(57)【要約】【課題】水補充手段に異状が生じたとき対処するのに有利な燃料電池システムの給水装置および機器システムを提供する。【解決手段】システムの給水装置は、水を貯留可能な貯留室１０をもつタンク１と、システムの水消費部１００，２００に貯留室１０の水を供給する給水路２と、貯留室１０に水を補充する水補充操作を実行する水補充手段３，４とを備える。水消費部１００，２００に給水路２を介して貯留室１０の水を供給する条件の下で、基準時間内において、水補充手段３，４の積極的な水補充操作による貯留室１０への給水量が貯留室１０からの吐水量よりも小さいとき、水補充手段３，４に異状が発生していると判定する異状判定手段６を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯留可能な貯留室をもつタンクと、
燃料電池システムの水消費部に前記貯留室の水を供給する給水路と、
前記貯留室に水を補充する水補充操作を実行する水補充手段とを具備する燃料電池システムの給水装置において、
前記水消費部に前記給水路を介して前記貯留室の水を供給する条件の下で、基準時間内において、前記水補充手段の積極的な水補充操作による貯留室への給水量が前記貯留室からの吐水量に対して異なるとき、前記水補充手段に異状が発生していると判定する異状判定手段を具備していることを特徴とする燃料電池システムの給水装置。
【請求項２】
請求項１において、前記異状判定手段は、前記貯留室への前記水補充手段による水補充操作が設定時間以上実行されないとき、前記水補充手段に異状が発生していると判定することを特徴とする燃料電池システムの給水装置。
【請求項３】
請求項１において、前記異状判定手段は、基準時間内において前記水補充手段が前記貯留室へ供給する給水量ＷＡと、基準時間内において前記貯留室から前記貯留室外に吐出された吐水量ＷＢとに基づいて、前記貯留室に対する給水量と吐水量との水収支を演算し、演算結果に基づいて前記水補充手段に異状が発生していると判定することを特徴とする燃料電池システムの給水装置。
【請求項４】
請求項３において、前記タンクは水を溢れ出させる溢水部を有しており、前記タンクの前記溢水部から水が溢れるように満水状態とし、この満水状態の水量を前記貯留室の演算基準水量として設定することを特徴とする燃料電池システムの給水装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記異状判定手段は、前記水補充手段に異状が発生していると判定するとき、前記水補充手段を少なくとも１回作動させることを特徴とする燃料電池シテスムの給水装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記水補充手段は、燃料電池システムにおける水を回収する水回収系を備えることを特徴とする燃料電池システムの給水装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか一項において、前記水補充手段は、水道水または回収水のうちの少なくともいずれかの水を浄化する水浄化部を有することを特徴とする燃料電池システムの給水装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか一項において、前記水補充手段は貯湯槽系の水を補充することを特徴とする供給する燃料電池システムの給水装置。
【請求項９】
水を貯留可能な貯留室をもつタンクと、
機器システムの水消費部に貯留室の水を供給する給水路と、
貯留室に水を補充する水補充操作を実行する水補充手段とを具備する機器システムの給水装置において、
機器システムの前記水消費部に前記給水路を介して貯留室の水を供給する条件の下で、基準時間内において、前記水補充手段の積極的な水補充操作による貯留室への給水量が貯留室からの吐水量に対して異なるとき、前記水補充手段に異状が発生していると判定する異状判定手段を具備していることを特徴とする機器システムの給水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムの給水装置および機器システムの給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムの給水装置は、一般的には、水を貯留可能な貯留室をもつタンクと、燃料電池システムの水消費部に貯留室の水を供給する給水路と、貯留室に水を補充する水補充手段として機能する制御バルブとを備えている（特許文献１，特許文献２）。例えば、燃料電池システムの水消費部としては改質器がある。この場合、貯留室の水は改質器等に供給され、改質器における水蒸気改質反応に消費される。
【特許文献１】特開２００３−２８８９３６号公報
【特許文献２】特開２００４−３２７１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した燃料電池システムの給水装置によれば、貯留室に水を補充する水補充手段として機能する制御バルブは工業製品であり、異物噛み込み等の異状が生じるおそれが完全にないとは言えない。この場合、制御装置から制御バルブを閉鎖させる指令が出力されているにもかかわらず、制御バルブを介して水が貯留室へ洩れる。このため、漏れ量が多いときには、タンクが常に満水状態となり、タンクから水が溢れるおそれがある。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、制御バルブ等に代表される水補充手段に異状が生じたとき対処するのに有利な燃料電池システムの給水装置および機器システムの給水装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様相１の本発明に係る燃料電池システムの給水装置は、水を貯留可能な貯留室をもつタンクと、燃料電池システムの水消費部に貯留室の水を供給する給水路と、貯留室に水を補充する水補充操作を実行する水補充手段とを具備する燃料電池システムの給水装置において、
燃料電池システムの水消費部に給水路を介して貯留室の水を供給する条件の下で、基準時間内において、水補充手段の積極的な水補充操作による貯留室への給水量が貯留室からの吐水量に対して異なるとき、水補充手段に異状が発生していると判定する異状判定手段を具備していることを特徴とするものである。
【０００６】
様相２の本発明に係る機器システムの給水装置は、水を貯留可能な貯留室をもつタンクと、システムの水消費部に貯留室の水を供給する給水路と、貯留室に水を補充する水補充操作を実行する水補充手段とを具備する機器システムの給水装置において、
機器システムの水消費部に給水路を介して貯留室の水を供給する条件の下で、基準時間内において、水補充手段の積極的な水補充操作による貯留室への給水量が貯留室からの吐水量に対して異なるとき、水補充手段に異状が発生していると判定する異状判定手段を具備していることを特徴とするものである。
【０００７】
様相１および様相２に係る本発明によれば、『水補充手段の積極的な水補充操作』は、タンクの貯留室に給水する方向にバルブ等の水補充手段を制御装置または手作業により積極的に操作する場合をいう。燃料電池システムまたは機器システムの水消費部に給水路を介して貯留室の水を供給している条件の下では、貯留室の水に給水しない限り、貯留室の水位は低下する。
【０００８】
従って、燃料電池システムまたは機器システムの水消費部に給水路を介して貯留室の水を供給するにもかかわらず、換言すれば、貯留室への水補充操作を要請する要請条件が発生しているにもかかわらず、基準時間内において、水補充手段の積極的な水補充操作による貯留室への給水量が、貯留室からの吐水量よりも小さいときには、水補充手段に異状が発生しており、給水停止指令が水補充手段に出力されているにもかかわらず、水補充手段から貯留室側に水が漏れているものと推察される。この場合、異状判定手段は、水補充手段に異状が発生していると判定する。
【０００９】
なお、基準時間は、水補充手段の異状を検出し易いこと、水の漏れ量をできるだけ抑制すること等を考慮しつつ、システムの種類、用途等に応じて適宜選択することができ、秒レベル、分レベル、時間レベル、日レベルまたは月レベルで選択することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池システムまたは機器システムの水消費部に給水路を介して貯留室の水を供給しているにもかかわらず、水補充手段の積極的な水補充操作による貯留室への給水量が、貯留室からの吐水量に対して異なる（小さいときまたは大きいとき）には、判定手段により、水補充手段に異状が発生していると判定される。このため水補充操作に不具合が生じたとき、その不具合に対処するのに有利であり、水コストの高騰化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一の形態によれば、貯留室への水補充手段による水補充操作が設定時間以上実行されないとき、異状判定手段は、水補充手段に異状が発生していると判定することができる。この場合、判定手段は、水補充手段により貯留室への水補充が実行されない時間を計測する計測手段を有している形態を例示することができる。この場合、水補充手段により貯留室への水補充が設定時間以上実行されないことを計測手段で計測されたとき、判定手段は、水補充手段に異状が発生していると判定する。
【００１２】
また、本発明の他の形態によれば、異状判定手段は、基準時間内において水補充手段により貯留室へ供給する給水量ＷＡと、基準時間内において貯留室から貯留室外に吐出された吐水量ＷＢとに基づいて、貯留室に対する給水量と吐水量との水収支を演算し、演算結果に基づいて、水補充手段に異状が発生していると判定する形態を例示することができる。この場合、基準時間内における給水量ＷＡと吐水量ＷＢとの水収支に基づいて、貯留室への水補充が必要であると演算されるにもかかわらず、水補充手段の積極的な水補充操作が充分でないとき（例えば、水補充手段による水補充指令が制御装置により基準時間内に実行されないとき）、異状判定手段は水補充手段に異状が発生していると判定する。
【００１３】
本発明によれば、タンクは水を溢れ出させる溢水部を有している形態を例示することができる。この場合、タンクの溢水部から水が溢れるように貯留室を満水状態とすれば、この満水状態の水量は固定値であるため、貯留室の演算基準水量として設定することができる。
【００１４】
本発明によれば、異状判定手段は、制御バルブ等の水補充手段に異状が発生していると判定したとき、水補充手段を少なくとも１回作動させる形態を例示することができる。この場合、制御バルブ等の水補充手段に異物等を噛み込んでいるとき、水補充手段から異物等を吐き出すことを期待できる。
【００１５】
本発明によれば、水補充手段は、貯留室に水を直接的または間接的に供給する制御バルブを有する形態を例示することができる。『間接的に供給する』とは、制御バルブが水浄化部等の他の要素を介して貯留室に水を供給することを意味する。この場合、制御バルブの開放量（開口面積）と制御バルブの開放時間とに基づいて、基本的には、制御バルブを介して貯留室に給水される給水量ＷＡを演算で求めることができる。また、貯留室に給水される給水量を測定する流量センサと、貯留室から吐出される吐水量を測定する流量センサとを設け、この流量センサに基づいて、基準時間内における貯留室に対する給水量ＷＡと吐水量ＷＢとを求める形態を例示することができる。
【００１６】
また本発明によれば、水補充手段は、貯留室に水を直接的または間接的に供給するポンプを有する形態を例示することができる。『間接的に供給する』とは、ポンプが水浄化部等の他の要素を介して貯留室に水を供給することを意味する。また、貯留室の水をシステムの水消費部に供給するにあたり、ポンプを用いる形態を例示することができる。この場合、ポンプの開度とポンプの駆動時間とに基づいて、基本的には、ポンプを介して流れる基準時間内における水の給水量ＷＡおよび吐水量ＷＢを演算で求めることができる。
【００１７】
また本発明によれば、水補充手段は、燃料電池システム等の機器システムにおける水を回収する水回収系を有する形態を例示することができる。更に、水回収系で回収された回収水または水道水のうちの少なくとも一部を浄化する水浄化部を有する形態を例示することができる。水回収系としては、水蒸気を含むガスを凝縮器において凝縮させて凝縮水として回収する形態を例示することができる。この場合、凝縮器において凝縮する水蒸気を含むガスの温度ｔａ、凝縮器の温度ｔｂ、水蒸気を含むガスの湿度ｃａといった各パラメータに基づいて、凝縮水として生成される水量、つまり、回収水の水量を演算で求めることが可能である。水補充手段として水道水供給系を例示できる。水道水は異物等が混入し易く、水道水供給系に設けた制御バルブの異状を判定することが好ましい。また、システムの回収水が不足したとき水道水で補うことができる。
【００１８】
本発明によれば、水浄化部としては水を浄化できるものであればよく、水に含まれている異物等を取り除くフィルタ機能と、水の純度を高める純水化機能とのうちのすくなくとも一つを有することができる。また、本発明によれば、水補充手段は貯湯槽系の水を補充する形態を例示することができる。この場合、貯湯槽系の水をタンクの水源として有効利用できるので、別の水源を新設せずとも良い。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例１を図１〜図３を参照して説明する。燃料電池システムの給水装置は、水を貯留可能な貯留室１０をもつタンク１と、燃料電池システムの水消費部としての改質器１００または加湿器２００につながり改質器１００または加湿器２００にタンク１の貯留室１０の水を供給する給水路２と、貯留室１０に水を間接的に補充する機能を有する第１水補充手段３と、貯留室１０に水を直接的に補充する機能を有する第２水補充手段４とを備えている。
【００２０】
タンク１の上部には、貯留室１０の水を溢れさせる溢水部１１が形成されている。貯留室１０の水位が下側から溢水部１１の高さ位置に上昇すると、水は溢水部１１から溢れるため、貯留室１０の水位は実際的には溢水部１１の高さ位置を越えることがない。また、タンク１の下部には、貯留室１０の水位低下を検知する水位検知センサ１２が設けられている。水位検知センサ１２は、貯留室１０の水位の下限を検知する機能と、貯留室１０の水位の上限を検知する機能とを有する。
【００２１】
給水路２には、搬送源としてのポンプ２０と、給水路２を流れる水量を検知する流量センサ２１と、開閉可能な第２制御バルブ２２とが設けられている。流量センサ２１としては、検知方式は特に限定されず、公知の方式を採用でき、電磁流量センサでも良いし、容積流量センサでも良いし、オリフィス等の絞り孔の前後の差圧で単位時間あたりの流量を検知する流量センサでも良い。流量センサ２１によれば、貯留室１０の水が給水路２を介して改質器１００または加湿器２００（水消費部）に供給される吐水量ＷＢ１が検出可能である。
【００２２】
第１水補充手段３は、給水源として機能する水道管（または排熱回収ライン）に繋がる第１水補充路３１と、第１水補充路３１に設けられた開閉可能な第１制御バルブ３３とを有する。第１制御バルブ３３が開放すると、水が第１水補充路３１から水浄化部４２の入口４２ｉに供給され、更に、水浄化部４２を介して貯留室１０に供給される。水浄化部４２における水量は一定量に制限されており、それ以上の水量は連通路４３からタンク１の貯留室１０に送られるようになっている。従って、水浄化部４２に新たに供給された水量相当ぶん、連通路４３からタンク１の貯留室１０に送られるようになっている。
【００２３】
第２水補充手段４は、凝縮器４５を含む回収路４０（水回収系）と、回収路４０の先端に設けられた水浄化部４２とを有する。水浄化部４２は、水に含まれている異物等を取り除く機能、水の純度を高める機能のすくなくとも一つを有する。改質器１００における改質反応のために使用される触媒の耐久性を高めるためには、水の純度が高いことが好ましい。故に、水浄化部４２による水浄化機能は重要である。加湿器２００は燃料電池の燃料、酸化剤のうちの少なくとも一方を加湿させるものである。燃料電池の内部、特に電極触媒および電解質の汚染を防止し、燃料電池の耐久性を高めるためには水の純度を高めることが好ましい。このため水浄化部４２で純度を高めた水を貯留室１０に供給する。
【００２４】
図１に示すように、水浄化部４２と貯留室１０とは連通路４３を介して繋がれている。図１に示すように、システムで使用されている水蒸気を含む気体（例えば燃料電池から排出された発電反応後の酸化剤オフガス）を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器４５が回収路４０に設けられている。更に、凝縮器４５の凝縮水の水位を検知する凝縮水位検知センサ４６が凝縮器４５に設けられている。そして、凝縮水位検知センサ４６により凝縮器４５内に凝縮水が所定量溜まったことが検知されたとき、第３制御バルブ４７が開放し、凝縮水は回収水として水浄化部４２に供給される。なお、本実施例によれば、第３制御バルブ４７からの給水量は第１制御バルブ３３からの給水量よりも少ないものとされている。従って第１制御バルブ３３に対する水漏れ対策は意義がある。
【００２５】
本実施例によれば、異状判定手段として機能できる制御装置６が設けられている。制御装置６は、ポンプ２０と、流量センサ２１と、第１制御バルブ３３と、第２制御バルブ２２と、第３制御バルブ４７、水位検知センサ１２、凝縮水位検知センサ４６に繋がれている。この結果、流量センサ２１、水位検知センサ１２、凝縮水位検知センサ４６からの検知信号は、制御装置６に入力される。制御装置６は、ポンプ２０、第１制御バルブ３３、第２制御バルブ２２、第３制御バルブ４７をそれぞれ制御する指令信号を出力する。
【００２６】
本実施例によれば、第２制御バルブ２２が開放すると共に、ポンプ２０が駆動すると、貯留室１０の水が給水路２を介して改質器１００または加湿器２００に供給される。この場合、貯留室１０の水位が低下する。そして、貯留室１０の実際の水位が貯留室１０の基準水位Ｌよりも低下すると、水位検知センサ１２がこれを検知し、検知信号が水位検知センサ１２から制御装置６に出力される。すると、制御装置６は第１制御バルブ３３を開放させる信号を出力し、第１制御バルブ３３を開放させる。
【００２７】
このように第１制御バルブ３３が開放すると、第１水補充路３１から水が水浄化部４２の入口４２ｉに供給される。更に、水浄化部４２で純度が高められた水が連通路４３を介して貯留室１０に供給され、このため貯留室１０の水位が高くなる。このように貯留室１０の水位が高くなると、水位検知センサ１２からの信号等に基づいて、制御装置６は第１制御バルブ３３を閉鎖させる信号を出力し、第１制御バルブ３３を閉鎖させる。このように第１制御バルブ３３が閉鎖すると、第１水補充路３１から水浄化部４２への水の供給は停止される。
【００２８】
上記したように貯留室１０の水位が低下するに伴い、第１制御バルブ３３は開放するものである。即ち、給水路２を介しての改質器１００または加湿器２００への給水に伴い、貯留室１０の水位が低下し、第１制御バルブ３３は開放するものである。従って、貯留室１０の水を給水路２を介して改質器１００または加湿器２００に給水しているにもかかわらず、基準時間内において、貯留室１０への第１制御バルブ３３による貯留室１０への給水量が、貯留室１０から吐出される吐水量よりも小さいときには、第１制御バルブ３３に異状が発生しており、第１制御バルブ３３の閉鎖が充分ではないものと予想される。
【００２９】
この場合、第１水補充路３１を流れる水の影響により、第１制御バルブ３３が異物を噛み込んでいる可能性があり、第１制御バルブ３３の完全閉鎖が制限されている可能性がある。この場合、第１制御バルブ３３を閉鎖させる信号を制御装置６が第１制御バルブ３３に出力させているにもかかわらず、第１制御バルブ３３は充分に閉鎖せず、ある程度開放していることになる。このように第１制御バルブ３３に異状が発生していると、第１制御バルブ３３から水が連続的に漏れるため、第１制御バルブ３３および第１水補充路３１を介して水が水浄化部４２に長時間にわたり連続的に供給されることになる。この結果、水浄化部４２で浄化された水が連通路４３を介して貯留室１０に長時間にわたり連続的に供給されることになる。この場合、浄化された水がタンク１の溢水部１１から溢れ続けることになり、水コストが増加するおそれがある。更に水浄化部４２が水を必要以上に浄化させることになり、水浄化部４２の長寿命化の面でも好ましくない。
【００３０】
上記した場合、第２制御バルブ２２が開放してタンク１内の水が給水路２を介して改質器１００または加湿器２００に供給されているにもかかわらず、貯留室１０の水位が基準水位Ｌよりも低下しない。このため、貯留室１０の水を改質器１００または加湿器２００に供給しているにもかかわらず、水位検知センサ１２はオフ信号を出力し続ける。即ち、水位検知センサ１２が水位低下の信号を制御装置６に長時間にわたり出力しないことになる。結果として、第１制御バルブ３３を開放操作させて水浄化部４２に給水する給水指令が制御装置６から第１制御バルブ３３に長時間にわたり出力されないことになる。
【００３１】
そこで本実施例によれば、貯留室１０内の水が給水路２を介して改質器１００または加湿器２００に供給されているにもかかわらず、第１制御バルブ３３の開放操作が設定時間ｔ１以上実行されないときには、制御装置６は、第１制御バルブ３３に異状が発生していると判定し、異状信号を出力する。ここで、設定時間ｔ１は、燃料電池システムの種類または運転状況等に応じて予め規定することができる。このように異状信号が出力されると、制御装置６は、警報装置で警報したり、あるいは、燃料電池システムの運転を中断または中止させたりする。異状信号は、設定時間ｔ１が経過すると直ちに出力しても良い。あるいは、設定時間ｔ１を計測する繰り返し回数をＮＡとして設定しておき、設定時間ｔ１の計測回数が繰り返し回数ＮＡに到達するまでは、燃料電池シテスムの運転を中断または中止させることなく、異状を１次判定し、警報装置で予備的に警報する。そして、設定時間ｔ１の計測回数が基準回数ＮＡに到達したら、異状を２次判定し、燃料電池シテスムの運転を中断または中止させることにしても良い。
【００３２】
図２は制御装置６が実行する制御則のフローチャートの一例を示す。制御則はこのフローチャートに限定されるものではないことは勿論である。図２に示すように、燃料電池シテスムの運転のスタートと共にフローチャートは実行される。まず、計測時間ｔが初期化されて０とされる（ステップＳ１０２）。次に、計測時間ｔの計測が開始される（ステップＳ１０４）。次に、貯留室１０の水位が基準水位Ｌよりも低下しているか否か判定する。つまり、水位検知センサ１２がオンか否か判定する（ステップＳ１０６）。ここで、貯留室１０の水位がこれの基準水位Ｌよりも低下していると、水位検知センサ１２がオンとなる。
【００３３】
ここで、第１制御バルブ３３が正常に閉鎖するときには、制御装置６の指令により第１制御バルブ３３は給水を停止することができる。この場合、改質器１００または加湿器２００への給水に伴い、貯留室１０の水位が通常どおり低下するため、水位検知センサ１２がオンとなる。このように水位検知センサ１２がオンとなれば、第１制御バルブ３３が異状ではなく、正常であると推定される。この場合、第１制御バルブ３３が正常であるので、ステップＳ１０６からステップＳ１０２に戻り、計測時間ｔを再び初期化して０に戻し、計測時間ｔの計測を再開する。
【００３４】
しかしながら、第１制御バルブ３３に異物噛み込み等の異状が発生しているときには、第１制御バルブ３３が正常に閉鎖せず、前述したように第１制御バルブ３３はある程度開放したままとなる。換言すると、改質器１００または加湿器２００への給水に伴い、貯留室１０の水位が本来的には低下するにもかかわらず、第１制御バルブ３３がある程度開放しているため、第１制御バルブ３３および第１水補充路３１を介して水が水浄化部４２ひいては貯留室１０に連続的に供給され、貯留室１０の水位が基準水位Ｌよりも低下せず、水位検知センサ１２が長時間にわたりオフのまま維持されることになる。
【００３５】
上記した場合、ステップＳ１０６の判定において水位検知センサ１２がオンとならず、オフ状態が継続されるため、ステップＳ１０６からステップＳ１０８に移行する。そして、実際の計測時間ｔと設定時間ｔ１とを比較する（ステップＳ１０８）。実際の計測時間ｔが設定時間ｔ１未満であるときには、異状と判定せず、水位検知センサ１２の検知状況を検知続ける（ステップＳ１０６）。これに対して、実際の計測時間ｔが設定時間ｔ１以上になると、第１制御バルブ３３に異状が生じていることを示す異状判定信号を出力する（ステップＳ１１０）。
【００３６】
図３は制御装置６が実行する他の制御則のフローチャートの一例を示す。制御則はこのフローチャートに限定されるものではないことは勿論である。図３に示すように、燃料電池シテスムの運転のスタートと共にこの制御則は実行される。まず、計測時間ｔが初期化されて０とされると共に、カウント回数Ｋが初期化されて０となる（ステップＳＡ１０２）。次に、計測時間ｔの計測が開始される（ステップＳＡ１０４）。次に、水位検知センサ１２がオンか否か判定する（ステップＳＡ１０６）。
【００３７】
ここで、前述したように、貯留室１０の水を改質器１００または加湿器２００に供給しているにもかかわらず、第１制御バルブ３３に異物噛み込み等が発生し、第１制御バルブ３３が正常に閉鎖しないときには、第１制御バルブ３３がある程度開放している。このため、第１制御バルブ３３を介して水が水浄化部４２ひいては貯留室１０に連続的に供給され、貯留室１０の水位が基準水位Ｌよりも低下しないことになる。この場合、水位検知センサ１２のオフ状態が継続されるため、ステップＳＡ１０６からステップＳＡ１０８に移行する。そして、実際の計測時間ｔと設定時間ｔ１とを比較する（ステップＳＡ１０８）。実際の計測時間ｔが設定時間ｔ１未満のときには、水位検知センサ１２の状況の検知を続ける（ステップＳＡ１０６）。
【００３８】
これに対して、実際の計測時間ｔが設定時間ｔ１以上であるときには、設定時間ｔ１を越えた回数が設定回数ＮＡを越えているか否か判定する（ステップＳＡ１１０）。そしてカウント回数Ｋが設定回数ＮＡ以下であれば、異状を１次判定し（ステップＳＡ１１２）、警報信号を出力するものの、燃料電池システムの運転を停止させない。そして異状回数を意味するカウント回数Ｋを１インクリメントする(ステップＳＡ１１４)。更に、計測時間ｔを初期化して０にし(ステップＳＡ１１６)、ステップＳＡ１０４に戻り、計測時間ｔの計測を再開する。そして、ステップＳＡ１１０においてカウント回数Ｋが設定回数ＮＡを越えていると判定されると、異状を２次判定し、異状判定信号を出力する（ステップＳＡ１２２）。この場合、燃料電池システムの運転を停止させる（ステップＳＡ１２４）。
【実施例２】
【００３９】
図４は実施例２のフローチャートを示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例においても、燃料電池システムの改質器１００または加湿器２００に給水路２を介して貯留室１０の水を供給しているにもかかわらず、貯留室１０への給水量が貯留室１０からの吐水量よりも小さいときには、第１制御バルブ３３に異状が発生していると判定し、第１制御バルブ３３の開閉動作（異物吐き出し操作に相当する）を設定回数ぶん繰り返すものである。
【００４０】
即ち、図４に示すように、ステップＳＡ１１６の後で、第１制御バルブ３３の開閉を設定回数繰り返す（ステップＳＡ１１８）。このように第１制御バルブ３３開閉動作を繰り返せば、第１制御バルブ３３に噛み込んでいた異物を吐き出して除去できる可能性が高まる。第１制御バルブ３３の開閉を設定回数繰り返す操作は、ステップＳＡ１１６の後に限らず、ステップＳＡ１１４の後でも良く、あるいは、ステップＳＡ１１２の後でも良い。なお、第３制御バルブ４７についても同様な開閉操作を繰り返せば、第３制御バルブ４７に噛み込んでいた異物を吐き出して除去できる可能性が高まる。
【実施例３】
【００４１】
図５は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。図５に示すように、燃料電池システムにおける排熱を温水として貯留する貯湯槽系７が設けられている。そして、第１水補充路３１は貯湯槽系７の分岐部７ｘに繋がれている。貯湯槽系７は、貯湯室７０をもつ貯湯槽７１と、貯湯室７０の下部の出口ポート７２と貯湯槽７１の上部の入口ポート７３とを繋ぐ循環水路７４と、循環水路７４に設けられた熱交換器７５とを有する。熱交換器７５は、循環水路７４に設けられた熱交換部７５ａと、排熱回路７７に設けられた熱交換部７７ａとを有する。熱交換部７７ａは熱交換部７５ａよりも相対的に高温であり、熱交換部７７ａの熱が熱交換部７５ａに伝達される。貯湯槽７１内の温水が吐出ポート７８から吐出されて使用されると、貯湯槽７１内の水位が低下する。この場合、水道水等の補充水が補充ポート７６から貯湯槽７１内に供給される。
【００４２】
一般的には、貯湯槽７１の下部に貯留している水の温度は、貯湯槽７１の上部に貯留している水の温度よりも相対的に低い。このように貯湯槽７１内の相対的に温度が低い水を出口ポート７２から吐出させ、循環水路７４を通過させつつ、熱交換器７５で受熱させて昇温させた後に、入口ポート７３から貯湯槽７１の貯湯室７０に戻す。そして循環水路７４を流れる水は分岐部７ｘにより第１水補充路３１および第１制御バルブ３３を介して水浄化部４２の入口４２ｉに供給される。
【００４３】
このように本実施例によれば、貯湯槽７１内の水を水浄化部４２およびタンク１を介して燃料電池システムの改質器１００または加湿器２００に供給し、改質器１００または加湿器２００において消費するものである。本実施例によれば、第１水補充手段３を構成する第１水補充路３１は、温水を貯留し得る貯湯槽７１を水源としており、貯湯槽７１の貯湯室７０に貯留されている水を水浄化部４２を介して貯留室１０に補充するため、貯湯槽７１の水を有効利用することができ、第１水補充路３１の水源を別途設けずともよく有利である。また、システムが寒冷地等で使用されるときであっても、温水を貯める貯湯槽７１内の水は一般的には他の水源に比較して低温となりにくいため、過剰に低い水を水浄化部４２，タンク１，改質器１００または加湿器２００に供給する不具合が抑制される。更に、一般的には貯湯槽７１の貯湯室７０は容積が大きく、しかも、貯湯槽７１内の水位が低下しても、補充ポート７６から貯湯槽７１内に水が補充されるため、給水量には支障がない。更に本実施例によれば、第１水補充路３１に繋がる出口ポート７２は貯湯槽７１の下部に形成されている。故に、貯湯室７０内の水としては、貯湯室７０内の上部側よりも相対的に温度が低い下部側の水を第１水補充路３１を介してタンク１に供給することにしている。このため、貯湯室７０内の暖かい水の使用量が過剰にならず、貯湯槽７１の本来の貯湯機能を損なわない。また、定常運転時には回収水でほとんどまかなわれるため、バルブ３３の作動頻度は少なく、異物等によって作動不良となる可能性が大きく、また水道水を使用した場合には、更に異物等が混入し易く、起動時にバルブ３３が異状を検出することは、燃料電池や改質装置を保護するために重要である。本施例では、循環水路７４を流れる水を第１水補充路３１に供給したが、貯湯槽７１の吐出ポート７８から貯湯槽７１内の水を第１水補充路３１に直接供給しても良い。
【実施例４】
【００４４】
図６および図７は実施例４を示す。本実施例は図５に示す実施例３と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例３と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、基準時間内において水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡと、基準時間内において貯留室１０から吐出された吐水量ＷＢとを演算で求める。
【００４５】
基準時間において貯留室１０へ供給された給水量ＷＡは、基本的には、基準時間内において第１制御バルブ３３の開放により第１水補充路３１および水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡ１と、基準時間内において第３制御バルブ４７の開放により回収路４０から水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡ２との総和に基づいて決定される。
【００４６】
前記した給水量ＷＡ１は、基本的には、第１制御バルブ３３の開放時における流路面積α１と、第１制御バルブ３３の開放時間Ｔα１とに基づいて求められる。また給水量ＷＡ２は、基本的には、第３制御バルブ４７の開放時の流路面積α３と、第３制御バルブ４７の開放時間Ｔα３とに基づいて求められる。ここで、第１制御バルブ３３の開放時の流路面積α１は固定値であり既知である。第３制御バルブ４７の開放時の流路面積α３は固定値であり既知である。第１制御バルブ３３の開放時間Ｔα１、第３制御バルブ４７の開放時間Ｔα３は、制御装置６により開放指令が制御バルブ３３，４７に出力されている時間に相当するため、制御装置６の内部タイマ機能により検知される。このため前記したタンク１への給水量ＷＡ（ＷＡ＝ＷＡ１＋ＷＡ２）は演算で求められる。
【００４７】
また、基準時間内において貯留室１０から吐出された吐水量ＷＢは、基本的には、基準時間内において給水路２から改質器１００または加湿器２００に供給された吐水量ＷＢ１と、基準時間内において溢水部１１から溢水された吐水量ＷＢ２との総和に基づく。吐水量ＷＢ１は給水路２の流量センサ２１により求められる。溢水部１１には、溢水部１１からオーバーフローした水量を検知する溢水センサ１１ｅが設けられている。基準時間内における溢水量である吐水量ＷＢ２は、溢水センサ１１ｅおよび溢水時間により検知される。
【００４８】
本実施例によれば、制御装置６は、基準時間内において、貯留室１０に対する給水量ＷＡと吐水量ＷＢとの水収支を演算する。そして、演算に基づいて貯留室１０への水補充操作が本来的に必要であるか否か演算する。演算の結果、給水量ＷＡよりも吐水量ＷＢが所定量以上大きいため、貯留室１０への積極的な水補充操作が本来的に必要であると判定されるにもかかわらず、制御装置６から第１制御バルブ３３に開放指令が出力されていないときには、第１制御バルブ３３に閉鎖指令が出力されているにもかかわらず、第１制御バルブ３３から水が漏れ、洩れた水が水浄化部４２を介してタンク１に洩れているもの推察される。このため、異状判定手段を構成する制御装置６は、第１制御バルブ３３に異状が発生していると判定する。
【００４９】
つまり、第１制御バルブ３３が異物等を噛み込み、これらの閉鎖作動が不十分である状態が発生している推察される。そこで、制御装置６は異状信号を出力する。この場合、警報装置で警報したり、あるいは、燃料電池システムの運転を中断または中止させたりする。
【００５０】
図７は制御装置６が実行する制御則のフローチャートの一例を示す。制御則はこのフローチャートに限定されるものではない。図７に示すように、まず、燃料電池シテスムの運転のスタートと共にこの制御則は実行される。レジスタ等が初期化される（ステップＳＢ１０２）。貯留室１０の水位は変化するため、貯留室１０の水位について演算の基準となる水量を明確にすることが好ましい。そこで、燃料電池システムの運転開始と同時に、貯留室１０が満水となるように水を貯留室１０に第１水補充手段３により供給する（ステップＳＢ１０４，ＳＢ１０６）。この場合、タンク１の溢水部１１から水が溢れるようにする。このように満水状態での貯留室１０の水量を演算基準水量として設定する（ステップＳＢ１０８）。
【００５１】
次に、基準時間における第１制御バルブ３３の開放時間Ｔα１および第３制御バルブ４７の開放時間Ｔα３についての信号データ、基準時間において給水路２を通過した水量に関する流量センサ２１の信号データ、基準時間において溢水部１１を通過した水量に関する溢水センサ１１ｅの信号データの読み込みを行う（ステップＳＢ１１０）。
【００５２】
次に、前記した給水量ＷＡ１、給水量ＷＡ２，吐水量ＷＢ１，吐水量ＷＢ２を演算により求める（ステップＳＢ１１２）。更に、貯留室１０に対する給水量ＷＡ（ＷＡ１＋ＷＡ２）と吐水量ＷＢ（ＷＢ１＋ＷＢ２）とによる水収支量ＷＸ（ＷＸ＝ＷＢ−ＷＡ）を演算により求める（ステップＳＢ１１４）。次に、温度等の要因を考慮して水収支量ＷＸが一層適切化するように、水収支量ＷＸを補正する（ステップＳＢ１１６）。次に、補正した水収支量ＷＸ’に基づいて、異状であるか否か判定する（ステップＳＢ１１８）。水収支量ＷＸ’が所定値δより小さければ正常として判定し、所定値δ以上であれば、異状として判定し、異状信号を出力し（ステップＳＢ１２０）、システムの運転を停止する（ステップＳＢ１２２）。異状でなければ、ステップＳＢ１１０に戻り、信号データの読み込みを再開する。
【実施例５】
【００５３】
図８は実施例５を示す。本実施例は前記した実施例４と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例４と異なる部分を中心として説明する。図８に示すように、回収水をタンク１に補充するための第２水補充手段４には、回収路４０および凝縮器４５の他に、第２回収路５０が設けられ、第２回収路５０に繋がる第２凝縮器５２が設けられている。第２凝縮器５２で凝縮された凝縮水は、第２回収路５０を介して水浄化部４２に供給される。更に、給水路２における流量センサ２１が廃止されている。
【００５４】
本実施例によれば、実施例４の場合と同様に、基準時間内において水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡと、基準時間内において貯留室１０から吐出された吐水量ＷＢとが演算で求められる。
【００５５】
基準時間において貯留室１０へ供給された給水量ＷＡは、基本的には、基準時間内において第１制御バルブ３３の開放により第１水補充路３１および水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡ１と、基準時間内において第３制御バルブ４７の開放により回収路４０から水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡ２と、基準時間内において第２凝縮器５２で回収された凝縮水による給水量ＷＡ３との総和に基づいて決定される。
【００５６】
前述したように、給水量ＷＡ１は、基本的には、第１制御バルブ３３の開放時における流路面積α１と、第１制御バルブ３３の開放時間Ｔα１とに基づいて求められる。給水量ＷＡ２は、基本的には、第３制御バルブ４７の開放時の流路面積α３と、第３制御バルブ４７の開放時間Ｔα３とに基づいて求められる。前述したように第１制御バルブ３３の開放時間Ｔα１、第３制御バルブ４７の開放時間Ｔα３は、制御装置６により開放指令が出力されている時間に相当するため、制御装置６により求められる。
【００５７】
また、第２凝縮器５２からの給水量ＷＡ３は、基本的には、第２凝縮器５２に供給された水蒸気を含む酸化剤オフガスの流量ｖａ、第２凝縮器５２において凝縮する水蒸気を含む酸化剤オフガスの温度ｔａ、酸化剤オフガスの湿度ｃａといった各パラメータに基づいて演算で求められる。第２凝縮器５２において凝縮した凝縮水の水量に相当する給水量ＷＡ３は、第２回収路５０を介して、全て水浄化部４２に供給されるものとみなし得る。なお、水蒸気を含む酸化剤オフガスが飽和水蒸気とみなすこともでき、この場合には酸化剤オフガスの湿度を検知するまでもない。上記した結果、給水量ＷＡ１とＷＡ２とＷＡ３との総和である給水量ＷＡは、演算で求められる。
【００５８】
また前述したように、基準時間内において貯留室１０から吐出された吐水量ＷＢは、基本的には、基準時間内において給水路２から改質器１００または加湿器２００に供給された吐水量ＷＢ１と、基準時間内において溢水部１１から溢水された水量である吐水量ＷＢ２との総和に基づく。給水路２の流量センサ２１を廃止しているため、給水路２からの吐水量ＷＢ１は、基本的には、給水路２のポンプ２０の開度β（既知）と、基準時間においてポンプ２０が駆動した時間Ｔβとに基づいて求められる。前述したように、基準時間内においてタンク１の溢水部１１から溢水された吐水量ＷＢ２は溢水センサ１１ｅにより求められる。
【００５９】
本実施例によれば、前記した実施例と同様に、制御装置６は、基準時間内において、貯留室１０に対する給水量ＷＡと吐水量ＷＢとの水収支量ＷＸ（ＷＸ＝給水量ＷＡ−吐水量ＷＢ）を演算で求める。そして、演算結果に基づいて、貯留室１０への水補充操作が本来的に必要であるか否か演算する。演算の結果、基準時間内において給水量ＷＡよりも吐水量ＷＢが所定量以上大きい場合、貯留室１０への水補充操作が本来的に必要であると演算されるにもかかわらず、制御装置６の指令により第１制御バルブ３３が開放操作されていないないときには、異状判定手段を構成する制御装置６は、第１制御バルブ３３に異状が発生していると判定する。この場合、第１制御バルブ３３から異物を吐き出させるため、第１制御バルブ３３の開閉動作を設定回数繰り返すことができる。
【実施例６】
【００６０】
図９は実施例６を示す。本実施例は前記した実施例５と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例５と異なる部分を中心として説明する。図９に示すように、
タンク１は、事実上オーバーフローしない程度の大きな容積とされているため、溢水量を考慮するまでもない。本実施例においても、基準時間において貯留室１０へ供給された給水量ＷＡは、基本的には、基準時間内において第１制御バルブ３３の開放により第１水補充路３１および水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡ１と、基準時間内において第３制御バルブ４７の開放により回収路４０から水浄化部４２を介して貯留室１０へ供給された給水量ＷＡ２と、基準時間内において第２凝縮器５２で回収された凝縮水による給水量ＷＡ３との総和に基づいて決定される。
【００６１】
また、基準時間内において貯留室１０から吐出された吐水量ＷＢは、基本的には、基準時間内において給水路２から改質器１００または加湿器２００に供給された吐水量ＷＢ１に基づく。給水路２の流量センサ２１を廃止しているため、給水路２からの吐水量ＷＢ１は、基本的には、給水路２のポンプ２０の開度β（既知）と、基準時間においてポンプ２０が駆動した時間Ｔβとに基づいて求められる。
【００６２】
本実施例によれば、前記した実施例と同様に、制御装置６は、基準時間内において、貯留室１０に対する給水量ＷＡと吐水量ＷＢとの水収支を演算する。そして、演算に基づいて貯留室１０への水補充操作が本来的に必要であるか否か演算する。演算の結果、給水量ＷＡよりも吐水量ＷＢが所定量以上大きい場合、貯留室１０への水補充操作が本来的に必要であると演算されるにもかかわらず、第１制御バルブ３３が開放操作されないときには、異状判定手段を構成する制御装置６は、第１制御バルブ３３に異状が発生していると判定する。
【実施例７】
【００６３】
図１０は実施例７に係るフローチャートを示す。本実施例は前記した実施例４と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例４と異なる部分を中心として説明する。この場合、基準時間内において、水補充手段の積極的な水補充操作による貯留室１０への給水量が貯留室１０からの吐水量に対して多いとき、水補充手段に異状が発生していると判定する異状判定手段が設けられている。ここで、inputである給水量:ＷＡ（＝ＷＡ１＋ＷＡ２）となり、outputである吐水量ＷＢ（＝ＷＢ１＋ＷＢ２）となる。
【００６４】
ここで、タンク１の貯湯室１０から供給される吐水量ＷＢ１の状態（吐水しているか否を問題にすることなく、制御バルブ３３，４７が閉じている状態が続くにも関わらず（ＷＡ１＝ＷＡ２＝０のとき）、溢水センサ１１ｅが溢水量を検知し続ける場合が異状である。時間ｔ２は、バルブ３３，４７が開となった後における溢水検知を無視する時間であり、バルブ３３，４７開後に一定時間は溢水センサ１１ｅが溢水量を検知しないようにするためのバッファ時間を設けている。時間ｔ１は、溢水が連続して検知された場合の異状判定時間であり、予め設定されている。先ず、バルブ３３，４７のいずれかが開放か判定する（ステップＳＤ１０２）。開放であれば、設定時間ｔ２の間カウントする。溢水センサ１１ｅが溢水により吐水しているか判定する（ステップＳＤ１０４）。そしてタイマーを初期化し、カウントをスタートする（ステップＳＤ１０６）。更に、溢水センサ１１ｅが溢水を検知し、タンク１から吐水しているか判定する（ステップＳＤ１０８）。ＹＥＳであれば、タイマーカウントを終了する（ステップＳＤ１１０）。カウントした時間が設定時間ｔ１以上であれば、異状である判定する。
【００６５】
（他の実施例）
上記した実施例１によれば、第１水補充路３１を貯湯槽系に繋げ、貯湯槽系の水を第１水補充路３１を介してタンク１に供給することにしても良い。上記した実施例１によれば、燃料電池システムの水消費部として改質器１００または加湿器２００としているが、これに限らず、他のものでも良く、要するに水を使用するものであれば良い。全ての実施例において、異状である判定したとき、第１制御バルブ３３から異物を吐き出させるため、第１制御バルブ３３の開閉動作を設定回数繰り返すことができる。各実施例において、溢水部１１に設けた流量センサ１１ｅにより、溢水部１１から溢れる水量を検知しても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用等の燃料電池システム、更にはコージェネレーションシステム等の他の機器システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例１に係り、燃料電池システムの給水装置を模式的に示す構成図である。
【図２】実施例１に係り、制御則を示すフローチャートである。
【図３】実施例１に係り、他の制御則を示すフローチャートである。
【図４】実施例２に係り、他の制御則を示すフローチャートである。
【図５】実施例３に係り、燃料電池システムの給水装置を模式的に示す構成図である。
【図６】実施例４に係り、燃料電池システムの給水装置を模式的に示す構成図である。
【図７】実施例４に係り、制御則を示すフローチャートである。
【図８】実施例５に係り、燃料電池システムの給水装置を模式的に示す構成図である。
【図９】実施例６に係り、燃料電池システムの給水装置を模式的に示す構成図である。
【図１０】実施例７に係り、制御則を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１はタンク、１０は貯湯室、１１は溢水部、１１ｅは溢水センサ、１２は水位検知センサ、２は給水路、２０はポンプ、２１は流量センサ、２２は第２制御バルブ、３は第１水補充手段、３１は第１水補充路、３３は第１制御バルブ、４は第２水補充手段、４０は回収路（水回収系）、４２は水浄化部、４３は連通路、４５は凝縮器、４７は第３制御バルブ、６は制御装置（異状判定手段）、１００は改質器（水消費部）、２００は加湿器（水消費部）を示す。
【図１】
2006331656.tif 000003
【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】
2006331656.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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