燃料電池システム
【課題】水漏れの異常が発生して停止している燃料電池システムにおいて、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池１の運転に関係する水が循環する水循環経路９と、水循環器１０と、水循環経路を加熱する加熱器１４と、水循環経路からの漏水に関する第１の異常検知器２９，３０と、制御器１６と、を備え、水循環経路９凍結抑制のために水循環器により水循環経路９内の水を循環させる水循環動作と加熱器を動作させる加熱動作とを実行する燃料電池システム３０１であって、制御器は、第１の異常検知器により第１の異常が検知されることによって燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための水循環動作を禁止し、凍結抑制のための加熱動作を禁止しないよう構成されている。
【解決手段】燃料電池１の運転に関係する水が循環する水循環経路９と、水循環器１０と、水循環経路を加熱する加熱器１４と、水循環経路からの漏水に関する第１の異常検知器２９，３０と、制御器１６と、を備え、水循環経路９凍結抑制のために水循環器により水循環経路９内の水を循環させる水循環動作と加熱器を動作させる加熱動作とを実行する燃料電池システム３０１であって、制御器は、第１の異常検知器により第１の異常が検知されることによって燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための水循環動作を禁止し、凍結抑制のための加熱動作を禁止しないよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池と水循環経路とを備えた燃料電池システムに関し、特に燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、一般的には、燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させて発電する学燃料電池と、発電に伴って発熱する燃料電池を冷却する冷却水経路とを備えていて、発電量に応じて冷却の程度を調整することにより燃料電池の温度を制御するよう構成されている。
【０００３】
このような燃料電池システムを屋外で一定時間以上運転せずに放置すると、外気温度の低下とともに、冷却水経路内の水が凍結する。その結果、次回の起動時に燃料電池の温度制御ができずに発電が不可能になること等が想定される。
【０００４】
そこで、冷却水の凍結を抑制するために、例えば、外気温度を直接的又は間接的に検知する外気温検知手段と、冷却水の水温を検知する水温検知手段とを備え、外気温度検知手段で検知された外気温と、水温検知手段で検知された水温とに応じて、凍結抑制運転を実行するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１５は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０００６】
図１５に示すように、この従来の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池３６と、燃料電池３６を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路３７と、冷却水経路３７を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路３８と、冷却水から熱を回収し温水となった貯湯水を貯える貯湯タンク３９と、冷却水経路３７内の冷却水と貯湯水経路３８内の貯湯水との間で熱交換するための熱交換器４０と、冷却水経路３７内の水を循環させる冷却水循環器４１と、冷却水経路３７を加熱する加熱器４２と、貯湯水経路３８内の水を循環させる貯湯水循環器４３と、外気温度を検知する外気温検知手段４４と、冷却水の温度を検知する冷却水温検知手段４５と、貯湯水の温度を検知する貯湯水温検知手段４６と、制御器４７とを備える。
【０００７】
制御器４７は、外気温検知手段４４で検知された外気温度と、冷却水温検知手段４５で検知された冷却水温度と、貯湯水温検知手段４６で検知された貯湯水温度とに応じて、冷却水経路３７、貯湯水経路３８内の水が凍結する恐れがあると判定したときには、凍結抑制運転として、冷却水循環器４１による冷却水の循環と、貯湯水循環器４３による貯湯水の循環と、加熱器４２による加熱とを実行する。これにより、冷却水及び貯湯水の凍結が抑制される。
【０００８】
また、制御器４７は、燃料電池システムが何らかの原因で異常停止すると、その異常原因に基づいて、冷却水経路３７及び貯湯水経路３８の各々について凍結抑制運転を実行するか否かを判定する。
【０００９】
例えば、冷却水経路３７における水漏れが原因で、燃料電池システムが異常停止している場合には、凍結抑制運転として冷却水循環器４１による冷却水の循環を実行すると、冷却水循環器４１が空運転するため、制御器４７は冷却水の循環を実行しない。また、この場合に、凍結抑制運転として加熱器４２による加熱を実行すると、加熱対象である冷却水が冷却水経路３７内に存在しない状態で加熱することになり、加熱器４２の周辺が過剰に加熱される恐れがあるため、制御器４７は加熱器４２による加熱を実行しない。また、貯湯水経路３８における水漏れが原因で、燃料電池システムが以上停止している場合には、貯湯水循環器４３による貯湯水の循環を実行すると、貯湯水循環器４３が空運転するため、制御器４７は貯湯水の循環を実行しない。これにより、凍結抑制運転を実行する要素である冷却水循環器４１、貯湯水循環器４３、及び加熱器４２の損傷が抑制される。
【００１０】
ここで、冷却水経路３７において水漏れが発生しているということは、例えば、以下のようにして検知される。
【００１１】
燃料電池３６の発電中に冷却水経路３７から水漏れすると、燃料電池３６の温度が過剰に上昇する。そこで、この燃料電池３６の温度の過剰上昇を検知することにより、冷却水経路３７における水漏れを検知することができる。また、冷却水温検知手段４５として、冷却水の燃料電池３６入口側の水温を検知する第１の冷却水温検知手段４８と、燃料電池３６出口側の水温を検知する第２の冷却水温検知手段４９とを備える場合には、燃料電池３６の発電中に貯湯水経路３８から水漏れすると、熱交換器４０による熱交換機能が低下し、第１の冷却水温検知手段４８が検知する冷却水温度と、第２の冷却水温検知手段４９が検知する冷却水温度とが近づく。それ故、両者が検知する冷却水温度の接近を検知することにより、貯湯水経路３８からの水漏れを検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２９４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、燃料電池システムの冷却水経路で水漏れが発生しても冷却水経路に水が残る場合がある。しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、冷却水経路からの水漏れの異常が発生している場合には、冷却水循環器による水循環を行わないだけではなく、加熱器による加熱をも実行しない。従って、冷却水経路内に残水がある場合には、その残水の凍結を抑制する手段がなく、燃料電池が凍結する可能性がある。その結果、次回の起動時に発電が不可能になる等の課題がある。
【００１４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、水漏れの異常が発生して停止している燃料電池システムにおいて、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる燃料電池システム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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に関係する水が循環する水循環経路と、前記水循環経路内の水を循環させるための水循環器と、前記水循環経路を加熱する加熱器と、前記水循環経路からの漏水に関する異常である第１の異常を検知する第１の異常検知器と、制御器と、を備え、前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作とを実行する燃料電池システムであって、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成されている。
【００１６】
前記燃料電池システムは、前記第１の異常と異なる第２の異常を検知する第２の異常検知器を備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止しかつ凍結抑制のための前記加熱動作を禁止せず、前記第２の異常検知器により前記第２の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作及び前記加熱動作を共に禁止しないよう構成されていてもよい。
【００１７】
前記水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路と、の少なくともいずれか一つであってもよい。
【００１８】
前記水循環経路が、第１の水循環経路と第２の水循環経路とを備え、前記水循環器が、前記第１の水循環経路内の水を循環させる第１の水循環器と、前記第２の水循環経路内の水を循環させるための第２の水循環器とを備え、前記加熱器が、前記第１の水循環経路を加熱する第１の加熱器と、前記第２の水循環経路を加熱する第２の加熱器とを備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の水循環器による水循環動作を禁止し、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、前記第２の水循環経路の凍結抑制のための前記第２の水循環器による水循環動作及び前記第２の加熱器による加熱動作を禁止しないよう構成されていてもよい。
【００１９】
前記第１の水循環経路及び前記第２の水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路とのうちの２つの経路の組み合わせであってもよい。
【００２０】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって、前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記加熱器による加熱動作において、前記第１の異常が検知されていない場合よりも加熱量を増加させるよう構成されていてもよい。
【００２１】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記第１及び第２の加熱器による加熱動作において、前記第１の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、前記第２の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合と変えないよう構成されていてもよい。
【００２２】
前記燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されていない場合は、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行し、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知された場合は、前記温度検知器が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行するよう構成されていてもよい。
【００２３】
前記燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のための前記加熱動作として前記第１の加熱器と前記第２の加熱器とを動作させるよう構成されており、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を前記温度検知器が検知すると凍結抑制のために前記第１の加熱器を動作させ、前記温度検知器が前記第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記第２の加熱器を動作させるよう構成されていてもよい。
【００２４】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は上記のように構成され、水漏れの異常が発生して停止している燃料電池システムにおいて、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５の燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９の燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態の変形例２に係る燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態の変形例２に係る燃料電池システムの他の構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に関係する水が循環する水循環経路と、前記水循環経路内の水を循環させるための水循環器と、前記水循環経路を加熱する加熱器と、前記水循環経路からの漏水に関する異常である第１の異常を検知する第１の異常検知器と、制御器と、を備え、前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作とを実行する。
【００２９】
そして、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成されている。
【００３０】
「燃料電池」は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池であればよい。このような「燃料電池」として、例えば、固体高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。「燃料ガス」として、例えば、純水素、水素含有ガス（改質ガス）等を用いることができる。「酸化剤ガス」として、例えば、純酸素、空気等を用いることができる。
【００３１】
「水循環経路」は、燃料電池の運転に関係する水が循環する全ての経路を意味する。例えば、後述する冷却水循環経路、回収水循環経路、貯湯水循環経路等がこのような「水循環経路」に相当する。
【００３２】
「水循環器」として、例えば、ポンプ（ロータリ式）、プランジャーポンプ等を用いることができる。
【００３３】
「第１の異常」は、上述の「水循環経路」からの漏水に関する異常として定義される。「第１の異常検知器」は、上述の「水循環経路」からの漏水を、直接的又は間接的に検知する検知器を意味する。漏水を直接的に検知するとは、「漏水」そのものを検知することを意味する。また、漏水を間接的に検知するとは、「漏水」に相関して変動するパラメータ（物理量）を検知することを意味する。「漏水」を間接的に検知する場合には、検知した当該パラメータから、当該パラメータと「漏水」との相関関係を利用して「漏水」を検知することができる。例えば、「第１の異常検知器」が、「漏水」に相関するパラメータを検知する検知器で構成された場合には、この検知器で検知されたパラメータのレベルと、当該パラメータと「漏水」との相関関係に基づいて設定された判定基準（例えば閾値）とに基づいて「水循環経路」からの漏水が発生しているか否かが判定器によって判定される。
【００３４】
「第１の異常検知器」は、燃料電池システムの主要部（例えば、燃料電池を含む発電ユニット等）を収納する筐体の内部に設置してもよく、あるいは、当該筐体の外部に設置してもよい。検知器を当該筐体の外部に設置する場合において、「第１の異常検知器」と制御部との間は有線で接続されてもよく、無線で接続されてもよい。
【００３５】
「加熱器」は、上述の「水循環経路」を加熱することができればよい。従って、「加熱器」の機能及び設置態様は、これ以外には特に限定されない。例えば、「加熱器」は単独の加熱器で構成されていてもよく、分散配置された複数の加熱器で構成されていてもよい。このような「加熱器」として、例えば、セラミックヒータを用いることができる。
【００３６】
「前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作」とは、このような態様の凍結抑制運転を意味する。
【００３７】
「制御器」は、「前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成された」ものであればよい。本明細書及び請求の範囲において、制御器とは単独の制御器のみならず制御器群をも意味する。従って、「制御器」は、集中制御を行う単独の制御器で構成されてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されてもよい。「制御器」としては、例えば、マイクロコンピュータ、プログラマブルコントローラ、論理回路等を用いることができる。
【００３８】
「水循環動作を禁止する」とは、換言すれば、「水循環動作を許可しない」ことである。「水循環動作を禁止しない」とは、換言すれば、「水循環動作を許可する」ことである。例えば、特定の条件を満たす場合に、水循環動作が実行される。
【００３９】
以上に説明した構成によれば、水循環経路からの漏水に関する異常が検知された場合には、凍結抑制運転としての水循環動作が禁止されるので、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができる。一方、凍結抑制運転としての加熱動作は禁止されないので、特定の条件が満たされることにより、凍結抑制運転としての加熱動作が実行され、循環による凍結抑制ができない水循環経路内の残水の凍結を抑制することできる。その結果、水漏れの異常が発生して停止している燃料電池システムにおいて、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、前記第１の異常と異なる第２の異常を検知する第２の異常検知器を備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止しかつ凍結抑制のための前記加熱動作を禁止せず、前記第２の異常検知器により前記第２の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作及び前記加熱動作を共に禁止しないよう構成されていてもよい。
【００４１】
「第２の異常」は、「第１の異常」と異なる燃料電池システムの異常として定義される。また、この「第２の異常」には、「第１の異常」以外の異常の全てを含むものではなく、「第１の異常」以外の異常の少なくとも一部を含むものである。燃料電池システムの異常には、例えば、燃料電池システムの各構成要素の異常、それらの制御の異常等がある。ここで、表１に上述の第１の異常と第２の異常との具体例を示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように、第１の異常として、例えば、水循環経路からの水漏れ、水循環経路中の水タンク（循環水タンク）における水位の異常低下、貯湯水により冷却される燃料電池の異常昇温、燃料電池の冷却水と貯湯水との熱交換器を備える場合における貯湯水の熱交換前後の温度差異常、冷却水と貯湯水との熱交換器を備える場合における冷却水の熱交換前後の温度差異常等が挙げられる。また、第２の異常として、例えば、酸化剤ガス流量計の計測値異常、酸化剤ガス経路及び燃料ガス経路の弁の固着、酸化剤ガス経路の弁からのリーク異常、燃料ガス経路の弁からのリーク異常、改質器内の温度検知器の検知温度異常、改質器内の温度検知器の断線／ショート、改質器を加熱する燃焼器の失火異常、改質器を加熱する燃焼器の着火異常等が挙げられる。
【００４４】
「第２の異常検知器」は、「第１の異常検知器」と同様に、第２の異常を直接的又は間接的に検知する検知器を意味する。
【００４５】
この構成によれば、水循環経路からの漏水に関する異常を検知した場合は、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる一方、漏水とは関連の無い異常を検知した場合は、通常のとおり、当該水循環経路の凍結抑制が可能となる。
【００４６】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路と、の少なくともいずれか一つであってもよい。
【００４７】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記水循環経路が、第１の水循環経路と第２の水循環経路とを備え、前記水循環器が、前記第１の水循環経路内の水を循環させる第１の水循環器と、前記第２の水循環経路内の水を循環させるための第２の水循環器とを備え、前記加熱器が、前記第１の水循環経路を加熱する第１の加熱器と、前記第２の水循環経路を加熱する第２の加熱器とを備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の水循環器による水循環動作を禁止し、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、前記第２の水循環経路の凍結抑制のための前記第２の水循環器による水循環動作及び前記第２の加熱器による加熱動作を禁止しないよう構成されていてもよい。
【００４８】
この構成によれば、水循環経路が複数存在する燃料電池システムにおいて、漏水に関する異常が検知された水循環経路については、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる一方、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、通常のとおり、当該水循環経路の凍結抑制が可能となる。
【００４９】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記第１の水循環経路及び前記第２の水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路とのうちの２つの経路の組み合わせであってもよい。
【００５０】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって、前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記加熱器による加熱動作において、前記第１の異常が検知されていない場合よりも加熱量を増加させるよう構成されていてもよい。
【００５１】
漏水に関する異常が検知されている場合には、水循環動作が実行されない分、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べて耐凍結性が低下する。しかし、この構成によれば、漏水に関する異常が検知されている場合には、加熱器による加熱量を、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べて増加させるので、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【００５２】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記第１及び第２の加熱器による加熱動作において、前記第１の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、前記第２の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合と変えないよう構成されていてもよい。
【００５３】
この構成によれば、漏水に関する異常が検知されている第１の水循環経路についてのみ、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐべく、第１の異常が検知されていない場合に比べて第１の加熱器の加熱量を増加させ、漏水に関する異常が検知されていない第２の水循環経路については、第２の加熱器による加熱量を第１の異常が検知されていない場合と変えないので、不必要な加熱量の増加による消費電力の増加を抑制することができる。
【００５４】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されていない場合は、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行し、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知された場合は、前記温度検知器が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行するよう構成されていてもよい。
【００５５】
「水の温度を検知する温度検知器」とは、水の温度を直接的又は間接的に検知する温度検知器を意味する。従って、温度検知器は、「燃料電池」の運転に関係する「水」の温度を直接検知する温度検知器であってもよく、「水」の温度に相関する温度（つまり、上記「水」の温度が、間接的に検知される温度）を検知する温度検知器であってもよい。具体的には、外気温度を検知する温度検知器、燃料電池システムの筐体内の水経路以外の所定の位置に設けられた温度検知器が挙げられる。また、「水」の温度に相関する温度を検知する場合には、例えば、当該温度と「水」の温度との相関関係を利用して、当該温度に対して水の凍結を抑制するために最適な閾値が設定される。「温度検知器」は１つでも複数でも構わない。「温度検知器」として、例えば、白金測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等の温度センサを用いることができる。
【００５６】
「第１の閾値」は、水の凝固点（０℃）以上の温度として定義される。「第１の閾値」は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション、計算等により定められる。また、「第１の閾値」を「第２の閾値」と共に定める場合には、第１の閾値は、水の循環を行っている状態で凍結抑制のために加熱器による加熱が必要と判断される温度として定義される。そして、第２の閾値は、水の循環を行わない状態で凍結抑制のために加熱器による加熱が必要と判断される温度として定義され、第１の閾値よりも高い値となる。「第２の閾値」は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション、計算等により定められる。
【００５７】
この構成によれば、漏水に関する異常を検知した場合は、加熱器を動作させる温度検知器の温度閾値が第１の異常が検知されていない場合に比べて高く設定されているので、水の温度が低下した時の加熱器の動作開始を早めることができる。その結果、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を抑制することができる。
【００５８】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のための前記加熱動作として前記第１の加熱器と前記第２の加熱器とを動作させるよう構成されており、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を前記温度検知器が検知すると凍結抑制のために前記第１の加熱器を動作させ、前記温度検知器が前記第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記第２の加熱器を動作させるよう構成されていてもよい。
【００５９】
この構成によれば、漏水に関する異常が検知されている第１の水循環経路についてのみ、水の温度が低下した時の加熱器の動作開始を早めるべく、加熱器を動作させる温度検知器の温度閾値が第１の異常が検知されていない場合に比べて高く設定されており、漏水に関する異常が検知されていない第２の水循環経路については、加熱器を動作させる温度検知器の温度閾値が第１の異常が検知されていない場合と同じに設定されているので、不必要に加熱器の動作開始を早めることによる消費電力の増加を抑制することができる。
【００６０】
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。
【００６１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、「水循環経路」が、貯湯水循環経路であり、かつ「燃料電池」が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である形態を例示するものである。
【００６２】
［構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００６３】
まず、ハードウェアの構成を説明する。
【００６４】
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システム３０１は、吸気口（図示せず）及び排気口６０を有する筐体５０と、貯湯タンク９Ｂとを備えている。筐体５０には、貯湯タンク９Ｂ以外の燃料電池システム３０１を構成する各要素（筐体５０を除く）が収容されている。
【００６５】
筐体５０には、上述の「燃料電池」の一例である燃料電池１が配置されている。燃料電池１は、本実施の形態１では、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成されている。燃料電池１の内部にはアノードに接触するように内部燃料ガス流路１ａが形成されていて、この内部燃料ガス流路１ａの入口には、燃料ガス供給経路２２を介して改質部１０５の出口が接続されている。この改質部１０５と燃料電池１とが燃料電池本体１０１を構成している。
【００６６】
改質部１０５の原料ガス入口には、原料ガス供給路１９を介して原料供給器６１から原料が供給される。原料ガスは、改質により水素含有ガスを生成できるものであればよい。原料ガスとして、例えば、天然ガス等の炭化水素系のガスを用いることができる。原料供給器６１は、例えば、原料ガス源（例えば、天然ガスのインフラストラクチャ）に接続されたブースタポンプ、流量調整弁等で構成することができる。また、改質部１０５の空気入口には空気供給器６２から空気が供給される。空気供給器６２として、例えば、ブロワ等を用いることができる。さらに、改質部１０５の改質水入口には、改質水経路６４から改質水が供給される。改質部１０５は、供給された原料ガス及び改質水を用いてオートサーマル法により水素含有ガス（改質ガス）を生成する。そして、この水素含有ガスを燃料ガスとして燃料電池１に供給する。この水素含有ガス（改質ガス）は、上述の「燃料ガス」の一例である。また、改質部１０５は、燃料ガス供給器の一例である。
【００６７】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの入口には酸化剤ガス供給器６が酸化剤ガス供給経路２３を介して接続されている。
【００６８】
酸化剤ガス供給器６は、上述の「酸化剤ガス」を酸化剤ガス供給経路２３に供給する。酸化剤ガス供給器６は、例えば、ブロワ等で構成されていて、空気を「酸化剤ガス」として供給する。
【００６９】
燃料電池１では、このように供給された燃料ガスと酸化剤ガスとがそれぞれアノード及びカソードにおいて化学反応して電気と熱とが発生する。
【００７０】
燃料電池１の内部燃料ガス流路１ａの出口には、排出燃料ガス経路２５の上流端が接続されている。アノードにおいて化学反応しなかった（消費されなかった）燃料ガス（以下、排出燃料ガスという）は排出燃料ガス経路２５に排出される。排出燃料ガス経路２５の下流端は、例えば、燃焼器（図示せず）に接続されている。排出燃料ガス経路２５には第１水凝縮器２４Ａが設けられている。第１水凝縮器２４Ａは、熱交換器で構成されていて、その一次側流路を流れる排出燃料ガスを、二次側流路を流れる貯湯水と熱交換させて冷却し、それにより、当該排出燃料ガスに含まれる水を凝縮させて、この凝縮水を当該排出燃料ガスから分離するように構成されている。
【００７１】
排出燃料ガス経路２５の第１水凝縮器２４Ａより下流側の部分は下方に傾斜するように形成されており、この下流側の部分から、第１回収水経路５７Ａが下方に分岐している。この第１回収水経路５７Ａの下端は第１回収水タンク５８Ａに接続されている。これにより、第１水凝縮器２４Ａで排出燃料ガスから分離された凝縮水は、排出燃料ガス経路２５を流下した後、第１回収水経路５７Ａを経由して第１回収水タンク５８Ａに至り、そこに貯留される。一方、第１水凝縮器２４Ａで凝縮水を除去された排出燃料ガスは排出燃料ガス経路２５を流れて燃焼器に至り、そこで燃焼されて大気中に放出される。
【００７２】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの出口には、排出酸化剤ガス経路２６の上流端が接続されている。カソードにおいて化学反応しなかった（消費されなかった）酸化剤ガス（以下、排出酸化剤ガスという）は排出酸化剤ガス経路２６に排出される。排出酸化剤ガス経路２５の下流端は、例えば、大気に開放されている。排出酸化剤ガス経路２６には第２水凝縮器２４Ｂが設けられている。第２水凝縮器２４Ｂは、熱交換器で構成されていて、その一次側流路を流れる排出酸化剤ガスを、二次側流路を流れる貯湯水と熱交換させて冷却し、それにより、当該排出酸化剤ガスに含まれる水を凝縮させて、この凝縮水を当該排出酸化剤ガスから分離するように構成されている。
【００７３】
排出酸化剤ガス経路２６の第２水凝縮器２４Ｂより下流側の部分は下方に傾斜するように形成されており、この下流側の部分から、第２回収水経路５７Ｂが下方に分岐している。この第２回収水経路５７Ｂの下端は第２回収水タンク５８Ｂに接続されている。これにより、第２水凝縮器２４Ｂで排出酸化剤ガスから分離された凝縮水は、排出酸化剤ガス経路２６を流下した後、第２回収水経路５７Ｂを経由して第２回収水タンク５８Ｂに至り、そこに貯留される。一方、第２水凝縮器２４Ｂで凝縮水を除去された排出酸化剤ガスは排出酸化剤ガス経路２６を流れて排出酸化剤ガス経路２６の先端から大気中に放出される。
【００７４】
第１回収水タンク５８Ａと第２回収水タンク５８Ｂとは、各々の下部が連通路で互いに連通されている。なお、ここでは、排出燃料ガスと排出酸化剤ガスとの双方から水を回収するよう構成したが、排出燃料ガスと排出酸化剤ガスとのいずれかから水を回収するよう構成してもよい。
【００７５】
第１水凝縮器２４Ａは、上述のように、排出燃料ガスと貯湯水とを熱交換させる第１の熱交換器で構成され、第２水凝縮器２４ｂは、排出酸化剤ガスと貯湯水とを熱交換させる第２の熱交換器で構成されている。そして、これら２つの熱交換器に貯湯水を流すための貯湯水経路９Ａが、例えば、貯湯タンク９Ｂの下部から延出し、これら２つの熱交換器を通って貯湯タンク９Ｂの上部に至るように形成されている。この貯湯水経路９Ａと貯湯タンク９Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である貯湯水循環経路９を構成している。貯湯水経路９Ａには、上述の「水循環器」の一例である貯湯水循環器１０が配置されている。貯湯水循環器１０として、例えば、ポンプ等を用いることができる。貯湯水循環器１０は、燃料電池システム３０１の発電時には、貯湯タンク９Ｂの下部から上部へ向けて貯湯水を流す。貯湯水経路９Ａにおけるこれら２つの熱交換器（第１水凝縮器２４Ａ、第２水凝縮器２４Ｂ）の配置順序は、いずれが上流側でも構わない。
【００７６】
また、第２回収水タンク５８Ｂから改質部１０５の改質水入口に至るように改質水経路６４が設けられている。改質経路６４には、改質水供給器６３と浄化器１７とが設けられている。なお、改質水供給器６３と浄化器１７とは、いずれが上流側に配置されも構わない。改質水供給器６３は、例えば、プランジャーポンプ等で構成されていて、第１及び第２回収タンク５８Ａ、５８Ｂの水（回収水）を、改質水として改質部１０５に供給する。浄化器１７は、水（ここでは改質水）を浄化するものであり、例えば、イオン交換樹脂が充填されて構成される。これにより、改質水の導電度が低下される。
【００７７】
また、筐体５０の下部には、上述の「加熱器」の一例である加熱器１４が設けられている。加熱器１４は、例えば、セラミックヒータで構成される。加熱器１４は、燃料電池１ではなく、燃料電池システム３０１の外部の電源から電力を供給されて動作するよう構成されている。加熱器１４は、本実施の形態１では、筐体５０の底部に、平面視において広い範囲に渡って設けられている。このような構成により、加熱器１４が動作すると、加熱器１４で暖められた空気が自然対流により上昇して、貯湯水循環経路９の近傍の雰囲気温度を上昇させる。その結果、貯湯水循環経路９の内部の水が加熱され、その凍結が抑制される。つまり、本実施の形態１では、加熱器１４が貯湯水循環経路９内の水を間接的に加熱する。もちろん、加熱器１４を、貯湯水循環経路９内の水を直接的に加熱するように構成してもよい。なお、加熱器１４の動作により第１、第２回収水タンク５８Ａ，５８Ｂ内の水の凍結も抑制される。
【００７８】
次に、制御系統の構成を説明する。
【００７９】
本実施の形態１の燃料電池システム３０１は、上述の「制御器」の一例である制御器１６を備えている。制御器１６は、例えば、マイクロコンピュータで構成される。制御器１６は、演算部と記憶部とを有し、演算部は、例えば、マイクロコンピュータのＣＰＵで構成され、記憶部は、例えば、マイクロコンピュータの内部メモリで構成される。記憶部には、後述する異常停止時における凍結抑制制御を含む制御プログラムが格納されている。演算部はこの制御プログラムを記憶部から読み出して実行することにより、各種の制御を行う。以下では、演算部による制御を制御器１６による制御として説明する。制御器１６は、燃料電池システム３０１の所定の検知器等（図示せず）からの入力に基づいて燃料電池システム３０１の所要の要素（６１、６２、６、６３、１０等）に制御信号を出力することにより、燃料電池システム３０１全体の動作を制御する。また、制御器１６は、第１温度検知器１５からの入力と、第２温度検知器２９及び第３温度検知器３０からのそれぞれの入力とに基づいて、貯湯水循環器１０と加熱器１４とを制御することにより、燃料電池システム３０１の異常停止時における凍結抑制制御を行う。なお、制御器１０は、第１回収水水位検知器３１Ａ及び第２回収水水位検知器３１Ｂの検知出力に基づき図示されない水供給手段により水を補充して、第１回収水タンク５８Ａ及び第２回収水タンク５８Ｂの水位を所定の範囲に制御する。また、制御器１６を、例えば、燃料電池システム３０１全体の動作を行う制御器と、燃料電池システム３０１の異常停止時における凍結抑制制御を行う制御器とで構成してもよい。
【００８０】
第１回収水水位検知器３１Ａは第１回収水タンク５８Ａの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。また、第２回収水水位検知器３１Ｂは第２回収水タンク５８Ｂの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。第１回収水水位検知器３１Ａ及び第２回収水水位検知器３１Ｂは、例えば、水位センサで構成される。
【００８１】
第１温度検知器１５は、上述の「温度検知器」の一例である。第１温度検知器１５は、本実施の形態１では、筐体５０内において、外気温度と同等の温度を示す場所に設置されている。燃料電池システム３０１が停止している場合には、貯湯水循環経路９の水の温度は、外気温度に従って変化する。それ故、外気温度は、貯湯水循環経路９の水の温度と相関するパラメータであり、第１温度検知器１５は、貯湯水循環経路９の水の温度を間接的に検知する「温度検知器」である。もちろん、第１温度検知器１５を、貯湯水循環経路９の水の温度を直接検知するように設けてもよい。第１温度検知器１５は、検知した温度を制御器６に出力する。なお、以下では、第１温度検知器１５が１つの温度検知器で構成される例を示すが、第１温度検知器１５が複数の温度検知で構成され、例えば、貯湯水循環器１０の制御用と加熱器１４の制御用とのように、用途を分けて用いられてもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
本実施の形態１では、貯湯水経路９Ａの第１及び第２凝縮器２４Ａ、２４Ｂより上流側の部分に、貯湯水の温度を検知する上記第２温度検知器２９が設けられ、貯湯水経路９Ａの第１及び第２凝縮器２４Ａ、２４Ｂより下流側の部分に、貯湯水の温度を検知する上記第３温度検知器３０が設けられている。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度は制御器１６に出力される。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０は、貯湯水の温度を直接的又は間接的に検知するものであればよく、例えば、熱電対等の温度センサで構成される。
【００８２】
第２温度検知２９及び第３温度検知器３０は、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」、すなわち、「漏水」に相関するパラメータを検知する検知器の一例である。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度は、「漏水」に相関するパラメータの一例である。貯湯水循環経路９において漏水が発生すると貯湯水経路９Ａを流れる貯湯水の流量が減少する。すると、第１及び第２凝縮器２４Ａ、２４Ｂを通過する間における貯湯水の温度上昇が増加する。そこで、第２温度検知器２９の検知温度と第３温度検知器３０の温度との差（以下、検知温度差というについて、正常な場合（漏水が発生してない場合）の検知温度差よりも大きい所定の閾値（以下、検知温度差閾値という）が制御器１６（正確には記憶部）に設定されていて、制御器１６は、検知温度差がこの検知温度差閾値以上になると貯湯水循環経路９において漏水（第１の異常）が発生したと判定する。従って、制御器１６は、漏水が発生しているか否かを判定する判定器としても機能する。なお、上記第２の閾値は、あくまで例示であり、貯湯水循環経路９の大量漏れにより貯湯水が全く循環していない場合を想定して、正常な場合（漏水が発生してない場合）の検知温度差閾値よりも小さい値を漏水異常検知の値として設定してよい。
【００８３】
［動作］
まず、一般的な動作を簡単に説明する。
【００８４】
燃料電池システム３０１は、発電を行う発電動作と、燃料電池システム３０１を停止状態から発電動作に円滑に移行させる起動動作と、燃料電池システム３０１を発電動作から停止状態に円滑に移行させる停止動作と、停止状態との４つの動作モードを有する。停止状態は、停止処理を完了した後の状態であり、次の起動を待機する待機状態と、次の起動が禁止されている異常停止状態とを含む。
【００８５】
燃料電池システム３０１は、制御器１６から起動信号が出力されると起動する。そして、発電動作においては、改質部１０５は、原料供給器６１から供給される原料ガスと改質水経路から供給される改質水と空気供給器６２から供給される空気とを用いてオートサーマル法により水素含有ガスを生成する。そして、この水素含有ガスを燃料ガスとして燃料電池１の内部燃料ガス経路１ａに供給する。また、酸化剤ガス供給器６は、酸化剤ガス（空気）を燃料電池１のカソードに供給する。燃料電池１は、この燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させて発熱を伴う発電をする。この発電に用いられなかった燃料ガス（排出燃料ガス）及び酸化剤ガス（排出酸化剤ガス）は、それぞれ、排出燃料ガス経路２５及び排出酸化剤ガス経路２６を通じて最終的に大気中に放出される。そして、その過程において、排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスは、それぞれ、第１水凝縮器２４Ａ及び第２凝縮器２４Ｂにおいて、それぞれ、貯湯水にその保持する熱を伝達することにより冷却され、その含有する水が凝縮して除去される。これらの除去された水は、それぞれ、第１回収水タンク５８Ａ及び第２回収水タンク５８Ｂに貯留される。第１回収水タンク５８Ａ及び第２回収水タンク５８Ｂに貯留された水（回収水）は、改質水供給器６３により浄化器１７を経て改質部１０５に供給され、そこで、原料ガスの改質に用いられる。一方、貯湯水は、排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスが保持する熱を受け取って昇温し、貯湯タンクに貯留される。これにより、排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスから排熱が回収されて貯湯タンク９Ｂに蓄熱される。
【００８６】
このようにして、燃料電池システム３０１は発電動作を行う。そして、燃料電池システム３０１は、制御器１６から停止信号が出力されると停止動作に移行し、停止動作が完了すると、停止状態となる。
【００８７】
また、燃料電池システム３０１は、通常の停止状態において、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下となると、凍結抑制運転を行い、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となると、凍結抑制運転を停止する。なお、上記通常の停止状態とは、燃料電池システムの異常の発生に伴う停止状態（異常停止状態）ではない停止状態（待機状態）として定義される。凍結抑制運転については、後で詳しく説明する。
【００８８】
また、燃料電池システム３０１は、起動動作及び発電動作の最中に制御器１６が異常を検知すると検知された異常内容に対応した所定の異常停止処理を実行し、異常停止処理完了後、通常、次の起動が許可されない異常停止状態となる。
【００８９】
次に、本発明を特徴付ける燃料電池システム３０１の異常停止状態における凍結抑制制御（以下、システム異常停止時の凍結抑制制御という場合がある）について説明する。この制御は、「前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しない」制御の一例である。このシステム異常停止状態における凍結抑制制御においては、燃料電池システム３０１の異常は、貯湯水循環経路９の漏水に関する異常（第１の異常）とこれと異なる異常（「第２の異常」）とに分けて扱われる。
【００９０】
図２は燃料電池システム３０１の異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。この制御は制御器１６により実行される。
【００９１】
図２に示すように、制御器１６は、まず、燃料電池システム３０１に異常が発生したか否か判定する（ステップＳ１）。
【００９２】
異常が発生していない場合（ステップＳ１でＮＯ）には、制御器１６は、通常の凍結抑制制御（ステップＳ９〜ステップＳ１２、８）を行う。具体的には、制御器１６は第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ９）。ここで、第１の閾値は、水の凝固点（０℃）以上の温度として定義される。具体的には、第１の閾値は、実験、シミュレーション等により最適な値が定められる。
【００９３】
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合には、制御器１６は、ステップ１に戻る。従って、この場合には、凍結抑制運転は行われない。
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、貯湯水循環器１０を動作させ、かつ加熱器１４を動作させる（ステップＳ１０）。これにより、貯湯タンク９Ｂの貯湯水が貯湯水循環経路９を循環する。また、加熱器１４によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して貯湯水循環経路９の水が加熱される。この筐体５０内の雰囲気温度の上昇により、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【００９４】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ１１）。ここで、第３の閾値は、第１の閾値より高い温度に設定される。
【００９５】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ１１でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ１０に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、凍結抑制運転が行われ、それにより、貯湯水循環経路９の水の凍結が抑制される。
【００９６】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）には、制御器１６は、貯湯水循環器１０と加熱器１４とを停止させる（ステップＳ１２、８）。これにより、凍結抑制運転が停止される。
【００９７】
一方、ステップＳ１において、異常が発生している場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、制御器１６は燃料電池システム３０１を停止させる（ステップＳ２）。
【００９８】
次いで、制御器１６は、発生した異常が、漏水に関する異常（第１の異常）であるか否か判定する（ステップＳ３Ａ）。発生した異常が、漏水に関する異常でない場合（ステップＳ３ＡでＮＯ）には、制御器１６は、ステップＳ３Ｂに進み、第２の異常であるか否かを判定する。第２の異常の具体例は表１に示した通りである。第２の異常は多数存在するので第２の異常を検知する第２の異常検知器の図示を省略する。制御器１６は、この第２の異常検知器の検知出力に基づいて検知した異常が第２の異常であるか否か判定する。そして、第２の異常である場合（ステップＳ３ＢでＹＥＳ）には、ステップＳ９に進み、異常が発生していない場合（待機状態）と同じ制御を行う。換言すると、発生した異常が漏水に関する異常と異なる異常である場合には、少なくともその一部の異常（第２の異常）については、制御器１６は、「凍結抑制のための加熱動作を禁止しない」。なお、発生した異常が第２の異常である場合に、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を禁止しない、又は、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を許可する旨のステップをステップＳ９の前に設けてもよい。なお、ステップＳ３Ｂにおいて、第２の異常でないと判定された場合（ステップＳ３ＢでＮＯ）は、その異常内容に応じた所定の凍結抑制運転が実行される。例えば、ステップＳ１において可燃性ガス漏洩に関する異常が発生した場合は、第１の閾値以下で貯湯水循環経路９の水循環動作を実行し、加熱器１４の加熱動作が禁止される。なお、上記可燃性ガス漏洩に関する異常は、通常、筐体５０内に設けられた可燃性ガスセンサ（図示せず）により検知される。
【００９９】
発生した異常が、漏水に関する異常である場合（ステップＳ３ＡでＹＥＳ）には、制御器１６は、貯湯水循環器１０を停止する（ステップＳ４）。ステップＳ４においては、ステップＳ２において燃料電池システムが停止されていて、通常、貯湯水循環器１０は既に停止されている。従って、「貯湯水循環器１０を停止する」とは、貯湯水循環器１０が動作しているか否かに関わらず、貯湯水循環器１０を停止するという意味である。すなわち、制御器１６は、「凍結抑制のための前記水循環動作を禁止する」。これにより、漏水被害の拡大を抑制しかつ貯湯水循環器１０の空運転による当該貯湯水循環器１０の故障の可能性を低減することができる。
【０１００】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ５）。第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合（ステップＳ５でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になるまで待機する。
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、加熱器１４を動作させる（ステップＳ６）。これにより、加熱器１４によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して貯湯水循環経路９に残存する水が加熱される。また、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【０１０１】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ７）。第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ７でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ６に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、貯湯水を循環させずに凍結抑制運転が行われ、それにより、水漏れしている貯湯水循環経路９に残存する水の凍結が抑制される。
【０１０２】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ７でＹＥＳ）には、制御器１６は、加熱器１４を停止させる（ステップＳ８）。これにより、凍結抑制運転が停止される。なお、上述の本実施の形態の燃料電池システム３０１によれば、通常の停止状態及び第２の異常発生に伴う異常停止状態において、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下の場合に、貯湯水循環器１０及び加熱器１４を動作させ、凍結抑制運転を実行するよう構成されている。しかしながら、凍結抑制運転として、上記に限定されるものでなく、第１の閾値よりも大きい所定の温度閾値以下の場合に、まず、貯湯水循環器１９を動作させ、その後、温度低下が進行し、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になると、加熱器１４を動作させる形態を採用しても構わない。
【０１０３】
以上のように構成された本実施の形態１の燃料電池システム３０１によれば、貯湯水循環経路９で漏水が発生した場合に、漏水被害の拡大を抑制しかつ貯湯水循環器１０の空運転による当該貯湯水循環器１０の故障の可能性を低減することができる。また、水漏れしている貯湯水循環経路９内の残水の凍結を抑制することができる。
【０１０４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１において、第１の異常が検知された場合の凍結抑制運転において、加熱器１４による加熱量を増加させる形態を例示するものである。
【０１０５】
本実施の形態２の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態１の燃料電池システム３０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態１の燃料電池システム３０１と異なる。
【０１０６】
図３は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止状態における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１０７】
図３に示すように、本発明の実施の形態２のシステム異常停止状態の凍結抑制制御においては、実施の形態１（図２）のステップ６に代えてステップＳ１３が遂行される。これ以外は、実施の形態１のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１０８】
ステップＳ１３においては、制御器１６は、加熱器１４を動作させ、かつ、その際に、加熱器１４による加熱量を、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転として加熱器１４を動作させる（ステップＳ１０）際の加熱量に比べて、増加させる。これにより、第１の異常発生に伴う異常停止状態において、凍結抑制運転として水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【０１０９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、第１の異常発生に伴う異常停止状態での凍結抑制運転において、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値を、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転の場合に比べて高く設定する形態を例示するものである。
【０１１０】
本実施の形態３の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態１の燃料電池システム３０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態１の燃料電池システム３０１と異なる。
【０１１１】
図４は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止状態における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１１２】
図４に示すように、本発明の実施の形態３の燃料電池システムの異常停止状態の凍結抑制制御においては、実施の形態１のシステム異常停止時の凍結抑制制御におけるステップＳ５に代えてステップＳ１４が遂行される。これ以外の点は実施の形態１のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１１３】
ステップＳ１４においては、制御器１６は、第１温度検知１５の検知温度が第２の閾値以下であるか否か判定する。ここで、本実施の形態３では、第１の閾値は、水の循環を行っている状態で凍結抑制のために加熱器１４による加熱が必要と判断される温度として定義される。そして、第２の閾値は、水の循環を行わない状態で凍結抑制のために加熱器１４による加熱が必要と判断される温度として定義され、第１の閾値よりも高い値となる。第１の閾値及び第２の閾値は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション等により適宜定められる。
【０１１４】
そして、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値を超える場合（ステップＳ１４でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第２の閾値以下になるまで待機する。
【０１１５】
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、加熱器１４を動作させる（ステップＳ６）。
【０１１６】
このような本実施の形態３の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常を検知した場合は、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転に比べて高く設定されているので、貯湯水の温度が低下した時の加熱器１４の動作開始を早めることができる。これにより、第１の異常発生に伴う異常停止状態において、凍結抑制運転として水の循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下に対応して水の凍結を抑制することができる。
【０１１７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、「水循環経路」が３つであり、「燃料電池」が固体高分子電解質形燃料電池であり、かつ「燃料電池システム」が、燃料ガス供給器として水素生成装置を備える形態を例示するものである。
【０１１８】
［構成］
図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０１１９】
まず、ハードウェアの構成を説明する。
【０１２０】
図５に示すように、本実施の形態４の燃料電池システム４０１は、燃料電池ユニット２と貯湯ユニット４とを備えている。貯湯ユニット４は貯湯タンク９Ｂを備えている。
【０１２１】
燃料電池ユニット２は、筐体５０を備えている。筐体５０には、図示されない吸気口及び図示されない排気口が設けられている。この筐体５０に、燃料電池ユニット２を構成する各要素（筐体５０を除く）が収容されている。
【０１２２】
筐体５０の内部には、燃料電池１が配置されている。燃料電池１は、本実施の形態４では、固体高分子電解質形の燃料電池で構成されている。燃料電池１の内部燃料ガス流路１ａの入口には燃料ガス供給経路２２を介して水素生成装置５の出口が接続されている。水素生成装置５の構成は周知であるので簡単に説明する。水素生成装置５は、例えば、改質部（図示せず）と一酸化炭素低減部（図示せず）を備えている。改質部は原料ガスと改質水とを用いて水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成し、一酸化炭素低減部は、この水素含有ガスの一酸化炭素濃度を所定のレベルにまで低減する。この一酸化炭素濃度を低減された水素含有ガスが燃料ガスとして、水素生成装置５の出口から燃料ガス供給経路２２に供給される。
【０１２３】
水素生成装置５の原料ガス入口には原料ガス供給経路１９を介して原料供給器６１が接続されている。水素生成装置５の改質水入口には改質水供給経路２１を介して改質水供給器６３が接続されている。改質水供給器６３は、例えば、市水、回収水等を水源としており、例えば、プランジャーポンプ等で構成される。
【０１２４】
水素生成装置５は、その改質部が燃焼器１８によって加熱されるように構成されている。加熱器１８は、排出燃料ガスを燃焼してその燃料熱により水素生成装置５の改質部を加熱する。この熱は水蒸気改質反応に用いられる。
【０１２５】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの入口には酸化剤ガス供給経路２３を介して酸化剤ガス供給器６が接続されている。
【０１２６】
燃料電池１の内部燃料ガス流路１ａの出口には、排出燃料ガス経路２５を介して加熱器１８が接続されている。
【０１２７】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの出口には、排出酸化剤ガス経路２６の上流端が接続されている。そして、排出酸化剤ガス経路２６の下流端は大気に開放されている。
【０１２８】
排出燃料ガス経路２５及び排出酸化剤ガス経路２６には、両者に跨るように水凝縮器２４が設けられている。排出燃料ガス経路２５を流れる排出燃料ガスは水凝縮器２４で水を除去されて加熱器１８に供給される。排出酸化剤ガス経路２６を流れる排出酸化剤ガスは水凝縮器２４で水を除去されて大気中に放出される。
【０１２９】
水凝縮器２４には、凝縮水経路２７を介して回収水タンク１２Ａが接続されている。水凝縮２４で排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスから除去された水は凝縮水経路２７を通じて回収水タンク１２Ａに流れてそこに貯留される。
【０１３０】
また、燃料電池１には、冷却水が燃料電池１全体を均一に流れるように内部冷却水流路１ｃが形成されている。そして、筐体５０の内部には、この内部冷却水流路１ｃを含むように冷却水経路７Ａが設けられている。冷却水経路７Ａは、冷却水タンク７Ｂの下部から延出し、燃料電池１を通って（通過部分が内部冷却水経路１ｃである）冷却水タンク７Ｂの上部に至るように形成されている。冷却水タンク７Ａの冷却水は、後述する冷却水循環器８によって、冷却水タンク７Ｂの下部から流出して冷却水タンク７Ｂの上部に戻るように冷却水経路７Ａを循環される。この冷却水経路７Ａと冷却水タンク７Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である冷却水循環経路７を構成している。冷却水経路７Ａの燃料電池１より上流側の部分に「水循環器」の一例である冷却水循環器８が設けられている。冷却水循環器８は、例えば、ポンプで構成されている。冷却水経路７Ａの燃料電池１より下流側の部分には、熱交換器１１が設けられている。熱交換器１１は、冷却水経路７Ａを流れる冷却水と後述する貯湯水経路９Ａを流れる貯湯水とが熱交換するように構成されている。これにより、冷却水循環器１０が動作すると、冷却水タンク７Ｂの冷却水が燃料電池１を通過する際にこれを冷却するとともに排熱を回収して昇温し、この昇温した冷却水が熱交換器１１で貯湯水と熱交換して排熱を貯湯水に伝達するとともに冷却され、その後、冷却水タンク７Ｂに戻る。
【０１３１】
燃料電池システム４０１には、熱交換器１１に貯湯水を流すための貯湯水経路９Ａが設けられている。この貯湯水経路９Ａと貯湯タンク９Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である貯湯水循環経路９を構成している。この貯湯水循環経路９は実施の形態１の貯湯水循環経路９と同じであるので、その説明を省略する。
【０１３２】
冷却水タンク７Ｂは、回収水タンク１２Ａより上方に配置されており、これらは、回収水経路１２Ｂによって接続されている。例えば、回収水経路１２Ｂは、回収水タンク１２Ａから冷却水タンク７Ｂに至るように形成された回収水往路１２Ｂａと、冷却水タンク７Ｂのオーバフロー口（図示せず）から回収水タンク１２Ａに至るように形成された回収水復路１２Ｂｂとで構成されている。回収水往路１２Ｂａには、浄化器１７と上述の「水循環器」の一例である回収水循環器１３とが設けられている。回収水循環器１３は、例えば、ポンプ等で構成される。これにより、回収水循環器１３が動作すると、回収水タンク１２Ａの回収水が浄化器１７で浄化されて冷却水タンク７Ｂに供給される。そして、余剰の回収水（冷却水）は、オーバフロー口から回収水タンク１２Ａに戻る。これにより、冷却水タンク７Ｂに蒸発等により減少した冷却水が回収水タンク１２Ａから補給される。また、冷却水タンク７Ｂ中の水が循環経路１２を循環することによって浄化器１７により浄化されてその導電率が低下される。このように形成された回収水経路１２Ｂと回収水タンク１２Ａと冷却水タンク７Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である回収水循環経路１２を構成している。
【０１３３】
また、筐体５０の底部には加熱器１４が設けられている。
【０１３４】
次に、制御系統の構成を説明する。
【０１３５】
本実施の形態４の燃料電池システム４０１の制御系統の構成は、基本的に実施の形態１の燃料電池システム３０１の制御系統の構成と同じである。但し、以下の点が異なっている。以下、この相違点について説明する。
【０１３６】
本実施の形態４の燃料電池システム４０１は、冷却水循環経路７と、貯湯水循環経路９と、回収水循環経路１２との３つの「水循環経路」を備えていて、これらがシステム異常停止時における凍結抑制制御の制御対象になる。
【０１３７】
冷却水タンク７Ｂには、冷却タンク７Ｂの水位を検知する冷却水水位検知器２８が設けられている。冷却水水位検知器２８の検知水位は制御器１６に出力される。冷却水水位検知器２８の検知水位は制御器１６に出力される。回収水タンク１２Ａには、回収水タンク１２Ａの水位を検知する冷回収水水位検知器３１が設けられている。回収水水位検知器３１の検知水位は制御器１６に出力される。冷却水水位検知器２８及び回収水検知器３１は、例えば、水位センサで構成される。
【０１３８】
冷却水水位検知器２８及び回収水水位検知器３１は、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」の一例である。冷却水水位検知器２８は、冷却水タンク７Ｂの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。冷却水タンク７Ｂの水位は、「漏水」に相関するパラメータの一例であり、冷却水循環経路７において漏水が発生すると低下する。そこで、冷却水タンク７Ｂの水位について、所定の閾値（以下、第１漏水水位閾値という）が制御器１６（正確には記憶部）に設定されていて、制御器１６は、冷却水タンク７Ｂの水位がこの第１漏水水位閾値以下になると冷却水循環経路７において漏水（第１の異常）が発生したと判定する。
【０１３９】
また、回収水水位検知器３１は、回収水タンク１２Ａの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。回収水タンク１２Ａの水位は、「漏水」に相関するパラメータの一例であり、回収水循環経路１２において漏水が発生すると低下する。そこで、回収水タンク１２Ａの水位について、所定の閾値（以下、第２漏水水位閾値という）が制御器１６（正確には記憶部）に設定されていて、制御器１６は、回収水タンク１２Ａの水位がこの第２漏水水位閾値以下になると回収水循環経路１２において漏水（第１の異常）が発生したと判定する。
【０１４０】
貯湯水経路９Ａの熱交換器１１の上流側部分及び上流側部分には、それぞれ、貯湯水の温度を検知する第２温度検知器２９及び第３温度検知器３０が設けられている。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度は制御器１６に出力される。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度に基づいて、貯湯水循環経路９の第１の異常を検知する原理は、実施の形態１で述べたので、その説明を省略する。
【０１４１】
燃焼器１８には、燃焼器１８の失火を検知する失火検知器３２が設けられている。失火は、上述の「第２の異常」の一例であり、失火検知器３２は、上述の「第２の異常検知器」の一例である。失火検知器３２の検知出力は制御器１６に入力されていて、制御器１６は、失火検知器３２が、燃焼器１８の失火を検知すると、燃料電池システム４０１を停止させる。
【０１４２】
これ以外の点は実施の形態１と同じである。
【０１４３】
［動作］
本実施の形態４の燃料電池システム４０１の一般的な動作は上述の実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４４】
次に、システム異常停止時における凍結抑制制御について説明する。
【０１４５】
図６は燃料電池システム４０１の異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１４６】
図６に示すように、本実施の形態４においては、実施の形態１の貯湯水循環経路９からなる１つの「水循環経路」に代えて、冷却水循環経路７と、貯湯水循環経路９と、回収水循環経路１２との３つの「水循環経路」が、システム異常停止時における凍結抑制制御の制御対象になる。これ以外の点は、実施の形態１のシステム異常停止時における凍結抑制制御と同じである。
【０１４７】
具体的には、図６のフローチャートにおいて、実施の形態１の図２のフローチャートにおけるステップＳ４に代えて、ステップＳ２４が遂行される。ステップＳ２４では、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３とが停止される。すなわち、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３との動作が禁止される。
【０１４８】
また、図２のフローチャートにおけるステップＳ１０に代えて、ステップＳ３０が遂行される。ステップＳ３０では、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３とが動作され、かつ加熱器１４が動作される。
【０１４９】
また、図２のフローチャートにおけるステップＳ１２に代えて、ステップＳ３２が遂行される。ステップＳ３２では、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３とが停止される。
【０１５０】
以上のように構成された本実施の形態４の燃料電池システム４０１によれば、冷却水循環経路７と、貯湯水循環経路９と、回収水循環経路１２との少なくともいずれかで漏水が発生した場合に、漏水被害の拡大を抑制しかつ漏水が発生した水循環経路の水循環器の空運転による当該水循環器の故障の可能性を低減することができる。また、水漏れしている水循環経路内の残水の凍結を抑制することができる。
【０１５１】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５は、実施の形態４において、第１の異常が検知された場合の凍結抑制運転において、加熱器１４による加熱量を増加させる形態を例示するものである。
【０１５２】
本実施の形態５の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態４の燃料電池システム４０１と異なる。
【０１５３】
図７は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１５４】
図７に示すように、本発明の実施の形態５のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態４（図６）のステップ６に代えてステップＳ３３が遂行される。これ以外は、実施の形態４のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１５５】
ステップＳ３３においては、制御器１６は、加熱器１４を動作させ、かつ、その際に、加熱器１４による加熱量を、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転において加熱器１４を動作させる（ステップＳ３０）際の加熱量に比べて、増加させる。これにより、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【０１５６】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６は、第１の異常が検知された場合の凍結抑制運転において、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値を、漏水に関する異常が検知されなかった場合に比べて高く設定する形態を例示するものである。
【０１５７】
本実施の形態６の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態４の燃料電池システム４０１と異なる。
【０１５８】
図８は本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１５９】
図８に示すように、本発明の実施の形態６のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態４のシステム異常停止時の凍結抑制制御におけるステップＳ５に代えてステップＳ３４が遂行される。これ以外の点は実施の形態４のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１６０】
ステップＳ３４においては、制御器１６は、第１温度検知１５の検知温度が第２の閾値以下であるか否か判定する。ここで、本実施の形態では、第１の閾値は、水の凝固点以上の温度として定義される。そして、第２の閾値は、第１の閾値より高い温度として定められる。第１の閾値及び第２の閾値は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション等により定められる。
【０１６１】
そして、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値を超える場合（ステップＳ３４でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第２の閾値以下になるまで待機する。
【０１６２】
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、加熱器１４を動作させる（ステップＳ６）。
【０１６３】
このような本実施の形態６の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常検知に伴う異常停止状態での凍結抑制運転では、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態での凍結抑制運転での加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値に比べて高く設定されている。従って、第１の異常発生に伴う異常停止状態では、冷却水、回収水及び貯湯水の温度が低下した時の加熱器１４の動作開始を早めることができる。その結果、第１の異常発生に伴う異常停止状態において、凍結抑制運転として冷却水、回収水及び貯湯水の循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を抑制することができる。
【０１６４】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７は、実施の形態４において、３つの「水循環経路」を加熱する「加熱器」に代えて、３つの「水循環経路」をそれぞれ加熱する３つの「加熱器」を備える形態を例示するものである。
【０１６５】
［構成］
図９は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０１６６】
本実施の形態１の燃料電池システム５０１は、ハードウェアの構成においては、実施の形態４の燃料電池システム４０１の１つの加熱器１４に代えて、冷却水循環経路７の水を加熱する冷却水加熱器３３と、貯湯水循環経路９の水を加熱する貯湯水加熱器３４と、回収水循環経路１２の水を加熱する回収水加熱器３５との３つの加熱器を備える点が、実施の形態４の燃料電池システム４０１と異なる。これ以外の構成は、実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じである。
【０１６７】
冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５は、例えば、それぞれ、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２の下方に配置され、例えば、セラミックヒータ等で構成される。冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５は、いずれも、燃料電池システム５０１の外部の電源から電力を供給されるよう構成されている。これにより、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２をそれぞれ適切に加熱することができる。また、加熱器１台あたりの加熱量を低減させることができる。
【０１６８】
本発明の実施の形態７においては、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２のうち、「漏水」に関する異常が検知された水循環経路並びにこれに対応する水循環器及び加熱器が、それぞれ、上述の「第１の水循環経路」、「第１の水循環器」、及び「第１の加熱器」であり、「漏水」に関する異常が検知されていない水循環経路並びにこれに対応する水循環器及び加熱器が、それぞれ、上述の「第２の水循環経路」、「第２の水循環器」、及び「第２の加熱器」である。
【０１６９】
また、本実施の形態７の燃料電池システム５０１は、制御系統の構成において、制御器１６は、実施の形態４の燃料電池システム４０１の加熱器１４に代えて、冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５の動作を制御するよう構成されている。これ以外の構成は、実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じである。
【０１７０】
［動作］
以下、このように構成された本実施の形態７の燃料電池システムの動作を説明する。
【０１７１】
一般的な動作は、実施の形態４の燃料電池システムと同様であるので、その説明を省略し、システム異常停止時における凍結抑制運転制御についてのみ説明する。
【０１７２】
本実施の形態７のシステム異常停止時における凍結抑制運転制御は、「第１の異常検知器により第１の異常として第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに第２の水循環経路からの漏水は検知されずに燃料電池システムが停止している場合、第１の水循環経路の凍結抑制のための第１の水循環器による水循環動作を禁止し、第１の水循環経路の凍結抑制のための第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、第２の水循環経路の凍結抑制のための第２の水循環器による水循環動作及び第２の加熱器による加熱動作を禁止しない」制御の一例である。
【０１７３】
図１０は燃料電池システム５０１の異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１７４】
図１０において、制御器１６は、まず、燃料電池システム５０１に異常が発生したか否か判定する（ステップＳ１）。
【０１７５】
異常が発生していない場合（ステップＳ１でＮＯ）には、制御器１６は、通常の凍結抑制制御（ステップＳ９、Ｓ４０、Ｓ１１、Ｓ４１）を行う。具体的には、制御器１６は第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ９）。ここで、第１の閾値は、水の凝固点（０℃）以上の温度として定義される。具体的には、第１の閾値は、実験、シミュレーション等により定められる。
【０１７６】
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合には、制御器１６は、ステップ１に戻る。従って、この場合には、凍結抑制運転は行われない。
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を動作させ、かつ冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を動作させる（ステップＳ４０）。これにより、冷却水タンク７Ｂ、貯湯水タンク９Ｂ、及び回収水タンク１２Ａの水が、それぞれ、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２を循環する。また、冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２の水が加熱される。この筐体５０内の雰囲気温度の上昇により、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【０１７７】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ１１）。ここで、第３の閾値は、第１の閾値より高い温度として設定される。
【０１７８】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ１１でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ４０に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、凍結抑制運転が行われ、それにより、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２の水の凍結が抑制される。
【０１７９】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）には、制御器１６は、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を停止させ、かつ冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を停止させる（ステップＳ４１）。これにより、凍結抑制運転が停止される。
【０１８０】
一方、ステップＳ１において、異常が発生している場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、制御器１６は燃料電池システム５０１を停止させる（ステップＳ２）。
【０１８１】
次いで、制御器１６は、発生した異常が、漏水に関する異常（第１の異常）であるか否か判定する（ステップＳ３Ａ）。発生した異常が、漏水に関する異常でない場合（ステップＳ３ＡでＮＯ）には、制御器１６は、ステップＳ３Ｂに進み、第２の異常であるか否かを判定する。第２の異常の具体例は表１に示した通りである。第２の異常は多数存在するので第２の異常を検知する第２の異常検知器の図示を省略する。制御器１６は、この第２の異常検知器の検知出力に基づいて検知した異常が第２の異常であるか否か判定する。そして、第２の異常である場合（ステップＳ３ＢでＹＥＳ）には、ステップＳ９に進み、異常が発生していない場合（待機状態）と同じ制御を行う。換言すると、発生した異常が漏水に関する異常と異なる異常である場合には、少なくともその一部の異常（第２の異常）については、制御器１６は、「凍結抑制のための加熱動作を禁止しない」。なお、発生した異常が第２の異常である場合に、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を禁止しない、又は、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を許可する旨のステップをステップＳ９の前に設けてもよい。なお、ステップＳ３Ｂにおいて、第２の異常でないと判定された場合（ステップＳ３ＢでＮＯ）は、その異常内容に応じた所定の凍結抑制運転が実行される。
【０１８２】
発生した異常が、漏水に関する異常である場合（ステップＳ３ＡでＹＥＳ）には、制御器１６は、漏水に関する異常が発生した水循環経路を特定する（ステップＳ３５）。制御器１６は、漏水に関する異常を検知した検知器が、冷却水水位検知２８、第２及び第３温度検知器２９、３０、並びに回収水水位検知器３１のいずれであるかを特定することにより、この漏水に関する異常が発生した水循環経路の特定を行う。
【０１８３】
次に、制御器１６は、この特定した水循環経路（漏水に関する異常を検知した水循環経路）の水循環器２０を停止する（ステップＳ３６）。すなわち、制御器１６は、「凍結抑制のための前記水循環動作を禁止する」。これにより、水漏れした水循環経路における漏水被害の拡大を抑制しかつ水漏れした水循環経路の水循環器の故障の可能性を低減することができる。
【０１８４】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ３７）。第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合（ステップＳ３７でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になるまで待機する。
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、漏水異常を検知していない水循環経路の水循環器を動作させる。そして、全ての加熱器３３、３４、３５を動作させる（ステップＳ３８）。これにより、全ての加熱器３３、３４、３５によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して水漏れした水循環経路に残存する水が加熱される。また、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【０１８５】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ３９）。第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ３９でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ３８に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、水漏れした水循環経路における水を循環させずに凍結抑制運転が行われ、それにより、水漏れした水循環経路に残存する水の凍結が抑制される。また、水漏れしていない水循環経路の水は、通常の凍結抑制運転と同様に凍結が抑制される。
【０１８６】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ３９でＹＥＳ）には、制御器１６は、漏水異常を検知していない水循環経路の水循環器を停止させ、かつ全ての加熱器３３、３４、４５を停止させる（ステップＳ４２）。これにより、凍結抑制運転が停止される。なお、上述の本実施の形態の燃料電池システム５０１によれば、通常の停止状態及び第２の異常発生に伴う異常停止状態において、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下の場合に、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を動作させ、かつ冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を動作させ、凍結抑制運転を実行するよう構成されている。しかしながら、凍結抑制運転として、上記に限定されるものでなく、第１の閾値よりも大きい所定の温度閾値以下の場合に、まず、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を動作させ、その後、温度低下が進行し、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になると、冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を動作させる形態を採用しても構わない。
【０１８７】
以上に説明した本実施の形態７の燃料電池システム５０１によれば、漏水に関する異常が検知された水循環経路については、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる一方、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、通常の停止状態（待機状態）と同様に、当該水循環経路の凍結抑制が可能となる。
【０１８８】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８は、実施の形態７において、漏水に関する異常が検知された水循環経路の凍結抑制運転において、その対応する加熱器による加熱量を増加させる形態を例示するものである。
【０１８９】
本実施の形態８の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態７の燃料電池システム５０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態７の燃料電池システム５０１と異なる。
【０１９０】
図１１は本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１９１】
本実施の形態８のシステム異常停止時における凍結抑制制御は、「第１の異常検知器により第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに第２の水循環経路からの漏水は検知されずに燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための第１及び第２の加熱器による加熱動作において、第１の加熱器による加熱量を第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、第２の加熱器による加熱量を第１の異常が検知されていない場合と変えない」制御の一例である。
【０１９２】
図１１に示すように、本発明の実施の形態８のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態７（図１０）のステップＳ３８に代えてステップＳ４３が遂行される。これ以外は、実施の形態７のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１９３】
ステップＳ４３においては、制御器１６は、漏水異常を検知していない水循環経路の水循環器を動作させるとともに全ての加熱器を動作させ、かつ、その際に、漏水異常を検知した水循環経路に対応する加熱器による加熱量を、漏水に関する異常を検知していない水循環経路に対応する加熱器を動作させる（ステップＳ４０）際の加熱量に比べて、増加させる。これにより、漏水異常を検知した水循環経路において、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【０１９４】
以上に説明した本実施の形態８の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常が検知されている水循環経路についてのみ、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐべく、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べてその対応する加熱器の加熱量を増加させ、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、その対応する加熱器による加熱量を、漏水に関する異常が検知されていない場合と変えないので、不必要な加熱量の増加による消費電力の増加を抑制することができる。
【０１９５】
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９は、実施の形態７において、漏水に関する異常が検知された場合の凍結抑制運転において、その対応する加熱器を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値を、漏水に関する異常が検知されなかった場合に比べて高く設定する形態を例示するものである。
【０１９６】
本実施の形態９の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態７の燃料電池システム５０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態７の燃料電池システム５０１と異なる。
【０１９７】
図１２は本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１９８】
本実施の形態９のシステム異常停止時における凍結抑制制御は、「第１の異常検知器により第１の異常として第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに第２の水循環経路からの漏水は検知されずに燃料電池システムが停止している場合、第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を温度検知器が検知すると凍結抑制のために第１の加熱器を動作させ、温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために第２の加熱器を動作させる」制御の一例である。
【０１９９】
図１２に示すように、本発明の実施の形態９のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態７のシステム異常停止時の凍結抑制制御におけるステップＳ３６とステップＳ３７との間において、ステップＳ４４とステップＳ４５とが遂行され、かつステップＳ４３に代えてステップＳ４６が遂行される。これ以外の点は実施の形態７のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０２００】
ステップＳ４４において、制御器１６は、第１温度検知１５の検知温度が第２の閾値以下であるか否か判定する。ここで、本実施の形態９では、第１の閾値は、冷却水、貯湯水、及び回収水の循環を行っている状態でこれらの水が凍結せずかつ可能な限り低い温度に定められる。そして、第２の閾値は、第１の閾値より高い温度として定義される。第１の閾値及び第２の閾値は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション等により定められる。
【０２０１】
そして、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値を超える場合（ステップＳ４４でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第２の閾値以下になるまで待機する。
【０２０２】
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、漏水に関する異常を検知した水循環経路に対応する加熱器を動作させる（ステップＳ４５）。
【０２０３】
また、ステップＳ４６においては、ステップＳ３７で第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合に、漏水に関する異常を検知していない水循環経路に対応する水循環器及び加熱器を動作させる。
【０２０４】
このような本実施の形態９の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常が検知されている水循環経路についてのみ、水の温度が低下した時の加熱器の動作開始を早めるべく、加熱器を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べて高く設定されており、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、加熱器を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が漏水に関する異常が検知されていない場合と同じに設定されているので、不必要に加熱器の動作開始を早めることによる消費電力の増加を抑制することができる。
【０２０５】
［実施の形態１乃至９のそれぞれに対する変形例１］
本変形例１では、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」としての第２温度検知２９及び第３温度検知器３０に代えて、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」としての流量計（図示せず）が、貯湯水経路９Ａに設けられている。この流量計は、貯湯水経路９Ａに流れる貯湯水の流量を検知してこれを制御器１６に入力する。貯湯水経路９Ａにおいて、漏水が発生すると検知する貯湯水の貯湯水経路９Ａを流れる貯湯水の流量が減少する。そこで、制御器１６には所定の流量閾値が設定されていて、制御器１６は、流量計で検知される貯湯水の流量がこの所定の流量閾値以下になると、貯湯水循環経路９で漏水が発生したと判定する。これ以外の点は、上記と同様である。
【０２０６】
このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
【０２０７】
［実施の形態１乃至９のそれぞれに対する変形例２］
本変形例２は「漏水」を直接的に検知する「第１の異常検知器」を例示するものである。以下では、実施の形態１を変形する場合を例示するが、実施の形態２乃至９も同様に変形することができる。
【０２０８】
図１３は、本変形例２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。本変形例２は、実施の形態１（図１）において、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」としての第２温度検知２９及び第３温度検知器３０に代えて、「漏水」を直接的に検知する「第１の異常検知器」としての漏水検知器７１が設けられている。漏水検知器７１は、例えば、漏水センサで構成される。漏水センサは周知であり、例えば、一対の電極を備え、当該一対の電極間に漏水が位置することにより、漏水を感知する漏水センサを用いることができる。漏水検知器７１は、筐体５０の底の適所（例えば貯湯水経路９Ａの下方位置）に設けられていて、貯湯水経路９Ａからの漏水を検知する。漏水検知器７１の漏水検知信号（漏水感知信号）は制御器１６に入力される。制御器１６は、漏水検知７１から漏水検知信号が入力されると、漏水に関する異常が発生したと判定して、貯湯水循環器１０を停止する。これ以外の点は実施の形態１と同様である。
【０２０９】
このような本変形例２によっても実施の形態１乃至９と同様の効果が得られる。
【０２１０】
なお、上記漏水検知器７１は、燃料電池システムの筐体５０内に設けているが、図１４に示すように、燃料電池システムの筐体５０外に設けられ、燃料電池システム内の水循環経路（例えば、貯湯水循環経路９、冷却水循環経路７、及び回収水循環経路１２の少なくともいずれか一つ）からの漏水を検知可能な位置に配設されていても構わない。この場合、漏水検知器７１の検知信号は有線または無線を介して制御器１６に入力されるよう構成されるが、例えば、有線の場合、制御器１６には、漏水検知器７１からの検知信号が入力される漏水検知信号入力端子７２が設けられる。
【０２１１】
なお、上記実施の形態１乃至９及びこれらの変形例１及び２においては、検知した異常が第２の異常であるか否かを判定した。しかしながら、異常を検知した後、システムの異常停止処理が異常に応じて（例えば可燃性ガスの漏れに対して）適切になされることを前提に、第２の異常であるか否かの判定を省略し、一律に、異常が発生していない場合（待機状態）と同じ制御を行ってもよい。換言すると、発生した異常が漏水に関する異常と異なる異常である場合には、制御器１６は、「凍結抑制のための加熱動作を禁止しない」こととしてもよい。
【０２１２】
また、上記実施の形態１乃至９及びこれらの変形例１及び２を、相反しない限り(互いに相手を排除しない限り)、適宜、組み合わせてもよい。
【０２１３】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２１４】
本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池と水循環経路とシステムの異常停止時における凍結抑制手段と備え、家庭用等で用いられる燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０２１５】
１、３６ 燃料電池
１ａ 内部燃料ガス流路
１ｂ 内部酸化剤ガス流路
１ｃ 内部冷却水流路
２ 燃料電池ユニット
４ 貯湯ユニット
５ 水素生成装置
６ 酸化剤ガス供給器
７ 冷却水循環経路
７Ａ、３７ 冷却水経路
７Ｂ 冷却水タンク
８、４１ 冷却水循環器
９ 貯湯水循環経路
９Ａ、３８ 貯湯水経路
９Ｂ、３９ 貯湯タンク
１０、４３ 貯湯水循環器
１１、４０ 熱交換器
１２ 回収水循環経路
１２Ａ 回収水タンク
１２Ｂ 回収水経路
１３ 回収水循環器
１４、４２ 加熱器
１５ 第１温度検知器
１６、４７ 制御器
１７ 浄化器
１８ 燃焼器
１９ 原料ガス供給経路
２１ 改質水供給経路
２２ 燃料ガス供給経路
２３ 酸化剤ガス供給経路
２４ 水凝縮器
２４Ａ 第１水凝縮器
２４Ｂ 第２水凝縮器
２５ 排出燃料ガス経路
２６ 排出酸化剤ガス経路
２７ 凝縮水経路
２８ 冷却水水位検知器
２９ 第２温検知器
３０ 第３温検知器
３１ 回収水水位検知器
３１Ａ 第１回収水水位検知器
３１Ｂ 第２回収水水位検知器
３２ 失火検知器
３３ 冷却水加熱器
３４ 貯湯水加熱器
３５ 回収水加熱器
４４ 外気温検知手段
４５ 冷却水温検知手段
４６ 貯湯水温検知手段
４８ 第１の冷却水温検知手段
４９ 第２の冷却水温検知手段
５０ 筐体
５７Ａ 第１回収水経路
５７Ｂ 第２回収水経路
５８Ａ 第１回収水タンク
５８Ｂ 第２回収水タンク
６０ 排気口
６１ 原料供給器
６２ 空気供給器
６３ 改質水供給器
７１ 漏水検知器
７２ 漏水検知信号入力端子
１０１ 燃料電池本体
１０５ 改質部
３０１、４０１、５０１ 燃料電池システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池と水循環経路とを備えた燃料電池システムに関し、特に燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、一般的には、燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させて発電する学燃料電池と、発電に伴って発熱する燃料電池を冷却する冷却水経路とを備えていて、発電量に応じて冷却の程度を調整することにより燃料電池の温度を制御するよう構成されている。
【０００３】
このような燃料電池システムを屋外で一定時間以上運転せずに放置すると、外気温度の低下とともに、冷却水経路内の水が凍結する。その結果、次回の起動時に燃料電池の温度制御ができずに発電が不可能になること等が想定される。
【０００４】
そこで、冷却水の凍結を抑制するために、例えば、外気温度を直接的又は間接的に検知する外気温検知手段と、冷却水の水温を検知する水温検知手段とを備え、外気温度検知手段で検知された外気温と、水温検知手段で検知された水温とに応じて、凍結抑制運転を実行するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１５は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０００６】
図１５に示すように、この従来の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池３６と、燃料電池３６を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路３７と、冷却水経路３７を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路３８と、冷却水から熱を回収し温水となった貯湯水を貯える貯湯タンク３９と、冷却水経路３７内の冷却水と貯湯水経路３８内の貯湯水との間で熱交換するための熱交換器４０と、冷却水経路３７内の水を循環させる冷却水循環器４１と、冷却水経路３７を加熱する加熱器４２と、貯湯水経路３８内の水を循環させる貯湯水循環器４３と、外気温度を検知する外気温検知手段４４と、冷却水の温度を検知する冷却水温検知手段４５と、貯湯水の温度を検知する貯湯水温検知手段４６と、制御器４７とを備える。
【０００７】
制御器４７は、外気温検知手段４４で検知された外気温度と、冷却水温検知手段４５で検知された冷却水温度と、貯湯水温検知手段４６で検知された貯湯水温度とに応じて、冷却水経路３７、貯湯水経路３８内の水が凍結する恐れがあると判定したときには、凍結抑制運転として、冷却水循環器４１による冷却水の循環と、貯湯水循環器４３による貯湯水の循環と、加熱器４２による加熱とを実行する。これにより、冷却水及び貯湯水の凍結が抑制される。
【０００８】
また、制御器４７は、燃料電池システムが何らかの原因で異常停止すると、その異常原因に基づいて、冷却水経路３７及び貯湯水経路３８の各々について凍結抑制運転を実行するか否かを判定する。
【０００９】
例えば、冷却水経路３７における水漏れが原因で、燃料電池システムが異常停止している場合には、凍結抑制運転として冷却水循環器４１による冷却水の循環を実行すると、冷却水循環器４１が空運転するため、制御器４７は冷却水の循環を実行しない。また、この場合に、凍結抑制運転として加熱器４２による加熱を実行すると、加熱対象である冷却水が冷却水経路３７内に存在しない状態で加熱することになり、加熱器４２の周辺が過剰に加熱される恐れがあるため、制御器４７は加熱器４２による加熱を実行しない。また、貯湯水経路３８における水漏れが原因で、燃料電池システムが以上停止している場合には、貯湯水循環器４３による貯湯水の循環を実行すると、貯湯水循環器４３が空運転するため、制御器４７は貯湯水の循環を実行しない。これにより、凍結抑制運転を実行する要素である冷却水循環器４１、貯湯水循環器４３、及び加熱器４２の損傷が抑制される。
【００１０】
ここで、冷却水経路３７において水漏れが発生しているということは、例えば、以下のようにして検知される。
【００１１】
燃料電池３６の発電中に冷却水経路３７から水漏れすると、燃料電池３６の温度が過剰に上昇する。そこで、この燃料電池３６の温度の過剰上昇を検知することにより、冷却水経路３７における水漏れを検知することができる。また、冷却水温検知手段４５として、冷却水の燃料電池３６入口側の水温を検知する第１の冷却水温検知手段４８と、燃料電池３６出口側の水温を検知する第２の冷却水温検知手段４９とを備える場合には、燃料電池３６の発電中に貯湯水経路３８から水漏れすると、熱交換器４０による熱交換機能が低下し、第１の冷却水温検知手段４８が検知する冷却水温度と、第２の冷却水温検知手段４９が検知する冷却水温度とが近づく。それ故、両者が検知する冷却水温度の接近を検知することにより、貯湯水経路３８からの水漏れを検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２９４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、燃料電池システムの冷却水経路で水漏れが発生しても冷却水経路に水が残る場合がある。しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、冷却水経路からの水漏れの異常が発生している場合には、冷却水循環器による水循環を行わないだけではなく、加熱器による加熱をも実行しない。従って、冷却水経路内に残水がある場合には、その残水の凍結を抑制する手段がなく、燃料電池が凍結する可能性がある。その結果、次回の起動時に発電が不可能になる等の課題がある。
【００１４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、水漏れの異常が発生して停止している燃料電池システムにおいて、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる燃料電池システム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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に関係する水が循環する水循環経路と、前記水循環経路内の水を循環させるための水循環器と、前記水循環経路を加熱する加熱器と、前記水循環経路からの漏水に関する異常である第１の異常を検知する第１の異常検知器と、制御器と、を備え、前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作とを実行する燃料電池システムであって、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成されている。
【００１６】
前記燃料電池システムは、前記第１の異常と異なる第２の異常を検知する第２の異常検知器を備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止しかつ凍結抑制のための前記加熱動作を禁止せず、前記第２の異常検知器により前記第２の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作及び前記加熱動作を共に禁止しないよう構成されていてもよい。
【００１７】
前記水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路と、の少なくともいずれか一つであってもよい。
【００１８】
前記水循環経路が、第１の水循環経路と第２の水循環経路とを備え、前記水循環器が、前記第１の水循環経路内の水を循環させる第１の水循環器と、前記第２の水循環経路内の水を循環させるための第２の水循環器とを備え、前記加熱器が、前記第１の水循環経路を加熱する第１の加熱器と、前記第２の水循環経路を加熱する第２の加熱器とを備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の水循環器による水循環動作を禁止し、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、前記第２の水循環経路の凍結抑制のための前記第２の水循環器による水循環動作及び前記第２の加熱器による加熱動作を禁止しないよう構成されていてもよい。
【００１９】
前記第１の水循環経路及び前記第２の水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路とのうちの２つの経路の組み合わせであってもよい。
【００２０】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって、前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記加熱器による加熱動作において、前記第１の異常が検知されていない場合よりも加熱量を増加させるよう構成されていてもよい。
【００２１】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記第１及び第２の加熱器による加熱動作において、前記第１の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、前記第２の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合と変えないよう構成されていてもよい。
【００２２】
前記燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されていない場合は、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行し、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知された場合は、前記温度検知器が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行するよう構成されていてもよい。
【００２３】
前記燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のための前記加熱動作として前記第１の加熱器と前記第２の加熱器とを動作させるよう構成されており、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を前記温度検知器が検知すると凍結抑制のために前記第１の加熱器を動作させ、前記温度検知器が前記第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記第２の加熱器を動作させるよう構成されていてもよい。
【００２４】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は上記のように構成され、水漏れの異常が発生して停止している燃料電池システムにおいて、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５の燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９の燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態の変形例２に係る燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態の変形例２に係る燃料電池システムの他の構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に関係する水が循環する水循環経路と、前記水循環経路内の水を循環させるための水循環器と、前記水循環経路を加熱する加熱器と、前記水循環経路からの漏水に関する異常である第１の異常を検知する第１の異常検知器と、制御器と、を備え、前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作とを実行する。
【００２９】
そして、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成されている。
【００３０】
「燃料電池」は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池であればよい。このような「燃料電池」として、例えば、固体高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。「燃料ガス」として、例えば、純水素、水素含有ガス（改質ガス）等を用いることができる。「酸化剤ガス」として、例えば、純酸素、空気等を用いることができる。
【００３１】
「水循環経路」は、燃料電池の運転に関係する水が循環する全ての経路を意味する。例えば、後述する冷却水循環経路、回収水循環経路、貯湯水循環経路等がこのような「水循環経路」に相当する。
【００３２】
「水循環器」として、例えば、ポンプ（ロータリ式）、プランジャーポンプ等を用いることができる。
【００３３】
「第１の異常」は、上述の「水循環経路」からの漏水に関する異常として定義される。「第１の異常検知器」は、上述の「水循環経路」からの漏水を、直接的又は間接的に検知する検知器を意味する。漏水を直接的に検知するとは、「漏水」そのものを検知することを意味する。また、漏水を間接的に検知するとは、「漏水」に相関して変動するパラメータ（物理量）を検知することを意味する。「漏水」を間接的に検知する場合には、検知した当該パラメータから、当該パラメータと「漏水」との相関関係を利用して「漏水」を検知することができる。例えば、「第１の異常検知器」が、「漏水」に相関するパラメータを検知する検知器で構成された場合には、この検知器で検知されたパラメータのレベルと、当該パラメータと「漏水」との相関関係に基づいて設定された判定基準（例えば閾値）とに基づいて「水循環経路」からの漏水が発生しているか否かが判定器によって判定される。
【００３４】
「第１の異常検知器」は、燃料電池システムの主要部（例えば、燃料電池を含む発電ユニット等）を収納する筐体の内部に設置してもよく、あるいは、当該筐体の外部に設置してもよい。検知器を当該筐体の外部に設置する場合において、「第１の異常検知器」と制御部との間は有線で接続されてもよく、無線で接続されてもよい。
【００３５】
「加熱器」は、上述の「水循環経路」を加熱することができればよい。従って、「加熱器」の機能及び設置態様は、これ以外には特に限定されない。例えば、「加熱器」は単独の加熱器で構成されていてもよく、分散配置された複数の加熱器で構成されていてもよい。このような「加熱器」として、例えば、セラミックヒータを用いることができる。
【００３６】
「前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作」とは、このような態様の凍結抑制運転を意味する。
【００３７】
「制御器」は、「前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成された」ものであればよい。本明細書及び請求の範囲において、制御器とは単独の制御器のみならず制御器群をも意味する。従って、「制御器」は、集中制御を行う単独の制御器で構成されてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されてもよい。「制御器」としては、例えば、マイクロコンピュータ、プログラマブルコントローラ、論理回路等を用いることができる。
【００３８】
「水循環動作を禁止する」とは、換言すれば、「水循環動作を許可しない」ことである。「水循環動作を禁止しない」とは、換言すれば、「水循環動作を許可する」ことである。例えば、特定の条件を満たす場合に、水循環動作が実行される。
【００３９】
以上に説明した構成によれば、水循環経路からの漏水に関する異常が検知された場合には、凍結抑制運転としての水循環動作が禁止されるので、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができる。一方、凍結抑制運転としての加熱動作は禁止されないので、特定の条件が満たされることにより、凍結抑制運転としての加熱動作が実行され、循環による凍結抑制ができない水循環経路内の残水の凍結を抑制することできる。その結果、水漏れの異常が発生して停止している燃料電池システムにおいて、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、前記第１の異常と異なる第２の異常を検知する第２の異常検知器を備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止しかつ凍結抑制のための前記加熱動作を禁止せず、前記第２の異常検知器により前記第２の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作及び前記加熱動作を共に禁止しないよう構成されていてもよい。
【００４１】
「第２の異常」は、「第１の異常」と異なる燃料電池システムの異常として定義される。また、この「第２の異常」には、「第１の異常」以外の異常の全てを含むものではなく、「第１の異常」以外の異常の少なくとも一部を含むものである。燃料電池システムの異常には、例えば、燃料電池システムの各構成要素の異常、それらの制御の異常等がある。ここで、表１に上述の第１の異常と第２の異常との具体例を示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように、第１の異常として、例えば、水循環経路からの水漏れ、水循環経路中の水タンク（循環水タンク）における水位の異常低下、貯湯水により冷却される燃料電池の異常昇温、燃料電池の冷却水と貯湯水との熱交換器を備える場合における貯湯水の熱交換前後の温度差異常、冷却水と貯湯水との熱交換器を備える場合における冷却水の熱交換前後の温度差異常等が挙げられる。また、第２の異常として、例えば、酸化剤ガス流量計の計測値異常、酸化剤ガス経路及び燃料ガス経路の弁の固着、酸化剤ガス経路の弁からのリーク異常、燃料ガス経路の弁からのリーク異常、改質器内の温度検知器の検知温度異常、改質器内の温度検知器の断線／ショート、改質器を加熱する燃焼器の失火異常、改質器を加熱する燃焼器の着火異常等が挙げられる。
【００４４】
「第２の異常検知器」は、「第１の異常検知器」と同様に、第２の異常を直接的又は間接的に検知する検知器を意味する。
【００４５】
この構成によれば、水循環経路からの漏水に関する異常を検知した場合は、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる一方、漏水とは関連の無い異常を検知した場合は、通常のとおり、当該水循環経路の凍結抑制が可能となる。
【００４６】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路と、の少なくともいずれか一つであってもよい。
【００４７】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記水循環経路が、第１の水循環経路と第２の水循環経路とを備え、前記水循環器が、前記第１の水循環経路内の水を循環させる第１の水循環器と、前記第２の水循環経路内の水を循環させるための第２の水循環器とを備え、前記加熱器が、前記第１の水循環経路を加熱する第１の加熱器と、前記第２の水循環経路を加熱する第２の加熱器とを備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の水循環器による水循環動作を禁止し、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、前記第２の水循環経路の凍結抑制のための前記第２の水循環器による水循環動作及び前記第２の加熱器による加熱動作を禁止しないよう構成されていてもよい。
【００４８】
この構成によれば、水循環経路が複数存在する燃料電池システムにおいて、漏水に関する異常が検知された水循環経路については、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる一方、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、通常のとおり、当該水循環経路の凍結抑制が可能となる。
【００４９】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記第１の水循環経路及び前記第２の水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路とのうちの２つの経路の組み合わせであってもよい。
【００５０】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって、前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記加熱器による加熱動作において、前記第１の異常が検知されていない場合よりも加熱量を増加させるよう構成されていてもよい。
【００５１】
漏水に関する異常が検知されている場合には、水循環動作が実行されない分、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べて耐凍結性が低下する。しかし、この構成によれば、漏水に関する異常が検知されている場合には、加熱器による加熱量を、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べて増加させるので、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【００５２】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記第１及び第２の加熱器による加熱動作において、前記第１の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、前記第２の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合と変えないよう構成されていてもよい。
【００５３】
この構成によれば、漏水に関する異常が検知されている第１の水循環経路についてのみ、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐべく、第１の異常が検知されていない場合に比べて第１の加熱器の加熱量を増加させ、漏水に関する異常が検知されていない第２の水循環経路については、第２の加熱器による加熱量を第１の異常が検知されていない場合と変えないので、不必要な加熱量の増加による消費電力の増加を抑制することができる。
【００５４】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されていない場合は、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行し、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知された場合は、前記温度検知器が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行するよう構成されていてもよい。
【００５５】
「水の温度を検知する温度検知器」とは、水の温度を直接的又は間接的に検知する温度検知器を意味する。従って、温度検知器は、「燃料電池」の運転に関係する「水」の温度を直接検知する温度検知器であってもよく、「水」の温度に相関する温度（つまり、上記「水」の温度が、間接的に検知される温度）を検知する温度検知器であってもよい。具体的には、外気温度を検知する温度検知器、燃料電池システムの筐体内の水経路以外の所定の位置に設けられた温度検知器が挙げられる。また、「水」の温度に相関する温度を検知する場合には、例えば、当該温度と「水」の温度との相関関係を利用して、当該温度に対して水の凍結を抑制するために最適な閾値が設定される。「温度検知器」は１つでも複数でも構わない。「温度検知器」として、例えば、白金測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等の温度センサを用いることができる。
【００５６】
「第１の閾値」は、水の凝固点（０℃）以上の温度として定義される。「第１の閾値」は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション、計算等により定められる。また、「第１の閾値」を「第２の閾値」と共に定める場合には、第１の閾値は、水の循環を行っている状態で凍結抑制のために加熱器による加熱が必要と判断される温度として定義される。そして、第２の閾値は、水の循環を行わない状態で凍結抑制のために加熱器による加熱が必要と判断される温度として定義され、第１の閾値よりも高い値となる。「第２の閾値」は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション、計算等により定められる。
【００５７】
この構成によれば、漏水に関する異常を検知した場合は、加熱器を動作させる温度検知器の温度閾値が第１の異常が検知されていない場合に比べて高く設定されているので、水の温度が低下した時の加熱器の動作開始を早めることができる。その結果、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を抑制することができる。
【００５８】
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のための前記加熱動作として前記第１の加熱器と前記第２の加熱器とを動作させるよう構成されており、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を前記温度検知器が検知すると凍結抑制のために前記第１の加熱器を動作させ、前記温度検知器が前記第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記第２の加熱器を動作させるよう構成されていてもよい。
【００５９】
この構成によれば、漏水に関する異常が検知されている第１の水循環経路についてのみ、水の温度が低下した時の加熱器の動作開始を早めるべく、加熱器を動作させる温度検知器の温度閾値が第１の異常が検知されていない場合に比べて高く設定されており、漏水に関する異常が検知されていない第２の水循環経路については、加熱器を動作させる温度検知器の温度閾値が第１の異常が検知されていない場合と同じに設定されているので、不必要に加熱器の動作開始を早めることによる消費電力の増加を抑制することができる。
【００６０】
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。
【００６１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、「水循環経路」が、貯湯水循環経路であり、かつ「燃料電池」が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である形態を例示するものである。
【００６２】
［構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００６３】
まず、ハードウェアの構成を説明する。
【００６４】
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システム３０１は、吸気口（図示せず）及び排気口６０を有する筐体５０と、貯湯タンク９Ｂとを備えている。筐体５０には、貯湯タンク９Ｂ以外の燃料電池システム３０１を構成する各要素（筐体５０を除く）が収容されている。
【００６５】
筐体５０には、上述の「燃料電池」の一例である燃料電池１が配置されている。燃料電池１は、本実施の形態１では、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成されている。燃料電池１の内部にはアノードに接触するように内部燃料ガス流路１ａが形成されていて、この内部燃料ガス流路１ａの入口には、燃料ガス供給経路２２を介して改質部１０５の出口が接続されている。この改質部１０５と燃料電池１とが燃料電池本体１０１を構成している。
【００６６】
改質部１０５の原料ガス入口には、原料ガス供給路１９を介して原料供給器６１から原料が供給される。原料ガスは、改質により水素含有ガスを生成できるものであればよい。原料ガスとして、例えば、天然ガス等の炭化水素系のガスを用いることができる。原料供給器６１は、例えば、原料ガス源（例えば、天然ガスのインフラストラクチャ）に接続されたブースタポンプ、流量調整弁等で構成することができる。また、改質部１０５の空気入口には空気供給器６２から空気が供給される。空気供給器６２として、例えば、ブロワ等を用いることができる。さらに、改質部１０５の改質水入口には、改質水経路６４から改質水が供給される。改質部１０５は、供給された原料ガス及び改質水を用いてオートサーマル法により水素含有ガス（改質ガス）を生成する。そして、この水素含有ガスを燃料ガスとして燃料電池１に供給する。この水素含有ガス（改質ガス）は、上述の「燃料ガス」の一例である。また、改質部１０５は、燃料ガス供給器の一例である。
【００６７】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの入口には酸化剤ガス供給器６が酸化剤ガス供給経路２３を介して接続されている。
【００６８】
酸化剤ガス供給器６は、上述の「酸化剤ガス」を酸化剤ガス供給経路２３に供給する。酸化剤ガス供給器６は、例えば、ブロワ等で構成されていて、空気を「酸化剤ガス」として供給する。
【００６９】
燃料電池１では、このように供給された燃料ガスと酸化剤ガスとがそれぞれアノード及びカソードにおいて化学反応して電気と熱とが発生する。
【００７０】
燃料電池１の内部燃料ガス流路１ａの出口には、排出燃料ガス経路２５の上流端が接続されている。アノードにおいて化学反応しなかった（消費されなかった）燃料ガス（以下、排出燃料ガスという）は排出燃料ガス経路２５に排出される。排出燃料ガス経路２５の下流端は、例えば、燃焼器（図示せず）に接続されている。排出燃料ガス経路２５には第１水凝縮器２４Ａが設けられている。第１水凝縮器２４Ａは、熱交換器で構成されていて、その一次側流路を流れる排出燃料ガスを、二次側流路を流れる貯湯水と熱交換させて冷却し、それにより、当該排出燃料ガスに含まれる水を凝縮させて、この凝縮水を当該排出燃料ガスから分離するように構成されている。
【００７１】
排出燃料ガス経路２５の第１水凝縮器２４Ａより下流側の部分は下方に傾斜するように形成されており、この下流側の部分から、第１回収水経路５７Ａが下方に分岐している。この第１回収水経路５７Ａの下端は第１回収水タンク５８Ａに接続されている。これにより、第１水凝縮器２４Ａで排出燃料ガスから分離された凝縮水は、排出燃料ガス経路２５を流下した後、第１回収水経路５７Ａを経由して第１回収水タンク５８Ａに至り、そこに貯留される。一方、第１水凝縮器２４Ａで凝縮水を除去された排出燃料ガスは排出燃料ガス経路２５を流れて燃焼器に至り、そこで燃焼されて大気中に放出される。
【００７２】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの出口には、排出酸化剤ガス経路２６の上流端が接続されている。カソードにおいて化学反応しなかった（消費されなかった）酸化剤ガス（以下、排出酸化剤ガスという）は排出酸化剤ガス経路２６に排出される。排出酸化剤ガス経路２５の下流端は、例えば、大気に開放されている。排出酸化剤ガス経路２６には第２水凝縮器２４Ｂが設けられている。第２水凝縮器２４Ｂは、熱交換器で構成されていて、その一次側流路を流れる排出酸化剤ガスを、二次側流路を流れる貯湯水と熱交換させて冷却し、それにより、当該排出酸化剤ガスに含まれる水を凝縮させて、この凝縮水を当該排出酸化剤ガスから分離するように構成されている。
【００７３】
排出酸化剤ガス経路２６の第２水凝縮器２４Ｂより下流側の部分は下方に傾斜するように形成されており、この下流側の部分から、第２回収水経路５７Ｂが下方に分岐している。この第２回収水経路５７Ｂの下端は第２回収水タンク５８Ｂに接続されている。これにより、第２水凝縮器２４Ｂで排出酸化剤ガスから分離された凝縮水は、排出酸化剤ガス経路２６を流下した後、第２回収水経路５７Ｂを経由して第２回収水タンク５８Ｂに至り、そこに貯留される。一方、第２水凝縮器２４Ｂで凝縮水を除去された排出酸化剤ガスは排出酸化剤ガス経路２６を流れて排出酸化剤ガス経路２６の先端から大気中に放出される。
【００７４】
第１回収水タンク５８Ａと第２回収水タンク５８Ｂとは、各々の下部が連通路で互いに連通されている。なお、ここでは、排出燃料ガスと排出酸化剤ガスとの双方から水を回収するよう構成したが、排出燃料ガスと排出酸化剤ガスとのいずれかから水を回収するよう構成してもよい。
【００７５】
第１水凝縮器２４Ａは、上述のように、排出燃料ガスと貯湯水とを熱交換させる第１の熱交換器で構成され、第２水凝縮器２４ｂは、排出酸化剤ガスと貯湯水とを熱交換させる第２の熱交換器で構成されている。そして、これら２つの熱交換器に貯湯水を流すための貯湯水経路９Ａが、例えば、貯湯タンク９Ｂの下部から延出し、これら２つの熱交換器を通って貯湯タンク９Ｂの上部に至るように形成されている。この貯湯水経路９Ａと貯湯タンク９Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である貯湯水循環経路９を構成している。貯湯水経路９Ａには、上述の「水循環器」の一例である貯湯水循環器１０が配置されている。貯湯水循環器１０として、例えば、ポンプ等を用いることができる。貯湯水循環器１０は、燃料電池システム３０１の発電時には、貯湯タンク９Ｂの下部から上部へ向けて貯湯水を流す。貯湯水経路９Ａにおけるこれら２つの熱交換器（第１水凝縮器２４Ａ、第２水凝縮器２４Ｂ）の配置順序は、いずれが上流側でも構わない。
【００７６】
また、第２回収水タンク５８Ｂから改質部１０５の改質水入口に至るように改質水経路６４が設けられている。改質経路６４には、改質水供給器６３と浄化器１７とが設けられている。なお、改質水供給器６３と浄化器１７とは、いずれが上流側に配置されも構わない。改質水供給器６３は、例えば、プランジャーポンプ等で構成されていて、第１及び第２回収タンク５８Ａ、５８Ｂの水（回収水）を、改質水として改質部１０５に供給する。浄化器１７は、水（ここでは改質水）を浄化するものであり、例えば、イオン交換樹脂が充填されて構成される。これにより、改質水の導電度が低下される。
【００７７】
また、筐体５０の下部には、上述の「加熱器」の一例である加熱器１４が設けられている。加熱器１４は、例えば、セラミックヒータで構成される。加熱器１４は、燃料電池１ではなく、燃料電池システム３０１の外部の電源から電力を供給されて動作するよう構成されている。加熱器１４は、本実施の形態１では、筐体５０の底部に、平面視において広い範囲に渡って設けられている。このような構成により、加熱器１４が動作すると、加熱器１４で暖められた空気が自然対流により上昇して、貯湯水循環経路９の近傍の雰囲気温度を上昇させる。その結果、貯湯水循環経路９の内部の水が加熱され、その凍結が抑制される。つまり、本実施の形態１では、加熱器１４が貯湯水循環経路９内の水を間接的に加熱する。もちろん、加熱器１４を、貯湯水循環経路９内の水を直接的に加熱するように構成してもよい。なお、加熱器１４の動作により第１、第２回収水タンク５８Ａ，５８Ｂ内の水の凍結も抑制される。
【００７８】
次に、制御系統の構成を説明する。
【００７９】
本実施の形態１の燃料電池システム３０１は、上述の「制御器」の一例である制御器１６を備えている。制御器１６は、例えば、マイクロコンピュータで構成される。制御器１６は、演算部と記憶部とを有し、演算部は、例えば、マイクロコンピュータのＣＰＵで構成され、記憶部は、例えば、マイクロコンピュータの内部メモリで構成される。記憶部には、後述する異常停止時における凍結抑制制御を含む制御プログラムが格納されている。演算部はこの制御プログラムを記憶部から読み出して実行することにより、各種の制御を行う。以下では、演算部による制御を制御器１６による制御として説明する。制御器１６は、燃料電池システム３０１の所定の検知器等（図示せず）からの入力に基づいて燃料電池システム３０１の所要の要素（６１、６２、６、６３、１０等）に制御信号を出力することにより、燃料電池システム３０１全体の動作を制御する。また、制御器１６は、第１温度検知器１５からの入力と、第２温度検知器２９及び第３温度検知器３０からのそれぞれの入力とに基づいて、貯湯水循環器１０と加熱器１４とを制御することにより、燃料電池システム３０１の異常停止時における凍結抑制制御を行う。なお、制御器１０は、第１回収水水位検知器３１Ａ及び第２回収水水位検知器３１Ｂの検知出力に基づき図示されない水供給手段により水を補充して、第１回収水タンク５８Ａ及び第２回収水タンク５８Ｂの水位を所定の範囲に制御する。また、制御器１６を、例えば、燃料電池システム３０１全体の動作を行う制御器と、燃料電池システム３０１の異常停止時における凍結抑制制御を行う制御器とで構成してもよい。
【００８０】
第１回収水水位検知器３１Ａは第１回収水タンク５８Ａの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。また、第２回収水水位検知器３１Ｂは第２回収水タンク５８Ｂの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。第１回収水水位検知器３１Ａ及び第２回収水水位検知器３１Ｂは、例えば、水位センサで構成される。
【００８１】
第１温度検知器１５は、上述の「温度検知器」の一例である。第１温度検知器１５は、本実施の形態１では、筐体５０内において、外気温度と同等の温度を示す場所に設置されている。燃料電池システム３０１が停止している場合には、貯湯水循環経路９の水の温度は、外気温度に従って変化する。それ故、外気温度は、貯湯水循環経路９の水の温度と相関するパラメータであり、第１温度検知器１５は、貯湯水循環経路９の水の温度を間接的に検知する「温度検知器」である。もちろん、第１温度検知器１５を、貯湯水循環経路９の水の温度を直接検知するように設けてもよい。第１温度検知器１５は、検知した温度を制御器６に出力する。なお、以下では、第１温度検知器１５が１つの温度検知器で構成される例を示すが、第１温度検知器１５が複数の温度検知で構成され、例えば、貯湯水循環器１０の制御用と加熱器１４の制御用とのように、用途を分けて用いられてもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
本実施の形態１では、貯湯水経路９Ａの第１及び第２凝縮器２４Ａ、２４Ｂより上流側の部分に、貯湯水の温度を検知する上記第２温度検知器２９が設けられ、貯湯水経路９Ａの第１及び第２凝縮器２４Ａ、２４Ｂより下流側の部分に、貯湯水の温度を検知する上記第３温度検知器３０が設けられている。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度は制御器１６に出力される。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０は、貯湯水の温度を直接的又は間接的に検知するものであればよく、例えば、熱電対等の温度センサで構成される。
【００８２】
第２温度検知２９及び第３温度検知器３０は、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」、すなわち、「漏水」に相関するパラメータを検知する検知器の一例である。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度は、「漏水」に相関するパラメータの一例である。貯湯水循環経路９において漏水が発生すると貯湯水経路９Ａを流れる貯湯水の流量が減少する。すると、第１及び第２凝縮器２４Ａ、２４Ｂを通過する間における貯湯水の温度上昇が増加する。そこで、第２温度検知器２９の検知温度と第３温度検知器３０の温度との差（以下、検知温度差というについて、正常な場合（漏水が発生してない場合）の検知温度差よりも大きい所定の閾値（以下、検知温度差閾値という）が制御器１６（正確には記憶部）に設定されていて、制御器１６は、検知温度差がこの検知温度差閾値以上になると貯湯水循環経路９において漏水（第１の異常）が発生したと判定する。従って、制御器１６は、漏水が発生しているか否かを判定する判定器としても機能する。なお、上記第２の閾値は、あくまで例示であり、貯湯水循環経路９の大量漏れにより貯湯水が全く循環していない場合を想定して、正常な場合（漏水が発生してない場合）の検知温度差閾値よりも小さい値を漏水異常検知の値として設定してよい。
【００８３】
［動作］
まず、一般的な動作を簡単に説明する。
【００８４】
燃料電池システム３０１は、発電を行う発電動作と、燃料電池システム３０１を停止状態から発電動作に円滑に移行させる起動動作と、燃料電池システム３０１を発電動作から停止状態に円滑に移行させる停止動作と、停止状態との４つの動作モードを有する。停止状態は、停止処理を完了した後の状態であり、次の起動を待機する待機状態と、次の起動が禁止されている異常停止状態とを含む。
【００８５】
燃料電池システム３０１は、制御器１６から起動信号が出力されると起動する。そして、発電動作においては、改質部１０５は、原料供給器６１から供給される原料ガスと改質水経路から供給される改質水と空気供給器６２から供給される空気とを用いてオートサーマル法により水素含有ガスを生成する。そして、この水素含有ガスを燃料ガスとして燃料電池１の内部燃料ガス経路１ａに供給する。また、酸化剤ガス供給器６は、酸化剤ガス（空気）を燃料電池１のカソードに供給する。燃料電池１は、この燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させて発熱を伴う発電をする。この発電に用いられなかった燃料ガス（排出燃料ガス）及び酸化剤ガス（排出酸化剤ガス）は、それぞれ、排出燃料ガス経路２５及び排出酸化剤ガス経路２６を通じて最終的に大気中に放出される。そして、その過程において、排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスは、それぞれ、第１水凝縮器２４Ａ及び第２凝縮器２４Ｂにおいて、それぞれ、貯湯水にその保持する熱を伝達することにより冷却され、その含有する水が凝縮して除去される。これらの除去された水は、それぞれ、第１回収水タンク５８Ａ及び第２回収水タンク５８Ｂに貯留される。第１回収水タンク５８Ａ及び第２回収水タンク５８Ｂに貯留された水（回収水）は、改質水供給器６３により浄化器１７を経て改質部１０５に供給され、そこで、原料ガスの改質に用いられる。一方、貯湯水は、排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスが保持する熱を受け取って昇温し、貯湯タンクに貯留される。これにより、排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスから排熱が回収されて貯湯タンク９Ｂに蓄熱される。
【００８６】
このようにして、燃料電池システム３０１は発電動作を行う。そして、燃料電池システム３０１は、制御器１６から停止信号が出力されると停止動作に移行し、停止動作が完了すると、停止状態となる。
【００８７】
また、燃料電池システム３０１は、通常の停止状態において、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下となると、凍結抑制運転を行い、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となると、凍結抑制運転を停止する。なお、上記通常の停止状態とは、燃料電池システムの異常の発生に伴う停止状態（異常停止状態）ではない停止状態（待機状態）として定義される。凍結抑制運転については、後で詳しく説明する。
【００８８】
また、燃料電池システム３０１は、起動動作及び発電動作の最中に制御器１６が異常を検知すると検知された異常内容に対応した所定の異常停止処理を実行し、異常停止処理完了後、通常、次の起動が許可されない異常停止状態となる。
【００８９】
次に、本発明を特徴付ける燃料電池システム３０１の異常停止状態における凍結抑制制御（以下、システム異常停止時の凍結抑制制御という場合がある）について説明する。この制御は、「前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しない」制御の一例である。このシステム異常停止状態における凍結抑制制御においては、燃料電池システム３０１の異常は、貯湯水循環経路９の漏水に関する異常（第１の異常）とこれと異なる異常（「第２の異常」）とに分けて扱われる。
【００９０】
図２は燃料電池システム３０１の異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。この制御は制御器１６により実行される。
【００９１】
図２に示すように、制御器１６は、まず、燃料電池システム３０１に異常が発生したか否か判定する（ステップＳ１）。
【００９２】
異常が発生していない場合（ステップＳ１でＮＯ）には、制御器１６は、通常の凍結抑制制御（ステップＳ９〜ステップＳ１２、８）を行う。具体的には、制御器１６は第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ９）。ここで、第１の閾値は、水の凝固点（０℃）以上の温度として定義される。具体的には、第１の閾値は、実験、シミュレーション等により最適な値が定められる。
【００９３】
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合には、制御器１６は、ステップ１に戻る。従って、この場合には、凍結抑制運転は行われない。
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、貯湯水循環器１０を動作させ、かつ加熱器１４を動作させる（ステップＳ１０）。これにより、貯湯タンク９Ｂの貯湯水が貯湯水循環経路９を循環する。また、加熱器１４によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して貯湯水循環経路９の水が加熱される。この筐体５０内の雰囲気温度の上昇により、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【００９４】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ１１）。ここで、第３の閾値は、第１の閾値より高い温度に設定される。
【００９５】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ１１でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ１０に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、凍結抑制運転が行われ、それにより、貯湯水循環経路９の水の凍結が抑制される。
【００９６】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）には、制御器１６は、貯湯水循環器１０と加熱器１４とを停止させる（ステップＳ１２、８）。これにより、凍結抑制運転が停止される。
【００９７】
一方、ステップＳ１において、異常が発生している場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、制御器１６は燃料電池システム３０１を停止させる（ステップＳ２）。
【００９８】
次いで、制御器１６は、発生した異常が、漏水に関する異常（第１の異常）であるか否か判定する（ステップＳ３Ａ）。発生した異常が、漏水に関する異常でない場合（ステップＳ３ＡでＮＯ）には、制御器１６は、ステップＳ３Ｂに進み、第２の異常であるか否かを判定する。第２の異常の具体例は表１に示した通りである。第２の異常は多数存在するので第２の異常を検知する第２の異常検知器の図示を省略する。制御器１６は、この第２の異常検知器の検知出力に基づいて検知した異常が第２の異常であるか否か判定する。そして、第２の異常である場合（ステップＳ３ＢでＹＥＳ）には、ステップＳ９に進み、異常が発生していない場合（待機状態）と同じ制御を行う。換言すると、発生した異常が漏水に関する異常と異なる異常である場合には、少なくともその一部の異常（第２の異常）については、制御器１６は、「凍結抑制のための加熱動作を禁止しない」。なお、発生した異常が第２の異常である場合に、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を禁止しない、又は、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を許可する旨のステップをステップＳ９の前に設けてもよい。なお、ステップＳ３Ｂにおいて、第２の異常でないと判定された場合（ステップＳ３ＢでＮＯ）は、その異常内容に応じた所定の凍結抑制運転が実行される。例えば、ステップＳ１において可燃性ガス漏洩に関する異常が発生した場合は、第１の閾値以下で貯湯水循環経路９の水循環動作を実行し、加熱器１４の加熱動作が禁止される。なお、上記可燃性ガス漏洩に関する異常は、通常、筐体５０内に設けられた可燃性ガスセンサ（図示せず）により検知される。
【００９９】
発生した異常が、漏水に関する異常である場合（ステップＳ３ＡでＹＥＳ）には、制御器１６は、貯湯水循環器１０を停止する（ステップＳ４）。ステップＳ４においては、ステップＳ２において燃料電池システムが停止されていて、通常、貯湯水循環器１０は既に停止されている。従って、「貯湯水循環器１０を停止する」とは、貯湯水循環器１０が動作しているか否かに関わらず、貯湯水循環器１０を停止するという意味である。すなわち、制御器１６は、「凍結抑制のための前記水循環動作を禁止する」。これにより、漏水被害の拡大を抑制しかつ貯湯水循環器１０の空運転による当該貯湯水循環器１０の故障の可能性を低減することができる。
【０１００】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ５）。第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合（ステップＳ５でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になるまで待機する。
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、加熱器１４を動作させる（ステップＳ６）。これにより、加熱器１４によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して貯湯水循環経路９に残存する水が加熱される。また、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【０１０１】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ７）。第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ７でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ６に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、貯湯水を循環させずに凍結抑制運転が行われ、それにより、水漏れしている貯湯水循環経路９に残存する水の凍結が抑制される。
【０１０２】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ７でＹＥＳ）には、制御器１６は、加熱器１４を停止させる（ステップＳ８）。これにより、凍結抑制運転が停止される。なお、上述の本実施の形態の燃料電池システム３０１によれば、通常の停止状態及び第２の異常発生に伴う異常停止状態において、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下の場合に、貯湯水循環器１０及び加熱器１４を動作させ、凍結抑制運転を実行するよう構成されている。しかしながら、凍結抑制運転として、上記に限定されるものでなく、第１の閾値よりも大きい所定の温度閾値以下の場合に、まず、貯湯水循環器１９を動作させ、その後、温度低下が進行し、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になると、加熱器１４を動作させる形態を採用しても構わない。
【０１０３】
以上のように構成された本実施の形態１の燃料電池システム３０１によれば、貯湯水循環経路９で漏水が発生した場合に、漏水被害の拡大を抑制しかつ貯湯水循環器１０の空運転による当該貯湯水循環器１０の故障の可能性を低減することができる。また、水漏れしている貯湯水循環経路９内の残水の凍結を抑制することができる。
【０１０４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１において、第１の異常が検知された場合の凍結抑制運転において、加熱器１４による加熱量を増加させる形態を例示するものである。
【０１０５】
本実施の形態２の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態１の燃料電池システム３０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態１の燃料電池システム３０１と異なる。
【０１０６】
図３は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止状態における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１０７】
図３に示すように、本発明の実施の形態２のシステム異常停止状態の凍結抑制制御においては、実施の形態１（図２）のステップ６に代えてステップＳ１３が遂行される。これ以外は、実施の形態１のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１０８】
ステップＳ１３においては、制御器１６は、加熱器１４を動作させ、かつ、その際に、加熱器１４による加熱量を、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転として加熱器１４を動作させる（ステップＳ１０）際の加熱量に比べて、増加させる。これにより、第１の異常発生に伴う異常停止状態において、凍結抑制運転として水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【０１０９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、第１の異常発生に伴う異常停止状態での凍結抑制運転において、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値を、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転の場合に比べて高く設定する形態を例示するものである。
【０１１０】
本実施の形態３の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態１の燃料電池システム３０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態１の燃料電池システム３０１と異なる。
【０１１１】
図４は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止状態における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１１２】
図４に示すように、本発明の実施の形態３の燃料電池システムの異常停止状態の凍結抑制制御においては、実施の形態１のシステム異常停止時の凍結抑制制御におけるステップＳ５に代えてステップＳ１４が遂行される。これ以外の点は実施の形態１のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１１３】
ステップＳ１４においては、制御器１６は、第１温度検知１５の検知温度が第２の閾値以下であるか否か判定する。ここで、本実施の形態３では、第１の閾値は、水の循環を行っている状態で凍結抑制のために加熱器１４による加熱が必要と判断される温度として定義される。そして、第２の閾値は、水の循環を行わない状態で凍結抑制のために加熱器１４による加熱が必要と判断される温度として定義され、第１の閾値よりも高い値となる。第１の閾値及び第２の閾値は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション等により適宜定められる。
【０１１４】
そして、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値を超える場合（ステップＳ１４でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第２の閾値以下になるまで待機する。
【０１１５】
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、加熱器１４を動作させる（ステップＳ６）。
【０１１６】
このような本実施の形態３の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常を検知した場合は、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転に比べて高く設定されているので、貯湯水の温度が低下した時の加熱器１４の動作開始を早めることができる。これにより、第１の異常発生に伴う異常停止状態において、凍結抑制運転として水の循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下に対応して水の凍結を抑制することができる。
【０１１７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、「水循環経路」が３つであり、「燃料電池」が固体高分子電解質形燃料電池であり、かつ「燃料電池システム」が、燃料ガス供給器として水素生成装置を備える形態を例示するものである。
【０１１８】
［構成］
図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０１１９】
まず、ハードウェアの構成を説明する。
【０１２０】
図５に示すように、本実施の形態４の燃料電池システム４０１は、燃料電池ユニット２と貯湯ユニット４とを備えている。貯湯ユニット４は貯湯タンク９Ｂを備えている。
【０１２１】
燃料電池ユニット２は、筐体５０を備えている。筐体５０には、図示されない吸気口及び図示されない排気口が設けられている。この筐体５０に、燃料電池ユニット２を構成する各要素（筐体５０を除く）が収容されている。
【０１２２】
筐体５０の内部には、燃料電池１が配置されている。燃料電池１は、本実施の形態４では、固体高分子電解質形の燃料電池で構成されている。燃料電池１の内部燃料ガス流路１ａの入口には燃料ガス供給経路２２を介して水素生成装置５の出口が接続されている。水素生成装置５の構成は周知であるので簡単に説明する。水素生成装置５は、例えば、改質部（図示せず）と一酸化炭素低減部（図示せず）を備えている。改質部は原料ガスと改質水とを用いて水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成し、一酸化炭素低減部は、この水素含有ガスの一酸化炭素濃度を所定のレベルにまで低減する。この一酸化炭素濃度を低減された水素含有ガスが燃料ガスとして、水素生成装置５の出口から燃料ガス供給経路２２に供給される。
【０１２３】
水素生成装置５の原料ガス入口には原料ガス供給経路１９を介して原料供給器６１が接続されている。水素生成装置５の改質水入口には改質水供給経路２１を介して改質水供給器６３が接続されている。改質水供給器６３は、例えば、市水、回収水等を水源としており、例えば、プランジャーポンプ等で構成される。
【０１２４】
水素生成装置５は、その改質部が燃焼器１８によって加熱されるように構成されている。加熱器１８は、排出燃料ガスを燃焼してその燃料熱により水素生成装置５の改質部を加熱する。この熱は水蒸気改質反応に用いられる。
【０１２５】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの入口には酸化剤ガス供給経路２３を介して酸化剤ガス供給器６が接続されている。
【０１２６】
燃料電池１の内部燃料ガス流路１ａの出口には、排出燃料ガス経路２５を介して加熱器１８が接続されている。
【０１２７】
燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１ｂの出口には、排出酸化剤ガス経路２６の上流端が接続されている。そして、排出酸化剤ガス経路２６の下流端は大気に開放されている。
【０１２８】
排出燃料ガス経路２５及び排出酸化剤ガス経路２６には、両者に跨るように水凝縮器２４が設けられている。排出燃料ガス経路２５を流れる排出燃料ガスは水凝縮器２４で水を除去されて加熱器１８に供給される。排出酸化剤ガス経路２６を流れる排出酸化剤ガスは水凝縮器２４で水を除去されて大気中に放出される。
【０１２９】
水凝縮器２４には、凝縮水経路２７を介して回収水タンク１２Ａが接続されている。水凝縮２４で排出燃料ガス及び排出酸化剤ガスから除去された水は凝縮水経路２７を通じて回収水タンク１２Ａに流れてそこに貯留される。
【０１３０】
また、燃料電池１には、冷却水が燃料電池１全体を均一に流れるように内部冷却水流路１ｃが形成されている。そして、筐体５０の内部には、この内部冷却水流路１ｃを含むように冷却水経路７Ａが設けられている。冷却水経路７Ａは、冷却水タンク７Ｂの下部から延出し、燃料電池１を通って（通過部分が内部冷却水経路１ｃである）冷却水タンク７Ｂの上部に至るように形成されている。冷却水タンク７Ａの冷却水は、後述する冷却水循環器８によって、冷却水タンク７Ｂの下部から流出して冷却水タンク７Ｂの上部に戻るように冷却水経路７Ａを循環される。この冷却水経路７Ａと冷却水タンク７Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である冷却水循環経路７を構成している。冷却水経路７Ａの燃料電池１より上流側の部分に「水循環器」の一例である冷却水循環器８が設けられている。冷却水循環器８は、例えば、ポンプで構成されている。冷却水経路７Ａの燃料電池１より下流側の部分には、熱交換器１１が設けられている。熱交換器１１は、冷却水経路７Ａを流れる冷却水と後述する貯湯水経路９Ａを流れる貯湯水とが熱交換するように構成されている。これにより、冷却水循環器１０が動作すると、冷却水タンク７Ｂの冷却水が燃料電池１を通過する際にこれを冷却するとともに排熱を回収して昇温し、この昇温した冷却水が熱交換器１１で貯湯水と熱交換して排熱を貯湯水に伝達するとともに冷却され、その後、冷却水タンク７Ｂに戻る。
【０１３１】
燃料電池システム４０１には、熱交換器１１に貯湯水を流すための貯湯水経路９Ａが設けられている。この貯湯水経路９Ａと貯湯タンク９Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である貯湯水循環経路９を構成している。この貯湯水循環経路９は実施の形態１の貯湯水循環経路９と同じであるので、その説明を省略する。
【０１３２】
冷却水タンク７Ｂは、回収水タンク１２Ａより上方に配置されており、これらは、回収水経路１２Ｂによって接続されている。例えば、回収水経路１２Ｂは、回収水タンク１２Ａから冷却水タンク７Ｂに至るように形成された回収水往路１２Ｂａと、冷却水タンク７Ｂのオーバフロー口（図示せず）から回収水タンク１２Ａに至るように形成された回収水復路１２Ｂｂとで構成されている。回収水往路１２Ｂａには、浄化器１７と上述の「水循環器」の一例である回収水循環器１３とが設けられている。回収水循環器１３は、例えば、ポンプ等で構成される。これにより、回収水循環器１３が動作すると、回収水タンク１２Ａの回収水が浄化器１７で浄化されて冷却水タンク７Ｂに供給される。そして、余剰の回収水（冷却水）は、オーバフロー口から回収水タンク１２Ａに戻る。これにより、冷却水タンク７Ｂに蒸発等により減少した冷却水が回収水タンク１２Ａから補給される。また、冷却水タンク７Ｂ中の水が循環経路１２を循環することによって浄化器１７により浄化されてその導電率が低下される。このように形成された回収水経路１２Ｂと回収水タンク１２Ａと冷却水タンク７Ｂとが、上述の「水循環経路」の一例である回収水循環経路１２を構成している。
【０１３３】
また、筐体５０の底部には加熱器１４が設けられている。
【０１３４】
次に、制御系統の構成を説明する。
【０１３５】
本実施の形態４の燃料電池システム４０１の制御系統の構成は、基本的に実施の形態１の燃料電池システム３０１の制御系統の構成と同じである。但し、以下の点が異なっている。以下、この相違点について説明する。
【０１３６】
本実施の形態４の燃料電池システム４０１は、冷却水循環経路７と、貯湯水循環経路９と、回収水循環経路１２との３つの「水循環経路」を備えていて、これらがシステム異常停止時における凍結抑制制御の制御対象になる。
【０１３７】
冷却水タンク７Ｂには、冷却タンク７Ｂの水位を検知する冷却水水位検知器２８が設けられている。冷却水水位検知器２８の検知水位は制御器１６に出力される。冷却水水位検知器２８の検知水位は制御器１６に出力される。回収水タンク１２Ａには、回収水タンク１２Ａの水位を検知する冷回収水水位検知器３１が設けられている。回収水水位検知器３１の検知水位は制御器１６に出力される。冷却水水位検知器２８及び回収水検知器３１は、例えば、水位センサで構成される。
【０１３８】
冷却水水位検知器２８及び回収水水位検知器３１は、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」の一例である。冷却水水位検知器２８は、冷却水タンク７Ｂの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。冷却水タンク７Ｂの水位は、「漏水」に相関するパラメータの一例であり、冷却水循環経路７において漏水が発生すると低下する。そこで、冷却水タンク７Ｂの水位について、所定の閾値（以下、第１漏水水位閾値という）が制御器１６（正確には記憶部）に設定されていて、制御器１６は、冷却水タンク７Ｂの水位がこの第１漏水水位閾値以下になると冷却水循環経路７において漏水（第１の異常）が発生したと判定する。
【０１３９】
また、回収水水位検知器３１は、回収水タンク１２Ａの水位を検知してこれを制御器１６に出力する。回収水タンク１２Ａの水位は、「漏水」に相関するパラメータの一例であり、回収水循環経路１２において漏水が発生すると低下する。そこで、回収水タンク１２Ａの水位について、所定の閾値（以下、第２漏水水位閾値という）が制御器１６（正確には記憶部）に設定されていて、制御器１６は、回収水タンク１２Ａの水位がこの第２漏水水位閾値以下になると回収水循環経路１２において漏水（第１の異常）が発生したと判定する。
【０１４０】
貯湯水経路９Ａの熱交換器１１の上流側部分及び上流側部分には、それぞれ、貯湯水の温度を検知する第２温度検知器２９及び第３温度検知器３０が設けられている。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度は制御器１６に出力される。第２温度検知２９及び第３温度検知器３０の検知温度に基づいて、貯湯水循環経路９の第１の異常を検知する原理は、実施の形態１で述べたので、その説明を省略する。
【０１４１】
燃焼器１８には、燃焼器１８の失火を検知する失火検知器３２が設けられている。失火は、上述の「第２の異常」の一例であり、失火検知器３２は、上述の「第２の異常検知器」の一例である。失火検知器３２の検知出力は制御器１６に入力されていて、制御器１６は、失火検知器３２が、燃焼器１８の失火を検知すると、燃料電池システム４０１を停止させる。
【０１４２】
これ以外の点は実施の形態１と同じである。
【０１４３】
［動作］
本実施の形態４の燃料電池システム４０１の一般的な動作は上述の実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４４】
次に、システム異常停止時における凍結抑制制御について説明する。
【０１４５】
図６は燃料電池システム４０１の異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１４６】
図６に示すように、本実施の形態４においては、実施の形態１の貯湯水循環経路９からなる１つの「水循環経路」に代えて、冷却水循環経路７と、貯湯水循環経路９と、回収水循環経路１２との３つの「水循環経路」が、システム異常停止時における凍結抑制制御の制御対象になる。これ以外の点は、実施の形態１のシステム異常停止時における凍結抑制制御と同じである。
【０１４７】
具体的には、図６のフローチャートにおいて、実施の形態１の図２のフローチャートにおけるステップＳ４に代えて、ステップＳ２４が遂行される。ステップＳ２４では、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３とが停止される。すなわち、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３との動作が禁止される。
【０１４８】
また、図２のフローチャートにおけるステップＳ１０に代えて、ステップＳ３０が遂行される。ステップＳ３０では、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３とが動作され、かつ加熱器１４が動作される。
【０１４９】
また、図２のフローチャートにおけるステップＳ１２に代えて、ステップＳ３２が遂行される。ステップＳ３２では、冷却水循環器８と、貯湯水循環器１０と、回収水循環器１３とが停止される。
【０１５０】
以上のように構成された本実施の形態４の燃料電池システム４０１によれば、冷却水循環経路７と、貯湯水循環経路９と、回収水循環経路１２との少なくともいずれかで漏水が発生した場合に、漏水被害の拡大を抑制しかつ漏水が発生した水循環経路の水循環器の空運転による当該水循環器の故障の可能性を低減することができる。また、水漏れしている水循環経路内の残水の凍結を抑制することができる。
【０１５１】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５は、実施の形態４において、第１の異常が検知された場合の凍結抑制運転において、加熱器１４による加熱量を増加させる形態を例示するものである。
【０１５２】
本実施の形態５の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態４の燃料電池システム４０１と異なる。
【０１５３】
図７は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１５４】
図７に示すように、本発明の実施の形態５のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態４（図６）のステップ６に代えてステップＳ３３が遂行される。これ以外は、実施の形態４のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１５５】
ステップＳ３３においては、制御器１６は、加熱器１４を動作させ、かつ、その際に、加熱器１４による加熱量を、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態における凍結抑制運転において加熱器１４を動作させる（ステップＳ３０）際の加熱量に比べて、増加させる。これにより、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【０１５６】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６は、第１の異常が検知された場合の凍結抑制運転において、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値を、漏水に関する異常が検知されなかった場合に比べて高く設定する形態を例示するものである。
【０１５７】
本実施の形態６の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態４の燃料電池システム４０１と異なる。
【０１５８】
図８は本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１５９】
図８に示すように、本発明の実施の形態６のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態４のシステム異常停止時の凍結抑制制御におけるステップＳ５に代えてステップＳ３４が遂行される。これ以外の点は実施の形態４のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１６０】
ステップＳ３４においては、制御器１６は、第１温度検知１５の検知温度が第２の閾値以下であるか否か判定する。ここで、本実施の形態では、第１の閾値は、水の凝固点以上の温度として定義される。そして、第２の閾値は、第１の閾値より高い温度として定められる。第１の閾値及び第２の閾値は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション等により定められる。
【０１６１】
そして、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値を超える場合（ステップＳ３４でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第２の閾値以下になるまで待機する。
【０１６２】
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、加熱器１４を動作させる（ステップＳ６）。
【０１６３】
このような本実施の形態６の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常検知に伴う異常停止状態での凍結抑制運転では、加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が、通常の停止状態（待機状態）もしくは第２の異常発生に伴う異常停止状態での凍結抑制運転での加熱器１４を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値に比べて高く設定されている。従って、第１の異常発生に伴う異常停止状態では、冷却水、回収水及び貯湯水の温度が低下した時の加熱器１４の動作開始を早めることができる。その結果、第１の異常発生に伴う異常停止状態において、凍結抑制運転として冷却水、回収水及び貯湯水の循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を抑制することができる。
【０１６４】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７は、実施の形態４において、３つの「水循環経路」を加熱する「加熱器」に代えて、３つの「水循環経路」をそれぞれ加熱する３つの「加熱器」を備える形態を例示するものである。
【０１６５】
［構成］
図９は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０１６６】
本実施の形態１の燃料電池システム５０１は、ハードウェアの構成においては、実施の形態４の燃料電池システム４０１の１つの加熱器１４に代えて、冷却水循環経路７の水を加熱する冷却水加熱器３３と、貯湯水循環経路９の水を加熱する貯湯水加熱器３４と、回収水循環経路１２の水を加熱する回収水加熱器３５との３つの加熱器を備える点が、実施の形態４の燃料電池システム４０１と異なる。これ以外の構成は、実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じである。
【０１６７】
冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５は、例えば、それぞれ、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２の下方に配置され、例えば、セラミックヒータ等で構成される。冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５は、いずれも、燃料電池システム５０１の外部の電源から電力を供給されるよう構成されている。これにより、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２をそれぞれ適切に加熱することができる。また、加熱器１台あたりの加熱量を低減させることができる。
【０１６８】
本発明の実施の形態７においては、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２のうち、「漏水」に関する異常が検知された水循環経路並びにこれに対応する水循環器及び加熱器が、それぞれ、上述の「第１の水循環経路」、「第１の水循環器」、及び「第１の加熱器」であり、「漏水」に関する異常が検知されていない水循環経路並びにこれに対応する水循環器及び加熱器が、それぞれ、上述の「第２の水循環経路」、「第２の水循環器」、及び「第２の加熱器」である。
【０１６９】
また、本実施の形態７の燃料電池システム５０１は、制御系統の構成において、制御器１６は、実施の形態４の燃料電池システム４０１の加熱器１４に代えて、冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５の動作を制御するよう構成されている。これ以外の構成は、実施の形態４の燃料電池システム４０１と同じである。
【０１７０】
［動作］
以下、このように構成された本実施の形態７の燃料電池システムの動作を説明する。
【０１７１】
一般的な動作は、実施の形態４の燃料電池システムと同様であるので、その説明を省略し、システム異常停止時における凍結抑制運転制御についてのみ説明する。
【０１７２】
本実施の形態７のシステム異常停止時における凍結抑制運転制御は、「第１の異常検知器により第１の異常として第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに第２の水循環経路からの漏水は検知されずに燃料電池システムが停止している場合、第１の水循環経路の凍結抑制のための第１の水循環器による水循環動作を禁止し、第１の水循環経路の凍結抑制のための第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、第２の水循環経路の凍結抑制のための第２の水循環器による水循環動作及び第２の加熱器による加熱動作を禁止しない」制御の一例である。
【０１７３】
図１０は燃料電池システム５０１の異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１７４】
図１０において、制御器１６は、まず、燃料電池システム５０１に異常が発生したか否か判定する（ステップＳ１）。
【０１７５】
異常が発生していない場合（ステップＳ１でＮＯ）には、制御器１６は、通常の凍結抑制制御（ステップＳ９、Ｓ４０、Ｓ１１、Ｓ４１）を行う。具体的には、制御器１６は第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ９）。ここで、第１の閾値は、水の凝固点（０℃）以上の温度として定義される。具体的には、第１の閾値は、実験、シミュレーション等により定められる。
【０１７６】
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合には、制御器１６は、ステップ１に戻る。従って、この場合には、凍結抑制運転は行われない。
第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を動作させ、かつ冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を動作させる（ステップＳ４０）。これにより、冷却水タンク７Ｂ、貯湯水タンク９Ｂ、及び回収水タンク１２Ａの水が、それぞれ、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２を循環する。また、冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２の水が加熱される。この筐体５０内の雰囲気温度の上昇により、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【０１７７】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ１１）。ここで、第３の閾値は、第１の閾値より高い温度として設定される。
【０１７８】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ１１でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ４０に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、凍結抑制運転が行われ、それにより、冷却水循環経路７、貯湯水循環経路９、及び回収水循環経路１２の水の凍結が抑制される。
【０１７９】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）には、制御器１６は、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を停止させ、かつ冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を停止させる（ステップＳ４１）。これにより、凍結抑制運転が停止される。
【０１８０】
一方、ステップＳ１において、異常が発生している場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、制御器１６は燃料電池システム５０１を停止させる（ステップＳ２）。
【０１８１】
次いで、制御器１６は、発生した異常が、漏水に関する異常（第１の異常）であるか否か判定する（ステップＳ３Ａ）。発生した異常が、漏水に関する異常でない場合（ステップＳ３ＡでＮＯ）には、制御器１６は、ステップＳ３Ｂに進み、第２の異常であるか否かを判定する。第２の異常の具体例は表１に示した通りである。第２の異常は多数存在するので第２の異常を検知する第２の異常検知器の図示を省略する。制御器１６は、この第２の異常検知器の検知出力に基づいて検知した異常が第２の異常であるか否か判定する。そして、第２の異常である場合（ステップＳ３ＢでＹＥＳ）には、ステップＳ９に進み、異常が発生していない場合（待機状態）と同じ制御を行う。換言すると、発生した異常が漏水に関する異常と異なる異常である場合には、少なくともその一部の異常（第２の異常）については、制御器１６は、「凍結抑制のための加熱動作を禁止しない」。なお、発生した異常が第２の異常である場合に、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を禁止しない、又は、制御器１６が凍結抑制のための加熱動作を許可する旨のステップをステップＳ９の前に設けてもよい。なお、ステップＳ３Ｂにおいて、第２の異常でないと判定された場合（ステップＳ３ＢでＮＯ）は、その異常内容に応じた所定の凍結抑制運転が実行される。
【０１８２】
発生した異常が、漏水に関する異常である場合（ステップＳ３ＡでＹＥＳ）には、制御器１６は、漏水に関する異常が発生した水循環経路を特定する（ステップＳ３５）。制御器１６は、漏水に関する異常を検知した検知器が、冷却水水位検知２８、第２及び第３温度検知器２９、３０、並びに回収水水位検知器３１のいずれであるかを特定することにより、この漏水に関する異常が発生した水循環経路の特定を行う。
【０１８３】
次に、制御器１６は、この特定した水循環経路（漏水に関する異常を検知した水循環経路）の水循環器２０を停止する（ステップＳ３６）。すなわち、制御器１６は、「凍結抑制のための前記水循環動作を禁止する」。これにより、水漏れした水循環経路における漏水被害の拡大を抑制しかつ水漏れした水循環経路の水循環器の故障の可能性を低減することができる。
【０１８４】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ３７）。第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値を超える場合（ステップＳ３７でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になるまで待機する。
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、漏水異常を検知していない水循環経路の水循環器を動作させる。そして、全ての加熱器３３、３４、３５を動作させる（ステップＳ３８）。これにより、全ての加熱器３３、３４、３５によって、筐体５０内の雰囲気温度が上昇して水漏れした水循環経路に残存する水が加熱される。また、第１の温度検知器１５の検知温度も上昇する。
【０１８５】
次に、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ３９）。第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値未満である場合（ステップＳ３９でＮＯ）には、制御器１６はステップＳ３８に戻る。これにより、第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上となるまで、水漏れした水循環経路における水を循環させずに凍結抑制運転が行われ、それにより、水漏れした水循環経路に残存する水の凍結が抑制される。また、水漏れしていない水循環経路の水は、通常の凍結抑制運転と同様に凍結が抑制される。
【０１８６】
第１温度検知器１５の検知温度が第３の閾値以上である場合（ステップＳ３９でＹＥＳ）には、制御器１６は、漏水異常を検知していない水循環経路の水循環器を停止させ、かつ全ての加熱器３３、３４、４５を停止させる（ステップＳ４２）。これにより、凍結抑制運転が停止される。なお、上述の本実施の形態の燃料電池システム５０１によれば、通常の停止状態及び第２の異常発生に伴う異常停止状態において、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下の場合に、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を動作させ、かつ冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を動作させ、凍結抑制運転を実行するよう構成されている。しかしながら、凍結抑制運転として、上記に限定されるものでなく、第１の閾値よりも大きい所定の温度閾値以下の場合に、まず、冷却水循環器８、貯湯水循環器１０、及び回収水循環器１３を動作させ、その後、温度低下が進行し、第１温度検知器１５の検知温度が第１の閾値以下になると、冷却水加熱器３３、貯湯水加熱器３４、及び回収水加熱器３５を動作させる形態を採用しても構わない。
【０１８７】
以上に説明した本実施の形態７の燃料電池システム５０１によれば、漏水に関する異常が検知された水循環経路については、漏水被害の拡大を抑制しかつ水循環器の空運転による水循環器故障の可能性を低減することができることに加えて、水漏れしている水経路内の残水の凍結を抑制することができる一方、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、通常の停止状態（待機状態）と同様に、当該水循環経路の凍結抑制が可能となる。
【０１８８】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８は、実施の形態７において、漏水に関する異常が検知された水循環経路の凍結抑制運転において、その対応する加熱器による加熱量を増加させる形態を例示するものである。
【０１８９】
本実施の形態８の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態７の燃料電池システム５０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態７の燃料電池システム５０１と異なる。
【０１９０】
図１１は本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１９１】
本実施の形態８のシステム異常停止時における凍結抑制制御は、「第１の異常検知器により第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに第２の水循環経路からの漏水は検知されずに燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための第１及び第２の加熱器による加熱動作において、第１の加熱器による加熱量を第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、第２の加熱器による加熱量を第１の異常が検知されていない場合と変えない」制御の一例である。
【０１９２】
図１１に示すように、本発明の実施の形態８のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態７（図１０）のステップＳ３８に代えてステップＳ４３が遂行される。これ以外は、実施の形態７のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０１９３】
ステップＳ４３においては、制御器１６は、漏水異常を検知していない水循環経路の水循環器を動作させるとともに全ての加熱器を動作させ、かつ、その際に、漏水異常を検知した水循環経路に対応する加熱器による加熱量を、漏水に関する異常を検知していない水循環経路に対応する加熱器を動作させる（ステップＳ４０）際の加熱量に比べて、増加させる。これにより、漏水異常を検知した水循環経路において、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐことが出来る。
【０１９４】
以上に説明した本実施の形態８の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常が検知されている水循環経路についてのみ、水循環動作が実行されないことによる耐凍結性の低下を防ぐべく、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べてその対応する加熱器の加熱量を増加させ、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、その対応する加熱器による加熱量を、漏水に関する異常が検知されていない場合と変えないので、不必要な加熱量の増加による消費電力の増加を抑制することができる。
【０１９５】
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９は、実施の形態７において、漏水に関する異常が検知された場合の凍結抑制運転において、その対応する加熱器を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値を、漏水に関する異常が検知されなかった場合に比べて高く設定する形態を例示するものである。
【０１９６】
本実施の形態９の燃料電池システムは、ハードウェアの構成においては実施の形態７の燃料電池システム５０１と同じであり、制御系統の構成において実施の形態７の燃料電池システム５０１と異なる。
【０１９７】
図１２は本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムの異常停止時における凍結抑制制御の内容を示すフローチャートである。
【０１９８】
本実施の形態９のシステム異常停止時における凍結抑制制御は、「第１の異常検知器により第１の異常として第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに第２の水循環経路からの漏水は検知されずに燃料電池システムが停止している場合、第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を温度検知器が検知すると凍結抑制のために第１の加熱器を動作させ、温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために第２の加熱器を動作させる」制御の一例である。
【０１９９】
図１２に示すように、本発明の実施の形態９のシステム異常停止時の凍結抑制制御においては、実施の形態７のシステム異常停止時の凍結抑制制御におけるステップＳ３６とステップＳ３７との間において、ステップＳ４４とステップＳ４５とが遂行され、かつステップＳ４３に代えてステップＳ４６が遂行される。これ以外の点は実施の形態７のシステム異常停止時の凍結抑制制御と同じである。
【０２００】
ステップＳ４４において、制御器１６は、第１温度検知１５の検知温度が第２の閾値以下であるか否か判定する。ここで、本実施の形態９では、第１の閾値は、冷却水、貯湯水、及び回収水の循環を行っている状態でこれらの水が凍結せずかつ可能な限り低い温度に定められる。そして、第２の閾値は、第１の閾値より高い温度として定義される。第１の閾値及び第２の閾値は、燃料電池システムの設計に依存するので、例えば、実験、シミュレーション等により定められる。
【０２０１】
そして、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値を超える場合（ステップＳ４４でＮＯ）には、制御器１６は、第１温度検知器１５の検知温度が第２の閾値以下になるまで待機する。
【０２０２】
一方、第１温度検知器１５の検知温度が、第２の閾値以下である場合には、制御器１６は、凍結抑制運転として、漏水に関する異常を検知した水循環経路に対応する加熱器を動作させる（ステップＳ４５）。
【０２０３】
また、ステップＳ４６においては、ステップＳ３７で第１温度検知器１５の検知温度が、第１の閾値以下である場合に、漏水に関する異常を検知していない水循環経路に対応する水循環器及び加熱器を動作させる。
【０２０４】
このような本実施の形態９の燃料電池システムによれば、漏水に関する異常が検知されている水循環経路についてのみ、水の温度が低下した時の加熱器の動作開始を早めるべく、加熱器を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が、漏水に関する異常が検知されていない場合に比べて高く設定されており、漏水に関する異常が検知されていない水循環経路については、加熱器を動作させる第１温度検知器１５の温度閾値が漏水に関する異常が検知されていない場合と同じに設定されているので、不必要に加熱器の動作開始を早めることによる消費電力の増加を抑制することができる。
【０２０５】
［実施の形態１乃至９のそれぞれに対する変形例１］
本変形例１では、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」としての第２温度検知２９及び第３温度検知器３０に代えて、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」としての流量計（図示せず）が、貯湯水経路９Ａに設けられている。この流量計は、貯湯水経路９Ａに流れる貯湯水の流量を検知してこれを制御器１６に入力する。貯湯水経路９Ａにおいて、漏水が発生すると検知する貯湯水の貯湯水経路９Ａを流れる貯湯水の流量が減少する。そこで、制御器１６には所定の流量閾値が設定されていて、制御器１６は、流量計で検知される貯湯水の流量がこの所定の流量閾値以下になると、貯湯水循環経路９で漏水が発生したと判定する。これ以外の点は、上記と同様である。
【０２０６】
このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
【０２０７】
［実施の形態１乃至９のそれぞれに対する変形例２］
本変形例２は「漏水」を直接的に検知する「第１の異常検知器」を例示するものである。以下では、実施の形態１を変形する場合を例示するが、実施の形態２乃至９も同様に変形することができる。
【０２０８】
図１３は、本変形例２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。本変形例２は、実施の形態１（図１）において、「漏水」を間接的に検知する「第１の異常検知器」としての第２温度検知２９及び第３温度検知器３０に代えて、「漏水」を直接的に検知する「第１の異常検知器」としての漏水検知器７１が設けられている。漏水検知器７１は、例えば、漏水センサで構成される。漏水センサは周知であり、例えば、一対の電極を備え、当該一対の電極間に漏水が位置することにより、漏水を感知する漏水センサを用いることができる。漏水検知器７１は、筐体５０の底の適所（例えば貯湯水経路９Ａの下方位置）に設けられていて、貯湯水経路９Ａからの漏水を検知する。漏水検知器７１の漏水検知信号（漏水感知信号）は制御器１６に入力される。制御器１６は、漏水検知７１から漏水検知信号が入力されると、漏水に関する異常が発生したと判定して、貯湯水循環器１０を停止する。これ以外の点は実施の形態１と同様である。
【０２０９】
このような本変形例２によっても実施の形態１乃至９と同様の効果が得られる。
【０２１０】
なお、上記漏水検知器７１は、燃料電池システムの筐体５０内に設けているが、図１４に示すように、燃料電池システムの筐体５０外に設けられ、燃料電池システム内の水循環経路（例えば、貯湯水循環経路９、冷却水循環経路７、及び回収水循環経路１２の少なくともいずれか一つ）からの漏水を検知可能な位置に配設されていても構わない。この場合、漏水検知器７１の検知信号は有線または無線を介して制御器１６に入力されるよう構成されるが、例えば、有線の場合、制御器１６には、漏水検知器７１からの検知信号が入力される漏水検知信号入力端子７２が設けられる。
【０２１１】
なお、上記実施の形態１乃至９及びこれらの変形例１及び２においては、検知した異常が第２の異常であるか否かを判定した。しかしながら、異常を検知した後、システムの異常停止処理が異常に応じて（例えば可燃性ガスの漏れに対して）適切になされることを前提に、第２の異常であるか否かの判定を省略し、一律に、異常が発生していない場合（待機状態）と同じ制御を行ってもよい。換言すると、発生した異常が漏水に関する異常と異なる異常である場合には、制御器１６は、「凍結抑制のための加熱動作を禁止しない」こととしてもよい。
【０２１２】
また、上記実施の形態１乃至９及びこれらの変形例１及び２を、相反しない限り(互いに相手を排除しない限り)、適宜、組み合わせてもよい。
【０２１３】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２１４】
本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池と水循環経路とシステムの異常停止時における凍結抑制手段と備え、家庭用等で用いられる燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０２１５】
１、３６ 燃料電池
１ａ 内部燃料ガス流路
１ｂ 内部酸化剤ガス流路
１ｃ 内部冷却水流路
２ 燃料電池ユニット
４ 貯湯ユニット
５ 水素生成装置
６ 酸化剤ガス供給器
７ 冷却水循環経路
７Ａ、３７ 冷却水経路
７Ｂ 冷却水タンク
８、４１ 冷却水循環器
９ 貯湯水循環経路
９Ａ、３８ 貯湯水経路
９Ｂ、３９ 貯湯タンク
１０、４３ 貯湯水循環器
１１、４０ 熱交換器
１２ 回収水循環経路
１２Ａ 回収水タンク
１２Ｂ 回収水経路
１３ 回収水循環器
１４、４２ 加熱器
１５ 第１温度検知器
１６、４７ 制御器
１７ 浄化器
１８ 燃焼器
１９ 原料ガス供給経路
２１ 改質水供給経路
２２ 燃料ガス供給経路
２３ 酸化剤ガス供給経路
２４ 水凝縮器
２４Ａ 第１水凝縮器
２４Ｂ 第２水凝縮器
２５ 排出燃料ガス経路
２６ 排出酸化剤ガス経路
２７ 凝縮水経路
２８ 冷却水水位検知器
２９ 第２温検知器
３０ 第３温検知器
３１ 回収水水位検知器
３１Ａ 第１回収水水位検知器
３１Ｂ 第２回収水水位検知器
３２ 失火検知器
３３ 冷却水加熱器
３４ 貯湯水加熱器
３５ 回収水加熱器
４４ 外気温検知手段
４５ 冷却水温検知手段
４６ 貯湯水温検知手段
４８ 第１の冷却水温検知手段
４９ 第２の冷却水温検知手段
５０ 筐体
５７Ａ 第１回収水経路
５７Ｂ 第２回収水経路
５８Ａ 第１回収水タンク
５８Ｂ 第２回収水タンク
６０ 排気口
６１ 原料供給器
６２ 空気供給器
６３ 改質水供給器
７１ 漏水検知器
７２ 漏水検知信号入力端子
１０１ 燃料電池本体
１０５ 改質部
３０１、４０１、５０１ 燃料電池システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に関係する水が循環する水循環経路と、前記水循環経路内の水を循環させるための水循環器と、前記水循環経路を加熱する加熱器と、前記水循環経路からの漏水に関する異常である第１の異常を検知する第１の異常検知器と、制御器と、を備え、前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作とを実行する燃料電池システムであって、
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１の異常と異なる第２の異常を検知する第２の異常検知器を備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止しかつ凍結抑制のための前記加熱動作を禁止せず、前記第２の異常検知器により前記第２の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作及び前記加熱動作を共に禁止しないよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路と、の少なくともいずれか一つである、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水循環経路が、第１の水循環経路と第２の水循環経路とを備え、前記水循環器が、前記第１の水循環経路内の水を循環させる第１の水循環器と、前記第２の水循環経路内の水を循環させるための第２の水循環器とを備え、前記加熱器が、前記第１の水循環経路を加熱する第１の加熱器と、前記第２の水循環経路を加熱する第２の加熱器とを備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の水循環器による水循環動作を禁止し、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、前記第２の水循環経路の凍結抑制のための前記第２の水循環器による水循環動作及び前記第２の加熱器による加熱動作を禁止しないよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１の水循環経路及び前記第２の水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路とのうちの２つの経路の組み合わせである、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって、前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記加熱器による加熱動作において、前記第１の異常が検知されていない場合よりも加熱量を増加させるよう構成されている、請求項１、２又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記第１及び第２の加熱器による加熱動作において、前記第１の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、前記第２の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合と変えないよう構成されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されていない場合は、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行し、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知された場合は、前記温度検知器が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行するよう構成されている、請求項１、２又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のための前記加熱動作として前記第１の加熱器と前記第２の加熱器とを動作させるよう構成されており、
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を前記温度検知器が検知すると凍結抑制のために前記第１の加熱器を動作させ、前記温度検知器が前記第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記第２の加熱器を動作させるよう構成されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に関係する水が循環する水循環経路と、前記水循環経路内の水を循環させるための水循環器と、前記水循環経路を加熱する加熱器と、前記水循環経路からの漏水に関する異常である第１の異常を検知する第１の異常検知器と、制御器と、を備え、前記水循環経路の凍結抑制のために前記水循環器により前記水循環経路内の水を循環させる水循環動作と前記加熱器を動作させる加熱動作とを実行する燃料電池システムであって、
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止し、凍結抑制のための前記加熱動作を禁止しないよう構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１の異常と異なる第２の異常を検知する第２の異常検知器を備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作を禁止しかつ凍結抑制のための前記加熱動作を禁止せず、前記第２の異常検知器により前記第２の異常が検知されることによって前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記水循環動作及び前記加熱動作を共に禁止しないよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路と、の少なくともいずれか一つである、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水循環経路が、第１の水循環経路と第２の水循環経路とを備え、前記水循環器が、前記第１の水循環経路内の水を循環させる第１の水循環器と、前記第２の水循環経路内の水を循環させるための第２の水循環器とを備え、前記加熱器が、前記第１の水循環経路を加熱する第１の加熱器と、前記第２の水循環経路を加熱する第２の加熱器とを備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の水循環器による水循環動作を禁止し、前記第１の水循環経路の凍結抑制のための前記第１の加熱器による加熱動作を禁止せず、前記第２の水循環経路の凍結抑制のための前記第２の水循環器による水循環動作及び前記第２の加熱器による加熱動作を禁止しないよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１の水循環経路及び前記第２の水循環経路が、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路及び前記冷却水を貯える冷却水タンクを備える冷却水循環経路と、前記冷却水経路を流れる冷却水から熱を回収する貯湯水が流れる貯湯水経路及び前記貯湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯水循環経路と、前記燃料電池からの排ガスから回収された回収水を貯える回収水タンク及び該回収水タンクと前記冷却水タンクとの間で循環する水が流れる回収水経路を備える回収水循環経路とのうちの２つの経路の組み合わせである、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されることによって、前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記加熱器による加熱動作において、前記第１の異常が検知されていない場合よりも加熱量を増加させるよう構成されている、請求項１、２又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、凍結抑制のための前記第１及び第２の加熱器による加熱動作において、前記第１の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合よりも増加させ、前記第２の加熱器による加熱量を前記第１の異常が検知されていない場合と変えないよう構成されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知されていない場合は、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行し、前記第１の異常検知器により前記第１の異常が検知された場合は、前記温度検知器が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記加熱動作を実行するよう構成されている、請求項１、２又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記水の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記温度検知器が第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のための前記加熱動作として前記第１の加熱器と前記第２の加熱器とを動作させるよう構成されており、
前記制御器は、前記第１の異常検知器により前記第１の異常として前記第１の水循環経路からの漏水が検知されるとともに前記第２の水循環経路からの漏水は検知されずに前記燃料電池システムが停止している場合、前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下の温度を前記温度検知器が検知すると凍結抑制のために前記第１の加熱器を動作させ、前記温度検知器が前記第１の閾値以下の温度を検知すると凍結抑制のために前記第２の加熱器を動作させるよう構成されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−８０７０７（Ｐ２０１３−８０７０７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５２４２９（Ｐ２０１２−２５２４２９）
【出願日】平成２４年１１月１６日（２０１２．１１．１６）
【分割の表示】特願２０１１−５０７０３９（Ｐ２０１１−５０７０３９）の分割
【原出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月１６日（２０１２．１１．１６）
【分割の表示】特願２０１１−５０７０３９（Ｐ２０１１−５０７０３９）の分割
【原出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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