(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極，空気極，及び冷却板を有する燃料電池本体と、第１の循環ポンプ及び水蒸気分離器を有し、当該第１の循環ポンプの送出力により前記冷却板に１次冷却水を通して当該燃料電池本体の発電時に生じた熱を吸収し、この吸熱により加熱した１次冷却水を前記水蒸気分離器に流入させて当該１次冷却水から水蒸気を分離し、水蒸気が分離された１次冷却水を当該第１の循環ポンプを介して前記冷却板に戻すように構成した冷却手段と、熱交換手段を有し、前記第１の循環ポンプを介して送られる１次冷却水の内の所要量を当該熱交換手段に送って２次冷却水と熱交換することにより前記冷却板に戻される１次冷却水の温度を調節する１次冷却水温度調節手段と、第２の循環ポンプ及び冷却装置を有し、当該第２の循環ポンプの送出力により前記２次冷却水の内の所要量を前記熱交換手段に送って前記１次冷却水と熱交換させ、熱交換により加熱した２次冷却水を前記冷却装置に流入させて冷却し、冷却された２次冷却水を当該第２の循環ポンプを介して前記熱交換手段に戻すように構成することにより、前記１次冷却水と熱交換される２次冷却水の温度を調節する２次冷却水温度調節手段と、前記発電システム全体を統括制御するとともに、前記１次冷却水の温度及び２次冷却水の温度に応じて前記１次冷却水温度調節手段及び前記２次冷却水温度調節手段をそれぞれ制御することにより、前記熱交換手段に送られる１次冷却水の量及び前記熱交換手段に送られる前記２次冷却水の量を調節する制御ユニットとを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記第１の循環ポンプを当該第１の循環ポンプに送られた１次冷却水の温度に応じてオン／オフ駆動させる第１のポンプ駆動手段と、前記第２の循環ポンプを当該第２の循環ポンプに送られた２次冷却水の温度に応じてオン／オフ駆動させる第２のポンプ駆動手段とを備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記第１のポンプ駆動手段は、前記第１の循環ポンプに送られた１次冷却水の温度が所定温度を越えている場合は常に当該第１の循環ポンプをオン駆動させ、前記第２のポンプ駆動手段は、前記第２の循環ポンプに送られた２次冷却水の温度が所定温度を越えている場合は常に当該第２の循環ポンプをオン駆動させるようにした請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記１次冷却水温度調節手段は、前記制御ユニットから送られる１次冷却水の温度に基づく制御信号に応じて前記熱交換手段に供給される１次冷却水の量を定める第１の温度調節弁を備え、前記２次冷却水温度調節手段は、前記制御ユニットから送られる２次冷却水の温度に基づく制御信号に応じて前記熱交換手段に供給される２次冷却水の量を定める第２の温度調節弁を備えた請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記１次冷却水の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記２次冷却水の温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、
前記制御ユニットは、前記発電システム全体の統括制御するとともに、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁をそれぞれ制御するメイン制御装置と、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて、前記メイン制御装置が故障した場合に前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁をそれぞれ制御するバックアップ制御装置とを備えた請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記メイン制御装置が故障した場合に当該メイン制御装置から送られる故障信号に応じて、前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁の制御を当該メイン制御装置から前記バックアップ制御装置に切り替える切り替え手段を備えた請求項４記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記バックアップ制御装置は、前記メイン制御装置が故障した場合に当該メイン制御装置から送られる故障信号に応じて、前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁を制御するようにした請求項４記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記１次冷却水の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記２次冷却水の温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、
前記制御ユニットは、前記発電システム全体を統括制御する機能を有するメイン制御装置と、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁を制御する冷却系専用制御装置とを備えた請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記熱交換手段により熱交換された後の１次冷却水の一部を水処理系ラインを介して導き、当該一部の１次冷却水の電気伝導度及び濁度を低減させて前記第１の循環ポンプを介して前記冷却板に戻す１次冷却水処理装置を設け、前記水処理系ラインの途中に当該水処理系ラインを流れる一部の１次冷却水の温度が所定温度を越えた場合に当該１次冷却水の前記水処理装置への流入を遮断する遮断弁を設けるとともに、
前記第１の温度調節弁は、前記制御ユニットから送られる当該ユニットの故障を表す制御信号に応じて前記熱交換手段に全ての１次冷却水を供給し、前記第２の第２の温度調節弁は、前記制御ユニットから送られる当該ユニットの故障を表す制御信号に応じて前記熱交換手段に全ての２次冷却水を供給するようにした請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
前記水蒸気分離器に当該水蒸気分離器により分離された水蒸気の少なくとも一部を外部へ案内するラインを設け、このラインの途中に前記制御ユニット作動時においては前記少なくとも一部の水蒸気の外部への放出を遮断し、当該制御ユニット故障時においては当該少なくとも一部の水蒸気を外部へ放出させる遮断弁を設けた請求項８記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池本体の発電時に発生する熱を冷却する冷却装置（冷却系）を備えた燃料電池発電システムに係わり、特にシステム全体を統括制御する制御装置が故障してシステム運転が停止した場合においても、燃料電池本体に対して常に安定した冷却を行なえるようにした燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電システムは、水素と酸素との電気化学反応により直接電気エネルギーを発生させる発電システムであり、このような燃料電池発電システムは、小容量ながら高い発電効率が得られ、その上環境への影響が少ない等の利点があるため、２１世紀に向けての新しい発電システムとして現在盛んに開発が進められている。
【０００３】
図６は、従来の燃料電池発電システムの概略構成図である。なお、燃料電池発電システムでは、通常、原燃料ガスとして都市ガスを用いている。
【０００４】
すなわち、システム１に供給された都市ガスは、電池冷却水系の水蒸気分離器５により分離された水蒸気と共に改質器２へ送られて水蒸気改質され、この結果水素リッチガスが生成される。生成された水素リッチガスは、燃料電池本体３の燃料極３ａへ送られ、空気は、図示しない送風ブロア等の空気供給器を介して燃料電池本体３の空気極３ｂへ送られる。そして、燃料極３ａへ送られた水素リッチガスに基づく水素イオンが電解質層を介して空気極３ｂに送られた空気中の酸素に基づく酸素イオンと電気化学反応して電気エネルギーが生成される。
【０００５】
また、燃料電池本体３における電気化学反応時に生じた熱は、燃料電池本体３に設けられた冷却板３ｃに１次冷却水を循環させることにより、吸収冷却するようになっている。
【０００６】
この１次冷却水を冷却板３ｃに循環させる１次冷却水循環系（１次冷却水系）によれば、１次冷却水循環ポンプ４の送出力により温度調節弁６及び冷却水入口ラインＬ１を介して冷却板３ｃに通された１次冷却水は、燃料電池本体３により発生された熱を吸収冷却する。この吸収冷却により加熱された１次冷却水は、冷却水出口ラインＬ２を介して水蒸気分離器５に送られて水と蒸気に分離され、その加熱蒸気は、上述したように改質器２へ送られる。
【０００７】
また、水蒸気分離器５により分離された１次冷却水と合流された後述する水処理系ラインＬ８を介して循環する１次冷却水は、ポンプ４を介して送出された後分岐し、分岐した一方の１次冷却水は、分岐ラインＬ３を介して熱交換器７に送られ、２次冷却水との熱交換により冷却された後で温度調節弁（三方弁）６に送られる。また分岐した他方の１次冷却水は直接温度調節弁６に送られる。このとき、温度調節弁６では、図示しない制御装置の制御に基づいて弁の開度を自動調節して熱交換器７へ送られる１次冷却水量を最適に調節している。すなわち、熱交換器７を介して冷却される１次冷却水量が増えれば、温度調節弁６及び冷却水入口ラインＬ１を介して冷却板３ｃに流入される１次冷却水全体の温度が低下し、また、熱交換器７を介して冷却される１次冷却水量が減れば、温度調節弁６及び冷却水入口ラインＬ１を介して冷却板３ｃに流入される１次冷却水全体の温度が上昇するように構成されている。
【０００８】
このようにして全体で温度調節され、燃料電池本体３の冷却に適した温度となった１次冷却水は、冷却水入口ラインＬ１を介して冷却板３ｃに送られて再度燃料電池本体３の冷却に供される。なお、熱交換器７により２次冷却水と熱交換された１次冷却水の一部は分岐し、分岐ラインＬ４を介して熱交換器８に送られて２次冷却水と熱交換される。
【０００９】
上述したように燃料電池本体３は冷却板３ｃを循環する１次冷却水により冷却されており、この燃料電池本体３の冷却により温度上昇した１次冷却水を冷却するために、本システムは、熱交換器７，８に対して２次冷却水を循環させる２次冷却水循環系（２次冷却水系）を備えている。
【００１０】
この２次冷却水系によれば、２次冷却水は、２次冷却水循環ポンプ９の送出力に基づいて温度調節弁１１に送られる。温度調節弁１１では、図示しない制御装置の制御に基づいて弁の開度を自動調節して熱交換器８（及び熱交換器７）へ供給される２次冷却水量、すなわち１次冷却水と熱交換して温度上昇する２次冷却水量を調節しており、２次冷却水全体の温度調節が行なわれている。
【００１１】
温度調節弁１１の調節の下で熱交換器８に送られた２次冷却水は、分岐ラインＬ４を介して送られた一部の１次冷却水との熱交換により加熱・温度上昇された後、接続ラインＬ５を介してさらに熱交換器７に送られ、分岐ラインＬ３を介して送られた１次冷却水との熱交換により加熱・温度上昇される。
【００１２】
熱交換器８，７により２段階に加熱温度上昇された２次冷却水は、冷却水入口ラインＬ６を介して冷却塔１０に送られる。冷却塔１０では、当該２次冷却水は、その温度が一定温度を越えないように冷却される。そして、冷却塔１０から冷却水出口ラインＬ７を介して流出された２次冷却水は、ポンプ９，温度調節弁１１を介して熱交換器８及び７に再度循環され、１次冷却水の冷却に供される。
【００１３】
また、熱交換器８で２次冷却水と熱交換された１次冷却水の一部は、水処理系ラインＬ８を循環して水処理装置１２に送られ、電気伝導度及び濁度が低減される。この電気伝導度及び濁度が低減された一部の１次冷却水は、水処理系ラインＬ８を介して水蒸気分離器５を流出した１次冷却水と合流してポンプ４に供給され、再度燃料電池本体３の冷却に用いられる。
【００１４】
ところで、上述した燃料電池発電システムの中でも、特に小容量システム（一般にオンサイト型と称される出力が数１０ｋＷ〜数１００ｋＷの発電システム）では、上述した温度調節弁６，１１の制御を含む全ての構成要素の統括制御、保護系統動作指令、及び画面表示等のマンマシーンインターフェース動作指令を単一の制御装置で行なっている。このような制御装置は一般にマイクロコンピュータを主体とする電子制御回路で構成されており、コスト及び回路面積等の制約から１重化システムで設計されている。このため、回路素子等のハード部分、あるいは制御プログラム等のソフトウエア部分の不良が原因でマイクロコンピュータ内に故障が発生すると、上述した統括制御、保護系統動作指令、及びマンマシーンインターフェース動作指令が停止し、発電システム全体の動作が停止する。
【００１５】
このように発電システム全体の動作が停止した場合、燃料電池本体３の保護及び安全のために、燃料ガス供給側では、図示しない燃料供給遮断弁をノーマルクローズ（無電圧で閉動作）させて燃料ガスの供給を停止させていた。また、空気供給側では、空気供給器内の電磁弁制御回路が有する継電器をノーマルオープン（無電圧で開動作）させて空気供給器の駆動を停止させていた。
【００１６】
さらに、空気供給側及び燃料が巣供給側それぞれのパージ用窒素ラインの遮断弁（ノーマルオープン）１５，１６を開動作させて、窒素供給部１７から送られる窒素により燃料電池発電システム内の可燃ガスを排出させていた。
【００１７】
一方、上述した燃料電池本体冷却用の１次冷却水系及び２次冷却水系では、制御装置が故障して発電システム全体の動作が停止した場合、その制御装置故障により温度調節弁６，１１が動作しないことになる。
【００１８】
温度調節弁６，１１が動作しない状態、すなわち温度制御を行なわない状態で１次冷却水及び２次冷却水を循環させて燃料電池本体を冷却すると、熱応力等の現象から燃料電池本体が損傷を受けて性能が低下する恐れがあるため、従来の燃料電池発電システムでは、制御装置の故障時には１次冷却水系及び２次冷却水系の冷却水循環動作を停止して、燃料電池本体を非冷却状態のままで放置していた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、運転動作が停止した燃料電池本体を非冷却状態のままで放置しておくと、当該燃料電池本体は非発電状態で高温にさらされることになり、燃料電池本体の発電性能が劣化するという課題が生じていた。
【００２０】
また、上述した小容量の燃料電池発電システムでは、単一のマイクロコンピュータが統括制御、保護系統動作指令、及びマンマシーンインターフェース動作指令を行なっているため、複数のタスクが同時に動作するという特殊な状態になったときに故障が生じることが多いという課題があった。
【００２１】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、制御装置が故障した場合でも確実に燃料電池本体を冷却して発電機能を停止させて、燃料電池本体の発電性能を維持できる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、制御装置をダブルエレメント化することにより、複数のタスクをダブルエレメント化した制御装置により分担して実行可能にし、制御装置の故障頻度を低減させた燃料電池発電システムを提供することを他の目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるため、請求項１に記載した燃料電池発電システムによれば、燃料極，空気極，及び冷却板を有する燃料電池本体と、第１の循環ポンプ及び水蒸気分離器を有し、当該第１の循環ポンプの送出力により前記冷却板に１次冷却水を通して当該燃料電池本体の発電時に生じた熱を吸収し、この吸熱により加熱した１次冷却水を前記水蒸気分離器に流入させて当該１次冷却水から水蒸気を分離し、水蒸気が分離された１次冷却水を当該第１の循環ポンプを介して前記冷却板に戻すように構成した冷却手段と、熱交換手段を有し、前記第１の循環ポンプを介して送られる１次冷却水の内の所要量を当該熱交換手段に送って２次冷却水と熱交換することにより前記冷却板に戻される１次冷却水の温度を調節する１次冷却水温度調節手段と、第２の循環ポンプ及び冷却装置を有し、当該第２の循環ポンプの送出力により前記２次冷却水の内の所要量を前記熱交換手段に送って前記１次冷却水と熱交換させ、熱交換により加熱した２次冷却水を前記冷却装置に流入させて冷却し、冷却された２次冷却水を当該第２の循環ポンプを介して前記熱交換手段に戻すように構成することにより、前記１次冷却水と熱交換される２次冷却水の温度を調節する２次冷却水温度調節手段と、前記発電システム全体を統括制御するとともに、前記１次冷却水の温度及び２次冷却水の温度に応じて前記１次冷却水温度調節手段及び前記２次冷却水温度調節手段をそれぞれ制御することにより、前記熱交換手段に送られる１次冷却水の量及び前記熱交換手段に送られる前記２次冷却水の量を調節する制御ユニットとを備えた燃料電池発電システムにおいて、前記第１の循環ポンプを当該第１の循環ポンプに送られた１次冷却水の温度に応じてオン／オフ駆動させる第１のポンプ駆動手段と、前記第２の循環ポンプを当該第２の循環ポンプに送られた２次冷却水の温度に応じてオン／オフ駆動させる第２のポンプ駆動手段とを備えている。
【００２４】
請求項２に記載した燃料電池発電システムによれば、前記第１のポンプ駆動手段は、前記第１の循環ポンプに送られた１次冷却水の温度が所定温度を越えている場合は常に当該第１の循環ポンプをオン駆動させ、前記第２のポンプ駆動手段は、前記第２の循環ポンプに送られた２次冷却水の温度が所定温度を越えている場合は常に当該第２の循環ポンプをオン駆動させるようにしている。
【００２５】
請求項３に記載した燃料電池発電システムによれば、前記１次冷却水温度調節手段は、前記制御ユニットから送られる１次冷却水の温度に基づく制御信号に応じて前記熱交換手段に供給される１次冷却水の量を定める第１の温度調節弁を備え、前記２次冷却水温度調節手段は、前記制御ユニットから送られる２次冷却水の温度に基づく制御信号に応じて前記熱交換手段に供給される２次冷却水の量を定める第２の温度調節弁を備えている。
【００２６】
請求項４に記載した燃料電池発電システムによれば、前記１次冷却水の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記２次冷却水の温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、前記制御ユニットは、前記発電システム全体の統括制御するとともに、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁をそれぞれ制御するメイン制御装置と、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて、前記メイン制御装置が故障した場合に前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁をそれぞれ制御するバックアップ制御装置とを備えている。
【００２７】
請求項５に記載した燃料電池発電システムによれば、前記メイン制御装置が故障した場合に当該メイン制御装置から送られる故障信号に応じて、前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁の制御を当該メイン制御装置から前記バックアップ制御装置に切り替える切り替え手段を備えている。
【００２８】
請求項６に記載した燃料電池発電システムによれば、前記バックアップ制御装置は、前記メイン制御装置が故障した場合に当該メイン制御装置から送られる故障信号に応じて、前記第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁を制御するようにしている。
【００２９】
請求項７に記載した燃料電池発電システムによれば、前記１次冷却水の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記２次冷却水の温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、前記制御ユニットは、前記発電システム全体を統括制御する機能を有するメイン制御装置と、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁を制御する冷却系専用制御装置とを備えている。
【００３０】
請求項８に記載した燃料電池発電システムによれば、前記熱交換手段により熱交換された後の１次冷却水の一部を水処理系ラインを介して導き、当該一部の１次冷却水の電気伝導度及び濁度を低減させて前記第１の循環ポンプを介して前記冷却板に戻す１次冷却水処理装置を設け、前記水処理系ラインの途中に当該水処理系ラインを流れる一部の１次冷却水の温度が所定温度を越えた場合に当該１次冷却水の前記水処理装置への流入を遮断する遮断弁を設けるとともに、前記第１の温度調節弁は、前記制御ユニットから送られる当該ユニットの故障を表す制御信号に応じて前記熱交換手段に全ての１次冷却水を供給し、前記第２の第２の温度調節弁は、前記制御ユニットから送られる当該ユニットの故障を表す制御信号に応じて前記熱交換手段に全ての２次冷却水を供給するようにしている。
【００３１】
請求項９に記載した燃料電池発電システムによれば、前記水蒸気分離器に当該水蒸気分離器により分離された水蒸気の少なくとも一部を外部へ案内するラインを設け、このラインの途中に前記制御ユニット作動時においては前記少なくとも一部の水蒸気の外部への放出を遮断し、当該制御ユニット故障時においては当該少なくとも一部の水蒸気を外部へ放出させる遮断弁を設けている。
【００３２】
本発明によれば、冷却手段の第１の循環ポンプの送出力により冷却板に１次冷却水が案内されて燃料電池本体の発電時に生じた熱が吸収され、この吸熱により加熱された１次冷却水は、水蒸気分離器に流入して水蒸気成分が分離される。水蒸気が分離された１次冷却水は、第１の循環ポンプを介して冷却板に戻されて再度冷却に供されるようになっている。また、１次冷却水温度調節手段の第１の温度調節弁等により、第１の循環ポンプを介して送られる１次冷却水の内の所要量が熱交換手段に送られて２次冷却水と熱交換されることにより、冷却板に戻される１次冷却水の温度が調節されている。また、２次冷却水温度調節手段の第２の温度調節弁等により、第２の循環ポンプの送出力に基づいて２次冷却水の内の所要量が熱交換手段に送られて１次冷却水と熱交換され、熱交換により加熱されたた２次冷却水は、冷却装置に流入して冷却される。冷却された２次冷却水は、第２の循環ポンプを介して熱交換手段に戻されるように構成され、１次冷却水と熱交換される２次冷却水の温度が調節されている。
【００３３】
一方、制御ユニットにより、発電システム全体が統括制御され、さらに、１次冷却水の温度及び２次冷却水の温度に応じて１次冷却水温度調節手段の第１の温度調節弁等及び２次冷却水温度調節手段の第２の温度調節弁等がそれぞれ制御され、熱交換手段に送られる１次冷却水の量及び熱交換手段に送られる２次冷却水の量が調節されている。
【００３４】
そして、本発明によれば、第１のポンプ駆動手段により、第１の循環ポンプはその第１の循環ポンプに送られた１次冷却水の温度に応じて、その温度が所定温度（例えば燃料電池本体の温度が発電作用を起こさない程度に十分低い値に対応する温度）を越えている場合は常にオン駆動される。また、第２のポンプ駆動手段により、第２の循環ポンプはその第２の循環ポンプに送られた１次冷却水の温度に応じて、例えばその温度が所定温度を越えている場合は常にオン駆動される。
【００３５】
この結果、制御ユニットが故障しても、燃料電池本体の冷却に供される１次冷却水及び２次冷却水の温度は高く所定温度を越えているため、第１の循環ポンプ及び第２の循環ポンプにより１次冷却水及び２次冷却水送出作用が継続して行なわれ、燃料電池本体は、冷却板を循環する１次冷却水（２次冷却水により冷却されている）により発電作用を起こさない程度に十分低い値まで確実に冷却停止される。
【００３６】
特に、本発明によれば、制御ユニットとしてメイン制御装置とバックアップ制御装置が備えられ、通常は、メイン制御装置により、発電システム全体が統括制御されるとともに、第１の温度検出手段及び第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて第１の温度調節弁及び第２の温度調節弁がそれぞれ制御される。
【００３７】
一方、メイン制御装置が故障した場合においては、第１の温度検出手段及び第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて、バックアップ制御装置により第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁がそれぞれ制御され、冷却板に戻される１次冷却水の温度及びこの１次冷却水の温度を調節する２次冷却水の温度が燃料電池本体の冷却により適した値に調節されるため、当該燃料電池本体を非常に効率良く冷却停止させることができる。
【００３８】
また、本発明によれば、バックアップ制御装置の代わりに冷却系専用制御装置を設けたため、メイン制御装置が故障しても、その故障時にのみ冷却系専用制御装置により第１の温度検出手段及び第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて第１の温度調節弁及び第２の温度調節弁が制御され、冷却板に戻される１次冷却水の温度及びこの１次冷却水の温度を調節する２次冷却水の温度が燃料電池本体の冷却により適した値に調節されるため、当該燃料電池本体を非常に効率良く冷却停止させることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００４０】
（第１実施形態）
本実施形態に係わる燃料電池発電システムの概略構成を図１に示す。なお、図６に示した従来の構成と同一の要素については、同一の符号を付してその説明は簡略化し、図６で示した改質器２及び遮断弁１５，１６及び窒素供給部１７は、本発明に特に関係ないため図面から省略している。
【００４１】
図１によれば、燃料電池発電システム２１は、例えば電解質にリン酸水溶液を用いた燃料電池本体３を有している。この燃料電池本体３は、燃料極３ａと、この燃料極３ａと電解質層を挟んで対向配置された空気極３ｂとを備えた積層構造の単電池（セルともいう）を多数積層してスタックを形成し、このスタックを多数配列して大容量の電池本体を構成している。
【００４２】
燃料電池本体３では、都市ガスが改質されて生成された水素リッチガスが各単電池の燃料極３ａに供給され、その水素リッチガスに基づいて当該燃料極３ａの触媒作用により水素イオンが生成される。一方、各単電池の空気極３ｂに供給された空気中の酸素に基づいて当該空気極３ｂの触媒作用により酸素イオンが生成されており、水素イオンが電解質層を介して酸素イオンと電気化学反応して両極間で直流電気エネルギーが生成される。
【００４３】
一方、燃料電池本体３には各単電池毎に冷却板３ｃが設けられ、この冷却板３ｃに１次冷却水を循環させることにより、熱量電池本体３の発電時に生じた熱を吸収冷却するようになっている。
【００４４】
すなわち、燃料電池発電システム２１は、冷却板３ｃに１次冷却水を循環させる１次冷却水系として、水蒸気分離器５，１次冷却水循環ポンプ３０，制御端子６ａを有する温度調節弁６，及び熱交換器７を備えている。特に本実施形態の１次冷却水循環ポンプ３０は、当該ポンプ３０に水処理系ラインＬ８を介して流入される１次冷却水の温度が所定温度（燃料電池本体の温度が発電作用を起こさない程度に十分低い値に対応する温度）以上の場合はオンし、所定温度未満の場合にはオフする温度スイッチ３０ａを有しており、ポンプ３０は、その温度スイッチ３０ａのオン／オフ動作により駆動を開始／停止するようになっている。
【００４５】
さらに、燃料電池発電システム２１は、燃料電池本体３を冷却して温度上昇した１次冷却水を当該燃料電池本体３冷却可能温度に冷却するために、熱交換器７，８に対して２次冷却水を循環させる２次冷却水系を備えている。
【００４６】
すなわち、燃料電池発電システム２１は、２次冷却系として、熱交換器８，熱交換器７，冷却塔１０，２次冷却水循環ポンプ３１，及び制御端子１１ａを有する温度調整弁１１を備えている。特に本構成の２次冷却水循環ポンプ３１は、当該ポンプ３１に冷却水出口ラインＬ７を介して流入される２次冷却水の温度が上述した所定温度以上の場合はオンし、所定温度未満の場合にはオフする温度スイッチ３１ａを有しており、ポンプ３１は、その温度スイッチ３１ａのオン／オフ動作により駆動を開始／停止するように構成されている。
【００４７】
一方、本構成の燃料電池発電システム２１は、マイクロコンピュータを主体とする電子制御回路を２重化（ダブルエレメント化）した制御ユニット、すなわちメイン制御装置４０及びバックアップ制御装置４１とを有している。
【００４８】
また、燃料電池発電システム２１は、冷却板３ｃから流出され冷却出口ラインＬ２を介して流れる１次冷却水の温度を検出し、その検出温度を表す検出信号Ｄをダブルエレメント化（Ｄ１，Ｄ２）して各制御装置（メイン制御装置４０，バックアップ制御装置４１）に送る温度検出器（ＴＥ）４２と、熱交換器７から流出され冷却水入口ラインＬ６を介して流れる２次冷却水の温度を検出し、その検出温度をダブルエレメント化して各制御装置（メイン制御装置４０，バックアップ制御装置４１）に送る温度検出器（ＴＥ）４３とを備えている。
【００４９】
メイン制御装置４０は、温度調節弁６，１１の制御を含む全ての構成要素の統括制御、保護系統動作指令、及び画面表示等のマンマシーンインターフェース動作指令を実行可能に構成されている。すなわち、メイン制御装置４０は、１次・２次冷却系以外の構成要素、保護系統、及びマンマシーンインターフェース要素等のシステム構成要素（図中Ｗで示す）から送られた実際の動作信号（図中Ｓ１で表す）を入力し、この入力された動作信号Ｓ１に基づいて制御出力信号、保護動作指令信号、及びマンマシーンインターフェース動作指令信号等のシステム構成要素動作指令・制御信号（図中Ｃ１で表す）を当該各システム構成要素Ｗに対して出力するようになっている。
【００５０】
さらに、メイン制御装置４０は、ＴＥ４２及びＴＥ４３から送られる温度検出信号Ｄ１，Ｄ３に基づいて１次・２次冷却システムの温度調節弁６及び温度調節弁１１を制御する温度調節制御信号Ｃ２及びＣ３（図中ではまとめてＣａとも表す）を出力するように構成されている。
【００５１】
一方、バックアップ制御装置４１は、１次・２次冷却系の制御のみを実行可能に構成されている。すなわち、バックアップ制御装置４１は、ＴＥ４２及びＴＥ４３から送られる温度検出信号Ｄ２，Ｄ４に基づいて１次・２次冷却システムの温度調節弁６及び温度調節弁１１を制御する温度調節制御信号Ｃ２ａ  及びＣ３ａ  （図中ではまとめてＣａ’  とも表す）を出力するように構成されている。
【００５２】
そして、本構成の燃料電池発電システム２１は、メイン制御装置４０から出力された温度調節制御信号Ｃａ及びバックアップ制御装置４１から出力された温度調整信号Ｃａ’  を、メイン制御装置４０から出力される当該メイン制御装置４０の故障の有無を表す故障状態信号Ｓ２（故障時：１，非故障時：０）に応じて切り替えながら１次・２次冷却システムの温度調節弁６及び温度調節弁１１に出力する制御信号切替器４４を備えている。
【００５３】
すなわち、制御信号切替器４４は、温度調節制御信号Ｃａを入力する固定接点４４ａと、温度調整制御信号Ｃａ’  を入力する固定接点４４ｂと、温度調節弁６ａの制御端子６ａ及び温度調整弁１１の制御端子１１ａを固定接点４４ａ及び４４ｂのどちらか一方に接続する動接点４４ｃとを備えており、メイン制御装置４０から故障状態信号Ｓ２として”非故障時：０”が入力された場合には動接点４４ｃを固定接点４４ａに接続し、故障状態制御信号Ｓ２として”故障時：１”が入力された場合には動接点４４ｃを固定接点４４ｂに接続するようになっている。
【００５４】
次に本構成の燃料電池発電システムの全体動作について、特に１次・２次冷却系の動作を中心に説明する。
【００５５】
通常のシステム動作時（メイン制御装置４０の非故障時）においては、メイン制御装置４０は、１次・２次冷却系の制御を含む全ての構成要素の動作指令及び動作制御を統括して行なっている。すなわち、メイン制御装置４０から制御信号切替器４４に対して”非故障時：０”の故障状態信号Ｓ２が送られているため、制御信号切替器４４の動接点４４ｃは固定接点４４ａに接続されている（図１中の動接点４４ｃの実線参照）。したがって、ＴＥ４２及びＴＥ４３により送られた現在の１次冷却水及び２次冷却水の温度を表す検出信号Ｄ１，Ｄ３に基づいてメイン制御装置４０から出力された温度調節制御信号Ｃａ、すなわちＣ２及びＣ３が温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送られる。この結果、１次・２次冷却水全体の温度は、現在の温度を表す検出信号Ｄ１，Ｄ３に基づく温度調節弁６及び温度調節弁１１の弁開度調節により、当該現在の１次・２次冷却水全体の温度に応じた最適値に制御され、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される。
【００５６】
一方、メイン制御装置４０の故障によりシステム動作が停止した場合においては、メイン制御装置４０から制御信号切替器４４に対して”故障時：１”の故障状態信号Ｓ２が送られているため、制御信号切替器４４の動接点４４ｃは切り替わり固定接点４４ｂに接続される（図１中の動接点４４ｃの破線参照）。
【００５７】
すなわち、メイン制御装置４０が故障停止していても、ＴＥ４２及びＴＥ４３により送られた現在の１次冷却水及び２次冷却水の温度を表す検出信号Ｄ２，Ｄ４に基づいてバックアップ制御装置４０から出力された温度調節制御信号Ｃａ’  （Ｃ２ａ  及びＣ３ａ  ）が温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送られている。
【００５８】
この結果、メイン制御装置４０が故障した場合においても、１次・２次冷却水全体の温度は、上述したメイン制御装置４０の場合と同様に温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して最適値に制御されるため、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される。また、このとき、水処理系ラインＬ８を流れる１次冷却水及び冷却水出口ラインＬ７を流れる２次冷却水の温度は、燃料電池本体が高温状態にある場合には常に上記所定温度を越えて高いため、温度スイッチ３０ａ及び３１ａはオンとなり、１次及び２次冷却水循環ポンプ３０及び３１は、１次冷却水及び２次冷却水送出作用を継続して行なっている。
【００５９】
したがって、燃料電池本体３は冷却板３ｃを循環する１次冷却水により発電作用を起こさない程度に十分低い値まで確実に冷却停止される。
【００６０】
すなわち、本構成によれば、仮にメイン制御装置４０が故障してシステムの運転動作が停止した場合でも、そのシステム運転停止に係わらずポンプ３０及び３１が１次冷却水及び２次冷却水の温度に応じて継続的に駆動して１次冷却水及び２次冷却水が循環し、その循環される各冷却水の温度がバックアップ制御装置４１により制御されているため、燃料電池本体３を確実に冷却停止することができ、燃料電池本体３の発電性能を高度なまま維持することができる。
【００６１】
また、本構成によれば、検出・計測系において２重化（ダブルエレメント化）された構成要素は、各温度検出器４２，４３からメイン制御装置４０及びバックアップ制御装置４１に対して送られる検出信号ラインのみであるため、システム全体の検出・計測系をほとんど複雑にすることがない。さらに、本構成のバックアップ制御装置４１は、複数タスク実行機能を有しておらず、１次・２次冷却系の冷却制御機能のみを有しているため、制御ロジックが単純で信頼性が高く、故障可能性はメイン制御装置４０と比べて圧倒的に低い。したがって、メイン制御装置４０が故障しても、バックアップ制御装置４１により燃料電池本体を確実に冷却停止させることができる。なお、万が一バックアップ制御装置４１が故障した場合でも、今度はメイン制御装置４０により１次・２次冷却系の制御を含む統括制御が行なわれるように構成されているため、燃料電池本体の冷却系に関して非常に信頼性の高いシステムを提供できる。
【００６２】
さらに、本構成では、１次・２次冷却系制御装置としてメイン制御装置４０及びバックアップ制御装置４１を設けているため、通常の動作時においても、メイン制御装置４０には、１次・２次冷却系制御装置以外の統括制御を実行させ、バックアップ制御装置４１には１次・２次冷却系制御の制御のみを行なわせることも可能である。この構成では、メイン制御装置４０の制御タスクが１次・２次冷却系の制御タスク分だけ確実に低減するため、メイン制御装置４０の故障確率を低減させることが期待できる。また、バックアップ制御装置４１は、上述したように１次・２次冷却系制御の制御のみのシングル制御タスクであるため、故障確率が極めて低くなる。したがって、この変形例によれば、通常のシステム動作時においても燃料電池本体の冷却に関する信頼性を非常に向上させることができる。
【００６３】
（第２実施形態）
本実施形態に係わる燃料電池発電システムの概略構成を図２に示す。なお、図１に示した第１実施形態の構成と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明は簡略化している。また、第１実施形態と同様に図６で示した改質器２及び遮断弁１５，１６及び窒素供給部１７は、本発明に特に関係ないため図面から省略している。
【００６４】
図２によれば、燃料電池発電システム５１は、図１の構成において制御信号切替器４４を省き、メイン制御装置４０Ａ及びバックアップ制御装置４１Ａの各制御信号Ｃａ（Ｃ２及びＣ３）及びＣａ’  （Ｃ２ａ  及びＣ３ａ  ）が直接温度調節弁６ａの制御端子６ａ及び温度調整弁１１の制御端子１１ａに送られるようになっている。
【００６５】
また、本構成では、メイン制御装置４０Ａは、故障時において、故障状態信号Ｓ２Ａ（故障時：１，非故障時：０）を直接バックアップ制御装置４１Ａに送った後、駆動を停止するようになっている。さらに、バックアップ制御装置４１Ａは、メイン制御装置４０から”非故障時：０”の故障状態信号Ｓ２が送られている場合には動作停止し、当該メイン制御装置４０から”故障時：１”の故障状態信号Ｓ２が送られている場合にのみ制御信号Ｃａ’  （Ｃ２ａ  及びＣ３ａ  ）を送るようになっている。
【００６６】
次に本構成の燃料電池発電システムの全体動作について、特に１次・２次冷却系の動作を中心に説明する。
【００６７】
通常のシステム動作時（メイン制御装置４０Ａの非故障時）においては、メイン制御装置４０Ａは、１次・２次冷却系の制御を含む全ての構成要素の動作指令及び動作制御を統括して行なっている。すなわち、メイン制御装置４０Ａからバックアップ制御装置４１Ａに対して”非故障時：０”の故障状態信号Ｓ２Ａが送られているため、当該バックアップ制御装置４１の制御動作が停止されている。
【００６８】
したがって、第１実施形態と同様に、ＴＥ４２及びＴＥ４３からの検出信号Ｄ１，Ｄ３に基づくメイン制御装置４０Ａからの温度調節制御信号Ｃａ（Ｃ２及びＣ３）が温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送られるため、第１実施形態と同様に１次・２次冷却水全体の温度は温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して最適値に制御され、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される。
【００６９】
一方、メイン制御装置４０Ａの故障によりシステム動作が停止した場合においては、メイン制御装置４０Ａは、バックアップ制御装置４１Ａに対して”故障時：１”の故障状態信号Ｓ２Ａを送り動作を停止する。このとき、バックアップ制御装置４１Ａでは、”故障時：１”の故障状態信号Ｓ２Ａに応じて制御動作が開始がされ、ＴＥ４２及びＴＥ４３の検出出信号Ｄ２，Ｄ４に基づく当該バックアップ制御装置４１Ａからの温度調節制御信号Ｃａ’  （Ｃ２ａ  及びＣ３ａ  ）が温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送られる。
【００７０】
この結果、メイン制御装置故障時においても、第１実施形態と同様に１次・２次冷却水全体の温度は温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して最適値に制御され、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される。また、このとき、水処理系ラインＬ８を流れる１次冷却水及び冷却水出口ラインＬ７を流れる２次冷却水の温度は、燃料電池本体が高温状態にある場合には常に上記所定温度を越えて高いため、温度スイッチ３０ａ及び３１ａはオンとなり、１次及び２次冷却水循環ポンプ３０及び３１は、１次冷却水及び２次冷却水送出作用を継続して行なっている。
【００７１】
したがって、燃料電池本体３は冷却板３ｃを循環する１次冷却水により発電作用を起こさない程度に十分低い値まで確実に冷却停止される。
【００７２】
すなわち、本構成では、メイン制御装置から直接故障状態信号Ｓ２Ａをバックアップ制御装置に送るようにして当該メイン制御装置が故障状態の時のみバックアップ制御装置を運転させて、ポンプ３０及び３１の継続的駆動により循環される１次冷却水及び２次冷却水の温度制御を行なうように構成したため、メイン制御装置の故障に係わらず燃料電池本体を確実に冷却停止することができ、第１実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、本構成では、制御信号切替器を用いていないため、第１実施形態の構成と比べてシステム全体の構成要素を削減できるという新たな効果が得られる。
【００７３】
（第３実施形態）
本実施形態に係わる燃料電池発電システムの概略構成を図３に示す。なお、図１に示した第１実施形態の構成と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明は簡略化している。また、第１実施形態と同様に図６で示した改質器２及び遮断弁１５，１６及び窒素供給部１７は、本発明に特に関係ないため図面から省略している。
【００７４】
図３によれば、燃料電池発電システム６１は、図１の構成において制御信号切替器４４を省くとともに、バックアップ制御装置４１Ａの替わりに１次・２次冷却系の制御のみを行なう、例えばマイクロコンピュータを主体とする電子制御回路を搭載した冷却系専用制御装置６２を設けている。そして、この冷却系専用制御装置６２の制御信号Ｃａ’  （Ｃ２ａ  及びＣ３ａ  ）が直接温度調節弁６ａの制御端子６ａ及び温度調整弁１１の制御端子１１ａに送られるようになっている。
【００７５】
また、本構成では、メイン制御装置４０Ｂは、通常のシステム動作時においては、冷却制御を指令する冷却指令信号Ｓ３を冷却系専用制御装置６２に送るようになっている。また、メイン制御装置４０Ｂは、故障時には、その故障状態を表す故障信号Ｓ４を冷却系専用制御装置６２に送った後駆動を停止するようになっている。
【００７６】
次に本構成の燃料電池発電システムの全体動作について、特に１次・２次冷却系の動作を中心に説明する。
【００７７】
通常のシステム動作時（メイン制御装置４０Ａの非故障時）においては、メイン制御装置４０Ａは、１次・２次冷却系の制御以外の全ての構成要素の動作指令及び動作制御を制御を統括して行なっており、冷却系専用制御装置６２は、１次・２次冷却系の制御のみを行なっている。
【００７８】
すなわち、メイン制御装置４０Ｂから冷却系専用制御装置６２に対して冷却指令信号Ｓ３が送られているため、当該冷却系専用制御装置６２は、第１実施形態と同様に、ＴＥ４２及びＴＥ４３からの検出信号Ｄ１，Ｄ３に基づいて温度調節制御信号Ｃａ’  （Ｃ２ａ  及びＣ３ａ  ）を温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送る。この結果、第１実施形態と同様に１次・２次冷却水全体の温度は温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して最適値に制御され、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される
一方、メイン制御装置４０Ｂの故障によりシステム動作が停止した場合においては、メイン制御装置４０Ｂは、冷却系専用制御装置６２に対して故障信号Ｓ４を送り動作を停止する。このとき、冷却系専用制御装置６２では、故障信号Ｓ４に応じて制御動作が続行され、温度調節制御信号Ｃａ’  （Ｃ２及びＣ３）が温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送られる。
【００７９】
この結果、メイン制御装置故障時においても、第１実施形態と同様に１次・２次冷却水全体の温度は温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して最適値に制御される。この結果、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される。また、このとき、水処理系ラインＬ８を流れる１次冷却水及び冷却水出口ラインＬ７を流れる２次冷却水の温度は、燃料電池本体が高温状態にある場合には常に上記所定温度を越えて高いため、温度スイッチ３０ａ及び３１ａはオンとなり、１次及び２次冷却水循環ポンプ３０及び３１は、１次冷却水及び２次冷却水送出作用を継続して行なっている。
【００８０】
したがって、燃料電池本体３は冷却板３ｃを循環する１次冷却水により発電作用を起こさない程度に十分低い値まで確実に冷却停止される。
【００８１】
すなわち、本構成では、メイン制御装置の故障の有無に関係なく、ポンプ３０及び３１の継続的駆動により循環される１次冷却水及び２次冷却水の温度制御を常に冷却系専用制御装置により行なうように構成したため、メイン制御装置が仮に故障しても燃料電池本体を確実に冷却停止することができ、第１実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、本構成では、制御信号切替器を用いていないため、第１実施形態の構成と比べてシステム全体の構成要素を削減できるという新たな効果が得られる。
【００８２】
（第４実施形態）
本実施形態に係わる燃料電池発電システムの概略構成を図４に示す。なお、図１に示した第１実施形態の構成と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明は簡略化している。また、第１実施形態と同様に図６で示した改質器２及び遮断弁１５，１６及び窒素供給部１７は、本発明に特に関係ないため図面から省略している。
【００８３】
図４によれば、本構成の燃料電池発電システム７１は、従来の図６で示した構成と同様に単一のメイン制御装置４０Ｃにより１次・２次冷却系を含む全ての構成要素の動作指令及び動作制御を統括して行なうようになっている（なお、図１に示した１次・２次冷却系以外のシステム構成要素Ｗに関する信号ラインＳ１，Ｃ１については、図示を省略している）。
【００８４】
一方、本構成の燃料電池発電システム７１の１次処理系の温度調節弁（三方弁）６は、制御端子６ａに制御信号が送られない状態、いわゆる無電圧状態時にはポンプ３０から当該温度調節弁６を介して冷却板３ｃへの１次冷却水の流れを阻止し、全ての１次冷却水を熱交換器７に供給するように閉動作するノーマルクローズ機能を有している。また、２次処理系の温度調節弁（三方弁）１１は、制御端子１１ａに制御信号が送られない状態、いわゆる無電圧状態時にはポンプ３１から当該温度調節弁６を介して全ての２次冷却水を流すように開動作するノーマルオープン機能を有している。
【００８５】
さらに、１次冷却系の１次冷却水循環ポンプ３０は、第１実施形態と同様に、当該ポンプ３０に水処理系ラインＬ８を介して流入される１次冷却水の温度が所定温度（燃料電池本体の温度が発電作用を起こさない程度に十分低い値に対応する温度）以上の場合はオンし、所定温度未満の場合にはオフする温度スイッチ３０ａを有しており、ポンプ３０は、その温度スイッチ３０ａのオン／オフ動作により駆動を開始／停止するようになっている。また、２次冷却系の２次冷却水循環ポンプ３１は、第１実施形態と同様に、当該ポンプ３１に冷却水出口ラインＬ７を介して流入される２次冷却水の温度が上述した所定温度以上の場合はオンし、所定温度未満の場合にはオフする温度スイッチ３１ａを有しており、ポンプ３１は、その温度スイッチ３１ａのオン／オフ動作により駆動を開始／停止するように構成されている。
【００８６】
そして、本構成の燃料電池発電システム７１においては、水処理系ラインＬ８における熱交換器８と水処理装置１２との間のラインに、遮断弁７２を設けている。この遮断弁７２は、メイン制御装置４０Ｃから制御端子７２ａに制御信号Ｃ４が送られている際には常に開動作し、制御端子７２ａに制御信号が送られない状態、いわゆる無電圧状態時には熱交換器８から水処理装置１２への２時冷却水の流通を遮断するように閉動作するノーマルクローズ機能を有している。
【００８７】
次に本構成の燃料電池発電システムの全体動作について、特に１次・２次冷却系の動作を中心に説明する。
【００８８】
システム運転時の１次・２次冷却系の制御に関して、メイン制御装置４０Ｃは、ＴＥ４２及びＴＥ４３からの検出信号Ｄ１，Ｄ３に基づいて温度調節制御信号Ｃ２及びＣ３を温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送っているため、第１実施形態と同様に１次・２次冷却水全体の温度は温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して最適値に制御され、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される。また、システム運転時には、メイン制御装置４０Ｃから遮断弁７２の制御端子７２ａに対して制御信号Ｃ４が送らているため、当該遮断弁７２は開動作している。この結果、１次冷却水の一部が水処理系ラインＬ８を介して水処理装置１２に送られ、電気伝導度及び濁度が低減された１次冷却水となって燃料電池本体３の冷却に供される。
【００８９】
一方、メイン制御装置４０Ｃの故障によりシステム動作が停止した場合においては、メイン制御装置４０Ｃから各温度調節弁６，１１及び遮断弁７２に対して制御信号Ｃ２，Ｃ３及びＣ４が送られないため（フェールポジション）、当該温度調節弁６，１１及び遮断弁７２は無電圧状態となる。
【００９０】
この結果、ノーマルクローズ機能を有する温度調節弁６は閉動作して、ポンプ３０を介して流れる１次冷却水は全て熱交換器７に送られて２次冷却水と熱交換された後で温度調節弁６を介して冷却板３ｃに送られる。一方、ノーマルオープン機能を有する温度調節弁１１は開動作しているため、ポンプ３１から当該温度調節弁６を介して全ての２次冷却水が熱交換器８及び熱交換器７へ流れて、燃料電池本体３の冷却に供される１次冷却水の温度を低下させている。
【００９１】
すなわち、本構成では、メイン制御装置４０Ｃの駆動停止に応じて温度調節弁６が閉動作し、温度調節弁１１が開動作するため、燃料電池本体３の冷却板３ｃには、２次冷却水により十分温度が低下した１次冷却水が送られており、その１次冷却水により燃料電池本体３は冷却される。
【００９２】
また、このとき、水処理系ラインＬ８を流れる１次冷却水及び冷却水出口ラインＬ７を流れる２次冷却水の温度は、燃料電池本体が高温状態にある場合には常に上記所定温度を越えて高いため、温度スイッチ３０ａ及び３１ａはオンとなり、１次及び２次冷却水循環ポンプ３０及び３１は、１次冷却水及び２次冷却水送出作用を継続して行なっている。
【００９３】
したがって、ポンプ３１により循環する２次冷却水により十分温度が低下した１次冷却水がポンプ３０により冷却板３ｃを循環して流れるため、燃料電池本体３を発電作用を起こさない程度に十分低い値まで確実に冷却停止することができる。
【００９４】
なお、上述したシステム停止時においては、１次冷却水及び２次冷却水の正確な温度調整が行なわれないため、上述した１次冷却水及び２次冷却水の循環を繰り返すと１次冷却水及び２次冷却水の温度が次第に上昇していくことになる。この結果、熱交換器８において２次冷却水と熱交換された１次冷却水が高温状態となり、もし、この高温状態の１次冷却水が水処理装置１２に供給されると、水処理装置１２の水処理性能を劣化させる恐れがある。
【００９５】
しかしながら、本構成においては、水処理系ラインＬ８における熱交換器８と水処理装置１２との間のラインに遮断弁７２が設けられており、この遮断弁７２は上述したようにシステム運転停止時（メイン制御装置４０Ｃが駆動停止）では閉動作しているため、水処理装置１２に対する１次冷却水の供給が遮断され、水処理装置１２の性能を劣化させることがない。
【００９６】
以上述べたように、本構成によれば、単一のメイン制御装置が故障した場合でも、ポンプ３０及び３１が１次冷却水及び２次冷却水の温度に応じて継続的駆動し、温度調節弁６及び温度調節弁１１が当該メイン制御装置の故障に応じて１次冷却水と２次冷却水とを熱交換させる所定の動作（温度調節弁６→閉動作，温度調節弁１１開動作）を行なっているため、当該ポンプ３０及び３１の送出力により温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して１次冷却水及び２次冷却水を循環させることができる。この結果、燃料電池本体３を確実に冷却停止することができ、燃料電池本体３の発電性能を高度なまま維持することができる。
【００９７】
また、本構成によれば、仮に１次冷却水が高温状態となって熱交換器８から流出しても、遮断弁７２の働きにより水処理装置１２に高温の１次冷却水が流れる可能性が無くなり、水処理装置１２の性能を劣化させることなく燃料電池本体３を確実に冷却停止することができる。
【００９８】
（第５実施形態）
本実施形態に係わる燃料電池発電システムの概略構成を図５に示す。なお、図１に示した第１実施形態の構成と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明は簡略化している。また、第１実施形態と同様に図６で示した改質器２及び遮断弁１５，１６及び窒素供給部１７は、本発明に特に関係ないため図面から省略している。
【００９９】
図５によれば、本構成の燃料電池発電システム８１は、図４に示す構成に加えて、水蒸気分離器５から図示しない改質器へ水蒸気を供給するラインから分岐した分岐ラインＬ９を設け、この分岐ラインＬ９上に遮断弁８２を設置している。分岐ラインＬ９は、改質器で必要な水蒸気以外の水蒸気を外部へ迅速に放出するように構成されている。
【０１００】
遮断弁８２は、メイン制御装置４０Ｄから制御端子８２ａに制御信号Ｃ５が送られている際には常に閉動作し、制御端子８２ａに制御信号が送られない状態、いわゆる無電圧状態時には分岐ラインＬ９及び当該遮断弁８２を介して外部へ水蒸気を放出するように開動作するノーマルオープン機能を有している。なお、その他の構成は図４に示した構成と略同一であるため、その説明は省略する。
【０１０１】
次に本構成の燃料電池発電システムの全体動作について、特に１次・２次冷却系の動作を中心に説明する。
【０１０２】
システム運転時の１次・２次冷却系の制御に関して、メイン制御装置４０Ｄは、ＴＥ４２及びＴＥ４３からの検出信号Ｄ１，Ｄ３に基づいて温度調節制御信号Ｃ２及びＣ３を温度調節弁６の制御端子６ａ及び温度調節弁１１の制御端子１１ａにそれぞれ送っているため、第４実施形態と同様に１次・２次冷却水全体の温度は温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して最適値に制御され、燃料電池本体３に対して最適な冷却作用が施される。また、システム運転時には、メイン制御装置４０Ｄから遮断弁７２の制御端子７２ａに対して制御信号Ｃ４が、さらに遮断弁８２の制御端子８２ａに対して制御信号Ｃ５がそれぞれ送らているため、当該遮断弁７２は開動作し、当該遮断弁８２は閉動作している。この結果、１次冷却水の一部が水処理系ラインＬ８を介して水処理装置１２に送られ、電気伝導度及び濁度が低減された１次冷却水となって燃料電池本体３の冷却に供され、また、水蒸気分離器５により分離された水蒸気は、図示しない改質器のみへ送られている。
【０１０３】
一方、メイン制御装置４０Ｄの故障によりシステム動作が停止した場合においては、メイン制御装置４０Ｄから各温度調節弁６，１１及び遮断弁７２，８２に対して制御信号Ｃ２，Ｃ３及びＣ４，Ｃ５が送られないため（フェールポジション）、当該温度調節弁６，１１及び遮断弁７２，８２は無電圧状態となる。
【０１０４】
この結果、第４実施形態と同様に、ノーマルクローズ機能を有する温度調節弁６は閉動作して、ポンプ３０を介して流れる１次冷却水は全て熱交換器７に送られて２次冷却水と熱交換された後で温度調節弁６を介して冷却板３ｃに送られる。一方、ノーマルオープン機能を有する温度調節弁１１は開動作しているため、ポンプ３１から当該温度調節弁６を介して全ての２次冷却水が熱交換器８及び熱交換器７へ流れて、燃料電池本体３の冷却に供される１次冷却水の温度を低下させている。
【０１０５】
さらに、ノーマルオープン機能を有する遮断弁８２が開動作しているため、水蒸気分離器５により分離された水蒸気は、分岐ラインＬ９を介して迅速に外部へ放出されるため、水蒸気分離器５において分離された１次冷却水の温度をさらに低下させることができる。
【０１０６】
また、このとき、水処理系ラインＬ８を流れる１次冷却水及び冷却水出口ラインＬ７を流れる２次冷却水の温度は、燃料電池本体が高温状態にある場合には常に上記所定温度を越えて高いため、温度スイッチ３０ａ及び３１ａはオンとなり、１次及び２次冷却水循環ポンプ３０及び３１は、１次冷却水及び２次冷却水送出作用を継続して行なっている。
【０１０７】
したがって、ポンプ３１により循環する２次冷却水により十分温度が低下した１次冷却水がポンプ３０により冷却板３ｃを循環して流れるため、燃料電池本体３を発電作用を起こさない程度に十分低い値まで確実に冷却停止することができる。
【０１０８】
さらに、本構成においては、第４実施形態と同様に、水処理系ラインＬ８における熱交換器８と水処理装置１２との間のラインに遮断弁７２が設けられており、この遮断弁７２は上述したようにシステム運転停止時（メイン制御装置４０Ｄが駆動停止）では閉動作しているため、水処理装置１２に対する１次冷却水の供給が遮断され、水処理装置１２の性能を劣化させることがない。
【０１０９】
以上述べたように、本構成によれば、単一のメイン制御装置が故障した場合でも、第４実施形態と同様にポンプ３０及び３１の送出力により温度調節弁６及び温度調節弁１１を介して１次冷却水及び２次冷却水を循環させることができる。この結果、燃料電池本体３を確実に冷却停止することができ、燃料電池本体３の発電性能を高度なまま維持することができる。
【０１１０】
また、本構成では、水蒸気分離器５から分離された水蒸気を分岐ラインＬ９を介して迅速に放出することができるため、水蒸気分離器５により分離された１次冷却水の温度をさらに低下させることができ、燃料電池本体３の冷却をより迅速に行なうことができる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の燃料電池発電システムによれば、発電システム全体の統括制御、及び燃料電池本体冷却用の１次冷却水及び２次冷却水の温度を調節する１次冷却水温度調節手段及び２次冷却水温度調節手段の制御機能を有する制御ユニット（例えばその中のメイン制御装置）が故障しても、１次冷却水循環用の第１の循環ポンプ及び２次冷却水循環用の第２の循環ポンプは、第１の循環ポンプ及び第２の循環ポンプにそれぞれ送られる１次冷却水及び２次冷却水の温度に応じて、例えばその温度が所定温度を越えている場合に常にオン駆動するようにオン／オフ駆動されている。すなわち、制御ユニットが故障しても、燃料電池本体の冷却に供される１次冷却水及び２次冷却水の温度は高く前記所定温度を越えているため、第１の循環ポンプ及び第２の循環ポンプにより１次冷却水及び２次冷却水送出作用が継続して行なわれ、燃料電池本体を冷却板を介して循環する１次冷却水により発電作用を起こさない程度に十分低い値まで確実に冷却停止することができる。この結果、制御ユニットの故障に係わらず燃料電池本体の発電性能を安定的に維持することができ、信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
また、本発明によれば、制御ユニットとしてメイン制御装置とバックアップ制御装置（又は冷却系専用制御装置）とを備えることにより、メイン制御装置が故障した場合においても、バックアップ制御装置（又は冷却系専用制御装置）により、第１の温度検出手段及び第２の温度検出手段からそれぞれ送られる温度検出信号に基づいて第１の温度調節弁及び前記第２の温度調節弁がそれぞれ制御され、冷却板に戻される１次冷却水の温度及びこの１次冷却水の温度を調節する２次冷却水の温度が燃料電池本体の冷却により適した値に調節されるため、燃料電池本体を非常に効率良く冷却停止させることができる。そして、この制御ユニットとしてメイン制御装置とバックアップ制御装置（又は冷却系専用制御装置）とを備えた構成によれば、メイン制御装置を１次冷却水循環系及び２次冷却水循環系以外のシステム全体の制御タスク専用とし、バックアップ制御装置を１次冷却水循環系及び２次冷却水循環系の制御タスク専用とすることができる。この結果、メイン制御装置の制御タスクを１次・２次冷却水循環系の制御タスク分だけ確実に低減させることができ、当該メイン制御装置の故障確率を低減させることが期待できる。また、バックアップ制御装置の制御タスクは、１次・２次冷却水循環系制御のみのシングル制御タスクであるため、その故障確率を極めて低くすることができる。したがって、メイン制御装置の故障時に限らず通常のシステム動作時においても燃料電池本体の冷却に関する信頼性を非常に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第４実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第５実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第６実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
３  燃料電池本体
３ａ  燃料極
３ｂ  空気極
３ｃ  冷却板
５  水蒸気分離器
６、１１  温度調節弁
６ａ、１１ａ  制御端子
７、８  熱交換器
１０  冷却塔
２１、５１、６１、７１、８１  燃料電池発電システム
３０、３１  ポンプ
３０ａ、３１ａ  温度スイッチ
４０、４０Ａ〜４０Ｄ  メイン制御装置
４１、４１Ａ  バックアップ制御装置
４２、４３  温度検出器
４４  制御信号切替器
４４ａ、４４ｂ  固定接点
４４ｃ  動接点
６２  冷却系制御装置
７２、８２  遮断弁
７２ａ、８２ａ  制御端子
Ｃａ、Ｃａ’  、Ｃ２、Ｃ２ａ  、Ｃ３、Ｃ３ａ    温度調節制御信号
Ｄ１〜Ｄ４  温度検出信号
Ｓ２、Ｓ２Ａ  故障状態信号
Ｓ３  冷却指令信号
Ｓ４  故障信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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