(57)【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、
前記燃料電池の発電に関連する排熱を回収するための貯湯水を貯蔵する貯湯タンクと、
前記燃料電池から排出された燃料ガスを燃焼する燃焼器と、
前記貯湯タンクからの貯湯水と前記燃料電池から排出された燃料ガス又は酸化剤ガス又は前記燃焼器から排出された燃焼排ガスとの間で熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換器において前記貯湯水と熱交換した後の前記燃料ガス又は前記酸化剤ガス又は前記燃焼排ガスからの凝縮水を貯蔵する凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位センサと、
前記水位センサが検知する前記水位に基づき異常の発生を報知する異常報知器と、
前記凝縮水タンクからの水排出により前記凝縮水タンク内の水位を変更する水排出器と、
前記水排出器の動作停止中であると共に前記燃料電池が運転停止中である時に前記水位センサにより前記凝縮水タンク内の水位の上昇が検知されると前記異常報知器に異常の発生を報知させる制御装置と、を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムの運転を制御する運転制御器を更に備え、
前記運転制御器は、前記制御装置が前記異常報知器に異常の発生を報知させる場合に前記燃料電池システムの運転を停止させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池システムの運転を制御する運転制御器を更に備え、
前記運転制御器は、前記制御装置が前記水位センサにより前記水位の上昇を検知した場合に前記燃料電池システムの運転停止から運転起動への移行を許可しない、請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関し、特に、燃料電池の排熱を用いて生成した貯湯水を貯湯タンクに貯蔵してそれを給湯や暖房等の用途に提供することが可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電運転の際に発生する熱エネルギーを利用するための構成が比較的簡易な構成であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして鋭意開発が進められている。
【０００３】
燃料電池システムは、その発電部の本体として、燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」という）を備えている。この燃料電池では、発電運転の際、水素を含む燃料ガスがアノード側に供給されると共に、酸素を含む酸化剤ガスがカソード側に供給される。すると、この燃料電池では、燃料ガス及び酸化剤ガスが含む水素及び酸素が用いられて、所定の電気化学反応が進行する。このように、燃料電池において所定の電気化学反応が進行することで、燃料電池システムは負荷に向けて所望の電力を供給する。
【０００４】
ところで、燃料電池システムの発電運転の際、その燃料電池では、所定の電気化学反応が進行することに伴う熱エネルギーが発生する。一方、燃料電池システムにおいて、燃料電池を好適に発電運転させるためには、燃料電池において所定の電気化学反応を好適に進行させるために、その燃料電池の温度が所定の温度範囲内の温度となるように制御する必要がある。そのため、燃料電池システムは、燃料電池を冷却するための冷却構成を備えている。この冷却構成は、例えば、金属イオン等の不純物が十分に除去された冷却水が燃料電池と放熱器との間で循環されるように構成されている。これにより、燃料電池で発生した熱エネルギーが冷却水及び放熱器を介して排出されるので、所定の電気化学反応の進行が好適に確保され、よって燃料電池システムの発電運転が好適に確保される。
【０００５】
しかしながら、燃料電池で発生した熱エネルギーを冷却水及び放熱器を介して単に排出する構成とすると、燃料電池の運転温度を適切な運転温度に制御することはできるが、熱エネルギーを有効に利用することができないため、燃料電池システムのエネルギー利用効率が著しく低下する。
【０００６】
そこで、発電運転の際に発生する熱エネルギーを積極的に利用して、高いエネルギー利用効率を実現するべく、発電運転の際に燃料電池から排出される熱エネルギーを熱交換器に供給することで生成した温水を貯湯タンクに貯蔵してそれを給湯や暖房等の用途に提供可能な燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図９は、従来の燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【０００８】
図９に示すように、従来の燃料電池システム５００は、発電ユニット１０１と、排熱回収手段１０６と、貯湯タンク１０４とを備えている。ここで、発電ユニット１０１は、改質器１０２及び燃料電池１０３を備えている。又、排熱回収手段１０６は、顕熱回収熱交換部１０９と、冷却水排熱回収熱交換部１１０と、潜熱回収熱交換部１１１とを備えている。顕熱回収熱交換部１０９は、改質器１０２から排出された水蒸気を含む排気ガスの顕熱を回収する。又、排熱回収手段１０６の冷却水排熱回収熱交換部１１０は、燃料電池１０３を冷却した後の冷却水の排熱を回収する。又、排熱回収手段１０６の潜熱回収熱交換部１１１は、顕熱回収熱交換部１０９において顕熱を回収した後の水蒸気の凝縮に伴う潜熱を回収する。
【０００９】
そして、図９に示すように、この従来の燃料電池システム５００では、貯湯タンク１０４の図９では下方と上方とを接続する循環配管１０５の一部が、排熱回収手段１０６の顕熱回収熱交換部１０９、冷却水排熱回収熱交換部１１０、潜熱回収熱交換部１１１の内部に配置されている。又、環状の循環配管１１２の一部が、燃料電池１０３及び冷却水排熱回収熱交換部１１０の内部に配置されている。
【００１０】
ここで、図９では図示しないが、この従来の燃料電池システム５００の冷却水排熱回収熱交換部１１０では、循環配管１０５を通流する水（以下、貯湯タンク１０４が貯蔵する水も含め、総称して「貯湯水」という）が循環配管１１２を通流する冷却水に混入すること（クロスコネクションの１つの形態）を防止するために、その貯湯水と冷却水とを伝熱可能な状態で離隔する熱交換壁が設けられている。又、顕熱回収熱交換部１０９及び潜熱回収熱交換部１１１においても、排気ガス及び水蒸気への貯湯水の混入を防止するための熱交換壁が設けられている。
【００１１】
かかる従来の燃料電池システム５００では、発電運転の際、循環配管１０５を通流する貯湯水が排熱回収手段１０６の潜熱回収熱交換部１１１、冷却水排熱回収熱交換部１１０及び顕熱回収熱交換部１０９において順次加熱される。そして、排熱回収手段１０６により加熱された貯湯水が、貯湯タンク１０４に貯蔵される。この貯湯タンク１０４に貯蔵された貯湯水が、給湯や暖房等の用途に提供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２８９２１３号公報（第２−３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記提案された従来の燃料電池システム５００の構成では、冷却水排熱回収熱交換部１１０の熱交換壁の一部に腐食によるクラックが生じた場合には、循環配管１０５を通流する貯湯水が循環配管１１２を通流する冷却水に混入する場合がある。この場合、金属イオン等の不純物を含む貯湯水（市水）が冷却水に混入するので、冷却水の導電率が上昇して、燃料電池１０３において漏電が発生する。尚、一般的に、鉛直方向に高い貯湯タンク１０４に接続された循環配管１０５内の水圧は比較的高いため、循環配管１０５から循環配管１１２に貯湯水が混入する危険性は高い。
【００１４】
又、顕熱回収熱交換部１０９や潜熱回収熱交換部１１１の熱交換壁の一部に腐食によるクラックが生じた場合には、循環配管１０５を通流する貯湯水が改質器１０２から排出された排気ガスや顕熱回収熱交換部１０９から排出された水蒸気に混入する場合がある。この場合、貯湯水が排気ガスと共に潜熱回収熱交換部１１１に供給され、この潜熱回収熱交換部１１１から凝縮水と共に燃料電池システム５００から廃棄される。
【００１５】
つまり、上記提案された従来の燃料電池システム５００の構成では、排熱回収手段１０６において熱交換壁の一部に腐食によるクラックが発生した場合、そのクラックの発生を検知する手段を備えていないため、燃料電池１０３における漏電や循環配管１０５からの貯湯水の漏出が継続する。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、熱交換手段におけるクロスコネクションの発生を検知して、異常な運転状態が継続することを防止可能な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】
【００１７】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る特徴的な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、前記燃料電池の発電に関連する排熱を回収するための貯湯水を貯蔵する貯湯タンクと、前記燃料電池から排出された燃料ガスを燃焼する燃焼器と、前記貯湯タンクからの貯湯水と前記燃料電池から排出された燃料ガス又は酸化剤ガス又は前記燃焼器から排出された燃焼排ガスとの間で熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器において前記貯湯水と熱交換した後の前記燃料ガス又は前記酸化剤ガス又は前記燃焼排ガスからの凝縮水を貯蔵する凝縮水タンクと、前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位センサと、前記水位センサが検知する前記水位に基づき異常の発生を報知する異常報知器と、前記凝縮水タンクからの水排出により前記凝縮水タンク内の水位を変更する水排出器と、前記水排出器の動作停止中であると共に前記燃料電池が運転停止中である時に前記水位センサにより前記凝縮水タンク内の水位の上昇が検知されると前記異常報知器に異常の発生を報知させる制御装置と、を備える。
【００１８】
かかる構成とすると、制御装置が水位センサにより検知される水タンク内の水位の異常な変化に基づき異常報知器に異常の発生を報知させるので、熱交換器においてクロスコネクションが発生したことを検知することが可能になる。また、かかる構成とすると、水位変更器の動作停止中に水位センサにより水タンク内の水位の上昇を検知するという簡易な構成により異常報知器に異常の発生を報知させるので、熱交換器においてクロスコネクションが発生したことを正確に検知することが可能になる。また、かかる構成とすると、燃料電池から排出された燃料ガス又は酸化剤ガスと燃料電池を冷却する冷却水との間で熱交換させる熱交換器、熱交換器において熱交換した後の燃料ガス又は酸化剤ガスからの凝縮水を貯蔵する凝縮水タンク、凝縮水タンクから水を排出する水排出器を備える一般的な燃料電池システムにおいて、熱交換器においてクロスコネクションが発生したことを検知することが可能になる。また、かかる構成とすると、燃料電池から排出された燃料ガスを燃焼する燃焼器、燃焼器から排出された燃焼排ガスとの間で熱交換させる熱交換器、熱交換器において熱交換した後の燃焼排ガスからの凝縮水を貯蔵する凝縮水タンク、凝縮水タンクから水を排出する水排出器を備える一般的な燃料電池システムにおいて、熱交換器においてクロスコネクションが発生したことを検知することが可能になる。
【００３１】
ここで、上記何れかの場合、前記燃料電池システムの運転を制御する運転制御器を更に備え、前記運転制御器は、前記制御装置が前記異常報知器に異常の発生を報知させる場合に前記燃料電池システムの運転を停止させる。
【００３２】
かかる構成すると、制御装置が異常報知器に異常の発生を報知させる場合に燃料電池システムの運転を停止させるので、燃料電池において漏電が継続することや、貯湯タンクから熱交換器を介して水タンクに供給された貯湯水が継続的に廃棄されることを防止することが可能になる。
【００３３】
又、ここで、上記何れかの場合、前記燃料電池システムの運転を制御する運転制御器を更に備え、前記運転制御器は、前記制御装置が前記水位センサにより前記水位の上昇を検知した場合に前記燃料電池システムの運転停止から運転起動への移行を許可しない。
【００３４】
かかる構成とすると、運転制御器が、水位センサにより水位の上昇が検知された場合に燃料電池システムの運転停止から運転起動への移行を許可しないので、クロスコネクションが発生している状態で誤って燃料電池システムが起動又は再起動されることを防止することが可能になる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明に係る燃料電池システムの特徴的な構成によれば、熱交換手段におけるクロスコネクションの発生を検知して、異常な運転状態が継続することを防止可能な燃料電池システムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【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特徴的な動作を模式的に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特徴的な動作を模式的に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模式的に示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に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特徴的な動作を模式的に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構成を模式的に示すブロック図である。
【図９】図９は、従来の燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
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。
【００５５】
（実施の形態１）
先ず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成について説明する。
【００５６】
図１（ａ）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模式的に示すブロック図である。尚、図１（ａ）では、本発明を説明するために必要な構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
【００５７】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、水素リッチな燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス（空気）とを用いて発電する燃料電池１と、この燃料電池１の発電運転の際に発生する熱を回収してその温度制御を行なうための冷却水を貯蔵するための冷却水タンク２と、この冷却水タンク２と燃料電池１との間で冷却水を循環させるための冷却水流路３及び冷却水循環ポンプ４とを備えている。
【００５８】
又、この燃料電池システム１００は、冷却水循環ポンプ４により冷却水流路３に通流される温度上昇した冷却水を貯湯水との熱交換により冷却する熱交換器５と、この熱交換器５において冷却水との熱交換により温度上昇した貯湯水をその供給源から供給される市水と共に貯蔵する貯湯タンク６と、この貯湯タンク６と熱交換器５との間で貯湯水を循環させるための貯湯水流路７及び貯湯水循環ポンプ８とを備えている。
【００５９】
更に、この燃料電池システム１００は、冷却水タンク２における冷却水の水位を検知するための水位センサ９と、この水位センサ９が検知可能な水位よりも高い水位を検知するための水位センサ１２と、冷却水タンク２に補給する冷却水を貯蔵するための補給水タンク１０と、この補給水タンク１０から冷却水タンク２への冷却水の補給及びその遮断を行うための補給水弁１１ａと、冷却水タンク２から冷却水を排出及びその遮断を行うための排出水弁１１ｂと、この排出水弁１１ｂ及び補給水弁１１ａの開閉状態を水位センサ９が検知する水位に応じて各々制御することにより補給水タンク１０から冷却水タンク２への冷却水の供給量及び冷却水タンク２からの冷却水の排出量を制御すると共に水位センサ１２により冷却水タンク２における冷却水の水位の異常を監視する制御部１３とを備えている。ここで、制御部１３は、クロスコネクションの発生に起因する水位の異常な変化を報知するための異常表示器１３ａを備えている。又、制御部１３は、水位センサ９及び水位センサ１２の出力信号に基づき補給水弁１１ａ及び排出水弁１１ｂの動作を制御する水位制御器１３ｂを備えている。
【００６０】
そして、図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１、冷却水タンク２、冷却水循環ポンプ４、及び熱交換器５が冷却水流路３により環状に連結されている。又、この燃料電池システム１００では、熱交換器５、貯湯タンク６、貯湯水循環ポンプ８が貯湯水流路７により環状に連結されている。一方、補給水タンク１０と冷却水タンク２とが配管により連結されかつ冷却水タンク２には他の配管が接続され、これらの配管上に配設された補給水弁１１ａと排出水弁１１ｂと水位センサ９及び水位センサ１２とが配線により制御部１３と電気的に接続されている。
【００６１】
尚、本実施の形態に係る燃料電池システム１００において、熱交換器５は貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と燃料電池１から排出された冷却水との間で熱交換させる熱交換器の具体的な実施の形態の一例であり、冷却水タンク２は熱交換器５において貯湯水と熱交換した後の冷却水を貯蔵する水タンクの具体的な実施の形態の一例であり、補給水弁１１ａ及び排出水弁１１ｂは冷却水タンク２への水の補給又は水の排出により冷却水タンク２における水位を変更する水位変更器の具体的な実施の形態の一例である。
【００６２】
又、異常表示器１３ａは、クロスコネクションの発生に起因する異常の発生を視覚情報として表示することにより報知する異常報知器の具体的な実施の形態の一例である。
【００６３】
又、本実施の形態において、燃料電池１の発電運転の際に発生する熱は、燃料電池１の発電に関連する排熱の一例である。一方、冷却水タンク２が貯蔵する冷却水は、燃料電池１の発電に関連する排熱の媒介流体の一例である。
【００６４】
尚、本実施の形態では、制御部１３に水位制御器１３ｂを個別に設けることなく、制御部１３が、水位センサ９，１２の出力信号に基づき補給水弁１１ａ及び排出水弁１１ｂの動作を制御して冷却水タンク２の水位を制御する水位制御器としても機能するように構成してもよい。
【００６５】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの変形例について説明する。
【００６６】
図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの変形例の一部を抜粋して模式的に示すブロック図である。尚、図１（ｂ）では、燃料電池システムの変形例における特徴的な構成（相違点）のみを抜粋して図示している。
【００６７】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の変形例では、図１（ａ）に示す排出水弁１１ｂ及びそれに接続された配線に代えて、オーバーフロー管２ａが設けられている。このオーバーフロー管２ａは、冷却水タンク２の側壁面における鉛直方向上方の所定の位置に設けられている。このオーバーフロー管２ａは、冷却水タンク２内の冷却水の水位が上昇して、その水位がオーバーフロー管２ａの連結位置にまで上昇すると、冷却水タンク２から冷却水を制御部１３の水位制御器１３ｂにより何ら制御されることなく自動的に排出させ、補給水タンク１０に戻される。このオーバーフロー管２ａと、水位センサ９と、補給水タンク１０と、補給水弁１１ａと、制御部１３の水位制御器１３ｂとにより、冷却水タンク２における水位が一定又は所定の範囲内に適切に制御される。
【００６８】
ここで、本実施の形態に係る燃料電池システム１００及びその変形例では、図１（ａ）及び図１（ｂ）では図示しないが、冷却水タンク２から排出水弁１１ｂ又はオーバーフロー管２ａを介して排出された冷却水は、一旦、凝縮水タンクに貯蔵される。そして、この凝縮水タンクに貯蔵された冷却水は、イオン交換装置（図示せず）により浄化された後、補給水タンク１０に供給される。この補給水タンク１０に供給された冷却水が、補給水弁１１ａを介して冷却水タンク２に供給される。
【００６９】
尚、本実施の形態では、補給水タンク１０と凝縮水タンク（図示せず）とが別個に設けられている形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、冷却水タンク２から排出水弁１１ｂ又はオーバーフロー管２ａを介して排出された冷却水が補給水タンク１０に直接供給される形態としてもよい。つまり、補給水タンク１０が凝縮水タンクとして機能する（又は、凝縮水タンクが補給水タンク１０として機能する）ように構成してもよい。この場合、燃料電池１において漏電が発生すること等を防止するために、補給水タンク１０に貯蔵された冷却水は、イオン交換装置（図示せず）により浄化された後、補給水弁１１ａを介して冷却水タンク２に供給される。
【００７０】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の基本的な動作について説明する。
【００７１】
本実施の形態に係る燃料電池システム１００では、水素リッチな燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとが燃料電池１に供給されることにより発電運転が行われる。この際、燃料電池１からは、交流電力ではなく、直流電力が出力される。そこで、この燃料電池１から出力された直流電力は、インバータ（図示せず）に入力される。燃料電池１から出力された直流電力は、インバータにより交流電力に変換された後、燃料電池システム１００から電力の供給を受ける電力負荷（図示せず）に供給される。
【００７２】
この燃料電池システム１００の発電運転の際、燃料電池１では、直流電力の生成と同時に熱が生成される。この燃料電池１において生成された熱は、冷却水循環ポンプ４を作動させることで冷却水流路３を循環する冷却水により逐次回収される。具体的には、冷却水を燃料電池１に通流させ、冷却水と燃料電池１との間で熱交換させることにより、燃料電池１で生成された熱が冷却水により逐次回収される。これにより、燃料電池１が冷却されるので、その温度が適切に制御される。尚、燃料電池１との熱交換により温度上昇した冷却水は、熱交換器５に通流される。そして、冷却水は、熱交換器５において貯湯水との熱交換により冷却された後、冷却水タンク２に戻される。尚、冷却水タンク２に戻された冷却水は、冷却水循環ポンプ４により再び送出され、燃料電池１に再び供給される。
【００７３】
又、この発電運転の際、燃料電池システム１００では、貯湯水循環ポンプ８を作動させることにより、貯湯タンク６に貯蔵されている貯湯水が貯湯水流路７に通流され、その貯湯水流路７において循環される。具体的には、貯湯タンク６から貯湯水流路７に供給された貯湯水は、貯湯水循環ポンプ８を通過した後、熱交換器５に供給される。すると、この熱交換器５では、冷却水流路３において循環される高温状態の冷却水との間で熱交換することにより、貯湯水が加熱される。この加熱され温度上昇した貯湯水は、貯湯水流路７を更に通過して貯湯タンク６に貯蔵される。尚、この貯湯タンク６に貯蔵された高温状態の貯湯水は、貯湯タンク６の上部より、必要に応じて、給湯や温水暖房等のための給湯利用機器（図示せず）に適宜供給される。
【００７４】
一方、この燃料電池システム１００の発電運転の際、冷却水の蒸発等により水位センサ９が冷却水タンク２における水位の低下を検知すると、その検知信号を受けて、制御部１３の水位制御器１３ｂは補給水弁１１ａを作動させる。これにより、補給水タンク１０が貯蔵する冷却水が冷却水タンク２に供給される。尚、制御部１３の水位制御器１３ｂは、この冷却水の補給動作により水位センサ９が水位の復帰を検知すると、その検知信号を受けて、補給水弁１１ａを遮断させる。これにより、制御部１３の水位制御器１３ｂは、補給水タンク１０から冷却水タンク２への冷却水の補給動作を停止させる。
【００７５】
又、この燃料電池システム１００の発電運転の際、補給水タンク１０から冷却水タンク２に向けて冷却水が過剰に供給され、水位センサ９が冷却水タンク２における水位の上昇を検知すると、その検知信号を受けて、制御部１３の水位制御器１３ｂは排出水弁１１ｂを作動させる。そして、制御部１３の水位制御器１３ｂは、排出水弁１１ｂによる冷却水の排出動作により水位センサ９が水位の復帰を検知すると、その検知信号を受けて、排出水弁１１ｂを遮断させる。或いは、燃料電池システム１００の発電運転時、補給水タンク１０から冷却水タンク２に向けて冷却水が過剰に供給され、冷却水タンク２における冷却水の水位がオーバーフロー管２ａの連結位置にまで到達した場合、補給水タンク１０から更に供給される冷却水はオーバーフロー管２ａを介して排出される。これらにより、冷却水タンク２における冷却水の水位が適切に調整される。
【００７６】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の動作に関して、熱交換器５におけるクロスコネクションの発生を検知するための特徴的な動作について説明する。
【００７７】
燃料電池システム１００の正常運転時、制御部１３は、水位センサ９、補給水タンク１０、補給水弁１１ａ、排出水弁１１ｂ又はオーバーフロー管２ａ等の構成要素を適切に利用することにより、冷却水タンク２における水位を一定又は所定の範囲内に適切に制御する。
【００７８】
ところが、例えば腐食により、熱交換器５の熱交換壁（図示せず）の一部にクラックが生じて、このクラックの発生に起因して熱交換器５においてクロスコネクションが発生すると、貯湯水流路７を通流する貯湯水が熱交換器５に生じたクラックを通過して冷却水流路３に流入する。
【００７９】
この場合、補給水弁１１ａ及び排出水弁１１ｂが遮断された状態（図１（ａ）参照）或いは補給水弁１１ａが遮断された状態（図１（ｂ）参照）では、貯湯水流路７から冷却水流路３に貯湯水が継続して流入するので、冷却水タンク２の水位は水位センサ９を超える水位にまで上昇する。具体的には、補給水タンク１０からの冷却水の補給及び冷却水タンク２からの冷却水の排出が一切無い状態では、冷却水タンク２における水位は、水位センサ９の水位検知範囲の上限を超えて水位センサ１２の水位検知範囲内の水位にまで異常に上昇する。このような、冷却水タンク２における水位の異常な上昇（冷却水タンク２における水位の異常な変化）は、通常、熱交換器５においてクロスコネクションが発生した場合に特徴的に観察される現象である。
【００８０】
そこで、本実施の形態では、燃料電池１と、貯湯タンク６と、熱交換器５と、冷却水タンク２と、水位センサ９及び水位センサ１２と、補給水タンク１０と、補給水弁１１ａ及び排出水弁１１ｂと、制御部１３とを備える燃料電池システム１００において、制御部１３が、水位センサ１２により検知される冷却水タンク２内の水位の異常な変化に基づき異常表示器１３ａにクロスコネクションの発生に起因する異常の発生を報知させる。
【００８１】
具体的には、制御部１３が、補給水弁１１ａ及び排出水弁１１ｂを遮断するように制御している際に水位センサ１２により冷却水タンク２における水位の異常な上昇を検知すると、異常表示器１３ａにクロスコネクションの発生に起因する異常の発生を報知させる。
【００８２】
或いは、制御部１３は、冷却水タンク２の水排出器が上述のオーバーフロー管の場合、補給水弁１１ａを遮断するように制御している際に水位センサ１２により冷却水タンク２における水位の異常な上昇を検知すると、異常表示器１３ａにクロスコネクションの発生に起因する異常の発生を報知させる。
【００８３】
ここで、異常表示器１３ａは異常の発生を視覚的に報知するが、このような形態に限定されることはなく、例えば、異常の発生を音響的に報知する形態としてもよい。或いは、異常の発生を音響的に報知する形態に限らず、燃料電池システム１００の冷却水タンク２において水位の異常な変化が発生した旨を監視センターに通報する形態としてもよい。
【００８４】
又、本実施の形態では、制御部１３が、異常表示器１３ａにクロスコネクションの発生に起因する異常の発生を報知させる場合に、燃料電池システム１００の停止処理を実行して、燃料電池システム１００の運転を強制的に停止させる。そして、制御部１３は、燃料電池システム１００の運転を停止させた後、燃料電池システム１００の運転を停止状態から運転起動に移行させることを継続して許可しないこととする。このように、本実施の形態では、熱交換器５において発生したクロスコネクションが解消されるまで、燃料電池システム１００の運転が停止される。
【００８５】
このように、本実施の形態では、制御部１３が、正常時には起こり得ない水位センサ１２からの水位検知信号を受けて冷却水タンク２における水位の異常な変化を判定して、その旨を異常表示器１３ａにより視覚的に報知する。尚、このような、本実施の形態に係る特徴的な動作は、燃料電池システム１００の制御部１３が備える記憶部（図示せず）に予め記憶されている制御プログラムに基づき実行される。ここで、制御部１３が補給水弁１１ａ及び排出水弁１１ｂを遮断する場合、制御部１３は冷却水の補給及び排出を行わない旨の制御信号を出力する。
【００８６】
尚、本実施の形態では、クロスコネクションの発生に起因する異常の発生を検知すると燃料電池システム１００の停止処理が実行されかつその運転起動への移行が継続して許可されない形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料電池システム１００の発電運転の停止中にクロスコネクションの発生に起因する異常の発生が検知された場合でも、制御部１３は、燃料電池システム１００の運転を停止状態から運転起動に移行させることを継続して許可しない。このように、燃料電池システム１００の運転状態に関係無く、クロスコネクションの発生に起因する異常の発生が検知された場合には燃料電池システム１００の運転を運転起動に移行させることを許可しないことにより、燃料電池システム１００の異常な運転状態が継続することを防止する。
【００８７】
以上、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の構成によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生して、冷却水タンク２において異常な水位の上昇が発生した場合、その異常な水位の上昇を水位センサ１２が検知するため、制御部１３は熱交換器５においてクロスコネクションが発生したことを異常表示器１３ａにより報知することが可能になる。これにより、熱交換器５におけるクロスコネクションの発生を検知することが可能となり、よって、異常な運転状態が継続することを防止可能な燃料電池システム１００を提供することが可能になる。
【００８８】
又、燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための水として冷却水の一部を水素生成装置に供給する燃料電池システムにおいては、貯湯水（市水）が塩素成分を含有しているため、この塩素成分を含有する貯湯水が冷却水に継続して混入すると、水素生成装置の触媒が経時的に劣化して、燃料電池システムの発電性能が経時的に劣化するという課題が発生する。しかしながら、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の構成によれば、熱交換器５におけるクロスコネクションの発生を検知して、異常な運転状態が継続することを防止することができるので、燃料電池システム１００の発電性能の劣化を最小限に抑えることが可能になる。
【００８９】
又、燃料電池に供給する燃料ガスや空気の加湿用の水として冷却水の一部を加湿器に供給する燃料電池システムにおいては、貯湯水が含有する塩素成分により燃料ガスや空気に塩素成分が混入することで燃料電池の電極触媒が経時的に劣化して、燃料電池システムの発電性能が経時的に劣化するという課題が発生する。しかしながら、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の構成によれば、このような燃料電池１の電極触媒の劣化に関する課題も回避することが可能になる。
【００９０】
（実施の形態２）
先ず、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成について説明する。
【００９１】
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図２では、本発明を説明するために必要な構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
【００９２】
図２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００は、水素リッチな燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池１と、この燃料電池１の発電運転の際に発生する熱を回収して燃料電池１の温度制御を行なうための冷却水を貯蔵する冷却水タンク２と、この冷却水タンク２と燃料電池１との間で冷却水を循環させるための冷却水流路３と、この冷却水流路３に冷却水を通流させるための冷却水循環ポンプ４と、この冷却水循環ポンプ４により供給され燃料電池１において昇温された冷却水を冷却するための熱交換器５とを備えている。
【００９３】
又、この燃料電池システム２００は、市水が供給されてそれを内部に貯湯水として貯蔵すると共に、燃料電池１の発電運転の際に発生する熱を回収することにより温度上昇した貯湯水を給湯利用機器に向けて供給するための貯湯タンク６と、この貯湯タンク６と熱交換器５との間で熱交換による冷却水の冷却のために貯湯水を通流させるための貯湯水流路７と、この貯湯水流路７において貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水を循環させるための貯湯水循環ポンプ８とを備えている。ここで、貯湯タンク６に接続された市水側の配管における所定の位置には、市水の供給を遮断するための市水遮断弁４０が設けられている。
【００９４】
又、この燃料電池システム２００は、冷却水タンク２における水位を検知するための水位センサ９と、水位センサ９が検知可能な水位よりも低い水位を検知するための水位センサ１５と、冷却水タンク２に補給する冷却水を貯蔵するための補給水タンク１０と、この補給水タンク１０から冷却水タンク２への冷却水の補給及びその停止を行うための補給水ポンプ１４と、冷却水タンク２が貯蔵する冷却水を排出するための冷却水排出弁１６とを備えている。
【００９５】
一方、図２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００は、燃料電池１に供給する水素リッチな燃料ガスの供給源としての、炭化水素系の原料ガス（例えば、都市ガス等）を水蒸気改質する水素生成装置１７と、この水素生成装置１７の温度維持のために原料ガス又は生成した燃料ガスの一部を燃焼させるためのバーナ１８と、水素生成装置１７において生成した燃料ガスを燃料電池１に供給するための燃料ガス供給流路１９とを備えている。
【００９６】
又、図２に示すように、この燃料電池システム２００は、燃料電池１から排出される残余燃料ガス中の水蒸気を貯湯水流路７に通流される貯湯水との熱交換により凝縮させて水分として分離するための凝縮器２０と、この凝縮器２０を通過させて燃料電池１が排出した残余燃料ガスをバーナ１８に供給するための残余燃料ガス排出流路２１と、この残余燃料ガス排出流路２１から供給された残余燃料ガスが燃焼されてバーナ１８から排出される燃焼排ガス中の水蒸気を貯湯水流路７に通流される貯湯水との熱交換により凝縮させて水分として分離するための凝縮器２２と、この凝縮器２２を通過させてバーナ１８が排出した燃焼排ガスをその排気口から燃料電池システム２００の外部に排出するための燃焼排ガス排出流路２３と、燃料電池１から排出される残余酸化剤ガス（残余空気）中の水蒸気を貯湯水流路７に通流される貯湯水との熱交換により凝縮させて水分として分離するための凝縮器２４と、この凝縮器２４を通過させて燃料電池１が排出した残余酸化剤ガスをその排気口から燃料電池システム２００の外部に排出するための残余酸化剤ガス排出流路２５と、を備えている。
【００９７】
ここで、図２に示すように、この燃料電池システム２００は、凝縮器２０，２２，２４から排出される凝縮水を貯蔵するための凝縮水タンク２６，２７，２８と、貯蔵した凝縮水を排出するための凝縮水排出弁２９，３０，３１と、凝縮水タンク２６，２７，２８の水位を検知するための水位センサ３２，３３，３４とを備えていると共に、これらの水位センサ３２，３３，３４が検知可能な水位よりも低い水位を各々検知するための水位センサ３５，３６，３７を更に備えている。
【００９８】
そして、図２に示すように、この燃料電池システム２００は、水位センサ９，１５，３２，３５，３３，３６，３４，３７により冷却水タンク２、凝縮水タンク２６，２７，２８における水位を監視すると共に、水位センサ９，３２，３３，３４が検知する水位に基づき補給水ポンプ１４、凝縮水排出弁２９，３０，３１を作動させて冷却水タンク２、凝縮水タンク２６，２７，２８における水位を制御する制御部３８と、この制御部３８を備える燃料電池システム２００と利用者とのインターフェースとしてのリモコン３９とを備えている。ここで、リモコン３９は、異常表示器３９ａを備えている。
【００９９】
又、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成と同様にして、この燃料電池システム２００でも、燃料電池１、冷却水タンク２、冷却水循環ポンプ４、熱交換器５が冷却水流路３により環状に連結されている。一方、この燃料電池システム２００では、熱交換器５、貯湯タンク６、貯湯水循環ポンプ８、凝縮器２０，２２，２４が貯湯水流路７により環状に連結されている。又、補給水ポンプ１４、冷却水排出弁１６、凝縮水排出弁２９，３０，３１、市水遮断弁４０、水位センサ９，１５、水位センサ３２〜３７が配線により制御部３８と電気的に接続されている。
【０１００】
尚、本実施の形態に係る燃料電池システム２００において、熱交換器５は、貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と燃料電池１の発電に関連する排熱の媒介流体として冷却水との間で熱交換させる熱交換器の具体的な実施の形態の一例である。
【０１０１】
又、冷却水タンク２は、熱交換器５において貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と熱交換した後の排熱の媒介流体としての冷却水を貯蔵するための水タンクの具体的な実施の形態の一例である。又、補給水ポンプ１４及び冷却水排出弁１６は、冷却水タンク２への水の補給及び冷却水タンク２からの水の排出により冷却水タンク２における水位を変更するための水位変更器の具体的な実施の形態の一例である。更に、制御部３８は、水位センサ９及び水位センサ１５の出力信号に基づき補給水ポンプ１４及び冷却水排出弁１６の動作を制御して、冷却水タンク２における冷却水の水位を制御する水位制御器の具体的な実施の形態の一例である。
【０１０２】
一方、本実施の形態において、凝縮器２０は、貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と燃料電池１の発電に関連する排熱の媒介流体として残余燃料ガスとの間で熱交換させる熱交換器の具体的な実施の形態の他の一例である。又、凝縮水タンク２６は、凝縮器２０において貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と熱交換した後の排熱の媒介流体としての残余燃料ガスから得られた凝縮水を貯蔵するための水タンクの具体的な実施の形態の他の一例である。一方、凝縮水排出弁２９は、凝縮水タンク２６からの水の排出により凝縮水タンク２６における凝縮水の水位を変更するための水位変更器の具体的な実施の形態の他の一例である。又、制御部３８は、水位センサ３２の検出信号に基づき凝縮水排出弁２９の動作を制御して、凝縮水タンク２６における水位を制御する水位制御器の一例である。
【０１０３】
同様にして、本実施の形態において、凝縮器２２は、貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と燃料電池１の発電に関連する排熱の媒介流体として燃焼排ガスとの間で熱交換させる熱交換器の具体的な実施の形態の他の一例である。又、凝縮水タンク２７は、凝縮器２２において貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と熱交換した後の排熱の媒介流体としての燃焼排ガスから得られた凝縮水を貯蔵するための水タンクの具体的な実施の形態の他の一例である。そして、凝縮水排出弁３０は、凝縮水タンク２７からの水の排出により凝縮水タンク２７における凝縮水の水位を変更するための水位変更器の具体的な実施の形態の他の一例である。又、制御部３８は、水位センサ３３の検出信号に基づき凝縮水排出弁３０の動作を制御して、凝縮水タンク２７における水位を制御する水位制御器の一例である。
【０１０４】
又、同様にして、本実施の形態において、凝縮器２４は、貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と燃料電池１の発電に関連する排熱の媒介流体として残余酸化剤ガスとの間で熱交換させる熱交換器の具体的な実施の形態の他の一例である。又、凝縮水タンク２８は、凝縮器２４において貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水と熱交換した後の排熱の媒介流体としての残余酸化剤ガスから得られた凝縮水を貯蔵するための水タンクの具体的な実施の形態の他の一例である。そして、凝縮水排出弁３１は、凝縮水タンク２８における凝縮水の水位を変更するための水位変更器の具体的な実施の形態の他の一例である。又、制御部３８は、水位センサ３４の検出信号に基づき凝縮水排出弁３１の動作を制御して、凝縮水タンク２８における水位を制御する水位制御器の一例である。
【０１０５】
尚、本実施の形態において、水位センサ１５及び冷却水排出弁１６は、燃料電池システム２００における冷却水の排水機構の具体的な実施の形態の一例である。又、水位センサ３５及び凝縮水排出弁２９、水位センサ３６及び凝縮水排出弁３０、水位センサ３７及び凝縮水排出弁３１は、各々、燃料電池システム２００における凝縮水の排水機構の具体的な実施の形態の他の一例である。つまり、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、冷却水排出弁１６、凝縮水排出弁２９、凝縮水排出弁３０、凝縮水排出弁３１は、燃料電池システム２００の水位変更器と排水機構とを兼ねている。
【０１０６】
又、上述したように、本実施の形態に係るリモコン３９は、異常表示器３９ａを備えている。この異常表示器３９ａは、実施の形態１の場合と同様、クロスコネクションに起因する異常の発生を報知する異常報知器の具体的な実施の形態の一例である。
【０１０７】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム２００の基本的な動作について説明する。
【０１０８】
本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、都市ガス等の炭化水素系の原料ガスと水とを用いる水蒸気改質反応が水素生成装置１７において進行することにより、水素リッチな燃料ガスが生成される。水素生成装置１７において生成された燃料ガスは、燃料ガス供給流路１９を介して燃料電池１に供給される。一方、燃料電池１には酸化剤ガスとしての空気が供給される。すると、燃料電池１からは、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとしての空気とを用いる電気化学的な反応が進行することで発電が行われて、直流電力が出力される。ここで、燃料電池１から出力された直流電力は、インバータ（図示せず）により交流電力に変換された後、電力負荷（図示せず）に向けて供給される。
【０１０９】
この際、燃料電池１からは、燃料ガス及び酸化剤ガスの一部が、残余燃料ガス及び残余酸化剤ガスとして、残余燃料ガス排出流路２１及び残余酸化剤ガス排出流路２５に排出される。ここで、残余酸化剤ガス排出流路２５を介して凝縮器２４に導入された残余酸化剤ガスは、貯湯水流路７を通流する貯湯水との熱交換により冷却されて、残余酸化剤ガスが含有する水蒸気は凝縮水として分離される。この分離された凝縮水は、凝縮水タンク２８に貯蔵される。尚、凝縮器２４により除湿及び冷却された残余酸化剤ガスは、排気口を通じて燃料電池システム２００の外部に排出される。一方、残余燃料ガス排出流路２１を介して凝縮器２０に導入された残余燃料ガスは、貯湯水流路７を通流する貯湯水との熱交換により冷却されて、残余燃料ガスが含有する水蒸気は凝縮水として分離される。この分離された凝縮水は、凝縮水タンク２６に貯蔵される。ここで、凝縮器２０により除湿された残余燃料ガスは、水素生成装置１７の温度状態を高温状態に保持するためのバーナ１８に供給される。バーナ１８で燃焼された残余燃料ガスは、高温状態の燃焼排ガスとしてバーナ１８から燃焼排ガス排出流路２３に排出される。燃焼排ガス排出流路２３を介して凝縮器２２に導入された燃焼排ガスは、貯湯水流路７を通流する貯湯水との熱交換により冷却されて、燃焼排ガスが含有する水蒸気は凝縮水として分離される。この分離された凝縮水は、凝縮水タンク２７に貯蔵される。尚、凝縮器２２により除湿された燃焼排ガスは、排気口を通じて燃料電池システム２００の外部に排出される。
【０１１０】
一方、燃料電池１では、その発電運転の際に直流電力の生成と同時に熱が生成される。この燃料電池１において生成した熱は、冷却水循環ポンプ４を作動させ、冷却水流路３を循環する冷却水を燃料電池１に通流させてそれと熱交換させることにより、その冷却水により逐次回収される。このように、燃料電池システム２００では、燃料電池１の排熱が冷却水により逐次回収されるので、燃料電池１の温度が適切な温度に制御される。
【０１１１】
ここで、燃料電池１との熱交換により温度上昇した冷却水は、その後、熱交換器５に供給され、そこで貯湯水流路７を通流する貯湯水との熱交換により冷却された後、冷却水タンク２に戻される。この冷却水タンク２に戻された冷却水は、冷却水循環ポンプ４により冷却水タンク２から再度排出されて、燃料電池１に再び供給される。この際、貯湯水循環ポンプ８を作動することにより、貯湯タンク６に貯蔵されている貯湯水を貯湯水流路７に供給して、その貯湯水流路７において循環させる。
【０１１２】
貯湯タンク６から貯湯水流路７に供給された貯湯水は、貯湯水循環ポンプ８を通過した後、貯湯水流路７を通流しながら凝縮器２０，２４，２２に供給される。そして、貯湯水は、凝縮器２０，２４，２２において熱交換により昇温された後、熱交換器５に供給される。すると、熱交換器５では、冷却水流路３から供給された高温状態の冷却水と熱交換することにより、貯湯水が更に昇温される。この更に昇温された貯湯水は、その後、貯湯水流路７を通過して高温状態の貯湯水として貯湯タンク６に貯蔵される。尚、この貯蔵された高温状態の貯湯水は、貯湯タンク６の図２では上方から必要に応じて給湯や温水暖房等のための給湯利用機器（図示せず）に向けて供給される。
【０１１３】
一方、燃料電池システム２００の発電運転の際、冷却水の蒸発等により水位センサ９が冷却水タンク２における水位の低下を検知すると、制御部３８は、その検知信号を受けて補給水ポンプ１４を作動させて、補給水タンク１０に貯蔵されている冷却水を冷却水タンク２に供給する。その後、冷却水の補給により水位センサ９が冷却水タンク２における水位の復帰を検知すると、制御部３８は、その検知信号を受けて補給水ポンプ１４の動作を停止させて、補給水タンク１０から冷却水タンク２への冷却水の補給を停止させる。又、この際、凝縮水の貯溜により水位センサ３２，３３，３４が凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の上昇を検知すると、制御部３８は、その検知信号を受けて凝縮水排出弁２９，３０，３１を作動させて、凝縮水タンク２６，２７，２８に貯蔵されている余剰の凝縮水を排出する。その後、凝縮水の排出により水位センサ３２，３３，３４が凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の復帰を検知すると、制御部３８は、その検知信号を受けて凝縮水排出弁２９，３０，３１を遮断させて、これにより、凝縮水タンク２６，２７，２８からの凝縮水の排出を停止させる。
【０１１４】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム２００の動作に関して、熱交換器５におけるクロスコネクションの発生を検知するための特徴的な動作と検知後の具体的な動作とについて説明する。
【０１１５】
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特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、本実施の形態において、燃料電池システム２００の水位センサ９，１５，３２〜３７は、その水位検知位置に水面が到達している場合にはＯＮ信号を出力し、到達していない場合にはＯＦＦ信号を出力する。
【０１１６】
先ず、冷却水タンク２における水位の変化の異常検知及びその後の具体的な動作ついて説明すると、制御部３８は、燃料電池システム２００の運転中における補給水ポンプ１４の作動頻度を演算するための作動回数カウンタＮ１とタイマＴ１とを共にゼロに設定した後、タイマＴ１をスタートさせる（ステップＳ１０１）。
【０１１７】
次いで、制御部３８は、燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、燃料電池１が運転中であると判定した場合（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、制御部３８は、タイマＴ１が所定の時間Ｔｃを経過したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、タイマＴ１が所定の時間Ｔｃを経過している場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、制御部３８は、所定の時間Ｔｃ以上の時間における補給水ポンプ１４の作動回数カウンタＮ１が制御部３８に予め設定されている所定の作動回数Ｎｃ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。具体的には、このステップＳ１０４では、制御部３８は、水位センサ９により冷却水タンク２における水位が所定の下限値以下になったことを検知して補給水ポンプ１２によりその水位が所定の下限値を超えるよう冷却水タンク２に冷却水を補給した所定の時間における作動回数カウンタＮ１が予め設定されている所定の作動回数Ｎｃ以下であるか否かを判定する。換言すれば、制御部３８は、水位センサ９により冷却水タンク２における水位が所定の下限値以下になったことを検知して補給水ポンプ１４によりその水位が所定の下限値を超えるように冷却水タンク２に冷却水を補給した頻度が所定の補給頻度以下であるか否かを判定する。
【０１１８】
そして、この燃料電池システム２００では、補給水ポンプ１４の作動回数カウンタＮ１が所定の作動回数Ｎｃ以下である場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、制御部３８は、冷却水タンク２における水位の異常な変化を検知して、実施の形態１の場合と同様、燃料電池システム２００の運転を停止させ（ステップＳ１１５）、そして、燃料電池システム２００の次回起動の禁止処理を行う（ステップＳ１１６）。次いで、制御部３８は、市水遮断弁４０の遮断を行う（ステップＳ１１７）。そして、燃料電池システム２００の制御部３８は、リモコン３９の異常表示器３９ａに「冷却水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を表示させる。
【０１１９】
一方、ステップＳ１０４にて作動回数カウンタＮ１が所定の作動回数Ｎｃを超える場合には（ステップＳ１０４でＮＯ）、制御部３８は、冷却水タンク２における水位の変化は正常な水位の変化であると判定して、作動回数カウンタＮ１とタイマＴ１とを共にゼロに再設定した後、タイマＴを再びスタートさせる（ステップＳ１０５）。
【０１２０】
ステップＳ１０５の実行後、及び、タイマＴ１が所定の時間Ｔｃを経過してはいない場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、制御部３８は、水位センサ９がＯＦＦ信号を出力しているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、水位センサ９がＯＦＦ信号を出力せずＯＮ信号を出力している場合（ステップＳ１０６でＮＯ）、制御部３８は、制御ステップをステップＳ１０３に移行させる。
【０１２１】
これに対して、水位センサ９がＯＦＦ信号を出力している場合（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、制御部３８は、補給水ポンプ１４を作動させる（ステップＳ１０７）。そして、制御部３８は、補給水ポンプ１４の作動中に水位センサ９の出力信号を監視して（ステップＳ１０８）、水位センサ９の出力がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わると（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、補給水ポンプ１４の動作を停止させて、作動回数カウンタＮ１をＮ１＝Ｎ１＋１と設定する（ステップＳ１０９）。尚、制御部３８は、水位センサ９の出力がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わらない場合（ステップＳ１０８でＮＯ）、制御ステップをステップＳ１０８に移行させる。
【０１２２】
その後、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中であると判定する場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、制御ステップをステップＳ１０３に移行させる。しかしながら、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が停止中であると判定する場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、冷却水排出弁１６を作動させる（ステップＳ１１１）。これにより、制御部３８は、冷却水タンク２に貯蔵されている冷却水を排出させる。
【０１２３】
次いで、制御部３８は、冷却水排出弁１６の作動中に水位センサ１５の出力信号を監視して（ステップＳ１１２）、水位センサ１５の出力がＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、冷却水排出弁１６を遮断させる（ステップＳ１１３）。これにより、制御部３８は、冷却水タンク２に貯蔵されている冷却水の排出を停止させる。尚、制御部３８は、水位センサ１５の出力信号がＯＮ信号であることを検知する場合（ステップＳ１１２でＮＯ）、制御ステップをステップＳ１１２に再び移行させる。
【０１２４】
その後、制御部３８は、水位センサ９の出力信号を監視して（ステップＳ１１４）、水位センサ９の出力がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ１１４でＹＥＳ）、冷却水タンク２における水位の異常な変化を検知して、燃料電池システム２００の次回起動の禁止処理を行ない（ステップＳ１１６）、市水遮断弁４０の遮断を行なう（ステップＳ１１７）。この際、燃料電池システム２００の制御部３８は、リモコン３９の異常表示器３９ａに「冷却水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を表示させる。尚、制御部３８は、ステップＳ１１４において水位センサ９からＯＦＦ信号が検知され（ステップＳ１１４でＮＯ）、かつ移行先であるステップＳ１０２において燃料電池１が停止中であると判定される場合には（ステップ１０２でＮＯ）、その期間においてステップＳ１０２とステップＳ１１４とを繰り返し、水位センサ９の出力信号の監視（ステップＳ１１４）を継続する。
【０１２５】
以上、本実施の形態に係る燃料電池システム２００の構成によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生した場合、補給水ポンプ１４の作動頻度（Ｎ１／Ｔｃ）が正常時の作動頻度よりも少ない作動頻度で冷却水タンク２における水位を一定に保つことができるが、この特徴的な現象を利用して、補給水ポンプ１４の作動頻度が制御部３８に予め設定されている所定の補給頻度（Ｎｃ／Ｔｃ）未満であることを検知すれば、制御部３８は、熱交換器５においてクロスコネクションが発生したことを報知することが可能になる。
【０１２６】
又、本実施の形態によれば、制御部３８が補給水ポンプ１４の運転を停止させた際、冷却水排出弁１６を作動させて冷却水タンク２における水位を水位センサ１５がＯＦＦ信号を出力する水位とすることにより、熱交換器５においてクロスコネクションが発生した場合には、水位センサ９がＯＮ信号を出力する水位にまで水位が上昇するため、制御部３８は、水位センサ９からのＯＮ信号を検知することにより、熱交換器５においてクロスコネクションが発生したことを報知することが可能になる。
【０１２７】
又、本実施の形態によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生して、制御部３８が異常表示器３９ａに異常の発生を報知させる場合、停止処理を実行して、燃料電池システム１００の運転を強制的に停止させるので、燃料電池１において漏電が継続することや、貯湯タンク６から熱交換器５を介して冷却水タンク２に供給された貯湯水が継続的に廃棄されることを防止することが可能になる。この場合、制御部３８は燃料電池システム１００を停止状態から運転起動させることを継続して許可しないので、クロスコネクションが発生している状態で誤って燃料電池システム２００が再起動されることを防止することが可能になる。
【０１２８】
又、本実施の形態によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生した場合には、リモコン３９の異常表示器３９ａに「冷却水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨が表示されるので、利用者は、熱交換器５においてクロスコネクションが発生したことを視覚的に認知することが可能になる。
【０１２９】
又、本実施の形態によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生した場合には、制御部３８により市水遮断弁４０が遮断されるので、市水の供給源から貯湯タンク６への市水の新たな流入が防止される。これにより、冷却水流路３及び冷却水タンク２への市水の混入が防止されるので、燃料電池１における漏電を防止することが可能になる。
【０１３０】
尚、本実施の形態に係る燃料電池システム２００の動作では、制御部３８が水位センサ１５の出力信号に基づき冷却水排出弁１６を制御することで冷却水タンク２における水位を制御する形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、制御部３８が、水位センサ１５を用いることなく、冷却水排出弁１６を所定の時間作動させることにより、冷却水タンク２における水位を制御する形態としてもよい。例えば、図３に示すステップＳ１１１〜ステップＳ１１３では、水位センサ１５の出力信号に基づき冷却水排出弁１６を停止させている。しかしながら、ステップＳ１０７〜ステップＳ１０９により、冷却水タンク２における水位は予め規定の水位に制御されている。従って、制御部３８は、冷却水排出弁１６を所定の時間作動させることにより、冷却水タンク２における水位を所望の水位にまで低下させることができる。
【０１３１】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、水位センサ１５が設けられている。しかしながら、水位センサ９が出力するＯＮ信号／ＯＦＦ信号にレファレンスがある場合は、水位センサ１５を設けることなく、水位センサ９からのＯＦＦ信号を検知するまで、冷却水排出弁１６を作動させてもよい。
【０１３２】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、補給水タンク１０が貯蔵する冷却水を冷却水タンク２に供給するための補給水ポンプ１４を設けているが、これに限定されることはない。例えば、補給水ポンプ１４を設ける形態に代えて、補給水弁（例えば、図１に示す補給水弁１１ａ）を設ける形態としてもよい。
【０１３３】
又、本実施の形態では、燃料電池システム２００が凝縮水排出弁２９，３１を備えている形態を示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の場合と同様にして、凝縮水タンク２６，２８がオーバーフロー管を各々備えている形態としてもよい。
【０１３４】
尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。
【０１３５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成及びその基本的な動作は、図２に示す実施の形態２に係る燃料電池システムの構成及びその基本的な動作と同様である。従って、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成及びその基本的な動作に関する説明は省略する。
【０１３６】
以下、本実施の形態に係る燃料電池システムの動作に関して、図２に示す燃料電池システム２００の凝縮器２０におけるクロスコネクションの発生を検知するための特徴的な動作と検知後の具体的な動作とについて説明する。
【０１３７】
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特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、本実施の形態において、燃料電池システム２００の水位センサ３２，３５は、その水位検知位置に水面が到達している場合にはＯＮ信号を出力し、到達していない場合にはＯＦＦ信号を出力する。
【０１３８】
先ず、制御部３８は、燃料電池システム２００の運転中における凝縮水排出弁２９の作動頻度を演算するための作動回数カウンタＮ２とタイマＴ２とを共にゼロに設定した後、タイマＴ２をスタートさせる（ステップＳ２０１）。
【０１３９】
次いで、制御部３８は、燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ２０２）。ここで、燃料電池１が運転中であると判定した場合（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、制御部３８は、タイマＴ２が所定の時間Ｔｃを経過したか否かを判定する（ステップＳ２０３）。そして、タイマＴ２が所定の時間Ｔｃを経過している場合（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、制御部３８は、所定の時間Ｔｃ内の時間における凝縮水排出弁２９の作動回数カウンタＮ２が制御部３８に予め設定されている所定の作動回数Ｎｃ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。具体的には、このステップＳ２０４では、制御部３８は、水位センサ３２により凝縮水タンク２６における水位が所定の上限値以上であることを検知して凝縮水排出弁２９によりその水位を所定の上限値未満に収めるように制御した所定の時間Ｔｃにおける作動回数カウンタＮ２が予め設定されている所定の作動回数Ｎｃ以上であるか否かを判定する。換言すれば、制御部３８は、水位センサ３２により凝縮水タンク２６における水位が所定の上限値以上であることを検知して凝縮水排出弁２９によりその水位が所定の上限未満となるよう凝縮水タンク２６から凝縮水を排出した所定の時間における作動回数カウンタＮ２が予め設定されている所定の作動回数Ｎｃ以上であるか否かを判定する。
【０１４０】
そして、凝縮水排出弁２９の作動回数カウンタＮ２が所定の作動回数Ｎｃ以上である場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、制御部３８は、凝縮水タンク２６における水位の異常な変化を検知して、実施の形態１，２の場合と同様、燃料電池システム２００の運転を停止させ（ステップＳ２１５）、そして、燃料電池システム２００の次回起動の禁止処理を行う（ステップＳ２１６）。次いで、制御部３８は、市水遮断弁４０の遮断を行う（ステップＳ２１７）。そして、燃料電池システム２００の制御部３８は、リモコン３９の異常表示器３９ａに「冷却水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を表示させる。
【０１４１】
一方、ステップＳ２０４にて作動回数カウンタＮ２が所定の作動回数Ｎｃ未満である場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、制御部３８は、作動回数カウンタＮ２とタイマＴ２とを共にゼロに再設定した後、タイマＴ２を再びスタートさせる（ステップＳ２０５）。
【０１４２】
ステップＳ２０５の実行後、及び、タイマＴ２が所定の時間Ｔｃを経過してはいない場合（ステップＳ２０３でＮＯ）、制御部３８は、水位センサ３２がＯＮ信号を出力しているか否かを判定する（ステップＳ２０６）。ここで、水位センサ３２がＯＮ信号を出力せずＯＦＦ信号を出力している場合（ステップＳ２０６でＮＯ）、制御部３８は、制御ステップをステップＳ２０３に移行させる。
【０１４３】
これに対して、水位センサ３２がＯＮ信号を出力している場合（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、制御部３８は、凝縮水排出弁２９を作動させる（ステップＳ２０７）。そして、制御部３８は、凝縮水排出弁２９の作動中に水位センサ３２の出力信号を監視して（ステップＳ２０８）、水位センサ３２の出力がＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り替わると（ステップＳ２０８でＹＥＳ）、凝縮水排出弁２９の動作を停止させて、作動回数カウンタＮ２をＮ２＝Ｎ２＋１と設定する（ステップＳ２０９）。尚、制御部３８は、水位センサ３２の出力がＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り替わらない場合（ステップＳ２０８でＮＯ）、制御ステップをステップＳ２０８に移行させる。
【０１４４】
その後、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ２１０）。ここで、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中である場合（ステップＳ２１０でＮＯ）、制御ステップをステップＳ２０３に移行させる。しかし、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が停止中であると判定する場合には（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、凝縮水排出弁２９を作動させる（ステップＳ２１１）。これにより、制御部３８は、凝縮水タンク２６に貯蔵されている凝縮水を排出させる。
【０１４５】
次いで、制御部３８は、冷却水排出弁２９の作動中に水位センサ３５の出力信号を監視して（ステップＳ２１２）、水位センサ３５の出力信号がＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ２１２でＹＥＳ）、凝縮水排出弁２９を遮断させる（ステップＳ２１３）。これにより、制御部３８は、凝縮水タンク２６に貯蔵されている凝縮水の排出を停止させる。尚、制御部３８は、水位センサ１５の出力信号がＯＮ信号であることを検知すると（ステップＳ２１２でＮＯ）、制御ステップをステップＳ２１２に再び移行させる。
【０１４６】
そして、制御部３８は、水位センサ３２の出力信号を監視して（ステップＳ２１４）、水位センサ３２の出力がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ２１４でＹＥＳ）、凝縮水タンク２６における水位の異常な変化を検知して、燃料電池システム２００の次回起動の禁止処理を行ない（ステップＳ２１６）、市水遮断弁４０の遮断を行なう（ステップＳ２１７）。又、この際、燃料電池システム２００の制御部３８は、リモコン３９の異常表示器３９ａに「凝縮水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を表示させる。尚、制御部３８は、ステップＳ２１４において水位センサ３２からＯＦＦ信号が検知され（ステップＳ２１４でＮＯ）、かつ移行先であるステップＳ２０２において燃料電池１が停止中であると判定されると（ステップ２０２でＮＯ）、その期間においてステップＳ２０２とステップＳ２１４とを繰り返し、水位センサ３２の出力信号の監視（ステップＳ２１４）を継続する。
【０１４７】
以上、本実施の形態に係る特徴的な動作によれば、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生した場合、凝縮水排出弁２９の作動頻度（Ｎ２／Ｔｃ）が正常時の作動頻度よりも多い作動頻度で凝縮水タンク２６における水位を一定に保つことができるが、この特徴的な現象を利用して、凝縮水排出弁２９の作動頻度が制御部３８に予め設定されている所定の補給頻度（Ｎｃ／Ｔｃ）以上であることを検知すれば、制御部３８は、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生したことを報知することが可能になる。
【０１４８】
又、本実施の形態によれば、制御部３８が燃料電池１の運転を停止させた際、凝縮水排出弁２９を作動させて凝縮水タンク２６における水位を水位センサ３５がＯＦＦ信号を出力する水位とすることにより、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生した場合には水位センサ３２がＯＮ信号を出力する水位にまで水位が上昇するため、制御部３８は、水位センサ３２からのＯＮ信号を検知することにより、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生したことを報知することが可能になる。
【０１４９】
又、本実施の形態によれば、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生して、制御部３８が異常表示器３９ａに異常の発生を報知させる場合、停止処理を実行して、燃料電池システム２００の運転を強制的に停止させ、その後、停止状態から運転起動させることを継続して許可しないので、燃料電池１における漏電の継続や、誤って燃料電池システム２００が再起動されることを防止することが可能になる。
【０１５０】
又、本実施の形態によれば、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生した場合には、リモコン３９の異常表示器３９ａに「凝縮水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨が表示されるので、利用者は、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生したことを視覚的に認知することが可能になる。
【０１５１】
更に、本実施の形態によれば、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生した場合には、制御部３８により市水遮断弁４０が遮断されるので、市水の供給源から貯湯タンク６への市水の新たな流入が防止される。これにより、燃料電池１における漏電を防止することが可能になる。
【０１５２】
ここで、本実施の形態では、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生した場合の特徴的な動作について説明したが、水位センサ３２，３５及び凝縮水排出弁２９に代えて水位センサ３３，３４，３６，３７及び凝縮水排出弁３０，３１を用いることにより、凝縮水タンク２６の場合と同様にして、凝縮水タンク２７，２８におけるクロスコネクションの発生を報知することが可能になる。つまり、本実施の形態に係る特徴的な動作に基づけば、燃料電池システム２００の凝縮器２０，２２，２４の全てにおけるクロスコネクションの発生を報知することが可能になる。
【０１５３】
尚、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、凝縮水タンク２６，２７，２８が各々独立して設けられているが、かかる形態に限定されることはなく、凝縮器２０，２２，２４から排出された凝縮水を１つの凝縮水タンクに貯蔵する形態としてもよい。この場合、凝縮器２０，２２，２４の何れかにおけるクロスコネクションの発生は、本実施の形態に係る特徴的な動作と同様にして、その１つの凝縮水タンクにおける水位の異常な変化に基づき検知することが可能である。
【０１５４】
又、これに関連して、燃料電池システム２００では、凝縮水タンク２６，２７，２８の内の２つ（例えば、凝縮水タンク２６，２７）から排出される凝縮水をその他の凝縮水タンク（例えば、凝縮水タンク２８）に供給して、その他の凝縮水タンク（例えば、凝縮水タンク２８）における水位の異常な変化に基づき凝縮器２０，２２，２４の何れかにおけるクロスコネクションの発生を報知する形態としてもよい。かかる構成としても、本実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１５５】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム２００の動作では、制御部３８が水位センサ３５，３６，３７の出力信号に基づき凝縮水排出弁２９，３０，３１を制御することで凝縮水タンク２６，２７，２８における水位を制御する形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、制御部３８が、水位センサ３５，３６，３７を用いることなく、凝縮水排出弁２９，３０，３１を所定の時間作動させることにより、凝縮水タンク２６，２７，２８における水位を制御する形態としてもよい。例えば、図４に示すステップＳ２１１〜ステップＳ２１３では、水位センサ３５の出力信号に基づき、凝縮水排出弁２９を停止させている。しかしながら、ステップＳ２０７〜ステップＳ２０９により、凝縮水タンク２６における水位は予め規定の水位に制御されている。従って、制御部３８は、凝縮水排出弁２９を所定の時間作動させることにより、凝縮水タンク２６における水位を所望の水位にまで低下させることができる。
【０１５６】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、水位センサ３５，３６，３７を設けている。しかしながら、水位センサ３２，３３，３４が出力するＯＮ信号／ＯＦＦ信号にレファレンスがある場合は、水位センサ３５，３６，３７を設けることなく、水位センサ３２，３３，３４からのＯＦＦ信号を検知するまで、凝縮水排出弁２９，３０，３１を作動させてもよい。
【０１５７】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、貯湯タンク６から排出された貯湯水が凝縮器２０，２４，２２及び熱交換器５をこの順序で通過するように構成されているが、このような構成に限定されることはない。凝縮器２０，２４，２２及び熱交換器５の配設順序は、貯湯水と冷却水や燃料ガス及び酸化剤ガス等との熱交換が好適に可能であれば、如何なる配設順序であってもよい。又、本実施の形態では、凝縮器２０，２４，２２及び熱交換器５が直列に配置される形態を例示しているが、このような形態に限定されることはなく、適宜並列に配置する形態としてもよい。
【０１５８】
（実施の形態４）
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模式的に示すブロック図である。尚、図５では、本発明を説明するために必要な構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。又、図５では、図２に示す燃料電池システム２００の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下の説明ではそれらの構成要素に関する説明を省略する。
【０１５９】
図５に示すように、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム３００の構成は、基本的には、図２に示す実施の形態２，３に係る燃料電池システム２００の構成と同様である。しかしながら、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム３００の構成は、以下に示す３点について、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。
【０１６０】
先ず、第１の相違点について説明すると、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、冷却水タンク２及び凝縮水タンク２６，２７，２８における水位を検知するための水位センサ９，３２，３３，３４が検知可能な水位よりも更に高い水位を検知するための水位センサ１２，４１，４２，４３を更に備えている点で、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。ここで、水位センサ１２，４１，４２，４３は、水位センサ９，１５，３２〜３４，３５〜３７の場合と同様にして、配線により制御部３８と電気的に接続されている。
【０１６１】
次いで、第２の相違点について説明すると、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、市水遮断弁４０に代えて、給湯利用機器への高温状態の貯湯水の供給を遮断するための給湯遮断弁４４を備えている点で、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。ここで、給湯遮断弁４４は、市水遮断弁４０の場合と同様にして、配線により制御部３８と電気的に接続されている。
【０１６２】
更に、第３の相違点について説明すると、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、図２に示す異常表示器３９ａに代えて、クロスコネクションの発生に起因する異常が発生した旨を音声又は警報音により報知するための警報器４５を備えている点で、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。尚、警報器４５は、クロスコネクションに起因する異常の発生を報知するための異常報知器の具体的な実施の形態の一例である。
【０１６３】
尚、その他の点については、実施の形態２，３に係る燃料電池システム２００の構成と本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成とは同様である。
【０１６４】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の基本的な動作は、実施の形態２，３に係る燃料電池システム２００の基本的な動作と同様である。
【０１６５】
以下、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の動作に関して、図５に示す燃料電池システム３００の熱交換器５におけるクロスコネクションの発生を検知するための特徴的な動作と検知後の具体的な動作とについて説明する。
【０１６６】
図６は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、本実施の形態においても、燃料電池システム３００の水位センサ９，１２，１５は、その水位検知位置に水面が到達している場合にはＯＮ信号を出力し、到達していない場合にはＯＦＦ信号を出力する。
【０１６７】
図６に示すように、先ず、燃料電池システム３００の制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ３０１）。このステップＳ３０１で燃料電池１の運転状態が運転中であると判定すると（ステップＳ３０１でＹＥＳ）、制御部３８は、水位センサ１２の出力信号がＯＮ信号であるかＯＦＦ信号であるかを判定する（ステップＳ３０２）。
【０１６８】
ここで、制御部３８は、水位センサ１２の出力信号がＯＮ信号であると判定すると（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、冷却水タンク２における水位の異常な変化を検知して、燃料電池システム３００の運転を停止させ（ステップＳ３１２）、燃料電池システム３００の次回起動の禁止処理を行う（ステップＳ３１３）。又、制御部３８は、給湯遮断弁４４の遮断を行う（ステップＳ３１４）。そして、燃料電池システム３００の制御部３８は、警報器４５により「冷却水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を音声又は警報音により報知する。
【０１６９】
一方、制御部３８は、水位センサ１２の出力信号がＯＦＦ信号であると判定すると（ステップＳ３０２でＮＯ）、冷却水タンク２における水位は正常な水位であると判定して、水位センサ９の出力信号がＯＮ信号であるかＯＦＦ信号であるかを判定する（ステップＳ３０３）。ここで、制御部３８は、水位センサ９がＯＦＦ信号を出力せずにＯＮ信号を出力している場合（ステップＳ３０３でＮＯ）、制御ステップをステップＳ３０２に移行させる。
【０１７０】
これに対して、制御部３８は、水位センサ９がＯＦＦ信号を出力する場合（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、補給水ポンプ１４を作動させる（ステップＳ３０４）。そして、制御部３８は、補給水ポンプ１４の作動中に水位センサ９の出力信号を監視して（ステップＳ３０５）、水位センサ９の出力信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わると（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、補給水ポンプ１４の動作を停止させる（ステップＳ３０６）。尚、制御部３８は、水位センサ９の出力がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わらない場合（ステップＳ３０５でＮＯ）、制御ステップを再びステップＳ３０５に移行させる。
【０１７１】
その後、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ３０７）。ここで、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中である場合（ステップＳ３０７でＮＯ）、制御ステップをステップＳ３０２に移行させる。しかしながら、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が停止中であると判定すると（ステップＳ３０７でＹＥＳ）、冷却水排出弁１６を作動させる（ステップＳ３０８）。これにより、制御部３８は、冷却水タンク２に貯蔵されている冷却水を排出させる。
【０１７２】
次いで、制御部３８は、冷却水排出弁１６の作動中に水位センサ１５の出力信号を監視して（ステップＳ３０９）、水位センサ１５の出力信号がＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ３０９でＹＥＳ）、冷却水排出弁１６を遮断させる（ステップＳ３１０）。これにより、制御部３８は、冷却水タンク２に貯蔵されている冷却水の排出を停止させる。尚、制御部３８は、水位センサ１５の出力信号がＯＮ信号であることを検知すると（ステップＳ３０９でＮＯ）、制御ステップをステップＳ３０９に再び移行させる。
【０１７３】
その後、制御部３８は、水位センサ９の出力信号を監視して（ステップＳ３１１）、水位センサ９の出力信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ３１１でＹＥＳ）、冷却水タンク２における水位の異常な変化を検知して、燃料電池システム３００の次回起動の禁止処理を行ない（ステップＳ３１３）、給湯遮断弁４４の遮断を行なう（ステップＳ３１４）。そして、制御部３８は、警報器４５により「冷却水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を音声又は警報音により報知する。尚、制御部３８は、ステップＳ３１１において水位センサ９からＯＦＦ信号が検知され（ステップＳ３１１でＮＯ）、かつ移行先であるステップＳ３０１において燃料電池１が停止中であると判定されると（ステップ３０１でＮＯ）、その期間においてステップＳ３０１とステップＳ３１１とを繰り返し、水位センサ９の出力信号の監視（ステップＳ３１１）を継続する。
【０１７４】
以上、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の特徴的な構成によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生した場合、貯湯水流路７を通流する貯湯水が熱交換器５を介して冷却水流路３に流入して、冷却水タンク２における水位は水位センサ９の検知可能な水位を超えて上昇するが、この補給水タンク１０から冷却水が補給されない状態での冷却水タンク２における正常時には起こりえない水位センサ１２からのＯＮ信号を検知することより、制御部３８は、冷却水タンク２における水位の異常な上昇を検知して、熱交換器５においてクロスコネクションが発生したことを警報器４５により報知することが可能になる。
【０１７５】
又、本実施の形態では、制御部３８が、燃料電池１の運転を停止させた際、冷却水排出弁１６の状態を開放状態として冷却水タンク２から冷却水を排出させる。そして、制御部３８は、冷却水タンク２における水位を水位センサ１５がＯＦＦ信号を出力する水位にまで低下させる。これにより、制御部３８は、熱交換器５においてクロスコネクションが発生して、冷却水タンク２における水位が水位センサ９からＯＮ信号が出力される水位にまで上昇した場合、その水位センサ９から出力されたＯＮ信号を検知することで、冷却水タンク２における水位の異常な上昇を検知して、熱交換器５においてクロスコネクションが発生したことを報知することが可能になる。
【０１７６】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生して、冷却水タンク２における水位が異常に上昇した場合、制御部３８は警報器４５により「冷却水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を音声又は警報音により報知するので、使用者に対してクロスコネクションの発生を聴覚的に告知することが可能になる。
【０１７７】
更に、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成によれば、熱交換器５においてクロスコネクションが発生して、冷却水タンク２における水位が異常に上昇した場合、制御部３８が給湯遮断弁４４を遮断するため、貯湯タンク６への市水の供給が遮断しているような状況下において給湯利用が発生する場合においても、貯湯タンク６に貯蔵されている貯湯水がヘッド圧により冷却水流路４に流入することを防止することが可能になる。
【０１７８】
尚、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の動作では、制御部３８が水位センサ１５の出力信号に基づき冷却水排出弁１６を制御することで冷却水タンク２における水位を制御する形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、制御部３８が、水位センサ１５を用いることなく、冷却水排出弁１６を所定の時間作動させることにより、冷却水タンク２における水位を制御する形態としてもよい。具体的には、図６に示すステップＳ３０８〜ステップＳ３１０では、水位センサ１５の出力信号に基づき、冷却水排出弁１６を作動及び停止させている。しかしながら、ステップＳ３０４〜ステップＳ３０６により、冷却水タンク２における水位は、予め所定の水位に制御されている。従って、制御部３８は、冷却水排出弁１６を所定の時間作動させることにより、冷却水タンク２における水位を所望の水位にまで低下させることができる。
【０１７９】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、水位センサ１５が設けられている。しかしながら、水位センサ９が出力するＯＮ信号／ＯＦＦ信号にレファレンスがある場合は、水位センサ１５を設けることなく、水位センサ９からのＯＦＦ信号を検知するまで、冷却水排出弁１６を作動させてもよい。
【０１８０】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、補給水タンク１０が貯蔵する冷却水を冷却水タンク２に供給するための補給水ポンプ１４を設けているが、これに限定されることはない。例えば、補給水ポンプ１４を設ける形態に代えて、補給水弁（例えば、図１に示す補給水弁１１ａ）を設ける形態としてもよい。
【０１８１】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成及びその基本的な動作は、図５に示す実施の形態４に係る燃料電池システムの構成及びその基本的な動作と同様である。従って、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成及びその基本的な動作に関する説明は省略する。
【０１８２】
以下、本実施の形態に係る燃料電池システムの動作に関して、図５に示す燃料電池システム３００の凝縮器２０におけるクロスコネクションの発生を検知するための特徴的な動作と検知後の具体的な動作とについて説明する。
【０１８３】
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特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、本実施の形態において、燃料電池システム３００の水位センサ３２，３５，４１は、その水位検知位置に水面が到達している場合にはＯＮ信号を出力し、到達していない場合にはＯＦＦ信号を出力する。
【０１８４】
図７に示すように、先ず、燃料電池システム３００の制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ４０１）。このステップＳ４０１で燃料電池１の運転状態が運転中であると判定すると（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、制御部３８は、水位センサ４１の出力信号がＯＮ信号であるかＯＦＦ信号であるかを判定する（ステップＳ４０２）。
【０１８５】
ここで、制御部３８は、水位センサ４１の出力信号がＯＮ信号であると判定すると（ステップＳ４０２でＹＥＳ）、冷却水タンク２における水位の異常な変化を検知して、燃料電池システム３００の運転を停止させ（ステップＳ４１２）、燃料電池システム３００の次回起動の禁止処理を行う（ステップＳ４１３）。又、制御部３８は、給湯遮断弁４４の遮断を行う（ステップＳ４１４）。そして、燃料電池システム３００の制御部３８は、警報器４５により「凝縮水タンク２６における水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を音声又は警報音により報知する。
【０１８６】
これに対して、制御部３８は、水位センサ４１の出力信号がＯＦＦ信号であると判定すると（ステップＳ４０２でＮＯ）、凝縮水タンク２６における水位は正常な水位であると判定した後、水位センサ３２の出力信号がＯＮ信号であるかＯＦＦ信号であるかを判定する（ステップＳ４０３）。ここで、制御部３８は、水位センサ３２がＯＦＦ信号を出力せずにＯＮ信号を出力している場合（ステップＳ４０３でＮＯ）、制御ステップをステップＳ４０２に移行させる。
【０１８７】
一方、制御部３８は、水位センサ３２がＯＦＦ信号を出力する場合（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、凝縮水排出弁２９を作動させる（ステップＳ４０４）。そして、制御部３８は、凝縮水排出弁２９の作動中に水位センサ３２の出力信号を監視して（ステップＳ４０５）、水位センサ３２の出力信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わると（ステップＳ４０５でＹＥＳ）、凝縮水排出弁２９の動作を停止させる（ステップＳ４０６）。尚、制御部３８は、水位センサ３２の出力がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わらない場合（ステップＳ４０５でＮＯ）、制御ステップを再びステップＳ４０５に移行させる。
【０１８８】
その後、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中であるか停止中であるかを判定する（ステップＳ４０７）。ここで、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が運転中である場合（ステップＳ４０７でＮＯ）、制御ステップをステップＳ４０２に移行させる。しかしながら、制御部３８は、現在の燃料電池１の運転状態が停止中であると判定すると（ステップＳ４０７でＹＥＳ）、凝縮水排出弁２９を作動させる（ステップＳ４０８）。これにより、制御部３８は、凝縮水タンク２６に貯蔵されている凝縮水を排出させる。
【０１８９】
次いで、制御部３８は、凝縮水排出弁２９の作動中に水位センサ３５の出力信号を監視して（ステップＳ４０９）、水位センサ３５の出力信号がＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ４０９でＹＥＳ）、凝縮水排出弁２９を遮断させる（ステップＳ４１０）。これにより、制御部３８は、凝縮水タンク２６に貯蔵されている凝縮水の排出を停止させる。尚、制御部３８は、水位センサ３５の出力信号がＯＮ信号であることを検知すると（ステップＳ４０９でＮＯ）、制御ステップをステップＳ４０９に再び移行させる。
【０１９０】
そして、その後、制御部３８は、水位センサ３２の出力信号を監視して（ステップＳ４１１）、水位センサ３２の出力信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替わったことを検知すると（ステップＳ４１１でＹＥＳ）、凝縮水タンク２６における水位の異常な変化を検知して、燃料電池システム３００の次回起動の禁止処理を行ない（ステップＳ４１３）、給湯遮断弁４４の遮断を行なう（ステップＳ４１４）。そして、制御部３８は、警報器４５により「凝縮水タンク２６における水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を音声又は警報音により報知する。尚、制御部３８は、ステップＳ４１１において水位センサ３２からＯＦＦ信号が検知され（ステップＳ４１１でＮＯ）、かつ移行先であるステップＳ４０１において燃料電池１が停止中であると判定されると（ステップ４０１でＮＯ）、その期間においてステップＳ４０１とステップＳ４１１とを繰り返し、水位センサ３２の出力信号の監視（ステップＳ４１１）を継続する。
【０１９１】
以上、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の特徴的な構成によれば、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生した場合、貯湯水流路７を通流する貯湯水が凝縮器２０を介して貯湯水流路２１に流入して、凝縮水タンク２６における水位は水位センサ３２の検知可能な水位を超えて上昇するが、この凝縮器２０（燃料電池１）から凝縮水が補給されない状態での凝縮水タンク２６における正常時には起こりえない水位センサ４１からのＯＮ信号を検知することより、制御部３８は、凝縮水タンク２６における水位の異常な上昇を検知して、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生したことを警報器により報知することが可能になる。
【０１９２】
又、本実施の形態では、制御部３８が、燃料電池１の運転を停止させた際、凝縮水排出弁２９の状態を開放状態として凝縮水タンク２６から凝縮水を排出させる。そして、制御部３８は、凝縮水タンク２６における水位を水位センサ３５がＯＦＦ信号を出力する水位にまで低下させる。これにより、制御部３８は、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生して、凝縮水タンク２６における水位が水位センサ３２からＯＮ信号が出力される水位にまで上昇した場合、その水位センサ３２から出力されたＯＮ信号を検知することにより、凝縮水タンク２６における水位の異常な上昇を検知して、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生したことを報知することが可能になる。又、これにより、燃料電池システム３００の次回起動を禁止することが可能になる。
【０１９３】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成によれば、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生して、凝縮水タンク２６における水位が異常に上昇した場合、制御部３８は警報器４５により「凝縮水タンク２６における水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を音声又は警報音により報知するので、使用者に対してクロスコネクションの発生を聴覚的に告知することが可能になる。
【０１９４】
更には、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成によれば、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生して、凝縮水タンク２６における水位が異常に上昇した場合、制御部３８が給湯遮断弁４４を遮断するため、貯湯タンク６への市水の供給が遮断しているような状況下において給湯利用が発生する場合においても、貯湯タンク６に貯蔵されている貯湯水がヘッド圧により凝縮水タンク２６に流入することを防止することが可能になる。
【０１９５】
ここで、本実施の形態では、凝縮器２０においてクロスコネクションが発生した場合の特徴的な動作について説明したが、水位センサ３２，３５，４１及び凝縮水排出弁２９に代えて水位センサ３３，３４，３６，３７，４２，４３及び凝縮水排出弁３０，３１を用いることにより、凝縮水タンク２６の場合と同様にして、凝縮水タンク２７，２８におけるクロスコネクションの発生を報知することが可能になる。つまり、本実施の形態に係る特徴的な動作に基づけば、燃料電池システム３００の凝縮器２０，２２，２４の全てにおけるクロスコネクションの発生を報知することが可能になる。
【０１９６】
尚、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、凝縮水タンク２６，２７，２８が各々独立して設けられているが、かかる形態に限定されることはなく、凝縮器２０，２２，２４から排出された凝縮水を１つの凝縮水タンクに貯蔵する形態としてもよい。この場合、凝縮器２０，２２，２４の何れかにおけるクロスコネクションの発生は、本実施の形態に係る特徴的な動作と同様にして、その１つの凝縮水タンクにおける水位の異常な変化に基づき検知することが可能である。
【０１９７】
又、これに関連して、燃料電池システム３００では、凝縮水タンク２６，２７，２８の内の２つ（例えば、凝縮水タンク２６，２７）から排出される凝縮水をその他の凝縮水タンク（例えば、凝縮水タンク２８）に供給して、その他の凝縮水タンク（例えば、凝縮水タンク２８）における水位の異常な変化に基づき凝縮器２０，２２，２４の何れかにおけるクロスコネクションの発生を報知する形態としてもよい。かかる構成としても、本実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１９８】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の動作では、制御部３８が水位センサ３５，３６，３７の出力信号に基づき凝縮水排出弁２９，３０，３１を制御することで凝縮水タンク２６，２７，２８における水位を制御する形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、制御部３８が、水位センサ３５，３６，３７を用いることなく、凝縮水排出弁２９，３０，３１を所定の時間作動させることにより、凝縮水タンク２６，２７，２８における水位を制御する形態としてもよい。例えば、図７に示すステップＳ４０８〜ステップＳ４１０では、水位センサ３５の出力信号に基づき、凝縮水排出弁２９を停止させている。しかしながら、ステップＳ４０３〜ステップＳ４０５により、凝縮水タンク２６における水位は予め規定の水位に制御されている。従って、制御部３８は、凝縮水排出弁２９を所定の時間作動させることにより、凝縮水タンク２６における水位を所望の水位にまで低下させることができる。
【０１９９】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、水位センサ３５，３６，３７を設けている。しかしながら、水位センサ３２，３３，３４が出力するＯＮ信号／ＯＦＦ信号にレファレンスがある場合は、水位センサ３５，３６，３７を設けることなく、水位センサ３２，３３，３４からのＯＦＦ信号を検知するまで、凝縮水排出弁２９，３０，３１を作動させてもよい。
【０２００】
又、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、貯湯タンク６から排出された貯湯水が凝縮器２０，２４，２２及び熱交換器５をこの順序で通過するように構成されているが、このような構成に限定されることはない。凝縮器２０，２４，２２及び熱交換器５の配設順序は、貯湯水と冷却水や燃料ガス及び酸化剤ガス等との熱交換が好適に可能であれば、如何なる配設順序であってもよい。又、本実施の形態では、凝縮器２０，２４，２２及び熱交換器５が直列に配置される形態を例示しているが、このような形態に限定されることはなく、適宜並列に配置する形態としてもよい。
【０２０１】
（実施の形態６）
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構成を模式的に示すブロック図である。尚、図８では、本発明を説明するために必要な構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。又、図８では、図２に示す燃料電池システム２００の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下の説明ではそれらの構成要素に関する説明を省略する。
【０２０２】
図８に示すように、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システム４００の構成は、基本的には、図２に示す実施の形態２，３に係る燃料電池システム２００の構成と同様である。しかしながら、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システム４００の構成は、以下に示す３点について、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。
【０２０３】
先ず、第１の相違点について説明すると、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成は、燃料電池１に供給する燃料ガス及び酸化剤ガス（空気）を加湿するための燃料ガス加湿器４６及び空気加湿器４７と、これらの燃料ガス加湿器４６及び空気加湿器４７に向けて冷却水タンク２が貯蔵する冷却水の一部を供給するための燃料側加湿水供給流路４８及び空気側加湿水供給流路４９と、冷却水タンク２が貯蔵する冷却水の一部を水素生成装置１７に向けて水蒸気改質用水として供給するための改質水供給流路５０とを更に備えている点で、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。ここで、燃料側加湿水供給流路４８、空気側加湿水供給流路４９、改質水供給流路５０は、配管により構成されている。
【０２０４】
次いで、第２の相違点について説明すると、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成は、市水遮断弁４０に加えて、給湯利用機器への高温状態の貯湯水の供給を遮断するための給湯遮断弁４４を備えている点で、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。ここで、給湯遮断弁４４は、市水遮断弁４０の場合と同様にして、配線により制御部３８と電気的に接続されている。
【０２０５】
更に、第３の相違点について説明すると、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成は、リモコン３９及び警報器４５に代えて、クロスコネクションの発生に起因する異常が発生した旨や次回起動を禁止する旨等を含む電気信号を接点出力又は電気出力として出力する信号出力器５１を備えている点で、図２に示す燃料電池システム２００の構成とは異なっている。尚、信号出力器５１は、クロスコネクションに起因する異常の発生を報知するための異常報知器の具体的な実施の形態の一例である。
【０２０６】
尚、その他の点については、実施の形態２，３に係る燃料電池システム２００の構成と本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成とは同様である。
【０２０７】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の動作について説明する。
【０２０８】
本実施の形態に係る燃料電池システム４００では、都市ガス等の炭化水素系の原料ガスと、改質水供給流路５０を通過して供給された冷却水の一部を用いる水蒸気改質反応が水素生成装置１７において進行することで、水素リッチな燃料ガスが生成される。この水素生成装置１７において生成された燃料ガスは、燃料ガス供給流路１９を通流されて燃料ガス加湿器４６に供給され、燃料側加湿水供給流路４８により供給された冷却水の一部が用いられてその湿度が調整された後、燃料電池１に供給される。
【０２０９】
一方、酸素を含む酸化剤ガスとしての空気は、空気加湿器４７において空気側加湿水供給流路４９により供給された冷却水の一部が用いられてその湿度が調整された後、燃料電池１に供給される。
【０２１０】
すると、燃料電池１は、その供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより発電運転を行ない、これにより直流電力を出力する。この出力された直流電力は、インバータ（図示せず）により交流電力に変換された後、電力負荷装置（図示せず）に向けて供給される。
【０２１１】
この燃料電池システム４００の発電運転の際、燃料電池１からは、供給された燃料ガス及び酸化剤ガスの一部が残余燃料ガス及び残余酸化剤ガスとして排出される。この排出される残余燃料ガス及び残余酸化剤ガスは、残余燃料ガス排出流路２１及び残余酸化剤ガス排出流路２５に通流される。ここで、残余酸化剤ガス排出流路２５を介して凝縮器２４に導入された残余酸化剤ガスは、貯湯水との熱交換により冷却された後、それが含有する水蒸気は凝縮水として分離される。この分離された凝縮水は、凝縮水タンク２８に貯蔵される。又、凝縮器２４により除湿及び冷却された残余酸化剤ガスは、その排気口を介して、燃料電池システム４００の外部に排出される。一方、残余燃料ガス排出流路２１を介して凝縮器２０に導入された残余燃料ガスは、貯湯水との熱交換により冷却された後、それが含有する水蒸気は凝縮水として分離される。この分離された凝縮水は、凝縮水タンク２６に貯蔵される。又、凝縮器２０により除湿及び冷却された残余燃料ガスは、水素生成装置１７を高温状態に保持するためのバーナ１８に供給される。バーナ１８において燃焼された残余燃料ガスは、高温状態の燃焼排ガスとして、バーナ１８から燃焼排ガス排出流路２３に排出される。この燃焼排ガス排出流路２３を介して凝縮器２２に導入された燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換により冷却された後、それが含有する水蒸気は凝縮水として分離される。この分離された凝縮水は、凝縮水タンク２７に貯蔵される。又、凝縮器２２により除湿及び冷却された燃焼排ガスは、その排気口を介して、燃料電池システム４００の外部に排出される。
【０２１２】
一方、燃料電池１では、その発電運転の際に直流電力の生成と同時に熱が生成される。この燃料電池１において生成した熱は、冷却水循環ポンプ４を作動させ、冷却水流路３を循環する冷却水を燃料電池１に通流させてそれと熱交換させることにより、その冷却水により逐次回収される。このように、燃料電池システム４００では、燃料電池１の排熱が冷却水により逐次回収されるので、燃料電池１の温度が適切な温度に制御される。
【０２１３】
ここで、燃料電池１との熱交換により温度上昇した冷却水は、その後、熱交換器５に供給され、そこで貯湯水流路７を通流する貯湯水との熱交換により冷却された後、冷却水タンク２に戻される。この冷却水タンク２に戻された冷却水は、冷却水循環ポンプ４により冷却水タンク２から再度排出されて、燃料電池１に再び供給される。この際、貯湯水循環ポンプ８を作動することにより、貯湯タンク６に貯蔵されている貯湯水を貯湯水流路７に供給して、その貯湯水流路７において循環させる。
【０２１４】
貯湯タンク６から貯湯水流路７に供給された貯湯水は、貯湯水循環ポンプ８を通過した後、貯湯水流路７を通流しながら凝縮器２０，２４，２２に供給される。そして、貯湯水は、凝縮器２０，２４，２２において熱交換により昇温された後、熱交換器５に供給される。すると、熱交換器５では、冷却水流路３から供給された高温状態の冷却水と熱交換することにより、貯湯水が更に昇温される。この更に昇温された貯湯水は、その後、貯湯水流路７を通過して高温状態の貯湯水として貯湯タンク６に貯蔵される。尚、この貯蔵された高温状態の貯湯水は、貯湯タンク６の図８では上方から必要に応じて給湯や温水暖房等のための給湯利用機器（図示せず）に向けて供給される。
【０２１５】
一方、本実施の形態では、燃料電池システム４００の発電運転の際、冷却水タンク２が貯蔵する冷却水は、水素生成装置１７、燃料ガス加湿器４６、空気加湿器４７に向けて定常的に供給される。そのため、冷却水タンク２における水位は低下する。そこで、制御部３８は、水位センサ９が冷却水タンク２における水位の低下を検知すると、その検知信号を受けて補給水ポンプ１４を作動させて、補給水タンク１０が貯蔵する冷却水を冷却水タンク２に供給させる。尚、補給水タンク１０からの冷却水の補給により水位センサ９が冷却水タンク２における水位の復帰を検知すると、制御部３８は、その検知信号を受けて補給水ポンプ１４の動作を停止させて、補給水タンク１０から冷却水タンク２への冷却水の補給を停止させる。
【０２１６】
又、この際、凝縮水の貯溜により水位センサ３２，３３，３４が凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の上昇を検知すると、制御部３８は、その検知信号を受けて凝縮水排出弁２９，３０，３１を作動させて、凝縮水タンク２６，２７，２８に貯蔵されている余剰の凝縮水を排出する。その後、凝縮水の排出により水位センサ３２，３３，３４が凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の復帰を検知すると、制御部３８は、その検知信号を受けて凝縮水排出弁２９，３０，３１を遮断させて、これにより、凝縮水タンク２６，２７，２８からの凝縮水の排出を停止させる。
【０２１７】
そして、この燃料電池システム４００では、実施の形態２において具体的に説明した動作と同様にして、冷却水タンク２、凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の異常な変化に基づき、熱交換器５、凝縮器２０，２２，２４におけるクロスコネクションの発生が検知及び報知される。
【０２１８】
以下、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の動作に関して、冷却水タンク２、凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の異常な変化が検知された後の特徴的な動作について説明する。
【０２１９】
燃料電池システム４００の発電運転の際、制御部３８は、冷却水タンク２又は凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の異常な変化を検知すると、燃料電池システム４００の発電運転を停止させると共に、その次回起動を禁止する。そして、制御部３８は、市水遮断弁４０と給湯遮断弁４４との双方を遮断することにより、貯湯タンク６への新たな市水の流入と、貯湯タンク６からの貯湯水の流出との双方を防止する。又、この際、制御部３８は、信号出力器５１により「冷却水タンク又は凝縮水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を含む電気信号を接点出力又は電気出力として出力させる。
【０２２０】
一方、燃料電池システム４００の発電運転の停止中、制御部３８は、冷却水タンク２又は凝縮水タンク２６，２７，２８における水位の異常な変化を検知すると、燃料電池システム４００の次回起動を禁止する。そして、制御部３８は、市水遮断弁４０と給湯遮断弁４４との双方を遮断することにより、貯湯タンク６への新たな市水の流入と、貯湯タンク６からの貯湯水の流出との双方を防止する。又、この際、制御部３８は、信号出力器５１により「冷却水タンク又は凝縮水タンクにおける水位の変化の異常検知」又は「次回起動の禁止」の旨を含む電気信号を接点出力又は電気出力として出力させる。
【０２２１】
以上、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成によれば、実施の形態２に係る燃料電池システム２００の場合に加えて、以下に示す３つの付加的効果を更に得ることが可能になる。
【０２２２】
即ち、第１の付加的効果としては、制御部３８が、クロスコネクションの発生に起因する冷却水タンク２、凝縮器２０，２２，２４における水位の異常な変化を検知した場合には、信号出力器５１により「冷却水タンク又は凝縮水タンクにおける水位の変化の異常の検知」又は「次回起動の禁止」の旨を含む電気信号を接点出力又は電気出力として出力させるので、遠隔の使用者又は遠隔管理者に向けて報知することが可能になる。
【０２２３】
又、第２の付加的効果としては、制御部３８が、クロスコネクションの発生に起因する冷却水タンク２、凝縮器２０，２２，２４における水位の異常な変化を検知した場合、市水遮断弁４０と給湯遮断弁４４との双方を遮断するので、貯湯タンク６への新たな市水の流入が防止されて冷却水流路４、凝縮水タンク２６，２７，２８への貯湯水の流入を防止することが可能になると共に、貯湯タンク６への市水の供給が遮断している状況下において給湯の利用が発生する場合においても、貯湯タンク６に貯蔵されている貯湯水がヘッド圧により冷却水流路４、凝縮水タンク２６，２７，２８に流入することを防止することが可能になる。
【０２２４】
又、第３の付加的効果としては、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の動作のように、冷却水タンク２が貯蔵する冷却水の一部を水素生成装置１７、燃料ガス加湿器４６、空気加湿器４７に向けて定常的に供給する場合には、正常時においても、冷却水タンク２における水位の低下に伴う補給水ポンプ１４の作動が頻繁に発生する。そのため、正常時においては、補給水ポンプ１４の作動回数カウンタＮ１を一定回数以上確保することができる。従って、実施の形態２において説明したように、所定の時間Ｔｃ以上の時間における補給水ポンプ１４の作動回数カウンタＮ１が所定の作動回数Ｎｃ以下であるか否かに基づく実施の形態では、クロスコネクションの発生をより一層明確にかつ正確に検知することが可能になる。
【０２２５】
尚、その他の点については、実施の形態１〜５の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【０２２６】
本発明に係る燃料電池システムは、熱交換手段におけるクロスコネクションの発生を検知して、異常な運転状態が継続することを防止可能な燃料電池システムとして、産業上の利用可能性を有している。
【０２２７】
又、本発明に係る燃料電池システムは、エンジン等を用いた発電と共に発生する熱を回収するコージェネレーションシステム等の用途にも応用することが可能である。
【符号の説明】
【０２２８】
１  燃料電池
２  冷却水タンク
２ａ  オーバーフロー管
３  冷却水流路
４  冷却水循環ポンプ
５  熱交換器
６  貯湯タンク
７  貯湯水流路
８  貯湯水循環ポンプ
９，１２，１５  水位センサ
３２〜３７  水位センサ
４１〜４３  水位センサ
１０  補給水タンク
１１ａ  補給水弁
１１ｂ  排出水弁
１３，３８  制御部
１３ａ  異常表示器
１３ｂ  水位制御器
１４  補給水ポンプ
１６  冷却水排出弁
１７  水素生成装置
１８  バーナ
１９  燃料ガス供給流路
２０，２２，２４  凝縮器
２１  残余燃料ガス排出流路
２３  燃焼排ガス排出流路
２５  残余酸化剤ガス排出流路
２６，２７，２８  凝縮水タンク
２９，３０，３１  凝縮水排出弁
３９  リモコン
３９ａ  異常表示器
４０  市水遮断弁
４４  給湯遮断弁
４５  警報器
４６  燃料ガス加湿器
４７  空気加湿器
４８  燃料側加湿水供給流路
４９  空気側加湿水供給流路
５０  改質水供給流路
５１  信号出力器
１０１  発電ユニット
１０２  改質器
１０３  燃料電池
１０４  貯湯タンク
１０５  貯湯水循環配管
１０６  排熱回収手段
１０９  顕熱回収熱交換部
１１０  冷却水排熱回収熱交換部
１１１  潜熱回収熱交換部
１１２  冷却水循環配管
１００〜５００  燃料電池システム
【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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【図８】
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【図９】
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