(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と水蒸気から水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器での水蒸気改質反応に必要な水蒸気を生成する水蒸発器と、を含む水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路と、前記冷却水を貯える冷却水タンクと、前記燃料電池から排出される燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方から回収される水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクの水を前記水蒸発器に供給するための第１の水経路と、前記第１の水経路より分岐して前記冷却水タンクに水を供給するための第２の水経路と、前記分岐箇所よりも上流の前記第１の水経路に設けられ、前記水蒸発器及び前記冷却水タンクへこれのみで水を送出する水送出器と、前記回収水タンクからの水の供給先を前記水蒸発器と前記冷却水タンクとの間で切替える切替器と、制御器と、を備え、
前記制御器は、前記水素生成装置の燃料ガス生成運転中においては、前記水蒸発器に水が供給されるよう前記切替器を制御し、前記燃料ガス生成運転の停止から次の前記燃料ガス生成運転の開始までの間に、前記切替器を前記冷却水タンク側に切り替えるとともに前記水送出器を動作させる冷却水補給動作を実行するよう構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記回収水タンクから供給される水を前記第１の水経路と第２の水経路とのそれぞれに分流する分流器を備え、前記分流器は所定の分流比で前記第１の水経路と前記第２の水経路とのそれぞれに分流するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記回収水タンクから供給される水を浄化する浄化器を備え、前記浄化器は、前記第２の水経路に設けられている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記分岐箇所より上流の前記第１経路に設けられた、前記回収水タンクから供給される水を浄化する浄化器を備え、前記水送出器は、前記浄化器の下流に設けられ、前記水送出器と前記浄化器との間の前記第１経路にフィルタを備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水送出器は、前記回収水タンクの排水口より低い位置に配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水送出器は、前記回収水タンクの下限水位より低い位置に配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水送出器は、前記回収水タンクの底より低い位置に配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時間が第１の閾値以上になった場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量が第２の閾値以上になった場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御器は、前記冷却水タンクの水位が第３の閾値以下になる場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時間が、前記冷却水タンクの水位が第３の閾値以下になると推定される第４の閾値以上になる場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量が、前記冷却水タンクの水位が第３の閾値以下になると推定される第５の閾値以上になる場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記冷却水タンクの水位を検知する水位検知器をさらに備え、前記制御器は、前記水位検知器で検知される水位が前記第３の閾値以下である場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記冷却水補給動作が完了するまで前記燃料電池システムの運転開始を許可しない運転許可器を備える、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記時間閾値を設定する閾値設定器をさらに備え、前記閾値設定器は、前回の前記冷却水補給動作の動作時間に応じて前記第１の閾値を更新するよう構成されている、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記制御器は、前記冷却水補給動作において、前記燃料電池システムの連続発電運転時間の長さまたは前記累積発電量の大きさに応じた量の前記冷却水が前記冷却水タンクに供給されるよう前記水送出器を動作させるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記冷却水タンクにオーバーフロー口と、前記オーバーフロー口からのオーバーフロー水を前記回収水タンクに戻す水戻し経路とを備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記制御器は、起動動作において前記冷却水タンクに水が供給された後、前記水蒸発器への水の供給を開始するよう前記水送出器及び前記切替器を制御するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記制御器は、起動動作において前記冷却水タンクに水が供給された後、燃料ガス生成運転のための前記水蒸発器への水の供給を開始するよう前記水送出器及び前記切替器を制御するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記回収水タンクより前記冷却水タンクの方が上方に設けられているとともに、前記冷却水タンクへの前記第２の水経路からの水の供給口が、前記冷却水タンクの水の排出口より高い位置に設けられており、
かつ、前記燃料電池システムは、該燃料電池システムの運転中に前記水蒸発器と前記冷却水タンクとの双方に前記回収水タンクからの水を供給するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ガス、ＬＰガス、メタノール等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む原料と水蒸気とを用いて、水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置と、水素リッチな燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池とを備えた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、都市ガスやＬＰガス等の原料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改質器を含む水素生成装置と、水素生成装置で生成された燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により、発電を行う燃料電池とを備える。改質器には、改質水が供給され、改質器内部で水蒸気となり、原料の改質に用いられる。また、燃料電池には発電時に発熱した燃料電池を一定温度に保つために、冷却水が供給される。そして、これら改質水、冷却水は、燃料電池より排出される燃料ガス及び酸化剤ガスとから回収された水（以下、回収水と呼ぶ）を利用している。
【０００３】
改質水に、金属イオンや硫黄成分を含む不純物などが混入し、水素生成装置に供給されると、改質触媒が劣化し寿命が著しく低下する。また、改質触媒が劣化することで、燃料電池の発電に必要な水素量を生成できずにシステムが停止することが想定される。また、水蒸気改質反応において副生する一酸化炭素量が増加し、燃料電池の電極の白金触媒が被毒劣化し、燃料電池の性能、寿命が著しく損なわれることも想定される。このため、改質水に使用する水は、その水質管理が燃料電池システム全体にとって非常に重要となる。このことから、回収水由来の不純物が改質水に混入することを避けるため、水純度を維持管理する複雑な構成や制御手段を設ける必要が生じ、また回収水を利用する冷却水系から改質水を供給するような場合には、冷却水系などに使用する材料が限定されるという課題があった。
【０００４】
上記課題を解決する手段として、まずイオン交換樹脂等の浄化器に通して水中の金属イオンや不純物を取り除き、そして、不純物等の取り除かれた水を改質水、冷却水として、それぞれ第１貯水部と第２貯水部に分割して貯えることで、改質水への不純物の混入を抑制していた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１５は、上記特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成図である。
【０００６】
図１５に示すように、燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池３０と、水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する改質器を内蔵する水素生成装置３１と、水素生成装置３１に都市ガス等の原料ガスを供給する原料供給経路４３と、燃料電池３０に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器３２と、水素生成装置３１によって生成された水素リッチな燃料ガスを燃料電池３０に供給するための燃料ガス供給経路４４とを備えている。
【０００７】
又、燃料電池３０を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路３３と、冷却水を貯える冷却水タンク３４と、冷却水経路３３を通じて冷却水タンク３４の水を燃料電池３０に供給する第２ポンプ３５が設けられている。更に、燃料電池３０から排出される酸化剤ガスから回収される水を貯える回収水タンク３６と、回収水タンク３６と冷却水タンク３４とを接続する第２の水経路３７と、第２の水経路３７を流れる水を浄化するための浄化器３８と、第２の水経路３７を通じて回収水タンク３６から冷却水タンク３４に水を流すための水供給ポンプ３９と、冷却水タンク３４の水を回収水タンク３６に戻す水戻し経路４０と、冷却水タンク３４と水素生成装置３１とを接続する第１の水経路４１と、第１の水経路４１を通じて冷却水タンク３４から水素生成装置３１に改質水を供給する改質水ポンプ４２が設けられている。
【０００８】
システム動作時には、水素生成装置３１に、原料供給経路４３から都市ガス等の原料が供給され、第１の水経路４１から改質水が供給されることにより、原料が水蒸気改質され、水素リッチな燃料ガスが生成される。そして、その燃料ガスは燃料ガス供給経路４４を通じて燃料電池３０に供給され、酸化剤ガス供給器３２から酸化剤ガス供給経路４５を通じて供給された酸化剤ガスと電気化学反応し、電気と熱が発生する。この熱は、燃料電池３０を通流する冷却水に回収され、燃料電池３０内は一定温度に維持される。
【０００９】
また、燃料電池３０での反応に使用されなかった酸化剤ガスは、水凝縮器６０に送られ、酸化剤ガス中の水分が凝縮され、凝縮水が回収水として回収水タンク３６に貯えられる。回収水タンク３６に貯えられた回収水は、水供給ポンプ３９により、第２の水経路３７上の浄化器３８を通って、冷却水タンク３４に供給され、改質水や冷却水用として利用される。
【００１０】
また、冷却水タンク３４内は、隔壁４６を設けることで、第１貯水部４７と第２貯水部４８とに分割されている。第１貯水部４７の水は、改質水ポンプ４２により、第１の水経路４１から水素生成装置３１に改質反応の水蒸気源として供給される。また、第２貯水部４８の水は、第２ポンプ３５により、冷却水経路３３から燃料電池３０に供給される。第１貯水部４７には、第２の水経路３７を通じて供給される水が供給され、第２貯水部４８には、第１貯水部４７に供給された水が、隔壁４６を越えて供給される。
【００１１】
また、第１貯水部４７には第１の水位検知器４９が、第２貯水部４８には第２の水位検知器５０が設けられている。水供給ポンプ３９の動作は、第１の水位検知器４９または第２の水位検知器５０のＯＮ/ＯＦＦ信号により行われる。また、第２貯水部４８の水位は
、第１貯水部４７の水位より低くなるように、第１の水位検知器４９および第２の水位検知器５０のＯＮ/ＯＦＦ信号の設定位置が調整されている。更に、隔壁４６の高さは、水
戻し経路４０の冷却水タンク３４への接続部の位置より高く設定されている。このため、第２貯水部４８の水が、隔壁４６を越えて第１貯水部４７に逆流することはない。
【００１２】
これにより、改質水への冷却水系不純物の混入が抑制でき、浄化器３８で浄化された水を改質水として供給できるため、改質触媒の劣化が抑制できる。また冷却水経路３３には、不必要に特殊な材料を使用する必要もなく、材料の選択自由度が増した。
【００１３】
また、燃料電池から排出される未反応のガスから回収された回収水をイオン交換樹脂等の浄化器で浄化して貯え、この貯えられた水を別個のポンプでそれぞれ水素生成装置の改質水及び燃料電池の冷却水として送出する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−４０５５３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている燃料電池システムでは、不純物を含む可能性が高い冷却水が改質水に混入しないように、それぞれのための水タンクを設けているため、水タンクの容積が大きくなったり、それぞれのタンクの水位管理のためより多くの水位検知器が必要であった。また、システム内には第２の水経路、第１の水経路、冷却水経路と複数の水経路が存在し、それぞれに水を送出するポンプを要する。また、特許文献２に記載されている燃料電池システムでは回収水を冷却水系と改質水系とに供給するために２つのポンプが必要である。これらのことが、システムのコンパクト化、低コスト化にとっては課題となる。
【００１６】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、冷却水系と改質水系とを分離するためにタンクを別々に設けずかつ冷却水系及び改質系に水供給するポンプ数を従来よりも低減化した構成で、冷却水系からの改質水への不純物の混入を抑制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】
【００１７】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、原料と水蒸気から水素を含む燃料ガスを生成する改質器を含む水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路と、前記冷却水を貯える冷却水タンクと、前記燃料電池から排出される燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方から回収される水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクと前記改質器とを接続する第１の水経路と、前記第１の水経路より分岐して前記冷却水タンクと接続する第２の水経路と、前記分岐箇所よりも上流の前記第１の水経路に設けられた水送出器と、を備え、前記水送出器を動作させることで、前記改質器または前記冷却水タンクに回収水タンクからの水が供給されるよう構成されている燃料電池システムである。
【００１８】
第２の本発明は、前記回収水タンクから供給される水を前記第１の水経路と第２の水経路とのそれぞれに分流する分流器を備え、前記分流器は所定の分流比で前記第１の水経路と前記第２の水経路とのそれぞれに分流するように構成されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００１９】
第３の本発明は、前記回収水タンクから供給される水を浄化する浄化器を備え、前記浄化器は、前記第２の水経路に設けられている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００２０】
第４の本発明は、前記分岐箇所より上流の前記第１経路に設けられた、前記回収水タンクから供給される水を浄化する浄化器を備え、前記水供給器は、前記浄化器の下流に設けられ、前記水供給器と前記浄化器との間の前記第１経路にフィルタを備える、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００２１】
第５の本発明は、前記水送出器は、前記回収水タンクの排水口より低い位置に配設されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００２２】
第６の本発明は、前記水送出器は、前記回収水タンクの下限水位より低い位置に配設されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００２３】
第７の本発明は、前記水送出器は、前記回収水タンクの底より低い位置に配設されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００２４】
第８の本発明は、前記回収水タンクからの水の供給先を前記水素生成装置と前記冷却水タンクとの間で切替える切替器と、制御器とを備え、前記制御器は、前記水素生成装置の燃料ガス生成運転中においては、前記水素生成装置に水が供給されるよう前記切替器を制御し、前記燃料ガス生成運転の停止から次の前記燃料ガス生成運転の開始までの間に、前記切替器を前記冷却水タンク側に切り替えるとともに前記水供給器を動作させる冷却水補給動作を実行するよう構成されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００２５】
第９の本発明は、前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時間が第１の閾値以上になった場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、第８の本発明の燃料電池システムである。
【００２６】
第１０の本発明は、前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量が第２の閾値以上になった場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、第８の本発明の燃料電池システムである。
【００２７】
第１１の本発明は、前記制御器は、前記冷却水タンクの水位が第３の閾値以下になる場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、第８の本発明の燃料電池システムである。
【００２８】
第１２の本発明は、前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時間が、運転時における前記冷却水の蒸発によって前記冷却水タンクの水位が第３の閾値以下になると推定される第４の閾値以上になる場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、第８の本発明の燃料電池システムである。
【００２９】
第１３の本発明は、前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量が、運転時における水利用機器への水供給によって前記冷却水タンクの水位が第３の閾値以下になると推定される第５の閾値以上になる場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、第８の本発明の燃料電池システムである。
【００３０】
第１４の本発明は、前記制御器は、前記燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電畳が、運転時における前記冷却水の蒸発及び水利用機器への水供給によって前記冷却水タンクの水位が第３の閾値以下になると推定される第５の閾値以上になる場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するとともに、前記冷却水補給動作を実行するよう構成されている、第８の本発明の燃料電池システムである。
【００３１】
第１５の本発明は、前記冷却水タンクの水位を検知する水位検知器をさらに備え、前記制御器は、前記水位検知器で検知される水位が前記第３の閾値以下である場合に、前記燃料電池システムの発電運転を停止するよう構成されている、第１１の本発明の燃料電池システムである。
【００３２】
第１６の本発明は、前記冷却水補給動作が完了するまで前記燃料電池システムの運転開始を許可しない運転許可器を備える、第９の本発明の燃料電池システムである。
【００３３】
第１７の本発明は、前記時間閾値を設定する閾値設定器をさらに備え、前記閾値設定器は、前回の前記冷却水補給動作の動作時間に応じて前記第１の閾値を更新するよう構成されている、第９の本発明の燃料電池システムである。
【００３４】
第１８の本発明は、前記制御器は、前記冷却水補給動作において、前記燃料電池システムの連続発電運転時間の長さまたは前記累積発電量の大きさに応じた量の前記冷却水が前記冷却水タンクに供給されるよう前記水送出器を動作させるように構成されている、第８の本発明の燃料電池システムである。
【００３５】
第１９の本発明は、前記冷却水タンクにオーバーフロー口と、前記オーバーフロー口からのオーバーフロー水を前記回収水タンクに戻す水戻し経路とを備える、第１４の本発明又は第１５の本発明の燃料電池システムである。
【００３６】
第２０の本発明は、前記回収水タンクからの水の供給先を前記水素生成装置と前記冷却水タンクとの間で切り替える切替器と、制御器とを備え、前記制御器は、起動動作において前記冷却水タンクに水が供給された後、前記水素生成装置への水の供給を開始するよう前記水送出器及び前記切替器を制御するように構成されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００３７】
第２１の本発明は、前記回収水クンクからの水の供給先を前記水素生成装置と前記冷却水タンクとの間で切り替える切替器と、制御器とを備え、前記制御器は、起動動作において前記冷却水タンクに水が供給された後、燃料ガス生成運転のための前記水素生成装置への水の供給を開始するよう前記水送出器及び前記切替器を制御するように構成されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００３８】
第２２の本発明は、前記回収水タンクより前記冷却水タンクの方が上方に設けられているとともに、前記回冷却水タンクへの前記第２の水経路からの水の供給口が、前記冷却水タンクの水の排出口より高い位置に設けられており、かつ、前記燃料電池システムは、該燃料電池システムの運転中に前記改質器と前記冷却水タンクとの双方に前記回収水タンクからの水を供給するよう構成されている、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００３９】
なお、上記発明において、「燃料電池システムの発電運転」とは、燃料電池の発電運転時の燃料電池システムの運転動作を指し、水素生成装置の燃料ガス生成運転及び燃料電池の発電運転を含むものとして定義される。
【００４０】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の燃料電池システムによれば、冷却水系と改質水系とを分離するためにタンクを別々に設けずかつ冷却水系及び改質系に水供給するポンプ数を従来よりも低減化した構成で、冷却水系からの改質水への不純物の混入を抑制し、改質触媒の劣化が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は本発明に係る実施の形態１における燃料電池システムを示す構成図である。
【図２】図２は本発明に係る実施の形態２における燃料電池システムを示す構成図である。
【図３】図３は図２に示す気泡分離器の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４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は燃料電池システムの水供給制御プログラムの内容を示すフローチャートである。
【図６】図６は図５のフローチャートのシステム運転時における水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図７】図７は図５のフローチャートのシステム停止時における水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図８】図８は本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムにおけるシステム運転時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムにおけるシステム停止時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムにおけるシステム運転時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムにおける水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムにおけるシステム運転時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は従来の技術における燃料電池システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。
【００４５】
図１に示すように、本実施の形態１における燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池１と、都市ガス等の原料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改質器７１を内蔵する水素生成装置２と、改質器に都市ガス等の原料ガスを供給する原料供給経路１７と、水素生成装置２から水素リッチな燃料ガスを燃料電池１に供給するための燃料ガス供給経路１８と、燃料電池１に酸化剤ガス供給経路１９を通して酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器３とを備えている。
【００４６】
水素生成装置２は、上述の改質器７１だけでなく、改質器７１で生成された燃料ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減する変成器（図示せず）と、変成器を通過した燃料ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器（図示せず）とを内蔵している。改質器７１は、水蒸気改質反応を促進するため、改質触媒（図示せず）を備え、改質触媒への反応熱供給用の熱供給手段としてバーナ１６を備えている。
【００４７】
酸化剤ガス供給器３は、ここでは、吸入口が大気開放されているブロワ（図示せず）を備え、そのブロワにより吸入された空気を一定量の水蒸気で加湿する加湿装置（図示せず）がさらに設けられている。なお、酸化剤ガス供給器３は、シロッコファンなどのファン類を用いる構成としてもよい。
【００４８】
又、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路４と、冷却水を貯える冷却水タンク５と、冷却水経路４を通じて冷却水タンク５の水を燃料電池１に供給する第２ポンプ６とを備えている。
【００４９】
冷却水経路４は、冷却水往路４Ａと冷却水復路４Ｂとから構成され、冷却水往路４Ａの上流端は、冷却水タンク５に接続され、その下流端は燃料電池１に接続されている。また、冷却水復路４Ｂの上流端は、燃料電池１に接続され、その下流端は冷却水タンク５に接続されている。冷却水復路４Ｂの途中には、熱交換器６１が設けられており、これにより、燃料電池１で発生する熱を外部熱媒体（例えば、水）により回収し、燃料電池１内を適切な温度に維持することが出来る。
【００５０】
又、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１から排出される反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）から水凝縮器６２により回収される水を回収水経路２１を介して貯える回収水タンク７と、回収水タンク７と水素生成装置２とを接続する第１の水経路８と、回収水タンク７から第１の水経路８に水を送出するための第１ポンプ９とを備えている。尚、燃料電池１から排出される燃料ガス中の未使用の燃料ガスをバーナーの燃料として用いるために、燃料電池１とバーナ１６がアノードオフガス経路２０によって接続されており、燃料電池１から排出される酸化剤ガスは、カソードオフガス経路２２を通ってシステム系外へと排出される。本実施の形態では、上記水凝縮器６２は、アノードオフガス経路２０及びカソードオフガス経路２２の双方に配置されており、燃料ガス及び酸化剤ガスの両方から水を回収しているが、どちらか一方の排出ガスから水を回収する構成としても良い。
【００５１】  又、第１の水経路８を流れる水を浄化する浄化器１０が、第１ポンプ９の通水方向下流側に設けられており、浄化器１０より通水方向下流側の第１の水経路８から分岐し、冷却水タンク５と接続する第２の水経路１１が設けられている。第２の水経路１１との分岐点Ｏより通水方向下流側の第１の水経路８上には、第２の流量調整器の一例である、改質水流量を調整するオリフィスＡ１２が設けられ、第２の水経路１１上には、本発明の第１の流量調整器の一例である、水供給量を調整するオリフィスＢ１３が設けられている。又、冷却水タンク５からのオーバーフロー水を、冷却水タンク５の下方に設けられた回収水タンク７に戻すための水戻し経路１４が設けられている。なお、冷却水タンク５は、大気開放されている。冷却水タンク５の大気開放は、冷却水タンク５を直接大気開放する他、例えば、回収水タンク７を大気開放することにより、水戻し経路１４及び回収水タンク７を介して大気開放されるよう構成されても良い。また、ここでは、浄化器１０は、第１の水経路８上の第１ポンプ９より通水方向下流側に設けられているが、浄化器１０が第１ポンプ９より通水方向上流側に設けられている構成としても良い。また、第１ポンプ９は、回収水タンク７の排水口７ａより低い位置に配設されていることが好ましい。これは、ポンプの動作開始時はポンプの入口側が負圧になることで、水中の溶存ガスが溶出し、ポンプがエアの噛み込みを起こしやすくなるが、上記構成により、第１ポンプ９が回収水タンクの水位よりも低く第１ポンプに水圧がかかった状態になるため、第１ポンプ９の動作開始時に負圧になりにくくエアの噛み込みを抑制することができるからである。なお、この観点から、回収水タンク７の水位変動によらず、第１ポンプ９に水圧がかかるように構成してエア噛み抑制効果を向上させるため、第１ポンプ９は、回収水タンク７の下限水位より低い位置に配設されていることがより好ましく、回収水タンク７の底より低い位置に配設されていることがさらに好ましい。  
【００５２】  また、第２の水経路１１は、冷却水タンク５の側壁に形成されている供給口５ｂに接続されており、水戻し経路１４は、冷却水タンク５の側壁に形成されているオーバーフロー口（排出口）５ａに接続されている。また、第２の水供給路１１を介して分岐点Ｏに水圧がかかり、冷却水タンク５内の冷却水が、供給口５ｂから第２の水経路１１へと逆流し、改質水に混入する可能性を低減するために、オーバーフロー口５ａは、供給口５ｂより低い位置に設けられている。なお、冷却水タンク５内の冷却水を排水するための構成は、上記オーバーフロー構造でなく、冷却水タンク５の側壁に通常の排水口を設け、この排水口に水戻し経路１４の上流端を接続するとともに水戻し経路１４に開閉弁を設け、この開閉弁を開放することにより、水戻し経路１４へ排水するよう構成しても良い。
【００５３】
更に、本実施の形態の燃料電池システムは、第２ポンプ６、第１ポンプ９、オリフィスＡ１２、及びオリフィスＢ１３を制御する制御器１５を備えている。本実施の形態では、制御器１５は、燃料電池システム全体の動作をも制御する。なお、制御器１５とは、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１５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。例えば、制御器１５を、第２ポンプ６、第１ポンプ９、オリフィスＡ１２、及びオリフィスＢ１３のみを制御するよう構成し、制御器１５と協働して燃料電池システムの動作を制御する制御器を別途設けても良い。
【００５４】
次に、本実施の形態１における燃料電池システムの動作を説明する。この燃料電池システムの動作は制御器１５の制御により遂行される。
【００５５】
まず、燃料電池システムは、制御器１５からの起動指令により起動動作が実施される。具体的には、水素生成装置２で生成される水素を含む燃料ガスに含まれる一酸化炭素が十分低減され、燃料電池１に供給可能な状態になるよう水素生成装置２の昇温動作を含む起動動作を実行する。そして、本起動動作により一酸化炭素濃度の低い高品質の燃料ガスが水素生成装置２で生成されるようになると、燃料電池１への燃料ガスの供給が開始され、燃料電池１の発電運転が開始される。
【００５６】
具体的には、原料供給経路１７から供給される都市ガス等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む原料は、第１の水経路８から供給される水から改質器内部で生成された水蒸気と水蒸気改質反応し、水素リッチな燃料ガスが生成される。その燃料ガスが、変成器、ＣＯ除去器を経ることにより、一酸化炭素濃度が約１０ｐｐｍ以下の高品質な燃料ガスが生成される。このとき、燃料ガスには、改質反応に供された水蒸気が一定量含まれているが、さらに一定量の水蒸気を加湿するような構成としてもよい。
【００５７】
水素生成装置２で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給経路１８を介して、燃料電池１のアノード（図示せず）に供給される。
【００５８】
また、燃料電池１のカソード（図示せず）には、酸化剤ガス供給器３から酸化剤ガス供給経路１９を介して加湿された酸化剤ガスが供給される。
【００５９】
燃料電池１では、水素生成装置２から供給された水素リッチな燃料ガスと、酸化剤ガス供給器３から供給された酸化剤ガスとの電気化学反応により、電気と熱と水が発生する。
【００６０】
このとき、燃料電池１の内部で消費されなかった未反応の水素を含む燃料ガス（以下、アノードオフガスと呼ぶ）中に含まれる水蒸気は、水凝縮器６２によって、アノードオフガスと分離されて、水に凝縮される。水蒸気を除去されたアノードオフガスは、アノードオフガス経路２０を介してバーナ１６に供給される。バーナ１６では、アノードオフガスと空気供給器（図示せず）から供給された空気とを混合し燃焼させ、水素生成装置２に熱が供給される。一方、アノードオフガスから分離された水は、回収水経路２１を介して回収水タンク７に貯えられる。
【００６１】
同様に、燃料電池１の内部で消費されなかった未反応の酸化剤ガス（以下、カソードオフガスと呼ぶ）も、水凝縮器６２によってガスと水とに分離され、分離後のカソードオフガスはカソードオフガス経路２２からシステム外へ排出され、水は回収水経路２１を介して回収水タンク７に貯えられる。
【００６２】
また、燃料電池１は、冷却水経路４を介して冷却水タンク５と接続され、第２ポンプ６の動作により燃料電池１に冷却水が供給され、燃料電池１の発電運転時の排熱が回収される。
【００６３】
そして、制御器１５からの停止指令の制御信号が出力されると停止動作を開始し、停止動作が完了すると、燃料電池システムは停止する。
【００６４】
次に、本発明の実施の形態１の燃料電池システムの発電運転時における改質水の供給方法、及び冷却水タンク５への水供給方法について説明する。
【００６５】
改質器での水蒸気改質反応に必要な水蒸気は、第１の水経路８を介して、第１ポンプ９の動作により回収水タンク７から供給された水が、水素生成装置２内部に設けられたバーナ１６の熱により昇温される水蒸発器（図示せず）において加熱され生成する。第１の水経路８上には、イオン交換樹脂を含む浄化器１０が設けられ、導電性イオン等の不純物が取り除かれる。また、第１の水経路８に設けられたオリフィスＡ１２、及び第２の水経路１１に設けられたオリフィスＢ１３のそれぞれのオリフィス径及びオリフィス長から決まる圧力損失の比に基づき、第１ポンプ９によって回収水タンク７から供給される水が、水素生成装置２への改質水と、冷却水タンク５への供給水とに所定の流量比で分流される。これにより、１つのポンプ（第１ポンプ９）で水素生成装置２への改質水供給と、冷却水タンク５への水供給が行われる。
【００６６】
また、上述したように、供給口５ｂが、オーバーフロー口５ａよりも高い位置に形成されているため、第２の水供給路１１を介して分岐点Ｏに水圧がかかり、冷却水タンク５内の冷却水が第２の水経路１１を逆流し、改質水に混入する可能性を低減することができる。これにより、改質水用の水を貯えるタンクを要しない簡単な構成で、改質触媒の劣化を引き起こす冷却水系の不純物が改質水へ混入することを防ぐことが出来る。
【００６７】
次に、本実施の形態の燃料電池システムにおける改質水の流量、及び冷却水タンク５への水供給量の制御方法について説明する。
【００６８】
水素生成装置２では、改質器に供給される水蒸気中の水分子のモル数と改質器に供給される原料中に含まれる炭素原子のモル数との比Ｓ/Ｃを所定値（例えばＳ/Ｃ＝３）に安定的に維持する必要がある。これは、Ｓ/Ｃが目標値に対して小さい方にずれると、改質触媒に炭素が析出して、触媒劣化を招く危険性が上がり、一方、目標に対して大きい方にずれると、水蒸気にするための熱量が増加するため、効率が低下するからである。
【００６９】
また、改質器に供給される水蒸気量が頻繁に変動すると、生成される燃料ガス中の水分が変動するため露点も変動する。その結果、燃料電池１が固体高分子型燃料電池である場合、燃料ガスの露点が変動して固体高分子膜が乾きすぎるとイオン伝導性が十分に発揮されず電力低下を招く一方、濡れ過ぎると、ガスの拡散が阻害され、フラッディング等の問題が生じ、燃料電池システムが停止する場合がある。このような点から分かるように、改質水の流量制御は燃料電池システムの性能、信頼性、耐久性を維持向上させるには重要な要素となる。
【００７０】
このため、Ｓ/Ｃが最適な所定値となるように正確な流量を改質水として供給するには、改質水と冷却水タンク５への供給水とに精密に分流する必要があり、分流比が所望の値（例えば、改質水量：冷却水タンク５への供給水量＝２：１）になるように制御器１５によりオリフィスＡ１２とオリフィスＢ１３の開度が制御されている。
【００７１】
また、燃料電池１での発電量を増加するには、水素生成装置２での燃料ガスの生成量を増加させる必要があり、その際、水素生成装置２の圧力損失も増加する。その結果、発電量が低い時に比べ、改質水の流量と冷却水タンク５への水供給量の分流比が変化し、水素生成装置２に供給される改質水流量より、冷却水タンク５へ供給される水供給量の方が多くなる（例えば、改質水量：冷却水タンク５への供給水量＝１：２となる）。
【００７２】
つまり、発電量を増加させるためには、Ｓ／Ｃが上記最適な所定値になるように保った状態で、原料ガスの供給量と水供給量を増加させる必要があるが、発電量の増加とともに水素生成装置２１内部の圧力損失も増加し、Ｓ／Ｃ値が上記所定値よりもかなり小さくなってしまう可能性がある。そこで、発電量の増加に伴う第１の水経路と第２の水経路との分流比の変動データが予め計測され、記憶器（図１に示さず）に記憶されており、制御器１５は、この変動データに基づいて、Ｓ／Ｃが所定値になるようにオリフィスＡ１２及びオリフィスＢ１３の少なくとも一方の開度、及び第１ポンプ９を調整し、改質器への水供給量を増加させる。例えば、燃料電池１の増加後の発電量に対応する分流比が改質水量：冷却水タンクへの供給水量＝２：１から改質水量：冷却水タンクへの供給水量＝１：２に変動するというデータに基づき第２の水経路の圧力損失が４倍になるようオリフィスＢ１３を制御するとともに、第１ポンプも増加後の発電量に応じた操作量に増加して改質器への水供給量を増加させる。
【００７３】
このように発電量を増加させるために、水供給量を増加させると、発電量の増加に伴い、冷却水タンク５へ供給される水供給量は増加し、冷却水タンク５内の水位は上昇することになる。冷却水タンク５内の水位を一定に保つため、オーバーフロー水は水戻し経路１４を介して、回収水タンク７に供給される。その結果、冷却水タンク５への水供給量が増加した場合は、第１の水経路８と第２の水経路１１と水戻し経路１４とを介して水が循環される。
【００７４】
以上のように、本実施の形態の燃料電池システムでは、第１ポンプ９を動作させた場合、第１の水経路８上の浄化器１０を通水した改質水がオリフィスＡ１２とオリフィスＢ１３との圧損比で分流され、それぞれ、水素生成装置２と冷却水タンク５とに供給される。このため、改質水用の水を貯えるタンクを要しない簡単な構成で、冷却水系の不純物の改質水への混入を防ぐことが出来、改質触媒の劣化を抑えることが出来る。
【００７５】
また、制御器１５が、オリフィスＡ１２及びオリフィスＢ１３の開度を制御するとともに、１つの第１ポンプ９を制御することで、所定のＳ/Ｃとなるように改質水の流量を制
御するとともに、冷却水タンク５への水供給量の制御も可能となる。このため、従来構成に比べポンプの削減された簡素な構成で、改質水の流量及び冷却水タンク５への水供給量を制御することが可能になる。なお、本実施の形態においては、第１の水経路８及び第２の水経路１１の両方共にオリフィスを設けたが、いずれか一方の水経路にのみ設けても、第１ポンプ９の操作量制御と組み合わせることで、同様に改質水の流量及び冷却水タンク５への水供給量を制御することが可能になる。
【００７６】
また、本発明の実施の形態の燃料電池システムによれば、第１ポンプ９により送出される水を、水素生成装置２に供給する改質水と冷却水タンク５への供給水とに分流することで、第１ポンプ９の最低出力流量より少ない流量の水を改質水として水素生成装置２に供給することも可能となる。
【００７７】
また、オーバーフロー口５ａを冷却水タンク５内に形成することにより、タンク内の水位を一定に保て、オーバーフローした水を再利用することもできる。また、オーバーフローさせることで、冷却水タンク５、冷却水経路内の水を浄化することも可能となる。
【００７８】
尚、上記実施の形態では、オリフィスＡ１２及びオリフィスＢ１３を設けることによって、圧損比が決定されているが、オリフィスＡ１２を設けず、オリフィスＢ１３のみを設けて、オリフィスＢ１３の開度と第１ポンプ９の操作量を調整することで分岐点Ｏから水素生成装置２へ至る流路と、分岐点Ｏから冷却水タンク５へ至る流路のそれぞれに流れる水流量を調整しても構わない。また、上記オリフィスの代わりに分岐点Ｏに三方弁を設けて双方の流路への開度を調整し、流量を調節してもよい。但し、３方弁より、オリフィスを用いた方が、制御性が容易になることに加え、流量の変動をより抑制することが出来るため好ましい。
【００７９】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。本実施の形態２の燃料電池システムは、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、第２の水経路１１上の構成及び冷却水タンク５の構成が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明し、実施の形態１と共通する構成及び動作については説明を省略する。
【００８０】
図２に示すように、本発明の実施の形態２における燃料電池システムは、冷却水タンク５への水供給を遮断するために第２の水経路１１上に設けられた水供給弁２３と、冷却水タンク５内の水位を検知する水位検知器２４と、水と気泡とを分離するために、第１の水経路８と第２の水経路１１との接続部に設けられた気泡分離器２５とを備えている。なお、本実施の形態では、水位検知器２４として、フロート式のレベルスイッチが使用され、電磁式ＯＮ/ＯＦＦ信号で水位が検知される。本水位検知器２４では、所定の水位以上の水位を検知した場合にＯＮ信号が検知されるものとする。
【００８１】
次に、本発明の実施の形態２の燃料電池システムにおける、改質水の供給方法、及び冷却水タンク５への水供給方法について説明する。
【００８２】
本発明の実施の形態１において説明したように、燃料電池１の発電量が増加すると冷却水タンク５に水が過剰に供給されることになり、過剰に供給された水は水戻し経路１４を介して、回収水タンク７に戻され、第１の水経路８、第２の水経路１１、及び水戻し経路１４を介して、水循環するように制御されていた。
【００８３】
そこで、本実施の形態では、制御器１５が、上述の実施の形態１の制御に加え、さらに水位検知器２４の検知信号に基づき、水供給弁２３を制御することにより、冷却水タンク５が必要とするだけの水量を供給し、かつ、水位検知器２４での検知信号に基づいた水供給弁２３の制御の際に、Ｓ/Ｃが最適な所定値から大きくずれないようにすることを可能
とする。
【００８４】
制御器１５は、水位検知器２４からの検知信号がＯＦＦ信号（水位の低下）であることを検知した場合、水供給弁２３を開状態にするとともに、Ｓ/Ｃが所定値を大きく下回らないよう第１ポンプ９の操作量を増加するように制御し、分流された水が第２の水経路１１を介して、冷却水タンク５に供給され続ける。
【００８５】
一方、水位検知器２４からの検知信号がＯＮ信号（水位の増加）であることを検知した場合、制御器１５は、水供給弁２３を閉状態にするとともに、第１ポンプ９の操作量を水供給弁２３の開放状態時よりも低くすることでＳ/Ｃが所定値を大きく上回らないようにする。
【００８６】
このように、Ｓ/Ｃを所定値に安定的に維持しながら、冷却水タンク５が必要とするだけの水量を供給することができるため、第１ポンプ９の仕事量を低減することが可能となる。
【００８７】
なお、本例においては、第２の水経路１１に水供給弁２３を設け、水位検知器２４からの信号に基づき水供給弁２３を制御するよう構成したが、水供給弁２３を設けず、水位検知器２４の信号に基づき水供給弁２３の代わりにオリフィスＢ１３の開度を制御しても構わない。
【００８８】
次に、第１の水経路８と第２の水経路１１との接続部に設けられた気泡分離器２５について説明する。
【００８９】
システムが起動・停止を繰り返すことや、外気温度の変動等から水経路内の水温が上下することで、水経路内には気泡が発生する。また、システム内に水が全くない状態から全水経路に水を供給して、運転を開始する際、ポンプや電磁弁等の構成部品が多数存在し、かつシステム内を複雑に上下する水経路内から気泡を全て除去することは非常に困難であり、少なからず経路内に気泡が残る。これらの気泡が、改質水とともに改質器に供給されると、水蒸気量の変動が生じるため、燃料ガスの生成量、および燃料ガスの露点が変動し、燃料電池１での発電が不安定になる可能性があった。
【００９０】
そこで、本実施の形態における気泡分離器２５は、第１ポンプ９により送出される水に含まれる気泡が水素生成装置２内の改質器に供給されることを防ぐために設けられており、気泡を水と分離し、分離後の気泡が第２の水経路１１を介して冷却水タンク５に流れるように構成されている。
【００９１】
図３は、本発明の実施の形態２における気泡分離器２５の一例を示した構成図である。
【００９２】
気泡分離器２５は、その下部に形成され、第１ポンプ９により送出された水が供給される入口Ａ２６と、同じく下部に形成され、改質器に供給される水が送出される出口Ｂ２７と、その上部に形成され、第２の水経路１１と接続される出口Ｃ２８と、内部に設けられた隔壁２９とを備えている。
【００９３】
入口Ａ２６から供給された改質水は、第１ポンプ９の吐出圧に押され、一度上昇した後、隔壁２９を越えて下降して出口Ｂ２７より水素生成装置２に供給される。このとき、入口Ａ２６から水と共に供給される気泡は、その浮力で気泡分離器２５の上部へと分離され、出口Ｃ２８より第２の水経路１１を介して冷却水タンク５へ流れる。
【００９４】
このように、気泡分離器２５で気泡と水とに分離され、気泡は第２の水経路１１を通じて冷却水タンク５に流れるため、水素生成装置２内の改質器への気泡混入を抑制することができ、水素生成装置２及び燃料電池１の安定した運転を継続することができ、燃料電池システムの信頼性向上が図られる。
【００９５】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施の形態３の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムと基本的な構成は同じであるが以下の点が主に相違している。以下、これらの構成上の相違点とその動作とを中心に説明し、実施の形態１と共通する構成及び動作の説明は省略する。
【００９６】
本実施の形態３の燃料電池システムは、実施の形態１のオリフィスＡ１２及びオリフィスＢ１３に代えて、改質水弁７５及び冷却水弁７６をそれぞれ備えている。改質水弁７５及び冷却水弁７６は、それぞれ開閉弁で構成されていて、制御器１５によってその動作を制御される。改質水弁７５を開きかつ冷却水弁７６を閉じると、回収水タンク７からの水が水素生成装置２の改質器７１に供給され、改質水弁７５を閉じかつ冷却水弁７６を開くと、回収水タンク７からの水が冷却水タンク５に供給される。従って、改質水弁７５及び冷却水弁７６が、回収水タンク７からの水の供給先を、水素生成装置２の改質器７１と冷却水タンク５との間で切り替える切替器を構成している。
【００９７】
また、制御器１５が、記憶器７２、閾値設定器７３、運転許可器７４を備えている。制御器１５は、例えばマイクロコンピュータで構成されていて、記憶器７２は、例えばその内部メモリで構成されている。制御器１５の閾値設定器７３及び運転許可器７４は、記憶器７２に格納された所定のプログラムを制御器１５の演算部（図示せず：例えばマイクロコンピュータのＣＰＵで構成される）が読み出して実行することにより実現される機能ブロックである。
【００９８】
そして、第１の水経路８において、第１の水経路８と第２の水経路１１との分岐点Ｏより上流側に第１ポンプ９が配設され、第１ポンプ９より上流側に浄化器１０が配設されている。さらに、第１ポンプ９と浄化器１０との間の第１の水経路８にフィルタ８１が配設されている。浄化器１０にはイオン交換樹脂が充填されている。フィルタ８１は、例えば、活性炭を含んで構成されている。浄化器１０では、回収水タンク７からの水の中のイオンが除去されてその導電度が低下される。又、フィルタ８１の存在により万一、浄化器１０からイオン交換樹脂が流出した場合に、それが第１ポンプ９に流入し、第１ポンプ９内で噛み込みを引き起こし、動作が停止するような不具合が起こる可能性が抑制される。
【００９９】
次に、以上のように構成された本実施の形態３の燃料電池システムの動作を説明する。燃料電池システムは、発電を行う発電運転（以下、システム発電運転時という場合がある）と、燃料電池システムを停止状態（待機状態）から発電運転に円滑に立ち上げる起動動作（以下、システム起動時という場合がある）と、燃料電池システムを発電運転から円滑に停止させる停止動作と、待機状態（以下、システム待機時という場合がある）との４つの動作モードを有している。ここで、停止動作においては、制御器１５内の運転許可器７４が、起動要求があっても燃料電池システムの起動を許可せず、燃料電池システムは、制御器１５が起動指令を出力しない起動不許可の状態になる。また、待機状態は、燃料電池システムの停止動作が完了した後、起動要求が検知された場合に、起動が許可され、速やかに起動動作に移行可能な状態である。なお、上記起動要求としては、例えば、燃料電池システムから電力供給を受ける電力負荷の電力需要が所定の閾値以上になることや、図示されない操作器を通じてユーザーより入力される運転開始要求等が挙げられる。
【０１００】
図５は燃料電池システムの水（改質水及び冷却水）供給制御プログラムの内容を示すフローチャートである。図６はシステム運転時（システム起動動作時及び発電運転時）における水供給制御の内容を示すフローチャートである。図７はシステム発電運転停止後における水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【０１０１】
制御器１５の記憶器７２には、図５の水供給制御プログラムが格納されており、これを演算部（図示せず）が読み出して実行することにより、水供給制御が遂行される。
【０１０２】
図５に示すように、この水供給制御においては、まず、制御器１５は、起動指令（具体的には制御器１５からの運転開始の制御信号の出力）を待機する（ステップＳ１）。起動指令があると、制御器１５は、システム運転時の水供給制御を行う（ステップＳ２）。次に、制御器１５は、システム停止指令（具体的には制御器１５からの運転停止の制御信号の出力）があったか否か判定する（ステップＳ３）。システム停止指令がない場合（ステップＳ３でＮＯ）には、システム運転時の水供給制御を繰り返す。一方、システム停止指令があった場合（ステップＳでＹＥＳ）には、制御器１５は、システム発電運転停止後の水供給制御を行い（ステップＳ４）、その後、ステップＳ１に戻る。
【０１０３】
次に、システム運転時の水供給制御（ステップＳ２）について説明する。
【０１０４】
図６に示すように、システム運転時の水供給制御においては、制御器１５は、まず、燃料電池システムの運転を開始する（ステップＳ６）。
【０１０５】
次に、制御器１５は、水素生成装置２の運転を開始する（ステップＳ７）。
【０１０６】
次に、制御器１５は、改質水弁７５を開く（ステップＳ８）。なお、冷却水弁７６は、後述するように、システム停止発電運転停止後の水供給制御の完了時に閉じられているので、この時点では閉じている。
【０１０７】
次に、制御器１５は、水送出器としての第１ポンプ９の運転を開始する（ステップＳ９）。これにより、回収水タンク７の回収水が水素生成装置２の改質器７１に改質水として供給される。第１ポンプ９は、実施の形態１で述べたように、水素生成装置２の改質器７１におけるＳ／Ｃが３．０となるように制御される。
【０１０８】
次に、水素生成装置２で一酸化炭素濃度の低い高品質の燃料ガスが生成されるようになると、制御器１５は、燃料電池１の発電シーケンスへ移行する（ステップＳ１０）。これにより、燃料電池システムでは発電運転が行われる。
【０１０９】
次に、制御器１５は、連続発電時間（燃料電池システムの連続発電運転時間）が第１の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ１１）。連続発電時間は、制御器１５が、その内蔵する時計等の計時手段（図示せず）により計測し、記憶器７２に記憶する。ここで、連続発電時間とは、燃料電池システムが連続して発電を継続する時間をいい、燃料電池システムが発電を停止すると、連続発電時間がゼロにリセットされる。第１の閾値は、閾値設定器７３により設定される。第１の閾値の初期値は、燃料電池システムの連続発電時における冷却水タンク５の冷却水の減少に伴い低下する冷却水タンク５の水位を基準に予め決定され、閾値設定器７３に設定される。そして、後述するように、燃料電池システムの運転停止指令後の冷却水タンク５への冷却水補給動作時における冷却水の補給量に応じて更新される（ステップＳ３９）。第１の閾値の初期値は、実験やシミュレーション等によって適宜決定されるが、例えば、上記連続発電時における冷却水の減少に伴い冷却水タンク５の下限水位に近づいていることを検知可能なように設定される。具体的には、連続発電時の冷却水の減少により上記下限水位以上の所定の水位になると推定される連続運転時間が設定される。なお、上記下限水位は、冷却水タンク５内の冷却水を循環させて燃料電池１の排熱を回収可能な水位として定義される。
【０１１０】
本実施の形態３の燃料電池システムでは、冷却水タンク５が水戻し経路１４及び回収水タンク７を介して大気開放されているため、冷却水タンク５内の冷却水は運転時に蒸発によりその水量が低下する。そこで、第１の閾値の初期値は、例えば、燃料電池システムの運転時における冷却水の蒸発によって冷却水タンク５の水位が所定の閾値（第３の閾値）以下になると推定される燃料電池システムの連続運転時間（第４の閾値）に決定される。冷却水タンク５の水位の所定の閾値については、後で詳しく説明する。
【０１１１】
連続発電時間が第１の閾値以上でない場合（ステップＳ１１でＮＯ）には、発電が継続される（ステップＳ１０）。そして、連続発電時間が第１の閾値以上になると（ステップＳ１５でＹＥＳ）、制御器１５は、運転停止指令を出力し、水送出器である第１ポンプ９の運転を停止する（ステップＳ１２）。具体的には、第１ポンプ９は、ここではＰＷＭ(pulse width modulation)制御されており、制御器１５は、第１のポンプ９のdutyを０％にする。これにより、第１のポンプ９の運転が停止される。そして、この時点では、冷却水タンク５の冷却水は、所定の閾値（第３の閾値）以下の水位にまで減少している。
【０１１２】
次に、制御器１５は、改質水弁７５を閉じる（ステップＳ１３）。これにより、水素生成装置２の改質器７１への改質水の供給が停止される。一方、水素生成装置２の改質器７１への原料供給経路１７からの原料の供給も停止されることで、燃料電池１への燃料ガスの供給が停止され、燃料電池システムの発電運転が停止される。
【０１１３】
その後、制御器１５は、システム発電運転停止後の水供給制御に移行する（ステップＳ１４）。
【０１１４】
次に、システム発電運転停止後の水供給制御（ステップＳ１４）について説明する。
【０１１５】
図７に示すように、システム発電運転停止後の水供給制御においては、制御器１５内の運転許可器７４により、燃料電池システムの所定の停止動作（例えば、水素生成装置２の冷却動作等）を完了した後、起動要求があっても制御器１５が燃料電池システムの起動指令を出力しない起動不許可の状態から起動要求があれば制御器１５が起動指令を出力する待機状態に変更される(ステップＳ３０)。そして、この待機状態において冷却水タンク５への冷却水補給動作が開始される。まず、冷却水弁７６を開く（ステップＳ３１）。
【０１１６】
次に、制御器１５は、水送出器である第１ポンプ９の運転を開始する（ステップＳ３２）。これにより、回収水タンク７の回収水が冷却水タンク５に冷却水として供給される。なお、第１ポンプ９は最大定格（duty：１００％）で運転される。
【０１１７】
次に、制御器１５は、冷却水補給動作時間の計測を開始する（ステップＳ３３）。冷却水補給動作時間は、制御器１５が、上述の計時手段で計測し、記憶器７２に記憶する。
【０１１８】
次に、制御器１５は、冷却水補給動作時間が第６の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ３４）。第６の閾値は、第１ポンプによる冷却水タンク５への冷却水補給に伴い上昇する冷却水タンク５の水位を基準に予め決定され、記憶器７２に記憶される。第６の閾値は、実験やシミュレーション等によって適宜決定されるが、例えば、上記補給に伴い上昇する冷却水タンク５の水位が上限水位以上になると推定される補給動作時間が設定される。なお、上記上限水位は、上記下限水位よりも大きい所定の水位であるが、例えば、水戻し経路１４の位置であっても構わない。この場合、第６の閾値は、上記水戻し経路１４より冷却水がオーバーフローし始める補給動作時間以上の時間値として定義される。
【０１１９】
次に、冷却水補給動作時間が第６の閾値未満である場合（ステップＳ３４でＮＯ）には、制御器１５は、起動要求に伴うシステム起動指令があったか否か判定する（ステップＳ３５）。システム起動指令があった場合は、後述するステップＳ３６に進む。システム起動指令がない場合は、冷却水補給動作時間の計測を継続する（ステップＳ３４）。この間、冷却水補給動作が継続される。
【０１２０】
そして、冷却水補給動作時間が第６の閾値以上となると（ステップＳ３４でＮＯ）、制御器１５は、水送出器である第１ポンプ９の運転を停止する（ステップＳ３６）。上述のステップＳ３５において、システム起動指令があった場合も同様である。
【０１２１】
次に、制御器１５は、冷却水弁７６を閉じる（ステップＳ３７）。これにより、冷却水タンク５への冷却水の補給が停止される。ここで、ステップＳ３５において、システム起動指令がなかった場合は、冷却水タンク５へ補給予定量の全量の冷却水が補給される。一方、ステップＳ３５において、システム起動指令があった場合は、冷却水補給動作が中断されるため、冷却水タンク５へは補給予定量の一部しか冷却水が補給されていないことになる。
【０１２２】
次に、制御器１５は、冷却水補給動作時間の計測を停止する（ステップＳ３８）。
【０１２３】
次に、制御器１５は、閾値設定器により第１の閾値を更新する（ステップＳ３９）。ここで、第１の閾値は、上記冷却水補給動作時間中に補給された冷却水量が、再起動後の燃料電池システムの連続発電運転時に冷却水の蒸発等により減少することで完全に消費される時間として設定される。これにより、ステップＳ３５においてシステム起動指令があり、補給予定量の一部しか補給できなかった場合には、第１の閾値が初期値よりも小さくなるため、再起動後の燃料電池システムの連続運転可能な時間は短くなる。なお、ステップＳ３５においてシステム起動指令がなかった場合は、第１の閾値は、初期値に更新されることは言うまでもない。また、第１の閾値が更新された後、記憶器７２に記憶されていた冷却水補給動作時間はゼロにリセットされる。
【０１２４】
その後、制御器１５は、システム停止時の水制御を終了する。
【０１２５】
以上に説明した本実施の形態３の燃料電池システムによれば以下のような効果が得られる。
【０１２６】
燃料電池システムの運転時に回収水を水素生成装置２の改質器７１と冷却水タンク５との双方に供給すると、燃料電池１における発電量の変動に伴って改質器７１に供給される水蒸気量が変動、つまり改質器７１の内圧が変動するため、回収水を所定の比率で水素生成装置２の改質器７１と冷却水タンク５とに分流することが難しく、そのため、水素生成装置２の改質器７１におけるＳ／Ｃを所定値（３．０）に制御することが難しい。しかし、本実施の形態３では、冷却水タンク５への冷却水の補給は、燃料電池システムの停止時に行われ、燃料電池システムの運転時には行われない。つまり、燃料電池システムの運転時には冷却水弁７６を閉じているので、改質器７１の内圧上昇により第２の水経路側へ分流する水量が上昇して水素生成装置２の改質器７１におけるＳ／Ｃを所定値（３．０）に容易に制御することができなくなる等の不具合が減少し、改質器７１におけるＳ／Ｃを所定値（３．０）に容易に制御しやすくなる。また、本実施の形態３では、燃料電池システムの発電運転時の冷却水量の減少に伴い低下する水位を直接検知せずに、燃料電池システムの連続発電運転時間を指標に用いて行われるので、冷却水タンク５の水位を検知するセンサを省略することができる。
【０１２７】
なお、上記の構成では、ステップＳ１０の発電シーケンスで燃料電池システムがシステム停止指令に従って停止することを想定していないが、これを想定しても良い。この場合、ステップＳ１０の発電シーケンスで燃料電池システムがシステム停止指令に従って停止すると、実施の形態７の水供給制御が行われるよう構成すれば良い（詳しくは実施の形態７参照）。
【０１２８】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０１２９】
図９は本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムにおけるシステム運転時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【０１３０】
図８に示すように、本実施の形態４では、酸化剤ガス供給経路１９に水利用機器の一例として加湿器８２が配設されている。そして、冷却水タンク５から加湿器８２に至るように加湿水供給路８４が設けられ、加湿水供給路８４には第３ポンプ８３が配設されている。これにより、冷却水タンク５の水が第３ポンプ８３によって加湿器８２に供給され、加湿器８２はこの水を用いて酸化剤ガス供給経路１９を通る酸化剤ガスを加湿する。なお、加湿器８２及び第３ポンプ８４は制御器１５によってその動作を制御される。また、図９に示すように、本実施の形態４では、冷却水タンク５への回収水の供給が、燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量（以下、連続発電運転時の累積発電量という）を指標に用いて行われる。これ以外の点は実施の形態３と同様である。
【０１３１】
具体的には、本実施の形態３では、制御器１５は、ステップＳ１０で燃料電池１の発電シーケンスへ移行した後、燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量が第２の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ１５）。連続発電運転時の累積発電量は、制御器１５が積算電力計を用いてあるいは演算により求めて、これを記憶器７２に記憶する。ここで、連続発電運転時の累積発電量とは、燃料電池システムが連続して発電を継続する期間における累積発電量をいい、燃料電池システムが発電を停止すると、連続発電運転時の累積発電量がゼロにリセットされる。また、累積発電量には、累積発電量そのものだけでなく、累積発電量と相関するパラメータの積算量も含まれる。例えば、発電時間の積算量、水素生成装置２へ供給した原料の積算量、水素生成装置２へ供給した改質水の積算供給量、燃料電池１のカソードへ供給した空気の積算供給量等が該当する。第２の閾値は、閾値設定器７３により設定される。第２の閾値の初期値は、燃料電池システムの連続発電時において発電量に伴い低下する冷却水タンクの水位を基準に予め決定され、閾値設定器７３に設定される。そして、後述するように、冷却水の補給量に応じて更新される（ステップＳ１４）。第２の閾値の初期値は、実験やシミュレーション等によって適宜決定されるが、例えば、上記連続発電時の発電量に伴い冷却水が減少し下限水位に近づいていることを検知可能なように設定される。具体的には、連続発電時の発電量に伴う冷却水の減少により上記下限水位以上の所定の水位になると推定される累積発電量が設定される。本実施の形態４の燃料電池システムでは、冷却水タンク５内の水は、発電運転時に水利用機器に供給されるよう構成されるとともに、上記水利用機器への水供給量は燃料電池１の発電量に比例するよう構成されている。そこで、第２の閾値の初期値は、例えば、燃料電池システムの発電運転時における燃料電池システムの水利用機器への水供給によって冷却水タンク５の水位が所定の閾値（第３の閾値）以下になると推定される燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量（第５の閾値）に決定される。ここで、水利用機器としては、燃料電池のカソードに供給される酸化剤ガスの加湿器８２が挙げられているが、あくまで例示であり、冷却水タンク内の水を発電運転中に水利用機器としては、これに限定されるものではない。また、第２の閾値の初期値は、燃料電池システムの運転時における燃料電池システムの水利用機器への水供給だけでなく冷却水タンク５における冷却水の蒸発も考慮して冷却水タンク５の水位が所定の閾値（第３の閾値）以下になると推定される燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量（第５の閾値）に決定しても良い。
【０１３２】
また、システム発電停止後の水供給制御（ステップＳ１４）において、実施の形態３における第１の閾値と同様にして、第２の閾値が更新される。
【０１３３】
以上のような本実施の形態４によっても実施の形態３と同様の効果が得られる。
【０１３４】
なお、上記の構成では、ステップＳ１０の発電シーケンスで燃料電池システムがシステム停止指令に従って停止することを想定していないが、これを想定しても良い。この場合、ステップＳ１０の発電シーケンスで燃料電池システムがシステム停止指令に従って停止すると、実施の形態７の水供給制御が行われるよう構成すれば良い（詳しくは実施の形態７参照）。
【０１３５】
（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムにおけるシステム停止時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【０１３６】
本実施の形態５の燃料電池システムは、実施の形態３の燃料電池システムと基本的構成は同じであるが、本実施の形態５の燃料電池システムでは、図１０に示すように、システムの発電運転停止後の水供給制御の内容が変更されている。
【０１３７】
具体的には、図１０に示すように、システムの発電運転停止後の水供給制御において、制御器１５内の運転許可器７４が、起動要求があっても燃料電池システムの起動を許可せず、制御器１５が起動指令を出力しない起動不許可の状態に変更した後（ステップＳ６１）、冷却水タンク５への冷却水補給動作が開始される。つまり、上記冷却水補給動作は、燃料電池システムの停止動作として実行される。
【０１３８】
従って、冷却水補給動作が開始され、冷却水補給動作時間が第６の閾値に到達するのを待機する間（冷却水補給動作中）に、システムの起動要求があっても運転許可器７４により運転開始が許可されない。そして、冷却水補給動作時間が第６の閾値以上になると、冷却水補給動作を終了する（ステップＳ３６〜Ｓ３８）。運転許可器７４による上記制御により、冷却水補給動作が中断されることなく完遂され、冷却水タンク５への補給予定量の全量が補給されるため、第１の閾値は、実施の形態３と異なり、その初期値を更新する必要がない。
【０１３９】
そして、上記冷却水補給動作が完了すると（ステップＳ３６〜Ｓ３８）、制御器１５内の運転許可器７４が、起動要求があった場合に起動を許可し、速やかに起動動作に移行可能な状態である待機状態に変更する（ステップＳ６２）。
【０１４０】
このように、本実施の形態５の燃料電池システムでは、冷却水補給動作が完了しない限り、燃料電池システムの運転開始が可能とならない。ここで、本発明において、冷却水補給動作が完了するとは、上述の通り冷却水補給動作における補給予定量の全量が冷却水タンク５に補給された後に、水送出器（ここでは第１ポンプ９）が停止されたことをいう。
【０１４１】
なお、実施の形態４において、制御器１５が、運転許可器７４を用いて本実施の形態５の燃料電池システムと同様の制御を行うよう構成されても構わない。この場合、閾値設定器７３による第２の閾値の更新ステップは不要となる。
【０１４２】
（実施の形態６）
図１１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示すブロック図である。図１２は本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムにおけるシステム運転時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【０１４３】
図１１に示すように、本実施の形態６の燃料電池システムは、実施の形態３の燃料電池システムと基本的構成は同じであるが以下の点が主に相違している。以下、これらの構成上の相違点とその動作とを中心に説明し、実施の形態３と共通する構成及び動作の説明は省略する。
【０１４４】
本実施の形態６の燃料電池システムは、冷却水タンク５の水位を検知する水位検知器２４を備えている。水位検知器２４で検知された水位は制御器１５に入力される。また、制御器１５は、実施の形態３の閾値設定器７３を備えていない。
【０１４５】
次に、以上のように構成された本実施の形態６の燃料電池システムにおけるシステム運転時の水供給制御を説明する。
【０１４６】
図１２に示すように、本実施の形態６では、制御器１５は、ステップＳ１０で燃料電池１の発電シーケンスへ移行した後、水位検知器２４で検知される冷却水タンク５の水位が第３の閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ４１）。ここで、第３の閾値は、冷却水タンク５の許容される水位を基準に適宜決定される。本実施の形態６では、許容される下限水位に決定される。なお、上記下限水位は、冷却水タンク５内の冷却水を循環させて燃料電池１の排熱を回収可能な水位として定義される。
【０１４７】
冷却水タンク５の水位が第３の閾値を越える場合には発電が継続される（ステップＳ４１でＮＯ，Ｓ１０）。一方、冷却水タンク５の水位が第３の閾値以下である場合には、制御器１５より運転停止指令が出力され、水送出器である第１ポンプの運転が停止される（ステップＳ１２）。これに伴い、燃料電池システムの運転も停止される。
【０１４８】
そして、改質水弁７５が閉じられ（ステップＳ１３）、その後、システム発電運転停止後の水供給制御が行われる（ステップＳ４２）。システム発電運転停止後の水供給制御においては、冷却水弁７６が開かれた後、第１ポンプ９が最大定格で運転されて冷却水が冷却水タンク５に供給される。そして、制御器１５は、水位検知器２４で検知される冷却水タンク５の水位が第３の閾値より大きい所定値以上あるいは冷却水補給動作時間が、水戻し経路１４より冷却水タンク５内の冷却水がオーバーフローすると推定される所定の時間閾値以上になると、第１ポンプ９の運転を停止し、その後、冷却水弁７６を閉じる。これにより、システム停止時の水供給制御が完了する。
【０１４９】
このような本実施の形態６の燃料電池システムによれば、冷却水タンク５の水位の低下を直接水位検知器２４で検知し、それに基づいて冷却水補給動作を行うので、燃料電池システムとして許容可能な下限水位以下になっても運転を継続して、燃料電池１が過昇温し、燃料電池１の不具合が生じる可能性を低減することが可能になる。
【０１５０】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７は、燃料電池システムの冷却水タンク５内の冷却水の水位が下限水位に近づく前に（例えば、燃料電池システムの連続発電運転時間が、第１の閾値未満の状態または連続発電運転時の累積発電量が第２の閾値未満の状態で）、燃料電池システムが発電運転を停止した場合において、冷却水タンク５に冷却水を補給する形態を例示したものである。
【０１５１】
図１３は本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムにおける水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【０１５２】
本実施の形態７の燃料電池システムは、実施の形態３の燃料電池システムと基本的構成は同じであるが、本実施の形態７の燃料電池システムでは、制御器１５は、実施の形態３の閾値設定器７３を備えているが、これを省略しても構わない。
【０１５３】
図１３に示すように、水供給制御においては、制御器１５は、実施の形態３と同様に、システム発電運転時において、燃料電池システムの連続発電時間を計測する。そして、燃料電池システムの発電運転が停止されると、実施の形態５と同様に制御器１５内の運転許可器７４が、起動要求があっても燃料電池システムの起動を許可せず、制御器１５が起動指令を出力しない起動不許可の状態に変更した後（ステップＳ４３）、冷却水タンク５への冷却水補給動作が開始される。つまり、上記冷却水補給動作は、燃料電池システムの停止動作として実行される。
【０１５４】
冷却水補給動作においては、まず、燃料電池システムの発電運転停止後に実行される冷却水補給動作において必要となる冷却水補給量（以下、必要冷却水量）が算出される（ステップＳ４４）。この必要冷却水量は、連続発電時間に対応する値として算出される（ステップＳ４４）。例えば、この必要冷却水量は、連続発電運転時に減少した冷却水タンク５の水位を発電運転開始時（または初期）の水位に戻すのに必要な冷却水量として定義され、連続発電運転時間が長い場合には、冷却水の減少量も多いため、その値は大きくなり、連続発電運転時間が短い場合には、冷却水の減少量は比較的少ないため、その値も小さくなる。なお、上記必要冷却水量の算出には、例えば、実験やシミュレーション等で求めた必要冷却水量算出式が用いられる。なお、ステップＳ４３において実施の形態４と同様に、燃料電池システムの連続発電運転時の累積発電量を計測し、連続発電運転時の累積発電量に対応する必要冷却水量を算出するように構成しても良い。
【０１５５】
そして、冷却水弁７５を開き（ステップＳ１８）、その後、水送出器である第１ポンプ９の運転を開始する（ステップＳ１９）。第１ポンプ９は最大定格で運転される。これにより、冷却水が冷却水タンク５に供給される。
【０１５６】
次に、制御器１５は、冷却水補給量が必要冷却水量以上になったか否か判定する（ステップＳ２５）。冷却水補給量は、冷却水タンク５に供給される水量そのものを検知して、その検出値が、必要冷却水量以上になるか否かを判定してもよいが、間接的な判定手法として、例えば、第１ポンプの運転時間を検知し、その検出値が、冷却水補給動作により冷却水タンク５に補給される冷却水量が必要冷却水量になると推定される所定の時間閾値以上になるか否かを判定するようしても構わない。
【０１５７】
なお、冷却水補給量が必要冷却水量未満の場合（ステップＳ２５でＮＯ）には、システムの起動要求があっても運転許可器７４により運転開始が許可されない。
【０１５８】
そして、冷却水補給量が必要冷却水量以上になるのを待機する（ステップＳ２５）。この間、冷却水補給動作が継続される。
【０１５９】
そして、冷却水補給量が必要冷却水量以上となると（ステップＳ２５でＹＥＳ）、制御器１５は、水送出器である第１ポンプ９の運転を停止する（ステップＳ２２）。
【０１６０】
次に、制御器１５は、冷却水弁７６を閉じる（ステップＳ２３）。これにより、冷却水タンク５への冷却水の補給動作が停止される。このように、運転許可器７４による上記制御により、冷却水補給動作が中断されることなく完遂され、冷却水タンク５への必要冷却水量の全量が補給されるため、第１の閾値または第２の閾値は、その初期値を更新する必要がない。そして、上記冷却水補給動作が完了すると（ステップＳ２２〜Ｓ２３）、制御器１５内の運転許可器７４が、起動要求があった場合に起動を許可し、速やかに起動動作に移行可能な状態である待機状態に変更する（ステップＳ６２）。
【０１６１】
なお、起動許可器７４が、上記冷却水補給動作開始前（ステップＳ４４前）に、起動要求があった場合に起動を許可し、速やかに起動動作に移行する待機状態に変更するよう構成しても構わない。この場合、ステップＳ２５において、冷却水補給量が必要冷却水量以上と判定される前に、起動要求が検知され、起動許可器７４により起動が許可され、制御器１５により起動動作が開始される場合がある。このように冷却水補給動作が中断され、起動動作に移行する場合、実施の形態３または４の場合と同様に第１の閾値または第２の閾値を更新するよう構成しても構わない。つまり、上記冷却水補給動作時間中に補給された冷却水量が、再起動後の燃料電池システムの連続発電運転時に冷却水の蒸発または水利用機器への水供給により減少することで完全に消費される時間として設定される。
【０１６２】
以上に説明した本実施の形態７の燃料電池システムによっても、実施の形態３と同様の効果が得られる。
【０１６３】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８は、燃料電池システムの起動動作において冷却水タンク５に冷却水供給を行う形態を例示したものである。
【０１６４】
図１４は本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムにおけるシステム起動時の水供給制御の内容を示すフローチャートである。
【０１６５】
本実施の形態８の燃料電池システムは、実施の形態３の燃料電池システムと基本的構成は同じであるが、本実施の形態８の燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動動作において、水素生成装置２へ改質水の供給を開始する前、もしくは水素生成装置２が燃料ガス生成運転を開始する前に、第１ポンプ９を動作させ、冷却水供給が行われる。
【０１６６】
具体的には、図１４に示すように、本実施の形態８では、燃料電池システムの運転が開始される（すなわち起動動作が開始される）と（ステップＳ６）、制御器１５は、冷却水弁７６を開く（ステップＳ５１）。
【０１６７】
次に、制御器１５は、水送出器である第１ポンプ９の運転を最大定格で開始する（ステップＳ５２）とともに、第１ポンプ９の動作時間の計測を開始する（ステップＳ５３）。これにより、冷却水が冷却水タンク５に供給される。そして、第１ポンプ９の動作時間が、第７の閾値以上になると、制御器１５は、第１ポンプ９の動作を停止させ（ステップＳ５４）、冷却水弁７６を閉止する（ステップＳ５５）。
【０１６８】
次に、制御器１５は、水素生成装置２の昇温動作により改質器７１の温度が第８の閾値以上になるのを待機する（ステップＳ５６）。ここで、本実施の形態８では、改質器７１に温度検知器（図示せず）設けられており、その検知信号が制御器１５に入力される。制御器１５はその検知信号に基づいて改質器７１の温度を検知する。また、第８の閾値は、水素生成装置２が所定レベル以下にＣＯ濃度が低減された燃料ガスを生成できるような改質器の温度に定められる。
【０１６９】
改質器７１の温度が第８の閾値以上になると（ステップＳ５６でＹＥＳ）、制御器１５は、水素生成装置２の燃料ガス生成運転を開始する。これ移行のステップは実施の形態１と全く同じである。よって、その説明を省略する。
【０１７０】
以上のような本実施の形態８の燃料電池システムによれば、上記冷却水供給動作により、水素生成装置２へ改質水の供給を開始する前、もしくは水素生成装置２が燃料ガス生成運転を開始する前に、第１ポンプ９内のエア抜きを行うことが可能となり、水素生成装置２に対して水供給を開始する際または水素生成装置２の燃料ガス生成運転のために水供給を開始する際にエア噛みを起こす可能性が低減され、より安定した水供給を行うことが可能になる。
【０１７１】
なお、実施の形態３〜７に記載の冷却水補給動作は、燃料電池システムの発電運転停止後の停止動作もしくは停止動作完了後の待機状態において実行されるよう構成されていたが、燃料電池システムの起動動作において、水素生成装置２へ改質水の供給を開始する前、もしくは水素生成装置２が燃料ガス生成運転を開始する前に、実行しても構わない。
【０１７２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明の燃料電池発電システムは、冷却水系と改質水系とを分離するためにタンクを別々に設けずかつ冷却水系及び改質系に水供給するポンプ数を従来よりも低減化した構成で、冷却水系からの改質水への不純物の混入を抑制することが可能なり、家庭用等で用いられる燃料電池システムに有用である。
【符号の説明】
【０１７４】
１、３０  燃料電池
２、３１  水素生成装置
３、３２  酸化剤ガス供給器
４、３３  冷却水経路
４Ａ  冷却水往路
４Ｂ  冷却水復路
５、３４  冷却水タンク
６、３５  第２ポンプ
７、３６  回収水タンク
８、４１  第１の水経路
９、４２  第１ポンプ
１０、３８  浄化器
１１、３７  第２の水経路
１２  オリフィスＡ
１３  オリフィスＢ
１４  水戻し経路
１５  制御器
１６  バーナ
１７、４３  原料供給経路
１８、４４  燃料ガス供給経路
１９、４５  酸化剤ガス供給経路
２０  アノードオフガス経路
２１  回収水経路
２２  カソードオフガス経路
２３  水供給弁
２４  水位検知器
２５  気泡分離器
２６  入口Ａ
２７  出口Ｂ
２８  出口Ｃ
２９  隔壁
３９  水供給ポンプ
４０  水戻し経路
４６  隔壁
４７  第１貯水部
４８  第２貯水部
４９  第１の水位検知器
５０  第２の水位検知器
６０、６２  水凝縮器
６１  熱交換器
７１  改質器
７２  記憶器
７３  閾値設定器
７４  運転許可器
７５  改質水弁
７６  冷却水弁
８１  フィルタ
８２  加湿器
８３  第３ポンプ
８４  加湿水供給経路
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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