(57)【要約】【課題】燃料電池システムへの手動給水時に市水を供給された場合でも、信頼性を損なうことなく、安定して運転することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池５と、燃料電池５が発生する熱を吸収する冷却水が循環する第１循環経路８と、第１循環経路８上に配置され、給水部２３を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンク１１と、冷却水を浄化する浄化器１４と、冷却水を浄化器で浄化させる浄化ステップを実行する制御器１０１と、を備え、制御器は、冷却水タンクへ給水が行われる給水工程中であって、かつ、前記冷却水タンクへの給水が開始された後に、前記浄化ステップを実行させる燃料電池システムを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する第１循環経路と、
前記第１循環経路上に配置され、給水部を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンクと、
前記冷却水を浄化する浄化器と、
前記冷却水を前記浄化器で浄化させる浄化ステップを実行する制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記冷却水タンクへ給水が行われる給水工程中であって、かつ、前記冷却水タンクへの給水が開始された後に、前記浄化ステップを実行させる、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池から排出される燃料ガスであるオフ燃料ガスおよび前記燃料電池から排出される酸化剤ガスであるオフ酸化剤ガスのうちの少なくとも一方のオフガスに含まれる水分を貯める凝縮水タンクと、
前記冷却水タンクから排出された冷却水が前記凝縮水タンクを介して前記冷却水タンクに戻るように構成されている第２循環経路と、
を備え、
前記浄化器は、前記第２循環経路上に配置され、冷却水を浄化する水浄化器と、前記第２循環系路上に配置され前記冷却水を循環させる第１水循環ポンプとを備えている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、
前記冷却水タンクに手動で供給される機器が蓄えられる貯水量を予め記憶しており、
前記浄化ステップにおいて、前記機器が蓄えられる貯水量より多くの冷却水が前記水浄化器を通過するように前記第１水循環ポンプを制御する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記冷却水タンクは、前記凝縮水タンクより高い位置に配置されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
冷却水の導電率を測定する導電率測定器を備え、
前記制御器は、前記導電率測定器で計測した導電率値が予め定められる第１閾値以上の場合は、前記浄化ステップを実行するように制御する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１循環経路上に配置されている第２水循環ポンプを備え、
前記制御器は、手動給水動作後に前記第２水循環ポンプを動作させる前に前記浄化ステップを完了させる場合、及び、導電率値が予め定められる前記第１閾値以下に低下の場合の内の少なくとも一方の場合、前記浄化ステップを完了させる、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合、及びメンテナンス後の試運転を行う場合の内の少なくとも一方の場合、前記浄化ステップを実行するように制御する、
請求項１〜５のいずれか１項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、酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して水と熱を発生する装置である。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして取り出せるので発電効率が高いことで注目されているが、いまだ十分にコストダウンが進んでいるとは言えず、燃料電池システムの普及にあたり、コストダウンを進めることが大きな課題となっていた。
【０００３】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する発電部である燃料電池を備える燃料電池システムは、安定した発電を行うために、燃料電池を冷却するための冷却水を循環する第１循環経路と、冷却水を貯える冷却水タンクを備えている。そして、燃料電池本体から排出される酸化剤ガスであるオフ酸化剤ガスやバーナーから排出されるオフ燃焼ガスに含まれる水蒸気を凝縮させた生成水を回収する凝縮水タンクを備える燃料電池発電装置が知られている（例えば特許文献１と特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１は、燃料電池システムに必要な水を、燃料電池システムの外部からの水で自動的に満たす（以下、「自動給水」と称す）水張りモードを有することで、水を貯えるタンクに手間を掛けないで水を張ることが可能になるものである。また、特許文献２は、燃料電池システムの運転起動時および／または運転終了時に、冷却水タンクに供給する水の水質を水処理手段にて調整した後に、冷却水タンクに供給することで、水の水質を維持できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０７８９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の燃料電池システムでは、燃料電池システムを設置したときに動作させる場合（例えば設置後初めて動作させる場合やメンテナンスなどで水抜きをした後に動作させる場合。）は、燃料電池システムの運転に必要な水を冷却水タンクに給水する（以下、「水張り運転」と称す。）必要があった。このように、従来は、燃料電池システム外部から、市水の水道圧と市水を利用した自動給水で行なわれており、燃料電池システムの構成を簡素化し、かつ、安定した運転を実現する観点から改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記のように、燃料電池システムに手動で給水を行う場合において、燃料電池システムの構成を簡素化し、省スペース及び省電力化を図ることができ、作業性を改善しながらも、信頼性を損なうことなく、安定して運転することのできる発電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】
【０００８】
本願発明者らは、従来の燃料電池システムの構成では、市水の水道圧を利用した自動給水では、自動給水後に閉止弁（電磁弁）で市水を封止する必要があることなどから、コストアップの要因になっていたこと、構成の簡略化、省スペース化及び、省電力化に改善の
余地があることを見出した。
【０００９】
一方で、燃料電池システムの運転に必要とされる水を人の手で供給するようにすること（以下、「手動給水」と称す。）により、閉止弁の廃止と浄化器の最小化が可能になる。
【００１０】
そこで、例えば、手動給水を凝縮水タンクから行う方法が考えられる。しかしながら、水張り運転時に必要な水を、凝縮水タンクに貯えた後で冷却水タンクに供給する必要があることにより、凝縮水タンクの容量以上の給水ができず、給水回数が多くなり、燃料電池システムの水張り運転の時間が長くなり、作業性の改善という観点から課題があった。
【００１１】
そこで、燃料電池システムの運転に必要な水に精製水を使用することで、従来は、凝縮水タンクから浄化器を介して冷却水タンクに供給していた水を、直接冷却水タンクに供給することが可能となり、水張り運転時の給水回数を減らし、水張り運転の時間などの作業性を改善することが可能となる。
【００１２】
しかしながら、精製水が供給されることを前提に構成されている燃料電池システムにおいて、万が一、燃料電池システムに供給される水に、浄化されていない水道水（以下、適宜「市水」と称す。）が誤使用された場合には、冷却水タンクから燃料電池の冷却水経路内に導電率の高い水が供給されてしまう。また、特許文献２に記載の燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転起動時および／または運転終了時にイオン除去フィルターで水を浄化している。しかしながら、この方法では燃料電池システムが所定時間運転をした後に熱交換器から導電性イオンが溶け出すために運転起動時および／または運転終了時にイオン除去フィルターで冷却水の浄化しているものであるため、冷却水の浄化は所定時間運転した後に実行されることが前提になっている。そのため、手動給水後の試運転工程においては冷却水の浄化が実行されることはない。したがって、冷却水タンクへの手動給水においては導電率の高い水が燃料電池の冷却水経路内に導入されて、その水の導電により燃料電池の冷却水経路内がショートし、発電量が低下するという課題が発生することを本願発明者らは見出した。
【００１３】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する第１循環経路と、第１循環経路上に配置され、給水部を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンクと、冷却水を浄化する浄化器と、冷却水を浄化器で浄化させる浄化ステップを実行する制御器と、を備え、制御器は、冷却水タンクへ給水が行われる給水工程後であって、かつ、冷却水タンクへの給水が開始された後に、浄化ステップを実行させる燃料電池システムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池システムに手動給水を行う場合において、市水を供給された場合でも、燃料電池を発電させる前に冷却水を浄化できるため、燃料電池システムの信頼性を向上させ、安定して運転させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１の変形例１における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【図４】実施の形態１の変形例２に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図
【図５】実施の形態１の変形例２における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【図６】実施の形態１の変形例３における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【図７】実施の形態１の変形例４における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する第１循環経路と、第１循環経路上に配置され、給水部を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンクと、冷却水を浄化する浄化器と、冷却水を浄化器で浄化させる浄化ステップを実行する制御器と、を備え、制御器は、冷却水タンクへ給水が行われる給水工程中であって、かつ、冷却水タンクへの給水が開始された後に、浄化ステップを実行させる。この構成により、手動給水時に冷却水タンクに市水が供給された場合においても、燃料電池を発電させる前に市水を浄化器で浄化できるため、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内のショートを防止することが可能となる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、燃料電池から排出される燃料ガスであるオフ燃料ガスおよび燃料電池から排出される酸化剤ガスであるオフ酸化剤ガスのうちの少なくとも一方のオフガスに含まれる水分を貯める凝縮水タンクと、冷却水タンクから排出された冷却水が凝縮水タンクを介して冷却水タンクに戻るように構成されている第２循環経路と、を備え、浄化器は、第２循環経路上に配置され、冷却水を浄化する水浄化器と、第２循環系路上に配置され冷却水を循環させる第１水循環ポンプとを備えている。この構成により、手動給水時に冷却水タンクから排出した冷却水は、凝縮水タンクにも供給され、凝縮水タンクに供給された冷却水は、水浄化器を介して冷却水タンクに戻る。そのため、従来の凝縮水タンクから冷却水タンクに水を供給する工程が不要となり、手動給水時の給水回数を低減することが可能となる。
【００１８】
第３の発明は、第２の発明において、制御器は、冷却水タンクに手動で供給される機器が蓄えられる貯水量を予め記憶しており、浄化ステップにおいて、機器が蓄えられる貯水量より多くの冷却水が水浄化器を通過するように第１水循環ポンプを制御する。この構成により、手動給水時に冷却水タンクを介して、市水が供給された場合においても、市水の浄化を貯水量以上に不足なく行うことができ、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内の炭化を防止することが可能となるとともに、手動給水時の水張り運転時間を最短化することが可能となる。
【００１９】
第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかの発明において、冷却水タンクは、凝縮水タンクより高い位置に配置されている。この構成により、手動給水時に冷却水タンクに冷却水を供給する場合において、冷却水タンクから凝縮水タンクに重力を利用した自然落下で冷却水を供給することができ、新たな供給ポンプを追加することなく凝縮水タンクに冷却水を給水することが可能となる。
【００２０】
第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれかの発明において、冷却水の導電率を測定する導電率測定器を備え、制御器は、導電率測定器で計測した導電率値が予め定められる第１閾値以上の場合は、浄化ステップを実行するように制御する。この構成により、手動給水で供給される冷却水が導電率の高い市水の場合のみ、浄化ステップを実行できるように制御でき、手動給水時の水張り運転時間を最短化することが可能となる。
【００２１】
第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれかの発明において、第１循環経路上に配置されている第２水循環ポンプを備え、制御器は、手動給水動作後に第２水循環ポンプを動作させる前に浄化ステップを完了させる場合、及び、導電率値が予め定められる第１閾値以下に低下の場合の内の少なくとも一方の場合、浄化ステップを完了させる。この構成により、手動給水で供給される冷却水が市水の場合においても、市水の浄化を完了した後で、第２水循環ポンプを動作させるため、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内のショートを防止することが可能となる。また、導電率が予め定められる第１閾値以下に低下の場合、浄化ステップを完了させることにより、不要な浄化運転による燃料電池システムの運転時間の減少を防止することが可能となる。
【００２２】
第７の発明は、第１〜第５の発明のいずれかの発明において、制御器は、燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合、及びメンテナンス後の試運転を行う場合の内の少なくとも一方の場合、浄化ステップを実行するように制御する。この構成により燃料電池システムが浄化ステップを実行するのを、燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合及び、メンテナンス後の試運転を行う場合に限定し、不要な浄化運転による燃料電池システムの運転時間の減少を防止することが可能となる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２４】
（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概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００２５】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、水素生成器１、燃料電池５、第１循環経路８、第２水循環ポンプ１０、冷却水タンク１１、凝縮水タンク１２、第１水循環ポンプ１３、浄化器１４、第２循環経路１５、給水部２３、給水経路２４、制御器１０１を備えている。また、水素生成器１と燃料電池５とを備えている燃料電池装置が配置されている。
【００２６】
水素生成器１は、改質器１ａと該改質器を加熱するための燃焼器１ｂを有している。水素生成器１の燃焼器１ｂには、燃料電池５と燃焼器１ｂとを連通させるオフ燃料ガス経路４ｂが接続されている。燃焼器１ｂは、オフ燃料ガス経路４ｂを介して、燃料電池５から排出される燃料ガスであるオフ燃料ガスを燃焼して、燃焼排ガスを生成する。なお、燃焼器１ｂには別途原料を供給するための経路を直接形成してもよい。
【００２７】
ここで、原料とは、成分として少なくとも炭化水素を有する気体又は液体を意味し、例えば、天然ガス、石炭、石油、もしくはメタンハイドレートなどの化石燃料で、都市ガスなどである。
【００２８】
水素生成器１の燃焼器１ｂで生成された燃焼排ガスは、改質器１ａを加熱した後にオフ燃焼ガス経路９に排出され、オフ燃焼ガス経路９から排気部２２を介して、燃料電池システム１００外に排出される。
【００２９】
水素生成器１の改質器１ａには、原料供給部２と水供給器３が接続されている。原料供給部２は、その流量を調整しながら、改質器１ａに気体状態の原料である原料ガスを供給するように構成されている。原料供給部２としては、例えば、流量調整弁とポンプで構成
されていてもよく、流量調整可能なポンプで構成されていてもよい。
【００３０】
水供給器３には、凝縮水タンク１２で貯えられている凝縮水を改質器１ａに供給するための水供給器（図示せず）が設けられている。水供給器３としては、改質器１ａにその流量を調整しながら、凝縮水を供給するように構成されていれば、どのような態様であってもよく、例えば、流量調整弁とポンプで構成されていてもよく、流量調整可能なポンプで構成されていてもよい。凝縮水タンク１２に貯えられている凝縮水は、若干の不純物を含むため、イオン交換樹脂を供えている浄化器１４を介して純水化され、水供給器３に供給される。
【００３１】
そして、水素生成器１の改質器１ａは、原料ガスと水を改質反応させて、水素を含む燃料ガスを生成するように構成されている。改質器１ａで生成された燃料ガスは、燃料ガス供給経路４ａを介して、燃料電池５のアノード（図示せず）に供給される。
【００３２】
燃料電池５は、アノードとカソード（図示せず）を有している。なお、燃料電池５は、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。
【００３３】
また、本実施の形態１においては、水素生成器１と燃料電池５とを別々に構成する態様を採用したが、これに限定されず、固体酸化物形燃料電池のように水素生成器１と燃料電池５が一体で構成されていてもよい。この場合、水素生成器１と燃料電池５とが共通の断熱材で覆われた一つのユニットとして構成され、水素生成器１の燃焼器１ｂは、改質器１ａだけでなく燃料電池５も加熱する。また、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池５のアノードが改質器１ａの機能を有することから、燃料電池５のアノードと水素生成器１の改質器１ａとが一体で構成されていてもよい。さらに、燃料電池５の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
燃料電池５のカソードには、ブロアー６から酸化剤ガス経路７を介して酸素を含む酸化剤ガス（本実施の形態では空気を用いている）が供給される。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反応して、水が生成され、電気と熱が発生する。燃料電池５で使用されなかった燃料ガスは、オフ燃料ガスとして、オフ燃料ガス経路４ｂを介して、水素生成器１の燃焼器１ｂに供給される。また、燃料電池５で使用されなかった酸化剤ガス（図示せず）は、排空気経路及び排気部２２を介して、燃料電池システム１００外に排出される。
【００３５】
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、第１循環経路８を通流する冷却水が回収する。
【００３６】
排熱回収水経路２７は、本実施の形態１においては、その一部が、燃料電池システム１００外に位置するように設けられている。排熱回収水経路２７には、排ガス熱交換器１６、排空気熱交換器１７、及び冷却水熱交換器１８が、この順で設けられている。そして、排熱回収水経路２７内の第１熱媒体は、各熱交換器で他の熱媒体と熱交換しながら、通流する。なお、第１熱媒体としては、水又は不凍液（例えば、エチレングリーコール含有液）等を用いることができる。
【００３７】
排ガス熱交換器１６は、排熱回収水経路２７とオフ燃焼ガス経路９とを接触するように設けられていて、排熱回収水経路２７を通流する第１熱媒体とオフ燃焼ガス経路９を通流するオフ燃焼ガスとの間で熱交換するように構成されている。なお、排ガス熱交換器１６で第１熱媒体と熱交換することにより、オフ燃焼ガス中の水蒸気が凝縮して、凝縮水が生
成される。生成された凝縮水は、排ガス凝縮水経路１９を介して凝縮水タンク１２に回収される。凝縮水が回収された後のオフ燃焼ガスは、排気部２２を介して燃料電池システム１００外に排出される。この構成にすることにより、オフ燃焼ガス中の凝縮水のみが凝縮水タンク１２に回収される。
【００３８】
また、排空気熱交換器１７は、排熱回収水経路２７と排空気経路（図示せず）を接触するように設けられていて、排熱回収水経路２７を通流する第１熱媒体と排空気流路を通流するオフ酸化剤ガスとの間で熱交換するように構成されている。なお、排空気熱交換器１７で第１熱媒体と熱交換することにより、オフ酸化剤ガス中の水蒸気が凝縮して、凝縮水が発生する。生成された凝縮水は、排空気凝縮水経路２０を介して凝縮水タンク１２に回収される。凝縮水が回収された後のオフ酸化剤ガスは、排気部２２を介して燃料電池システム１００外に排出される。この構成にすることにより、オフ酸化剤ガス中の凝縮水のみが凝縮水タンク１２に回収される。
【００３９】
冷却水熱交換器１８は、排熱回収水経路２７と第１循環経路８を接触するように設けられていて、排熱回収水経路２７を通流する第１熱媒体と第１循環経路８を通流する冷却水との間で熱交換するように構成されている。第２水循環ポンプ１０は、第１循環経路８上に配置され、冷却水を燃料電池５と冷却水タンク１１との間で循環する。この構成にすることにより、燃料電池５が発生する熱を排熱回収水経路２７に回収することが可能となる。
【００４０】
次に本発明の特徴部分である冷却水タンク１１及び凝縮水タンク１２及び給水部２３の構成について説明する。
【００４１】
冷却水タンク１１には、給水部２３および給水経路２４を介して冷却水が供給されるように構成されており、冷却水タンク１１と凝縮水タンク１２は、冷却水排水経路２５を介して連通している。また、冷却水タンク１１および給水部２３は、凝縮水タンク１２よりも鉛直方向上方の高い位置に配置されている。この構成にすることにより、給水部２３から供給された冷却水は、冷却水タンク１１に供給された後、冷却水排水経路２５を介して凝縮水タンク１２に供給される。凝縮水タンク１２に供給された冷却水が過剰な場合は、排水経路２６を介して燃料電池システム１００外に排出される。なお、給水部２３は漏斗式で構成されている形態を例示するが、給水ができればどのような態様であってもよい。
【００４２】
また、凝縮水タンク１２は、冷却水タンク１１から排出された冷却水を冷却水タンク１１に戻るように第２循環経路１５で連通されており、浄化器１４は、第２循環経路１５上に配置され、冷却水を循環する第１水循環ポンプ１３を備えている。この構成にすることにより、冷却水タンク１１から排出された冷却水を、浄化器１４を介した後で、冷却水タンク１１に戻すことが可能となり、冷却水タンク１１及び、凝縮水タンク１２内の双方の冷却水を浄化器１４で浄化することが可能となる。
【００４３】
制御器１０１は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御器１０１は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器１０１は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。
【００４４】
なお、制御器１０１は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、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で構成される形態であっても構わない。また、制御器１０１は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ
、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路等によって構成されていてもよい。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、燃料電池システム１００における発電動作は、一般的な燃料電池システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図２は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの冷却水浄化動作を模式的に示すフローチャートである。
【００４６】
図２に示すように、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されたか否かを確認する（ステップＳ１０１）。ここで、燃料電池システム１００の試運転指令が入力される場合としては、例えば、燃料電池システム１００の設置者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池システム１００を設置後に試運転を作動させるように指示した場合や、燃料電池システム１００の使用者が、長期不在の後に、燃料電池システム１００の試運転を作動させるように指示した場合等が挙げられる。なお、本実施の形態１に係る燃料電池システムの冷却水浄化動作を示すフローチャートでは、燃料電池システムの試運転指令が入力されたか否かを確認する（ステップＳ１０１）態様を例示したが、図示されない給水部２３の開閉検知器等で給水部２３の開閉を検知し、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されたか否かの代替として確認してもよい。
また、手動給水において試運転を作動させる場合は、運転の前に予め手動給水による給水工程が完了している場合等が挙げられる。
【００４７】
制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されていない場合（ステップＳ１０１でＮｏ）には、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されるまで、ステップＳ１０１を繰り返す。一方、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力された場合には（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０２に進む。
【００４８】
ステップＳ１０２では、制御器１０１は、第１水循環ポンプを作動させる。これにより、凝縮水タンク１２内の冷却水が、浄化器１４を通流した後で、冷却水タンク１１に供給される。また、凝縮水タンク１２から冷却水タンク１１に供給された冷却水は、冷却水タンク１１と凝縮水タンク１２を連通させている冷却水排水経路２５を介して、凝縮水タンク１２に戻ってくる。
【００４９】
ステップＳ１０３では、手動給水で供給可能な冷却水の貯水量（以下、「手動貯水量」と称す）を予め記憶しておき、手動貯水量以上に浄化器１４を通過したか否かを判断する。具体的には、手動貯水量は、供給される冷却水タンク１１、凝縮水タンク１２及び各冷却水供給経路を冷却水で満たす量となる。そのため、浄化器１４に冷却水を供給する第１水循環ポンプ１３の冷却水供給能力から、浄化器１４を通過した冷却水が、手動貯水量以上となったかどうかを判断する。
【００５０】
制御器１０１は、手動貯水量以上に浄化器１４を通過した場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）には、手動給水で供給された市水が全て浄化できているとみなすことができるので、本プログラムを終了する。
【００５１】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、手動給水で供給される冷却水に市水が供給された場合でも、冷却水タンク１１及び、凝縮水タンク１２内の双方の冷却水を燃料電池システム１００の起動前に浄化することが可能になる。
【００５２】
このため、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、浄化された冷却水のみ
が燃料電池５に供給されるため、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内のショートを防止することが可能となり、燃料電池システム１００の信頼性を損なうことなく、安定して運転することができる。
［変形例１］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の変形例１について説明する。
【００５３】
図３は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システム１００の冷却水浄化動作を模式的に示すフローチャートである。
【００５４】
本変形例１の燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、フローチャートに第２水循環ポンプ１０の動作が追加されている点のみが異なる。
【００５５】
図３に示すように、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されたか否かを確認する（ステップＳ２０１）。ここで、燃料電池システム１００の試運転指令が入力される場合としては、例えば、燃料電池システム１００の設置者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池システム１００を設置後に試運転を作動させるように指示した場合や、燃料電池システム１００の使用者が、長期不在の後に、燃料電池システム１００の試運転を作動させるように指示した場合等が挙げられる。また、手動給水において試運転を作動させる場合は、試運転の前に予め手動給水による給水工程が完了している場合等が挙げられる。
【００５６】
制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されていない場合（ステップＳ２０１でＮｏ）には、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されるまで、ステップＳ２０１を繰り返す。一方、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力された場合には（ステップＳ２０１でＹｅｓ）、ステップＳ２０２に進む。
【００５７】
ステップＳ２０２では、制御器１０１は、第１水循環ポンプを作動させる。これにより、凝縮水タンク１２内の冷却水が、浄化器１４を通流した後で、冷却水タンク１１に供給される。また、凝縮水タンク１２から冷却水タンク１１に供給された冷却水は、冷却水タンク１１と凝縮水タンク１２を連通させている冷却水排水経路２５を介して、凝縮水タンク１２に戻ってくる。
【００５８】
ステップＳ２０３では、手動給水で供給される冷却水の貯水量を予め記憶しておき、手動貯水量以上に浄化器１４を通過したか否かを判断する。具体的には、手動貯水量は、供給される冷却水タンク１１、凝縮水タンク１２及び各冷却水供給経路を冷却水で満たす量となる。そのため、浄化器１４に冷却水を供給する第１水循環ポンプ１３の冷却水供給能力から、浄化器１４を通過した冷却水が、手動貯水量以上となったかどうかを判断する。
【００５９】
制御器１０１は、手動貯水量以上に浄化器１４を通過した場合（ステップＳ２０３でＹｅｓ）には、手動給水で供給された市水が全て浄化できているとみなすことができるので、ステップＳ２０４に進む。一方、手動貯水量以上に浄化器１４を通過していない場合（ステップＳ２０３でＮｏ）には、手動給水で供給された市水が全て浄化できていないため、ステップＳ２０３を繰り返す。
【００６０】
ステップＳ２０４では、制御器１０１は第２水循環ポンプ１０を作動させる。これにより、浄化器１４を通過し、浄化された冷却水が、第１循環経路８を介し、燃料電池５に供給され、本プログラムを終了する。
【００６１】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の変形例１では、手動給水
で供給される冷却水に市水が供給された場合でも、浄化器１４で冷却水を浄化した後で、燃料電池５に冷却水を供給することが可能になる。
【００６２】
このため、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の変形例１では、浄化された冷却水のみが燃料電池５に供給されるため、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内のショートを防止することが可能となり、燃料電池システム１００の信頼性を損なうことなく、安定して運転することができる。
［変形例２］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の変形例２について説明する。
【００６３】
図４は、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の変形例２の概略構成を示す模式図である。
【００６４】
図４に示すように、本変形例２の燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、冷却水タンク１１内に、水の導電率を測定するための導電率測定器２１が設けられており、導電率測定器２１は、検知した導電率を制御器１０１に出力するように構成されている点が異なる。
【００６５】
図５は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システム１００の冷却水浄化動作を模式的に示すフローチャートである。
【００６６】
図５に示すように、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されたか否かを確認する（ステップＳ３０１）。ここで、燃料電池システム１００の試運転指令が入力される場合としては、例えば、燃料電池システム１００の設置者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池システム１００を設置後に試運転を作動させるように指示した場合や、燃料電池システム１００の使用者が、長期不在の後に、燃料電池システム１００の試運転を作動させるように指示した場合等が挙げられる。また、手動給水において試運転を作動させる場合は、試運転の前に予め手動給水による給水工程が完了している場合等が挙げられる。
【００６７】
制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されていない場合（ステップＳ３０１でＮｏ）には、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されるまで、ステップＳ３０１を繰り返す。一方、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力された場合には（ステップＳ３０１でＹｅｓ）、ステップＳ３０２に進む。
【００６８】
ステップＳ３０２では、導電率測定器２１が測定した導電率が、予め定められる第１閾値以上かどうかを判断する。具体的には、導電率測定器２１は、手動給水で供給された供給水が市水か否かを判断するため、導電率の閾値には、一般的な水道水の導電率である約１００〜２００μＳ／ｃｍ以下の値が設定される。
【００６９】
制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以下（ステップＳ３０２でＮｏ）の場合には、冷却水タンク１１内に市水が供給されていないとみなすことができるので、本プログラムを終了する。一方、制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以上（ステップＳ３０２でＹｅｓ）の場合には、ステップＳ３０３に進む。
【００７０】
ステップＳ３０３では、制御器１０１は、第１水循環ポンプを作動させる。これにより、凝縮水タンク１２内の冷却水が、浄化器１４を通流した後で、冷却水タンク１１に供給される。また、凝縮水タンク１２から冷却水タンク１１に供給された冷却水は、冷却水タンク１１と凝縮水タンク１２を連通させている冷却水排水経路２５を介して、凝縮水タンク１２に戻ってくる。
【００７１】
ステップＳ３０４では、手動給水で供給される冷却水の貯水量を予め記憶しておき、手動貯水量以上に浄化器１４を通過したか否かを判断する。具体的には、手動貯水量は、供給される冷却水タンク１１、凝縮水タンク１２及び各冷却水供給経路を冷却水で満たす量となる。そのため、浄化器１４に冷却水を供給する第１水循環ポンプ１３の冷却水供給能力から、浄化器１４を通過した冷却水が、手動貯水量以上となったかどうかを判断する。
【００７２】
制御器１０１は、手動貯水量以上に浄化器１４を通過した場合（ステップＳ３０４でＹｅｓ）には、手動給水で供給された市水が全て浄化できているとみなすことができるので、ステップＳ３０５に進む。一方、手動貯水量以上に浄化器１４を通過していない場合（ステップＳ３０４でＮｏ）には、手動給水で供給された市水が全て浄化できていないため、ステップＳ３０３を繰り返す。
【００７３】
ステップＳ３０５では、制御器１０１は第２水循環ポンプ１０を作動させる。これにより、浄化器１４を通過し、浄化された冷却水が、第１循環経路８を介し、燃料電池５に供給され、本プログラムを終了する。
【００７４】
このように、本実施の形態１における変形例２に係る燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の試運転時に、導電率測定器２１で計測した導電率値で、市水が供給されたか否かを判断し、市水が供給された場合でも、浄化器１４で冷却水を浄化した後で、燃料電池５に冷却水を供給することが可能になる。
【００７５】
このため、本実施の形態１における変形例２に係る燃料電池システム１００では、浄化された冷却水のみが燃料電池５に供給されるため、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内のショートを防止することが可能となり、燃料電池システム１００の信頼性を損なうことなく、安定して運転することができる。
【００７６】
このように構成された本変形例２の燃料電池システム１００であれば、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏しながらも、手動給水時の水張り運転時間を最短化することが可能となる。
［変形例３］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の変形例３について説明する。
【００７７】
図６は、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システム１００の冷却水浄化動作を模式的に示すフローチャートである。
【００７８】
本変形例３の燃料電池システム１００は、実施の形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、フローチャートの動作が変更されている点のみが異なる。
【００７９】
図６は、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システム１００の冷却水浄化動作を模式的に示すフローチャートである。
【００８０】
図６に示すように、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されたか否かを確認する（ステップＳ４０１）。ここで、燃料電池システム１００の試運転指令が入力される場合としては、例えば、燃料電池システム１００の設置者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池システム１００を設置後に試運転を作動させるように指示した場合や、燃料電池システム１００の使用者が、長期不在の後に、燃料電池システム１００の試運転を作動させるように指示した場合等が挙げられる。また、手動給水において試運転を作動させる場合は、試運転の前に予め手動給水による給水工程が完了している
場合等が挙げられる。
【００８１】
制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されていない場合（ステップＳ４０１でＮｏ）には、燃料電池システム１００の試運転指令が入力されるまで、ステップＳ４０１を繰り返す。一方、制御器１０１は、燃料電池システム１００の試運転指令が入力された場合には（ステップＳ４０１でＹｅｓ）、ステップＳ４０２に進む。
【００８２】
ステップＳ４０２では、導電率測定器２１が測定した導電率が、予め定められる第１閾値以上かどうかを判断する。具体的には、導電率測定器２１は、手動給水で供給された供給水が市水か否かを判断するため、導電率の閾値には、一般的な水道水の導電率である約１００〜２００μＳ／ｃｍ以下の値が設定される。
【００８３】
制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以下（ステップＳ４０２でＮｏ）の場合には、冷却水タンク１１内に市水が供給されていないとみなすことができるので、本プログラムを終了する。一方、制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以上（ステップＳ４０２でＹｅｓ）の場合には、ステップＳ４０３に進む。
【００８４】
ステップＳ４０３では、制御器１０１は、第１水循環ポンプを作動させる。これにより、凝縮水タンク１２内の冷却水が、浄化器１４を通流した後で、冷却水タンク１１に供給される。また、凝縮水タンク１２から冷却水タンク１１に供給された冷却水は、冷却水タンク１１と凝縮水タンク１２を連通させている冷却水排水経路２５を介して、凝縮水タンク１２に戻ってくる。
【００８５】
ステップＳ４０４では、導電率測定器２１が測定した導電率が、予め定められる第１閾値以下かどうかを判断する。具体的には、導電率測定器２１は、手動給水で供給された供給水が十分に浄化されたか否かを判断するため、導電率の閾値には、一般的な水道水の導電率である約１００〜２００μＳ／ｃｍ以下の値が設定される。
【００８６】
制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以下（ステップＳ４０４でＹｅｓ）の場合には、冷却水タンク１１内に市水が十分に浄化できているとみなすことができるので、ステップＳ４０５に進む。一方、導電率測定値の閾値が、第１閾値以上の場合（ステップＳ４０４でＮｏ）には、手動給水で供給された市水が十分に浄化できていないため、ステップＳ４０３を繰り返す。
【００８７】
ステップＳ４０５では、制御器１０１は第２水循環ポンプ１０を作動させる。これにより、浄化器１４を通過し、浄化された冷却水が、第１循環経路８を介し、燃料電池５に供給され、本プログラムを終了する。
【００８８】
このように、本実施の形態１における変形例３に係る燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の試運転時に、導電率測定器２１で計測した導電率値で、市水が供給されたか否かを判断し、市水が供給された場合でも、浄化器１４で冷却水を浄化した後で、燃料電池５に冷却水を供給することが可能になる。また、冷却水の導電率の閾値により、十分に冷却水を浄化できたか否かを判断することが可能になる。
【００８９】
このため、本実施の形態１における変形例３に係る燃料電池システム１００では、浄化された冷却水のみが燃料電池５に供給されるため、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内のショートを防止することが可能となり、燃料電池システム１００の信頼性を損なうことなく、安定して運転することができる。
【００９０】
このように構成された本変形例３の燃料電池システム１００であれば、実施の形態１に
係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏しながらも、手動給水時の水張り運転時間を最短化することが可能となる。
［変形例４］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の変形例４について説明する。
【００９１】
図７は、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システム１００の冷却水浄化動作を模式的に示すフローチャートである。
【００９２】
本変形例４の燃料電池システム１００は、実施の形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、フローチャートの動作が変更されている点のみが異なる。
【００９３】
図７は、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システム１００の冷却水浄化動作を模式的に示すフローチャートである。
【００９４】
図７に示すように、制御器１０１は、燃料電池システム１００に外部から水が供給されたか否かを確認する（ステップＳ５０１）。ここで、燃料電池システム１００に外部から水が供給される場合としては、例えば、燃料電池システム１００の設置者が、燃料電池システム１００を設置後に追加で給水部２３から水を供給した場合等が挙げられる。
【００９５】
ステップＳ５０１では、導電率測定器２１が測定した導電率が、予め定められる第１閾値以上かどうかを判断する。具体的には、導電率測定器２１は、手動給水により追加で供給された供給水が市水か否かを判断するため、導電率の閾値には、一般的な水道水の導電率である約１００〜２００μＳ／ｃｍ以下の値が設定される。
【００９６】
制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以下（ステップＳ５０１でＮｏ）の場合には、冷却水タンク１１内に市水が供給されていないとみなすことができるので、本プログラムを終了する。一方、制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以上（ステップＳ５０１でＹｅｓ）の場合には、ステップＳ５０２に進む。
【００９７】
ステップＳ５０２では、制御器１０１は、第１水循環ポンプを作動させる。これにより、凝縮水タンク１２内の冷却水が、浄化器１４を通流した後で、冷却水タンク１１に供給される。また、凝縮水タンク１２から冷却水タンク１１に供給された冷却水は、冷却水タンク１１と凝縮水タンク１２を連通させている冷却水排水経路２５を介して、凝縮水タンク１２に戻ってくる。
【００９８】
ステップＳ５０３では、導電率測定器２１が測定した導電率が、予め定められる第１閾値以下かどうかを判断する。具体的には、導電率測定器２１は、手動給水により追加で供給された供給水が十分に浄化されたか否かを判断するため、導電率の閾値には、一般的な水道水の導電率である約１００〜２００μＳ／ｃｍ以下の値が設定される。
【００９９】
制御器１０１は、導電率測定値の閾値が、第１閾値以下（ステップＳ５０３でＹｅｓ）の場合には、冷却水タンク１１内に市水が十分に浄化できているとみなすことができるので、ステップＳ５０４に進む。一方、導電率測定値の閾値が、第１閾値以上の場合（ステップＳ５０３でＮｏ）には、手動給水で供給された市水が十分に浄化できていないため、ステップＳ５０２を繰り返す。
【０１００】
ステップＳ５０４では、制御器１０１は第２水循環ポンプ１０を作動させる。これにより、浄化器１４を通過し、浄化された冷却水が、第１循環経路８を介し、燃料電池５に供給され、本プログラムを終了する。
【０１０１】
このように、本実施の形態１における変形例４に係る燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００に外部から水が供給された時に、導電率測定器２１で計測した導電率値で、市水が供給されたか否かを判断し、市水が供給された場合でも、浄化器１４で冷却水を浄化した後で、燃料電池５に冷却水を供給することが可能になる。また、冷却水の導電率の閾値により、十分に冷却水を浄化できたか否かを判断することが可能になる。
【０１０２】
このため、本実施の形態１における変形例４に係る燃料電池システム１００では、浄化された冷却水のみが燃料電池５に供給されるため、燃料電池の冷却水経路内の導電により、燃料電池の冷却水通路内のショートを防止することが可能となり、燃料電池システム１００の信頼性を損なうことなく、安定して運転することができる。
【０１０３】
このように構成された本変形例４の燃料電池システム１００であれば、外部から水が供給された後の運転においても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の燃料電池システムは、手動給水時に市水を供給された場合であっても、信頼性を損なうことなく、安定して運転することができるため、燃料電池の分野で有用である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  水素生成器
１ａ  改質器
１ｂ  燃焼器
２  原料供給部
３  水供給器
４ａ  燃料ガス供給経路
４ｂ  オフ燃料ガス経路
５  燃料電池
６  ブロアー
７  酸化剤ガス経路
８  第１循環経路
９  オフ燃焼ガス経路
１０  第２水循環ポンプ
１１  冷却水タンク
１２  凝縮水タンク
１３  第１水循環ポンプ
１４  浄化器
１５  第２循環経路
１６  排ガス熱交換器
１７  排空気熱交換器
１８  冷却水熱交換器
１９  排ガス凝縮水経路
２０  排空気凝縮水経路
２１  導電率測定器
２２  排気部
２３  給水部
２４  給水経路
２５  冷却水排水経路
２６  排水経路
２７  排熱回収水経路
１００  燃料電池システム
１０１  制御器
【図１】
2014135125.tif 000003
【図２】
2014135125.tif 000004
【図３】
2014135125.tif 000005
【図４】
2014135125.tif 000006
【図５】
2014135125.tif 000007
【図６】
2014135125.tif 000008
【図７】
2014135125.tif 000009