(57)【要約】【課題】水道水に含まれる析出物により水位検知器の上下動が阻害され、水位検知機能が損なわれる。【解決手段】本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、排水経路から排出される冷却水を貯める第２タンクと、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路と、第１タンク及び第２タンクへ供給する水の流量を調整する流量調整機構と、流量調整機構を制御する制御器とで構成され、水位検知器は、軸部とフロート部とを備え、流量調整機構を制御することで第２タンクへ流入する水の総流量を大きくし水面を大きく揺らすことで、水位検知器において軸部に対してフロート部が上がらない異常を解消する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、
前記第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、
前記排水経路から排水される冷却水を貯める第２タンクと、
前記第２タンクの水位を検知する水位検知器と、
前記第２タンクから前記第１タンクへ水を供給する水供給経路と、
前記第１タンクへ供給する水の流量を調整する流量調整機構と、
前記流量調整機構を制御する制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記水供給経路から前記第１タンクへ水を供給し、前記水位検知器の異常を検知した場合に、前記第１タンクに供給する水の総流量が前記異常を検知する前より大きくなるよう、前記流量調整機構を制御する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記流量調整機構は、前記水供給経路上に設けられた流量調整弁であり、
前記制御器は、前記水供給経路から前記第１タンクへ水を供給し、前記水位検知器の異常を検知した場合に、前記異常を検知する前より前記流量調整弁の開度が大きくなるよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記流量調整機構は、前記第１タンクの水を循環する循環経路、及び、前記循環経路上に設けられたポンプであり、
前記制御器は、前記水供給経路から前記第１タンクへ水を供給し、前記水位検知器の異常を検知した場合に、前記異常を検知する前より前記ポンプが供給する水の流量が大きくなるよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記流量調整機構は、前記第２タンクより重力方向の上側に配置された第１タンク、前記第２タンクから前記第１タンクへ水を供給する前記水供給経路、前記水供給経路上に設けられたポンプ、前記第１タンクからの余剰な水を前記第２タンクへ排水する排水経路、及び、前記排水経路上に設けられた開閉弁であり、
前記制御器は、前記水供給経路から前記第１タンクへ水を供給し、前記水位検知器の異常を検知した場合に、前記開閉弁を閉止した状態で、前記ポンプを用いて前記第２タンクから前記第１タンクへ水を供給した後、前記開閉弁を開放するよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記第２タンクへ水を供給し、前記水位検知器の異常を検知した場合に、前記開閉弁を閉止した状態で、前記ポンプを用いて前記第２タンクから前記第１タンクへ水を供給し、前記排水経路の一部及び前記第１タンクに水を貯めた後、前記開閉弁を開放するよう制御する、請求項４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、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システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムは新発電システムの一つとして、小容量分散発電が容易であり、ＮＯｘやＳＯｘなどの有害物質の発生がなく、しかも低騒音というメリットを有する電解質膜と触媒とを利用した燃料電池システムが考えられている。
【０００３】
こうした燃料電池システムは、例えば特許文献１などに開示されているように、燃料ガスである天然ガスなどから水素ガスを生成する改質装置と、この水素ガスと酸化剤としての酸素（空気）との電気化学的反応により発電を行う燃料電池と、この燃料電池に酸素（空気）を供給する空気供給装置（空気ブロワ）と、燃料電池で発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換する電力変換装置（インバータ）と、熱交換器を具備し燃料電池や改質装置で発生する熱を回収して他の排熱利用外部機器に熱を供給する熱回収装置と、本体（パッケージ）内を換気する送風装置（換気ファン）と、排熱を利用しない場合の冷却に使用する放熱装置（クーリングモジュール）とにより基本的に構成される。
【０００４】
また、上記基本的な構成において、各々の構成要素を円滑に動作させるために、天然ガスを昇圧するブロワや、天然ガスの硫黄成分を除去する脱硫器や、改質装置に水（蒸気）を送るポンプや、燃料電池の電解質膜を加湿するために、この燃料電池に水を送るポンプや、水中の不純物を除去する浄化装置や、水の電解質を除去するイオン交換樹脂や、燃料ガス、空気、水の流量を電磁弁で制御する制御部としてのコントローラなどの、様々な補助機器が配置され、配管や配線によって物理的および電気的に接続されている。
【０００５】
また、上記基本的な構成において、本発明にかかる燃料電池システムは水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、排水経路からの排水された冷却水を貯める第２タンクと、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路とで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８４５６４号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０３４９９７号
【特許文献３】特開平１１−２１４０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成では出荷時や設置時に第２タンク内に水道水が供給されるため、水道水に含まれる析出物も供給され、第２タンクの水抜きを行う際に、第２タンク内の水位検知器の一部で析出物が析出することによって固着し、水位検知に異常をきたすという課題を有していた。特にリードスイッチを内部に固定した軸部と、内部にマグネットを備えたフロート部を具備し、軸部をガイドとしたフロート部の上下動により、リードスイッチを切り替えて水位を検知するフロート式水位検知器を用いた場合、軸部に析出物が析出し、フロート部の上下動が阻害され、水位検知機能が損なわれるという課題があ
った。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、水道水に含まれる析出物、特にシリカが水位検知器に析出して固着し、水位検知器の異常を検知した場合に、第２タンクに供給する水の総流量が異常を検知する前より大きくなるように調整する流量調整機構及び、それを制御する制御器を有し、水位検知器の異常を解消する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】
【０００９】
上記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、水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、排水経路からの排水された冷却水を貯める第２タンクと、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路と、第１タンクへ供給する水の流量を調整する流量調整機構と、流量調整機構を制御する制御器と、を備え、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、第１タンクに供給する水の総流量が異常を検知する前より大きくなるよう、流量調整機構を制御するように構成したものである。
【発明の効果】
【００１０】
析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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ブロック図
【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ブロック図
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、排水経路から排出される冷却水を貯める第２タンクと、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路と、第１タンクへ供給する水の流量を調整する流量調整機構と、流量調整機構を制御する制御器と、を備える。制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、第１タンクに供給する水の総流量が異常を検知する前より大きくなるよう、流量調整機構を制御するように構成される。
【００１３】
この構成により、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができる。
【００１４】
ここで、燃料電池モジュールは、少なくとも燃料電池を含んでいればよく、例えば、燃料電池、改質器及び燃焼器を含んでいてもよい。燃料電池モジュールから排出される排ガスは、例えば、燃料電池のカソード側から排出されるカソード排ガス、燃焼器から排出される燃焼排ガスのうちの少なくとも１種の排ガスであってもよい。なお、水供給経路から冷却水タンクへ供給される水は、市水であってもよい。
【００１５】
また、例えば、水位検知器は、軸部とフロート部とを備え、水位検知器の異常とは、例えば、フロート部が析出物により軸部に固着して上がらない異常である。
【００１６】
また、流量調整機構は、水供給経路上に設けられた流量調整弁であり、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、異常を検知する前より流量調整弁の開度が大きくなるよう制御するように構成されていてもよい。
【００１７】
この構成により、水位検知器の異常を検知した場合に、第１タンクに供給される水の量が増加し、第１タンクから排水される余剰な水の量が増加し、排水回路を流れる水の量が増加し、第２タンク内に流れる水の量が増加し、第２タンク内の水面を大きく振動させることができる。このため、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができる。
【００１８】
また、流量調整機構が第２タンクの水を循環する循環経路、及び、循環経路上に設けられたポンプであり、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、異常を検知する前よりポンプが供給する水の流量が大きくなるよう制御するように構成されていてもよい。
【００１９】
この構成により、水位検知器の異常を検知した場合に、第１タンクに供給される水の量が増加し、第１タンクから排水される余剰な水の量が増加し、排水回路を流れる水の量が増加し、第２タンク内に流れる水の量が増加し、第２タンク内の水面を大きく振動させることができる。このため、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができる。
【００２０】
なお、「異常を検知する前よりポンプが供給する水の流量が大きくなるよう制御する」とは、例えば、異常を検知する前はポンプが停止しており、異常を検知した後にポンプの運転を開始してもよい。また、例えば、異常を検知する前は第１の流量で水を供給するようにポンプを運転し、異常を検知した後は第１の流量より大きい第２の流量で水を供給するようにポンプを運転してもよい。
【００２１】
また、流量調整機構が第２タンクより重力方向の上側に配置された第１タンク、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路、水供給経路上に設けられたポンプ、第１タンクからの余剰な水を第２タンクへ排水する排水経路、及び、排水経路上に設けられた開閉弁であり、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、開閉弁を閉止した状態で、ポンプを用いて第２タンクから第１タンクへ水を供給した後、開閉弁を開放するよう制御し、排水経路の一部及び第１タンクに貯めた水を第２タンクへ供給することができるよう構成されていてもよい。
【００２２】
この構成により、ポンプによって第２タンクから第１タンクに供給された水のうち、余剰な水が排水経路内に貯まり、開閉弁を解放するため、第２タンク内に第１タンク内からの排水が勢いよく流れ込み第２タンク内の水面を大きく振動させることができる。このため、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができる。
【００２３】
また、この場合に、前記制御器は、前記第２タンクへ水を供給し、前記水位検知器の異常を検知した場合に、前記開閉弁を閉止した状態で、前記ポンプを用いて前記第２タンクから前記第１タンクへ水を供給し、前記排水経路の一部及び前記第１タンクに水を貯めた後、前記開閉弁を開放するよう制御してもよい。
【００２４】
この構成により、再度第２タンク内の水面を大きく振動させることができる。このため、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することがより確実にできる。
【００２５】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（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ブロック図を示すものである。
【００２７】
図１において、燃料電池システムは、燃料ガスを用いて発電および発熱する燃料電池１を備える。
【００２８】
この燃料電池１では、燃料電池１のアノード（図示せず）に供給された水素ガスと、燃料電池１のカソード（図示せず）に供給された酸化剤としての酸素（空気）とが電気化学的に反応して、電力および熱が発生する。
【００２９】
ところで、燃料電池システムでは、発電運転中に生じる熱を回収することが一般的に採用されている。この熱を回収するための熱媒体として、例えば、燃料電池を冷却する冷却水を用いることができる。冷却水は、第１タンク２に貯められ燃料電池１内を通過する循環流路内を循環するように構成されている。
【００３０】
また、第１タンク２内部には、ヒータ（図示せず）が配置され、燃料電池１の電力の少なくとも一部の電力を消費して発熱するように構成されている。
【００３１】
また、燃料電池システムでは、第１タンク内冷却水は第２タンク４から水供給経路６を通り、第１タンク２内部に供給され、第１タンク内部の水が余剰となった場合には、排水経路３から第２タンク４に排水される。また、第２タンク内の水位は水位検知器５により検知している。以上を本発明の実施の形態の基本的な構成とする。
【００３２】
本実施の形態１の燃料電池システムは、図１に示すように、水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、排水経路から排出される冷却水を貯める第２タンクと、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路と、第１タンクへ供給する水の流量を調整する流量調整機構と、流量調整機構を制御する制御器８と、を備えるように構成されている。
【００３３】
また、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、第１タンクに供給する水の総流量が異常を検知する前より大きくなるよう、流量調整機構を制御するように構成し、水位検知器は、軸部とフロート部とを備えるように構成されている。ここで、水位検知器の異常とは軸部に対してフロート部が上がらず正常な水位検知ができないことである。
【００３４】
以上のように構成された燃料電池装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３５】
実施の形態１において、流量調整機構７は、水供給経路上に設けられた流量調整弁である。制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器に異常が発生した場合に、異常が発生する前より流量調整弁の開度が大きくなるよう制御するように構成される。これにより、水位検知器の異常が発生した場合に、第１タンクに供給される水の量が増加し、第１タンクから排水される余剰な水の量が増加し、排水回路を流れる水の量が増加し、第２タンク内に流れる水の量が増加し、第２タンク内の水面を大きく振動させるた
め、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができるようになる。また、水供給経路上にポンプが設けられていてもよい。
【００３６】
（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ブロック図を示すものである。
【００３７】
実施の形態２において基本的な構成は上記実施の形態１と同様である。
【００３８】
本実施の形態２の燃料電池システムは、図２に示すように、水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、排水経路から排出される冷却水を貯める第２タンクと、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路と、第１タンクへ供給する水の流量を調整する流量調整機構と、流量調整機構を制御する制御器８と、を備えるように構成されている。
【００３９】
また、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、第１タンクに供給する水の総流量が異常を検知する前より大きくなるよう、流量調整機構を制御するように構成し、水位検知器は、軸部とフロート部とを備えるように構成されている。ここで、水位検知器の異常とは軸部に対してフロート部が上がらず正常な水位検知ができないことである。
【００４０】
以上のように構成された燃料電池措置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４１】
実施の形態２において、流量調整機構は、第２タンクの水を循環する循環経路、及び、循環経路上に設けられたポンプ９であり、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、異常を検知する前よりポンプが供給する水の流量が大きくなるよう制御するように構成される。これにより、水位検知器の異常を検知した場合に、第１タンクに供給される水の量が増加し、第１タンクから排水される余剰な水の量が増加し、排水回路を流れる水の量が増加し、第２タンク内に流れる水の量が増加し、第２タンク内の水面を大きく振動させるため、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができるようになる。
【００４２】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図を示すものである。
【００４３】
実施の形態３において基本的な構成は上記実施の形態１、及び２と同様である。
【００４４】
本実施の形態３の燃料電池システムは、図３に示すように、水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールで発電中に発生する熱を回収する冷却水を貯める第１タンクと、第１タンクの余剰な冷却水を排水する排水経路と、排水経路から排出される冷却水を貯める第２タンクと、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路と、第１タンクへ供給する水の流量を調整する流量調整機構と、流量調整機構を制御する制御器８と、を備えるように構成されている。
【００４５】
また、制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知し
た場合に、第１タンクに供給する水の総流量が異常を検知する前より大きくなるよう、流量調整機構を制御するように構成し、水位検知器は、軸部とフロート部とを備えるように構成されている。ここで、水位検知器の異常とは軸部に対してフロート部が上がらず正常な水位検知ができないことである。
【００４６】
以上のように構成された燃料電池措置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４７】
実施の形態３において、流量調整機構は、第２タンクより重力方向の上側に配置された第１タンク、第２タンクから第１タンクへ水を供給する水供給経路、水供給経路上に設けられたポンプ９、第１タンクからの余剰な水を第２タンクへ排水する排水経路、及び、排水経路上に設けられた開閉弁１０である。制御器は、水供給経路から第１タンクへ水を供給し、水位検知器の異常を検知した場合に、開閉弁を閉止した状態で、ポンプを用いて第２タンクから第１タンクへ水を供給した後、開閉弁を開放するよう制御し、排水経路の一部及び第１タンクに貯めた水を第２タンクへ供給することができるように構成する。これにより、ポンプによって第２タンクから第１タンクに供給された水のうち、余剰な水が排水経路内に貯まり、開閉弁を解放するため、第２タンク内に第１タンク内からの排水が勢いよく流れ込み第２タンク内の水面を大きく振動させるため、析出物により固着していた水位検知器に振動が伝わり、固着による水位検知器の異常を解消することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは水供給経路から第２タンクへ供給された水に含まれる析出物が水位検知器に析出しフロート部が固着しフロート部の上下動を阻害することによる発生する異常検知に対し水面を大きく揺らすことにより異常を解消することが可能となるので、例えば、家庭用または業務用の燃料電池システム等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１  燃料電池
２  第１タンク
３  排水経路
４  第２タンク
５  水位検知器
６  水供給経路
７  流量調整機構
８  制御器
９  流量調整機構（ポンプ）
１０  開閉弁
【図１】
2014175059.tif 000003
【図２】
2014175059.tif 000004
【図３】
2014175059.tif 000005