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公開番号2024027822
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-01
出願番号2022130953
出願日2022-08-19
発明の名称燃料電池装置
出願人ダイニチ工業株式会社
代理人
主分類H01M 8/04746 20160101AFI20240222BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】熱媒体の過度な温度上昇を抑制しつつ、循環ポンプのエア抜きを実施することができる燃料電池装置を提供する。
【解決手段】エア抜き制御は第一制御と、第一制御の終了後に開始される第二制御とを含んでいる。この第二制御において制御装置30は、第一循環ポンプP1に対して、連続的に駆動する連続駆動と所定のOFF期間を挟んで駆動する間欠駆動とを選択的に実施し、第二循環ポンプP2に対して、連続的に駆動する連続駆動と所定のOFF期間を挟んで駆動する間欠駆動とを選択的に実施し、かつ、第一循環ポンプP1の間欠駆動と第二循環ポンプP2の間欠駆動を同時に実施しない。これにより、蓄熱タンク3内の熱媒体の対流を停止させないので、蓄熱タンク3内に設けられたヒータ8周辺の熱媒体の温度の過度な上昇を防ぎ、熱媒体の沸騰を防止することができる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールからの排熱と熱媒体とで熱交換を行う第一熱交換器と、
前記熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、
前記蓄熱タンク内に設けられたヒータと、
前記蓄熱タンクと前記第一熱交換器との間で前記熱媒体が循環する第一循環経路と、
記第一循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第一循環ポンプと、
前記蓄熱タンクに貯留された前記熱媒体と外部から供給される水とで熱交換を行う第二熱交換器と、
前記蓄熱タンクと前記第二熱交換器との間で前記熱媒体が循環する第二循環経路と、
前記第二循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第二循環ポンプと、
前記燃料電池の発電を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始前に、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプを駆動するエア抜き制御を開始し、
前記エア抜き制御は第一制御と、第一制御の終了後に開始される第二制御とを含み
前記第二制御において前記制御装置は、
前記第一循環ポンプに対して、連続的に駆動する連続駆動と、所定のＯＦＦ期間を挟んで駆動する間欠駆動と、を選択的に実施し、
前記第二循環ポンプに対して、連続的に駆動する連続駆動と、所定のＯＦＦ期間を挟んで駆動する間欠駆動と、を選択的に実施し、
かつ、前記第一循環ポンプの間欠駆動と前記第二循環ポンプの間欠駆動を同時に実施しない燃料電池装置。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記制御装置は、
前記第一循環ポンプおよび前記第二循環ポンプに連続駆動と間欠駆動とを交互に実施させ、
前記第一循環ポンプを連続駆動する時間と前記第二循環ポンプを連続駆動する時間は、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプの間欠駆動が同時に行われないように設定されている請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記第一循環ポンプまたは前記第二循環ポンプのいずれか一方に、前記第二制御よりも優先度の高い優先制御の実行要求があった場合には、前記優先制御の実行要求があった方の前記第二制御を中断し
前記第二制御には、前記優先制御から移行したときに最初に実行される復帰ステップが設定されており、
前記制御装置は、前記優先制御が終了したときは前記第二制御に移行して、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプは前記復帰ステップから開始させる請求項２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記第二制御の終了条件は、実行時間が所定時間以上であることを含み、
前記制御装置は、優先制御を実行している間は前記第二制御の実行時間の計測を停止する請求項３記載の燃料電池装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置に関するものである。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
水素を含有する燃料ガスと酸素含有ガス（空気）とを用いて発電を行ない、電気を外部に供給する燃料電池装置が知られている。このような燃料電池装置は、発電によって発生した排ガスから熱を回収して蓄熱タンクに蓄え、これを用いて給湯を行うことでエネルギーを効率よく利用している。そのため燃料電池装置には、排ガスと熱媒体とで熱交換を行う熱交換器と、熱交換器で熱交換して温度の上昇した熱媒体を蓄える蓄熱タンクと、熱交換器と蓄熱タンクとの間で熱媒体を循環させる循環経路と、熱媒体を循環させるための循環ポンプと、が設けられている。また、循環経路を循環する熱媒体としては水を用いることができる。
【０００３】
循環経路内の水の温度が上昇すると、水中に溶存する空気が気泡として現れて循環経路内に空気溜りが発生する。循環経路内で発生した空気が循環ポンプに入り込むと、エア噛みが発生してポンプの機能が低下するため、循環ポンプの空気を抜くエア抜き制御が行われる。一般にエア抜き制御では、所定のＯＦＦ期間と動作期間を設定して循環ポンプを間欠的に動作させるようになっている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１４－０８６１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池装置には熱媒体の凍結を防止するなどの目的で、循環経路内の熱媒体を加熱するためのヒータが設けられている。ヒータの通電中にエア抜き制御が実施される場合、熱媒ポンプがＯＦＦとなると熱媒体の対流が停止するため、ヒータが設けられている付近の熱媒体の温度が過度に上昇して沸騰してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、熱媒体の過度な温度上昇を抑制しつつ、循環ポンプのエア抜きを実施することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールからの排熱と熱媒体とで熱交換を行う第一熱交換器と、
前記熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、
前記蓄熱タンク内に設けられたヒータと、
前記蓄熱タンクと前記第一熱交換器との間で前記熱媒体が循環する第一循環経路と、
記第一循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第一循環ポンプと、
前記蓄熱タンクに貯留された前記熱媒体と外部から供給される水とで熱交換を行う第二熱交換器と、
前記蓄熱タンクと前記第二熱交換器との間で前記熱媒体が循環する第二循環経路と、
前記第二循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第二循環ポンプと、
前記燃料電池の発電を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始前に、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプを駆動するエア抜き制御を開始し、
前記エア抜き制御は第一制御と、第一制御の終了後に開始される第二制御とを含み
前記第二制御において前記制御装置は、
前記第一循環ポンプに対して、連続的に駆動する連続駆動と、所定のＯＦＦ期間を挟んで駆動する間欠駆動と、を選択的に実施し、
前記第二循環ポンプに対して、連続的に駆動する連続駆動と、所定のＯＦＦ期間を挟んで駆動する間欠駆動と、を選択的に実施し、
かつ、前記第一循環ポンプの間欠駆動と前記第二循環ポンプの間欠駆動を同時に実施しない燃料電池装置である。
【発明の効果】
【０００８】
上述のように構成することにより、熱媒の過度な温度上昇を抑制しつつ、循環ポンプのエア抜きを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施形態の燃料電池装置のシステム構成図である。
本実施形態の燃料電池装置の状態遷移図である。
本実施形態の第二制御における第一循環ポンプと第二循環ポンプの動作を表すタイムチャートの一例である。
本実施形態の第二制御における第一循環ポンプと第二循環ポンプの動作を表すフローチャートである。
本実施形態の第二制御において、優先制御の実行要求が発生した場合の第一循環ポンプと第二循環ポンプの動作を表すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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