(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと水蒸気から水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、
水を貯水する水タンクと、
前記水タンクから供給された前記水を利用する水利用機器と、
前記水タンクから前記水利用機器までの水経路に設けられ、前記水タンク内の前記水を前記水利用機器に供給する第１水供給器と、
前記水経路を通流する前記水を浄化する浄化器と、を備える燃料電池システムであって、
前記水タンクには、前記燃料電池システムの外部から前記水タンクに水を供給するための給水経路が配設され、前記水経路は、前記水タンクの満水位より下方において前記水タンクと接続され、
前記浄化器は、前記水経路において、前記水タンクが満水位であるときに前記水の自重により該浄化器内に水が張られるように配設されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記浄化器から前記第１水供給器までの前記水経路を第１水経路とし、
前記浄化器及び前記第１水経路の少なくともいずれか一方には、前記浄化器内のガスを大気に排気するように構成された排気口が配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水利用機器は大気開放されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記浄化器の水位を検知する第１水位検知器を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１水位検知器は前記水タンクの水位を検知して、前記浄化器の水位を検知するように構成されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水タンクに給水する給水器と、制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第１水位検知器が前記水位の上昇を検知すると、前記給水器の給水を停止させる、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記給水器の給水を停止させた後に、前記第１水位検知器が前記水位の下降を検知すると、前記給水器の給水を再開させる、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水利用機器は、前記水蒸気を生成する蒸発器であり、
前記浄化器から前記蒸発器までの前記水経路を第２水経路とし、
前記燃料電池システムは、
前記第２水経路から分岐され、大気開放された開放端を有する第３水経路と、
前記第１水供給器を前記蒸発器と前記第３水経路の開放端とに選択的に接続する第１切り替え器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第１水位検知器が前記浄化器の水位が満水であることを検知すると、前記第１切り替え器を前記第１水供給器と前記第３水経路の開放端とを接続させた状態で、前記第１水供給器を作動させる、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記水利用機器は、前記燃料電池に冷却水経路を介して供給される水を貯える冷却水タンクであり、
前記燃料電池システムは、
前記水蒸気を生成する蒸発器と、
前記冷却水タンク内の水位を検知する第２水位検知器と、
前記冷却水経路と前記蒸発器とを接続する第４水経路と、
前記第４水経路に設けられ、前記蒸発器に前記水を供給する第２水供給器と、
前記第４水経路から分岐され、大気開放された開放端を有する分岐経路と、
前記第２水供給器を前記蒸発器と前記分岐経路の開放端とに選択的に接続する第２切り替え器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第２水位検知器が前記冷却水タンクの水位が所定の水位であることを検知すると、前記第２切り替え器を前記第２水供給器と前記分岐経路の開放端とを接続させた状態で、前記第２水供給器を作動させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記冷却水経路に設けられ、前記燃料電池に前記冷却水タンクの水を供給する冷却水供給器を備え、
前記制御器は、前記第２水供給器を作動させるとともに、前記冷却水供給器を作動させる、請求項９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、水タンク内の水を浄化する浄化器を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池に供給された燃料ガス（水素含有ガス）と酸化剤ガス（例えば、空気）が電気化学反応して、電力と熱を発生するシステムである。一般的な家庭用燃料電池システムでは、発生した電力は、家庭で使用する一部の電力負荷（例えば、照明や空調装置などの電化製品）に供給される。また、発電により生じる熱は、温水として、貯湯層に貯えられ、貯湯槽の温水を家庭内の熱負荷（例えば、給湯機器や床暖房等の熱利用機器）に供給される。【０００３】
燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスは、インフラストラクチャーが整備されていないため、燃料電池システムには、通常、水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。改質器では、原料ガス（有機化合物を含むガス（例えば、都市ガス等））と水を、改質触媒において水蒸気改質反応させることにより、水素含有ガスが生成される。【０００４】
改質器に供給される水は、改質器や燃料電池の劣化を抑制するため、浄化した水を供給することが好ましい。このため、水を浄化するための活性炭フィルタ、逆浸透膜、水を貯水するための水タンク、さらに、水を浄化するためのイオン交換樹脂、イオン交換樹脂を通過した水を改質器に供給するための水ポンプが、改質器に向かって順次接続された燃料電池装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された燃料電池装置では、水道水等を活性炭フィルタ、逆浸透膜を流通して浄化した後に水タンクに貯え、水蒸気改質反応に必要な量に応じて、水タンクからイオン交換樹脂を有する浄化器を通して改質器に水を供給することで、水応答性を向上することができる（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
また、水タンクから冷却水タンクに供給される水が流れる水経路にイオン交換樹脂を有する浄化器が設けられている燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１３５２７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３３８６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池システムは、設置時もしくはシステムの水抜き後は、水経路が空であることから一般的に上記水経路の水張りを実行することが必要となる。【０００８】
ここで、特許文献１に開示されている燃料電池装置では、浄化器を有する水経路に水張りを実行する際に、水ポンプを作動させて、上記水経路の水を張ることが想定されるが、水経路中に浄化器を有するため浄化器を持たない水経路に比べ浄化器に水張りをするための余分な電力を消費することになる。つまり、省エネルギー性の観点から未だ改善の余地があった。【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、浄化器への水張りに要する水供給器の消費電力を従来よりも低減することが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】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の本発明に係る燃料電池システムは、原料ガスと水蒸気から水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、水を貯水する水タンクと、前記水タンクから供給された前記水を利用する水利用機器と、前記水タンクから前記水利用機器までの水経路に設けられ、前記水タンク内の前記水を前記水利用機器に供給する第１水供給器と、前記水経路を通流する前記水を浄化する浄化器と、を備え、前記浄化器は、前記水経路において、前記水タンクが満水位であるときに前記水の自重により該浄化器内に水が張られるように配設されている。【００１１】
また、第２の本発明に係る燃料電池システムでは、第１の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記浄化器から前記第１水供給器までの前記水経路を第１水経路とし、前記浄化器及び前記第１水経路の少なくともいずれか一方には、前記浄化器内のガスを大気に排気するように構成された排気口が配設されていてもよい。【００１５】
また、第６の本発明に係る燃料電池システムでは、第１の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記水利用機器は大気開放されていてもよい。【００１７】
また、第８の本発明に係る燃料電池システムは、第１の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記浄化器の水位を検知する第１水位検知器を備えていてもよい。【００１８】
また、第９の本発明に係る燃料電池システムでは、第８の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記第１水位検知器は前記水タンクの水位を検知して、前記浄化器の水位を検知するように構成されていてもよい。【００１９】
また、第１０の本発明に係る燃料電池システムは、第９の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記水タンクに給水する給水器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記第１水位検知器が前記水位の上昇を検知すると、前記給水器の給水を停止させてもよい。【００２０】
また、第１１の本発明に係る燃料電池システムでは、第１０の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記給水器の給水を停止させた後に、前記第１水位検知器が前記水位の下降を検知すると、前記給水器の給水を再開させてもよい。【００２１】
また、第１２の本発明に係る燃料電池システムでは、第８の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記水利用機器は、前記水蒸気を生成する蒸発器であり、前記浄化器から前記蒸発器までの前記水経路を第２水経路とし、前記燃料電池システムは、前記第２水経路から分岐され、大気開放された開放端を有する第３水経路と、前記第１水供給器を前記蒸発器と前記第３水経路の開放端とに選択的に接続する第１切り替え器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記第１水位検知器が前記浄化器の水位が満水であることを検知すると、前記第１切り替え器を前記第１水供給器と前記第３水経路の開放端とを接続させた状態で、前記第１水供給器を作動させてもよい。【００２２】
また、第１３の本発明に係る燃料電池システムでは、第１の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記水利用機器は、前記燃料電池に冷却水経路を介して供給される水を貯える冷却水タンクであり、前記燃料電池システムは、前記水蒸気を生成する蒸発器と、前記冷却水タンク内の水位を検知する第２水位検知器と、前記冷却水経路と前記蒸発器とを接続する第４水経路と、前記第４水経路に設けられ、前記蒸発器に前記水を供給する第２水供給器と、前記第４水経路から分岐され、大気開放された開放端を有する分岐経路と、前記第２水供給器を前記蒸発器と前記分岐経路の開放端とに選択的に接続する第２切り替え器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記第２水位検知器が前記冷却水タンクの水位が所定の水位であることを検知すると、前記第２切り替え器を前記第２水供給器と前記分岐経路の開放端とを接続させた状態で、前記第２水供給器を作動させてもよい。【００２３】
さらに、第１４の本発明に係る燃料電池システムでは、第１３の本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記冷却水経路に設けられ、前記燃料電池に前記冷却水タンクの水を供給する冷却水供給器を備え、前記制御器は、前記第２水供給器を作動させるとともに、前記冷却水供給器を作動させてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池システムによれば、水タンクの満水位であるときに水の自重により浄化器に水が張られるように配設されているために、浄化器への水張りに要する水供給器の消費電力を従来よりも低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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概略構成を示す模式図である。
【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概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の変形例１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【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概略構成を示す模式図である。
【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概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、原料ガスと水蒸気から水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、水を貯水する水タンクと、水タンクから供給された水を利用する水利用機器と、水タンクから水利用機器までの水経路に設けられ、水タンク内の水を水利用機器に供給する第１水供給器と、水経路に設けられ、該水経路を通流する水を浄化する浄化器と、を備え、浄化器は、水経路において、水タンクが満水位であるときに水の自重により該浄化器内に水が張られるように配設されている。
【００２８】
ここで、「水タンクの満水位」とは、水タンクへの水張りが完了するときの水位を意味し、必ずしも、水タンクの上端にまで水が満たされることを意味するものではない。
【００２９】
ここで、「浄化器内に水が張られる」とは、浄化器内が水で満たされることを意味する。
【００３０】
上記構成により、水タンクの満水位であるときに水の自重により浄化器に水が張られるように配設されているために、浄化器への水張りに要する水供給器の消費電力を従来よりも低減することができる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。なお、以下の具体的な説明は、上記燃料電池システムの特徴を例示しているに過ぎない。例えば、上記燃料電池システムを特定した用語と同じ用語に適宜の参照符号を付して、以下の具体例を説明する場合、当該具体的な装置は、これに対応する上記燃料電池システムの構成要素の一例である。したがって、上記燃料電池システムの特徴は、以下の具体的な説明によって限定されない。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、水利用機器が蒸発器である形態の一例を示すものである。
【００３３】
［燃料電池システムの構成］
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概略構成を示す模式図である。
【００３４】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム２００は、改質器１、燃料電池１０１、水タンク３、水利用機器である蒸発器２、第１水供給器５、及び浄化器４を備えていて、浄化器４が、水タンク３が満水位であるときに水の自重により、該浄化器４内に水が張られるように配設されている。
【００３５】
ここで、水タンク３の満水位は、水タンク３の水位を検知する水位検知器を設けて、該水位検知器が検知する所定の水位を満水位と規定してもよく、また、オーバーフロー路を水タンク３に設けることで規定してもよい。
【００３６】
水タンク３には、給水経路３１を介して給水器６が接続されている。給水器６は、例えば、水道管や水道の元栓（図示せず）に接続されていて、給水器６は、給水経路３１を介して水タンク３に水（ここでは、水道水）を供給する。給水器６としては、例えば、流量調整弁や開閉弁とポンプを用いることができる。
【００３７】
また、水タンク３の下部（ここでは、水タンク３の下端面）には、水供給路３２の上流端が接続されている。水供給路３２の下流端は、浄化器４の下部（ここでは、下端面）に接続されている。
【００３８】
浄化器４としては、水を浄化することができれば、どのような形態であってもよく、本実施の形態１においては、イオン交換樹脂が充填された筐体で構成されている。浄化器４は、水タンク３外部に設けられていて、水に含まれる不純物（主に、イオン）をイオン交換樹脂に吸着させて、浄化する。なお、浄化器４としては、上記イオン交換樹脂以外の他の形態として、活性炭フィルタや逆浸透膜を用いる形態が挙げられる。
【００３９】
また、浄化器４の上部（ここでは、上端面）には、第１水経路３４の上流端が接続されていて、第１水経路３４の下流端は、第１水供給器５と接続されている。なお、本実施の形態１においては、水供給路３２は、浄化器４の下部に接続され、第１水経路３４は、浄化器４の上部に接続したが、これに限定されず、水供給路３２と第１水経路３４の接続箇所は、浄化器４のどの部分であってもよい。しかしながら、浄化器４に供給される水を充分に浄化する観点から、水供給路３２と第１水経路３４の接続箇所は、互いに離れている方が好ましい。
【００４０】
第１水供給器５としては、水タンク３の水を水利用機器である蒸発器２に供給する水の流量を調整可能な機器であれば、どのような形態であってもよい。第１水供給器５は、例えば、流量調整弁単体やポンプ単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
【００４１】
蒸発器２は、浄化器４で浄化された水を水蒸気に気化するように構成されていればよく、例えば、後述する燃焼器１ａで生成された燃焼排ガスの伝熱によって水を水蒸気に気化するように構成されていてもよい。また、蒸発器２は、水蒸気供給路３６を介して改質器１と接続されている。これにより、浄化器４で浄化された水が蒸発器２で水蒸気に気化されて、蒸発器２から改質器１に水蒸気が供給される。
【００４２】
改質器１には、原料ガス供給路３７が接続されていて、原料ガス供給路３７は、図示されない原料ガス源から改質器１に原料ガス（例えば、メタンを主成分とする都市ガス）を供給する。上記原料ガス源は、都市ガス（天然ガス）インフラ、ＬＰＧボンベ等が例示される。また、原料ガスは、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガスを使用することができる。具体的には、エタン、プロパンなどの炭化水素を含むガス、気体のアルコールを含むガス等が例示される。
【００４３】
また、改質器１には、燃焼器１ａが設けられている。燃焼器１ａは、改質器１から排出された水素含有ガスや後述する燃料電池１０１で使用されなかった燃料ガス等の燃焼用のガス（可燃性ガス）と、燃焼用の空気と、が供給されるように構成されている。これにより、燃焼器１ａでは、可燃性ガスと、空気とを燃焼させて、燃焼排ガスが生成される。そして、この燃焼排ガスの伝熱により、改質器１や蒸発器２等の各機器が加熱される。なお、燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路３９を通流して燃料電池システム２００外（大気中）に排出される。
【００４４】
改質器１の内部空間には、改質触媒（図示せず）が設けられていて、原料ガス供給路３７から供給された原料ガスと蒸発器２から供給された水蒸気が、水蒸気改質反応して水素を含有する水素含有ガスが生成される。そして、改質器１で生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給路３８を通流して燃料電池１０１に供給される。
【００４５】
なお、本実施の形態１では、改質器１で生成される水素含有ガスが、そのまま燃料電池１０１に供給されるよう構成されているが、改質器１の下流に、改質器１で生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減する変成器や酸化反応により低減するＣＯ除去器を備える形態を採用しても構わない。
【００４６】
燃料電池１０１は、燃料ガス内部流路１０１Ａと酸化剤ガス内部流路１０１Ｂを有している。燃料ガス内部流路１０１Ａの上流端には、燃料ガス供給路３８が接続されていて、その下流端は、オフ燃料ガス経路４１を介して燃焼器１ａが接続されている。また、酸化剤ガス内部流路１０１Ｂの上流端は、酸化剤ガス供給路４２を介して酸化剤ガス供給器１０２が接続されていて、その下流端は、オフ酸化剤ガス経路４３が接続されている。酸化剤ガス供給器１０２は、燃料電池１０１に酸化剤ガス（例えば、空気）を供給できるように構成されていて、例えば、ファンやブロワ等のファン類を使用することができる。なお、オフ酸化剤ガス経路４３の下流端は、大気開放されている。
【００４７】
これにより、改質器１で生成された燃料ガスが燃料ガス供給路３８を介して燃料電池１０１の燃料ガス内部流路１０１Ａに供給される。また、酸化剤ガス供給器１０２から酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給路４２を介して燃料電池１０１の酸化剤ガス内部流路１０１Ｂに供給される。
【００４８】
燃料電池１０１では、燃料ガス内部流路１０１Ａに供給された燃料ガスがアノード（図示せず）に供給され、酸化剤ガス内部流路１０１Ｂに供給された酸化剤ガスがカソード（図示せず）に供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された酸化剤ガスと、が、電気化学的に反応して、電気と熱が発生する。なお、アノードで使用されなかった燃料ガス（以下、オフ燃料ガス）は、オフ燃料ガス経路４１を介して燃焼器１ａに供給され、燃焼用の可燃ガスとして使用される。また、カソードで使用されなかった酸化剤ガス（以下、オフ酸化剤ガス）は、オフ酸化剤ガス経路４３を通流して、大気中に排出される。
【００４９】
また、燃料電池システム２００は、燃料電池の種類は限定されない。例えば、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池等が例示される。固体酸化物形燃料電池は、改質器１と燃料電池１０１とが異なる外部改質型であっても構わないし、改質器１と燃料電池１０１とが一体化した内部改質型であっても構わない。
【００５０】
また、燃料電池システム２００は、制御器１０を備えている。制御器１０は、例えば、マイクロコンピュータによって構成されており、燃料電池システム２００に関する各種の制御を行う。
【００５１】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム２００の動作、特に、燃料電池システム２００の設置後や長期保管後、または、浄化器４のイオン交換樹脂を交換後の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器１０が燃料電池システム２００を制御することにより遂行される。
【００５２】
まず、給水器６が、水タンク３に給水経路３１を介して水を供給する。水タンク３に供給された（貯えられた）水の一部は、水供給路３２を介して浄化器４に供給される（浄化器４の水張り）。このとき、水タンク３内の水面よりも浄化器４が下方に位置するので、位置水頭によって水タンク３の水が浄化器４に圧送される。そして、水タンク３への水供給を継続することで、第１水供給器５を作動させることなく浄化器４を水で満たすことも可能になる。つまり、本実施の形態１に係る燃料電池システム２００は、従来の燃料電池システムに比べ、第１水供給器５の仕事量を減らして、浄化器４の水張りを行うことができる。
【００５３】
これにより、本実施の形態１に係る燃料電池システム２００は、従来の燃料電池システムに比べ、浄化器４の水張りに要する電力エネルギーの消費を抑制することができる。なお、制御器１０は、予め実験等で求められた、水タンク３の水位が満水位になるとともに浄化器４が水で満たされる給水時間を記憶していて、該給水時間が経過すると、給水器６からの水の供給を停止させる。また、本実施の形態１に係る燃料電池システム２００は、浄化器４の水張りにおいて、第１水供給器５を全く作動させない形態に限定されるものではない。浄化器４の水張りに要する第１水供給器５の消費電力が、従来の燃料電池システムに比べ、抑制される範囲において、第１水供給器５を動作させても構わない。
【００５４】
次に、浄化器４内が水で満たされると、給水器６は水の供給を停止する。ついで、燃焼器１ａに可燃ガスと燃焼用の空気が供給され、燃焼器１ａでは、可燃ガスと空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。燃焼排ガスは、改質器１及び蒸発器２等を加熱して、燃焼排ガス経路３９を通流して、燃料電池システム２００外に排出される。なお、燃焼器１ａでの燃焼排ガス生成は、給水器６の水タンク３への水の供給と同時に行ってもよい。
【００５５】
次に、第１水供給器５が作動して、浄化器４で浄化された水が、第１水経路３４及び第２水経路３５を介して蒸発器２に供給される。蒸発器２では、供給された水が水蒸気に気化される。そして、気化された水蒸気が、水蒸気供給路３６を通流して、改質器１に供給される。また、改質器１には、原料ガス供給路３７を介して、原料ガスが供給される。改質器１では、原料ガスと水蒸気が、水蒸気改質反応して水素を含有する水素含有ガスが生成される（改質器１での水素生成運転）。
【００５６】
そして、改質器１で生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給路３８を通流して燃料電池１０１の燃料ガス内部流路１０１Ａに供給される。また、酸化剤ガス供給器１０２から酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給路４２を介して燃料電池１０１の酸化剤ガス内部流路１０１Ｂに供給される。
【００５７】
燃料電池１０１では、アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された酸化剤ガスと、が、電気化学的に反応して、電気と熱が発生する。発生する電力は、インバータ及びコンバータの少なくともいずれか一方を含む電力調整器により、外部電力負荷に供給される。そして、アノードで使用されなかったオフ燃料ガスは、オフ燃料ガス経路４１を介して燃焼器１ａに供給され、燃焼用の可燃ガスとして使用される。また、カソードで使用されなかったオフ酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路４３を通流して、大気中に排出される。
【００５８】
このように本実施の形態１に係る燃料電池システム２００は、第１水供給器５の消費電力量を従来よりも抑制して、浄化器４の水張りを行うことができるため、省エネルギー性を向上させることができる。なお、本実施の形態１においては、第１水供給器５を浄化器４よりも下流側に設ける形態を採用したが、これに限定されず、第１水供給器５を浄化器４よりも上流側に設ける形態を採用してもよい。
【００５９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、浄化器に該浄化器内のガスを大気に排気するように構成された排気口が配設されている形態の一例を示すものである。
【００６０】
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムは、浄化器に、該浄化器内のガスを大気に排気するように構成された排気口が配設されている。
【００６１】
ここで、排気口は、浄化器内のガスを大気に排気することでできればよく、排気口から直接大気に排気してもよく、また、例えば、排気口と連通する経路を介して間接的に大気に排気してもよい。
【００６２】
これにより、浄化器に水タンクから水を供給する場合に、浄化器内のガス（例えば、空気）を排気口から排気することにより、水供給をより円滑に行うことができる。
【００６３】
また、本実施の形態２に係る燃料電池システムでは、排気口と水タンクとを接続するガス抜き経路を備え、水タンクは大気開放されている。
【００６４】
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概略構成を示す模式図である。
【００６５】
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム２００は、実施の形態１に係る燃料電池システム２００と基本的構成は同じであるが、水タンク３にオーバーフロー路３ａが設けられている点と、浄化器４に排気口７が設けられている点と、排気口７と水タンク３を接続するガス抜き経路３３が設けられている点と、が異なる。
【００６６】
具体的には、水タンク３の満水位置を規定するためのオーバーフロー路３ａが、水タンク３に設けられていて、オーバーフロー路３ａの下流端は大気開放されている。これにより、水タンク３に満水位以上の水が供給された場合、オーバーフロー路３ａから燃料電池システム２００外に排出される。
【００６７】
また、浄化器４には、排気口７が設けられていて、排気口７は、ガス抜き経路３３を介して水タンク３と接続されている。より詳細には、ガス抜き経路３３の下流端は、水タンク３のオーバーフロー路３ａの上流端より上側の部分に接続されている。これにより、浄化器４内に水張りをするときに、浄化器４内のガス（主として、空気）が排気口７からガス抜き経路３３及び水タンク３のオーバーフロー路３ａを介して大気中に排出される。すなわち、本実施の形態１においては、水タンク３は、オーバーフロー路３ａにより大気開放されている。
【００６８】
このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池システム２００では、実施の形態１に係る燃料電池システム２００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態２に係る燃料電池システム２００では、浄化器４が大気に開放されているので、浄化器４の水張りを行う際に、浄化器４を含む水経路の内圧上昇が抑制され、浄化器４への水の供給をより円滑にすることができる。
【００６９】
なお、本実施の形態２では、排気口７、ガス抜き経路３３、水タンク３の水面上の空間、及びオーバーフロー管３ａを介して大気と浄化器４が大気と連通するよう構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、ガス抜き経路３３を設けずに、単に、排気口７を介して大気と連通する形態を採用しても構わない。この場合、オーバーフロー管３ａを設けるか否かは任意である。
【００７０】
［変形例１］
次に、実施の形態２に係る燃料電池システム２００の変形例について説明する。
【００７１】
本実施の形態２の変形例は、第１水経路に排気口が設けられている形態の一例を示すものである。
【００７２】
図３は、本発明の変形例１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００７３】
図３に示すように、本変形例１の燃料電池システム２００は、排気口７が第１水経路３４の途中に設けられていて、ガス抜き経路３３の上流端は、該第１水経路３４の排気口７と接続されている。このように構成された本変形例１の燃料電池システム２００であっても、実施の形態２に係る燃料電池システム２００と同様の作用効果を奏する。
【００７４】
なお、本変形例１においても、実施の形態２の場合と同様に、例えば、ガス抜き経路３３を設けずに、単に、排気口７を介して大気と連通する形態を採用しても構わない。この場合、オーバーフロー管３ａを設けるか否かは任意である。
【００７５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、ガス抜き経路に第１弁が設けられた形態の一例を示すものである。
【００７６】
本実施の形態３に係る燃料電池システムは、ガス抜き経路に、該ガス抜き経路を開閉する第１弁が設けられている。
【００７７】
ここで、「第１弁がガス抜き経路を開閉する」とは、その開閉動作によって、ガス抜き経路におけるガス等の通流を許可／阻止するように構成されていることをいう。また、「第１弁」としては、例えば、電磁弁等の開閉弁を用いることができる。
【００７８】
また、本実施の形態３に係る燃料電池システムでは、制御器を備え、制御器は、浄化器の水張りをするときには第１弁を開放し、改質器で水素含有ガスを生成する運転（改質器での水素生成運転）をするときには第１弁を閉鎖するように制御されている。
【００７９】
ここで、制御器は、第１水供給器や第１弁を制御できるものであればよい。制御器としては、例えば、マイクロコンピュータ、論理回路等で構成することができる。また、制御器は、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システムの制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して燃料電池システムを制御するように構成されていてもよい。
【００８０】
また、「浄化器の水張りをする」とは、浄化器に水を供給して、浄化器内を水で満たすことをいう。
【００８１】
上記構成により、浄化器の水張りをするときには、ガス抜き経路を介して水タンクに浄化器内のガスが排出されるため、円滑に浄化器に水を供給することができる。また、燃料電池システムの発電運転（改質器の水素生成運転）をするときには、第１弁がガス抜き経路を閉止することにより、水タンク内の水やガスがガス抜き経路を逆流して浄化器内に混入することが抑制される。このため、充分に浄化されていない水が蒸発器に供給されることが低減される。また、第１水経路にガスが混入して、第１水経路等が閉塞される可能性が低減される。さらに、第１水供給器にガスが混入して、その供給量が変動する（いわゆる、エア噛みする）可能性が低減される。
【００８２】
また、本実施の形態３に係る燃料電池システムでは、浄化器の水位を検知する第１水位検知器を備えている。
【００８３】
ここで、第１水位検知器としては、浄化器の水位を検知して、検知した水位を制御器に出力することができればどのような態様であってもよく、例えば、直接的に浄化器の水位を検知してもよく、また、間接的に浄化器の水位を検知してもよい。第１水位検知器としては、例えば、フロートスイッチを使用することができる。
【００８４】
上記構成により、浄化器の水張りが終了したことを容易に検知することができ、浄化器への水の供給を過剰に行う必要がなく、改質器の水素生成運転、ひいては、燃料電池システムの発電運転をより早期に開始することができる。
【００８５】
［燃料電池システムの構成］
次に、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成について、図４を参照しながら説明する。
【００８６】
図４は、本実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００８７】
図４に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム２００は、実施の形態２に係る燃料電池システム２００と基本的構成は同じであるが、ガス抜き経路３３の途中に第１弁１１が設けられ、また、浄化器４の水位を検知する第１水位検知器１２が設けられている点が異なる。
【００８８】
具体的には、ガス抜き経路３３は、ガス抜き経路上流部３３Ａとガス抜き経路下流部３３Ｂを有していて、ガス抜き経路上流部３３Ａとガス抜き経路下流部３３Ｂと接続するように、水位検知タンク１３が設けられている。水位検知タンク１３は、水タンク３のオーバーフロー路３ａの上流端の高さを含む、所定の範囲に亘るように設けられている。水位検知タンク１３には、該水位検知タンク１３の水位を検知する第１水位検知器１２が設けられている。
【００８９】
これにより、浄化器４内が水で満たされ、ガス抜き経路上流部３３Ａを通流して水位検知タンク１３に水が供給されると、第１水位検知器１２が水位検知タンク１３の水位を検知する。逆に言えば、第１水位検知器１２が、水位検知タンク１３の水位を検知したときには、浄化器４内が水で満たされており、第１水位検知器１２は、浄化器４の水位が満水位であることを検知することができる。なお、本実施の形態３では、第１弁１１は、ガス抜き経路上流部３３Ａの途中に設けられているが、これに限定されず、ガス抜き経路下流部３３Ｂの途中に設けられていてもよい。
【００９０】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態４に係る燃料電池システムの動作について、図４を参照しながら説明する。なお、改質器１の水素生成運転以降の動作については、実施の形態１と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
【００９１】
まず、制御器１０は、第１弁１１を制御して、ガス抜き経路３３（正確には、ガス抜き経路上流部３３Ａ）を開放する。ついで、実施の形態１と同様に、給水器６から水タンク３に水を供給させる。そして、浄化器４内が水で満たされ、ガス抜き経路上流部３３Ａを通流して、水位検知タンク１３に水が供給されると、第１水位検知器１２が水位検知タンク１３の水位を検知し、制御器１０に検知信号を出力する。
【００９２】
制御器１０は、第１水位検知器１２からの検知信号が入力されると、浄化器４内に水が満たされたと判断して、給水器６を停止させるとともに、第１弁１１を制御して、ガス抜き経路３３（正確には、ガス抜き経路上流部３３Ａ）を閉止させる。ついで、制御器１０は、第１水供給器５を作動させて、浄化器４で浄化された水が、第１水経路３４及び第２水経路３５を介して蒸発器２に供給される。このとき、第１弁１１が、ガス抜き経路３３を閉止しているので、水位検知タンク１３内の水やガス（主として空気）がガス抜き経路上流部３３Ａを逆流して浄化器４内に混入することが抑制される。
【００９３】
次に、制御器１０は、第１水位検知器１２が、水位検知タンク１３内の水位が所定の水位にまで減少したことを検知すると、給水器６を作動させる。そして、第１水位検知器１２が、水位検知タンク１３内の水位が所定の水位にまで増加したことを検知すると、給水器６を停止させる。このようにして、制御器１０は、第１水位検知器１２が検知した水位に基づいて、給水器６の給水動作を制御し、水タンク３の水位を制御する。
【００９４】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池システム２００においても、実施の形態１に係る燃料電池システム２００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態３に係る燃料電池システム２００では、第１水位検知器１２が浄化器４の水位（満水位）を検知することにより、浄化器４の水張りが終了したことを容易に検知することができる。
【００９５】
なお、本実施の形態３においては、水位検知タンク１３を設けて、該水位検知タンク１３に第１水位検知器１２を配置する構成としたが、これに限定されず、浄化器４内に直接、第１水位検知器１２を配置する構成としてもよく、ガス抜き経路３３内に第１水位検知器１２を配置する構成としてもよい。
【００９６】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、第１水位検知器が、間接的に浄化器の水位を検知する形態の一例を示すものである。
【００９７】
本実施の形態４に係る燃料電池システムは、浄化器の水位と相関する第１水位検知器は水タンクの水位を検知するように構成されている。
【００９８】
これにより、浄化器の水張りが終了したことを容易に検知することができ、改質器の水素生成運転、ひいては燃料電池システムの発電運転をより早期に開始することができる。
【００９９】
また、本実施の形態４に係る燃料電池システムでは、水タンクに給水する給水器と、制御器と、を備え、制御器は、第１水位検知器が水位の上昇を検知すると、給水器の給水を停止させる。
【０１００】
これにより、実施の形態３に係る燃料電池システムに比して、水位検知タンク内に水を供給する必要がないため、過剰の水が供給されることが抑制され、省エネルギー性が高いシステムとなる。
【０１０１】
さらに、本実施の形態４に係る燃料電池システムでは、制御器は、給水器の給水を停止させた後に、第１水位検知器が水位の下降を検知すると、給水器の給水を再開させる。
【０１０２】
これにより、水タンク内の水がなくなることによる、改質器への水蒸気の供給停止が抑制され、安定して水素生成運転、ひいては燃料電池システムの発電運転を行うことができる。
【０１０３】
［燃料電池システムの構成］
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概略構成を示す模式図である。
【０１０４】
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２００は、実施の形態２に係る燃料電池システム２００と基本的構成は同じであるが、第１水位検知器１２が水タンク３内に設けられている点が異なる。具体的には、第１水位検知器１２は、浄化器４内が水で満たされると、水タンク３内の水位を検知するように構成されている。
【０１０５】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態４に係る燃料電池システムの動作について、図５を参照しながら説明する。なお、改質器１の水素生成運転以降の動作については、実施の形態１と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
【０１０６】
まず、実施の形態１と同様に、給水器６が、水タンク３に給水経路３１を介して水を供給する。水タンク３に供給された（貯えられた）水の一部は、水供給路３２を介して浄化器４に供給される。浄化器４内が水で満たされると、第１水位検知器１２が、水タンク３内の水位を検知して、制御器１０に検知信号を出力する。
【０１０７】
制御器１０は、第１水位検知器１２からの検知信号が入力されると、浄化器４内に水が満たされたと判断して、給水器６から水タンク３への水の供給を停止させる。ついで、制御器１０は、燃焼器１ａに可燃ガスと燃焼用空気を供給させて、燃焼器１ａで燃焼排ガスを生成させる。
【０１０８】
次に、制御器１０は、第１水供給器５を作動させる。第１水供給器５が作動すると、水タンク３から水が、浄化器４に供給される。また、第１水供給器５の作動後、第１水位検知器１２は、水タンク３の水位が、例えば、所定量下降したことを検知すると、制御器１０に検知信号を出力する。
【０１０９】
制御器１０は、第１水位検知器１２からの検知信号が入力されると、給水器６を作動させる。そして、水タンク３に水が供給され、第１水位検知器１２が水タンク３の水位が、例えば、所定量上昇したことを検知すると、制御器１０に検知信号を出力する。このように、制御器１０は、第１水位検知器１２が検知した水タンク３の水位に応じて、給水器６の動作を制御することにより、安定して水タンク３内に水が貯えられる。このため、水タンク３内の水がなくなることによる、改質器１への水蒸気の供給停止が抑制され、安定して水素生成運転を行うことができる。
【０１１０】
そして、上述したように、浄化器４に供給された水は、浄化され、蒸発器２で水蒸気に気化されて、改質器１に供給される。改質器１では、原料ガス供給路３７を介して供給された原料と水蒸気が反応し、水素含有ガスが生成する水素生成運転が行われる。
【０１１１】
このように構成された本実施の形態４に係る燃料電池システム２００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム２００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム２００では、第１水位検知器１２が浄化器４の水位（満水位）を検知することにより、浄化器４の水張りが終了したことを容易に検知することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態４においては、ガス抜き経路３３に第１弁１１を設けない構成としたが、これに限定されず、実施の形態３のように、第１弁１１を設ける構成としてもよい。
【０１１３】
この場合、実施の形態４と同様に、制御器１０は、浄化器４の水張りをするときには第１弁１１を開放し、改質器１で水素含有ガスを生成する運転（水素生成運転）をするときには第１弁１１を閉鎖するように制御されている。これにより、水張りをするときには、実施の形態３と同様の効果が得られ、水素生成運転をするときには、水タンク３内のガス（主として空気）がガス抜き経路上流部３３Ａを逆流して浄化器４内に混入することが抑制される。これにより、第１水経路３４にガスが混入して、第１水経路３４等が閉塞される可能性が低減される。さらに、第１水供給器５にガスが混入して、その供給量が変動する（いわゆる、エア噛みする）可能性が低減される。
【０１１４】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５は、第１水供給器と蒸発器とを接続する第２水経路の途中に、大気開放された開放端を有する第３水経路が設けられた形態の一例を示すものである。
【０１１５】
本実施の形態５に係る燃料電池システムは、浄化器から蒸発器までの水経路を第２水経路とし、第２水経路から分岐され、大気開放された開放端を有する第３水経路と、第１水供給器を蒸発器と第３水経路の開放端とに選択的に接続する第１切り替え器と、制御器と、を備え、制御器は、第１水位検知器が浄化器の水位が満水であることを検知すると、第１切り替え器を第１水供給器と第３水経路の開放端とを接続させた状態で、第１水供給器を作動させる。
【０１１６】
ここで、第１切り替え器は、第１水供給器を蒸発器と第３水経路の開放端とに選択的に接続することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、三方弁で構成されていてもよく、第２水経路と第３水経路のそれぞれに、開閉弁を設けて、該２つの開放弁の開閉を切り替えることで、第１水供給器を蒸発器と第３水経路の開放端とに選択的に接続してもよい。
【０１１７】
また、「第１切り替え器を第１水供給器と第３水経路の開放端とを接続させた状態」とは、第１水供給器と第３水経路の開放端とが連通されている状態をいう。
【０１１８】
以上の構成により、第１水供給器内のガス（主として空気）を大気中に排出することができ、第１水供給器の供給量が変動する可能性が低減される。また、第１水供給器から第２水経路にガスが混入して、第２水経路が閉塞される可能性が低減される。
【０１１９】
［燃料電池システムの構成］
図６は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１２０】
図６に示すように、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システム２００は、実施の形態４に係る燃料電池システム２００と基本的構成は同じであるが、第２水経路３５から分岐された第３水経路４０と、第１水供給器５を蒸発器２と第３水経路４０の開放端とに選択的に接続する第１切り替え器１４と、を備える点が異なる。
【０１２１】
具体的には、第２水経路３５は、第２水経路上流部３５Ａと第２水経路下流部３５Ｂを有していて、第２水経路上流部３５Ａと第２水経路下流部３５Ｂを接続するように、三方弁で構成された第１切り替え器１４が設けられている。より詳しくは、第２水経路上流部３５Ａは、第１水供給器５と第１切り替え器１４の第１ポート１４Ａとを接続し、第２水経路下流部３５Ｂは、第１切り替え器１４の第３ポート１４Ｃと蒸発器２とを接続する。また、第１切り替え器１４の第２ポート１４Ｂには、第３水経路４０の上流端が接続されている。第３水経路４０の下流端は、大気に開放されている。
【０１２２】
また、本実施の形態５に係る燃料電池システム２００は、第１凝縮器１０３及び第２凝縮器１０４を備えている。第１凝縮器１０３は、燃焼排ガス経路３９の途中に設けられていて、第２凝縮器１０４は、オフ酸化剤ガス経路４３の途中に設けられている。第１凝縮器１０３は、例えば、熱交換器を使用することができ、燃焼排ガスに含まれる水蒸気が水に凝縮されるように構成されている。同様に、第２凝縮器１０４は、例えば、熱交換器を使用することができ、オフ酸化剤ガスに含まれる水蒸気が水に凝縮されるように構成されている。これにより、燃焼器１ａで生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路３９を介して第１凝縮器１０３に供給され、第１凝縮器１０３で凝縮された水は、第１凝縮水経路４４を通流して水タンク３に供給される。同様に、オフ酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路４３を介して第２凝縮器１０４に供給され、第２凝縮器１０４で凝縮された水は、第２凝縮水経路４５を通流して水タンク３に供給される。
【０１２３】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態５に係る燃料電池システム２００の動作について、図６を参照しながら説明する。なお、改質器１の水素生成運転以降の動作については、実施の形態１と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
【０１２４】
まず、上述したように、制御器１０は、給水器６から水タンク３に水を供給する。そして、浄化器４が満水位になったことを第１水位検知器１２が検知すると、制御器１０は、給水器６を停止させる。
【０１２５】
次に、制御器１０は、第１切り替え器１４の第１ポート１４Ａと第２ポート１４Ｂとを連通させ、かつ、第３ポート１４Ｃを遮断して、第１水供給器５と第３水経路４０の開放端（下流端）とを接続させた状態にする。ついで、制御器１０は、第１水供給器５を作動させて、浄化器４で浄化された水を第１水経路３４、第１水供給器５、第２水経路上流部３５Ａ、及び第３水経路４０を通流させる。これにより、第１水経路３４、第１水供給器５、及び第２水経路上流部３５Ａ内に存在するガス（主として空気）が、第３水経路４０の開放端から大気に排出される。これにより、蒸発器２への水の供給を開始後に、第１水供給器５から蒸発器２に供給される水の量が変動する可能性や、第１水経路３４及び第２水経路３５が閉塞される可能性が低減される。
【０１２６】
次に、制御器１０は、所定の時間経過後、第１切り替え器１４の第１ポート１４Ａと第３ポート１４Ｃとを連通させ、第２ポート１４Ｂを遮断して、蒸発器２に水を供給する。ここで、所定の時間とは、予め実験等で求められた時間であって、浄化器４で浄化された水が、第１水経路３４、第１水供給器５、及び第２水経路上流部３５Ａに存在するガスを、第１水経路３４及び第２水経路３５が閉塞されるおそれがなくなる程度にまで、第３水経路４０の開放端から排出するために必要な時間をいう。
【０１２７】
そして、上述したように、浄化器４に供給された水は、浄化され、蒸発器２で水蒸気に気化されて、改質器１に供給される。
【０１２８】
このように構成された本実施の形態５に係る燃料電池システム２００であっても、実施の形態４に係る燃料電池システム２００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態５に係る燃料電池システム２００では、蒸発器２への水の供給を開始後に、第１水供給器５から蒸発器２に供給される水の量が変動する可能性や、第１水経路３４及び第２水経路３５が閉塞される可能性が低減される。
【０１２９】
なお、本実施の形態５においては、第１水位検知器１２を水タンク３に設ける構成としたが、これに限定されず、実施の形態３に係る燃料電池システム２００のように、ガス抜き経路３３の途中に水位検知タンク１３を設けて、該水位検知タンク１３内に第１水位検知器１２を設ける構成としてもよく、また、浄化器４やガス抜き経路３３内に第１水位検知器１２を設ける構成としてもよい。
【０１３０】
また、本実施の形態５においては、第１凝縮器１０３及び第２凝縮器１０４を設ける形態を採用したが、これに限定されず、第１凝縮器１０３及び第２凝縮器１０４のいずれか一方を設ける形態を採用してもよい。
【０１３１】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６は、水利用機器が燃料電池を冷却する冷却水を貯える冷却水タンクである形態の一例を示すものである。
【０１３２】
本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムは、水利用機器である冷却水タンクが大気開放された排気口を備えている。
【０１３３】
これにより、浄化器の水張りをするときには、冷却水タンクを介して浄化器内のガスが排出されるため、円滑に浄化器に水を供給することができる。
【０１３４】
また、本実施の形態６に係る燃料電池システムでは、浄化器は、水タンクから冷却水タンクまでの水経路において、水タンクが満水位であるときに、水の自重により浄化器内に水が張られるように配設されている。
【０１３５】
また、本実施の形態６に係る燃料電池システムでは、第１水供給器は、浄化器よりも上流側に設けられ、第１水供給器は、水タンクから冷却水タンクまでの水経路において、水タンクが満水位であるときに水の自重により該第１水供給器内に水が張られるように配設されている。
【０１３６】
［燃料電池システムの構成］
図７は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１３７】
図７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２００は、実施の形態１に係る燃料電池システム２００と基本的構成は同じであるが、水利用機器として、冷却水タンク１０５が設けられている点が異なる。具体的には、冷却水タンク１０５は、水経路３０を介して、水タンク３と接続されていて、浄化器４で浄化された水を冷却水として貯えるように構成されている。また、本実施の形態６では、浄化器４は、第１水供給器５よりも下流側に配置されている。
【０１３８】
また、冷却水タンク１０５には、オーバーフロー路１０５ａが、接続されている。オーバーフロー路１０５ａの下流端は大気開放されている。これにより、浄化器４内に水張りをするときに、浄化器４内のガス（主として、空気）が水経路３０及び冷却水タンク１０５のオーバーフロー路１０５ａを介して大気中に排出される。すなわち、本実施の形態６においては、冷却水タンク１０５は、オーバーフロー路１０５ａにより大気開放されている。
【０１３９】
なお、上記オーバーフロー路１０５ａは、冷却水タンク１０５に設けられた排気口の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、冷却水タンク１０５に排気口としてのオーバーフロー路１０５ａを設けず、冷却水タンク１０５に、直接排気口を設ける形態を採用しても構わない。
【０１４０】
さらに、冷却水タンク１０５は、冷却水が流れる冷却水経路５０上に設けられている。上記冷却水経路５０のうち燃料電池１０１の内部を流れる冷却水経路５０が、冷却水内部経路１０１Ｃである。ここで、冷却水タンク１０５内の冷却水は、冷却水経路５０を介して燃料電池１０１に供給され、冷却水内部流路１０１Ｃを流れる間に燃料電池１０１で発生した熱を回収して、燃料電池１０１より排出される。
【０１４１】
なお、蒸発器２への水の供給は、水経路３０に分岐経路を設けて、該分岐経路から行ってもよい。また、後述するように、冷却水タンク１０５から蒸発器２へ冷却水を供給するようにしてもよい。
【０１４２】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態６に係る燃料電池システム２００の動作について、図７を参照しながら説明する。なお、改質器１の水素生成運転以降の動作については、実施の形態１と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
【０１４３】
まず、実施の形態１と同様に、給水器６が、水タンク３に給水経路３１を介して水を供給する。水タンク３に供給された（貯えられた）水の一部は、水経路３０を介して浄化器４に供給される。このとき、水タンク３内の水面よりも浄化器４が下方に位置するので、位置水頭によって水タンク３の水が浄化器４に圧送される。
【０１４４】
また、第１水供給器５は、浄化器４の上流の水経路３０に設けられ、かつ、水タンク３内の水面よりも第１水供給器５が下方に位置するので、位置水頭によって水タンク３の水が第１水供給器５にも圧送される。そして、水タンク３への水供給を継続することで、第１水供給器５を作動させることなく浄化器４及び第１水供給器５を水で満たすことも可能になる。
【０１４５】
なお、本実施の形態６に係る燃料電池システム２００においては、冷却水タンク１０５のオーバーフロー路１０５ａを介して浄化器４が大気に開放されている。これにより、冷却水タンク１０５に排気口が設けられない場合に比べ、浄化器４への水の供給を円滑にすることができる。これは、冷却水タンク１０５に排気口が設けられていない場合、浄化器４への水供給に伴い水経路３０の内圧が上昇し、浄化器４の水張りが阻害されるからである。
【０１４６】
なお、冷却水タンク１０５への水張りを行う場合には、第１水供給器５を作動させることで、水タンク３内の水が水経路３０を介して供給される。
【０１４７】
このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池システム２００は、実施の形態１に係る燃料電池システム２００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態６に係る燃料電池システム２００では、従来よりも第１水供給器５の消費電力を低減して、浄化器４だけでなく第１水供給器５内も水で満たすことが可能になる。また、本実施の形態６に係る燃料電池システム２００では、第１水供給器５内を水で満たすことができるため、第１水供給器５のエア噛みや空打ちの発生を低減することができる。
【０１４８】
なお、本実施の形態６に係る燃料電池システム２００は、浄化器４の水張りにおいて、第１水供給器５を全く作動させない形態に限定されるものではない。浄化器４及び第１水供給器５の水張りに要する第１水供給器５の消費電力が、従来の燃料電池システムに比べ、抑制される範囲において、第１水供給器５を動作させても構わない。
【０１４９】
また、本実施の形態６においては、冷却水タンク１０５に排気口が設けられた形態を採用したが、これに限定されるものではない。排気口は、浄化器及びその下流の水経路であればいずれの箇所に設けても構わない。上記下流の水経路としては、水経路３０、冷却水タンク１０５、冷却水経路５０等の水経路が挙げられる。
【０１５０】
従って、例えば、実施の形態２のように、浄化器４に排気口を設ける形態を採用してもよい。また、実施の形態２における変形例１のように、浄化器４の下流の水経路３０に排気口を設ける形態を採用してもよい。
【０１５１】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７は、水利用機器が冷却水タンクであり、冷却水タンクから蒸発器に水を供給する形態の一例を示すものである。
【０１５２】
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムは、水利用機器が冷却水タンクであり、冷却水タンク内の水位を検知する第２水位検知器と、冷却水経路と蒸発器とを接続する第４水経路と、第４水経路に設けられた第２水供給器と、第４水経路から分岐され、大気開放された開放端を有する分岐経路と、第２水供給器を蒸発器と分岐経路とに選択的に接続する第２切り替え器と、制御器と、を備え、制御器は、第２水位検知器が冷却水タンクの水位が所定の水位であることを検知すると、第２切り替え器により第２水供給器と分岐経路の開放端とを接続させた状態で、第２水供給器を作動させる。
【０１５３】
ここで、第２水供給器は、蒸発器に水の流量を調整して供給することができればどのような態様であってもよく、例えば、流量調整弁単体やポンプ単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
【０１５４】
第２水位検知器は、冷却水タンクの水位を検知して、検知した水位を制御器に出力することができればどのような態様であってもよく、例えば、直接的に冷却水タンクの水位を検知してもよく、また、間接的に冷却水タンクの水位を検知してもよい。第２水位検知器としては、例えば、フロートスイッチを使用することができる。
【０１５５】
第２切り替え器は、第２水供給器を蒸発器と分岐経路の開放端とに選択的に接続することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、三方弁で構成されていてもよく、第４水経路と分岐経路のそれぞれに、開閉弁を設けて、該２つの開放弁の開閉を切り替えることで、第２水供給器を蒸発器と分岐経路の開放端とに選択的に接続してもよい。
【０１５６】
さらに、所定の水位は、任意に設定することができる。一例として、所定の水位を、冷却水経路及び第４水経路を冷却水で満たすことができる水量が確保される水位が挙げられる。
【０１５７】
これにより、第２水供給器内のガスを大気に排出して、蒸発器への水（冷却水）の供給を円滑に行うことができる。
【０１５８】
また、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムでは、冷却水供給器を備え、制御器が、第２水供給器を作動させるとともに、冷却水供給器を作動させるように構成されている。これにより、第２水供給器が空打ちを低減することができる。
【０１５９】
ここで、冷却水供給器は、燃料電池に冷却水の流量を調整して供給することができればどのような態様であってもよく、例えば、流量調整弁単体やポンプ単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
【０１６０】
［燃料電池システムの構成］
図８は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１６１】
図８に示すように、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム２００は、実施の形態６に係る燃料電池システム２００と基本的構成は同じであるが、第２水位検知器１０６、第２水供給器１０７、第２切り替え器１０８、第４水経路４８、及び分岐経路４９を備えている点が異なる。具体的には、第４水経路４８は、その上流端が冷却水経路５０の途中に接続されていて、その下流端は蒸発器２に接続されている。第４水経路４８の途中には、第２水供給器１０７が設けられている。
【０１６２】
第２水供給器１０７は、冷却水経路５０の水、ひいては冷却水タンク１０５の水を蒸発器２に供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよく、例えば、ポンプであってもよい。
【０１６３】
また、第４水経路４８の第２水供給器１０７よりも下流側の部分には、第２切り替え器１０８が設けられている。第２切り替え器１０８には、分岐経路４９が接続されている。これにより、第２切り替え器１０８が作動することにより、第２水供給器１０７は、蒸発器２と分岐経路４９の開放端とに選択的に接続される。
【０１６４】
また、本実施の形態７に係る燃料電池システム２００は、冷却水供給器１０９を備えていて、冷却水供給器１０９は、冷却水経路５０に設けられている。冷却水供給器１０９としては、冷却水タンク１０５の水を、冷却水供給路５０を介して冷却水内部流路１０１Ｃに供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよく、例えば、吐出量の大きいポンプを使用してもよい。
【０１６５】
［燃料電池システム動作］
次に、本実施の形態７に係る燃料電池システム２００の動作について、図８を参照しながら説明する。なお、水素生成装置１００の水素生成運転以降の動作については、実施の形態１と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
【０１６６】
まず、実施の形態６と同様に、制御器１０は、給水器６から水タンク３に水を供給し、第１水供給器５及び浄化器４内を水で満たす。そして、水タンク３が所定の水位（例えば、満水位）になると、第１水供給器５を作動させて、水タンク３内の水を冷却水タンク１０５に供給する。このとき、水経路３０を通流する水は、浄化器４で浄化されて冷却水タンク１０５に供給される。なお、給水器６は、水タンク３が所定の水位になると停止してもよく、また、所定の水位を維持するように作動してもよい。
【０１６７】
次に、制御器１０は、第２水位検知器１０６が冷却水タンク１０５の水位が所定の水位であることを検知すると、第２水供給器１０７と分岐経路４９の開放端（下流端）とを接続させた状態にする。ついで、制御器１０は、第２水供給器１０７を作動させて、冷却水タンク１０５内の水（冷却水）を、冷却水経路５０を介して第４水経路４８に通流させる。これにより、冷却水タンク１０５から第２切り替え器１０８までの水経路Ａ内のガスを大気に排出して、蒸発器２への水の供給を開始後、第２水供給器１０７のエア噛みによる流量の変動を抑制することができる。
【０１６８】
このとき、制御器１０は、水経路Ａのガス抜き動作時に、冷却水経路５０から第４水経路４８へのガスの流入を低減するために、冷却水供給器１０９も作動させることが好ましい。これにより、第４水経路４８へのガスの流入量が低減され、第２水供給器１０７の空打ちを低減することができる。
【０１６９】
次に、制御器１０は、所定の時間経過後、第２切り替え器１０８を作動させて、第２水供給器１０７を蒸発器２と接続させて、蒸発器２に水を供給する。ここで、所定の時間とは、水経路Ａ内のガスを、分岐経路４９を介して大気に放出するために必要な時間をいう。
【０１７０】
そして、上述したように、蒸発器２に供給された水は、蒸発器２で水蒸気に気化されて、改質器１に供給される。
【０１７１】
このように構成された本実施の形態７に係る燃料電池システム２００であっても、実施の形態６に係る燃料電池システム２００と同様の作用効果を奏する。
【０１７２】
なお、上記実施の形態１乃至５（実施の形態２における変形例１を含む）に係る燃料電池システム２００では、第１水供給器５が浄化器４よりも下流側に配設されている形態を採用したが、これに限定されず、第１水供給器５が浄化器４よりも上流側に配設されている形態を採用してもよい。
【０１７３】
また、実施の形態６及び実施の形態７に係る燃料電池システム２００では、第１水供給器５が浄化器４よりも上流側に配設されている形態を採用したが、これに限定されず、第１水供給器５が浄化器４よりも下流側に配設されている形態を採用してもよい。
【０１７４】
また、実施の形態６及び実施の形態７に係る燃料電池システム２００では、浄化器及びその下流の水経路の少なくともいずれかに排気口を設ける一形態として、冷却水タンク１０５に排気口を設ける形態を採用した。しかながら、これに限定されず、浄化器及びその下流の水経路のいずれにも、排気口を設けない形態を採用してもよい。
【０１７５】
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。したがって、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形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明の燃料電池システムは、水タンクの満水位であるときに水の自重により浄化器に水が張られるように配設されているために、浄化器への水張りに要する水供給器の消費電力を従来よりも低減することができるため、燃料電池の分野で有用である。
【符号の説明】
【０１７７】
１  改質器
１ａ  燃焼器
２  蒸発器
３  水タンク
３ａ  オーバーフロー路
４  浄化器
５  第１水供給器
６  給水器
７  排気口
１０  制御器
１１  第１弁
１２  第１水位検知器
１３  水位検知タンク
１４  第１切り替え器
１４Ａ  第１ポート
１４Ｂ  第２ポート
１４Ｃ  第３ポート
３０  水経路
３１  給水経路
３２  水供給路
３３  ガス抜き経路
３３Ａ  ガス抜き経路上流部
３３Ｂ  ガス抜き経路下流部
３４  第１水経路
３５  第２水経路
３５Ａ  第２水経路上流部
３５Ｂ  第２水経路下流部
３６  水蒸気供給路
３７  原料ガス供給路
３８  燃料ガス供給路
３９  燃焼排ガス経路
４０  第３水経路
４１  オフ燃料ガス経路
４２  酸化剤ガス供給路
４３  オフ酸化剤ガス経路
４４  第１凝縮水経路
４５  第２凝縮水経路
４８  第４水経路
４９  分岐経路
５０  冷却水経路
１０１  燃料電池
１０１Ａ  燃料ガス内部流路
１０１Ｂ  酸化剤ガス内部流路
１０１Ｃ  冷却水内部流路
１０２  酸化剤ガス供給器
１０３  第１凝縮器
１０４  第２凝縮器
１０５  冷却水タンク
１０５ａ  オーバーフロー路
１０６  第２水位検知器
１０７  第２水供給器
１０８  第２切り替え器
１０９  冷却水供給器
２００  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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