(57)【要約】【課題】外部からの水供給を実施しなくても改質水を安定に供給しながら、コスト高を招くことなくカビ菌の繁殖を防止すること。【解決手段】燃料電池１と、排ガスが流通する排ガス経路２と、冷却水が循環する水循環経路３と、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器４と、排ガスを第１熱交換器４で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンク５と、水循環経路３に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプ６と、水循環経路３に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンク７と、循環ポンプ６にて冷却水の流量を調整することで、第１熱交換器４を通過した後の排ガスを第１の所定温度に制御する第１の運転モードと、排ガスを第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御する第２の運転モードとを切り替えて運転することにより、燃料電池システム１００にて水自立とカビ菌の殺菌を両立することができる。【選択図】図１
2018106952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
排ガスが流通する排ガス経路と、
前記燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、
前記排ガス経路および前記水循環経路に設けられ、前記排ガスと前記冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、
前記排ガスを前記第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を貯める貯湯タンクと、
前記循環ポンプにて前記冷却水の流量を調整することで、前記第１熱交換器を通過した後の前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を第１の所定温度に制御する第１の運転モードと、前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御する第２の運転モードとを切り替えて運転するように構成された制御器とを備えた、
燃料電池システム。
【請求項２】
水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
排ガスが流通する排ガス経路と、
前記燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、
前記排ガス経路および前記水循環経路に設けられ、前記排ガスと前記冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、
前記排ガスを前記第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を貯める貯湯タンクと、
前記水循環経路の前記貯湯タンクから前記第１熱交換器に至る経路内にラジエータを設け、
前記ラジエータでの前記冷却水の放熱量を調整することで、前記第１熱交換器を通過した後の前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を第１の所定温度に制御する第３の運転モードと、前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御する第４の運転モードとを切り替えて運転するように構成された制御器とを備えた、
燃料電池システム。
【請求項３】
前記水循環経路から前記貯湯タンクに至る経路内の分岐点から前記貯湯タンクをバイパスするように設けたバイパス経路と、
前記分岐点に設けられ、前記冷却水が流れる経路を切り替える切替手段と、を備え、
前記制御器は、前記切替手段により、前記貯湯タンクに前記冷却水が流通しないように設定した上で、前記第４の運転モードに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排ガスは、固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記排ガスは、前記燃料電池での発電に用いる水素を含有する燃料ガスを生成する水素生成装置から排出される排ガスである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記第１の運転モードと前記第２の運転モードを一定周期で切り替えることを特徴とする請求項１または請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記第３の運転モードと前記第４の運転モードを一定周期で切り替えることを特徴とする請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１の所定温度は、前記回収水タンクによって、前記燃料電池システムの運転に必要な水量を回収可能な温度であり、前記第２の所定温度は、前記回収水タンクによって回収された水中の、カビ菌が死滅する温度であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記第２の所定温度に上げた状態を、前記カビ菌が死滅する所定時間以上継続させるように構成されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記回収水タンク内の水残量を検知する水残量検知部を備え、前記制御器は、前記水残量検知部によって検知された水残量が所定量以上の場合に、前記第２の運転モードまたは前記第４の運転モードで運転するように構成されたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記貯湯タンクは前記燃料電池システムの外部に供給する貯湯水を貯留することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
排ガスが流通する排ガス経路と、
前記燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、
前記排ガス経路および前記水循環経路に設けられ、前記排ガスと前記冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、
前記排ガスを前記第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を貯める貯湯タンクと、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記循環ポンプにて前記冷却水の流量を調整することで、前記第１熱交換器を通過した後の前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を第１の所定温度に制御するステップと、
前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御するステップと、を備えた、
燃料電池システムの運転方法。
【請求項１３】
水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
排ガスが流通する排ガス経路と、
前記燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、
前記排ガス経路および前記水循環経路に設けられ、前記排ガスと前記冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、
前記排ガスを前記第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記水循環経路に設けられ、前記冷却水を貯める貯湯タンクと、
前記水循環経路の前記貯湯タンクから前記第１熱交換器に至る経路内にラジエータを備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記ラジエータでの前記冷却水の放熱量を調整することで、前記第１熱交換器を通過した後の前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を第１の所定温度に制御するステップと、
前記排ガスまたは前記凝縮水の温度を前記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御するステップと、を備えた、
燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素含有ガスを利用して発電する燃料電池を備えた燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電時の燃料として用いられる水素含有ガスは、一般的なインフラとして整備されているガスではない。このため、燃料電池システムは、通常、改質器を有する水素生成装置を備えている。この改質器は、改質反応によって、一般的なインフラである、都市ガス、天然ガス、またはＬＰガスから、水素含有ガスを生成する。改質反応としては、例えば、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。
【０００３】
この水蒸気改質反応は、原料となる都市ガス等と水蒸気とを、Ｎｉ系またはＲｕ系等の貴金属系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成する反応である。水蒸気改質反応には、原料だけでなく、水も必要である。水蒸気改質反応に使用される水は、改質水と呼ばれる。
【０００４】
改質水としては、改質触媒の劣化を防止するために、純水を用いることが一般的である。改質水として、水道水等の市水が用いられる場合には、イオン交換樹脂等を用いて、市水を純水にし、その純水が改質器に供給される。
【０００５】
また、改質器を水蒸気改質反応に適した温度にするために、燃焼器によって改質器が加熱されている。起動時には、水素生成装置を通流した原料ガスを燃焼器に戻して燃焼させ、燃料電池に水素含有ガスが供給されている時は、燃料電池から排出された燃料オフガスを燃焼器で燃焼させる。このような方法が一般的である。
【０００６】
ところで、燃料電池システムでは、一般的に、改質器での水蒸気改質反応に用いられる改質水として、燃料電池システム内部で生成された水蒸気を含んだガスが冷却され、凝縮された水が、回収されて用いられている。
【０００７】
これにより、改質水の全量を市水から供給する場合に比べて、イオン交換樹脂への負担が軽減され、燃料電池システムの運転に必要なコストを抑制することが可能となる。ただし、凝縮水を回収して貯える燃料電池システムにおいては、長期間にわたって凝縮水を貯えておくと、カビ菌が繁殖し、循環経路を詰まらせたり、腐敗する可能性がある。
【０００８】
そこで、凝縮水を蓄える回収水タンクに、加温器を備えた構成とし、回収水タンク内の回収水の温度が所定温度よりも高くなるように加温器を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第５８９１４４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の構成では、カビ菌の繁殖を抑制するために、加温器を設ける必要があり、電気を消費するとともに、コスト高を招くという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池システム外部から水を供給しなくても、燃料電池システム内部で水を回収して、燃料電池システムの運転を継続可能であり、かつ、簡易な構成で、コスト高を招くことなくカビ菌の繁殖を抑制することの可能な燃料電池システム及びその運転方法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】
【００１２】
前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、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、循環ポンプにて冷却水の流量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御する第１の運転モードと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御する第２の運転モードとを切り替えて運転するように構成された制御器とを備えたものである。
【００１３】
これによって、燃料電池システム内において必要な水を、燃料電池システム内で回収した水だけで賄いながら、簡易な構成で、コスト高を招くことなく燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止する構成が実現できる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムは、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、水循環経路の貯湯タンクから第１熱交換器に至る経路内にラジエータを設け、ラジエータでの冷却水の放熱量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御する第３の運転モードと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御する第４の運転モードとを切り替えて運転するように構成された制御器とを備えたものである。
【００１５】
これによって、ラジエータを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システム内で必要な水を、燃料電池システム内で回収した水だけで賄いながら、簡易な構成で、コスト高を招くことなく燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止する構成が実現できる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、循環ポンプにて冷却水の流量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御するステップと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御するステップと、を備えている。
【００１７】
これによって、燃料電池システム内において必要な水を、燃料電池システム内で回収した水だけで賄いながら、簡易な構成で、コスト高を招くことなく燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止する運転方法が実現できる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、水循環経路の貯湯タンクから第１熱交換器に至る経路内にラジエータを備えた燃料電池システムの運転方法であって、ラジエータでの冷却水の放熱量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御するステップと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御するステップと、を備えている。
【００１９】
これによって、ラジエータを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システム内で必要な水を、燃料電池システム内で回収した水だけで賄いながら、簡易な構成で、コスト高を招くことなく燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止する構成が実現できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池システム及びその運転方法は、燃料電池システム外部から水を供給しなくても、燃料電池システム内部で水を回収して、燃料電池システムの運転を継続可能であり、かつ、簡易な構成で、コスト高を招くことなくカビ菌の繁殖を抑制することができる（以下、燃料電池システム内で必要な水を、燃料電池システム内で回収し賄うことを水自立と呼ぶ）。このように、水自立とカビ菌対策とを両立させることで、燃料電池システムの安定した運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１における燃料電池システムの構成のブロック図
【図２】実施の形態１における燃料電池システムの運転方法のフローチャート
【図３】実施の形態２における燃料電池システムの構成のブロック図
【図４】実施の形態２における燃料電池システムの運転方法のフローチャート
【図５】実施の形態３における燃料電池システムの構成のブロック図
【図６】実施の形態３における燃料電池システムの運転方法のフローチャート
【図７】実施の形態４における燃料電池システムの構成のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の発明は、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、循環ポンプにて冷却水の流量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御する第１の運転モードと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御する第２の運転モードとを切り替えて運転するように構成された制御器とを備えることにより、水回収を優先するモードとカビ菌の繁殖を防止するモードを切り替えることになり、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、簡易な構成で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００２３】
第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムを、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、水循環経路の貯湯タンクから第１熱交換器に至る経路内にラジエータを設け、ラジエータでの冷却水の放熱量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御する第３の運転モードと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御する第４の運転モードとを切り替えて運転するように構成された制御器とを備えることにより、水回収を優先するモードとカビ菌の繁殖を防止するモードを切り替えることになり、ラジエータにより貯湯タンクがお湯で満蓄しても、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、簡易な構成で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００２４】
第３の発明は、特に、第２の発明の燃料電池システムを、水循環経路から貯湯タンクに至る経路内の分岐点から貯湯タンクをバイパスするように設けたバイパス経路と、分岐点に設けられ、冷却水が流れる経路を切り替える切替手段と、を備え、制御器は、切替手段により、貯湯タンクに冷却水が流通しないように設定した上で、第４の運転モードに切り替えることにより、カビ菌を殺菌する時は貯湯タンクをバイパスすることになり、貯湯タンクでのお湯の蓄積状況に寄らず、燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００２５】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、排ガスは、固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスとすることにより、固体酸化物形燃料電池から排出される高温の排ガスを利用することになり、固体酸化物形燃料電池を搭載した燃料電池システムにおいて、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、簡易な構成で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００２６】
第５の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、排ガスは、燃料電池での発電に用いる水素を含有する燃料ガスを生成する水素生成装置から排出される排ガスであることにより、水素生成装置から排出される高温の排ガスを利用することになり、水素生成装置を搭載した燃料電池システムにおいて、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、簡易な構成で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００２７】
第６の発明は、特に、第１または第３〜第５のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、制御器は、第１の運転モードと第２の運転モードを一定周期で切り替えることにより、水回収を優先するモードとカビ菌の繁殖を防止するモードを切り替えることになり、一定周期で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００２８】
第７の発明は、特に、第２〜第５のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、制御器は、第３の運転モードと第４の運転モードを一定周期で切り替えることにより、水回収を優先するモードとカビ菌の繁殖を防止するモードを切り替えることになり、一定周期で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００２９】
第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、第１の所定温度は、回収水タンクによって、燃料電池システムの運転に必要な水量を回収可能な温度であり、第２の所定温度は、回収水タンクによって回収された水中の、カビ菌が死滅する温度であることにより、水回収とカビ菌の繁殖を防止両立させることになり、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００３０】
第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、制御器は、第２の所定温度に上げた状態を、カビ菌が死滅する所定時間以上継続させるように構成されたことにより、カビ菌を死滅することが可能となり、燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００３１】
第１０の発明は、特に、第１〜第９のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、回収水タンク内の水残量を検知する水残量検知部を備え、制御器は、水残量検知部によって検知された水残量が所定量以上の場合に、第２の運転モードまたは第４の運転モードで運転するように構成されたことにより、回収水に余裕があるときにのみカビ菌の殺菌を行えるようになり、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、簡易な構成で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００３２】
第１１の発明は、特に、第１〜第１０のいずれか１つの発明の燃料電池システムを、貯湯タンクは燃料電池システムの外部に供給する貯湯水を貯留することにより、貯湯タンクに貯えられたお湯を燃料電池システムの外部で使用することが可能となり、燃料電池システム内で発生した熱を有効利用しながら、燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００３３】
第１２の発明は、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、循環ポンプにて冷却水の流量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御するステップと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御するステップと、を備えたことにより、水回収を優先するモードとカビ菌の繁殖を防止するモードを切り替えることになり、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、簡易な構成で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００３４】
第１３の発明は、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、排ガスが流通する排ガス経路と、燃料電池から発生する熱を冷却する冷却水が循環する水循環経路と、排ガス経路および水循環経路に設けられ、排ガスと冷却水との間で熱交換させる第１熱交換器と、排ガスを第１熱交換器で冷却して生成された凝縮水を回収する回収水タンクと、水循環経路に設けられ、冷却水を循環させる循環ポンプと、水循環経路に設けられ、冷却水を貯める貯湯タンクと、水循環経路の貯湯タンクから第１熱交換器に至る経路内にラジエータを備えた燃料電池システムの運転方法であって、ラジエータでの冷却水の放熱量を調整することで、第１熱交換器を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度に制御するステップと、排ガスまたは凝縮水の温度を第１の所定温度よりも高い第２の所定温度に制御するステップと、を備えたにより、水回収を優先するモードとカビ菌の繁殖を防止するモードを切り替えることになり、ラジエータにより貯湯タンクがお湯で満蓄しても、燃料電池システム内で必要な水量を、燃料電池システム内で回収した水量だけで賄いながら、簡易な構成で燃料電池システム内でのカビ菌の繁殖を防止することができる。
【００３５】
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。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における燃料電池システムの構成のブロック図を示すものである。
【００３７】
図１において、燃料電池システム１００は、固体酸化物形燃料電池１と、排ガス経路２と、水循環経路３と、第１熱交換器４と、回収水タンク５と、循環ポンプ６と、貯湯タンク７と、温度センサ８と、水残量検知部９と、改質器１０と、制御器１１とを備える。
【００３８】
固体酸化物形燃料電池１は、原料および水蒸気を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１０と、改質器１０において生成された水素含有ガスを燃料として用いて発電する燃料電池とが、一体化したホットモジュールとして構成されている。固体酸化物形燃料電池１では、燃料電池で使用されなかった、アノードオフガスとカソードオフガスとを燃焼させることで、改質器１０および燃料電池における反応に必要な温度帯を、改質器１０および燃料電池に維持させるためのエネルギーが確保されている。そして、固体酸化物形燃料電池１において燃焼された後の排ガスは、排ガス経路２を通して、固体酸化物形燃料電池１の外部に供給される。
【００３９】
排ガス経路２は、排ガスが流通する経路である。
【００４０】
水循環経路３は、排ガス経路２を通して固体酸化物形燃料電池１から排出された排ガスを冷却するための冷却水が循環する経路である。本実施の形態では、燃料電池である固体酸化物形燃料電池１から排出される排ガスを冷却するために、冷却水が用いられている。
【００４１】
第１熱交換器４は、排ガス経路２の排ガスと、水循環経路３の冷却水とを熱交換させるための熱交換器であり、排ガス経路２および水循環経路３の両方の経路にまたがって設けられている。
【００４２】
回収水タンク５は、排ガス経路２を通して第１熱交換器４に供給された排ガスが、水循環経路３の冷却水により熱交換されて冷却されることにより生成された凝縮水を回収するタンクである。本実施の形態における回収水タンク５は、凝縮水を貯えるタンクであって、排ガスは、タンク内の上部空間を流通して排出され、凝縮水だけがタンク内に貯まるような構成であるものとする。
【００４３】
循環ポンプ６は、水循環経路３の冷却水を循環させるポンプである。
【００４４】
貯湯タンク７は、水循環経路３に設けられ、第１熱交換器４にて排ガスの熱により温められた冷却水を貯めるタンクである。貯湯タンク７は貯めた水を燃料電池システム１００の外部に供給することができる。燃料電池システム１００の外部に供給された水は、給湯や風呂、暖房などに使用することができる。本実施の形態においては、水循環経路３にて冷却水は、第１熱交換器４、貯湯タンク７、循環ポンプ６の順に循環するものとする。しかしながら、本実施の形態はこの例に限定されるものではなく、第１熱交換器４、循環ポンプ６、貯湯タンク７の順に配置されていてもよい。
【００４５】
温度センサ８は、排ガス経路２から供給され、第１熱交換器４を通過した排ガス及び凝縮水の温度を計測するセンサである。温度センサ８としては、熱電対やサーミスタがあるが、本実施の形態ではサーミスタを用いた。
【００４６】
水残量検知部９は、回収水タンク５内の凝縮水の水量を検知するものである。水残量検知部９としては、回収水タンク５内の液面の位置を検知するフロートスイッチを用いる。
【００４７】
水残量検知部９は、改質器１０に供給される改質水を不足させないために、回収水タンク５内の水位を管理するものである。水残量検知部９にて水量が不足する場合には、燃料電池システム１００を、燃料電池システム１００内の水を回収するように運転する。また、水残量検知部９にて水量が十分に存在する場合には、燃料電池システム１００にてカビ菌を殺菌する運転を行うことができる。
【００４８】
改質器１０は、原料および水蒸気を用いた改質反応により水素含有ガスを生成するものである。
【００４９】
制御器１１は、循環ポンプ６にて水循環経路３に流通する冷却水の流量を調整することで、第１熱交換器４を通過した後の排ガスまたは凝縮水の温度を温度センサ８の計測値を用いて制御する装置である。制御器１１は、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）とを備えている。演算処理部には、ＣＰＵが例示される。記憶部には、メモリーが例示される。
【００５０】
以上のように構成された、本実施の形態の燃料電池システム１００について、以下、その動作、および作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器１１が、燃料電池システム１００の各構成要素を制御することによって行われるものとする。
【００５１】
固体酸化物形燃料電池１は、原料および水蒸気を用いて、改質反応によって水素含有ガスを生成する改質器１０を有している。改質器１０における改質反応に用いるため、固体酸化物形燃料電池１には、改質水が供給される。改質水は、固体酸化物形燃料電池１内の熱を用いて蒸発させることが一般的である。
【００５２】
ここで、改質水の不純物を除去するイオン交換樹脂を削減し、燃料電池システム１００のコストを低減するために、本実施の形態では、改質水として用いる水として、燃料電池システム１００内の水を回収し、利用する。
【００５３】
燃料電池システム１００内で回収される水は、水道水に比べると、改質反応に用いるのに適した高純度の水である。したがって、イオン交換樹脂の負荷を軽減したり、イオン交換樹脂を不要にしたりすることが可能となる。
【００５４】
固体酸化物形燃料電池１では、燃料電池で使用されなかったアノードオフガスとカソードオフガスとを燃焼させて、改質器での改質反応および燃料電池での発電に必要な温度帯（一例として６００℃から１０００℃）に、改質器１０および燃料電池を維持するためのエネルギーが供給されている。本実施の形態では、その排ガス中に、固体酸化物形燃料電池１において必要な改質水量よりも多くの水量が含有されている。
【００５５】
そこで、排ガス経路２を通して、排ガス（一例として２００℃から３００℃）を第１熱交換器４に供給し、排ガスは、第１熱交換器４において、水循環経路３の冷却水により冷却される。これにより、排ガス中に含有されている水蒸気を凝縮させる。凝縮された水は、回収水タンク５により回収されて、改質水として改質器１０に供給される。ここで、第１熱交換器４において、排ガスを何℃まで冷却させるかによって、回収水タンク５によって回収される水量は変化する。
【００５６】
第１熱交換器４に流通する冷却水の流量が減少すると、第１熱交換器４での排ガスを冷却する能力が低下するため、第１熱交換器４から出る排ガスの温度は上昇する。本実施の形態の燃料電池システム１００では、第１熱交換器４から出る排ガスを４５℃程度まで冷却させることが出来れば、回収水タンク５において改質水として必要な水量を確保することが出来る。しかしながら、第１熱交換器４から出る排ガスの温度が４５℃を上回ると、回収水タンク５において、改質水として必要な水量よりも少ない水量しか回収出来なくなる。また、第１熱交換器４から出る排ガスの温度は温度センサ８を用いて計測する。
【００５７】
次に、第１熱交換器４において排ガスを冷却する冷却水が流れる、水循環経路３について説明する。第１熱交換器４を通過した冷却水は、排ガスの熱を受けて温度が上昇する。温度が上昇したままでは、再度、第１熱交換器４に循環ポンプ６を用いて冷却水を供給しても、排ガスを冷却することは出来ない。
【００５８】
そのため、貯湯タンク７を用いて、排ガスを冷却するのに適した冷却水を提供する。第１熱交換器４にて温められた冷却水を貯湯タンク７に供給する。貯湯タンク７内には水が貯められており、温められた冷却水は貯湯タンク７内の上部に貯められる。そして、貯湯タンク７内の下部に貯められている冷たい冷却水を貯湯タンク７から循環ポンプ６に向けて供給する。そうすることで、貯湯タンク７内に温められた水（温水）が貯えられ、貯湯タンク７から冷たい冷却水を供給することが出来る。なお、貯湯タンク７に貯められた温水は、燃料電池システム１００外部にて給湯や風呂、暖房などに利用される。
【００５９】
ここで、各構成要素の温度および流量を、本実施の形態の燃料電池システム１００の水自立が成立するように制御し続けると、回収水タンク５、および、第１熱交換器４から排出される排ガスまたは凝縮水が流通する経路に、カビ菌が繁殖する可能性がある。
【００６０】
ここで、カビ菌とは、大気中に存在する菌類であり、カビ菌が繁殖すると、水経路の詰まりが引き起こされる可能性がある。カビ菌は、高温にすることで殺菌可能であり、例えば、５０℃以上に加熱することにより、約３０分程度でカビ菌を滅殺することができる。
【００６１】
そこで、カビ菌を殺菌する場合には、循環ポンプ６により水循環経路３に流通する冷却水の流量を低減し、第１熱交換器４に流通する冷却水流量を低減することにより、第１熱交換器４での排ガスの冷却能力を低減し、温度センサ８で計測する排ガスまたは凝縮水の温度が５０℃以上になるような制御を、制御器１１により行う。そうすることで、回収水タンク５、および、第１熱交換器４から排出される排ガスまたは凝縮水が流通する経路を、５０℃以上にすることができ、カビ菌を殺菌することができる。
【００６２】
このとき、高温になった排ガスが、回収水タンク５内の凝縮水と接触することにより、凝縮水が加熱され、回収水タンク５内のカビ菌を殺菌することもできる。
【００６３】
なお、回収水タンク５内の凝縮水は、排ガスと同等温度以下にしか温まらないため、装置構成によっては、凝縮水の温度が５０℃以上に温まるように、循環ポンプ６を制御する必要がある。
【００６４】
図２は、実施の形態１における燃料電池システムの運転方法のフローチャートである。
【００６５】
本実施の形態では、図２のフローチャートに示されるように、まず、制御器１１は、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度が第１の所定温度となるように制御する第１の運転モード（通常モード）で燃料電池システム１００の運転を開始する（Ｓ１０１）。ここで、第１の所定温度は、燃料電池システム１００において必要な量の水を回収可能な温度であれば良く、本実施の形態では、例えば、第１の所定温度を４０℃とする。
【００６６】
次に、制御器１１は、第１タイマのカウントを開始する（Ｓ１０２）。そして、制御器１１は、第１タイマが第１の所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ１０３）。ここで、第１の所定時間とは、カビ菌を殺菌する周期であり、本実施の形態では、第１の所定時間を１００時間とし、カビ菌の殺菌が１００時間毎に行われることとなる。ステップＳ１０３において、第１タイマが所定時間経過したと判断されたら（Ｓ１０３，ＹＥＳ）、次に、制御器１１は、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度を第２の所定温度に制御する第２の運転モード（メンテナンスモード）で燃料電池システム１００を運転開始する（Ｓ１０４）。一方、ステップＳ１０３において、第１タイマが第１の所定時間を経過するまでは（Ｓ１０３，ＮＯ）、ステップＳ１０３が繰り返され、第１の運転モードが継続される。
【００６７】
ここで、第２の所定温度とは、後述する第２の所定時間でカビ菌を殺菌するための排ガスまたは凝縮水の温度であり、本実施の形態では、第２の所定温度を５５℃としている。この温度にすることで、第１熱交換器４後の排ガスまたは凝縮水の経路および回収水タンク５内の凝縮水の殺菌を行うことができる。
【００６８】
次に、制御器１１は、第２タイマのカウントを開始する（Ｓ１０５）。そして、制御器１１は、第２タイマが第２の所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ１０６）。ここで、第２の所定時間は、前述の第２の所定温度において、カビ菌を殺菌するのに必要な時間であり、本実施の形態では、第２の所定時間を３０分としている。第２の所定時間は、カビ菌を殺菌するときの温度によって異なり、殺菌時の温度である第２の所定温度を高温にすればするほど、殺菌に要する時間（第２の所定時間）を短縮させることが可能である。
【００６９】
制御器１１が、第２タイマが第２の所定時間を経過したと判断すれば（Ｓ１０６，ＹＥＳ）、第１タイマと第２タイマのカウントがリセットされる（Ｓ１０７）。一方、第２タイマが第２の所定時間を経過するまでは（Ｓ１０６，ＮＯ）、ステップＳ１０６が繰り返され、第２の運転モードが継続される。
【００７０】
第１タイマおよび第２タイマをリセットした上で、制御器１１は、ステップＳ１０１に制御を戻す。このように、燃料電池システム１００で発電がなされている間は、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までの動作が繰り返し実行される。
【００７１】
以上のように、本実施の形態においては、循環ポンプ６にて冷却水の流量を調整することで、第１の運転モードと、第２の運転モードとを切り替えて運転することにより、燃料電池システム１００において、改質反応等に必要な水を、市水等の外部から供給することなく賄うことができるので、燃料電池システム１００に、外部からカビ菌が持ち込まれるリスクを低減させることができる。さらに、例えば定期的に、運転モードを変更して、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度を、通常の運転時よりも高い温度にすることにより、カビ菌を殺菌して、燃料電池システム１００内において、カビ菌が繁殖し、水経路の詰まりが発生することを防止できる。
【００７２】
なお、排ガス経路１を流通させる排ガスは、燃料電池システム１００内部で発生した水蒸気を含有したガスであれば、如何なるものであっても構わない。例えば、燃料電池での発電に用いられる水素含有ガスを生成する水素生成装置から排出された燃焼排ガス、ならびに、燃料電池から排出された、アノードオフガスおよびカソードオフガス等が挙げられる。
【００７３】
また、回収水タンク５は、排ガスから凝縮された水が、排ガスとともに燃料電池システム１００の外部に排出されてしまうことがないように、凝縮水を回収することが出来れば、如何なる構成であっても構わない。
【００７４】
なお、第２の所定温度および第２の所定時間は、装置構成によって異なるため、カビ菌を殺菌できれば、上述の値に限定されず、如何なる温度および時間であっても構わない。
【００７５】
（実施の形態２）
実施の形態２における燃料電池システムの構成について図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２における燃料電池システムの構成のブロック図である。なお、実施の形態１と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００７６】
図３に示す燃料電池システム２００においては、水循環経路３に、冷却水の流れ方向に対して、貯湯タンク７の下流側にラジエータ１２とファン１３を備える点で実施の形態１と異なっている。
【００７７】
ラジエータ１２は、水循環経路３を流れる冷却水が保有する熱を放熱させ、冷却水を冷却する装置である。本実施の形態では、ラジエータ１２に別途設けられたファン１３等の冷却部により、燃料電池システム２００の外部から空気が取り込まれ、取り込まれた空気により冷却水が冷却された後、温められた空気が燃料電池システム２００の外部に放出されるような構成となっている。
【００７８】
本実施の形態における燃料電池システム２００を構成する各機器の動作にて、実施の形態１と異なる点について述べる。
【００７９】
本実施の形態では、水循環経路３において冷却水の流れ方向に対して、貯湯タンク７の下流側にラジエータ１２を設けることで、貯湯タンク７に温水が限界まで貯まった場合においても、温度センサ８により計測される排ガスまたは凝縮水の温度を所定値以下に下げ、回収水タンク５にて回収される水量を確保し、燃料電池システム２００内での水自立を成立させることが出来る。
【００８０】
貯湯タンク７では、温水を貯湯タンク７の上部に貯めて、冷たい冷却水を貯湯タンク７から送り出す。貯湯タンク７に温水が限界まで貯まった場合には、第１熱交換器４に排ガスを冷却するのに適した水温の冷却水を供給するために、ラジエータ１２にて温水を冷却する。
【００８１】
このような燃料電池システム２００において、貯湯タンク７に温水が限界まで貯まっている際に、排ガスまたは凝縮水および回収水タンク５のカビ菌を殺菌する方法として、ラジエータ１２での冷却量を低減することで、第１熱交換器４に供給する冷却水温度を高め、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度をカビ菌の殺菌に適した温度にまで高める。
【００８２】
以上のように構成された燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を、図４を参照しながら説明する。
【００８３】
図４は、実施の形態２における燃料電池システムの運転方法のフローチャートである。この動作は制御器１１の制御によって実行される。図４に示すように、制御器１１は、燃料電池システム２００にて貯湯タンク７に温水が限界まで貯まっている状態にて、動作を行う。
【００８４】
制御器１１は、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度が第１の所定温度となるように制御する第３の運転モード（通常モード）で燃料電池システム２００の運転を開始する（Ｓ２０１）。ここで、第１の所定温度は、燃料電池システム２００において水自立が成立するために必要な水回収を行える温度であれば良く、本実施の形態では、例えば、第１の所定温度を３５℃とする。
【００８５】
次に、制御器１１は、第３タイマのカウントを開始する（Ｓ２０２）。そして、制御器１１は、第３タイマが第１の所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ２０３）。ここで、第１の所定時間とは、カビ菌を殺菌する周期であり、本実施の形態では、第１の所定時間を５０時間とし、カビ菌の殺菌が５０時間毎に行われることとなる。ステップＳ２０３において、第３タイマが所定時間経過したと判断されたら（Ｓ２０３，ＹＥＳ）、次に、制御器１１は、回収水タンク５の水残量が所定量以上か判定する（Ｓ２０４）。一方、ステップＳ２０３において、第３タイマが第１の所定時間を経過するまでは（Ｓ２０３，ＮＯ）、ステップＳ２０３が繰り返され、第３の運転モードが継続される。
【００８６】
ステップＳ２０４において、制御器１１は、水残量検知部９により、回収水タンク５に水が所定量以上存在するか否かを判定する。水が所定量以上存在しない場合は（Ｓ２０４，ＮＯ）、ステップＳ２０４が繰り返される。また、水が所定量以上存在する場合は（Ｓ２０４，ＹＥＳ）、次に、制御器１１は、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度を第２の所定温度に制御する第４の運転モード（メンテナンスモード）で燃料電池システム２００を運転開始する（Ｓ２０５）。本実施の形態では、一例として、所定量の水は３００ｍＬの水量であるとする。
【００８７】
ここで、第２の所定温度とは、後述する第２の所定時間でカビ菌を殺菌するための排ガスまたは凝縮水の温度であり、本実施の形態では、第２の所定温度を６０℃としている。この温度にすることで、第１熱交換器４後の排ガスまたは凝縮水の経路および回収水タンク５内の凝縮水の殺菌も行うことができる。なお、第２の所定温度の温度設定は装置構成によって異なるため、カビ菌を殺菌できれば、上述の温度に限定されず、如何なる温度であっても構わない。
【００８８】
次に、制御器１１は、第４タイマのカウントを開始する（Ｓ２０６）。そして、制御器１１は、第４タイマが第２の所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ２０７）。ここで、第２の所定時間は、前述の第２の所定温度において、カビ菌を殺菌するのに必要な時間であり、本実施の形態では、第２の所定時間を２０分としている。第２の所定時間は、カビ菌を殺菌するときの温度によって異なり、殺菌時の温度である第２の所定温度を高温にすればするほど、殺菌に要する時間（第２の所定時間）を短縮させることが可能である。
【００８９】
制御器１１が、第４タイマが第２の所定時間を経過したと判断すれば（Ｓ２０７，ＹＥＳ）、第３タイマと第４タイマのカウントがリセットされる（Ｓ２０８）。一方、第４タイマが第２の所定時間を経過するまでは（Ｓ２０７，ＮＯ）、ステップＳ２０７が繰り返され、第４の運転モードが継続される。
【００９０】
第３タイマおよび第４タイマをリセットした上で、制御器１１は、ステップＳ２０１に制御を戻す。このように、燃料電池システム２００にて貯湯タンク７に温水が限界まで貯まっている間は、ステップＳ２０１からステップＳ２０８までの動作が繰り返し実行される。
【００９１】
以上のように、本実施の形態においては、貯湯タンク７の下流側にラジエータ１２とファン１３を備えることにより、ラジエータ１２で冷却水の温度を冷却することが出来るため、貯湯タンク７に温水が限界まで貯まっている場合でも水自立とカビ菌の殺菌を両立させることが出来る。
【００９２】
（実施の形態３）
実施の形態３における燃料電池システムの構成について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３における燃料電池システムの構成のブロック図である。なお、実施の形態２と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００９３】
図５に示す燃料電池システム３００においては、水循環経路３にバイパス経路１４と、切替手段１５を備える点で実施の形態２と異なっている。
【００９４】
バイパス経路１４は、水循環経路３において、貯湯タンク７をバイパスする経路である。バイパス経路１４により、貯湯タンク７を通過することなく、冷却水を水循環経路３にて循環することができる。
【００９５】
切替手段１５は、水循環経路３において、冷却水を貯湯タンク７側に流通させるか、バイパス経路１４側に流通させるか切り替えるものである。切替手段１５としては、電磁弁を貯湯タンク７側の経路とバイパス経路１４の両方に設け、それぞれの電磁弁の開閉を切り替えることで行っても良いし、３方弁を用いても良い。本実施の形態では３方弁を用いる。
【００９６】
切替手段１５により、冷却水をバイパス経路１４側に流通させることで、貯湯タンク７での温水の貯まり具合に寄らず、ラジエータ１２に高温の冷却水を供給することが可能となる。そのため、第１熱交換器４後の排ガスまたは凝縮水の温度を通常よりも高め、カビ菌を殺菌する際には、切替手段１５をバイパス経路１４側に切替ることで、確実にカビ菌を殺菌することが可能となる。また、カビ菌を殺菌する以外の運転では、切替手段１５を貯湯タンク７側に切り替えることで、温水を貯湯タンク７に貯えることが出来る。
【００９７】
以上のように構成された燃料電池システム３００について、以下その動作、作用を、図６を参照しながら説明する。
【００９８】
図６は、実施の形態３における燃料電池システムの運転方法のフローチャートである。この動作は制御器１１の制御によって実行される。図６に示すように、制御器１１は、燃料電池システム３００にて発電が開始された時点をスタートとし、常時以下の動作を行う。
【００９９】
制御器１１は、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度が第１の所定温度となるように制御する第５の運転モード（通常モード）で燃料電池システム３００の運転を開始する（Ｓ３０１）。ここで、第１の所定温度は、燃料電池システム３００において水自立が成立するために必要な水回収を行える温度であれば良く、本実施の形態では、例えば、第１の所定温度を４０℃とする。
【０１００】
次に、制御器１１は、第５タイマのカウントを開始する（Ｓ３０２）。そして、制御器１１は、第５タイマが第１の所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ３０３）。ここで、第１の所定時間とは、カビ菌を殺菌する周期であり、本実施の形態では、第１の所定時間を１００時間とし、カビ菌の殺菌が１００時間毎に行われることとなる。ステップＳ３０３において、第５タイマが所定時間経過したと判断されたら（Ｓ３０３，ＹＥＳ）、次に、制御器１１は、回収水タンク５の水残量が所定量以上か判定する（Ｓ３０４）。一方、ステップＳ３０３において、第５タイマが第１の所定時間を経過するまでは（Ｓ３０３，ＮＯ）、ステップＳ３０３が繰り返され、第５の運転モードが継続される。
【０１０１】
ステップＳ３０４において、制御器１１は、水残量検知部９により、回収水タンク５に水が所定量以上存在するか否かを判定する。水が所定量以上存在しない場合は（Ｓ３０４，ＮＯ）、ステップＳ３０４が繰り返される。また、水が所定量以上存在する場合は（Ｓ３０４，ＹＥＳ）、次に、制御器１１は、切替手段１５により、貯湯タンク７に冷却水が流通しないように設定する（Ｓ３０５）。
【０１０２】
次に、制御器１１は、第１熱交換器４を通過した排ガスまたは凝縮水の温度を第２の所定温度に制御する第６の運転モード（メンテナンスモード）で燃料電池システム３００を運転開始する（Ｓ３０６）。
【０１０３】
次に、制御器１１は、第６タイマのカウントを開始する（Ｓ３０７）。そして、制御器１１は、第６タイマが第２の所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ３０８）。ここで、第２の所定時間は、前述の第２の所定温度において、カビ菌を殺菌するのに必要な時間であり、本実施の形態では、第２の所定時間を３０分としている。第２の所定時間は、カビ菌を殺菌するときの温度によって異なり、殺菌時の温度である第２の所定温度を高温にすればするほど、殺菌に要する時間（第２の所定時間）を短縮させることが可能である。
【０１０４】
制御器１１が、第６タイマが第２の所定時間を経過したと判断すれば（Ｓ３０８，ＹＥＳ）、第５タイマと第６タイマのカウントがリセットされる（Ｓ３０９）。一方、第６タイマが第２の所定時間を経過するまでは（Ｓ３０８，ＮＯ）、ステップＳ３０８が繰り返され、第６の運転モードが継続される。
【０１０５】
第５タイマおよび第６タイマをリセットした上で、制御器１１は、切替手段１５により、貯湯タンク７に冷却水を流通するように設定する（Ｓ３１０）。次に、ステップＳ３０１に制御を戻す。このように、燃料電池システム３００にて、ステップＳ３０１からステップＳ３１０までの動作が繰り返し実行される。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態においては、水循環経路３にバイパス経路１４と、切替手段１５を設けることにより、切替手段１５で貯湯タンク７をバイパスして冷却水を循環することが出来る。そのため、貯湯タンクの状態に寄らず、ラジエータ１２により、冷却水の温度を調整することが出来るため、水自立とカビ菌の殺菌を両立させることが出来る。
【０１０７】
（実施の形態４）
実施の形態４における燃料電池システムの構成について図７を用いて説明する。図７は、実施の形態４における燃料電池システムの構成のブロック図である。
【０１０８】
実施の形態４に係る燃料電池システム４００の構成は、図７に示されるように、図５に示された実施の形態３の燃料電池システム３００の構成と比較して、固体酸化物形燃料電池１の代わりに、排ガスを排出する水素生成装置１６を備え、水素生成装置１６が生成した水素含有ガスを用いて発電する燃料電池１７、さらに、水循環経路３上に第２熱交換器１８を加えた構成であり、上述の点以外は、実施の形態３と同様である。
【０１０９】
本実施の形態の燃料電池システム４００で使用される燃料電池１７は固体高分子形燃料電池であり、水素生成装置１６は、固体高分子形燃料電池に水素含有ガスを供給する装置である。なお、水素生成装置１６は、水素含有ガスを生成するための改質器（図示せず）１０、および、改質器１０を加熱するための燃焼器（図示せず）を備えており、その燃焼器から排出される排ガスが、排ガス経路２を流通する。ここで、水素生成装置１６の作動温度は、一例として６００℃から７００℃であり、排ガスの温度は一例として、８０℃から９０℃である。
【０１１０】
第２熱交換器１８は、水循環経路３に設けられた熱交換器である。本実施の形態においては、第１熱交換器４を流通した冷却水が第２熱交換器１８を通り、切替手段１５の方に流れる構成である。第２熱交換器１８においては、冷却水の熱と、燃料電池１７で発生する熱との間で熱交換が行われる。第２熱交換器１８は、燃料電池１７を冷却水で冷却する熱交換器であり、燃料電池において発生する熱を、冷却水にて回収するものである。
【０１１１】
本実施の形態と実施の形態３とは上記構成において異なるが、回収水タンク５での水回収による水自立と、カビ菌の殺菌を両立させる動作、作用は実施の形態３と同様であるため省略する。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態においては、排ガスを排出する水素生成装置１６が生成した水素含有ガスを用いて発電する燃料電池１７を備えることにより、固体高分子形燃料電池と水素生成装置１６とを用いる燃料電池システム４００でも、水自立とカビ菌の殺菌を両立することが出来、燃料電池システム４００の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１１３】
本実施の形態上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良および他の実施の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、その構造および機能の少なくともいずれかの詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
以上述べたように、本開示によれば、外部からの水供給を実施しなくても改質水を安定に供給しながら、カビ菌の繁殖を防止できるという格別な効果を奏することができる。よって、本開示は、水素含有ガスを利用して発電する燃料電池を備えた燃料電池システム、およびその運転方法、さらには、安定した発電をおこないたい用途、例えば家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの用途等にも適用でき、有用である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  固体酸化物形燃料電池
２  排ガス経路
３  水循環経路
４  第１熱交換器
５  回収水タンク
６  循環ポンプ
７  貯湯タンク
８  温度センサ
９  水残量検知部
１０  改質器
１１  制御器
１２  ラジエータ
１３  ファン
１４  バイパス経路
１５  切替手段
１６  水素生成装置
１７  燃料電池
１８  第２熱交換器
１００  燃料電池システム
２００  燃料電池システム
３００  燃料電池システム
４００  燃料電池システム
【図１】
2018106952.tif 000003
【図２】
2018106952.tif 000004
【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】
2018106952.tif 000009