(57)【要約】      （修正有）【課題】高温環境下における安定した水回収と、エネルギー効率向上と、を両立させる。【解決手段】水素含有ガスを用いて発電する燃料電池２０と、燃料電池から排出される水分を、ヒートポンプを利用して冷却することで回収する第１水凝縮器２２と、燃料電池から排出される水分を、空気および水の少なくとも一方を用いて冷却することで回収する第２水凝縮器２４と、第１水凝縮器および第２水凝縮器により回収された水分を貯留する貯水器２６と、原料と貯水器に貯留されている水とを用いて水素含有ガスを生成する水素生成器２８と、貯水器に貯留されている水の量である貯水量を検出する貯水量検出器３０と、貯水量検出器が検出した貯水量が第１水分閾値を下回ると第１水凝縮器を動作させる制御器３２と、を備える、燃料電池発電システム１００。【選択図】図１
2014192075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出される水分を、ヒートポンプを利用して冷却することで回収する第１水凝縮器と、
前記燃料電池から排出される水分を、空気および水の少なくとも一方を用いて冷却することで回収する第２水凝縮器と、
前記第１水凝縮器および前記第２水凝縮器により回収された水分を貯留する貯水器と、
原料と前記貯水器に貯留されている水とを用いて水素含有ガスを生成する水素生成器と、
前記貯水器に貯留されている水の量である貯水量を検出する貯水量検出器と、
前記貯水量検出器が検出した貯水量が第１水分閾値を下回ると前記第１水凝縮器を動作させる制御器と、を備える、
燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記燃料電池から供給される電力を蓄電し、前記燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、
前記蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、
前記制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２の両方を満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
Ａ１：前記貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
Ａ２：前記蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
Ｂ１：前記燃料電池の発電量を増加させる。
Ｂ２：前記第１水凝縮器を動作させる。
【請求項３】
前記制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２の両方を満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
Ａ１：前記貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
Ａ２：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
Ｂ１：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量を、第１電力閾値を下回るように制限する。
Ｂ２：前記第１水凝縮器を動作させる。
【請求項４】
前記燃料電池から供給される電力を蓄電し、前記燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、
前記蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、
前記制御器は、
前記制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
Ａ１：前記貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
Ａ２：前記蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
Ａ３：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量が前記燃料電池の発電量を上回る。
Ｂ１：前記燃料電池の発電量を増加させる。
Ｂ２：前記第１水凝縮器を動作させる。
【請求項５】
前記制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
Ａ１：前記貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
Ａ２：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量が前記燃料電池の発電量を上回る。
Ａ３：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
Ｂ１：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量を、第１電力閾値を下回るように制限する。
Ｂ２：前記第１水凝縮器を動作させる。
【請求項６】
前記燃料電池から供給される電力を蓄電し、前記燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、
前記蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、
前記制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
Ａ１：前記貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
Ａ２：前記蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
Ａ３：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
Ｂ１：前記燃料電池の発電量を増加させる。
Ｂ２：前記第１水凝縮器を動作させる。
【請求項７】
前記燃料電池から供給される電力を蓄電し、前記燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、
前記蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、
前記制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３およびＡ４の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
Ａ１：前記貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
Ａ２：前記蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
Ａ３：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
Ａ４：前記燃料電池発電システムから前記燃料電池発電システムの外部への電力供給量が前記燃料電池の発電量を上回る。
Ｂ１：前記燃料電池の発電量を増加させる。
Ｂ２：前記第１水凝縮器を動作させる。
【請求項８】
環境温度を検出する環境温度検出器を備え、
前記制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＣ１およびＣ２の両方を満たす場合に、Ｄ１を実行する、請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
Ｃ１：前記貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
Ｃ２：前記環境温度検出器が検出した環境温度が第１環境温度閾値を下回る。
Ｄ１：前記燃料電池発電システムの運転を継続するか否かの判定を行う。
【請求項９】
前記第１水凝縮器および前記第２水凝縮器は、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスと前記燃料電池から排出されるカソードオフガスとを燃焼させて得られる燃焼排ガス中の水分を回収する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムに関する。より詳しくは、燃料電池から排出される水分を回収して再利用する燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、燃料電池本体と、前記燃料電池本体のカソード排ガス或いは燃焼排ガスの少なくとも一方について、その排熱を低温側との温度差により回収するとともに凝縮水を回収する熱交換器と、を有する燃料電池システムにおいて、前記熱交換器の前記低温側を冷却する低温側冷却源を供給する冷凍機を設けたことを特徴とする燃料電池システムを開示する。
【０００３】
特許文献２は、水と原燃料とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質反応を行う改質器と、前記改質ガスが導入される燃料極と空気が導入される空気極とを備えた燃料電池本体と、前記空気極から排出される空気極排ガスおよび前記改質器の燃焼部から排出される燃焼排ガスの少なくとも何れかを含む排ガスを冷却し、冷却により生成した凝縮水を回収する排ガス冷却器とを備え、前記凝縮水を前記改質器に供給して改質反応に利用する燃料電池発電装置において、冷媒循環経路に、冷媒を加温して蒸発させる冷媒蒸発器、前記冷媒蒸発器を通過した冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された冷媒の熱を被加熱水に伝熱する冷媒凝縮器、及び前記冷媒凝縮器を通過した冷媒を減圧して温度を下げる膨張弁を有する圧縮式ヒートポンプを備え、前記排ガス冷却器により回収した前記排ガスの熱を前記冷媒蒸発器において前記冷媒に与えることを特徴とする燃料電池発電装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７０１８９号公報
【特許文献２】特開２０１２−３８６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、高温環境下における安定した水回収と、エネルギー効率向上と、を両立させた燃料電池発電システムを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による燃料電池発電システムの一態様は、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される水分を、ヒートポンプを利用して冷却することで回収する第１水凝縮器と、前記燃料電池から排出される水分を、空気および水の少なくとも一方を用いて冷却することで回収する第２水凝縮器と、前記第１水凝縮器および前記第２水凝縮器により回収された水分を貯留する貯水器と、原料と前記貯水器に貯留されている水とを用いて水素含有ガスを生成する水素生成器と、前記貯水器に貯留されている水の量である貯水量を検出する貯水量検出器と、前記貯水量検出器が検出した貯水量が第１水分閾値を下回ると前記第１水凝縮器を動作させる制御器と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、高温環境下における安定した水回収と、エネルギー効率向上と、を両立させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第２実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、第２実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第３実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、第３実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第４実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第５実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図９は、第５実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施例にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
燃料電池発電システムにおいて、高温環境下における水回収につき鋭意検討が加えられた。その結果、以下の知見が得られた。
【００１０】
燃料電池は小型でも発電効率を高くできるので、分散型発電システムの発電部として用いられている。分散型発電システムとして機能させるには、発電時の燃料を安定に供給する必要がある。燃料電池の燃料としては一般に水素含有ガスが用いられる。
【００１１】
水素含有ガスは、特に限定はされないが、典型的には、以下の方法で生成される。すなわち、既存のインフラストラクチャーから供給される天然ガスを主成分とする天然ガス（都市ガス）、ＬＰＧ、ガソリン、および灯油等を原料とし、摂氏６００〜７００度程度でＲｕ触媒およびＮｉ触媒等を用いて、原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガス（改質ガス）を生成させる。
【００１２】
水蒸気を用いる改質反応を利用するシステムでは、水蒸気を発生させるための水を如何に確保するかが、分散型発電システムを実現する上で重要となる。この点、燃料電池が水素含有ガスを酸化して発電する場合、水素の酸化により水が生成することから、燃料電池自身が水を排出する。この水を回収すれば、改質反応に再利用することができる。
【００１３】
例えば、高温環境下で水を回収するため、特許文献１のように、カソード排ガス或いは燃焼排ガスの少なくとも一方から、凝縮水を回収する熱交換器を設け、その熱交換器に冷凍機を設けて水回収を行うことが考えられる。
【００１４】
あるいは、特許文献２のように、燃料電池のカソード排ガスおよび改質器の燃焼部から排出される燃焼排ガスの少なくとも何れかを含む排ガスを冷却し、冷却により生成した凝縮水を回収する排ガス冷却器に圧縮式ヒートポンプを設けて、水回収を行うことが考えられる。
【００１５】
しかしながら、いずれの構成においても、高温環境下での水回収は可能になるものの、エネルギー効率が低下しやすいという課題があることを発見した。かかる発見に基づき、燃料電池から排出される水分を、ヒートポンプを利用して冷却することで回収する第１水凝縮器と、燃料電池から排出される水分を、空気および水の少なくとも一方を用いて冷却することで回収する第２水凝縮器と、を設け、貯水器に貯留されている水の量である貯水量が低下して所定の範囲に入った場合に、第１水凝縮器を動作させる構成に想到した。第１水凝縮器は、高温環境下において、燃料電池から排出される水分を、第２水凝縮器よりも効率的かつ大量に回収できる。反面、第１水凝縮器は、第２水凝縮器より多くの電力を消費する。上記構成によれば、適切な時期に第１水凝縮器を動作させることが可能となり、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１６】
以下、添付図面を参照しつつ、各実施形態について説明する。各実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例である。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より望ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。
【００１７】
（第１実施形態）
第１実施形態の燃料電池発電システムは、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池から排出される水分を、ヒートポンプを利用して冷却することで回収する第１水凝縮器と、燃料電池から排出される水分を、空気および水の少なくとも一方を用いて冷却することで回収する第２水凝縮器と、第１水凝縮器および第２水凝縮器により回収された水分を貯留する貯水器と、原料と貯水器に貯留されている水とを用いて水素含有ガスを生成する水素生成器と、貯水器に貯留されている水の量である貯水量を検出する貯水量検出器と、貯水量検出器が検出した貯水量が第１水分閾値を下回ると第１水凝縮器を動作させる制御器と、を備える。
【００１８】
かかる構成では、高温環境下における安定した水回収と、エネルギー効率向上と、を両立させることができる。
【００１９】
上記燃料電池発電システムにおいて、第１水凝縮器および第２水凝縮器は、燃料電池から排出されるアノードオフガスと燃料電池から排出されるカソードオフガスとを燃焼させて得られる燃焼排ガス中の水分を回収してもよい。
【００２０】
アノードオフガスとは、燃料電池が備えるアノードから排出される排ガスである。カソードオフガスとは、燃料電池が備えるカソードから排出される排ガスである。
【００２１】
［装置構成］
図１は、第１実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示す例において、第１実施形態の燃料電池発電システム１００は、燃料電池２０と、第１水凝縮器２２と、第２水凝縮器２４と、貯水器２６と、水素生成器２８と、貯水量検出器３０と、制御器３２とを備えている。
【００２３】
燃料電池２０は、水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池２０は、アノードとカソードとを備えていてもよい。燃料電池２０は、アノードに供給される燃料とカソードに供給される酸化剤ガスとの反応により発電を行ってもよい。発電により生じた電力は、燃料電池発電システム１００の外部にある外部負荷へと供給されうる。発電により生じた電力は、燃料電池発電システム１００の内部にある内部負荷へと供給されてもよい。内部負荷としては、例えば、第１水凝縮器２２、貯水量検出器３０、制御器３２、および、その他のポンプ等の補機が挙げられる。
【００２４】
燃料電池２０は、いずれの種類であってもよく、具体的には例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、および、燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が固体酸化物形燃料電池である場合には、改質器と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成されてもよい。
【００２５】
燃料は、水素含有ガスでもよいし、炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むものでもよい。具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素、および、メタノール、エタノール等のアルコール、および、これらを原料として生成される水素含有ガス等が例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。
【００２６】
酸化剤ガスは、例えば、酸素を含有するガスとしうる。酸化剤ガスとしては、例えば、空気および酸素を添加した空気等を用いることができる。
【００２７】
燃料電池２０は、例えば、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを配置したセルをセパレータで挟持し、これを複数積層して構成されるセルスタックを備えてもよい。
【００２８】
第１水凝縮器２２は、燃料電池２０から排出される水分を、ヒートポンプを利用して冷却することで回収する。ヒートポンプは、圧縮式ヒートポンプであってもよい。圧縮式ヒートポンプは、蒸気圧縮式ヒートポンプであってもよい。燃料電池から排出される排ガスは、ヒートポンプを利用して冷却され、排ガス中の水分が凝縮水として回収される。排ガスには、アノードオフガス、カソードオフガス、および、アノードオフガスおよびカソードオフガスを燃焼させることで生じる燃焼排ガス等のいずれかとすることができる。第１水凝縮器２２としては、具体的には例えば、蒸気圧縮式ヒートポンプを用いた冷凍機等を挙げることができる。蒸気圧縮式は、ＣＯＰ（Coefficient of Performance：消費電力当りの冷凍能力）が高く、少ない消費電力で効果的に水回収が実施できる。また、動作が必要な条件で、コンプレッサーを動かし簡単に動作させることができるので、吸収式ヒートポンプのような他の方式よりも、構成が簡素化できる点で、好ましい。
【００２９】
第１水凝縮器２２は、動作するか否かが制御器３２の制御により選択されるように構成されていてもよい。すなわち、第１水凝縮器２２の動作は、制御器３２により制御されてもよい。
【００３０】
第１水凝縮器２２を動作させるための電力は、燃料電池から供給されてもよいし、燃料電池発電システムが備える蓄電器（図示せず）から供給されてもよい。また、燃料電池発電システムの外部から供給されてもよい。
【００３１】
第２水凝縮器２４は、燃料電池から排出される水分を、空気および水の少なくとも一方を用いて冷却することで回収する。第２水凝縮器２４は、燃料電池から排出される水分を、ヒートポンプを利用せずに、空気および水の少なくとも一方を用いて冷却することで回収しうる。燃料電池から排出される排ガスは、空気および水の少なくとも一方を利用して冷却され、排ガス中の水分が凝縮水として回収される。排ガスには、アノードオフガス、カソードオフガス、および、アノードオフガスおよびカソードオフガスを燃焼させることで生じる燃焼排ガス等のいずれかとすることができる。第２水凝縮器２４としては、具体的には例えば、積層プレート式熱交換器、フィンアンドチューブ熱交換器、および、これらと空冷ファンとを組み合わせた構成等を挙げることができる。
【００３２】
第２水凝縮器２４は、燃料電池発電システム１００が動作中は常に動作していてもよい。第２水凝縮器２４は、排ガスの流れに対して、第１水凝縮器２２の下流側に配置されていてもよいし、第１水凝縮器２２と並列に配置されていてもよいし、第１水凝縮器２２の上流側に配置されていてもよい。第１水凝縮器２２は、高温環境下において、燃料電池から排出される水分を、第２水凝縮器よりも効率的かつ大量に回収できる。反面、第１水凝縮器２２は、第２水凝縮器２４より多くの電力を消費する。第１水凝縮器２２の上流側に第２水凝縮器２４を配置する場合には、第１水凝縮器２２に到達する前に排ガスがある程度冷却されることになり、第１水凝縮器２２でエネルギー消費量が低減されることから、エネルギー効率をさらに向上させることができる。
【００３３】
貯水器２６は、第１水凝縮器２２および第２水凝縮器２４により回収された水分を貯留する。貯水器２６としては、例えば、水タンク等を挙げることができる。貯水器２６は、第１水凝縮器２２および第２水凝縮器２４と、水流路を介して接続されていてもよい。
【００３４】
貯水器２６は、第１水凝縮器２２および第２水凝縮器２４と、水回収流路（図示せず）を介して接続されていてもよい。この場合、第１水凝縮器２２および第２水凝縮器２４により回収された水分は、水回収流路を通じて、貯水器２６へと排出されうる。
【００３５】
貯水器２６は、水素生成器２８と、水供給流路（図示せず）を介して接続されていてもよい。この場合、貯水器２６に貯留されている水は、水供給流路を通じて、水素生成器２８へと供給されうる。貯水器２６に貯留されている水は、重力の作用で水素生成器２８へと自動的に供給されてもよいし、ポンプ等の水供給器（図示せず）により水素生成器２８へと供給されてもよい。
【００３６】
水素生成器２８は、原料と貯水器２６に貯留されている水とを用いて水素含有ガスを生成する。具体的には、水素生成器２８が改質器を備え、改質器において原料が改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、水を用いるものであればいずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、酸化的水蒸気改質反応、オートサーマル反応等が挙げられる。図１には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられうる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質器を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置２８には、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられうる。
【００３７】
なお、改質器の下流に改質器で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するためのＣＯ低減器を設けても構わない。ＣＯ低減器は、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備える。
【００３８】
燃焼器は、改質器を加熱する。燃焼器の燃料は、いずれの燃料であってもよいが、例えば、改質器より排出される水素含有ガスが用いられる。
【００３９】
原料は、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み、具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素、及びメタノール、エタノール等のアルコールが例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。
【００４０】
貯水量検出器３０は、貯水量を検出する。貯水量とは、貯水器２６に貯留されている水の量である。貯水量検出器３０としては、具体的には例えば、水位検出器、重量検出器、および、流量検出器等を挙げることができる。貯水量検出器３０は、制御器３２と通信可能に接続されていてもよい。貯水量検出器３０は、検出した貯水量に関する情報を、制御器３２へと出力可能に構成されていてもよい。
【００４１】
制御器３２は、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を下回ると、第１水凝縮器２２を動作させる。「貯水量が第１水分閾値を下回る」とは、貯水量が第１水分閾値以下であることとしてもよいし、貯水量が第１水分閾値未満であることとしてもよい（以下同様）。
【００４２】
制御器３２は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えてもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器３２は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００４３】
第１水分閾値は、予め設定された値であってもよい。具体的には例えば、燃料電池発電システム１００に接続された電力負荷（外部負荷）による電力消費量、および、燃料電池２０における発電量等から、燃料電池発電システム１００の動作に必要な水の量を求め、第１水凝縮器２２を動作させなくても所定時間だけ燃料電池発電システム１００が動作できるだけの水の量を演算して第１水分閾値としてもよい。第１水分閾値は、固定値に限定されず、例えば、環境温度、電力負荷量、およびそれらの時間変化パターン、および、第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定が行われる時刻等によって適宜に変更されてもよい。
【００４４】
［動作：運転方法］
図２は、第１実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。図２に示す動作は、制御器３２の制御により実現されうる。
【００４５】
第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定ルーチンが実行されると（スタート）、まず、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ１０１）。
【００４６】
ステップＳ１０１の判定結果がＮＯであれば、貯水量は十分にあると判断され、第１水凝縮器２２は作動せず、第２水凝縮器２４による水回収が継続され（ステップＳ１０２）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【００４７】
ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳであれば、貯水量を増やす必要があると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器を作動させ（ステップＳ１０３）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【００４８】
ステップＳ１０３での第１水凝縮器の動作は、所定時間後に終了されてもよいし、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を上回った場合に終了されてもよいし、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を超える所定の閾値を上回った場合に終了されてもよい。
【００４９】
本実施形態の構成によれば、例えば、以下のような効果を奏する。すなわち、第１水凝縮器は、貯留されている水の量の応じて、必要とされる時にのみ動作する。高温環境下でも、貯留されている水の量が十分であれば第１水凝縮器は動作しない。一方、高温環境下で、貯留されている水の量が不十分であって、第１水凝縮器を動作させて液水の生成量を増加させなければ燃料電池発電システムの運転に支障をきたす場合には、第１水凝縮器が動作して、液水生成量を増加させる。かかる態様により、高温環境下における安定した水回収と、エネルギー効率向上と、を両立させることができる。
【００５０】
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池発電システムは、第１実施形態の燃料電池発電システムであって、さらに、燃料電池から供給される電力を蓄電し、燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２の両方を満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する。
【００５１】
Ａ１：貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【００５２】
Ａ２：蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
【００５３】
Ｂ１：燃料電池の発電量を増加させる。
【００５４】
Ｂ２：第１水凝縮器を動作させる。
【００５５】
かかる構成では、外部負荷への電力供給が一時的に増加することがあっても、蓄電器に蓄えられている電力を、第１蓄電量閾値に相当する分まで供給できる。よって、水回収および電力供給を安定化できる。一方、蓄電器での蓄電量が比較的少なくなっている場合でも、発電量を増やして第１水凝縮器を動作させることで、水回収をしつつ外部負荷への電力供給を増加させることができる。よって、水回収および電力供給を安定化できる。
【００５６】
図３は、第２実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００５７】
図３に示す例において、第２実施形態の燃料電池発電システム２００は、さらに、蓄電器３３と、蓄電量検出器３４とを備えている。
【００５８】
蓄電器３３は、燃料電池２０から供給される電力を蓄電し、燃料電池発電システム２００の外部へ電力を供給する。蓄電器３３としては、具体的には例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、リチウムイオン蓄電池等の二次電池を挙げることができる。さらに蓄電器３３は、第１水凝縮器２２へ電力を供給してもよい。
【００５９】
蓄電量検出器３４は、蓄電器３３に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する。蓄電量検出器３４としては、具体的には例えば、電圧検出器および電流検出器等を挙げることができる。例えば、電池に流れ込む電流と電池から流れ出す電流を積算するクーロンカウント法を用いることができる。蓄電量の検出方法については、種々の公知の方法を利用できるので、詳細な説明を省略する。
【００６０】
燃料電池２０は、燃料電池発電システム２００の外部へ電力を供給する。燃料電池２０は、第１水凝縮器２２へ電力を供給してもよい。
【００６１】
制御器３２は、以下のＡ１およびＡ２の両方を満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する。
【００６２】
Ａ１：貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【００６３】
Ａ２：蓄電量検出器３４が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
【００６４】
Ｂ１：燃料電池２０の発電量を増加させる。
【００６５】
Ｂ２：第１水凝縮器２２を動作させる。
【００６６】
すなわち、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回り、かつ、蓄電量検出器３４が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回ると、制御器３２は、燃料電池２０の発電量を増加させ、かつ、第１水凝縮器２２を動作させる。
【００６７】
「貯水量が第２水分閾値を下回る」とは、貯水量が第２水分閾値以下であることとしてもよいし、貯水量が第２水分閾値未満であることとしてもよい（以下同様）。「蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る」とは、蓄電量が第１蓄電量以下であることとしてもよいし、蓄電量が第１蓄電量閾値未満であることとしてもよい（以下同様）。
【００６８】
第２水分閾値は、第１水分閾値以上である閾値である。第２水分閾値は、予め設定された値であってもよい。具体的には例えば、燃料電池発電システム２００に接続された電力負荷による電力消費量、および、燃料電池２０における発電量等から、燃料電池発電システム２００の動作に必要な水の量を求め、第１水凝縮器２２を動作させなくても所定時間だけ燃料電池発電システム２００が動作できるだけの水の量を演算して第２水分閾値としてもよい。第２水分閾値は、固定値に限定されず、例えば、環境温度、電力負荷量、およびそれらの時間変化パターン、および、第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定が行われる時刻等によって適宜に変更されてもよい。
【００６９】
第１蓄電量閾値は、予め設定された値であってもよい。具体的には例えば、燃料電池発電システム２００に接続された電力負荷による電力消費量、および、燃料電池２０における発電量等から、外部負荷および燃料電池発電システム２００内部の負荷の総和を求め、燃料電池２０の発電量を増加させなくても第１水凝縮器２２を動作させることができる蓄電量を第１蓄電量閾値としてもよい。第１蓄電量閾値は、固定値に限定されず、例えば、環境温度、電力負荷量、およびそれらの時間変化パターン、および、第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定が行われる時刻等によって適宜に変更されてもよい。
【００７０】
以上の点を除き、第２実施形態の燃料電池発電システム２００は、第１実施形態の燃料電池発電システム１００と同様に構成することができる。よって、図３と図１とで共通する構成要素には、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００７１】
図４は、第２実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。図４に示す動作は、制御器３２の制御により実現されうる。
【００７２】
第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定ルーチンが実行されると（スタート）、まず、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ２０１）。
【００７３】
ステップＳ２０１の判定結果がＮＯであれば、貯水量は十分にあると判断され、第１水凝縮器２２は作動せず、第２水凝縮器２４による水回収が継続され（ステップＳ２０２）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【００７４】
ステップＳ２０１の判定結果がＹＥＳであれば、蓄電量検出器３４が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ２０３）。
【００７５】
ステップＳ２０３の判定結果がＮＯであれば、蓄電量は十分にあると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させ（ステップＳ２０５）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【００７６】
ステップＳ２０３の判定結果がＹＥＳであれば、蓄電量が不十分であると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させるにあたって、燃料電池２０の発電量を増加させる（ステップＳ２０４〜Ｓ２０５）。
【００７７】
ステップＳ２０１とＳ２０２との前後関係は特に限定されない。ステップＳ２０２がステップＳ２０１よりも先に行われてもよいし、ステップＳ２０１とＳ２０２とが同時に実行されてもよい。
【００７８】
ステップＳ２０３の判定結果がＹＥＳであった場合において、ステップＳ２０４とＳ２０５との前後関係は特に限定されない。ステップＳ２０５がステップＳ２０４よりも先に行われてもよいし、ステップＳ２０４とＳ２０５とが同時に実行されてもよい。
【００７９】
図４の例は、第２水分閾値が第１水分閾値と等しい場合であって、ステップＳ２０１の判定が、第１水分閾値に基づいて行われているが、第２水分閾値が第１水分閾値よりも大きく、ステップＳ２０１の判定が、第２水分閾値に基づいて行われてもよい。この場合でも、貯水量が第１水分閾値まで減った時には、第１水凝縮器２２が作動させている。
【００８０】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。
【００８１】
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池発電システムは、第１実施形態の燃料電池発電システムであって、制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２の両方を満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する。
【００８２】
Ａ１：貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【００８３】
Ａ２：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
【００８４】
Ｂ１：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量を、第１電力閾値を下回るように制限する。
【００８５】
Ｂ２：第１水凝縮器を動作させる。
【００８６】
かかる構成では、外部負荷への電力供給は少なくなるものの第１電力閾値まで電力供給をしつつ水回収も行えるので、燃料電池発電システムの運転をより安定して継続させることができる。
【００８７】
図５は、第３実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００８８】
図５に示す例において、第３実施形態の燃料電池発電システム３００は、燃料電池２０が、燃料電池発電システム２００の外部へ電力を供給する。燃料電池２０は、第１水凝縮器２２へ電力を供給してもよい。
【００８９】
制御器３２は、以下のＡ１およびＡ２の両方を満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する。
【００９０】
Ａ１：貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【００９１】
Ａ２：燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部（外部負荷、燃料電池発電システム３００の外部にある電力負荷）への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
【００９２】
Ｂ１：燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量を、第１電力閾値を下回るように制限する。
【００９３】
Ｂ２：第１水凝縮器２２を動作させる。
【００９４】
すなわち、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回り、かつ、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量が第１電力閾値を上回ると、制御器３２は、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量を、第１電力閾値を下回るように制限し、かつ、第１水凝縮器２２を動作させる。
【００９５】
「燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る」とは、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量が第１電力閾値以上であることとしてもよいし、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量が第１電力閾値よりも大きいこととしてもよい（以下同様）。
【００９６】
「燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量を、第１電力閾値を下回るように制限する」とは、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量を、第１電力閾値以下となるように制限することとしてもよいし、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量を、第１電力閾値未満となるように制限することとしてもよい（以下同様）。
【００９７】
燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量を特定する方法については、ＣＴセンサー等を用いる電流測定種々の公知の方法を利用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００９８】
第２水分閾値は、第２実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【００９９】
第１電力閾値は、予め設定された値であってもよい。具体的には例えば、燃料電池２０における発電量から、第１水凝縮器２２以外の負荷（外部負荷および燃料電池発電システム２００内部の補機等の負荷の総和）を差し引いてえられる余分な発電量によって第１水凝縮器２２を動作させることができる下限となる外部負荷の大きさを第１電力閾値としてもよい。第１電力閾値は、固定値に限定されず、例えば、環境温度、電力負荷量、およびそれらの時間変化パターン、および、第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定が行われる時刻等によって適宜に変更されてもよい。
【０１００】
以上の点を除き、第３実施形態の燃料電池発電システム３００は、第１実施形態の燃料電池発電システム１００と同様に構成することができる。よって、図５と図１とで共通する構成要素には、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１０１】
図６は、第３実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。図６に示す動作は、制御器３２の制御により実現されうる。
【０１０２】
第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定ルーチンが実行されると（スタート）、まず、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ３０１）。
【０１０３】
ステップＳ３０１の判定結果がＮＯであれば、貯水量は十分にあると判断され、第１水凝縮器２２は作動せず、第２水凝縮器２４による水回収が継続され（ステップＳ３０２）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【０１０４】
ステップＳ３０１の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量（外部負荷へ供給する電力量）が第１電力閾値を上回るか否かの判定が行われる（ステップＳ３０３）。
【０１０５】
ステップＳ３０３の判定結果がＮＯであれば、燃料電池２０の発電量には余裕があると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させ（ステップＳ２０５）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【０１０６】
ステップＳ３０３の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池２０の発電量には余裕がないと判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させるにあたって、燃料電池発電システム３００から燃料電池発電システム３００の外部への電力供給量（外部負荷への電力供給量）を、第１電力閾値を下回るように制限する（ステップＳ３０４〜Ｓ３０５）。
【０１０７】
ステップＳ３０１とＳ３０２との前後関係は特に限定されない。ステップＳ３０２がステップＳ３０１よりも先に行われてもよいし、ステップＳ３０１とＳ３０２とが同時に実行されてもよい。
【０１０８】
ステップＳ３０３の判定結果がＹＥＳであった場合において、ステップＳ３０４とＳ３０５との前後関係は特に限定されない。ステップＳ３０５がステップＳ３０４よりも先に行われてもよいし、ステップＳ３０４とＳ３０５とが同時に実行されてもよい。
【０１０９】
図６の例は、第２水分閾値が第１水分閾値と等しい場合であって、ステップＳ３０１の判定が、第１水分閾値に基づいて行われているが、第２水分閾値が第１水分閾値よりも大きく、ステップＳ３０１の判定が、第２水分閾値に基づいて行われてもよい。この場合でも、貯水量が第１水分閾値まで減った時には、第１水凝縮器２２が作動することになる。
【０１１０】
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。
【０１１１】
（第４実施形態）
第４実施形態の燃料電池発電システムは、第１実施形態の燃料電池発電システムであって、燃料電池から供給される電力を蓄電し、燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、制御器は、制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する。
【０１１２】
Ａ１：貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【０１１３】
Ａ２：蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
【０１１４】
Ａ３：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が燃料電池の発電量を上回る。
【０１１５】
Ｂ１：燃料電池の発電量を増加させる。
【０１１６】
Ｂ２：第１水凝縮器を動作させる。
【０１１７】
かかる構成では、水の回収が正常に行われていないことがわかるので、外部への電力供給を確保しつつ、燃料電池発電システムの動作に必要な水分を安定的に回収できる。
【０１１８】
第４実施形態の燃料電池発電システムは、制御器３２の構成を除き、図３と同様とすることができる。
【０１１９】
制御器３２は、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行する。
【０１２０】
Ａ１：貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【０１２１】
Ａ２：蓄電量検出器３４が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
【０１２２】
Ａ３：燃料電池発電システム２００から燃料電池発電システム２００の外部への電力供給量が燃料電池の発電量を上回る。
【０１２３】
Ｂ１：燃料電池２０の発電量を増加させる。
【０１２４】
Ｂ２：第１水凝縮器２２を動作させる。
【０１２５】
すなわち、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回り、かつ、蓄電量検出器３４が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回り、かつ、燃料電池発電システム２００から燃料電池発電システム２００の外部への電力供給量が燃料電池の発電量を上回ると、制御器３２は、燃料電池２０の発電量を増加させ、かつ、第１水凝縮器２２を動作させる。
【０１２６】
「燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が燃料電池の発電量を上回る」とは、燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が燃料電池の発電量以上であることとしてもよいし、燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が燃料電池の発電量よりも大きいこととしてもよい（以下同様）。
【０１２７】
燃料電池２０の発電量を特定する方法については、電圧計および電流計を用い発電電圧と電流を測定する等の種々の公知の方法を利用することができるので、詳細な説明を省略する。
【０１２８】
第２水分閾値は、第２実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。第１蓄電量閾値は、第２実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１２９】
燃料電池発電システム２００から燃料電池発電システム２００の外部への電力供給量が燃料電池２０の発電量を上回っている場合には、不足分の電力が蓄電器３３から供給されている状態であり、燃料電池２０の発電量に余裕がない状態と判断できる。本実施形態では、かかる場合に燃料電池２０の発電量を増加させることで、第１水分凝縮器２２を動作させるための電力を確保する。
【０１３０】
以上の点を除き、第４実施形態の燃料電池発電システムは、第２実施形態の燃料電池発電システム２００と同様に構成することができる。よって、第４実施形態と第２実施形態（図３）とで共通する構成要素には、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１３１】
図７は、第４実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。図７に示す動作は、制御器３２の制御により実現されうる。
【０１３２】
第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定ルーチンが実行されると（スタート）、まず、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ４０１）。
【０１３３】
ステップＳ４０１の判定結果がＮＯであれば、貯水量は十分にあると判断され、第１水凝縮器２２は作動せず、第２水凝縮器２４による水回収が継続され（ステップＳ４０２）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【０１３４】
ステップＳ４０１の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池発電システム２００から燃料電池発電システム２００の外部への電力供給量（外部負荷へ供給する電力量）が燃料電池の発電量を上回るか否かの判定が行われる（ステップＳ４０３）。
【０１３５】
ステップＳ４０３の判定結果がＮＯであれば、燃料電池２０の発電量に余裕があると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させ（ステップＳ４０６）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【０１３６】
ステップＳ４０３の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池２０の発電量には余裕がないと判断され、蓄電量検出器３４が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ４０４）。
【０１３７】
ステップＳ４０４の判定結果がＮＯであれば、燃料電池２０の発電量には余裕がないものの、蓄電量は十分にあると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させ（ステップＳ４０６）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【０１３８】
ステップＳ４０４の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池２０の発電量には余裕がなく、かつ、蓄電量も不十分であると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させるにあたって、燃料電池２０の発電量を増加させる（ステップＳ４０５〜Ｓ４０６）。
【０１３９】
ステップＳ４０１とＳ４０２とＳ４０３との前後関係は特に限定されない。例えば、ステップＳ４０２がステップＳ４０１よりも先に行われてもよいし、ステップＳ４０３がステップＳ４０１およびＳ４０２のいずれよりも先に行われてもよいし、ステップＳ４０１とＳ４０２とＳ４０３とが同時に実行されてもよい。
【０１４０】
ステップＳ４０４の判定結果がＹＥＳであった場合において、ステップＳ４０５とＳ４０６との前後関係は特に限定されない。ステップＳ４０６がステップＳ４０５よりも先に行われてもよいし、ステップＳ４０５とＳ４０６とが同時に実行されてもよい。
【０１４１】
図７の例は、第２水分閾値が第１水分閾値と等しい場合であって、ステップＳ４０１の判定が、第１水分閾値に基づいて行われているが、第２水分閾値が第１水分閾値よりも大きく、ステップＳ４０１の判定が、第２水分閾値に基づいて行われてもよい。この場合でも、貯水量が第１水分閾値まで減った時には、第１水凝縮器２２が作動することになる。
【０１４２】
第４実施形態においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。
【０１４３】
（第２〜４実施形態の組合せ）
［組合せ１］
第１実施形態の燃料電池発電システムにおいて、制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行してもよい。
【０１４４】
Ａ１：貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【０１４５】
Ａ２：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が燃料電池の発電量を上回る。
【０１４６】
Ａ３：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
【０１４７】
Ｂ１：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量を、第１電力閾値を下回るように制限する。
【０１４８】
Ｂ２：第１水凝縮器を動作させる。
【０１４９】
組合せ１は、燃料電池の発電量に基づく判定（第４実施形態の一部）と、外部負荷への電力供給量に基づく判定（第３実施形態）とを組み合わせたものである。各判定および判定結果に基づく動作は、第３実施形態および第４実施形態において説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１５０】
組合せ１においても、第１実施形態、第３実施形態、および、第４実施形態と同様の変形が可能である。
【０１５１】
［組合せ２］
第１実施形態の燃料電池発電システムにおいて、さらに、燃料電池から供給される電力を蓄電し、燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行してもよい。
【０１５２】
Ａ１：貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【０１５３】
Ａ２：蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
【０１５４】
Ａ３：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
【０１５５】
Ｂ１：燃料電池の発電量を増加させる。
【０１５６】
Ｂ２：第１水凝縮器を動作させる。
【０１５７】
組合せ２は、蓄電量に基づく判定（第２実施形態）と、外部負荷への電力供給量に基づく判定（第３実施形態）とを組み合わせたものである。各判定および判定結果に基づく動作は、第２実施形態および第３実施形態において説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１５８】
組合せ２においても、第１実施形態、第２実施形態、および、第３実施形態と同様の変形が可能である。
【０１５９】
［組合せ３］
第１実施形態の燃料電池発電システムにおいて、さらに、燃料電池から供給される電力を蓄電し、燃料電池発電システムの外部へ電力を供給する、蓄電器と、蓄電器に蓄電されている電力の量である蓄電量を検出する蓄電量検出器と、を備え、制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＡ１およびＡ２およびＡ３およびＡ４の全てを満たす場合に、以下のＢ１およびＢ２の両方を実行してもよい。
【０１６０】
Ａ１：貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【０１６１】
Ａ２：蓄電量検出器が検出した蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る。
【０１６２】
Ａ３：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が第１電力閾値を上回る。
【０１６３】
Ａ４：燃料電池発電システムから燃料電池発電システムの外部への電力供給量が燃料電池の発電量を上回る。
【０１６４】
Ｂ１：燃料電池の発電量を増加させる。
【０１６５】
Ｂ２：第１水凝縮器を動作させる。
【０１６６】
組合せ３は、蓄電量に基づく判定（第２実施形態）と、外部負荷への電力供給量に基づく判定（第３実施形態）と、燃料電池の発電量に基づく判定（第４実施形態）とを組み合わせたものである。各判定および判定結果に基づく動作は、第２実施形態、第３実施形態、および、第４実施形態において説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１６７】
組合せ３においても、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、および、第４実施形態と同様の変形が可能である。
【０１６８】
（第５実施形態）
第５実施形態の燃料電池発電システムは、第１実施形態の燃料電池発電システムであって、環境温度を検出する環境温度検出器を備え、制御器は、第２水分閾値≧第１水分閾値とするとき、以下のＣ１およびＣ２の両方を満たす場合に、Ｄ１を実行する。
【０１６９】
Ｃ１：貯水量検出器が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【０１７０】
Ｃ２：環境温度検出器が検出した環境温度が第１環境温度閾値を下回る。
【０１７１】
Ｄ１：燃料電池発電システムの運転を継続するか否かの判定を行う。
【０１７２】
かかる構成では、燃料電池発電システムに故障が生じたような場合に、迅速に対応できる可能性が高くなる。
【０１７３】
図８は、第５実施形態にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１７４】
図８に示す例において、第５実施形態の燃料電池発電システム４００は、さらに、環境温度検出器３６を備える。
【０１７５】
環境温度検出器３６は、環境温度を検出する。環境温度とは、例えば、燃料電池発電システム４００の外部の気温とすることができる。あるいは例えば、燃料電池発電システム４００の筐体内部の気温とすることができる。環境温度とは、第２水凝縮器２４において単位時間あたりに回収可能な水の量、および、第１水凝縮器２２において回収する水の単位体積あたりに必要な電力量等の指標となる。
【０１７６】
制御器３２は、以下のＣ１およびＣ２の両方を満たす場合に、Ｄ１を実行する。
【０１７７】
Ｃ１：貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回る。
【０１７８】
Ｃ２：環境温度検出器３６が検出した環境温度が第１環境温度閾値を下回る。
【０１７９】
Ｄ１：燃料電池発電システム４００の運転を継続するか否かの判定を行う。
【０１８０】
すなわち、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第２水分閾値を下回り、かつ、環境温度検出器３６が検出した環境温度が第１環境温度閾値を下回ると、制御器３２は、燃料電池発電システム４００の運転を継続するか否かの判定を行う。
【０１８１】
「環境温度検出器３６が検出した環境温度が第１環境温度閾値を下回る」とは、環境温度検出器３６が検出した環境温度が第１環境温度閾値以下であることとしてもよいし、環境温度検出器３６が検出した環境温度が第１環境温度閾値未満であることとしてもよい（以下同様）。
【０１８２】
第２水分閾値は、第２実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１８３】
第１環境温度閾値は、予め設定された値であってもよい。具体的には例えば、燃料電池発電システム４００に接続された電力負荷（外部負荷）による電力消費量、および、燃料電池２０における発電量等から、燃料電池発電システム４００の動作に必要な水の量を求め、第１水凝縮器２２を動作させなくても所定時間だけ燃料電池発電システム１００が動作できるだけの水の量を第２水凝縮器２４で生成可能な環境温度を求め、第１環境温度閾値としてもよい。第１環境温度閾値は、固定値に限定されず、例えば、外部負荷の消費電力量、およびそれらの時間変化パターン、および、第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定が行われる時刻等によって適宜に変更されてもよい。
【０１８４】
以上の点を除き、第５実施形態の燃料電池発電システム４００は、第１実施形態の燃料電池発電システム１００と同様に構成することができる。よって、図８と図１とで共通する構成要素には、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１８５】
図９は、第５実施形態にかかる燃料電池発電システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。図９に示す動作は、制御器３２の制御により実現されうる。
【０１８６】
第１水凝縮器２２を動作させるか否かの判定ルーチンが実行されると（スタート）、まず、貯水量検出器３０が検出した貯水量が第１水分閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ５０１）。
【０１８７】
ステップＳ５０１の判定結果がＮＯであれば、貯水量は十分にあると判断され、第１水凝縮器２２は作動せず、第２水凝縮器２４による水回収が継続され（ステップＳ５０２）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【０１８８】
ステップＳ５０１の判定結果がＹＥＳであれば、環境温度検出器３６が検出した環境温度が第１環境温度閾値を下回るか否かの判定が行われる（ステップＳ５０３）。
【０１８９】
ステップＳ５０３の判定結果がＮＯであれば、貯水量が少なくなっているのは環境温度が高いためであると判断され、制御器３２は、第１水凝縮器２２を作動させ（ステップＳ３０５）、判定ルーチンが終了する（エンド）。
【０１９０】
ステップＳ５０３の判定結果がＮＯであれば、環境温度が十分に低く、本来であれば第２水凝縮器２４により十分な水が回収できているはずであるにも関わらず、貯水量が不足していることによる。よって、燃料電池発電システム４００に何らかの故障が発生している可能性がある。そこで制御器３２は、燃料電池発電システム４００の運転を継続するか否かの判定を実行し（ステップＳ３０４）、判定ルーチンが終了する。
【０１９１】
ステップＳ３０４での判定の具体的な内容は特に限定されない。具体的には例えば、配管漏れの検査、ポンプ等の動作状況の確認等、任意の故障判定を利用し得る。自動修復不可能な故障があった場合には、燃料電池発電システム４００の運転を停止してもよい。
【０１９２】
ステップＳ５０１とＳ５０２との前後関係は特に限定されない。ステップＳ５０２がステップＳ５０１よりも先に行われてもよいし、ステップＳ５０１とＳ５０２とが同時に実行されてもよい。
【０１９３】
第５実施形態においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。第５実施形態を第２実施形態〜第４実施形態、組合せ１〜３、およびこれらの変形例のいずれかと組み合わせてもよい。
【０１９４】
（実施例）
図１０は、実施例にかかる燃料電池発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１９５】
実施例の燃料電池発電システム５００は、発電部となる燃料電池発電部１８と、燃料電池発電部１８から排出される水分を回収する水回収器１６と、水回収器から回収された水を貯める貯水器５と、制御器１０と、を備える。また、外部負荷への電力供給インターフェースとなる集電器９と、二次電池を備え燃料電池１で発電した電力を蓄電する蓄電器８と、環境温度を検出する環境温度検出器１１と、が設けられる。
【０１９６】
燃料電池発電部１８は、アノードガスとなる水素含有ガスとカソードガスとなる空気で発電する燃料電池１と、燃料流路１２から供給される燃料と、水供給器７から供給される水から水素含有ガスを生成させる改質器２とを備える。
【０１９７】
本実施例では、燃料電池１を高温で動作する固体電解質型燃料電池とする。燃料電池１を運転させるための熱回収構成および空気供給構成等の補機類を備えうる。燃料電池１としては、周知の構成を採用しうるので、詳細な説明は省略する。
【０１９８】
改質器２は、水素含有ガスを生成させるための改質触媒、改質触媒へ必要な反応熱を供給する加熱構成、および、水の蒸発構成等を備えうる。改質器２としては、周知の構成を採用しうるので、詳細な説明は省略する。
【０１９９】
水回収器１６は、燃料電池１からオフガス流路１３を通して排出される水分を蒸気圧縮式ヒートポンプによって冷却し凝縮させる第１水凝縮器３と、燃料電池１から排出される水分を空気または水を用いて冷却する熱交換ラジエタとなる第２水凝縮器４とを備える。
【０２００】
本実施例では、第１水凝縮器３は、ルームエアコンおよび冷蔵庫等に用いられているヒートポンプのような、蒸気圧縮式ヒートポンプとする。第２水凝縮器４は、空冷ファンが設けられる熱交換ラジエタとする。なお、蒸気圧縮式ヒートポンプおよび熱交換ラジエタは、周知の構成を採用できるので、詳細な構成の説明は省略する。
【０２０１】
貯水器５は、水回収器１６で回収した水分を、水回収流路１４を通して貯める構成を有する。貯水器５は、貯水器５の貯水量を検出する水位センサとなる貯水量検出器６を備える。
【０２０２】
水供給器７は、貯水器５で貯めている水を、水供給流路１５を通して改質器２に供給する水ポンプである。
【０２０３】
集電器９は、燃料電池発電部１８と蓄電器８から電力を集電して外部負荷に供給する。同時に集電器９は、外部負荷の電力消費情報も取得する。
【０２０４】
蓄電器８は、燃料電池発電部１８からの電力を蓄電し、外部負荷へ電力を供給する二次電池とする。二次電池は、周知の構成を採用しうるので、詳細な説明は省略する。
【０２０５】
蓄電器８は、蓄電器８の蓄電量を計測する蓄電量検出器１７を備える。蓄電量検出器１７は、蓄電器８の出力電圧を検出し、蓄電器８の蓄電量および蓄電容量を検出する。
【０２０６】
制御器１０は、燃料電池発電部１８の動作状態に関する情報、貯水量検出器６での検出される貯水量情報、集電器９での電力負荷情報、環境温度検出器１１で検出される温度情報、および、蓄電量検出器１７で計測される蓄電器８での蓄電量情報等を収集し、燃料電池発電部１８、改質器２、第１水凝縮器３、および、第２水凝縮器４を動作させるべく、燃料電池発電システム５００の補機類等の動作を制御する。また制御器１０は、集電器９から入力される外部負荷の電力消費情報を用いて、燃料電池発電部１８および蓄電器８の電力出力動作を制御する。
【０２０７】
次に、本実施例における燃料電池発電システム５００の動作について説明する。
【０２０８】
通常動作時は、燃料流路１２から燃料が、さらに、水供給器７から水供給流路１５を通して水が、燃料電池発電部１８の改質器２へと供給され、水素含有ガスが生成される。本実施例では、燃料として天然ガスを主成分とする１３Ａガス（都市ガス）を用いるが、燃料としてＬＰＧおよび炭化水素系燃料等を用いてもよい。
【０２０９】
生成された水素含有ガスと空気とが、燃料電池１に供給され、発電が行われる。燃料電池１で消費されなかった水素含有ガスは、改質器２の改質反応に必要な熱源として利用され、オフガスとして燃料電池発電部１８からオフガス流路１３を介して燃料電池発電システム５００の外部へと排出される。本実施例では、燃料電池１で消費されなかった水素含有ガス（アノードオフガス）と空気（カソードオフガス）とを燃焼させて得られた燃焼熱が、改質器２に供給される。
【０２１０】
オフガスには、燃料電池１での発電により生成した水分、および、水素含有ガスを燃焼させた時に発生する水分が含まれる。その水分をオフガス流路１３に設けられた水回収器１６で回収する。本実施例では、まず、第２水凝縮器４でオフガスを冷却し水分を凝縮させる。さらに、第１水凝縮器３で冷却することで、必要な水分をさらに凝縮させた後、オフガス流路１３から燃料電池発電システム５００の外部へ排出する。
【０２１１】
水回収器１６で凝縮し回収した水分は、水回収流路１４を介して貯水器５に送られ、貯留される。貯水器５で貯留された水は、必要に応じてイオン交換樹脂および活性炭等を用いて水分中の不純物が除去される。さらに、水供給器７を動作させることで、水は、水供給流路１５を介して改質器２に供給される。
【０２１２】
燃料電池発電部１８で発電した電力は集電器９を通して外部負荷に供給される。外部負荷に供給されなかった余分な電力は、蓄電器８で蓄電される。外部負荷への電力供給量が増加し、燃料電池発電部１８での発電量では不足する場合、蓄電器８から集電器９を通して外部負荷へと電力が供給される。この時、燃料電池１の発電量は、外部負荷で消費される電力量の平均値、燃料電池１の発電能力、および、蓄電器８の蓄電時および放電時の電力損失に基づき、燃料電池１の効率が高くなる発電量となるように設定しうる。なお、燃料電池発電部１８、水回収器１６、集電器９、蓄電器８、および、それらを動作させるための水供給器７等の補機類の動作は、制御器１０で制御する。通常時の動作は、一般的な燃料電池発発電システムと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０２１３】
次に、本実施例における特徴的な動作について説明する。
【０２１４】
本実施例では、上述のように、改質器２の改質反応に必要な水分として、貯水器５に貯めた水を用いる。貯水器５に貯めた水は、燃料電池発電部１８からオフガス流路１３を通し排出されるオフガス中に蒸気として存在する水分を、水回収器１６で凝縮させることで回収した水である。
【０２１５】
以下、オフガス中の水分量を「オフガスの露点」と表現する。燃料電池発電部１８の動作条件によっても相違するが、オフガスの露点は、比較的低温となる。オフガスは露点以上の温度で排出される。そこで、水回収器１６は、水凝縮器を用いてオフガスを冷却する。
【０２１６】
水回収器１６での冷却が不十分な場合、水の回収量は少なくなる。一方、改質器２への水供給は継続されるので、貯水器５での貯水量は減少する。貯水器５の水がなくなり、改質器２への水供給ができなくなると、燃料電池発電部１８の動作は継続できなくなる。
【０２１７】
そこで、本実施例では、第１実施形態（図２）で示したように、貯水量検出器６で検出した貯水器５での貯水量が、予め設定される第１水分閾値を下回ることを検出すると、第１水凝縮器３である蒸気圧縮式ヒートポンプを作動させる。
【０２１８】
蒸気圧縮式ヒートポンプは、冷媒の蒸発潜熱を利用して冷却するので、オフガスを低温まで冷却することができる。よって、オフガスからの水の回収量を増加させることができる。その結果、燃料電池発電部１８の動作に必要な水分量を確保し、発電運転を継続させることができる。
【０２１９】
なお、蒸気圧縮式ヒートポンプを動作させるには電力（電力エネルギー）が必要である。このため、常時動作させると燃料電池発電部１８で発電した電力を消費することになり、非効率となる。本実施例では、貯水器５での貯水量が予め設定される第１水分閾値を下回ることを検出すると、すなわち水の回収量が少なくなっていることを検出すると、蒸気圧縮式ヒートポンプを作動させる。このため、第１水凝縮器３での電力消費を低減できる。
【０２２０】
なお、第１水凝縮器３の動作を、気温の高い昼間は動かさずに、気温の低くなる夜間に動かすことで、消費電力が抑制できので、例えば動かす時間を管理することで、第１水凝縮器３での電力消費を低減してもよい。貯水量検出器６は、第１水分閾値を検出するだけでなく、貯水器５での貯水量の上限値を検出してもよい。第１水凝縮器３を動作させている状態で、貯水器５での貯水量の上限値を貯水量検出器６が検出すると、第１水凝縮器３の動作を停止させてもよい。かかる構成でも、第１水凝縮器３での電力消費の低減を効果的に行える。
【０２２１】
なお、予め設定される第１水分閾値は、水回収器１６での水回収量および改質器２への水供給量に基づいて、燃料電池発電部１８の動作を一定時間継続させるために必要量な水分量を貯水器５に貯留できるように適宜設定しうる。
【０２２２】
なお、燃料電池発電部１８の運転条件によるが、夏場の炎天下等で、装置周辺の雰囲気がオフガスの露点を上回る場合がある。この場合でも、第１水凝縮器３はオフガスを冷却できるので、装置の運転継続が可能となる。特に、本実施例では、燃料電池１で消費されなかった水素含有ガス（アノードオフガス）と空気（カソードオフガス）とを燃焼させ、生じた燃焼熱を改質器２に供給する構成としている。この場合、オフガスの露点はかなり低くなるが、本実施例の構成では、かかる場合でも水回収を効果的に行えることはいうまでもない。
【０２２３】
なお、第１水凝縮器３の構成である蒸気圧縮式ヒートポンプの冷凍能力、および、第２水凝縮器の構成である熱交換器の水凝縮能力は、燃料電池発電部１８の動作条件、および、燃料電池発電システムの想定される設置環境等を考慮して、必要な水回収量が得られるように構成されうる。
【０２２４】
本実施例では、水回収器１６において、第１水凝縮器３の他、空冷ファンが設けられた熱交換ラジエタを備える第２水凝縮器４を設ける。第２水凝縮器４でオフガスの熱を除去できるので、第１水凝縮器３に供給されるオフガスの温度を低くでき、第１水凝縮器３での電力消費を少なくすることができる。また、装置周辺の雰囲気が高温にならない場合には、第２水凝縮器４によってオフガスから水を回収できるように構成することで、電力消費を低減し、エネルギー消費を低減するという観点からも、効果的な装置構成とすることができる。
【０２２５】
なお、外部負荷への電力供給量が少ない場合、貯水量検出器６で検出した貯水器５での貯水量が、予め設定される第１水分閾値を下回ることを検出すると、蓄電器８への蓄電する動作を抑制して、第１水凝縮器３を優先的に作動させることも可能である。蓄電器８への蓄電する動作では、エネルギーロスが発生するが、第１水凝縮器３を優先的に作動させることで、そのエネルギーロスを抑制することができ、水分の回収を実施できる。よって、燃料電池発電システムの安定運転に寄与できる。貯水器５の容積を大きくし、貯水量を多く確保できるようにすることで、この運転をより効果的に実施することができる。
【０２２６】
（第１変形例）
第１変形例では、上記実施例において、制御器の構成および燃料電池発電システムの運転方法を変形し、第２実施形態（図４）で示したように、蓄電量検出器１７で計測される蓄電器８での蓄電量が、予め設定される第１蓄電量閾値を上回る場合に、第１水凝縮器３を作動させる。これにより、外部負荷への電力供給が一時的に増加することがあっても、蓄電器８に蓄えられている電力が、第１蓄電量閾値まで、集電器９から供給できる。よって、水回収および電力供給を安定化できる。
【０２２７】
予め設定される第１蓄電量閾値は、設置される蓄電器８の初期の蓄電量（設置時における蓄電容量）と、燃料電池発電システム１００の供給する電力量とを目安に、システムの運転仕様に応じて任意に設定しうる。なお、第１蓄電量閾値は、燃料電池発電部１８で発電した電力を集電器９から外部負荷へ安定的に供給するために、例えば、外部負荷の電力供給の変動をカバーし、外部負荷へ供給する電力が不足しない範囲の蓄電量を目安に設定してもよい。第１蓄電量閾値は、燃料電池発電システム１００が一定時間動作できる電力を蓄電できることを目安に設定してもよい。
【０２２８】
蓄電器８の蓄電量が予め設定される第１蓄電量閾値を下回った場合は、燃料電池１の発電量を、第１蓄電量閾値を検出する前（蓄電器８の蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る前）の発電量よりも大きくなるように増加させる。その後、第１水凝縮器３を作動させる。これにより、外部負荷への電力供給を増加させることができ、蓄電器８での蓄電量が比較的少なくなっている場合でも、水回収および電力供給を安定化できる。
【０２２９】
（第２変形例）
第２変形例では、上記実施例において、制御器の構成および燃料電池発電システムの運転方法を変形し、第３実施形態（図６）で示したように、貯水量検出器６で検出した貯水器５の貯水量が、予め設定される第１水分閾値を下回らない場合、水回収器１６は第２水凝縮器４をそのまま動作させる。
【０２３０】
一方、貯水量が予め設定される第１水分閾値を下回る場合で、外部負荷へ供給する電力が予め設定される供給電力上限値（第１電力閾値）を上回らないと、第１水凝縮器３をそのまま動作させる。貯水量が予め設定される第１水分閾値を下回る場合で、外部負荷へ供給する電力が予め設定される供給電力上限値を上回る場合は、外部負荷への電力供給量が供給電力上限値を上回らないように制限し、第１水凝縮器３を動作させる。
【０２３１】
燃料電池発電部１８では、発電できる能力に限界がある。一方、運転に水分を使用するので、水分が不足すると運転が継続できなくなる。第２変形例では、供給電力上限値まで電力供給をしつつ水回収も行えるので、燃料電池発電システムの運転をより安定して継続させることができる。
【０２３２】
なお、供給電力上限値は、燃料電池発電部１８が発電運転を安定して継続しながら供給できる電力量を目安に設定しうる。
【０２３３】
（第３変形例）
第３変形例では、上記実施例において、制御器の構成および燃料電池発電システムの運転方法を変形し、第４実施形態（図７）で示したように、貯水量検出器６で検出した貯水器５の貯水量が、予め設定される第１水分閾値を下回らない場合、水回収器１６は第２水凝縮器４をそのまま動作させる。
【０２３４】
一方、貯水量が予め設定される第１水分閾値を下回る場合は、外部負荷へ供給する電力量が燃料電池１の発電量を上回るかどうかを判断する。外部負荷へ供給する電力量が燃料電池１の発電量を上回らない場合は、第１水凝縮器３を動作させる。外部負荷へ供給する電力量が燃料電池１の発電量を上回る場合は、蓄電量検出器１７で検出した蓄電器８の蓄電量が、予め設定される第１蓄電量閾値を上回るかどうかを判断する。蓄電量が第１蓄電量閾値を上回る場合は、第１水凝縮器３を動作させる。蓄電量が、予め設定される第１蓄電量閾値を下回る場合は、燃料電池１の発電量を、第１蓄電量閾値を検出する前（蓄電器８の蓄電量が第１蓄電量閾値を下回る前）の発電量よりも大きくなるように増加させ、第１水凝縮器３を動作させる。かかる動作により、燃料電池発電システムの動作に必要な水分を安定的に回収できる。
【０２３５】
なお、第２変形例と第３変形例とを組み合わせてもよい。すなわち、燃料電池発電部１８の発電量を増加させる場合に、燃料電池発電部１８の装置仕様で設定している発電能力を上回らないように、外部負荷への電力供給量が供給電力上限値を上回らないように制限してもよい。
【０２３６】
（第４変形例）
第４変形例では、上記実施例において、制御器の構成および燃料電池発電システムの運転方法を変形し、第５実施形態（図９）で示したように、貯水量検出器６で検出した貯水器５の貯水量が、予め設定される第１水分閾値を下回らない場合、水回収器１６は第２水凝縮器４をそのまま動作させる。
【０２３７】
一方、貯水量が、予め設定される第１水分閾値を下回る場合は、環境温度検出器１１で検出した温度が、予め設定される第１環境温度閾値を上回るかどうかを判断する。温度が第１環境温度閾値を上回る場合、第１水凝縮器３を作動させる。
【０２３８】
環境温度検出器１１で検出した温度が予め設定される第１環境温度閾値を下回る場合、燃料電池発電システム１００の運転を継続するか否かを判断する。例えば、環境温度（環境温度検出器１１で検出した温度）がオフガスの露点を上回る場合には、第２水凝縮器４のみで回収できる水分量は少なくなり、燃料電池発電システムの運転を継続できなくなる可能性が高くなる。従って、燃料電池発電部１８の動作条件によっても相違するが、燃料電池発電部１８から排出されるオフガスの露点、および、第１水凝縮器３を動作させない場合の水回収器１６での水回収量等を参考に、燃料電池発電システムごとに、水自立できる環境温度を第１環境温度閾値として設定しうる。
【０２３９】
なお、「運転を継続するか否かを判断する」とは、例えば、環境温度が第１環境温度閾値を下回っている場合でも十分な水回収量が得られない場合に、水回収器１６が故障していたり、貯水器５での破損等により構造上水が貯められなくなっている等、システム上の故障も想定できるので、それらの状況が生じているか否かを判定した上で運転を継続するか否かを判断することとしうる。
【０２４０】
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、その構造および／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】
【０２４１】
本発明の一態様は、高温環境下における安定した水回収と、エネルギー効率向上と、を両立させることができる燃料電池発電システムとして有用である。
【符号の説明】
【０２４２】
１  燃料電池
２  改質器
３  第１水凝縮器
４  第２水凝縮器
５  貯水器
６  貯水量検出器
７  水供給器
８  蓄電器
９  集電器
１０  制御器
１１  環境温度検出器
１２  燃料流路
１３  オフガス流路
１４  水回収流路
１５  水供給流路
１６  水回収器
１７  蓄電量検出器
１８  燃料電池発電部
２０  燃料電池
２２  第１水凝縮器
２４  第２水凝縮器
２６  貯水器
２８  水素生成器
３０  貯水量検出器
３２  制御器
３３  蓄電器
３４  蓄電量検出器
３６  環境温度検出器
１００、２００、３００、４００、５００  燃料電池発電システム
【図１】
2014192075.tif 000003
【図２】
2014192075.tif 000004
【図３】
2014192075.tif 000005
【図４】
2014192075.tif 000006
【図５】
2014192075.tif 000007
【図６】
2014192075.tif 000008
【図７】
2014192075.tif 000009
【図８】
2014192075.tif 000010
【図９】
2014192075.tif 000011
【図１０】
2014192075.tif 000012