(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池のアノードから排出されるオフガスから除去された水を貯える水タンクと大気との連通を遮断する弁を有する構成において、水タンクからの水抜きが適切に遂行される燃料電池システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池１２と、燃料電池１２のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路３９を含み、大気と連通された流体流路と、オフガス流路３９と連通されて、オフガスより除去された水を貯える第１水タンク１５と、第１水タンク１５内の水を排出する排水路３１と、排水路３１に設けられた排水弁３２と、流体流路に設けられて、開放時に流体流路と大気とを連通し、閉止時にガス流路と大気とを遮断するガス流路弁１８と、制御器１０とを備え、制御器１０は、第１水タンク１５の水抜き処理に、排水弁３２及びガス流路弁１８を開放するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁と、制御器とを備え、
前記制御器は、前記第１水タンクの水抜き処理に、前記第１弁及び前記第２弁を開放するように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記ガス流路に接続されて、前記第１水タンクにて水分が除去されたあとの前記オフガスを燃焼する燃焼器を更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器と接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記燃焼器を介して前記第１水タンクと大気とが連通されるように配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃焼器から排出された燃焼排ガスより除去された水を貯えるとともに大気開放された第２水タンクを更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器よりも上流において前記第２水タンクと接続されており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが前記第２水タンクを介して大気と連通するように配設されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の下流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の上流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、燃料ガス生成器及び前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器を、更に備え、
前記制御器は、前記第１弁及び前記第２弁の開放時に、前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記第１水タンクの水抜き処理において、前記第１弁及び前記第２弁を開放する燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含む水素含有ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを利用して発電する燃料電池を備えた燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一つとして、高分子電解質形燃料電池を備え、この燃料電池の内部で、アノードに還元剤ガスとして供給された水素を含有する燃料ガスと、カソードに酸化剤ガスとして供給された空気とを、電気化学的に反応させることにより発電するものが知られている。このような燃料電池システムには、一般的に、燃料電池の他に、都市ガス等の原料と水蒸気とから水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置が備えられている。
【０００３】
燃料ガス生成装置には、水蒸気改質反応の熱源として燃焼器（バーナー）が備えられており、この燃焼器へは、燃料電池のアノードから排出された余剰の燃料ガスを含むガス（アノードオフガス）が、その含有する水分（微細な水滴や水蒸気）を除去するように適切に処理されたあとに供給される。こうしたアノードオフガスから除去された水分は、水タンクに貯えられる。このような水タンクは、通常、可燃性のアノードオフガスが、そのまま大気に漏洩することを防止するため、燃焼器の燃焼排ガス流路以外の部分では、大気と連通することのないよう構成されている。例えば、上記水タンクとして、排水経路が開閉弁による封止機構と水封止による封止機構とで二重にシールされた水タンクを備えた燃料電池システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７２６４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、通常、燃料電池システムは、メンテナンスや凍結防止のために水経路内の水抜き処理を実行することが一般的に知られているが、特許文献１記載の燃料電池システムのように、水タンクと燃焼器との間に水タンクと大気との連通を遮断する開閉弁が設けられている場合には、水タンクの排水経路に設けられた開閉弁を開放するだけでは、水タンクから水抜きは適切に遂行されないという課題がある。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、燃料電池のアノー
ドから排出されるオフガスから除去された水を貯える水タンクと大気との連通を遮断する弁を有する構成において、水タンクからの水抜きが適切に遂行される燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁と、制御器とを備え、前記制御器は、前記第１水タンクの水抜き処理に、前記第１弁及び前記第２弁を開放するように構成されているものである。
【０００８】
同様に、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁とを備える燃料電池システムの運転方法であって、前記第１水タンクの水抜き処理において、前記第１弁及び前記第２弁を開放するものである。
【０００９】
上記の燃料電池システム及びその運転方法によれば、第１水タンクの水抜き処理において、第１弁が開放されて排水路を開放されるとともに第２弁を開放して、第１水タンクは流体流路を通じて大気と連通されるので、第１水タンク内の水抜きを適切に遂行することができる。
【００１０】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記ガス流路に接続されて、前記第１水タンクにて水分が除去されたあとの前記オフガスを燃焼する燃焼器を更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器と接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記燃焼器を介して前記第１水タンクと大気とが連通されるように配設されていることがよい。
【００１１】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスより除去された水を貯えるとともに大気開放された第２水タンクを更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器よりも上流において前記第２水タンクと接続されており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが前記第２水タンクを介して大気と連通するように配設されていることが好ましい。
【００１２】
或いは、原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の下流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されていてもよい。
【００１３】
また、前記燃料電池システムにおいて、原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の上流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、燃料ガス生成器及び前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されていてもよい。これにより、燃料ガス生成器の内圧が大気圧より高い状態で水抜き処理が実行された場合、燃料ガス生成器の上流より排出されるため、燃料ガス生成器の上流に存在する反応ガス（原料、水蒸気等）が優先的に排出され、水抜き処理において燃料ガス生成器の下流の流体流路を大気と連通させる場合に比して、燃料ガス生成器内のガス中に含まれる一酸化炭素の排出量が低減される。
【００１４】
また、前記燃料電池システムにおいて、記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器を、更に備え、前記制御器は、前記第１弁及び前記第２弁の開放時に、前記空気供給器を動作させるように構成されていてもよい。これにより、燃料ガス生成器内の内圧が大気圧より高い状態で第２弁が開放された場合であっても、燃料ガス生成器内から放出される可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスは、空気で希釈されて大気に放出されるので安全性上好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムによれば、水抜き処理において第１水タンクは流体流路を通じて大気と連通されるため、第１水タンク内の水抜きが適切に遂行される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの水抜き処理における動作を示すフロー図である。
【図４】変形例１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示すブロック図である。
【図５】変形例２に係る燃料電池システムの全体的な構成を示すブロック図である。
【図６】変形例３に係る燃料電池システムの全体的な構成を示すブロック図である。
【図７】変形例４に係る燃料電池システムの全体的な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】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。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、その重複説明を省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムについて説明する。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全体的な構成を示したブロック図である。
【００１９】
〔燃料電池システム５０の構成〕
まず、燃料電池システム５０の概略構成から説明する。図１に示すように、燃料電池システム５０は主として、還元剤ガスとしての水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガス（ここでは、空気）とを用いて発電する燃料電池１２と、燃料電池１２で発電した直流電力を取り出して交流電力に変換するインバータ１４と、燃料電池１２内部の燃料ガス流路１２ａに燃料ガスを供給する燃料ガス生成器１１を含む燃料ガス供給器と、燃料電池１２内部の酸化剤ガス流路１２ｃに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器としての空気ブロア１３と、燃料電池システム５０の各構成要素の動作を制御する制御器１０とを備えている。
【００２０】
燃料電池１２の発電で消費されなかった余剰の酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１２ｃから排出され、カソードオフガス流路３８を流れて、大気中に排出される。一方、燃料電池１２の発電で消費されなかった余剰の燃料ガスは、燃料ガス流路１２ａから排出され、アノードオフガス流路３９を流れる。以下、このアノードオフガス流路３９を、単に「オフガス流路３９」といい、燃料電池１２の燃料ガス流路１２ａから排出されてオフガス流路３９を流れる余剰の燃料ガスを含むアノードオフガスを「オフガス」という。オフガスは、発電中に生じた水や燃料電池１２に供給される燃料ガスに含まれていた水分等に由来する水分を多く含んでいる。そこで、オフガス中に含まれる水分を除去するため、オフガス中の水分を凝縮させる第１凝縮器４０がオフガス流路３９に設けられている。そして、この第１凝縮器４０において凝縮したオフガス中の水分（凝縮水）は、オフガス流路３９に接続された第１水タンク１５に流入して貯えられる。そして、第１凝縮器４０及び第１水タンク１５により水分が分離されたオフガスは、後述するバーナー２０へ供給されて燃焼用燃料として利用される。第１水タンク１５の構成については、後ほど詳述する。なお、上記第１凝縮器は、水もしくは空気によりオフガスを冷却する形態が採用される。また、第１凝縮器４０を設けず、オフガスがオフガス流路３９ａを通過中に凝縮した水が第１水タンク１５に貯えられる形態を採用しても構わない。
【００２１】
オフガス流路３９は、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａと第１水タンク１５の入口とを接続する第１オフガス流路３９ａと、第１水タンク１５内のオフガスの流路である第２オフガス流路３９ｂと、第１水タンク１５の出口とバーナー２０の入口とを接続する第３オフガス流路３９ｃとで構成されている。第１オフガス流路３９ａと第３オフガス流路３９ｃは何れも配管で構成され、第２オフガス流路３９ｂは第１水タンク１５内の通路３０（空間）で形成されている。このオフガス流路３９の第１水タンク１５と接続された箇所よりも下流側、即ち、第３オフガス流路３９ｃには、その開閉によりオフガス流路３９を開放又は閉止する、ガス流路弁１８（第２弁）が設けられている。このガス流路弁１８の開放時には、オフガス流路３９は大気と連通し、閉止時には、オフガス流路３９は大気と遮断される。つまり、第２弁は、流体流路に設けられた弁のうち大気と流体流路内部とを連通／遮断する開閉弁である。
【００２２】
なお、ガス流路弁１８は、無通電時にオフガス流路３９（厳密には、第３オフガス流路３９ｃ）を閉じるように動作するノーマルクローズ型の開閉弁が用いられているが、無通電時にオフガス流路３９を開放するノーマルオープン型の開閉弁であってもよい。
【００２３】
また、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１２をバイパスして燃料ガス生成器１１とアノードオフガス流路３９と接続するバイパス流路９２と、バイパス流路９２への分岐部よりも下流の燃料ガス供給路９１に設けられたアノード入口弁９０と、バイパス流路９２上に設けられたバイパス弁９３と、バイパス流路９２が接続された箇所よりも上流側のアノードオフガス流路３９に設けられたアノード出口弁９４とを備えている。上記構成により、燃料電池システム５０の起動処理においては、アノード入口弁９０とアノード出口弁９４とを閉止するとともにバイパス弁９３を開放し、燃料ガス生成器１１より排出された燃料ガスがバイパス経路９２を介して燃焼器２０に供給される。燃料電池システム５０の発電運転においては、アノード入口弁９０とアノード出口弁９４とを開放するとともにバイパス弁９３を閉止し、燃料ガス生成器１１より排出された燃料ガスは、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａ及びアノードオフガス流路３９を介して燃焼器２０に供給される。
【００２４】
〔燃料供給系統〕
ここで、燃料電池システム５０の燃料ガス供給器の一例である燃料ガス生成器１１について詳細に説明する。燃料ガス生成器１１は、少なくとも炭素及び水素を構成元素として含む有機化合物を含む原料を用いて改質反応により水素（Ｈ２ガス）を含む燃料ガスを生成し、燃料電池１２へ生成した燃料ガスを供給するよう構成されている。又、燃料ガス生成器１１に上記原料を供給する原料供給器１９と、燃料ガス生成器１１に上記改質反応に用いられる水蒸気用の水の水供給源としての第２水タンク７３と、第２水タンク７３より燃料ガス生成器１１に供給される水が流れる第１流路８１と、この第１流路８１に設けられ、第２水タンク７３から燃料ガス生成器１１に水を供給するための第１ポンプ４２とを備える。なお、本実施の形態において燃料ガス生成器１１は、水蒸気改質反応に燃料ガスを生成するよう構成されているが、オートサーマル反応や部分酸化反応に燃料ガスを生成する形態を採用しても構わない。
【００２５】
燃料ガス生成器１１は、原料と水蒸気から水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器（図示略）を備えている。なお、改質器より送出された改質ガス中の一酸化炭素を低減するための反応器として、水蒸気と一酸化炭素ガスを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器（図示略）と、酸化反応により一酸化炭素を低減させる酸化器（図示略）とを、備える形態を採用しても構わない。
【００２６】
改質器は、改質反応を促進する改質触媒体（図示略）を備えており、この改質触媒体への反応熱を供給するバーナー２０（燃焼器）を備えている。さらに、該バーナー２０に燃焼用の空気を供給する燃焼ファン２１（空気供給器）を備えている。バーナー２０では、燃焼ファン２１から送風される空気によって内部にある燃料ガスを可燃濃度範囲に希釈するとともに、この混合ガスがバーナー２０の内部で燃焼されて高温の燃焼排ガスを生成する。そして、改質器では、この高温の燃焼排ガスとの熱交換によって改質触媒体が加熱され、改質触媒体と熱交換したあとの燃焼排ガスは、第２水タンク７３内と連通された燃焼排ガス流路８７に排出される。燃焼排ガス流路８７に排出された燃焼排ガスは、第２凝縮器４１においてガス中に含まれる水分が凝縮される。そして、第２凝縮器４１で生じた凝縮水は、第２水タンク７３に流入し、水分が除去されたあとの燃焼排ガスは、第２水タンク７３に設けられた排気口を通じて大気中に放出される。なお、上記第１凝縮器は、水もしくは空気によりオフガスを冷却する形態が採用される。また、第２凝縮器４１を設けず、燃焼排ガスが燃焼排ガス流路８７を通過中に凝縮した水が第２水タンク７３に貯えられる形態を採用しても構わない。
【００２７】
〔通水系統〕
次に、第１水タンク１５とその周辺の通水系統の構成について、詳細に説明する。第１水タンク１５は、蓋と底を設けた両端閉塞の筒状の容器である。この容器の略上半分の内部空間は、オフガスが通過する通路３９ｂに相当する領域である。また、容器の略下半分の内部空間は、第１凝縮器４０においてオフガス中に含まれた水分の凝集によって生成した凝縮水３１が貯留される水貯留部として機能する領域である。
【００２８】
この第１凝縮器４０と第１水タンク１５とで、オフガスに含まれる水分と気体とを分離する気液分離器が構成されている。この気液分離器では、第１凝縮器４０によりオフガス中に含まれる水蒸気を凝縮させ、第１水タンク１５においてオフガスと凝縮水を分離させることで、バーナー２０でオフガスを燃焼する際に妨げとなり得る水分を適切に排除することができる。
【００２９】
また、第１水タンク１５には、第１水タンク１５の水を燃料電池システム５０の外部に排出するための排水路３１と、排水路３１に設けられた排水弁（第１弁）とを備えている。なお、「第１水タンク１５内の水を排水する排水路及びこの排水路に設けられた第１弁」は、上記のように第１水タンク１５に排水路３１及び排水弁３２を設ける直接的な排水構成に限定されず、図２に示すように第１水タンク１５及び第２水タンク７３を接続する第２流路８２及びこれを開閉する水通路弁７５と、第２水タンク７３内の水を燃料電池システム外に排水する排水路３１及び排水弁３２とを設け、水通路弁７５及び排水弁３２を開放することで第２流路８２、第２水タンク７３、排水路３１を介して第１水タンク１５内の水を排出する間接的な排水構成を採用しても構わない。なお、この間接的な排水構成の場合、「排水路」は、第２流路８２、第２水タンク７３、及び排水路３１で構成され、「第１弁」は、水通路弁７５及び排水弁３２で構成される。
【００３０】
第１水タンク１５は、凝縮水の水位を検知する水位検知器３３を備えている。水位検知器３３は、本実施の形態において、フロート式のレベルスイッチで構成されている。本実施の形態において水位検知器３３は、第１水タンク１５の凝縮水の水位が上昇して、所定の上限水位以上であることと、第１水タンク１５の水位が下限水位未満であることが少なくとも検知されるよう構成されている。
【００３１】
〔制御器１０〕
ここで、制御器１０について説明する。制御器１０は、例えば、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）及びメモリを備えており、予めメモリに記憶されるプログラム及びパラメータ等のデータに基づき、燃料電池システム５０を構成する各要素の動作を適宜制御する。ここで制御器１０とは、単独の制御器のみならず複数の制御器からなる制御器群をも意味する。
【００３２】
本実施の形態において、制御器１０は、少なくともガス流路弁１８、排水弁３２及び燃焼ファン２１の動作を制御するように構成されている。そして、制御器１０がこれらの動作を適宜制御することにより、燃料電池システム５０における第１水タンク１５の水抜き処理が行われる。
【００３３】
〔燃料電池システム５０の動作〕
次に、以上のように構成された燃料電池システム５０の動作について説明する。
【００３４】
はじめに、燃料電池システム５０の発電運転時の動作を説明する。
【００３５】
燃料電池システム５０の発電運転時には、燃料ガス生成器１１の内部温度が約７００℃に維持された状態で、原料供給器１９から供給された原料と第１ポンプ４２の動作により第２水タンク７３から第１流路８１を介して供給された水（水蒸気）とを用いて、燃料ガス生成器１１（改質器）の改質反応により水素を含む燃料ガスが生成される。燃料ガス生成器１１から排出された燃料ガスは、燃料電池１２の燃料ガス流路１２ａに送り込まれる一方、空気ブロア１３から送出される空気は、燃料電池１２の酸化剤ガス流路１２ｃに送り込まれる。こうして燃料電池１２の内部において、燃料ガス（水素ガス）と空気（酸素ガス）を消費して発電が行われる。
【００３６】
発電に伴って、燃料電池１２の酸化剤ガス流路１２ｃからは、発電によって消費されなかった残余の空気が大気中に放出される。また、燃料電池１２の燃料ガス流路１２ａからは、発電によって消費されなかった残余の燃料ガスであるオフガスがオフガス流路３９に排出される。オフガス中に含まれる水分は、オフガス流路３９を通るうちに第１凝縮器４０にて凝縮されて、第１水タンク１５に回収される。一方、第１凝縮器４０及び第１水タンク１５により凝縮水と分離されて水分が低減されたオフガスは、開放されたガス流路弁１８を通過し、燃焼用燃料ガスとしてバーナー２０に送られる。バーナー２０では、このオフガスと燃焼ファン２１から送風される空気とが混合され、この混合ガスが燃焼することによって高温の燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスの熱は、燃料ガス生成器１１において吸熱反応である水蒸気改質反応を進行させるための熱源として利用される。燃料ガス生成器１１に熱を供与したあとの燃焼排ガスは燃焼排ガス流路８７へ排出され、第２凝縮器４１を通過して水分が分離されたあとで大気に放出される。第２凝縮器４１で凝縮した燃焼排ガス中に含まれる水分は、第２水タンク７３に回収される。
【００３７】
続いて、燃料電池システム５０の第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。図３は燃料電池システムの第１水タンク１５の水抜き処理に関する制御の流れ図である。
【００３８】
上記燃料電池システム５０の水抜き処理は、燃料電池システム５０の発電運転を停止した後において通常実施される。例えば、発電運転停止後の待機状態において燃料電池システム５０の水経路（例えば、第１水タンク１５、第２水タンク７３、及び第１流路８１等）の凍結を防止するための水抜き処理、燃料電池システム５０が水経路の異常で異常停止後のメンテナンスマンによる水抜き処理、長期不在で燃料電池システム５０を長期運転しない場合の使用者による水抜き処理等が挙げられる。なお、これらはあくまで例示であり、水抜き処理の実行条件は、上記に限定されるものではない。
【００３９】
次に、上記第１の水タンク１５の水抜き処理の具体的な動作フローについて説明する。
【００４０】
例えば、使用者が長期不在にするため操作器１００を操作して水抜き処理の指令をすると、図３に示されるように、制御器１０の制御により燃焼ファン２１の動作が開始され（ステップＳ１０１）、次に、排水弁３２（第１弁）及びガス流路弁１８（第２弁）が開放され（ステップＳ１０２）、第１水タンク１５内の水の排水が開始される。ここで、上記ステップＳ１０１により燃焼ファン２１を動作させているため、燃料ガス生成器１１内の内圧が大気圧より高い状態でガス流路弁が開放された場合であっても、燃料ガス生成器１１内から放出される可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスが、空気で希釈されて大気に放出され、安全性上好ましい。また、上記燃焼ファン２１の動作開始が、ガス流路弁１８の開放より前である方が、ガス流路弁１８の開放直後にバーナー２０に流入したガスに対しても希釈排出できるので好ましいが、ガス流路弁１８と同時、もしくはその後であっても燃焼ファン２１の動作以降にバーナー２０に流入したガスについては希釈排出されるので構わない。又、本燃焼ファン２１の動作により生じた背圧力により第１水タンク１５の排水が促進される効果も見込まれる。
【００４１】
次に、上記第１タンク１５の排水開始後、水位検知器３３で検知される水位が下限水位以下となったか否かを判定し（ステップＳ１０３）、水位検知器３３で検知される水位が下限水位以下になると、排水弁３２及びガス流路弁１８を閉止させるとともに（ステップＳ１０４）、燃焼ファン２１を停止させ（ステップＳ１０５）、第１水タンク１５の水抜き処理を停止する。
【００４２】
以上のように、本発明の燃料電池システムは、第１水タンク１５の水抜き処理において、排水弁３２を開放して排水路３１を開放するとともにガス流路弁１８を開放して、第１水タンク１５を流体流路を通じて大気と連通させるので、第１水タンク１５の水抜きを適切に遂行することができる。
【００４３】
（変形例１）
次に、本発明の変形例１に係る燃料電池システムについて説明する。図４は本発明の変形例１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示したブロック図である。
【００４４】
本変形例における燃料電池システム５０は、図４に示すように、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成に加えて、第２タンク７３から燃料ガス生成器１１へ水を供給する第１流路８１より分岐した第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９と、を備えている。以下では、第５流路８８及び開閉弁８９について説明し、実施の形態１に係る燃料電池システムと重複する部分の説明は省略する。
【００４５】
第５流路８８に設けられた開閉弁８９は、第１水タンク１５への水抜き処理時に開放されるように制御器１０により開閉制御される。以下に説明する通り、開閉弁８９の開放時には、第１水タンク１５内が大気と連通され、閉止時には第１水タンク１５内が大気と遮断される。
【００４６】
上記構成の燃料電池システムにおいて、実行される第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。実施の形態１の燃料電池システムの水抜き処理と異なる動作を中心に説明し、同様の動作については説明を省略する。本変形例１の燃料電池システムの水抜き処理は、第１水タンク１５を大気と連通させる際の動作が、実施の形態１の燃料電池システムとは異なる。具体的には、上記水抜き処理において、ガス流路弁１８は閉止されたままの状態で、開閉弁８９及びバイパス弁９３が開放される。つまり、燃料ガス生成器１１よりも上流の流体流路（第５流路８８への分岐部よりも下流の第１流路８１及び第５流路８８）を介して第１水タンク１５が大気と連通される。ここで、「第２弁」は、開閉弁８９及びバイパス弁９３により構成される。
【００４７】
これにより、実施の形態１の燃料電池システムと同様に第１水タンク１５の排水が適切に遂行されるとともに、次の効果が得られる。これは、燃料ガス生成器１１の内圧が大気圧より高い状態で水抜き処理が実行された場合、燃料ガス生成器１１内のガスが、燃料ガス生成器１１の上流より排出されるため、燃料ガス生成器１１の上流に存在する反応ガス（原料、水蒸気等）が優先的に排出され、水抜き処理において実施の形態１のように燃料ガス生成器１１の下流を大気と連通させる場合に比して、燃料ガス生成器１１内のガス中に含まれる一酸化炭素の排出量が低減される。
【００４８】
なお、本変形例１の燃料電池システムにおいては、水抜き処理において、バイパス弁９３を開放させ、バイパス経路９２を通じて大気と連通させるよう構成された。しかしながら、本例に限定されるものでなく、アノード入口弁９０及びアノード出口弁９４を開放し、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａを通じて大気と連通するよう構成しても構わない。この場合、「第２弁」は、開閉弁８９及びアノード入口弁９０、アノード出口弁９４により構成される。
【００４９】
（変形例２）
次に、本変形例における燃料電池システム５０は、図５に示すように、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成に加えて、原料供給器１９から供給される燃料ガス生成器１１に流れる原料供給路より分岐した第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９と、を備えている。以下では、第５流路８８及び開閉弁８９について説明し、実施の形態１に係る燃料電池システムと重複する部分の説明は省略する。
【００５０】
第５流路８８に設けられた開閉弁８９は、第１水タンク１５への水抜き処理時に開放されるように制御器１０により開閉制御される。以下に説明する通り、開閉弁８９の開放時には、第１水タンク１５内が大気と連通され、閉止時には第１水タンク１５内が大気と遮断される。
【００５１】
上記構成の燃料電池システムにおいて、実行される第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。実施の形態１の燃料電池システムの水抜き処理と異なる動作を中心に説明し、同様の動作については説明を省略する。本変形例１の燃料電池システムの水抜き処理は、第１水タンク１５を大気と連通させる際の動作が、実施の形態１の燃料電池システムとは異なる。具体的には、上記水抜き処理において、ガス流路弁１８は閉止されたままの状態で、開閉弁８９及びバイパス弁９３が開放される。つまり、燃料ガス生成器１１よりも上流の流体流路（第５流路８８への分岐部よりも下流の原料供給路、及び第５流路８８）を介して第１水タンク１５が大気と連通される。この場合、「第２弁」は、開閉弁８９及びバイパス弁９３により構成される。
【００５２】
これにより、実施の形態１の燃料電池システムと同様に第１水タンク１５の排水が適切に遂行されるとともに、変形例１の燃料電池システムと同様に、水抜き処理において実施の形態１のように燃料ガス生成器１１の下流を大気と連通させる場合に比して、燃料ガス生成器１１内のガス中に含まれる一酸化炭素の排出量が低減される。
【００５３】
なお、本変形例２の燃料電池システムにおいても、変形例１の燃料電池システムと同様に、水抜き処理において、バイパス弁９３を開放させるのに代えて、アノード入口弁９０及びアノード出口弁９４を開放し、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａを通じて大気と連通するよう構成しても構わない。この場合、「第２弁」は、開閉弁８９及びアノード入口弁９０、アノード出口弁９４により構成される。
【００５４】
（変形例３）
次に、本変形例における燃料電池システム５０は、図６に示すように、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成に加えて、バイパス流路９２とガス流路弁１８よりも下流のアノードオフガス流路３９ｃとを接続する第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９とを備えている。以下では、第５流路８８及び開閉弁８９について説明し、実施の形態１に係る燃料電池システムと重複する部分の説明は省略する。
【００５５】
第５流路８８に設けられた開閉弁８９は、第１水タンク１５への水抜き処理時に開放されるように制御器１０により開閉制御される。以下に説明する通り、開閉弁８９の開放時には、第１水タンク１５内が大気と連通され、閉止時には第１水タンク１５内が大気と遮断される。
【００５６】
上記構成の燃料電池システムにおいて、実行される第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。実施の形態１の燃料電池システムの水抜き処理と異なる動作を中心に説明し、同様の動作については説明を省略する。本変形例３の燃料電池システムの水抜き処理は、第１水タンク１５を大気と連通させる際の動作が、実施の形態１の燃料電池システムとは異なる。具体的には、上記水抜き処理において、ガス流路弁１８は閉止されたままの状態で、開閉弁８９が開放される。ここで、「第２弁」は、開閉弁８９により構成される。つまり、第１水タンク１５よりも上流でかつ燃料ガス生成器１１よりも下流の流体流路（バイパス流路９２との合流部よりも下流のアノードオフガス流路３９ａ、パイパス流路９２、及び第５流路８８）を介して第１水タンク１５が大気と連通される。これにより、実施の形態１の燃料電池システムと同様に第１水タンク１５の水抜きが適切に遂行される。
【００５７】
なお、上記本変形例の燃料電池システムにおいては、第５流路８８をバイパス経路９２とガス流路弁１８よりも下流のアノードオフガス流路３９ｃとを接続するよう構成されているが、本例に限定されるものでなく、第５流路８８は、第１水タンク１５よりも上流でかつ燃料ガス生成器１１よりも下流のガス流路とガス流路弁１８とを接続するよう構成されていればいずれの形態であっても構わない。例えば、アノード出口弁９４よりも下流のアノードオフガス流路３９ａとガス流路弁１８よりも下流のアノードオフガス流路３９ｃとを接続する形態を採用しても構わない。
【００５８】
（変形例４）
次に、本変形例における燃料電池システム５０は、変形例３の燃料電池システムの第５流路８８及び開閉弁８９の構成に代えて、図７に示すように、第１水タンク１５よりも上流でかつ燃料ガス生成器１１よりも下流のガス流路と第２水タンク７３とを接続する第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９とを備えている。水抜き処理における動作については変形例３の燃料電池システムと同様であるのでその説明を省略する。ここで、「第２弁」は、変形例３と同様に開閉弁８９により構成される。
【００５９】
これにより、本変形例の燃料電池システムにおいても、水抜き処理において、第１水タンク１５が大気と連通され、第１水タンク１５の水抜きが適切に遂行される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、水抜き処理において第１水タンクは流体流路を通じて大気と連通されるため、第１水タンク内の水抜きが適切に遂行されるので、家庭用及び業務用コジェネレーションシステム等の用途において、産業上利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  制御器
１１  燃料ガス生成器
１２  燃料電池
１３  空気ブロア
１４  インバータ
１５  第１水タンク
１８  ガス流路弁（第２弁）
１９  原料供給器
２０  バーナー（燃焼器）
２１  燃焼ファン（空気供給器）
３１  排水路
３２  排水弁（第１弁）
３３  水位検知器
３４  水位検知器
３８  カソードオフガス流路
３９  アノードオフガス流路（オフガス流路）
４２  第１ポンプ
５０  燃料電池システム
７２  開口部
７３  第２水タンク
７４  浄化器
７５  水通路弁
８１  第１流路
８２  第２流路
８７  燃焼排ガス流路
８８  第５流路
８９  開閉弁（第２弁）
９０  アノード入口弁
９１  燃料ガス供給路
９２  バイパス経路
９３  バイパス弁
９４  アノード出口弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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