(57)【要約】【課題】排ガスを外部に排出する排ガス流路が閉塞した場合においても、排ガスが水回収部の排水口から屋外へ流れ出すことなく、かつ圧力上昇により水回収部から排水される水の量を減らすことで、燃料電池システムを長時間運転可能にすること。【解決手段】排ガス排出路２８内の凝縮水を回収する水回収部１０５に隔壁１２２を設け、水回収部１０５を排ガス排出路２８と接続される第１貯水部１２０と排水口に接続される第２貯水部１２１に分け、第１貯水部１２０の容積を第２貯水部１２１の容積よりも小さくすることで、排ガス流路が閉塞した場合においても、排ガスが排水口から屋外へ流れ出すことが無く、かつ排水口より排水される水の量を減らすことができ、燃料電池システムを長時間連続運転させることができる。【選択図】図１
2014191965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含む酸化剤ガスと原料とが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、
前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、
前記排ガス流路と連通しており、前記排ガス中の水を貯えるように構成されている水タンクと、
を備えている燃料電池システムであって、
前記水タンクは、第１貯水部と、前記第１貯水部と隔壁を隔てて形成されている第２貯水部と、前記水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するための連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部と連通しており、
前記第１貯水部の容積は、前記第２貯水部の容積より小さくなるように構成されている、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記水タンク内の水位を検知する第１水位検知器を備え、
前記水位検知器は、前記第２貯水部の水位を検知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】
前記第１水位検知器は予め定められる第１閾値以下の水位を検知するように構成されている、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１水位検知器は、前記第１閾値以下の水位を検知した場合は、異常の報知、前記燃料電池システムの停止、のうちの少なくとも一つの動作を行うように構成されている、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水タンク内の水位を検知する第２水位検知器を備え、
前記第２水位検知器は、前記第１貯水部の水位を検知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６】
前記第２水位検知器は予め定められる第２閾値以下の水位を検知するように構成されている、
請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第２水位検知器は、前記第２閾値以下の水位を検知した場合は、異常の報知、前記燃料電池システムの停止、および、前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側の流通が阻害されているという判定、のうちの少なくとも一つの動作を行うように構成されている、
請求項６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、水素と酸素を反応させ発電する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、都市ガスやＬＰガス等のインフラから供給される原料を水蒸気改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素含有ガス供給部と、水素含有ガス供給部で生成された水素を含む燃料ガスをアノードに、酸化剤ガスをカソードに供給し、電気化学反応により発電を行う燃料電池と、を備える。
【０００３】
水素含有ガス供給部で水素を生成するための水蒸気改質反応では、水蒸気を用いて化石燃料を改質することにより、その化石燃料から水素が生成される。そのため、燃料電池システムの発電運転の際、水素含有ガス供給部には、水蒸気を発生させるための水が供給される。つまり、燃料電池システムを用いて所定の電力を得るためには、その燃料電池システムの設置場所において水の供給源を確保することが必要不可欠となる。
【０００４】
通常、燃料電池システムへ水を供給するための水の供給手段としては、水道が好適に用いられる。ただし、水道水中のカルシウムの堆積や塩素による配管の腐食等により、燃料電池システムの性能が経時的に劣化するため、これらの成分を除去する必要がある。そのため、従来の燃料電池システムには、イオン交換樹脂等を備える浄水器が設けられている。
【０００５】
しかしながら、イオン交換樹脂等を備える浄水器によれば、水に含まれるカルシウムや塩素等の成分を十分に除去することが可能であるが、使用時間に応じてイオン交換樹脂等の浄水性能が劣化する。つまり、このイオン交換樹脂等を用いる構成では、浄水器を頻繁にメンテナンスする必要がある。これは、燃料電池システムのランニングコストを悪化させる要因となる。そのため、従来の燃料電池システムでは、燃料電池で発電に伴って生成する水や、燃料電池や水素含有ガス供給部の加熱に利用される燃焼器から排出される水分を含んだガス（燃焼排ガス）を冷却して得られる凝縮水等を回収して利用する、水の自立供給形態が採られることが多い。
【０００６】
ところで、燃焼器から排出される水分を含んだガス（燃焼排ガス）を冷却して回収した凝縮水のうち、余分な水は燃焼電池システムの外部へ排水されるように構成されるが、同時に燃焼排ガスが外部へ排出される恐れがある。燃料電池システムが屋外に設置されていれば、大気中の空気に希釈されることにより不安全にはなりにくいが、屋内設置の場合は非常に危険である。そこで、燃焼器から排出される水分を含んだガス（燃焼排ガス）を冷却して回収した凝縮水を燃焼電池システムの外部へ排水する際に、燃焼排ガスが外部へ排出させないようにするため、凝縮水を回収するタンクに水位検知器を設け、燃焼排ガスが外部へ排出されるような水位を検知した場合に、燃料電池システムの運転を停止することが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。図７は、特許文献１に開示されている燃料電池システムの構成図である。
【０００７】
図７に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池システムは、原料供給器３０４、燃料電池３０２と水素生成器３０３を有する燃料電池装置３２４、酸化剤ガス供給器３１０、燃焼排ガス熱交換器３０５、酸化剤排ガス熱交換器３１１、水タンク３０６、貯湯タンク３１４、制御器３２２、及び筐体３２３を備えている。筐体３２３には排気口３０７が設けられている。
【０００８】
水素生成器３０３は、改質器（図示せず）と燃焼器３０３ａを有している。燃焼器３０３ａには、オフ燃料ガス流路３２７を介して燃料電池３０２（正確には、燃料電池３０２の燃料ガス内部流路３０２ａ）が接続されている。これにより、燃焼器３０３ａには、燃料電池３０２の燃料ガス内部流路３０２ａからオフ燃料ガス等の可燃ガスが供給される。
【０００９】
また、燃焼器３０３ａには、燃焼排ガス流路３０８の上流端が接続されている。燃焼排ガス流路３０８の下流端は、排気口３０７に接続されている。燃焼排ガス流路３０８の途中には、燃焼排ガス熱交換器３０５が設けられている。また、燃焼排ガス流路３０８の燃焼排ガス熱交換器３０５よりも下流側の流路には、燃焼排ガス凝縮水流路３０９の上流端が接続されている。燃焼排ガス凝縮水流路３０９の下流端は、水タンク３０６の第１貯水部３１７に接続されている。
【００１０】
燃焼排ガス熱交換器３０５は、燃焼排ガス流路３０８を通流する燃焼排ガスと温水循環経路３１５を通流する水と熱交換するように構成されている。これにより、燃焼器３０３ａでは、燃料ガス内部流路３０２ａから供給された燃料ガス等の可燃ガスと、別途供給された燃焼用空気を燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器等を加熱した後に、燃焼排ガス流路３０８を通流して、排気口３０７から燃料電池システム３０１外に排出される。また、燃焼排ガス中に含まれる水分は、燃焼排ガス熱交換器３０５で水と熱交換することにより、水に凝縮する。凝縮した水は、燃焼排ガス凝縮水流路３０９を通流して、水タンク３０６に貯えられる。
【００１１】
燃料電池３０２は、アノードとカソードを有していて、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路３０２ａとカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路３０２ｂが設けられている。燃料電池３０２の酸化剤ガス内部流路３０２ｂの上流端には、酸化剤ガス供給流路３２８を介して酸化剤ガス供給器３１０が接続されている。酸化剤ガス内部流路３０２ｂの下流端には、酸化剤排ガス流路３１２（排ガス流路）が接続されている。酸化剤排ガス流路３１２は、第１酸化剤排ガス流路３１２ａ（第１流路）と第２酸化剤排ガス流路３１２ｂ（第２流路）を有している。第１酸化剤排ガス流路３１２ａは、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路３０２ｂと水タンク３０６の第１貯水部３１７を接続している。第２酸化剤排ガス流路３１２ｂは、水タンク３０６の第１貯水部３１７と排気口３０７を接続している。また、第１酸化剤排ガス流路３１２ａの途中には、酸化剤排ガス熱交換器３１１が設けられている。酸化剤排ガス熱交換器３１１は、第１酸化剤排ガス流路３１２ａを通流する酸化剤排ガスと温水循環経路３１５を通流する水と熱交換するように構成されている。これにより、燃料電池３０２では、水素生成器３０３から燃料ガスが燃料ガス内部流路３０２ａに供給され、酸化剤ガス供給器３１０から酸化剤ガス内部流路３０２ｂに酸化剤ガスが供給される。そして、燃料ガス内部流路３０２ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス内部流路３０２ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス内部流路３０２ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス内部流路３０２ｂを通流する間に、カソードに供給される。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、反応して電気と熱が発生する。なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、温水循環経路３１５を通流する水を加熱するのに使用することができる。燃料電池３０２で使用されなかった燃料ガスは、オフ燃料ガスとして、水素生成器３０３の燃焼器３０３ａに供給される。また、燃料電池３０２で使用されなかった酸化剤ガス（以下、酸化剤排ガス）は、酸化剤排ガス流路３１２を通流して、燃料電池システム３０１外に排出される。酸化剤排ガス中に含まれる水分は、酸化剤排ガス熱交換器３１１で水と熱交換することにより、水に凝縮する。凝縮した水は、第１酸化剤排ガス流路３１２ａを通流して、水タンク３０６に貯えられる。
【００１２】
さらに、水タンク３０６は、第１貯水部３１７と第２貯水部３１８と、水タンク３０６の下部で第１貯水部３１７と第２貯水部３１８の内部空間を分けるように隔壁３１６が設けられている。隔壁３１６は、水タンク３０６の天井面から下方に延びるように、かつ、水タンク３０６の底面と隙間を有するように、形成されている。そして、隔壁３１６と水タンク３０６の底面との間の空間が、連通部３２９を構成する。さらに、水タンク３０６の第２貯水部３１８には、連通部３２９よりも上方に排水口３２０が設けられている。排水口３２０は、燃料電池システム３０１外の下水管に接続されている。また、第１貯水部３１７内に水位検知器３１９が設けられている。
【００１３】
制御器３２２は、水位検知器３１９が検知する第１貯水部３１７の水位に基づいて、燃料電池システム３０１の制御を行う。具体的には、制御器３２２は、水位検知器３１９が第１水位を検知すると、燃料電池装置３２４（燃料電池システム３０１）の運転を停止させる。ここで、第１水位は、燃焼排ガス流路３０８の水タンク３０６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路３１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞され、排ガスが水タンク３０６の排水口３２０を介して大気中に排出されるときの水位である。即ち、第１貯水部３１７の水位を水位検知器３１９が検知し、水位検知器３１９が第１水位を検知すると、燃料電池装置３２４の運転を停止させることにより、排ガスが排水口３２０を介して外部へ排出されることを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第５０４８８７０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、従来（特許文献１）の構成では、燃焼排ガス流路３０８の水タンク３０６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路３１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞した場合に、水タンク３０６内の水を多量に失うことから、燃料電池システムの運転に必要な水が不足し、長時間運転を継続できないという課題を有していた。
【００１６】
即ち、燃料電池システムの運転中に燃焼排ガス流路３０８の水タンク３０６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路３１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞すると、燃焼排ガス流路３０８及び第２酸化剤排ガス流路３１２ｂ内の圧力が増加し、第１貯水部３１７内の圧力が増加する。第１貯水部３１７内の圧力増加に伴い、第１貯水部３１７の水位が低下する。一方、第２貯水部３１８の水位は第１貯水部３１７の水位が低下した分だけ上昇する。正確には、第１貯水部３１７の水位低下により第１貯水部３１７から押し出された水（水量）が第２貯水部３１８に移動し、第２貯水部３１８の水位を上昇させる。この時、第１貯水部３１７の容積が第２貯水部３１８に比べて大きいため、第２貯水部３１８の水位は排水口３２０を越えてしまい、水タンク３０６の水は排水口３２０から燃料電池システム外に排出される。
【００１７】
本発明は、上記課題を鑑みて、燃焼排ガス流路や酸化剤排ガス流路が閉塞した場合においても、燃料電池システムの運転に必要な水を失わずに長時間運転を継続できる燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、排ガス経路と連通しており、排ガス中の水を貯えるように構成されている水タンクと、を備えている燃料電池システムであって、水タンクは、
第１貯水部と、第１貯水部と隔壁を隔てて形成されている第２貯水部と、水タンクの下部で第１貯水部と第２貯水部とを連通するための連通部と、を有し、水タンクの第２貯水部には、連通部より上方に排水口が設けられ、排ガス流路は、水タンクの第１貯水部と連通しており、第１貯水部の容積は、第２貯水部の容積より小さくなるように構成されている、ことを特徴とするものである。これによって、排ガス流路が閉塞した場合においても、水タンクの第１貯水部の水位低下により第２貯水部に移動した水は排水口より排水されることがない為、水タンクの水量を保持できることにより、燃料電池システムを長時間連続運転させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池システムは、排ガス流路が閉塞した場合においても、水タンク内の水が排水されることがない為、燃料電池システムを長時間連続運転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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
【図２】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
【図３】同実施の形態２の燃料電池システムの水回収部の模式図
【図４】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図
【図５】本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図
【図６】本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図
【図７】従来（特許文献１）の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
第１の発明は、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、排ガス経路と連通しており、排ガス中の水を貯えるように構成されている水タンクと、を備えている燃料電池システムであって、水タンクは、第１貯水部と、第１貯水部と隔壁を隔てて形成されている第２貯水部と、水タンクの下部で第１貯水部と第２貯水部とを連通するための連通部と、を有し、水タンクの第２貯水部には、連通部より上方に排水口が設けられ、排ガス流路は、水タンクの第１貯水部と連通しており、第１貯水部の容積は、第２貯水部の容積より小さくなるように構成されている、ことを特徴とするものである。これによって、排ガス流路が閉塞した場合においても、水タンクの第１貯水部の水位低下により第２貯水部に水が移動するが、第２貯水部の水位上昇は小さいことから、排水口より排水される水の量を減らすことができる為、燃料電池システムを長時間連続運転させることができる。
【００２２】
第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおいて、水タンク内の水位を検知する第１水位検知器を備え、水位検知器は、第２貯水部の水位を検知するように構成されていることにより、水タンク内の水量を把握することができ、残り何時間連続運転が可能か予測できる。
【００２３】
第３の発明は、特に、第２の発明の燃料電池システムにおいて、第１水位検知器は予め定められる第１閾値以下の水位を検知するように構成されていることにより、水タンク内の水が減少し、排ガスが第１貯水部から第２貯水部へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電池システム外へ排出されないような水位を検知することができる。
【００２４】
第４の発明は、特に、第３の発明の燃料電池システムにおいて、第１水位検知器は、第１閾値以上の水位を検知した場合は、異常の報知、燃料電池システムの停止のうちの少なくとも一つの動作を行うように構成されていることにより、水タンク内の水が減少し、排ガスが第１貯水部から第２貯水部へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電
池システム外へ排出されることを防止できる。
【００２５】
第５の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおいて、水タンク内の水位を検知する第２水位検知器を備え、第２水位検知器は、第１貯水部の水位を検知するように構成されていることにより、水タンク内の水量を把握することができ、残り何時間連続運転が可能か予測できる。
【００２６】
第６の発明は、特に、第５の発明の燃料電池システムにおいて、第２水位検知器は予め定められる第２閾値以下の水位を検知するように構成されていることにより、水タンク内の水が減少し、排ガスが第１貯水部から第２貯水部へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電池システム外へ排出されないような水位を検知することができる。
【００２７】
第７の発明は、特に、第６の発明の燃料電池システムにおいて、第２水位検知器は、第２閾値以下の水位を検知した場合は、異常の報知、燃料電池システムの停止、および、排ガス流路の水タンクよりも下流側の流通が阻害されているという判定、のうちの少なくとも一つの動作を行うように構成されていることにより、水タンク内の水が減少し、排ガスが第１貯水部から第２貯水部へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電池システム外へ排出されることを防止できるとともに、排ガス経路の閉塞有無を検知することができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１ に係る燃料電池システムの構成図を示すものである。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、水素含有ガス生成器１０２から成る燃料電池モジュール１０４、酸化剤ガス供給部１０３、水回収部１０５、及び制御器１１０を備える。
【００３１】
水素含有ガス生成器１０２には、ガス供給器１０６がガス供給路２０を介して接続されている。ガス供給器１０６の入り口は、例えば、都市ガスの配管や元栓（図示せず）に接続されていて、ガス供給器１０６は、ガス供給路２０を介して水素含有ガス生成器１０２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。
【００３２】
水素含有ガス生成器１０２では、ガス供給器１０６から供給されたガスから水素を含む水素含有ガスが生成される。
【００３３】
また、水素含有ガス生成器１０２には、燃料電池１０１が、燃料ガス供給路２３を介して接続されている。燃料電池１０１には、酸化剤ガス供給部１０３が、酸化剤ガス供給路２４を介して接続されている。酸化剤ガス供給部１０３は、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。これにより、水素含有ガス生成器１０２で生成された燃料ガスが燃料ガス供給路２３を介して燃料電池１０１に供給される。また、酸化剤ガス供給部１０３から酸化剤ガス（ここでは、空気）が、酸化剤ガス供給路２４を介して燃料電池１０１に供給される。なお、燃料電池１０１に供給される酸化剤ガスに、一定量の水蒸気を加えて加湿してもよい。
【００３４】
燃料電池１０１では、燃料ガス供給路２３を介して供給された燃料ガスがアノード（図示せず）に供給され、酸化剤ガス供給路２４を介して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。
【００３５】
また、燃料電池１０１では、カソードで使用されなかった酸化剤ガス（以下、カソード排ガスという）は、排気口に接続された酸化剤ガス排出路２５を介して、燃料電池システム１００外に排出される。アノードで使用されなかった燃料ガス（以下、アノード排ガスという）は、排気口に接続された燃料ガス排出路２７を介して、燃料電池システム１００外に排出される。
【００３６】
カソード排ガス及びアノード排ガスが排出される排ガス排出路２８は、凝縮水経路３３と排気口に繋がる経路に分岐される。排ガス中に含まれる水分は凝縮によって、排ガス排出路２８から凝縮水経路３３を経て、後述する水回収部１０５の第１貯水部１２０に貯えられる。一方、凝縮された水蒸気以外の排ガスは、後述する水回収部１０５の第２貯水部１２１と接続された第２排ガス排出路４０を介して排気口から燃料電池システム１００外に排出される。
【００３７】
水回収部１０５は、第１貯水部１２０と第２貯水部１２１と、水回収部１０５の下部で第１貯水部１２０と第２貯水部１２１の内部空間を分けるように隔壁１２２が設けられている。隔壁１２２は、水回収部１０５の天井面から下方に延びるように、かつ、水回収部１０５の底面と隙間を有するように、形成されている。そして、隔壁１２２と水回収部１０５の底面との間の空間が、連通部１２４を構成する。さらに、水回収部１０５の第２貯水部１２１には、連通部１２４よりも上方に排水経路３０が設けられている。排水経路３０は、燃料電池システム１００外の下水管に接続されている。また、第２貯水部１２１内に第１水位検知器１２５が設けられている。第１水位検知器１２５は、第２貯水部１２１内部の水位を検知し、その検知した水位を制御器１１０に出力することができればどの様な形態であってもよい。第１水位検知器１２５としては、例えば、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。
【００３８】
燃料電池システム１００が停止中で、排ガス排出路２８に排ガスが通流していない場合には、水回収部１０５の第１貯水部１２０と第２貯水部１２１は同一水位である。一方、燃料電池システム１００の動作中で、排ガス排出路２８に排ガスが通流しているときには、排ガス排出路２８の圧力が凝縮水経路３３を介して第１貯水部１２０中の水面を押し下げるが、水回収部１０５に接続される排水経路３０と隔壁１２２の底面間での高低差によって生じる水位分の水圧が排ガス排出路２８の圧力より大きければ、排ガスが凝縮水経路３３を経て水回収部１０５に通流してくることが無い。すなわち排ガスが排水経路３０に流れないような水封構造を備えていることになる。
【００３９】
制御器１１０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、燃料電池システム１００の各種の制御を行う。ここで、本発明において、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１００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１１０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１００を制御するように構成されていてもよい。
【００４０】
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００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１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
【００４１】
実際の動作ではまず、水素含有ガス生成器１０２に、ガス供給器１０６から原料ガスが供給され、水素を含有する水素含有ガスが生成される。
【００４２】
次に、水素含有ガス生成器１０２から燃料電池１０１のアノードに燃料ガスが供給される。また、酸化剤ガス供給部１０３から燃料電池１０１のカソードに酸化剤ガスが供給される。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。発生した電気は、家庭等への供給電力として利用され、発生した熱は、温水として貯えられ、給湯や床暖房等に利用される。
【００４３】
燃料電池１０１のカソードで使用されなかった酸化剤ガスは、カソード排ガスとして、酸化剤ガス排出路２５に排出され、排ガス排出路２８を介して排気口から燃料電池システム１００外に排出される。
【００４４】
また、燃料電池１０１のアノードで使用されなかった燃料ガスは、アノード排ガスとして、燃料ガス排出路２７に排出され、排ガス排出路２８を介して排気口から燃料電池システム１００外に排出される。排ガス中に含まれる水分は凝縮によって、排ガス排出路２８から凝縮水経路３３を経て水回収部１０５に貯えられ、凝縮された水蒸気以外の燃焼排ガスは、排ガス排出路２８を介して排気口から燃料電池システム１００外に排出される。
【００４５】
ここで、何らかの事情により排ガス排出路２８及び第２排ガス排出路４０の少なくとも一方の流路が閉塞すると、排ガス排出路２８及び凝縮水経路３３内の圧力が上昇し、水回収部１０５の第１貯水部１２０内の圧力が増加する。第１貯水部１２０内の圧力増加に伴い、第１貯水部１２０の水位が低下する。一方、第２貯水部１２１の水位は第１貯水部１２０の水位が低下した分だけ上昇する。正確には、第１貯水部１２０の水位低下により第１貯水部１２０から押し出された水（水量）が第２貯水部１２１に移動し、第２貯水部１２１の水位を上昇させる。第２貯水部１２１の水位が排水口の水位まで上昇すると、それ以上の水は第２貯水部１２１内に貯えることができないため、排水口から燃料電池システム外に排出される。この時、第１貯水部１２０の容積が第２貯水部１２１に比べて小さいため、第１貯水部１２０の水位低下量に比べて、第２貯水部１２１の水位上昇量は小さくなる。即ち、排水口より燃料電池システム外へ排水される水の量を減らすことが出来る。燃料電池システムの運転に必要な水を失わずにすむことから、燃料電池システムを長時間運転継続できる。
【００４６】
さらに、水回収部１０５の第２貯水部１２１の水位を第１水位検知器１２５にて検知している。これによって、水回収部１０５内の水量を把握することが出来き、今後何時間の運転継続が可能か予測することが出来る。さらに、第１水位検知器１２５があらかじめ定めておいた第１閾値以下の水位を検知した場合には、異常の報知もしくは燃料電池システム１００の停止のうちの少なくとも一つの動作を行う。第１閾値の水位は連通部１２４より数ｍｍから数十ｍｍ上方に設定することが望ましい。このような構成とすることで、水回収部１０５の水量が減少し、水位が低下した場合に凝縮水経路３３を通過した排ガスが第１貯水部１２０から第２貯水部１２１へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電池システム外へ排出されることを防止できる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が合流して排ガス排出路２８となり、排ガス排出路２８が排気口に繋がる構成としたが、これに限定されず、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が別々に排気口に繋がる構成としても良い。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成図を示すものである。なお、第１の実施の形態と同様の構成要素については、図１と同一番号を付して説明を省略
する。
【００４９】
図２に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、燃焼器１０２Ａを有する水素含有ガス生成器１０２を備えている燃料電池モジュール１０４、酸化剤ガス供給部１０３、水回収部１０５、及び制御器１１０を備える。
【００５０】
水素含有ガス生成器１０２には、原料ガス供給器１０７及び水蒸気供給器１０８が、それぞれ、原料ガス供給路２１及び水供給路２２を介して接続されている。原料ガス供給器１０７の入り口は、例えば、都市ガスの配管や元栓（図示せず）に接続されていて、原料ガス供給器１０７は、原料ガス供給路２１を介して水素含有ガス生成器１０２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。また、水蒸気供給器１０８の入り口は、例えば、水道管や水道の元栓（図示せず）に接続されていて、水蒸気供給器１０８は、水供給路２２を介して水素含有ガス生成器１０２に水（ここでは、水道水）を供給する。
【００５１】
水道水を供給する場合、水道水中に含まれるカルシウムの堆積や塩素による配管の腐食等により、燃料電池システムの性能が経時的に劣化する為、これらの成分を除去する必要がある。このため、従来の燃料電池システムには、イオン交換樹脂等を備える浄水器（図示せず）が設けられている。
【００５２】
ところで、イオン交換樹脂等を備える浄水器によれば、水に含まれるカルシウムや塩素等の成分を十分に除去することが可能であるが、使用時間に応じてイオン交換樹脂等の浄水性能が劣化する。つまり、このイオン交換樹脂等を用いる構成では、浄水器を頻繁にメンテナンスする必要がある。これは、燃料電池システムのランニングコストを悪化させる要因となるため、燃料電池で発電に伴って生成する水や、燃料電池から排出される水分を含んだガスを冷却して得られる凝縮水等を回収して利用しても良い。
【００５３】
水素含有ガス生成器１０２では、原料ガス供給器１０７から供給された原料ガスと、水蒸気供給器１０８から供給された水蒸気と、を改質器（図示せず）で燃焼器１０２Ａの熱により改質反応させて、水素を含む水素含有ガスが生成される。そして、水素含有ガス生成器１０２の変成器及び浄化器（共に図示せず）で、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を変成反応及び選択酸化反応により、低減し、一酸化炭素が所定濃度以下にまで除去された水素含有ガス（以下、燃料ガスという）を生成する。なお、改質器で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、変成器及び浄化器を設けない構成としてもよい。例えば、燃料電池１０１が、一酸化炭素に対して被毒しにくい、例えば、固体酸化物燃料電池である場合、変成器及び浄化器を設けない構成を採用してもよい。また、水素含有ガス生成器１０２で生成される燃料ガスには、水蒸気供給器１０８由来の水蒸気が含有されているが、さらに、一定量の水蒸気を加湿するようにしてもよい。
【００５４】
また、水素含有ガス生成器１０２には、燃料電池１０１が、燃料ガス供給路２３を介して接続されている。燃料電池１０１には、酸化剤ガス供給部１０３が、酸化剤ガス供給路２４を介して接続されている。酸化剤ガス供給部１０３は、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。これにより、水素含有ガス生成器１０２で生成された燃料ガスが燃料ガス供給路２３を介して燃料電池１０１に供給される。また、酸化剤ガス供給部１０３から酸化剤ガス（ここでは、空気）が、酸化剤ガス供給路２４を介して燃料電池１０１に供給される。なお、燃料電池１０１に供給される酸化剤ガスに、一定量の水蒸気を加えて加湿してもよい。
【００５５】
燃料電池１０１では、燃料ガス供給路２３を介して供給された燃料ガスがアノード（図
示せず）に供給され、酸化剤ガス供給路２４を介して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。
【００５６】
また、燃料電池１０１では、カソードで使用されなかった酸化剤ガス（以下、カソード排ガスという）は、排気口に接続された酸化剤ガス排出路２５を介して、燃料電池システム１００外に排出される。
【００５７】
また、燃料電池１０１は、燃料ガス排出路２７を介して燃焼器１０２Ａと接続されている。燃料ガス排出路２７には、燃料電池１０１のアノードで使用されなかった燃料ガス（以下、アノード排ガスという）が排出される。燃焼器１０２Ａには、燃焼空気供給路２９を介して燃焼空気供給器１０９が接続されている。燃焼空気供給器１０９は、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。これにより、燃焼器１０２Ａには、アノード排ガスが、燃料ガス排出路２７を介して供給され、空気が燃焼空気供給路２９を介して供給される。燃焼器１０２Ａでは、アノード排ガスと空気が燃焼され、燃焼排ガスが生成される。
【００５８】
なお、燃焼器１０２Ａは燃料電池１０１からアノード排ガスが燃焼用ガスとして供給されるように構成したが、これに限定されず、燃焼器１０２Ａに燃焼用ガスが原料ガス供給部から別途供給されるように構成しても良い。その際、アノード排ガスは燃焼排ガス排出路２６に直接排出されても良い。
【００５９】
カソード排ガス及び燃焼排ガスが排出される排ガス排出路２８は、凝縮水経路３３と排気口に繋がる経路に分岐される。排ガス中に含まれる水分は凝縮によって、排ガス排出路２８から凝縮水経路３３を経て、後述する水回収部１０５の第１貯水部１２０に貯えられる。一方、凝縮された水蒸気以外の排ガスは、後述する水回収部１０５の第２貯水部１２１と接続された第２排ガス排出路４０を介して排気口から燃料電池システム１００外に排出される。
【００６０】
水回収部１０５は、第１貯水部１２０と第２貯水部１２１と、水回収部１０５の下部で第１貯水部１２０と第２貯水部１２１の内部空間を分けるように隔壁１２２が設けられている。隔壁１２２は、水回収部１０５の天井面から下方に延びるように、かつ、水回収部１０５の底面と隙間を有するように、形成されている。そして、隔壁１２２と水回収部１０５の底面との間の空間が、連通部１２４を構成する。さらに、水回収部１０５の第２貯水部１２１には、連通部１２４よりも上方に排水経路３０が設けられている。排水経路３０は、燃料電池システム１００外の下水管に接続されている。また、第２貯水部１２１内に第１水位検知器１２５が設けられている。第１水位検知器１２５は、第２貯水部１２１内部の水位を検知し、その検知した水位を制御器１１０に出力することができればどの様な形態であってもよい。第１水位検知器１２５としては、例えば、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。
【００６１】
燃料電池システム１００が停止中で、排ガス排出路２８に排ガスが通流していない場合には、水回収部１０５の第１貯水部１２０と第２貯水部１２１は同一水位である。一方、燃料電池システム１００の動作中で、排ガス排出路２８に排ガスが通流しているときには、排ガス排出路２８の圧力が凝縮水経路３３を介して第１貯水部１２０中の水面を押し下げるが、水回収部１０５に接続される排水経路３０と隔壁１２２の底面間での高低差によって生じる水位分の水圧が排ガス排出路２８の圧力より大きければ、排ガスが凝縮水経路３３を経て水回収部１０５に通流してくることが無い。すなわち排ガスが排水経路３０に流れないような水封構造を備えていることになる。
【００６２】
制御器１１０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、燃料電池システム１００の各種の制御を行う。ここで、本発明において、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１００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１１０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１００を制御するように構成されていてもよい。
【００６３】
次に、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作について、図２を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
【００６４】
まず、水素含有ガス生成器１０２に、原料ガス供給器１０７から原料ガスが供給され、また、水蒸気供給器１０８から水蒸気が供給される。水素含有ガス生成器１０２の改質器（図示せず）では、原料ガスと水蒸気とが改質反応して、水素を含有する水素含有ガスが生成される。そして、水素含有ガス生成器１０２の変成器及び浄化器（図示せず）で、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素が変成反応及び選択酸化反応により、低減され、燃料ガスが生成される。
【００６５】
次に、水素含有ガス生成器１０２から燃料電池１０１のアノードに燃料ガスが供給される。また、酸化剤ガス供給部１０３から燃料電池１０１のカソードに酸化剤ガスが供給される。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。発生した電気は、家庭等への供給電力として利用され、発生した熱は、温水として貯えられ、給湯や床暖房等に利用される。
【００６６】
燃料電池１０１のカソードで使用されなかった酸化剤ガスは、カソード排ガスとして、酸化剤ガス排出路２５に排出され、排ガス排出路２８を介して排気口から燃料電池システム１００外に排出される。
【００６７】
また、燃料電池１０１のアノードで使用されなかった燃料ガスは、アノード排ガスとして、燃料ガス排出路２７に排出される。燃料ガス排出路２７に排出されたアノード排ガスは、燃焼器１０２Ａに供給される。また、燃焼器１０２Ａには、燃焼空気供給器１０９から燃焼用の空気が供給される。燃焼器１０２Ａでは、アノード排ガスと燃焼用の空気とが燃焼され、燃焼排ガスが生成される。燃焼器１０２Ａで生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス中に含まれる水分は凝縮によって、燃焼排ガス排出路２６から凝縮水経路３３を経て水回収部１０５に貯えられ、凝縮された水蒸気以外の燃焼排ガスは、排ガス排出路２８を介して排気口から燃料電池システム１００外に排出される。よって、燃料電池システム１００の発電動作中には、カソード排ガス、燃焼排ガス及び本体内のガスが排ガス排出路２８を介して排気口に排出される。
【００６８】
この時、燃焼器１０２Ａに供給される可燃性ガス（アノード排ガス）が理論的に完全燃焼する空気の流量に対する燃焼空気の流量の比である空燃比は、１以上かつ所定の範囲内となるように、アノード排ガス量及び燃焼空気量を制御し、適切な燃焼範囲で設定する。例えば、空燃比は１〜２．５の範囲で設定することが望ましい。
【００６９】
なお、空燃比は１より大きい所定値未満（例えば、１．２）となった場合に運転を停止しても良い。しかしながら、過渡的に空燃比が１を下回った場合においても、即座に排ガス中に一酸化炭素が多量に発生することは無い為、空燃比が数分間所定値未満となった場合に運転を停止しても良い。
【００７０】
次に水回収部１０５の水位変化について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）、（ｂ）は本実施の形態１における水回収部の構成を示すものである。
【００７１】
通常、燃料電池システム１００運転中は、燃料電池１０１での発電に伴って生成する水や排ガス中に含まれる水分の凝縮によって得られる水の量が、水素含有ガス生成器１０２での改質反応等に使用される水の量に比べて多い為に、水回収部１０５はほぼ満水状態であり、余った水は排水経路３０を経て燃料電池システム１００外に排水される。ここで、何らかの事情により排ガス排出路２８及び第２排ガス排出路４０の少なくとも一方の流路が閉塞すると、排ガス排出路２８及び凝縮水経路３３内の圧力が上昇し、水回収部１０５の第１貯水部１２０内の圧力が増加する。図３（ａ）に示すように、第１貯水部１２０内の圧力増加に伴い、第１貯水部１２０の水位が低下する。一方、第２貯水部１２１の水位は第１貯水部１２０の水位が低下した分だけ上昇する。正確には、第１貯水部１２０の水位低下により第１貯水部１２０から押し出された水（水量）が第２貯水部１２１に移動し、第２貯水部１２１の水位を上昇させる。第２貯水部１２１の水位が排水口の水位まで上昇すると、それ以上の水は第２貯水部１２１内に貯えることができないため、排水口から燃料電池システム１００外に排出される。この時、第１貯水部１２０の容積が第２貯水部１２１に比べて小さいため、第１貯水部１２０の水位低下量に比べて、第２貯水部１２１の水位上昇量は小さくなる。図３（ｂ）は、流路の閉塞が解消された後の、水回収部１０５の水位を示すものであるが、流路の閉塞によって失われた水量は少量であることが分かる。
【００７２】
ところが、図３（ｃ）（ｄ）に示す従来（特許文献１）の燃料電池システムにおける水回収部の構成では事情が異なる。図３（ｃ）に示すように、第１貯水部１２０内の圧力増加に伴い、第１貯水部１２０の水位が低下する。一方、第２貯水部１２１の水位は第１貯水部１２０の水位が低下した分だけ上昇する。正確には、第１貯水部１２０の水位低下により第１貯水部１２０から押し出された水（水量）が第２貯水部１２１に移動し、第２貯水部１２１の水位を上昇させる。第２貯水部１２１の水位が排水口の水位まで上昇すると、それ以上の水は第２貯水部１２１内に貯えることができないため、排水口から燃料電池システム１００外に排出される。この時、第１貯水部１２０の容積が第２貯水部１２１に比べて大きいため、第１貯水部１２０の水位低下量に比べて、第２貯水部１２１の水位上昇量は大きくなる。図３（ｄ）は、流路の閉塞が解消された後の、水回収部１０５の水位を示すものであるが、図３（ｂ）に比べて流路の閉塞によって多量の水が失われている。
【００７３】
ところで、流路の閉塞によって水を失わない方法としては、図３（ｅ）（ｆ）に示すように、水回収部１０５を深くすることが考えられる。即ち、流路が閉塞により第１貯水部１２０内の圧力が増加することで第１貯水部１２０の水位が低下し、第１貯水部１２０の水位低下により第１貯水部１２０から押し出された水（水量）が第２貯水部１２１に移動し、第２貯水部１２１の水位を上昇させるが、水回収部１０５が深い為に、第２貯水部１２１の水位が排水口の水位までに到達しないということである。排水口まで到達しないので、水が燃料電池システム１００外に排出されることはない。しかしながら、燃料電池システム１００の設置性を考慮した場合に、燃料電池システム１００の省スペース設計が求められる以上、実際に水回収部１０５の深くすることは困難である。以上のことから、図３（ａ）、（ｂ）に示すような本実施の形態１における水回収部の構成が最も合理的である。
【００７４】
さらに、水回収部１０５の第２貯水部１２１の水位を第１水位検知器１２５にて検知している。これによって、水回収部１０５内の水量を把握することが出来き、今後何時間の運転継続が可能か予測することが出来る。さらに、第１水位検知器１２５があらかじめ定めておいた第１閾値以下の水位を検知した場合には、異常の報知もしくは燃料電池システ
ム１００の停止のうちの少なくとも一つの動作を行う。第１閾値の水位は連通部１２４より数ｍｍから数十ｍｍ上方に設定することが望ましい。このような構成とすることで、水回収部１０５の水量が減少し、水位が低下した場合に凝縮水経路３３を通過した排ガスが第１貯水部１２０から第２貯水部１２１へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電池システム外へ排出されることを防止できる。ここで、水回収部１０５の水量が減少する場合としては、水素含有ガス生成器１０２内で消費する水量に比べて、排ガス中の水分を冷却して得られる（凝縮）水量が少ない、あるいは燃料電池１０１の発電に伴って発生した水の回収量が少ない等、すなわち水の自立運転が行えていない状況が当てはまる。
なお、本実施の形態では、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が合流して排ガス排出路２８となり、排ガス排出路２８が排気口に繋がる構成としたが、これに限定されず、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が別々に排気口に繋がる構成としても良い。
【００７５】
（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態における燃料電池システムの構成図を示すものである。
【００７６】
なお、第１の実施の形態と同様の構成要素については、図１と同一番号を付して説明を省略する。図４に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システムと基本的な構成は同じであるが、第２貯水部１２１ではなく、第１貯水部１２０内に第２水位検知器１３０を備えている点が異なる。以上のように構成された燃料電池システム１００の動作について、以下に説明する。なお、以下の動作は、制御器１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
【００７７】
何らかの事情により排ガス排出路２８及び第２排ガス排出路４０の少なくとも一方の流路が閉塞すると、排ガス排出路２８及び凝縮水経路３３内の圧力が上昇し、水回収部１０５の第１貯水部１２０内の圧力が増加する。第１貯水部１２０内の圧力増加に伴い、第１貯水部１２０の水位が低下する。一方、第２貯水部１２１の水位は第１貯水部１２０の水位が低下した分だけ上昇する。正確には、第１貯水部１２０の水位低下により第１貯水部１２０から押し出された水（水量）が第２貯水部１２１に移動し、第２貯水部１２１の水位を上昇させる。第２貯水部１２１の水位が排水口の水位まで上昇すると、それ以上の水は第２貯水部１２１内に貯えることができないため、排水口から燃料電池システム外に排出される。この時、第１貯水部１２０の容積が第２貯水部１２１に比べて小さいため、第１貯水部１２０の水位低下量に比べて、第２貯水部１２１の水位上昇量は小さくなる。即ち、排水口より燃料電池システム外へ排水される水の量を減らすことが出来る。燃料電池システムの運転に必要な水を失わずにすむことから、燃料電池システムを長時間運転継続できる。
【００７８】
さらに、水回収部１０５の第１貯水部１２０の水位を第２水位検知器１３０にて検知している。さらに、第２水位検知器１３０があらかじめ定めておいた第２閾値以下の水位を検知した場合には、異常の報知もしくは燃料電池システム１００の停止および、排ガス流路の水タンクよりも下流側の流通が阻害されているという判定、のうちの少なくとも一つの動作を行う。第２閾値の水位は連通部１２４より数ｍｍから数十ｍｍ上方に設定することが望ましい。このような構成とすることで、第１貯水部１２０の水位が低下した場合に、凝縮水経路３３を通過した排ガスが第１貯水部１２０から第２貯水部１２１へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電池システム外へ排出されることを防止できる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が合流して排ガ
ス排出路２８となり、排ガス排出路２８が排気口に繋がる構成としたが、これに限定されず、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が別々に排気口に繋がる構成としても良い。
【００８０】
（実施の形態４）
図５は本発明の第４の実施の形態における燃料電池システムの構成図を示すものである。
【００８１】
なお、第２の実施の形態と同様の構成要素については、図２と同一番号を付して説明を省略する。図５に示すように、本実施の形態４に係る燃料電池システム１００は、実施の形態２に係る燃料電池システムと基本的な構成は同じであるが、第２貯水部１２１ではなく、第１貯水部１２０内に第２水位検知器１３０を備えている点が異なる。以上のように構成された燃料電池システム１００の動作について、以下に説明する。なお、以下の動作は、制御器１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
【００８２】
何らかの事情により排ガス排出路２８及び第２排ガス排出路４０の少なくとも一方の流路が閉塞すると、排ガス排出路２８及び凝縮水経路３３内の圧力が上昇し、水回収部１０５の第１貯水部１２０内の圧力が増加する。第１貯水部１２０内の圧力増加に伴い、第１貯水部１２０の水位が低下する。一方、第２貯水部１２１の水位は第１貯水部１２０の水位が低下した分だけ上昇する。正確には、第１貯水部１２０の水位低下により第１貯水部１２０から押し出された水（水量）が第２貯水部１２１に移動し、第２貯水部１２１の水位を上昇させる。第２貯水部１２１の水位が排水口の水位まで上昇すると、それ以上の水は第２貯水部１２１内に貯えることができないため、排水口から燃料電池システム外に排出される。この時、第１貯水部１２０の容積が第２貯水部１２１に比べて小さいため、第１貯水部１２０の水位低下量に比べて、第２貯水部１２１の水位上昇量は小さくなる。即ち、排水口より燃料電池システム外へ排水される水の量を減らすことが出来る。燃料電池システムの運転に必要な水を失わずにすむことから、燃料電池システムを長時間運転継続できる。
【００８３】
さらに、水回収部１０５の第１貯水部１２０の水位を第２水位検知器１３０にて検知している。さらに、第２水位検知器１３０があらかじめ定めておいた第２閾値以下の水位を検知した場合には、異常の報知もしくは燃料電池システム１００の停止および、排ガス流路の水タンクよりも下流側の流通が阻害されているという判定、のうちの少なくとも一つの動作を行う。第２閾値の水位は連通部１２４より数ｍｍから数十ｍｍ上方に設定することが望ましい。このような構成とすることで、第１貯水部１２０の水位が低下した場合に、凝縮水経路３３を通過した排ガスが第１貯水部１２０から第２貯水部１２１へ進入する、即ち水封構成が破壊されて排ガスが燃料電池システム外へ排出されることを防止できる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が合流して排ガス排出路２８となり、排ガス排出路２８が排気口に繋がる構成としたが、これに限定されず、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が別々に排気口に繋がる構成としても良い。
【００８５】
（実施の形態５）
図６は本発明の第５の実施の形態における燃料電池システムの構成図を示すものである。
【００８６】
なお、第２の実施の形態と同様の構成要素については、図５と同一番号を付して説明を省略する。図６に示すように、本実施の形態５に係る燃料電池システム１００は、実施の
形態４に係る燃料電池システムと基本的な構成は同じであるが、第１貯水部１２０内に第２水位検知器１３０を備えているだけではなく、第２貯水部１２１内にも第１水位検知器１２５を備えている点が異なる。即ち、水回収部１０５内に２つの水位検知器を備えている。以上のように構成された燃料電池システム１００の動作について、以下に説明する。なお、以下の動作は、制御器１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
【００８７】
何らかの事情により排ガス排出路２８及び第２排ガス排出路４０の少なくとも一方の流路が閉塞すると、排ガス排出路２８及び凝縮水経路３３内の圧力が上昇し、水回収部１０５の第１貯水部１２０内の圧力が増加する。第１貯水部１２０内の圧力増加に伴い、第１貯水部１２０の水位が低下し、第１貯水部１２０の水位低下により第１貯水部１２０から押し出された水（水量）が第２貯水部１２１に移動し、第２貯水部１２１の水位を上昇させる。第２貯水部１２１の水位が排水口の水位まで上昇すると、それ以上の水は第２貯水部１２１内に貯えることができないため、排水口から燃料電池システム外に排出される。この時、第１貯水部１２０の容積が第２貯水部１２１に比べて小さいため、第１貯水部１２０の水位低下量に比べて、第２貯水部１２１の水位上昇量は小さくなる。即ち、排水口より燃料電池システム外へ排水される水の量を減らすことが出来る。燃料電池システムの運転に必要な水を失わずにすむことから、燃料電池システムを長時間運転継続できる。
【００８８】
さらに、水回収部１０５の第１貯水部１２０の水位を第２水位検知器１３０にて検知している。第２水位検知器１３０があらかじめ定めておいた第２閾値以下の水位を検知した場合には、異常の報知もしくは燃料電池システム１００の停止および、排ガス流路の水タンクよりも下流側の流通が阻害されているという判定、のうちの少なくとも一つの動作を行う。第２閾値の水位は連通部１２４より数ｍｍから数十ｍｍ上方に設定することが望ましい。このような構成とすることで、第１貯水部１２０の水位が低下した場合に、凝縮水経路３３を通過した排ガスが第１貯水部１２０から第２貯水部１２１へ進入することを防止できる。
【００８９】
加えて、水回収部１０５の第２貯水部１２１の水位を第１水位検知器１２５にて検知している。これによって、水回収部１０５内の水量を把握することが出来き、今後何時間の運転継続が可能か予測することが出来る。さらに、第１水位検知器１２５があらかじめ定めておいた第１閾値以下の水位を検知した場合には、異常の報知もしくは燃料電池システム１００の停止のうちの少なくとも一つの動作を行う。第１閾値の水位は連通部１２４より数ｍｍから数十ｍｍ上方に設定することが望ましい。このような構成とすることで、水回収部１０５の水量が減少し、水位が低下した場合に凝縮水経路３３を通過した排ガスが第１貯水部１２０から第２貯水部１２１へ進入することを防止できる。
即ち、２つの水位検知器を用いて水封破壊により排ガスが燃料電池システム外へ排出されることを２重に防止することでき、より安全性と信頼性を高めることが出来る。
なお、本実施の形態では、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が合流して排ガス排出路２８となり、排ガス排出路２８が排気口に繋がる構成としたが、これに限定されず、酸化剤ガス排出路２５と燃料ガス排出路２７が別々に排気口に繋がる構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明の燃料電池システムは、排ガス経路内の凝縮水を回収する水回収部に隔壁構造を設け、水回収部を排ガス経路と接続される第１貯水部と排水口に接続される第２貯水部に分け、第１貯水部の容積を第２貯水部の容積よりも小さくすることで、排ガス流路が閉塞した場合においても、水タンクの第１貯水部の水位低下により第２貯水部に水が移動するが、第２貯水部の水位上昇は小さいことから、排水口より排水される水の量を減らすことができ、燃料電池システムを長時間連続運転させることができる為、様々
な形態の燃料電池システムに適用できる。
【符号の説明】
【００９１】
２０  ガス供給路
２１  原料ガス供給路
２２  水供給路
２３  燃料ガス供給路
２４  酸化剤ガス供給路
２５  酸化剤ガス排出路
２６  燃焼排ガス排出路
２７  燃料ガス排出路
２８  排ガス排出路
２９  燃焼空気供給路
３０  排水経路
３３  凝縮水経路
４０  第２排ガス排出路
１００  燃料電池システム
１０１  燃料電池
１０２  水素含有ガス生成器
１０２Ａ  燃焼器
１０３  酸化剤ガス供給部
１０４  燃料電池モジュール
１０５  水回収部
１０６  ガス供給器
１０７  原料ガス供給器
１０８  水蒸気供給器
１０９  燃焼空気供給器
１１０  制御器
１２０  第１貯水部
１２１  第２貯水部
１２２  隔壁
１２４  連通部
１２５  第１水位検知器
１３０  第２水位検知器
３０１  燃料電池システム
３０２  燃料電池
３０２ａ  燃料ガス内部流路
３０２ｂ  酸化剤ガス内部流路
３０３  水素生成器
３０３ａ  燃焼器
３０４  原料供給器
３０５  燃焼排ガス熱交換器
３０６  水タンク
３０７  排気口
３０８  燃焼排ガス流路
３０９  燃焼排ガス凝縮水流路
３１０  酸化剤ガス供給器
３１１  酸化剤排ガス熱交換器
３１２  酸化剤排ガス流路
３１２ａ  第１酸化剤排ガス流路
３１２ｂ  第２酸化剤排ガス流路
３１４  貯湯タンク
３１５  温水循環経路
３１６  隔壁
３１７  第１貯水部
３１８  第２貯水部
３１９  水位検知器
３２０  排水口
３２２  制御器
３２３  筐体
３２４  燃料電池装置
【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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