(57)【要約】【課題】省エネルギを図りつつ、貯湯通路の凍結懸念部位の凍結を抑えるのに有利な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、スタック２を収容する筐体３と、貯湯槽４０と、貯湯通路５と、貯湯通路５の水を搬送させるための水搬送源５９と、貯湯通路５の水温を検知するための水温センサ７１と、外気温度センサ７２とを有する。制御部は、スタック２の発電運転が停止されている場合において、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、スタック２の発電運転停止後における基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過するまで、水搬送源５９の駆動および停止を交互に繰り返す間欠モードを実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のスタックを収容する筐体と、
温水を貯留できる貯湯室をもつ貯湯槽と、
前記スタックの運転に伴い発生した熱エネルギを受熱して加熱された水を前記貯湯槽に供給させ、且つ、外気温度が低いとき凍結可能性がある凍結懸念部位を有する貯湯通路と、
前記貯湯通路の水を搬送させるための水搬送源と、
前記貯湯通路の水温を検知するための水温センサと、
外気の温度を検知するための外気温度センサと、
前記水温センサの温度信号、前記外気温度センサの温度信号に応じて前記水搬送源を制御する制御部とを具備しており、
前記制御部は、前記スタックの発電運転が停止されている場合において、前記外気温度センサで検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、前記スタックの発電運転停止後における基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過するまで、前記水搬送源の駆動および停止を交互に繰り返す間欠モードを実行する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御部は、前記第１所定時間Ｍ１経過する前において、前記水温センサで検知された前記貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２以下の低温であるとき、前記間欠モードを解除し、前記水搬送源を連続駆動させる連続モードを優先的に実行する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記制御部は、前記第１所定時間Ｍ１経過する前において、前記水温センサで検知された前記貯湯通路の水温が凍結抑制温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ２）以上であるとき、前記連続モードを解除し、前記第１所定時間Ｍ１が経過するまで間欠モードを優先的に実行する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記制御部は、前記第１所定時間Ｍ１経過した後において、前記水温センサで検知された前記貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２以下であるとき、前記水搬送源を連続駆動させる連続モードを実行する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記連続モードは、前記水搬送源を連続駆動させて前記貯湯通路における水の移動により水温の均一化を促進させる第１モードと、前記貯湯通路における水温を前記第１モードのときよりも高くする第２モードと、前記貯湯通路における水温を前記第１モードおよび第２モードのときよりも高くする第３モードとを備えており、
前記制御部が前記連続モードを実行するにあたり、前記水温センサで検知された前記貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２以下の低温状態が継続されるとき、前記制御部は、前記第１モード、前記第２モードおよび前記第３モードをこの順に実行する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記スタックを温度調整する温調媒体を前記スタックの通路に供給するスタック温調通路と、前記スタック温調通路の温調媒体を循環させる温調媒体搬送源と、前記スタック温調通路の温調媒体を加熱させる加熱源が設けられており、
前記連続モードは、前記水搬送源を連続駆動させて前記貯湯通路における水温の均一化を促進させる第１モードと、前記温調媒体搬送源を駆動させて前記スタック温調通路の温調媒体を循環させることにより前記貯湯通路の水温を上昇させる第２モードと、前記加熱源を加熱させることにより貯湯通路の水温を上昇させる第３モードとを備えており、
前記制御部が前記連続モードを実行するにあたり、前記水温センサで検知された前記貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２以下の低温状態が継続されるとき、前記制御部は、前記第１モード、前記第２モードおよび前記第３モードをこの順に実行する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は凍結抑制性を高めた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池のスタックを収容する筐体と、温水を貯留できる貯湯室をもつ貯湯槽と、スタックの運転に伴い発生した熱エネルギを受熱して加熱された水を貯湯槽に供給させる貯湯通路と、貯湯通路の水を搬送させるための貯湯ポンプとを備える。
【０００３】
筐体の内部が熱をもつとき、例えばスタックが発電停止しているとき、凍結の問題は事実上生じない。しかしながらスタックの発電運転が停止してシステムが待機状態になっているときには、凍結の問題が発生するおそれがある。そこで、近年の燃料電池システムは、貯湯通路等の凍結を抑える凍結防止制御を実行する（特許文献１〜５）。
【０００４】
殊に、特許文献１は、スタックの発電運転を停止した後に、貯湯ポンプを間欠運転させる技術を開示する。このものによれば、貯湯通路の水を貯湯通路内において移動できるため、貯湯通路における水の凍結が抑えられると記載されている。特許文献２は、プロセスガスバーナを作動させて貯湯タンクの温水を水系統の一部に供給して凍結防止を図る技術を開示する。特許文献３は、既存のバーナ等の加熱機器によって凍結防止経路の湯水が強制的に加熱され、配管の凍結を防止する。
【０００５】
ところでスタックの発電運転が停止された直後においては、スタックを収容する筐体の内部温度がまだ高いため、水搬送源を駆動させて貯湯通路の水を移動させていれば、貯湯通路のうち相対的に高温側の水と、相対的に低温側である凍結懸念部位における水との混合が促進され、結果として、貯湯通路の凍結懸念部位における水温が維持され、貯湯通路の凍結懸念部位における凍結は、解消され易い。
【０００６】
しかしながら、スタックの発電運転が停止されている場合において、筐体の内部温度がまだ高めであるときには、貯湯通路の凍結懸念部位の温度が低温化して凍結の懸念が発生しているにもかかわらず、筐体の内部に設けられている水温センサの検知温度が筐体の内部温度の影響を受け、高めに検出されてしまう傾向がある。この場合、貯湯通路の凍結懸念部位の温度が低温化して凍結の懸念が発生しているにもかかわらず、貯湯通路の水温が水温センサにより高めに検出され（水温センサの誤検知）、貯湯通路の凍結懸念部位における凍結の懸念なしと誤判定されるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９１０９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６８２４号公報
【特許文献３】特開２００４−６０９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した実状に鑑みなされたものであり、水搬送源を間欠的に駆動させる間欠モードを基準時刻から第１所定時間Ｍ１実行することにより、水温センサの誤検知を抑制し、更に、省エネルギを図りつつ貯湯通路の凍結懸念部位の凍結を抑えるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムは、（ｉ）燃料電池のスタックを収容する筐体と、（ｉｉ）温水を貯留できる貯湯室をもつ貯湯槽と、（ｉｉｉ）スタックの運転に伴い発生した熱エネルギを受熱して加熱された水を貯湯槽に供給させ、且つ、外気温度が低いとき凍結可能性がある凍結懸念部位を有する貯湯通路と、（ｉｖ）貯湯通路の水を搬送させるための貯湯水搬送源と、（ｖ）貯湯通路の水温を検知するための水温センサと、（ｖｉ）外気の温度を検知するための外気温度センサと、（ｖｉｉ）水温センサの温度信号、外気温度センサの温度信号に応じて水搬送源を制御する制御部とを具備しており、（ｉｘ）制御部は、スタックの発電運転が停止されている場合において、外気温度センサで検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、スタックの発電運転停止後における基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過するまで、水搬送源の駆動および停止を交互に繰り返す間欠モードを実行する。
【００１０】
スタックの発電運転停止後における基準時刻は、スタックの発電運転の停止に伴い貯湯通路の水温の低下が開始される基準となる時刻を意味する。スタックの発電運転を停止した時刻、あるいは、スタックの発電運転の停止後において停止処理を実施するときには停止処理が開始または終了した時刻、あるいは、発電運転していたシステムが待機状態に移行した時刻等のいずれかが、基準時刻として例示される。停止処理は、システムに搭載されている発電運転中に高温となる改質器等の高温部位を目標温度以下まで冷却させる処理を意味する。目標温度は予め設定されていることが好ましい。待機状態とは、システムの起動運転も発電運転も停止処理も実施しておらず、次回の起動運転まで運転停止している状態を意味する。
【００１１】
ここで、貯湯通路のうち凍結懸念部位における水の凍結が懸念されるように外気の温度が低いときであっても、スタックが発電運転しているときには、スタックを収容する筐体の内部温度は、外気温度に比較して高い。このため貯湯通路の凍結懸念部位における水の凍結は、事実上懸念されない。
【００１２】
また、スタックの発電運転が停止された直後においては、スタックを収容する筐体の内部温度がまだ高いため、水搬送源を駆動させて貯湯通路の水を移動させていれば、貯湯通路のうち相対的に高温側の水と、相対的に低温側である凍結懸念部位における水との混合が促進され、貯湯通路の凍結懸念部位における水温が維持され、貯湯通路の凍結懸念部位における凍結は、解消され易い。しかしながら、スタックの発電運転が停止されている場合において、筐体の内部温度がまだ高めであるときには、貯湯通路の凍結懸念部位の温度が低温化して凍結の懸念が発生しているにもかかわらず、筐体の内部に設けられている水温センサの検知温度が筐体の内部温度の影響を受け、高めに検出されてしまう傾向がある。この場合、貯湯通路の凍結懸念部位の温度が低温化して凍結の懸念が発生しているにもかかわらず、貯湯通路の水温が高めに検出され（水温センサの誤検知）、貯湯通路の凍結懸念部位における凍結の懸念なしと誤判定されるおそれがある。
【００１３】
そこで本願発明によれば、制御部は、スタックの発電運転が停止されている場合において、外気温度センサで検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、水搬送源の駆動および停止を交互に繰り返す間欠モードを実行する。間欠モードにおいて、水搬送源が駆動すれば、貯湯通路のうち相対的に高温側の水と、相対的に低温側である凍結懸念部位における水との混合が促進されるため、貯湯通路の凍結懸念部位における水の凍結が抑えられる。外気温度の第１所定温度Ｔ１は、貯湯通路の凍結懸念部位において水が凍結するおそれがある温度を意味し、システムの設置環境等に応じて異なることがある。
【００１４】
上記した間欠モードでは水搬送源の駆動および停止が交互に繰り返される。このため、貯湯通路の凍結懸念部位における水の凍結を抑えつつも、水搬送源を駆動させる合計駆動時間が短縮され、省エネルギ化が図られる。間欠モードは、スタックの発電運転の停止後における基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過するまで実行される。
【００１５】
ここで、スタックの発電運転が停止後における基準時刻から時間が経過すれば、スタックを収容する筐体の内部の温度は、次第に低下する。このため、基準時刻から第１所定時間Ｍ１が経過すれば、制御部が水搬送源を間欠駆動させて貯湯通路の水を移動させたとしても、筐体の内部温度の低下に伴い、貯湯通路の全体の水温が低下しているため、貯湯通路の凍結懸念部位における水の凍結の懸念は、高まる。かかる事情を考慮して、第１所定時間Ｍ１の長さが設定されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スタックの発電運転が停止されている場合において、外気温度センサで検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、スタックの発電運転が停止後における基準時刻から第１所定時間Ｍ１が経過するまで、制御部は、水搬送源の駆動および停止が交互に繰り返される間欠モードを実行する。このため、貯湯通路の凍結懸念部位における水の凍結を抑えつつも、水搬送源を駆動させる合計駆動時間が短縮され、省エネルギ化が図られる。
【００１７】
更に、水搬送源を駆動させて貯湯通路の水を移動させていれば、貯湯通路のうち相対的に高温側の水と、相対的に低温側である凍結懸念部位における水との混合が促進される。このため水温センサによる誤検知が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１に係り、燃料電池システムのブロック図である。
【図２】実施例１に係り、制御系のブロック図である。
【図３】実施例１に係り、制御系が実行する間欠モードを表すフローチャートである。
【図４】実施例１に係り、制御系が実行する連続モードを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
制御部は、スタックの発電運転が停止し、且つ、外気温度センサで検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下の低温であるとき、スタックの発電運転停止後の基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過するまで、水搬送源の駆動および停止を交互に繰り返す間欠モードを実行し、貯湯通路の水を貯湯通路内において間欠的に移動させる。第１所定温度Ｔ１としては７．５〜１２℃、８〜１０℃等が例示される。ここで、第１所定時間Ｍ１経過後には、外気温度センサで検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下の低温であるとき、あるいは、水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２（例えばＴ２＜Ｔ１）以下の低温であるとき、貯湯通路の凍結懸念部位における水凍結のおそれが高くなる。そこで制御部は、間欠モードを解除し、水搬送源を連続的に駆動させる連続モードとすることが好ましい。連続モードでは駆動エネルギが大きいものの、高い凍結防止効果が期待される。なお、凍結懸念温度Ｔ２は、貯湯通路のうち最も凍結し易い凍結懸念部位における水が凍結するおそれがある温度に相当するものであり、第１所定温度Ｔ１よりも低い温度であり、システムに応じて適宜設定できる。凍結懸念温度Ｔ２としては５〜１４℃、５〜１０℃等が例示される。
【００２０】
本発明の一視点によれば、制御部は、第１所定時間Ｍ１経過する前において、水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２以下の低温であるとき、間欠モードを解除し、水搬送源を連続駆動させる連続モードを実行することが好ましい。この場合、水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２以下の低温であれば、制御部は、間欠モードを解除し、水搬送源を連続駆動させる連続モードを実行する。連続モードでは、水搬送源が連続駆動するため、水搬送源の駆動エネルギが増加するものの、貯湯通路のうち相対的に高温側の水と、相対的に低温側である凍結懸念部位における水との混合が長時間にわたり促進される。よって、貯湯通路の凍結懸念部位における水温が維持され、貯湯通路の凍結懸念部位における凍結は、解消され易い。Ｔ２＜Ｔ１とすることができる。
【００２１】
本発明の一視点によれば、制御部は、第１所定時間Ｍ１経過する前において連続モードを実行している場合、水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結抑制温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ２）以上であるとき、連続モードを解除し、第１所定時間Ｍ１が経過するまで間欠モードを実行することが好ましい。水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結抑制温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ２）以上になれば、凍結懸念部位における凍結の懸念が抑えられる。このため凍結防止よりも省エネルギを優先させる。従って、制御部は、水搬送源の駆動エネルギが増加する連続モードから、水搬送源の駆動の省エネルギ化を図り得る間欠モードに移行させる。
【００２２】
なお、凍結抑制温度Ｔ３は、貯湯通路のうち最も凍結し易い凍結懸念部位における水の凍結が抑制される温度に相当するものであり、凍結懸念温度Ｔ２よりも高い温度であり、システムに応じて適宜設定できる。凍結抑制温度Ｔ３としては１０〜１９℃が例示される。なおＴ３＞Ｔ１でも良いし、Ｔ３＜Ｔ１でも良い。
【００２３】
本発明の一視点によれば、制御部は、基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過した後において、水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下の低温であるとき、水搬送源を連続駆動させる連続モードを実行することが好ましい。スタックの発電停止時刻から第１所定時間Ｍ１経過していれば、筐体の内部温度が低下しているため、貯湯通路の凍結懸念部位の水温が低下し易く、凍結懸念部位の水が凍結するおそれがある。そこで、省エネルギよりも凍結防止を優先させ、水搬送源を間欠駆動させる省エネルギ上有利な間欠モードから、水搬送源を連続駆動させる連続モードに切り替えることが好ましい。
【００２４】
本発明の一視点によれば、上記した連続モードは、水搬送源を連続駆動させて貯湯通路における水の移動により貯湯通路の水の水温の均一化を促進させる第１モードと、貯湯通路における水温を第１モードのときよりも高くする第２モードと、貯湯通路における水温を第１モードおよび第２モードのときよりも高くする第３モードとを備えていることが好ましい。第１モード、第２モードおよび第３モードの順にシステムの消費エネルギが増加するが、凍結抑制効果が高まる。この場合、水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下の低温状態が継続されるとき、凍結懸念部位の凍結のおそれがあるため、制御部は、第１モード、第２モードおよび第３モードをこの順に実行することが好ましい。このようにすれば、省エネルギ化を図りつつ、凍結防止効果を高めることができる。
【００２５】
本発明の一視点によれば、スタックを温度調整する温調媒体をスタックの通路に供給するスタック温調通路と、スタック温調通路の温調媒体を循環させる温調媒体搬送源と、スタック温調通路の温度媒体を加熱させる加熱源が設けられている。この場合、連続モードは、水搬送源を連続駆動させて貯湯通路における水温の均一化を促進させる第１モードと、温調媒体搬送源を駆動させてスタック温調通路の温調媒体を循環させることにより貯湯通路の水温を上昇させる第２モードと、加熱源を加熱させることにより貯湯通路の水温を上昇させる第３モードとを備えていることが好ましい。温調媒体としては水等の液体、ガス、ミストが例示される。温調媒体搬送源としてはポンプ、コンプレッサ、ファン、ブロア等が挙げられる。水温センサで検知された貯湯通路の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下の低温状態が継続されるとき、制御部は、第１モード、第２モードおよび第３モードをこの順に実行することが好ましい。第３モードでは、貯湯通路の水が加熱源で加熱されるため、凍結防止には有効であるものの、エネルギ消費量が増加する。  
【００２６】
（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。燃料電池システムの発電ユニットは定置用タイプであり、改質器１と、固体高分子形の燃料電池のスタック２と、改質器１およびスタック２を収容する収容室３０をもつ筐体３と、温水を貯留する貯湯ユニット４と、貯湯通路５と、貯湯通路５の水を貯湯槽４１に搬送させるための貯湯ポンプ５９（水搬送源）と、貯湯通路５の水温を検知するための水温センサ７１と、外気の温度を検知するための外気温度センサ７２と、水温センサ７１の温度信号、外気温度センサ７２の温度信号に応じて貯湯ポンプ５９を制御する制御部８とを有する。場合によってはスタック２は固体酸化物形でも良い。筐体３は発電ユニットの外箱を形成する。
【００２７】
外気温度センサ７２は、筐体３の収容室３０の下部のうち側壁３ｓ付近に設けられており、実質的に外気温度とみなし得る温度を検知する。なお、外気温度センサ７２を筐体３の外面に取り付けると、外気温度センサ７２が損傷するおそれがあるため、外気温度センサ７２は筐体３の収容室３０において実質的に外気温度と近似できる温度を検知できる位置に設けられている。但し、図示しないものの、外気温度センサ７２を筐体３の外壁面側に取り付けることにしても良い。この場合、外気温度センサ７２が損傷しないように、外気温度センサ７２を保護カバーで保護することが好ましい。
【００２８】
スタック２は、イオン伝導性を有する有機系の電解質を挟むアノード２０およびカソード２１と、スタック２を温度調整する温調媒体としての水が通過する通路２２とを有する。改質器１は、改質触媒を有する改質部１０と、改質反応に適するように改質部１０を加熱させる燃焼部１２とを有する。電解質は無機系のイオン伝導膜でも良い。燃料原料源９０ｃに繋がる原料通路９０から、分岐通路９１が分岐されている。分岐通路９１を流れる燃料原料は燃焼部１２で燃焼され、改質部１０を加熱させる。燃焼部１２で燃焼された燃焼排ガスは、燃焼排ガス通路９２および第８熱交換器６８を経て排気部９９に排出される。
【００２９】
原料通路９０から供給された燃料原料は、改質部１０でアノードガス（水素含有ガス）として改質され、アノードガス通路９３から第９熱交換器６９を介してスタック２のアノード２０に供給される。燃料原料としてはガス状または液状でも良く、天然ガス、バイオガス、アルコール、ＬＰＧ、灯油、ガソリン等が例示される。カソードガスポンプ９５（カソードガス搬送源）が作動すると、空気であるカソードガスは、筐体３の吸気口３１、カソードガス通路９４を介してスタック２のカソード２１に供給される。カソードガスおよびアノードガスでスタック２が発電する。カソードオフガス通路９６は第７熱交換器６７を介してスタック２のカソード２１と排気部９９とを繋いでいる。アノードオフガス通路９７は、第２熱交換器６２を介してスタック２のアノード２０と改質器１の燃焼部１２の入口ポート１２ｉとを繋ぐ。
【００３０】
スタック２の温度を温調させるスタック温調通路２３が設けられている。スタック温調通路２３はループ状をなしており、スタック２の内部の通路２２と、温調媒体としての水を搬送させる温調ポンプ２４（温調媒体搬送源）と、加熱源としての電気式のヒータ２５と、第４熱交換器６４と、第９熱交換器６９とを繋ぐ。システムの起動時にはスタック２の温度は低いため、発電運転の安定性を向上させる必要がある。このため、ヒータ２５を発熱させた状態で温調ポンプ２４が駆動すると、ヒータ２５で加熱された水がスタック温調通路２３を流れ、スタック２の通路２２に至り、スタック２を昇温させ、スタック２の発電運転の安定化を図り得る。
【００３１】
スタック２が発電運転に移行すると、スタック２は次第に昇温される。スタック２が過剰に高温になると、スタック２の発電出力が低下する傾向がある。そこでスタック２が発電運転しているときには、制御部８は、ヒータ２５の発熱を停止させた状態で温調ポンプ２４を駆動させ、スタック温調通路２３の水を循環させる。これによりスタック２の過熱が抑えられると共に、スタック温調通路２３の水が加熱される。スタック温調通路２３の水の熱は、第４熱交換器６４を介して貯湯通路５の水に伝熱される。これにより貯湯通路５の水は昇温される。          
【００３２】
図１に示されるように、貯湯ユニット４は筐体３から空間３９（ΔＬ）を介して分離されて配置されている。貯湯ユニット４は、貯留できる貯湯室４０をもつ貯湯槽４１と、貯湯槽４１を収容するハウジング４２と、温水消費部４３ａに繋がる給湯通路４３と、貯湯槽４１および給湯通路４３に繋がる補水通路４４とをもつ。貯湯槽４１の水が不足すると、補水通路４４から水が貯湯槽４１に補充され、貯湯槽４１の貯湯室４０の水量が一定に維持されることが好ましい。貯湯槽４１の内部には、これの高さ方向に沿って複数個の貯湯槽温度センサ４１ｒが設けられている。
【００３３】
図１に示すように、貯湯通路５は、迂回通路５０ｅをもつループ状の循環通路５０と、筐体３の収容室３０内において循環通路５０に設けられた貯湯ポンプ５９（水搬送源）と、循環通路５０から貯湯槽４１の上部に繋がるようにハウジング４２内に設けられた温水通路５１と、迂回通路５０ｅの流れと温水通路５１の流れとを切り替える迂回バルブ５２とを備えている。迂回バルブ５２は、温水通路５１を開放させるポート５２ａと、迂回通路５０ｅを開放させるポート５２ｂと、循環通路５０に繋がるポート５２ｃとを有する。
【００３４】
迂回バルブ５２は、水循環形態と貯湯形態とに切替可能とされている。迂回バルブ５２が水循環形態に切り替えられる場合には、迂回バルブ５２のポート５２ｃ，５２ｂが開放され、ポート５２ａが閉鎖される。このため、貯湯通路５の水は循環通路５０および迂回通路５０ｅを循環するものの、温水通路５１から貯湯槽４１の入口ポート４１ｉには供給されない。また迂回バルブ５２が貯湯形態に切り替えられている場合には、迂回バルブ５２のポート５２ａ，５２ｃが開放され、ポート５２ｂが閉鎖される。このため、貯湯通路５の循環通路５０において熱回収して加熱された水は、迂回通路５０ｅに流れることなく、温水通路５１を流れて入口ポート４１ｉから貯湯槽４１に供給される。
【００３５】
システムが発電運転しているときには、貯湯通路５における熱回収量が期待できるため、迂回バルブ５２は貯湯形態に切り替えられる。よって、貯湯通路５の循環通路５０において熱回収して加熱された水は、温水通路５１を流れて入口ポート４１ｉから貯湯槽４１に供給される。これに対してシステムの発電運転が停止されているときには、貯湯通路５における熱回収量が低下するため、迂回バルブ５２は水循環形態に切り替えられている。よって、貯湯通路５の循環通路５０における水は温水通路５１を流れない。これにより貯湯槽４１における温水の低温化が抑えられる。
【００３６】
図１に示すように、ハウジング４２内に迂回通路５０ｅおよび迂回バルブ５２が配置されている。貯湯通路５の循環通路５０は、筐体３の内部と、貯湯ユニット４のハウジング４２の内部と、筐体３とハウジング４２との間に位置する空間３９との間を流れる。従って、貯湯通路５の循環通路５０は、筐体３の収容室３０に収容されている通路部分５０ａと、貯湯ユニット４のハウジング４２に収容されている通路部分５０ｂと、空間３９に露出する通路部分５０ｃとを備える。空間３９はハウジング４２と筐体３とで包囲されておらず、外気に相当する。このためシステムの運転が停止されている場合には、冬季または寒冷地などにおいて、外気温度が低いとき、外気に近い通路部分５０ｃ内の水は外気で冷却され、凍結するおそれがある。従って、貯湯通路５の通路部分５０ｃは、貯湯通路５のうち水温が最も低下する部位であり、貯湯通路５における凍結懸念部位５０ｘに相当する。通路部分５０ａは、筐体３の収容室３０に位置しているため、通路部分５０ｃよりも凍結しにくい。通路部分５０ｂは、ハウジング４２の収容室３０に位置しているため、通路部分５０ｃよりも凍結しにくい。
【００３７】
図１に示すように、貯湯通路５の水温を検知するための水温センサ７１が設けられている。水温センサ７１は、外気に露出する通路部分５０ｃ（凍結懸念部位５０ｘに相当）の水温を検知するのではなく、貯湯通路５のうち筐体３の収容室３０に収容されている通路部分５０ａの水温を検知するため、冷たい外気温度の影響を受けにくい。水温センサ７１を通路部分５０ｃ（凍結懸念部位５０ｘに相当）に設けることは、水温センサ７１が外部に露出して損傷する頻度が増加するため、好ましくない。水温センサ７１は筐体３の収容室３０に収容されているため、水温センサ７１の保護性を高め得る。
【００３８】
システムで発生したガス系の排熱を回収するループ状の熱回収通路４８が設けられている。熱回収通路４８は、熱回収ポンプ４９（熱回収媒体搬送源）、第２熱交換器６２、第７熱交換器６７、第８熱交換器６８、第１０熱交換器６０とを繋ぐ。熱回収ポンプ４９が駆動すると、熱回収通路４８の水（熱回収媒体）が循環する。従って、熱回収通路４８の水は、アノードオフガス通路９７を流れるアノードオフガスの排熱を第２熱交換器６２から回収し、且つ、カソードオフガス通路９６を流れるカソードオフガスの排熱を第７熱交換器６７から回収し、且つ、燃焼排ガス通路９２を流れる燃焼排ガスの排熱を第８熱交換器６８から回収する。この結果、熱回収通路４８の水は昇温される。
【００３９】
本実施形態によれば、貯湯通路５の水は、第１０熱交換器６０を介して熱回収通路４８の水から伝熱されて昇温される。貯湯通路５の水は、第４熱交換器６４を介してスタック温調通路２３の水から伝熱されて昇温される。
【００４０】
図１に示すように、筐体３の収容室３０の内部には、改質器１、スタック２、第２熱交換器６２、第４熱交換器６４、第７熱交換器６７、第８熱交換器６８、第９熱交換器６９、第１０熱交換器６０、水精製器５８、インバータ５７、制御部８、改質水を溜める改質水タンク５６、水温センサ７１、外気温度センサ７２、熱回収通路４８、スタック温調通路２３が設けられている。システムの運転時において、改質器１、スタック２、インバータ５７、制御部８、更には熱回収通路４８、スタック温調通路２３、熱交換器６０，６２，６４，６７，６８，６９，貯湯ポンプ５９、温調ポンプ２４、熱回収ポンプ４９、カソードガスポンプ９５等の部品は放熱するため、筐体３の収容室３０は外気よりも高温となり易い。
【００４１】
図２は制御系のブロック図を示す。図１に示されるように、制御系の制御部８は、ＣＰＵ、入力処理回路、出力処理回路、メモリをもつ。水温センサ７１、外気温度センサ７２等の温度信号が制御部８に入力される。制御部８は、貯湯ポンプ５９、温調ポンプ２４、熱回収ポンプ４９、カソードガスポンプ９５、迂回バルブ５２、ヒータ２５を制御させる。筐体３の収容室３０には収容室用温度センサ３０ｒが配置されている。収容室用温度センサ３０ｒ、貯湯槽温度センサ４１ｒの温度信号は制御部８に入力される。
【００４２】
さて、スタック２の発電運転が停止されてシステムが待機状態に移行していると、貯湯通路５の水温は次第に低下する。従ってシステムが待機状態に移行している場合において、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘの凍結のおそれがある。このため、制御部８は、貯湯ポンプ５９の駆動（駆動時間：ｔon）および停止（停止時間：ｔoff）を交互に繰り返す間欠モードを実行する指令を貯湯ポンプ５９に出力する。駆動時間ｔonおよび停止時間ｔoffは、システムに応じて適宜設定する。ｔon＝toff、ｔon≒toff、ｔon＞toff、ｔon＜toffのうちのいずれでも良い。駆動時間ｔonは、貯湯通路５の水が循環通路５０を少なくとも１周する時間に相当するように、循環通路５０の長さに応じて設定できる。ｔon＞toffの場合には、水が移動する時間が長いため、凍結懸念部位５０ｘにおける凍結抑制効果が高めである。ｔon＜toffの場合には、水が移動する時間が短いため、凍結懸念部位５０ｘにおける凍結抑制効果が低めである。ここで、制御部８は、外気温度が低いほどｔon／toffの比率を高めると共に、外気温度が高いほどｔon／toffの比率を低めにすることが好ましい。
【００４３】
ここで、貯湯通路５のうち凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結が懸念されるように外気の温度が低いときであっても、スタック２が発電運転している場合には、スタック２を収容する筐体３の収容室３０の内部温度は、改質器１、スタック２等からの放熱の影響で、外気温度に比較して高い。更に、貯湯ポンプ５９は駆動しているため、貯湯通路５の水は流れている。このためスタック２が発電運転している場合には、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結は、事実上懸念されない。
【００４４】
また、スタック２の発電運転が停止された直後においては、スタック２を収容する筐体３の内部温度がまだ高いため、貯湯ポンプ５９（水搬送源）を駆動させて貯湯通路５の循環通路５０の水を循環移動させていれば、貯湯通路５の循環通路５０のうち相対的に高温側の水と、相対的に低温側である凍結懸念部位５０ｘにおける水との混合が促進される。ひいては、貯湯通路５の循環通路５０の凍結懸念部位５０ｘにおける水温が維持されるため、外気温度が低い貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける凍結は一般的には抑えられる。
【００４５】
しかしながら、スタック２の発電運転が停止されてシステムが待機状態に移行している場合において、貯湯通路５の循環通路５０の凍結懸念部位５０ｘの温度が低温化して凍結の懸念が発生しているにもかかわらず、スタック２を収容する筐体３の内部温度がまだ高いため、水温センサ７１が検知する貯湯通路５の水温Ｔが凍結懸念部位５０ｘの水温よりもかなり高めに検出されてしまう傾向がある（水温センサ７１の誤検知）。この場合、制御部８は、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける凍結の懸念なしと誤判定するおそれがある。殊に、貯湯槽４１の貯湯室４０において温水が余り気味であるとき、あるいは、システムが異常停止したとき、水温センサ７１が検知する貯湯通路５の水温Ｔが凍結懸念部位５０ｘの水温よりもかなり高めに検出されてしまう傾向がある。
【００４６】
そこで本実施形態によれば、システムのスタック２の発電運転が停止されてシステムが待機状態に移行している場合において、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、制御部８は、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水が凍結するおそれがあると推定し、貯湯ポンプ５９（水搬送源）を連続駆動させるのではなく、貯湯ポンプ５９の駆動および停止を交互に繰り返す間欠モードを第１所定時間Ｍ１ぶん実行する。システムの待機状態とは、システムに搭載されているスタック２が起動運転も発電運転も運転停止処理も実行しておらず、次回の起動運転まで待機している状態である 。システムの待機状態では、熱回収が期待できないため、迂回バルブ５２のポート５２ａは閉鎖されている。
【００４７】
スタックの発電運転を停止した時刻、あるいは、スタックの発電運転の停止後において停止処理を実施するときには停止処理が開始または終了した時刻、あるいは、発電運転していたシステムが待機状態に移行した時刻等のいずれかが、基準時刻として例示される。
【００４８】
ここで、間欠モードにおいて、貯湯ポンプ５９が駆動すれば、貯湯通路５の循環通路５０の水が移動するため、貯湯通路５の循環通路５０のうち相対的に高温側の水（筐体３の収容室３０に収容されている通路部分５０ａの水）と、相対的に低温側である凍結懸念部位５０ｘにおける水との混合が促進される。結果として、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結が抑えられる。更に、前述したように、貯湯通路５の循環通路５０のうち相対的に高温側の水（筐体３の収容室３０に収容されている通路部分５０ａの水）と、相対的に低温側である凍結懸念部位５０ｘにおける水との混合が促進されるため、水温センサ７１が検知する水温についても、貯湯通路５全体において均一化が促進された水温となる。従って、水温センサ７１が貯湯通路５の水温を検知するにあたり、水温検知の適切化が図られ、水温センサ７１の誤検知が抑制される。
【００４９】
上記した間欠モードでは貯湯ポンプ５９の駆動および停止が交互に繰り返される。このため、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結を抑えつつも、貯湯ポンプ５９を駆動させる合計駆動時間が短縮され、貯湯ポンプ５９の駆動における省エネルギ化が図られる。間欠モードでは、迂回バルブ５２は循環形態に切り替えられており、迂回バルブ５２のポート５２ａは閉鎖されているものの、ポート５２ｃ，５２ｂは開放されている。
【００５０】
本実施形態によれば、上記した間欠モードは、スタック２の発電運転が停止されてシステムが待機状態に移行した時刻を基準時刻とし、基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過するまで実行される。ここで、基準時刻から時間が経過すれば、スタック２および改質器１等の放熱源を収容する筐体３の収容室３０の内部の温度は、次第に低下する。このため、スタック２の発電運転が停止されて待機状態に移行している場合、基準時刻から第１所定時間Ｍ１が経過すれば、筐体３の収容室３０の内部の温度が低下する。このため、貯湯ポンプ５９を駆動させて貯湯通路５の循環通路５０の水を循環移動させたとしても、筐体３の内部温度の低下に伴い貯湯通路５の全体の水温が低下しているため、水温センサ７１が検知する水温と凍結懸念部位５０ｘの水温との差が小さくなり、水温センサ７１による誤検知のおそれが低減される。かかる事情を考慮して、上記した基準時刻から第１所定時間Ｍ１の長さは、システムの種類に応じて設定されている。
【００５１】
以上説明したように本実施形態によれば、システムの発電運転が停止してシステムが待機状態に移行している場合において、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、制御部８は、貯湯ポンプ５９を間欠モードで駆動させるため、貯湯ポンプ５９の駆動および停止が交互に繰り返され、貯湯通路５の循環通路５０の水を移動させる。このため、貯湯通路５のうち筐体３およびハウジング４２の外方に位置する凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結を抑えつつも、貯湯ポンプ５９を駆動させる合計駆動時間が短縮され、省エネルギ化が図られる。
【００５２】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１および図２を準用する。実施形態１と同様に、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、制御部８は、貯湯ポンプ５９を間欠モードで駆動させるため、貯湯ポンプ５９の駆動および停止が交互に繰り返され、貯湯通路５の循環通路５０の水を移動させる。このため前述したように水温センサ７１の誤検知が抑制される。更に、貯湯通路５のうち筐体３およびハウジング４２の外方に位置する凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結を抑えつつも、貯湯ポンプ５９を駆動させる合計駆動時間が短縮され、省エネルギ化が図られる。
【００５３】
ところで、貯湯ポンプ５９を連続駆動させる連続モードでは、貯湯ポンプ５９が間欠駆動ではなく連続駆動するため、貯湯ポンプ５９の駆動エネルギが増加するため省エネルギの観点からは限界があるものの、貯湯通路５のうち相対的に高温側の水と、相対的に低温側である凍結懸念部位５０ｘにおける水とが長時間にわたり連続的に混合される。結果として、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水温が維持され、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける凍結防止効果が高い。
【００５４】
そこで本実施形態によれば、システムの運転が停止され、スタック２の発電運転が停止してシステムが待機状態に移行している場合において、システムが待機状態に移行した基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過する前であっても、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下の低温であるときには、制御部８は、凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結のおそれが高いと推定する。そこで、制御部８は、間欠モードを解除し、貯湯ポンプ５９を連続駆動させる連続モードを優先させ、連続モードを実行する。これにより貯湯ポンプ５９が連続駆動するため、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結が効果的に抑えられる。連続モードでは、間欠モードと同様に、迂回バルブ５２は循環形態に切り替えられており、迂回バルブ５２のポート５２ａは閉鎖されているものの、ポート５２ｃ，５２ｂは開放されている。なお、基準時刻としては、スタックの発電運転を停止した時刻、あるいは、スタックの発電運転の停止後において停止処理を実施するときには停止処理が開始または終了した時刻とすることもできる。
【００５５】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１および図２を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。実施形態１，２と同様に、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、制御部８は、貯湯ポンプ５９を間欠モードで駆動させるため、貯湯ポンプ５９の駆動および停止が交互に繰り返され、貯湯通路５の循環通路５０の水を移動させる。このため水温センサ７１による誤検知が抑制される。更に、貯湯通路５のうち筐体３およびハウジング４２の外方に位置する凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結を抑えつつも、貯湯ポンプ５９を駆動させる合計駆動時間が短縮され、省エネルギ化が図られる。
【００５６】
更に本実施形態によれば、システムの運転が停止され、スタック２の発電運転が停止してシステムが待機状態に移行している場合において、システムが待機状態に移行した基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過する前であっても、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下の低温であるときには、凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結のおそれが高いと推定される。そこで、制御部８は、間欠モードを解除し、貯湯ポンプ５９を連続駆動させる連続モードを優先させ、連続モードを実行する。これにより貯湯ポンプ５９が連続駆動するため、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結が効果的に抑えられる。
【００５７】
上記したように制御部８が連続モードを実行しているときにおいても、天候等の事情の変化により、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結抑制温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ２）以上と上昇するときには、或いは、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１を高温側に超えるとき、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結のおそれが軽減される。そこで制御部８は、間欠モードよりもエネルギ消費量が大きい貯湯ポンプ５９の連続モードを解除し、基準時刻から第１所定時間Ｍ１が経過するまで、連続モードよりもエネルギ消費量が小さい間欠モードを実行する。換言すると、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結抑制温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ２）以上になれば、凍結懸念部位５０ｘにおける凍結の懸念が抑えられる。このため、制御部８は、貯湯ポンプ５９の駆動エネルギが増加する連続モードから、貯湯ポンプ５９の駆動エネルギの省エネルギ化を図り得る間欠モードに移行させる。
【００５８】
本実施形態によれば、スタック２の発電運転が停止し、システムが待機している場合において、スタック２の発電運転停止時刻から第１所定時間Ｍ１経過した後において、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下と低温であるときには、制御部８は、水搬送源を連続駆動させる連続モードを実行する。すなわち、スタック２の発電停止時刻から第１所定時間Ｍ１経過していれば、筐体３の収容室３０の内部温度がかなり低下して外気に近づいているか、外気とほぼ同じ温度であるため、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘの水温が低下し易く、凍結懸念部位５０ｘの水が凍結するおそれが高い。そこで、省エネルギよりも凍結懸念部位５０ｘの凍結防止を優先させるべく、省エネルギ上有利な間欠モードから、貯湯ポンプ５９を連続駆動させる連続モードに切り替える。
【００５９】
間欠モードおよび連続モードにおいても、熱回収ポンプ４９は駆動されない。前述したように,熱回収ポンプ４９が設けられている熱回収通路４８の水は、アノードオフガス通路９７を流れるアノードオフガスの排熱を第２熱交換器６２から回収し、且つ、カソードオフガス通路９６を流れるカソードオフガスの排熱を第７熱交換器６７から回収し、且つ、燃焼排ガス通路９２を流れる燃焼排ガスの排熱を第８熱交換器６８から回収する。ここで、システムが発電運転を停止しており、システムが待機状態であれば、改質器１およびスタック２の作動は停止されているため、アノードオフガスおよびカソードオフガス自体がスタック２から吐出されず、且つ、燃焼部１２から燃焼排ガスが吐出されないため、熱回収が期待できないためである。なお、基準時刻としては、スタックの発電運転を停止した後に待機に移行した時刻、あるいは、スタックの発電運転の停止後において停止処理を実施するときには停止処理が開始または終了した時刻とすることもできる。
【００６０】
（実施形態４）
本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１および図２を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。本実施形態によれば、前述したように、システムは、起動運転時および発電運転時においてスタック２の温度を調整する温調水をスタック２の通路に供給するスタック温調通路２３と、スタック温調通路２３の水を循環させる温調ポンプ２４と、スタック温調通路２３の水を強制的に加熱させるヒータ２５とを有する。
【００６１】
本実施形態によれば、実施形態１，２と同様に、システムが待機している場合、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、制御部８は、貯湯ポンプ５９を間欠モードで駆動させるため、貯湯ポンプ５９の駆動および停止が交互に繰り返され、貯湯通路５の循環通路５０の水を移動させる。このため水温センサ７１による誤検知が抑制される。更に、貯湯通路５のうち筐体３およびハウジング４２の外方に位置する凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結を抑えつつも、貯湯ポンプ５９を駆動させる合計駆動時間が短縮され、省エネルギ化が図られる。
【００６２】
本実施形態によれば、スタック２の発電運転が停止している場合において、システムが待機状態に移行した基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過した後において、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下と低温であるときには、制御部８は、貯湯ポンプ５９を連続駆動させる連続モードを実行する。
【００６３】
すなわち、上記した基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過していれば、筐体３の収容室３０の内部温度がかなり低下して外気に近づいているか、あるいは、外気とほぼ同じ温度であるため、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘの水温が低下し易く、凍結懸念部位５０ｘの水が凍結するおそれが高い。そこで、省エネルギよりも凍結懸念部位５０ｘの凍結防止を優先させるべく、省エネルギ上有利な間欠モードから、貯湯ポンプ５９を連続駆動させる連続モードに切り替える。
【００６４】
本実施形態によれば、上記した貯湯ポンプ５９を連続駆動させる連続モードは、（ｉ）貯湯ポンプ５９を連続駆動させて貯湯通路５における水温の均一化を促進させる第１モードと、（ｉｉ）温調ポンプ２４を駆動させてスタック温調通路２３の温調水を循環させることにより、第４熱交換器６４、第１０熱交換器６０における熱交換により貯湯通路５の水温を上昇させる第２モードと、（ｉｉｉ）ヒータ２５を強制的に加熱させてスタック温調通路２３の水温を上昇させることにより、貯湯通路５の水温を上昇させる第３モードを備えている。
【００６５】
第２モードでは第１モードも併用して実行される。このように第２モードでは第１モードも併用して実行されるため、第１モードよりも貯湯通路５の循環通路５０の水温を上昇させ易い。第３モードでは第１モードおよび第２モードも併用して実行されるため、第１モードおよび第２モードよりも貯湯通路５の循環通路５０の水温を上昇させ易い。
【００６６】
システムの発電運転が停止してシステムが待機状態に移行しているとき、制御部８が連続モードを実行する場合において、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下の低温状態が継続されると、凍結懸念部位５０ｘの水が凍結するおそれがある。このため制御部８は連続モードにおいて第１モードを実行すべく、貯湯ポンプ５９を連続駆動させる。これにより貯湯通路５の循環通路５０の水を移動させ、凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結を抑える。また、第１モードだけでは凍結懸念部位５０ｘの水の凍結のおそれがあるときには、制御部８は、第１モードと共に第２モードも併せて実行するため、熱回収ポンプ４９も駆動させる。
【００６７】
更に、第２モードでは凍結のおそれがあるとき、制御部８は、第１モードおよび第２モードと共に第３モードも併せて実行する。第３モードでは、制御部８がヒータ２５をオンさせて発熱させるため、貯湯通路５の水がヒータ２５で強制的に加熱され、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結防止に有効である。但し、ヒータ２５が消費する電気エネルギが大きいため、エネルギ消費量が増加する。このためヒータ２５の使用は最終段階とされている。
【００６８】
ここで、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が低いほど、あるいは、外気温度センサ７２で検知された外気温度が低いほど、ヒータ２５の発熱量を増加させることが好ましい。第３モードで発熱されるヒータ２５は、従来から搭載されている部品であるため、部品点数の増加が回避され、貯通通路の水を加熱させるための燃焼系および燃料ガスを必要とせず、コスト低減に有利である。なお、間欠モードおよび連続モードにおいても、熱回収ポンプ４９は駆動されない。基準時刻としては、スタックの発電運転を停止した時刻、あるいは、スタックの発電運転の停止後において停止処理を実施するときには停止処理が開始または終了した時刻とすることもできる。
【００６９】
（実施形態５）
図３および図４は実施形態５に係る制御部８が実行する制御則のフローチャートを示す。本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１および図２を準用する。図３は、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘが凍結するおそれがあるとき、貯湯ポンプ５９を間欠的に駆動させる間欠モードを主として示す。図４は、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘが凍結するおそれがあるとき、貯湯ポンプ５９を連続的に駆動させる連続モードを主として示す。
【００７０】
図３に示すように、制御部８は、システムが停止して待機状態に移行したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。システムが待機状態に移行していれば（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、制御部８は、外気温度がＴ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。温度Ｔ１は７．５〜１２℃の範囲内を例示でき、具体的には８℃または１０℃を例示できるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
システムが待機状態に移行している場合において、外気温度センサ７２で検知された外気温度がＴ１以下であれば（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、外気温度のみを考慮すれば、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘの水が凍結するおそれがあるとも考えられる。しかしながら発電運転を終了したシステムが待機状態に移行した基準時刻（本実施形態ではシステムが待機状態に移行した時刻）から所定時間Ｍａ経過していなければ（ステップＳ１０６のＮＯ）、筐体３の収容室３０の温度が暖かく、収容室３０の温度の影響で貯湯通路５の水も凍結するおそれが少ない。従って制御部８は省エネルギ等の観点から貯湯ポンプ５９をまだ駆動させない。
【００７２】
上記した基準時刻から時間Ｍａ（例えば２０分間であるが、これに限定されない）経過していれば（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、筐体３の収容室３０の温度が低下しており、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘの水が凍結するおそれがある。このため、制御部８は貯湯ポンプ５９の駆動を開始し（ステップＳ１０８）、貯湯ポンプ５９を時間Ｍｃ（例えば３分間であるが、これに限定されない）駆動させる（ステップＳ１１０）。時間Ｍｃ経過すれば（ステップＳ１１０のＹｅｓ）、制御部８は、貯湯ポンプ５９の駆動を停止させる（ステップＳ１１２）。このように貯湯ポンプ５９を間欠的に駆動させる。
【００７３】
次に、制御部８は、システムが待機状態に移行した基準時刻から、第１所定時間Ｍ１（例えば１００分間であるが、これに限定されない）経過したか否か判定する（ステップＳ１１４）。第１所定時間Ｍ１経過していない限り、制御部８は間欠モードを実行し、貯湯ポンプ５９の駆動（ステップＳ１０８，Ｓ１１０）および貯湯ポンプ５９の駆動停止（ステップＳ１１２）を交互に繰り返す。このようにシステムが待機状態に移行した基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過していないとき（ステップＳ１１４のＮｏ）、制御部８は間欠モードを継続的に実行する。
【００７４】
なお、制御部８が図３に示す間欠モードを実行しているときであっても、システムの起動の条件が成立してシステムが起動処理されるときには、制御部８は、間欠モードを解除し、貯湯ポンプ５９の駆動を直ちに停止させる。システムの起動処理における制御則に基づいて、制御部８は貯湯ポンプ５９を駆動させる。
【００７５】
ところで、基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過している場合には、制御部８は、図４に示すフローチャートで示される連続モードを実行する。あるいは、基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過していないため制御部８が間欠モードを実行しているときであっても、水温センサ７１で検知する貯湯通路５の水温がＴ２（例えば５℃であるが、これに限定されない）以下の低温状態が所定時間Δｍｘａ（例えば２分間であるが、これに限定されない）継続されるときには、割り込み処理として、制御部８は、図４に示すフローチャートで示される連続モードを実行する。
【００７６】
連続モードでは、図４に示すように、制御部８はシステムが起動中であるか否か判定する（ステップＳ２０２）。システムが起動中でなければ（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、水温センサ７１で検知する貯湯通路５の水温がＴ２（例えば５℃であるが、これに限定されない）以下の低温状態が所定時間Δｍｘａ（例えば２分間であるが、これに限定されない）継続されるか否か判定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４においてＹｅｓであれば、制御部８は、貯湯ポンプ５９を連続モードの第１モードで所定時間Δｍｗａ（例えば２分間であるが、これに限定されない）駆動させる（ステップＳ２０６）。第１モードでは、貯湯ポンプ５９が連続駆動するものの、温調ポンプ２４、熱回収ポンプ４９およびヒータ２５は駆動しない。この結果、貯湯通路５の循環通路５０のうち相対的に高温側の水（筐体３の収容室３０に収容されている通路部分５０ａの水）と、相対的に低温側である凍結懸念部位５０ｘにおける水との混合が促進される。結果として、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結が抑えられる。この場合、貯湯通路５全体において均一化が促進された水温となり、水温センサ７１の検知の適切化が図られる。
【００７７】
更に、貯湯通路５の水温が温度Ｔ２以下の低温状態が所定時間Δｍｘｂ（例えば２分間であるが、これに限定されない）継続されると（ステップＳ２０８のＹｅｓ）、制御部８は、第２モードを所定時間Δｍｗｃ（例えば２分間であるが、これに限定されない）実行し、貯湯ポンプ５９を駆動させつつ温調ポンプ２４を駆動させる（ステップＳ２１０）。この結果、発電停止されているスタック２に残留している熱エネルギは、スタック温調通路２３の温調水に伝達される。更に、温調水がスタック温調通路２３を循環するため、貯湯通路５の水は第４熱交換器６４を介して加熱されて昇温される。このように連続モードの第２モードが実行され、貯湯通路５の水が昇温され、凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結が抑えられる。
【００７８】
更に、貯湯通路５の水温がＴ２（例えば５℃であるが、これに限定されない）以下の低温状態が所定時間Δｍｘｃ（例えば２分間であるが、これに限定されない）継続されると（ステップＳ２１２のＹｅｓ）、制御部８は、第３モードを所定時間Δｍｗｅ（例えば２分間であるが、これに限定されない）実行して貯湯ポンプ５９および温調ポンプ２４を駆動させつつ、ヒータ２５を動作させて発熱させる（ステップＳ２１４）。この結果、スタック温調通路２３の水がヒータ２５で加熱されて昇温される。このように昇温された水がスタック温調通路２３を循環するため、貯湯通路５の水は第４熱交換器６４を介して加熱されて昇温される。このように連続モードの第３モードが実行され、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結が抑えられる。
【００７９】
ステップＳ２２２における判定の結果、水温センサ７１で検知する貯湯通路５の水温がＴ３（例えば１０℃であるが、これに限定されない）以上となれば（ステップＳ２２２のＹｅｓ）、凍結懸念部位５０ｘの凍結のおそれが解消される。このため制御部８は連続モードを解除し、貯湯ポンプ５９の駆動を停止させる（ステップＳ２３０）。
【００８０】
また、ステップＳ２２４における判定の結果、水温センサ７１で検知する貯湯通路５の水温がＴ３（例えば１０℃であるが、これに限定されない）以上となれば（ステップＳ２２４のＹｅｓ）、凍結懸念部位５０ｘの凍結のおそれが解消される。このため制御部は連続モードを解除し、貯湯ポンプ５９及び温調ポンプ２４を停止させる（ステップＳ２３０）。また、ステップＳ２２６における判定の結果、水温センサ７１で検知する貯湯通路５の水温がＴ３（例えば１０℃であるが、これに限定されない）以上となれば（ステップＳ２２６のＹｅｓ）、凍結懸念部位５０ｘの凍結のおそれが解消される。このため制御部８は連続モードを解除し、貯湯ポンプ５９、温調ポンプ２４およびヒータ２５を停止させる（ステップＳ２３０）。
【００８１】
ステップＳ２３０においてポンプやヒータ２５を停止させた後において、制御部８は、システムが待機状態に移行した基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過しているか否か判定する（ステップＳ２３２）。現時刻が基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過していれば（ステップＳ２３２のＹｅｓ）、制御部８はステップＳ２０２に戻り、連続モードを継続させる。現時刻が基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過していなければ、制御部８はステップＳ１０６（ステップＳ１０４でも良い）に戻り、間欠モードを実行する。ステップＳ１０４に戻る場合には、外気温度センサ７２で検知された外気温度がＴ１以下であるか否かの再チャックが実行される。なお、基準時刻としては、スタックの発電運転を停止した時刻、あるいは、スタックの発電運転の停止後において停止処理を実施するときには停止処理が開始または終了した時刻とすることもできる。
【００８２】
なお図４に示すフローチャートが実行されているときであっても、システムの起動条件が成立すれば、制御部８は、全部のポンプ及びヒータ２５を停止させて連続モードを終了し、システムの起動処理に移行する。貯湯ポンプ５９は起動処理の制御則に基づいて駆動される。なお、間欠モードおよび連続モードにおいても、熱回収ポンプ４９は駆動されない。上記したフローチャートにおいて、『以下』を『未満』と置換することもできる。『以上』を『超え』と置換することもできる。
【００８３】
（実施形態６）
本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１および図２を準用する。実施形態１と同様に、外気温度センサ７２で検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、制御部８は、貯湯ポンプ５９を間欠モードで駆動させるため、貯湯ポンプ５９の駆動および停止が交互に繰り返され、貯湯通路５の循環通路５０の水を移動させる。このため前述したように水温センサ７１の誤検知が抑制される。更に、貯湯通路５のうち筐体３およびハウジング４２の外方に位置する凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結を抑えつつも、貯湯ポンプ５９を駆動させる合計駆動時間が短縮され、省エネルギ化が図られる。
【００８４】
更に本実施形態によれば、システムの運転が停止され、スタック２の発電運転が停止してシステムが待機状態に移行している場合において、システムが待機状態に移行した基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過する前であっても、あるいは、基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過した後であっても、水温センサ７１で検知された貯湯通路５の水温が凍結懸念温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）以下の低温であるときには、制御部８は、凍結懸念部位５０ｘにおける水の凍結のおそれが高いと推定する。そこで、貯湯槽４１に設けられている所定の温度センサ４１ｒが検知する温水の温度が所定温度Ｔｋ以上と暖かいときには、制御部８は、貯湯ポンプ５９を駆動させつつ、迂回バルブ５２のポート５２ａ，５２ｃを開放させると共にポート５２ｂを閉鎖させる。これにより迂回バルブ５２のポート５２ａ，５２ｃを介して循環通路５０の水を入口ポート４１ｉから貯湯槽４１に供給させると共に、貯湯槽４１の底部に溜められている水を貯湯通路５の循環通路５０に供給する。貯湯槽４１の底部の水といえども、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける水よりも水温が高い。このため、貯湯通路５の凍結懸念部位５０ｘにおける凍結が効果的に抑えられる。この場合、貯湯ポンプ５９を間欠駆動させても良いし、連続駆動させても良い。このような制御については、貯湯槽４１の温水の温度が低下するため、ユーザが貯湯槽４１の温水を使用する頻度が低い夜間等の時間帯において、制御部８が実行することが好ましい。あるいは、システムのユーザが、貯湯槽４１の温水を凍結防止に使用する許可を所定のスイッチから制御部８に入力されたときにおいて、制御部８が実行することが好ましい。
【００８５】
（実施形態７）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１および図２を準用する。第２モード、第３モードの別例として、下記の（Ｉ）、（ＩＩ）を例示できる。
（Ｉ）第２モードでは、熱回収通路４８を循環させ（熱交換器６８はまだ熱を持っている）る。第３モードでは、それに加えてバーナ１２を着火する。
（ＩＩ）第２モードでは、熱回収通路４８を循環させる。第３モードでは、それに加えて貯湯水を循環させる。
【００８６】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば上記した実施形態では、燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質器１が設けられているが、改質器１を有しておらず、貯蔵されているアノードガスをスタックのアノードに供給させる燃料電池システムに適用しても良い。また実施形態では、燃料電池は固体高分子形であるが、固体酸化物形、リン酸形、溶融炭酸塩形でも良い。本明細書から次の技術的思想も把握できる。
［付記項１］燃料電池のスタックを収容する筐体と、温水を貯留できる貯湯室をもつ貯湯槽と、前記スタックの運転に伴い発生した熱エネルギを受熱して加熱された水を前記貯湯槽に供給させ、且つ、外気温度が低いとき凍結可能性がある凍結懸念部位を有する貯湯通路と、前記貯湯通路の水を搬送させるための水搬送源と、前記貯湯通路の水温を検知するための水温センサと、外気の温度を検知するための外気温度センサと、前記水温センサの温度信号、前記外気温度センサの温度信号に応じて前記水搬送源を制御する制御部とを具備する燃料電池システム。制御部は、水温センサの温度信号、外気温度センサの温度信号に応じて水搬送源を制御することができる。
［付記項２］燃料電池のスタックを収容する筐体と、温水を貯留できる貯湯室をもつ貯湯槽と、前記スタックの運転に伴い発生した熱エネルギを受熱して加熱された水を前記貯湯槽に供給させ、且つ、外気温度が低いとき凍結可能性がある凍結懸念部位を有する貯湯通路と、前記貯湯通路の水を搬送させるための水搬送源と、前記貯湯通路の水温を検知するための水温センサと、外気の温度を検知するための外気温度センサと、前記水温センサの温度信号、前記外気温度センサの温度信号に応じて前記水搬送源を制御する制御部とを具備しており、前記制御部は、前記外気温度センサで検知された外気温度が第１所定温度Ｔ１以下であるとき、前記スタックの発電運転停止後における基準時刻から第１所定時間Ｍ１経過するまで、前記水搬送源の駆動および停止を交互に繰り返す間欠モードを実行する燃料電池システム。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、可搬用の燃料電池システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１は改質器、１０は改質部、１２は燃焼部、２はスタック、２０はアノード、２１はカソード、２２は通路、２３はスタック温調通路、２４は温調ポンプ（温調媒体搬送源）、２５はヒータ（加熱源）、３は筐体、３０は収容室、４は貯湯ユニット、４０は貯湯室、４１は貯湯槽、４２はハウジング、４３は給湯通路、４８は熱回収通路、４９は熱回収ポンプ、５は貯湯通路、５０は循環通路、５０ｅは迂回通路、５０ｃは凍結懸念部位、５０ｘは凍結懸念部位、５１は温水通路、５２は迂回バルブ、５９は貯湯ポンプ（水搬送源）、７１は水温センサ、７２は外気温度センサ、８は制御部を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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