コストを低下させることができる。
【００７６】
続いて、モジュール収納室３１内や補機収納室３２内の温度に基づいて、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８を起動させる（ステップＳ６）。
【００７７】
第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８を起動させてから所定時間が経過すると（ステップＳ７）、切り換え手段１９の動作を制御して、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８に電力を供給するための電力源を高電圧側から低電圧側に切り換える制御を行う（ステップＳ８）。続いて水ポンプ５を作動させる（ステップＳ９）。なお、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８を起動させてから所定時間が経過した場合に、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８に電力を供給するための電力源を高電圧側から低電圧側に切り換える制御を行う理由は、運転コストが上昇することを抑制するほか、水供給管１６または改質用水生成手段Ｗの水の温度が上昇しすぎることを抑制するためである。なお、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８を起動させてから所定時間とは、用いる高電圧側の電力源や配管の大きさ等により適宜設定することができるが、例えば高電圧側の電力源としてＡＣ１００Ｖを用いる場合には、１〜１０分程度で適宜設定することができる。
【００７８】
ステップＳ９にて水ポンプ５を起動させた後は、再びステップＳ１に戻り、上記の作動を繰り返す。ここで、水ポンプ５の起動および停止の回数が所定の回数を超えた場合には、水ポンプ５に異常を生じていると判定して、燃料電池装置２８の運転を停止する（ステップＳ１２）。
【００７９】
以上のような制御を行なうことにより、水供給管１６や改質用水生成手段Ｗの凍結を効率よく溶解することができるとともに、効率の良い運転を行なうことができる。
【００８０】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【００８１】
たとえば、上記フローチャートにおけるステップＳ１２において、燃料電池装置２８の運転を停止するかわりに、改質器４での改質反応を部分酸化改質反応に切り換えることもできる。この場合においては、酸素含有ガス供給手段３（または別の酸素含有ガス供給手段）より改質器４に酸素含有ガスを供給することで、改質器４にて水蒸気改質を行なう場合よりも運転効率は低下するものの、燃料電池装置２８を停止することなく運転を継続することもできる。
【００８２】
また、水ポンプ５の起動および停止の回数により燃料電池装置２８の運転継続または運転停止の制御する例を示したが、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８の起動お
よび停止回数に基づいて燃料電池装置２８の運転継続または運転停止の制御することもできる。
【００８３】
さらに、上記フローチャートにおけるステップＳ８において、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８に電力を供給するための電力源を高電圧側から低電圧側に切り換えるかわりに、第１の加熱手段１７または第２の加熱手段１８への電力の供給を停止することもできる。
【符号の説明】
【００８４】
１：セルスタック
４：改質器
５：水ポンプ
８：パワーコンディショナ
９：制御装置
１６：水供給管
１７：第１の加熱手段
１８：第２の加熱手段
１９：切り換え手段
２８：燃料電池装置
２９：外装ケース
３０：仕切部材
３１：モジュール収納室
３２：補機収納室
３４：モジュール収納室内温度計測手段
３５：補機収納室内温度計測手段
Ｍ：燃料電池モジュール
Ｗ：改質用水生成手段
【図１】
0005448916.tif 000002
【図２】
0005448916.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005448916.tif 000005