(57)【要約】【課題】システム全体のコンパクト化及び簡素化を図るとともに、複数の燃料電池及び冷却系が凍結することを確実に阻止することを可能にする。【解決手段】温度センサ１２４により検出される温度が、設定温度以下である際に、発電用タンク７２から定置型燃料電池１７に少量の燃料ガスが供給されるとともに、コンプレッサ８０が駆動される。このため、定置型燃料電池１７が始動され、ヒータ８６に電力が供給されて凍結可能部である水タンク４３、イオン交換器４５及び気液分離器２６ａ、２６ｂが加温されて、凍結の発生を阻止する。一方、冷却媒体循環系８８に車両用燃料電池１１２が接続されており、この車両用燃料電池１１２は、昇温された冷却媒体により加温されて凍結が阻止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、
前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、
前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池と、
前記定置型燃料電池からの電力により前記燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱する加熱機構と、
前記燃料ガス製造装置及び前記定置型燃料電池に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、
前記冷却媒体循環系と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構と、
雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、
検出された温度が設定温度以下である際に、前記冷却媒体循環系と前記冷却媒体通路とを接続するとともに、前記定置型燃料電池を駆動して前記加熱機構に電力を供給し、且つ前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、
雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、
検出された温度が設定温度以下である際に、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記複数の燃料電池は、少なくとも１つが定置型燃料電池である一方、少なくとも１つが車両用燃料電池であり、
前記定置型燃料電池の冷却媒体通路と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構を備えるとともに、
前記制御機構は、検出された温度が設定温度以下である際に、前記定置型燃料電池を駆動することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムにおいて、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置を備え、
前記燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも前記車両用燃料電池又は前記定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、
前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池とを備える燃料電池システムの凍結防止方法であって、
雰囲気温度又は設定部位温度が設定温度以下であるか否かを検出する工程と、
検出された温度が前記設定温度以下である際、前記定置型燃料電池を駆動する工程と、
前記定置型燃料電池からの電力により前記燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱するとともに、前記定置型燃料電池及び前記車両用燃料電池の冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。
【請求項６】
請求項５記載の凍結防止方法において、前記燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも前記車両用燃料電池又は前記定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、
前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。
【請求項７】
複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系とを備える燃料電池システムの凍結防止方法であって、
雰囲気温度又は設定部位温度を検出する工程と、
検出された温度が設定温度以下である際に、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。
【請求項８】
請求項７記載の凍結防止方法において、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの車両用燃料電池又は少なくとも１つの定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、
前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、定置型燃料電池と車両用燃料電池を含む複数の燃料電池を備える燃料電池システム及びその凍結防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、天然ガス等の炭化水素燃料やメタノール等のアルコールを含む含水素燃料を改質して水素含有ガス（改質ガス）を得た後、この水素含有ガスを精製した高純度水素ガスを燃料ガスとして燃料電池に供給して発電を行う燃料ガス製造発電システムが採用されている。
【０００３】
この種の燃料ガス製造発電システムでは、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が使用されている。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極及びカソード側電極を対設して構成される電解質膜・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。
【０００４】
この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガスが供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気が供給される。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００５】
ところで、この種の燃料電池では、イオン導電性を維持するために、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を適度に加湿しておく必要がある。このため、燃料ガス及び酸化剤ガスは、予め加湿された状態で燃料電池に供給されている。しかしながら、特に燃料電池を氷点下で始動させる際、前記燃料電池内の水分が凍結し易く、始動性が低下するという不具合が指摘されている。
【０００６】
しかも、上記の燃料電池は、作動温度が比較的低温であるため、冷却媒体、例えば、冷却水をセパレータ間に供給して冷却する必要があり、前記燃料電池に冷却水を循環させる冷却水循環系が設けられている。
【０００７】
例えば、特許文献１に開示されている固体高分子形燃料電池発電装置が知られている。この特許文献１では、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスを水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、起動時に各反応器が安定するまで水素を燃焼するプロセスガスバーナーと、水素によって発電セルする燃料電池と、燃料電池を冷却するための水を収納した水タンクと、前記改質器、燃料電池、プロセスガスバーナー等の排ガスの熱を回収して温水とする熱交換器と、この温水を蓄える貯湯タンクとを備えている。
【０００８】
装置停止時に、例えば、水タンク内の水の温度が低下して、約２℃以下になる場合、あるいは、燃料電池本体の温度や装置内の雰囲気の温度が低下して凍結するおそれがある場合は、それらを検知してプロセスガスバーナーを燃焼させている。このため、貯湯タンクの温水が昇温し、該温水が水タンクを含む水系統の一部あるいは全部に循環して送られるとともに、ポンプを作動させて燃料電池の冷却部に温水が循環されることにより、燃料電池本体の温度が上昇して凍結防止が行われている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２１６８２４号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、燃料ガス製造発電システムでは、内部に組み込まれた燃料電池（以下、定置型燃料電池ともいう）の他に、例えば、別の発電システムを構成する定置型燃料電池や車両用燃料電池に対して燃料ガスを供給可能に構成される場合がある。その際、別の定置型燃料電池や車両用燃料電池においても同様に、氷点下の始動時に、イオン交換膜に含まれる水が凍結しているおそれがある。しかしながら、別の定置型燃料電池や車両用燃料電池に、上記の特許文献１の構成を個別に採用しようとすると、構成が複雑化且つ大型化するとともに、経済的ではないとい問題がある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、システム全体のコンパクト化及び簡素化を図るとともに、複数の燃料電池が凍結することを確実に阻止することが可能な燃料電池システム及びその凍結防止方法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】
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムは、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池と、前記定置型燃料電池からの電力により前記燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱する加熱機構と、前記燃料ガス製造装置及び前記定置型燃料電池に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、前記冷却媒体循環系と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構と、雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、検出された温度が設定温度以下である際に、前記冷却媒体循環系と前記冷却媒体通路とを接続するとともに、前記定置型燃料電池を駆動して前記加熱機構に電力を供給し、且つ前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構とを備えている。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムは、複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、検出された温度が設定温度以下である際に、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構とを備えている。
【００１４】
さらに、複数の燃料電池は、少なくとも１つが定置型燃料電池である一方、少なくとも１つが車両用燃料電池であり、前記定置型燃料電池の冷却媒体通路と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構を備えるとともに、制御機構は、検出された温度が設定温度以下である際に、前記定置型燃料電池を駆動することが好ましい。
【００１５】
さらにまた、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置を備え、前記燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも車両用燃料電池又は定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池とを備える燃料電池システムの凍結防止方法である。
【００１７】
先ず、雰囲気温度又は設定部位温度が設定温度以下であるか否かを検出し、前記設定温度以下であることが検出された際、定置型燃料電池が駆動される。次いで、定置型燃料電池からの電力により燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱するとともに、前記定置型燃料電池及び車両用燃料電池の冷却媒体通路に冷却媒体が循環される。
【００１８】
さらに、燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも車両用燃料電池又は定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させることが好ましい。
【００１９】
さらにまた、本発明は、複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系とを備える燃料電池システムの凍結防止方法である。
【００２０】
先ず、雰囲気温度又は設定部位温度を検出して、該検出された温度が設定温度以下である際に、複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させる。
【００２１】
また、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して複数の燃料電池の中、少なくとも１つの車両用燃料電池又は少なくとも１つの定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの定置型燃料電池を駆動するとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、定置型燃料電池が駆動されて、前記定置型燃料電池からの電力により燃料ガス製造装置の凍結可能部が加熱されるため、低温時にこの凍結可能部が凍結することを有効に阻止することができる。しかも、定置型燃料電池の運転により発生した廃熱を介して冷却媒体が昇温されるため、定置型燃料電池及び車両用燃料電池に前記冷却媒体が循環されると、前記定置型燃料電池及び前記車両用燃料電池が加温される。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、低温時の凍結が良好に阻止される。
【００２３】
また、本発明では、検出された雰囲気温度又は設定部位温度が設定温度以下である際に、少なくとも１つの燃料電池が始動することにより、該１つの燃料電池を冷却するための冷却媒体が、前記１つの燃料電池の自己発熱を作用して昇温される。従って、昇温された冷却媒体が冷却媒体循環系を循環する際に、残余の燃料電池が加温される。このため、簡単且つコンパクトな構成で、全ての燃料電池の凍結を確実に防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システム（燃料電池システム）１０の概略構成図である。
【００２５】
家庭用燃料ガス製造発電システム１０は、含水素燃料、例えば、メタンやプロパン等の炭化水素燃料（以下、改質用燃料という）の改質反応により水素リッチガス（以下、改質ガスという）を得る改質部１２と、前記水素リッチガスから高純度の水素ガス（以下、燃料ガスという）を精製する精製部１４と、前記燃料ガスを貯蔵する貯蔵部１６と、前記貯蔵部１６から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池１７とを備える。少なくとも改質部１２及び精製部１４は、燃料ガス製造装置１９を構成する。
【００２６】
改質部１２は、改質用燃料を蒸発させる蒸発器１８を備える。蒸発器１８には、燃焼器（燃焼触媒）２０が付設されるとともに、前記蒸発器１８の下流には、改質用燃料を改質して改質ガスを得る反応器（改質器）２２が配設される。反応器２２の下流には、改質ガスを冷却する冷却器２４ａが配設されるとともに、この冷却器２４ａの下流には、冷却された前記改質ガスをガス成分と水分とに分離する気液分離器２６ａが配設される。
【００２７】
改質部１２には、空気供給機構２８が設けられる。空気供給機構２８は、空気コンプレッサ３０を備えるとともに、この空気コンプレッサ３０には、改質用空気供給路３２及びオフガス排出用空気供給路３６が接続される。改質用空気供給路３２は、蒸発器１８に接続され、オフガス排出用空気供給路３６は、後述するＰＳＡ機構４８を経由して前記燃焼器２０に接続される。
【００２８】
改質用空気供給路３２及びオフガス排出用空気供給路３６は、流量制御用の弁３８ａ及び３８ｂを介して空気コンプレッサ３０に接続可能である。改質用空気供給路３２には、弁３８ａと蒸発器１８との間に位置して改質用燃料を供給するための改質用燃料エゼクタ４０が配設される。蒸発器１８には、水供給機構４２が設けられる。水供給機構４２は、水タンク４３と、水ポンプ４４と、イオン交換器４５とを備える。
【００２９】
気液分離器２６ａの下流には、改質ガス供給路４６を介して精製部１４を構成する、例えば、ＰＳＡ機構４８が接続され、前記ＰＳＡ機構４８には、水分が分離された改質ガスが供給される。なお、ＰＳＡ機構４８に代替えして、例えば、水素分離膜等を使用してもよい。
【００３０】
改質ガス供給路４６には、ＰＳＡ機構４８に改質ガスを圧送するためのコンプレッサ５０が接続される。このコンプレッサ５０の下流には、冷却器２４ｂ及び気液分離器２６ｂが配設される。
【００３１】
ＰＳＡ機構４８は、水素以外の成分を高圧下で選択的に吸着し、減圧下で脱着する吸着剤を充填した複数塔、例えば、３塔の吸着塔（図示せず）を備えている。各吸着塔に、吸着、減圧、均圧、脱着及び洗浄工程からなるサイクリック運転を行わせることにより、高純度水素を取り出す一方、他の成分（不要物）をオフガスとしてオフガス排出路５２に放出するように構成している。
【００３２】
オフガス排出路５２は、オフガスエゼクタ５４に接続されるとともに、前記オフガスエゼクタ５４は、オフガス排出用空気供給路３６が接続される。オフガスエゼクタ５４は、空気コンプレッサ３０を介してオフガス排出用空気供給路３６に流れるオフガス排出用空気（圧縮空気）を介してＰＳＡ機構４８からオフガスを吸引する機能を有する。
【００３３】
ＰＳＡ機構４８には、各吸着塔から高純度水素を排出するための燃料ガス経路５８が連通するとともに、燃料ガス経路５８にコンプレッサ６０が接続される。燃料ガス経路５８の端部は、弁６４を介して貯蔵部１６を構成する充填タンク６６に接続される。燃料ガス経路５８の途上には、分岐燃料ガス経路６８が設けられ、この分岐燃料ガス経路６８には、弁７０を介して発電用タンク７２が接続される。
【００３４】
充填タンク６６は、ディスペンサ７３を介して燃料電池車両（ＦＣＶ）７４に燃料ガスを供給する一方、発電用タンク７２は、家庭用電源を供給するための定置型燃料電池１７に燃料ガス供給路７６を介して接続されるとともに、前記燃料ガス供給路７６には、弁７８が配設される。この定置型燃料電池１７には、酸化剤ガスとして、例えば、空気を供給するためのコンプレッサ（又はスーパーチャージャ）８０が接続される。
【００３５】
定置型燃料電池１７には、電源ボックス８４に接続されており、この電源ボックス８４は、ＡＣ／ＤＣ変換器及び主電源切換器を内蔵する。電源ボックス８４は、コンプレッサ８０等を含むシステム補機電源を供給する一方、ヒータ（加熱機構）８６に接続されている。ヒータ８６は、家庭用燃料ガス製造発電システム１０の凍結可能部である、例えば、水タンク４３、イオン交換器４５及び気液分離器２６ａ、２６ｂ等を加熱可能に配置されている。
【００３６】
燃料ガス製造装置１９には、冷却媒体を循環供給するための冷却媒体循環系８８が設けられる。冷却媒体循環系８８には、定置型燃料電池１７内において図示しないセパレータ間に冷却媒体を供給する冷却媒体循環通路（冷却媒体通路）９０が接続されており、前記冷却媒体循環通路９０との連結部位には、ラジエータファン９２を備えたラジエータ９４と冷却媒体ポンプ９６とが配設される。
【００３７】
冷却媒体循環系８８は、入口通路９８と出口通路１００とを備えるとともに、前記入口通路９８及び前記出口通路１００には、入口分岐通路９８ａ、９８ｂ及び出口分岐通路１００ａ、１００ｂが接続される。入口通路９８及び出口通路１００は、冷却器２４ａに接続され、入口分岐通路９８ａ及び出口分岐通路１００ａは、冷却器２４ｂに接続され、さらに入口分岐通路９８ｂ及び出口分岐通路１００ｂは、水タンク４３内の水を加熱するために前記水タンク４３に配設される。
【００３８】
入口通路９８及び出口通路１００には、それぞれＦＣＶ入口通路１０２及びＦＣＶ出口通路１０４が接続され、前記ＦＣＶ入口通路１０２は、ワンウェイバルブ１０６ａを介して接続アダプタ（冷却媒体通路接続機構）１０８に接続される一方、ＦＣＶ出口通路１０４は、ワンウェイバルブ１０６ｂを介して前記接続アダプタ１０８に接続される。接続アダプタ１０８は、燃料電池車両７４に設けられた接続アダプタ１１０に接続自在である。
【００３９】
燃料電池車両７４は、車両用燃料電池１１２を搭載している。この車両用燃料電池１１２には、冷却媒体循環通路（冷却媒体通路）１１４が設けられ、この冷却媒体循環通路１１４には、ラジエータファン１１６を設けたラジエータ１１８と冷却媒体ポンプ１２０とが配設される。冷却媒体循環通路１１４には、入口側バイパスライン１２２と出口側バイパスライン１２３とが接続され、前記入口側バイパスライン１２２及び前記出口側バイパスライン１２３は、接続アダプタ１１０に接続されている。
【００４０】
家庭用燃料ガス製造発電システム１０には、雰囲気温度を又は設定部位温度検出するための温度センサ（温度検出機構）１２４が所定の位置に配置されている。
【００４１】
家庭用燃料ガス製造発電システム１０は、各補器類と通信及び制御を行うとともに、特に、第１の実施形態では、温度センサ１２４により検出された温度が設定温度以下である際に、冷却媒体循環系８８と冷却媒体循環通路１１４とを接続するとともに、定置型燃料電池１７を駆動してヒータ８６に電力を供給し、且つ冷却媒体循環系８８を駆動して冷却媒体を循環させるための制御機構として、例えば、制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２６を備える。この制御ＥＣＵ１２６は、ＥＣＵ専用バッテリ、例えば、リチウムバッテリを内蔵している。
【００４２】
このように構成される家庭用燃料ガス製造発電システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４３】
通常運転時において、家庭用燃料ガス製造発電システム１０では、制御ＥＣＵ１２６を介して空気コンプレッサ３０が運転されており、改質用空気及びオフガス排出用空気が、それぞれ改質用空気供給路３２及びオフガス排出用空気供給路３６に送られる。
【００４４】
改質用空気供給路３２に供給される改質用空気は、蒸発器１８に供給されるとともに、この蒸発器１８には、例えば、天然ガスや都市ガス等の改質用燃料と水とが供給される。一方、燃焼器２０では、燃焼用空気、オフガス及び必要に応じて水素等が供給されて燃焼が行われ、蒸発器１８では、改質用燃料及び水が蒸発する。
【００４５】
蒸発した改質用燃料は、反応器２２に送られる。この反応器２２では、改質用燃料中の、例えば、メタン、空気中の酸素及び水蒸気によって、酸化反応であるＣＨ4＋２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ（発熱反応）と、燃料改質反応であるＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2（吸熱反応）とが同時に行われる（オートサーマル方式）。
【００４６】
上記のように、反応器２２により改質された改質ガスは、冷却器２４ａによって冷却された後、気液分離器２６ａに供給される。この気液分離器２６ａで水分が分離された改質ガスは、改質ガス供給路４６に送られてコンプレッサ５０で圧縮される。さらに、改質ガスは、冷却器２４ｂで冷却された後、気液分離器２６ｂに供給されて水分が分離された状態で、ＰＳＡ機構４８に供給される。
【００４７】
ＰＳＡ機構４８では、各吸着塔内で水素以外の成分が吸着されて高濃度の水素（水素リッチ）を含む燃料ガスが精製され、この燃料ガスが燃料ガス経路５８に供給される。燃料ガスは、コンプレッサ６０の作用下に充填タンク６６と発電用タンク７２とに選択的に貯蔵される。充填タンク６６に充填されている燃料ガスは、ディスペンサ７３を介して燃料電池車両７４に供給される。
【００４８】
発電用タンク７２に充填されている燃料ガスは、弁７８の開放作用下に、燃料ガス供給路７６から定置型燃料電池１７のアノード側電極（図示せず）に供給される。また、コンプレッサ８０が駆動されて、定置型燃料電池１７の図示しないカソード側電極に酸化剤ガスとして空気が供給される。このため、定置型燃料電池１７で発電が行われて電力が発生し、この電力は、家庭用電源として使用されるとともに、コンプレッサ８０を含むシステム補器電源として利用される。
【００４９】
一方、ＰＳＡ機構４８では、各吸着塔からのオフガス（残留ガス）がオフガス排出路５２に放出される。オフガス排出路５２は、オフガスエゼクタ５４を介してオフガス排出用空気供給路３６に接続されている。このため、オフガス排出路５２に放出されたオフガスは、オフガスエゼクタ５４に供給されるオフガス排出用空気（圧縮空気）を介して燃焼器２０に送られる。このオフガスは、燃焼器２０の燃焼用燃料として使用される。
【００５０】
次いで、本発明の第１の実施形態に係る凍結防止方法について、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００５１】
先ず、制御ＥＣＵ１２６では、温度センサ１２４を介して、例えば、雰囲気温度の検出を行う（ステップＳ１）。この温度センサ１２４により検出された温度が、設定温度以下、例えば、冷却媒体の凝固温度以下であるか否かが判断され（ステップＳ２）、該設置温度以下であると判断されると、ステップＳ３に進む。
【００５２】
ステップＳ３では、家庭用燃料ガス製造発電システム（ＨＲＳ）１０が運転中か否かが判断され、前記家庭用燃料ガス製造発電システム１０が運転停止中であると判断されると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。このステップＳ４では、発電用タンク７２から燃料ガス供給路７６を介して定置型燃料電池（定置型ＦＣ）１７に少量の燃料ガスが供給される一方、コンプレッサ８０が駆動される。
【００５３】
このため、定置型燃料電池１７の駆動が開始されて発電が行われ、電源ボックス８４を介してヒータ８６に電力が供給される。従って、ステップＳ５に進んで、ヒータ８６が付勢されてこのヒータ８６が配置されている凍結可能部、例えば、水タンク４３、イオン交換器４５及び気液分離器２６ａ、２６ｂ等が加熱されるとともに、冷却媒体ポンプ９６が駆動され、冷却媒体循環系８８に冷却媒体が循環する。
【００５４】
これにより、冷却媒体循環系８８では、定置型燃料電池１７に冷却媒体が供給されて、この定置型燃料電池１７が加温される一方、接続アダプタ１０８、１１０が接続された車両用燃料電池１１２では、ＦＣＶ入口通路１０２を介して前記冷却媒体が冷却媒体循環通路１１４に供給される。従って、車両用燃料電池１１２は、循環される冷却媒体により加温される。そして、雰囲気温度が設定温度以上になる際に（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、定置型燃料電池１７の駆動が停止される。
【００５５】
このように、第１の実施形態では、温度センサ１２４を介して検出される雰囲気器温度が設定温度以下である際に、定置型燃料電池１７が駆動されてヒータ８６に電力が供給され、水タンク４３、イオン交換器４５及び気液分離器２６ａ、２６ｂ等の凍結可能部が加熱される。このため、低温時に、凍結可能部が凍結することを有効に阻止することができる。しかも、定置型燃料電池１７が運転されることによって発生する熱を介して、冷却媒体の温度が上昇する。従って、この冷却媒体を冷却媒体循環系８８で循環させることによって、定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２を加温することが可能になる。
【００５６】
これにより、家庭用燃料ガス製造発電システム１０は、簡単且つコンパクトな構成で、凍結が良好に阻止されるとともに、制御ＥＣＵ１２６による制御が一挙に簡素化するという効果が得られる。
【００５７】
一方、ステップＳ３において、雰囲気温度が設定温度以下である際に、家庭用燃料ガス製造発電システム１０が運転中であると（ステップＳ３中、ＮＯ）、ステップＳ７に進んで、定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２に冷却媒体が供給される。すなわち、家庭用燃料ガス製造発電システム１０では、運転が行われることによって冷却器２４ａ、２４ｂで熱交換が行われており、冷却媒体循環系８８を循環する冷却媒体が昇温されている。
【００５８】
このため、昇温されている冷却媒体を、接続アダプタ１０８、１１０の連結作用下に車両用燃料電池１１２の冷却媒体循環通路１１４に供給すれば、前記車両用燃料電池１１２を良好に加温することができる。これにより、燃料ガス製造中の廃熱を利用して、車両用燃料電池１１２を暖機することができ、特別な加熱手段が不要になって経済的であるという利点がある。なお、定置型燃料電池１７では、冷却媒体ポンプ９６の駆動作用下に、冷却媒体循環通路９０に冷却媒体を循環させることにより、常時、加温することができる。また、低温時にのみ、冷却媒体循環系８８の冷却媒体を冷却媒体循環通路９０に供給してもよい。
【００５９】
図３は、本発明の第２の実施形態係る燃料電池システムの凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係る家庭用燃料ガス製造発電システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
この第２の実施形態では、定置型燃料電池１７の冷却媒体循環通路９０は、冷却媒体循環系８８を構成する入口通路９８にバルブ１３２を介して開閉自在であるとともに、この入口通路９８には、前記バルブ１３２に近接してバルブ１３４が設けられている。温度センサ１２４は、設定部位である定置型燃料電池１７の温度を検出するように構成されている。
【００６１】
このように構成される第２の実施形態に係る家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の凍結防止方法について、図４に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００６２】
先ず、制御ＥＣＵ１２６は、定置型燃料電池１７の冷却媒体温度を温度センサ１２４を介して検出する（ステップＳ１１）。そして、定置型燃料電池１７が冷却媒体の凝固温度以下になったと判断されると（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進んで、家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の運転が停止されているか否かが判断される。
【００６３】
この家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の運転が停止されていると判断されると（ステップＳ１３中、ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進んで、定置型燃料電池１７に少量の燃料ガスが供給されてこの定置型燃料電池１７が始動される。さらに、ステップＳ１５に進んで、冷却媒体ポンプ９６が駆動されるとともに、バルブ１３２が開放される一方、バルブ１３４が閉塞される。一方、車両用燃料電池１１２側では、ワンウェイバルブ１０６ａ、１０６ｂが開放されて冷却媒体循環通路１１４が冷却媒体循環系８８に接続される。
【００６４】
従って、定置型燃料電池１７の発電により温められた冷却媒体は、冷却媒体循環通路９０から冷却媒体循環系８８に送られ、さらに冷却媒体循環通路１１４を通って車両用燃料電池１１２に供給される。このため、車両用燃料電池１１２が加温され、前記車両用燃料電池１１２の凍結が良好に防止される。
【００６５】
そして、温度センサ１２４による検出温度が定置型燃料電池１７における冷却媒体の凝固温度以上になると（ステップＳ１６、ＹＥＳ）、前記定置型燃料電池１７の運転が停止される。
【００６６】
このように、第２の実施形態では、複数の燃料電池である定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２を備えており、温度センサ１２４による検出温度が設定温度以下となる際に、前記定置型燃料電池１７のみを始動させることによって冷却媒体を昇温させ、この昇温された冷却媒体により車両用燃料電池１１２を加温することができる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、全ての燃料電池の凍結を確実に防止することが可能なるという効果が得られる。
【００６７】
一方、ステップＳ１３において、家庭用燃料ガス製造発電システム１３０が運転していると判断されると（ステップＳ１３中、ＮＯ）、ステップＳ１７に進む。家庭用燃料ガス製造発電システム１３０が運転しているため、冷却媒体循環系８８では、バルブ１３２が閉塞される一方、バルブ１３４が開放されており、冷却器２４ａ、２４ｂにより熱交換されて昇温された冷却媒体が、この冷却媒体循環系８８を循環している。
【００６８】
そこで、バルブ１３２を開放して、昇温されている冷却媒体を定置型燃料電池１７に供給し、この定置型燃料電池１７を加熱する。さらに、ワンウェイバルブ１０６ａ、１０６ｂを開放して昇温された冷却媒体を車両用燃料電池１１２に供給し、該車両用燃料電池１１２を加熱する（ステップＳ１７）。
【００６９】
従って、第２の実施形態では、改質部１２の運転により発生する廃熱を利用して、定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２の加温が効率的に遂行される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システムの概略構成図である。
【図２】前記凍結防止方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システムの概略構成図である。
【図４】前記凍結防止方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１３０…家庭用燃料ガス製造発電システム
１２…改質部                      １４…精製部
１６…貯蔵部                      １７…定置型燃料電池
１８…蒸発器                      ２２…反応器
２４ａ、２４ｂ…冷却器            ４２…水供給機構
４３…水タンク                    ４８…ＰＳＡ機構
６６…充填タンク                  ７２…発電用タンク
７４…燃料電池車両                ７６…燃料ガス供給路
８０…コンプレッサ                ８４…電源ボックス
８６…ヒータ                      ８８…冷却媒体循環系
９０、１１４…冷却媒体循環通路    ９８…入口通路
９８ａ、９８ｂ…入口分岐通路      １００…出口通路
１００ａ、１００ｂ…出口分岐通路  １０２…ＦＣＶ入口通路
１０４…ＦＣＶ出口通路            １０８、１１０…接続アダプタ
１１２…車両用燃料電池            １２４…温度センサ
１２６…制御ＥＣＵ                １３２、１３４…バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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