(57)【要約】【課題】システム内部の設計自由度を向上させることができると共に、システムの設置性向上と設置コスト削減を実現することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムＳ１において、燃料電池１６の発電に伴い排出された排ガスは、熱交換器２２において冷媒との間で熱交換され、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮されて生成された凝縮水は、改質器１４の改質水として利用するために凝縮水タンク２４に貯留される。凝縮水タンク２４の水位が減少する場合、冷媒の加熱温度が低下するように、水位センサ２６及び加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０が制御され、冷媒の循環流量が増加する。一方、凝縮水タンク２４の水位が増加する場合には、冷媒の加熱温度が上昇するように、水位センサ２６及び加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０が制御され、冷媒の循環流量が減少する。【選択図】図１
2018125072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質水を用いて原料ガスを水蒸気改質し、改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電が行われると共に、発電に伴い水蒸気を含む排ガスを排出する燃料電池と、
前記排ガスと冷媒との間で熱交換して前記排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し凝縮水を生成する熱交換器と、
前記熱交換器との間で前記冷媒が循環する冷媒供給部と、
前記改質水として利用される前記凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
前記冷媒の循環流量を調節する循環ポンプと、
前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記循環ポンプを制御して、前記冷媒の循環流量を増加させ、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記循環ポンプを制御して、前記冷媒の循環流量を減少させる制御装置と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記凝縮水タンクの水位を検出する水位センサと、
前記排ガスによる前記冷媒の加熱温度を検出する加熱温度センサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記冷媒の加熱温度の目標値を低く設定すると共に、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記目標値を高く設定し、前記設定された目標値に前記冷媒の加熱温度が一致するように、前記加熱温度センサの検出信号に基づいて前記循環ポンプを制御し、前記冷媒の循環流量を調節する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータをさらに備え、
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、前記ラジエータを作動させる、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、
前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させる、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、
前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、
前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、
前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、
前記冷媒供給経路に設けられ、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、
前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させ、
前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である場合、又は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えた場合には、前記燃料電池の運転を停止させる、
請求項２〜請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、前記燃料電池の出力を抑制する、
請求項２〜請求項７のいずれか一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、水蒸気改質方式の燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気改質方式の燃料電池システムでは、燃料電池の排ガスを冷却することで排ガスに含まれる水蒸気を凝縮させ、改質器の改質水として再利用することが一般的である。そのため、排ガスを十分に冷却し改質水よりも多くの凝縮水を得ることで改質水に不足が生じないように、排ガスと熱交換する冷媒の流量や燃料電池の発電出力を制御する方法が提唱されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
しかしながら、上記方法では、凝縮水が不足しないように制御することはできても、凝縮水が過剰になることは避けられない。そこで、過剰な凝縮水を排水経路によりシステム外部に排出する技術が採用される（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１９０８６号公報
【特許文献２】特開２０１１−３４７０１号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような過剰な凝縮水を排水経路によりシステム外部に排出する燃料電池システムでは、凝縮水をシステム外部に排出するために、システム内部に排水経路が必要になると共に、システム外部にも排水を排水升等へ導くための配管設備等が必要になる。
【０００６】
そのため、排水勾配を設けるか又は排水ポンプが必要になるが、この場合には、システム内部の構成に制約が生じることになる。さらに、システム設置箇所の近傍には排水設備が必要であり、システム設置環境にも制約が生じると共に、システム外部の機器の複雑化に伴いシステム設置作業の高コスト化を招くことになる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、システム内部の設計自由度を向上させることができると共に、システムの設置性向上と設置コスト削減を実現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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の燃料電池システムは、改質水を用いて原料ガスを水蒸気改質し、改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電が行われると共に、発電に伴い水蒸気を含む排ガスを排出する燃料電池と、前記排ガスと冷媒との間で熱交換して前記排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し凝縮水を生成する熱交換器と、前記熱交換器との間で前記冷媒が循環する冷媒供給部と、前記改質水として利用される前記凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、前記冷媒の循環流量を調節する循環ポンプと、前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記循環ポンプを制御して、前記冷媒の循環流量を増加させ、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記循環ポンプを制御して、前記冷媒の循環流量を減少させる制御装置と、を備える。
【０００９】
この燃料電池システムでは、凝縮水タンクの水位が減少する場合には、冷媒の循環流量が増加するように、循環ポンプが制御される。このように冷媒の循環流量が増加すると、冷媒の加熱温度が低下し、排ガスと冷媒との温度差が広がることで排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。したがって、凝縮水タンクの水位の減少を抑制することができる。
【００１０】
一方、凝縮水タンクの水位が増加する場合には、冷媒の循環流量が減少するように、循環ポンプが制御される。このように冷媒の循環流量が減少すると、冷媒の加熱温度が上昇し、排ガスと冷媒との温度差が縮まることで排ガスと冷媒との間の熱交換が抑制され、凝縮水の生成量が減少する。したがって、凝縮水タンクの水位の増加を抑制することができる。
【００１１】
このように、上記燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が減少する場合には、凝縮水の生成量が増加し、凝縮水タンクの水位の減少を抑制することができる。また、凝縮水タンクの水位が増加する場合には、凝縮水の生成量が減少し、凝縮水タンクの水位の増加を抑制することができる。これにより、凝縮水（改質水）を過不足の無い適正な量に調節することができる。
【００１２】
したがって、過剰な凝縮水を排水経路によりシステム外部に排出する必要が無いので、システム内部の排水経路が不要になると共に、システム外部の配管設備等も不要になる。これにより、システム内部の設計自由度を向上させることができると共に、システムの設置性向上と設置コスト削減を実現することができる。
【００１３】
なお、請求項２に記載のように、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記凝縮水タンクの水位を検出する水位センサと、前記排ガスによる前記冷媒の加熱温度を検出する加熱温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記冷媒の加熱温度の目標値を低く設定すると共に、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記目標値を高く設定し、前記設定された目標値に前記冷媒の加熱温度が一致するように、前記加熱温度センサの検出信号に基づいて前記循環ポンプを制御し、前記冷媒の循環流量を調節しても良い。
【００１４】
この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位に応じて冷媒の加熱温度の目標値が設定される。この目標値は、凝縮水タンクの水位が適正な水位になるように設定される。そして、この設定された目標値に冷媒の加熱温度が一致するように、循環ポンプが制御され、冷媒の循環流量が調節される。これにより、凝縮水タンクの水位を適正な水位に保つことができる。
【００１５】
また、請求項３に記載のように、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータをさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、前記ラジエータを作動させても良い。
【００１６】
この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合、すなわち、凝縮水タンクの凝縮水（改質水）が不足している場合には、ラジエータが作動する。したがって、ラジエータが作動することで、熱交換器に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。これにより、凝縮水タンクの水位を規定低位レベル以上にすることができる。
【００１７】
また、請求項４に記載のように、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させても良い。
【００１８】
この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、冷媒の温度が規定上限温度以上である場合、すなわち、凝縮水タンクの凝縮水（改質水）が不足しそうな場合には、ラジエータが作動する。したがって、ラジエータが作動することで、熱交換器に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。これにより、凝縮水タンクの水位を規定低位レベル以上にすることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載のように、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節しても良い。
【００２０】
この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、冷媒の温度が規定下限温度未満である場合、すなわち、凝縮水タンクの凝縮水（改質水）が過剰であり、且つ、凝縮水の生成量が増加し続けそうな場合には、流量調節弁が開放される。流量調節弁が開放されると、冷媒供給経路と冷媒回収経路とを連結するバイパス流路に冷媒が流れることで、冷媒供給経路を通じて熱交換器に供給される冷媒の温度が上昇する。そして、ここでは、熱交換器に供給される冷媒の温度が上述の規定下限温度になるように流量調節弁の開度が調節される。したがって、凝縮水の生成量を適正な量に調節することができるので、凝縮水タンクの水位が規定高位レベルを上回ることを抑制することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載のように、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、前記冷媒供給経路に設けられ、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させ、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節しても良い。
【００２２】
この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、冷媒の温度が規定上限温度以上である場合、すなわち、凝縮水タンクの凝縮水（改質水）が不足しそうな場合には、ラジエータが作動する。したがって、ラジエータが作動することで、熱交換器に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。これにより、凝縮水タンクの水位を規定低位レベル以上にすることができる。
【００２３】
しかも、この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、冷媒の温度が規定下限温度未満である場合、すなわち、凝縮水タンクの凝縮水（改質水）が過剰であり、且つ、凝縮水の生成量が増加し続けそうな場合には、流量調節弁が開放される。流量調節弁が開放されると、冷媒供給経路と冷媒回収経路とを連結するバイパス流路に冷媒が流れることで、冷媒供給経路を通じて熱交換器に供給される冷媒の温度が上昇する。そして、ここでは、熱交換器に供給される冷媒の温度が上述の規定下限温度になるように流量調節弁の開度が調節される。したがって、凝縮水の生成量を適正な量に調節することができるので、凝縮水タンクの水位が規定高位レベルを上回ることを抑制することができる。
【００２４】
また、請求項７に記載のように、請求項２〜請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である場合、又は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えた場合には、前記燃料電池の運転を停止させても良い。
【００２５】
この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である場合、又は、凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えた場合には、燃料電池の運転が停止される。したがって、改質水の不足による不具合の発生を回避することができる。
【００２６】
また、請求項８に記載のように、請求項２〜請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、前記燃料電池の出力を抑制しても良い。
【００２７】
この燃料電池システムによれば、凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、燃料電池の出力が抑制される。これにより、改質水の消費量が抑制され、凝縮水タンクの水位が更に低下することを回避することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上詳述したように、本発明によれば、システム内部の設計自由度を向上させることができると共に、システムの設置性向上と設置コスト削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】冷媒の循環流量と冷媒の加熱温度との関係の一例を示すグラフである。
【図３】冷媒の加熱温度と凝縮水の生成量との関係の一例を示すグラフである。
【図４】排ガスが所定の温度である場合の熱交換器に供給される冷媒の温度と冷媒の加熱温度と凝縮水の生成量との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第一実施形態における凝縮水タンクの水位と、それに対応する制御内容との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の第一実施形態における制御装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図８】本発明の第二実施形態における凝縮水タンクの水位と、熱交換器に供給される冷媒の温度と、それらに対応する制御内容との関係の一例を示す図である。
【図９】本発明の第二実施形態における制御装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第三実施形態における凝縮水タンクの水位と、熱交換器に供給される冷媒の温度と、それらに対応する制御内容との関係の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第三実施形態における制御装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図１３】本発明の第四実施形態における凝縮水タンクの水位と、該水位に対応する制御内容との関係の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第四実施形態における制御装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第五実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図１６】本発明の第五実施形態における凝縮水タンクの水位と、該水位に対応する制御内容との関係の一例を示す図である。
【図１７】本発明の第五実施形態における制御装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第六実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図１９】本発明の第六実施形態における制御装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第七実施形態における制御装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第一実施形態］
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
【００３１】
図１には、本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムＳ１がブロック図にて示されている。図１に示されるように、第一実施形態に係る燃料電池システムＳ１は、燃料電池モジュール１０と、貯湯タンク２０と、熱交換器２２と、凝縮水タンク２４と、水位センサ２６と、加熱温度センサ２８と、循環ポンプ３０と、制御装置３２とを備える。
【００３２】
燃料電池モジュール１０は、気化器１２と、改質器１４と、燃料電池１６（セルスタック）とを有する。この燃料電池モジュール１０は、原料ガス供給経路３４、酸化剤ガス供給経路３６、及び、改質水供給経路３８と接続されている。燃料電池モジュール１０には、原料ガス供給経路３４、酸化剤ガス供給経路３６、及び、改質水供給経路３８を通じて原料ガス、酸化剤ガス、及び、改質水がそれぞれ供給される。
【００３３】
原料ガス供給経路３４には、原料ガスを流通させるブロワ４０が設けられており、酸化剤ガス供給経路３６には、酸化剤ガスを流通させるブロワ４２が設けられている。また、改質水供給経路３８には、改質水を流通させるポンプ４４が設けられている。原料ガス供給経路３４を流通する原料ガスとしては、例えば、都市ガス、液化石油ガス、バイオガスなどのメタンを含む炭化水素系ガスが使用される。
【００３４】
改質水供給経路３８を流通する改質水は、燃料電池モジュール１０に設けられた気化器１２によって気化され、気化器１２にて改質水が気化されて生じた水蒸気は、改質器１４に供給される。また、改質器１４には、原料ガス供給経路３４を通じてメタンを含む炭化水素系の原料ガスが供給される。この改質器１４には、水蒸気改質器が適用されている。
【００３５】
そして、改質器１４では、改質水が気化されて生じた水蒸気を利用して原料ガスが水蒸気改質され、水素を含む改質ガスが生成される。メタンを含む炭化水素系ガスが原料ガスとして使用された場合、改質器１４における水蒸気改質反応は、下記式（１）の通りである。
【００３６】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２・・・・（１）
【００３７】
燃料電池１６には、一例として、固体酸化物形燃料電池が適用されている。この燃料電池１６は、例えば、セルスタックであり、積層された複数のセルを有している。各セルは、燃料極、電解質層、空気極を有している。各セルの燃料極には、改質器１４にて生成された改質ガスが供給され、各セルの空気極には、酸化剤ガス（空気）が供給される。
【００３８】
空気極では、下記式（２）で示されるように、酸化剤ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層を通って燃料極に到達する。
【００３９】
（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−・・・（２）
【００４０】
一方、燃料極では、下記式（３）及び式（４）で示されるように、電解質層を通ってきた酸素イオンが改質ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水及び二酸化炭素と、電子が生成される。燃料極で生成された電子は、外部回路を通って空気極に到達する。
【００４１】
そして、このようにして電子が燃料極から空気極に移動することにより、各セルにおいて発電される。また、各セルは、発電時に上記電気化学反応に伴って発熱する。この発熱により、燃料極で生成された水は、水蒸気となる。このため、燃料極にて発生するアノードオフガスには、水蒸気が含まれている。燃料電池１６から排ガス経路４６を通じて排出される排ガスには、水蒸気を含むアノードオフガスが含まれている。
【００４２】
（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−・・・（３）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−・・・（４）
【００４３】
熱交換器２２は、排ガス経路４６を介して燃料電池１６と接続されると共に、貯湯循環経路４８を介して貯湯タンク２０と接続されている。「冷媒供給部」の一例である貯湯タンク２０には、湯水が貯留されており、貯湯タンク２０と熱交換器２２との間では、貯湯循環経路４８を通じて湯水が循環する。この湯水は、熱交換器２２にて排ガスと熱交換する冷媒として機能する。以下、湯水を冷媒として称して説明する。
【００４４】
燃料電池１６から排ガス経路４６を通じて排出された排ガスが熱交換器２２に供給されると共に、貯湯循環経路４８を通じて冷媒が熱交換器２２に供給されると、熱交換器２２では、排ガスと冷媒との間で熱交換が行われる。そして、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮し凝縮水が生成される。
【００４５】
凝縮水タンク２４は、凝縮水経路５０を介して熱交換器２２と接続されている。この凝縮水タンク２４には、熱交換器２２にて生成された凝縮水が貯留される。また、この凝縮水タンク２４は、上述の改質水供給経路３８を介して燃料電池モジュール１０と接続されている。凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水は、改質水供給経路３８を通じて燃料電池モジュール１０に改質水として供給される。凝縮水経路５０には、排気経路５２が接続されており、排ガスに含まれるガス成分は、排気経路５２を通じて凝縮水経路５０から排出される。
【００４６】
水位センサ２６は、凝縮水タンク２４の水位を検出するためのものであり、Ｈレベル検出部５４と、Ｌレベル検出部５６とを有する。Ｈレベル検出部５４及びＬレベル検出部５６は、それぞれ凝縮水タンク２４の高位レベル（Ｈレベル）及び低位レベル（Ｌレベル）に対応する高さに設けられている。以降、凝縮水タンク２４の高位レベルをＨレベルと称し、凝縮水タンク２４の低位レベルをＬレベルと称する。Ｈレベルは、予め定められる「規定高位レベル」に相当し、Ｌレベルは、予め定められる「規定低位レベル」に相当する。Ｈレベル検出部５４及びＬレベル検出部５６は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル及びＬレベルに達している場合に、それぞれ検出信号を出力する。
【００４７】
具体的には、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合には、Ｈレベル検出部５４及びＬレベル検出部５６の両方から検出信号が出力され、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上である場合には、Ｌレベル検出部５６のみから検出信号が出力される。また、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合には、Ｈレベル検出部５４及びＬレベル検出部５６のいずれからも検出信号が出力されない。凝縮水タンク２４のＨレベルは、例えば、凝縮水タンクの貯水率が８０％の高さに設定され、凝縮水タンク２４のＬレベルは、例えば、凝縮水タンクの貯水率が４０％の高さに設定される。
【００４８】
加熱温度センサ２８は、貯湯循環経路４８を構成する冷媒供給経路６０及び冷媒回収経路６２のうち、冷媒回収経路６２に設けられている。この加熱温度センサ２８は、冷媒回収経路６２における熱交換器２２の出口近傍に設けられている。この加熱温度センサ２８は、熱交換器２２において排ガスによって加熱された冷媒の加熱温度（加熱後の温度）を検出し、加熱温度に応じた検出信号を出力する。
【００４９】
循環ポンプ３０は、一例として、冷媒供給経路６０に設けられている。循環ポンプ３０が作動すると、貯湯循環経路４８を通じて貯湯タンク２０と熱交換器２２との間で冷媒が循環する。循環ポンプ３０は、回転数を調節可能となっており、循環ポンプ３０の回転数が調節されることにより、冷媒の循環流量が調節される。
【００５０】
制御装置３２は、例えば演算装置や記憶装置等を有する電子回路を備える。この制御装置３２の記憶部には、水位センサ２６の検出信号、及び、加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御するためのプログラムが記憶されている。制御装置３２の演算装置は、そのプログラムを実行して、循環ポンプ３０の回転数を調節する。
【００５１】
循環ポンプ３０の回転数が調節されると、冷媒の循環流量が調節される。また、冷媒の循環流量が調節されると、排ガスと冷媒との間で熱交換される熱量が調節され、ひいては、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して得られる凝縮水の生成量が調節される。
【００５２】
ここで、図２には、冷媒の循環流量と冷媒の加熱温度との関係の一例が示されている。図２に示されるように、冷媒の循環流量が増加すると、冷媒の加熱温度が下がり、冷媒の循環流量が減少すると、冷媒の加熱温度が上昇する。このように、冷媒の循環流量と冷媒の加熱温度との間には、相関関係がある。
【００５３】
また、図３には、冷媒の加熱温度と凝縮水の生成量との関係の一例が示されている。図３に示されるように、水蒸気を含む高温流体である排ガスの場合、冷媒の加熱温度が低下すると、排ガスと冷媒との温度差が広がることで排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。一方、冷媒の加熱温度が上昇すると、排ガスと冷媒との温度差が縮まることで排ガスと冷媒との間の熱交換が抑制され、凝縮水の生成量が減少する。このように、冷媒の加熱温度と凝縮水の生成量との間にも相関関係がある。
【００５４】
制御装置３２は、上述の冷媒の循環流量と冷媒の加熱温度との間の相関関係、及び、冷媒の加熱温度と凝縮水の生成量との間の相関関係を利用し、冷媒の循環流量を調節することにより、冷媒の加熱温度、ひいては、熱交換器２２にて得られる凝縮水の生成量を調節する。
【００５５】
熱交換器２２にて生成された凝縮水は、上述の如く、凝縮水タンク２４を経て燃料電池モジュール１０に改質水として供給される。凝縮水が不足すると、燃料電池モジュール１０に供給される改質水が不足し、改質器１４にて所望の量の改質ガスを得られなくなる。このため、改質水に不足が生じないようにする必要がある。
【００５６】
一方、凝縮水が過剰に生成されると、過剰な凝縮水をシステム外部に排出する必要があり、そのためには、システム内部に排水経路が必要になると共に、システム外部にも排水を排水升等へ導くための配管設備等が必要になる。この場合には、排水勾配を設けるか又は排水ポンプが必要になり、システム内部の構成に制約が生じることになる。さらに、システム設置箇所の近傍には排水設備が必要になり、システム設置環境にも制約が生じると共に、システム外部の機器の複雑化に伴いシステム設置作業の高コスト化を招くことになる。
【００５７】
そこで、制御装置３２は、凝縮水に過不足が生じないように、水位センサ２６の検出信号、及び、加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御する。具体的には、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号に基づいて、冷媒の加熱温度の目標値を設定すると共に、設定された目標値に冷媒の加熱温度が一致するように、加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御する。
【００５８】
図４には、排ガスが所定の温度である場合の熱交換器に供給される冷媒の温度と冷媒の加熱温度と凝縮水の生成量との関係の一例が示されている。この場合の所定の温度は、例えば、燃料電池モジュール１０が定常運転しているときの平均的な温度であり、具体的には、例えば、２３０℃である。図４において、折れ線グラフＧは、システムにとって過不足の無い凝縮水（改質水）の量を表している。また、折れ線グラフＧの下側は、凝縮水が過多である状態を示し、折れ線グラフＧの上側は、凝縮水（改質水）が不足している状態を示している。
【００５９】
制御装置３２は、折れ線グラフＧで示される量の凝縮水が得られるように、循環ポンプ３０を制御して、冷媒の循環流量、ひいては、冷媒の加熱温度を調節する。折れ線グラフＧで示される凝縮水の生成量は、凝縮水（改質水）に過不足の無い適正な値である。
【００６０】
図５には、第一実施形態における凝縮水タンク２４の水位と、それに対応する制御内容との関係の一例が示されている。図５に示されるように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合には、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定し、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上である場合には、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を７５℃に設定し、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合には、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定する。
【００６１】
次に、本発明の第一実施形態において、凝縮水の生成量を調節するための制御装置３２のより具体的な動作について説明する。
【００６２】
図６には、第一実施形態における制御装置３２の動作の流れの一例がフローチャートにて示されている。制御装置３２は、上述のプログラムを実行することで、図６に示されるステップＳ１−１〜ステップＳ１−６を繰り返し実行する。
【００６３】
ステップＳ１−１では、制御装置３２が、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水の水位を計測する。具体的には、制御装置３２は、Ｈレベル検出部５４及びＬレベル検出部５６の両方から検出信号が出力される場合には、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上であるとし、Ｌレベル検出部５６のみから検出信号が出力される場合には、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上であるとし、Ｈレベル検出部５４及びＬレベル検出部５６のいずれからも検出信号が出力されない場合には、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満であるとする。
【００６４】
ステップＳ１−２では、制御装置３２が、ステップＳ１−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ１−１にて計測した凝縮水の水位がＬレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ１−３に移行する。
【００６５】
ステップＳ１−３では、制御装置３２が、ステップＳ１−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ１−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ１−４に移行する。
【００６６】
ステップＳ１−４では、制御装置３２が、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を７５℃に設定する。そして、制御装置３２は、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴが目標値である７５℃になるように、加熱温度センサ２８からの検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御し、冷媒の循環流量を調節する。これにより、凝縮水（改質水）の生成量が過不足の無い適正な量に調節される。
【００６７】
一方、ステップＳ１−３において、制御装置３２は、ステップＳ１−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ１−５に移行する。
【００６８】
ステップＳ１−５では、制御装置３２が、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定する。そして、制御装置３２は、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴが目標値である８５℃になるように、加熱温度センサ２８からの検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御し、冷媒の循環流量を調節する。これにより、凝縮水（改質水）の生成量が過不足の無い適正な量に調節される。
【００６９】
また、ステップＳ１−２において、制御装置３２は、ステップＳ１−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ１−６に移行する。
【００７０】
ステップＳ１−６では、制御装置３２が、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定する。そして、制御装置３２は、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴが目標値である６５℃になるように、加熱温度センサ２８からの検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御し、冷媒の循環流量を調節する。これにより、凝縮水（改質水）の生成量が過不足の無い適正な量に調節される。
【００７１】
このように、制御装置３２は、凝縮水（改質水）を過不足の無い適正な量にするために、水位センサ２６の検出信号に基づいて、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を設定する。つまり、凝縮水タンク２４の水位が減少する場合には、水位センサ２６の検出信号に基づいて冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を低く設定し、凝縮水タンク２４の水位が増加する場合には、水位センサ２６の検出信号に基づいて目標値を高く設定する。そして、設定された目標値に冷媒の加熱温度ＴＯＵＴが一致するように、加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御する。
【００７２】
次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。
【００７３】
以上詳述したように、第一実施形態に係る燃料電池システムＳ１では、凝縮水タンク２４の水位が減少する場合には、冷媒の循環流量が増加するように、循環ポンプ３０が制御される。このように冷媒の循環流量が増加すると、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴが低下し、排ガスと冷媒との温度差が広がることで排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。したがって、凝縮水タンク２４の水位の減少を抑制することができる。
【００７４】
一方、凝縮水タンク２４の水位が増加する場合には、冷媒の循環流量が減少するように、循環ポンプ３０が制御される。このように冷媒の循環流量が減少すると、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴが上昇し、排ガスと冷媒との温度差が縮まることで排ガスと冷媒との間の熱交換が抑制され、凝縮水の生成量が減少する。したがって、凝縮水タンク２４の水位の増加を抑制することができる。
【００７５】
このように、第一実施形態に係る燃料電池システムＳ１によれば、凝縮水タンク２４の水位が減少する場合には、凝縮水の生成量が増加し、凝縮水タンク２４の水位の減少を抑制することができる。また、凝縮水タンク２４の水位が増加する場合には、凝縮水の生成量が減少し、凝縮水タンク２４の水位の増加を抑制することができる。これにより、凝縮水（改質水）を過不足の無い適正な量に調節することができる。
【００７６】
したがって、過剰な凝縮水を排水経路によりシステム外部に排出する必要が無いので、システム内部の排水経路が不要になると共に、システム外部の配管設備等も不要になる。これにより、システム内部の設計自由度を向上させることができると共に、システムの設置性向上と設置コスト削減を実現することができる。
【００７７】
しかも、燃料電池システムによれば、凝縮水タンク２４の水位に応じて冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値が設定される。この目標値は、凝縮水タンク２４の水位が適正な水位になるように設定される。そして、この設定された目標値に冷媒の加熱温度ＴＯＵＴが一致するように、循環ポンプ３０が制御され、冷媒の循環流量が調節される。これにより、凝縮水タンク２４の水位を適正な水位に保つことができる。
【００７８】
［第二実施形態］
【００７９】
図７には、本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムＳ２がブロック図にて示されている。図７に示される第二実施形態に係る燃料電池システムＳ２は、上述の第一実施形態に係る燃料電池システムＳ１に対し、次のように構成が変更されている。
【００８０】
すなわち、第二実施形態に係る燃料電池システムＳ２には、ラジエータ７０及び冷媒温度センサ７２が追加されている。ラジエータ７０は、冷媒供給経路６０に設けられている。このラジエータ７０は、熱交換器２２に供給される冷媒を冷却するように作動する。このラジエータ７０には、例えば、冷媒が流通する熱交換部とファンが設けられており、ファンが作動することで熱交換部に供給される冷媒が冷却される。ラジエータ７０が作動すると、熱交換器２２に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。
【００８１】
冷媒温度センサ７２は、貯湯循環経路４８を構成する冷媒供給経路６０及び冷媒回収経路６２のうち、冷媒供給経路６０に設けられている。この冷媒温度センサ７２は、冷媒供給経路６０における熱交換器２２の入口近傍に設けられている。この冷媒温度センサ７２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度に応じた検出信号を出力する。
【００８２】
制御装置３２は、凝縮水に過不足が生じないように、水位センサ２６の検出信号、加熱温度センサ２８の検出信号、及び、冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて循環ポンプ３０及びラジエータ７０を制御する。具体的には、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号に基づいて、冷媒の加熱温度の目標値を設定すると共に、設定された目標値に冷媒の加熱温度が一致するように、加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御する。また、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号及び冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて、ラジエータ７０の作動の要否を決定すると共に、この決定に基づいてラジエータ７０を制御する。
【００８３】
図８には、第二実施形態における凝縮水タンク２４の水位と、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮと、それらに対応する制御内容との関係の一例が示されている。図８に示されるように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合には、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定すると共に、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上である場合には、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を７５℃に設定すると共に、ラジエータ７０を停止状態とする。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合には、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定すると共に、ラジエータ７０を作動（ＯＮ）させる。
【００８４】
次に、本発明の第二実施形態において、凝縮水の生成量を調節するための制御装置３２のより具体的な動作について説明する。
【００８５】
図９には、第二実施形態における制御装置３２の動作の流れの一例がフローチャートにて示されている。制御装置３２は、図９に示されるステップＳ２−１〜ステップＳ２−８を繰り返し実行する。
【００８６】
ステップＳ２−１では、制御装置３２が、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水の水位を計測し、ステップＳ２−２では、制御装置３２が、ステップＳ２−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ２−１にて計測した凝縮水の水位がＬレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ２−３に移行する。
【００８７】
ステップＳ２−３では、制御装置３２が、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ２−４に移行する。ステップＳ２−４〜ステップＳ２−６は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−３〜ステップＳ１−５と同様である。
【００８８】
一方、ステップＳ２−２において、制御装置３２は、ステップＳ２−１にて計測した凝縮水の水位がＬレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ２−７に移行する。
【００８９】
ステップＳ２−７では、制御装置３２が、ラジエータ７０を作動（ＯＮ）させる。そして、制御装置３２は、ステップＳ２−８に移行する。ステップＳ２−８は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−６と同様である。
【００９０】
このように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合には、ラジエータ７０を作動させる。ラジエータ７０が作動すると、熱交換器２２に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。
【００９１】
次に、本発明の第二実施形態の作用及び効果について、第一実施形態とは異なる点を説明する。
【００９２】
以上詳述したように、第二実施形態に係る燃料電池システムＳ２によれば、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合、すなわち、凝縮水タンク２４の凝縮水（改質水）が不足しそうな場合に、ラジエータ７０が作動する。したがって、ラジエータ７０が作動することで、熱交換器２２に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。これにより、凝縮水タンク２４の水位をＬレベル以上にすることができる。
【００９３】
［第三実施形態］
【００９４】
本発明の第三実施形態は、上述の第二実施形態に対し、制御装置３２の動作が異なる。なお、第三実施形態に係る燃料電池システムＳ３については、図７を参照することにする。
【００９５】
図１０には、第三実施形態における凝縮水タンク２４の水位と、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮと、それらに対応する制御内容との関係の一例が示されている。図１０に示されるように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮに関わらず、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定すると共に、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上である場合には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮに関わらず、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を７５℃に設定すると共に、ラジエータ７０を停止状態とする。
【００９６】
また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃未満であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定すると共に、ラジエータ７０を停止状態とする。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定すると共に、ラジエータ７０を作動（ＯＮ）させる。
【００９７】
なお、第三実施形態において、冷媒の温度ＴＩＮ＝３５℃は、ラジエータ７０を作動させるか否かの一指標となる「規定上限温度」の一例である。
【００９８】
次に、本発明の第三実施形態において、凝縮水の生成量を調節するための制御装置３２のより具体的な動作について説明する。
【００９９】
図１１には、第三実施形態における制御装置３２の動作の流れの一例がフローチャートにて示されている。制御装置３２は、図１１に示されるステップＳ３−１〜ステップＳ３−１０を繰り返し実行する。
【０１００】
ステップＳ３−１では、制御装置３２が、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水の水位を計測し、ステップＳ３−２では、制御装置３２が、ステップＳ３−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ３−１にて計測した凝縮水の水位がＬレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ３−３に移行する。
【０１０１】
ステップＳ３−３では、制御装置３２が、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ３−４に移行する。ステップＳ３−４〜ステップＳ３−６は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−３〜ステップＳ１−５（第二実施形態におけるステップＳ２−４〜ステップＳ２−６）と同様である。
【０１０２】
一方、ステップＳ３−２において、制御装置３２は、ステップＳ３−１にて計測した凝縮水の水位がＬレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ３−７に移行する。
【０１０３】
ステップＳ３−７では、制御装置３２が、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃未満であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃未満であると判断した場合には、ステップＳ３−８に移行する。
【０１０４】
ステップＳ３−８では、制御装置３２が、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ３−９に移行する。ステップＳ３−９は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−６（第二実施形態におけるステップＳ２−８）と同様である。
【０１０５】
一方、ステップＳ３−７において、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上であると判断した場合には、ステップＳ３−１０に移行する。
【０１０６】
ステップＳ３−１０では、制御装置３２が、ラジエータ７０を作動（ＯＮ）させる。そして、制御装置３２は、ステップＳ３−９に移行する。
【０１０７】
このように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満で、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上である場合には、ラジエータ７０を作動させる。ラジエータ７０が作動すると、熱交換器２２に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。
【０１０８】
次に、本発明の第三実施形態の作用及び効果について、第一実施形態とは異なる点を説明する。
【０１０９】
以上詳述したように、第三実施形態に係る燃料電池システムＳ３によれば、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満で、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上である場合、すなわち、凝縮水タンク２４の凝縮水（改質水）が不足しそうな場合には、ラジエータ７０が作動する。したがって、ラジエータ７０が作動することで、熱交換器２２に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。これにより、凝縮水タンク２４の水位をＬレベル以上にすることができる。
【０１１０】
［第四実施形態］
【０１１１】
図１２には、本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムＳ４がブロック図にて示されている。図１２に示される第四実施形態に係る燃料電池システムＳ４は、上述の第一実施形態に係る燃料電池システムＳ１に対し、次のように構成が変更されている。
【０１１２】
すなわち、第四実施形態に係る燃料電池システムＳ４には、バイパス流路８０、流量調節弁８２、及び、冷媒温度センサ７２が追加されている。バイパス流路８０は、貯湯タンク２０から熱交換器２２に冷媒が流れる冷媒供給経路６０と、熱交換器２２から貯湯タンク２０に冷媒が流れる冷媒回収経路６２とを連結する。
【０１１３】
流量調節弁８２は、バイパス流路８０に設けられている。流量調節弁８２が開放されると、冷媒供給経路６０と冷媒回収経路６２とを連結するバイパス流路８０に冷媒が流れることで、冷媒供給経路６０を通じて熱交換器２２に供給される冷媒の温度が上昇する。流量調節弁８２には、電磁弁が適用されている。この流量調節弁８２は、バイパス流路８０を流れる冷媒の流量を調節可能である。
【０１１４】
冷媒温度センサ７２は、上述の第二実施形態の冷媒温度センサ７２と同様である。この冷媒温度センサ７２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度に応じた検出信号を出力する。
【０１１５】
制御装置３２は、凝縮水に過不足が生じないように、水位センサ２６の検出信号、加熱温度センサ２８の検出信号、及び、冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて循環ポンプ３０及び流量調節弁８２を制御する。具体的には、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号に基づいて、冷媒の加熱温度の目標値を設定すると共に、設定された目標値に冷媒の加熱温度が一致するように、加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御する。また、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号及び冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて、流量調節弁８２を制御する。
【０１１６】
図１３には、第四実施形態における凝縮水タンク２４の水位と、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮと、それらに対応する制御内容との関係の一例が示されている。図１３に示されるように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定すると共に、流量調節弁８２の開度を調節する。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃以上であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定すると共に、流量調節弁８２を閉状態とする。
【０１１７】
また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上である場合には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮに関わらず、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を７５℃に設定すると共に、流量調節弁８２を閉状態とする。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮに関わらず、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定すると共に、流量調節弁８２を閉状態とする。
【０１１８】
なお、第四実施形態において、冷媒の温度ＴＩＮ＝２５℃は、流量調節弁８２の開度を調節するか否かの一指標となる「規定下限温度」の一例である。
【０１１９】
次に、本発明の第四実施形態において、凝縮水の生成量を調節するための制御装置３２のより具体的な動作について説明する。
【０１２０】
図１４には、第四実施形態における制御装置３２の動作の流れの一例がフローチャートにて示されている。制御装置３２は、図１４に示されるステップＳ４−１〜ステップＳ４−１１を繰り返し実行する。
【０１２１】
ステップＳ４−１では、制御装置３２が、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水の水位を計測し、ステップＳ４−２では、制御装置３２が、ステップＳ４−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ４−１にて計測した凝縮水の水位がＬレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ４−３に移行する。
【０１２２】
ステップＳ４−３では、制御装置３２が、ステップＳ４−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ４−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル以上であるがＨレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ４−４に移行する。
【０１２３】
ステップＳ４−４では、制御装置３２が、流量調節弁８２を閉状態とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ４−５に移行する。ステップＳ４−５は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−４（第二実施形態におけるステップＳ２−５、及び、第三実施形態におけるステップＳ３−５）と同様である。
【０１２４】
一方、ステップＳ４−３において、制御装置３２は、ステップＳ４−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ４−６に移行する。
【０１２５】
ステップＳ４−６では、制御装置３２が、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃以上であると判断した場合には、ステップＳ４−７に移行する。
【０１２６】
ステップＳ４−７では、制御装置３２が、流量調節弁８２を閉状態とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ４−８に移行する。ステップＳ４−８は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−５（第二実施形態におけるステップＳ２−６、及び、第三実施形態におけるステップＳ３−６）と同様である。
【０１２７】
一方、ステップＳ４−６において、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満であると判断した場合には、ステップＳ４−９に移行する。
【０１２８】
ステップＳ４−９では、制御装置３２が、流量調節弁８２の開度を調節する。このとき、制御装置３２は、より具体的には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃になるように、冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて流量調節弁８２の開度を調節する。そして、制御装置３２は、ステップＳ４−８に移行する。
【０１２９】
このように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上で、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満である場合には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが規定温度になるように流量調節弁８２の開度を調節する。これにより、凝縮水の生成量が適正な量に調節される。
【０１３０】
なお、ステップＳ４−２において、制御装置３２が、ステップＳ４−１にて計測した凝縮水の水位がＬ未満であると判断した場合には、ステップＳ４−１０に移行する。
【０１３１】
ステップＳ４−１０では、制御装置３２が、流量調節弁８２を閉状態とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ４−１１に移行する。ステップＳ４−１１は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−６（第二実施形態におけるステップＳ２−８、及び、第三実施形態におけるステップＳ３−９）と同様である。
【０１３２】
次に、本発明の第四実施形態の作用及び効果について、第一実施形態とは異なる点を説明する。
【０１３３】
以上詳述したように、第四実施形態に係る燃料電池システムＳ４によれば、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上で、冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満である場合、すなわち、凝縮水タンク２４の凝縮水（改質水）が過剰であり、且つ、凝縮水の生成量が増加し続けそうな場合には、流量調節弁８２が開放される。流量調節弁８２が開放されると、冷媒供給経路６０と冷媒回収経路６２とを連結するバイパス流路８０に冷媒が流れることで、冷媒供給経路６０を通じて熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが上昇する。そして、ここでは、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃になるように流量調節弁８２の開度が調節される。したがって、凝縮水の生成量を適正な量に調節することができるので、凝縮水タンク２４の水位がＨレベルを上回ることを抑制することができる。
【０１３４】
［第五実施形態］
【０１３５】
図１５には、本発明の第五実施形態に係る燃料電池システムＳ５がブロック図にて示されている。図１５に示される第五実施形態に係る燃料電池システムＳ５は、上述の第一実施形態に係る燃料電池システムＳ１に対し、次のように構成が変更されている。
【０１３６】
すなわち、第五実施形態に係る燃料電池システムＳ５には、ラジエータ７０及び冷媒温度センサ７２が追加されている。ラジエータ７０及び冷媒温度センサ７２は、上述の第二実施形態のラジエータ７０及び冷媒温度センサ７２と同様である。ラジエータ７０は、熱交換器２２に供給される冷媒を冷却するように作動し、冷媒温度センサ７２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度に応じた検出信号を出力する。
【０１３７】
また、第五実施形態に係る燃料電池システムＳ５には、バイパス流路８０及び流量調節弁８２が追加されている。バイパス流路８０及び流量調節弁８２は、上述の第三実施形態のバイパス流路８０及び流量調節弁８２と同様である。バイパス流路８０は、冷媒供給経路６０と冷媒回収経路６２とを連結し、流量調節弁８２は、バイパス流路８０を流れる冷媒の流量を調節可能である。
【０１３８】
制御装置３２は、凝縮水に過不足が生じないように、水位センサ２６の検出信号、加熱温度センサ２８の検出信号、及び、冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて循環ポンプ３０、ラジエータ７０、及び、流量調節弁８２を制御する。具体的には、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号に基づいて、冷媒の加熱温度の目標値を設定すると共に、設定された目標値に冷媒の加熱温度が一致するように、加熱温度センサ２８の検出信号に基づいて循環ポンプ３０を制御する。また、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号及び冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて、ラジエータ７０の作動の要否を決定すると共に、この決定に基づいてラジエータ７０を制御する。また、制御装置３２は、水位センサ２６の検出信号及び冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて、流量調節弁８２を制御する。
【０１３９】
図１６には、第五実施形態における凝縮水タンク２４の水位と、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮと、それらに対応する制御内容との関係の一例が示されている。図１６に示されるように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定すると共に、流量調節弁８２の開度を調節し、且つ、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃以上であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を８５℃に設定すると共に、流量調節弁８２を閉状態とし、且つ、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。
【０１４０】
また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上である場合には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮに関わらず、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を７５℃に設定すると共に、流量調節弁８２を閉状態とし、且つ、ラジエータ７０を停止状態とする。
【０１４１】
また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃未満であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定すると共に、流量調節弁８２を閉状態とし、且つ、ラジエータ７０を停止状態とする。また、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上であるときには、冷媒の加熱温度ＴＯＵＴの目標値を６５℃に設定すると共に、流量調節弁８２を閉状態とし、ラジエータ７０を作動（ＯＮ）させる。
【０１４２】
なお、第五実施形態において、冷媒の温度ＴＩＮ＝３５℃は、ラジエータ７０を作動させるか否かの一指標となる「規定上限温度」の一例であり、冷媒の温度ＴＩＮ＝２５℃は、流量調節弁８２の開度を調節するか否かの一指標となる「規定下限温度」の一例である。
【０１４３】
次に、本発明の第五実施形態において、凝縮水の生成量を調節するための制御装置３２のより具体的な動作について説明する。
【０１４４】
図１７には、第五実施形態における制御装置３２の動作の流れの一例がフローチャートにて示されている。制御装置３２は、図１７に示されるステップＳ５−１〜ステップＳ５−１５を繰り返し実行する。
【０１４５】
ステップＳ５−１では、制御装置３２が、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水の水位を計測し、ステップＳ５−２では、制御装置３２が、ステップＳ５−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ５−１にて計測した凝縮水の水位がＬレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ５−３に移行する。
【０１４６】
ステップＳ５−３では、制御装置３２が、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ５−４に移行する。
【０１４７】
ステップＳ５−４では、制御装置３２が、ステップＳ５−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ５−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬレベル以上であるがＨレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ５−５に移行する。
【０１４８】
ステップＳ５−５では、制御装置３２が、流量調節弁８２を閉状態とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ５−６に移行する。ステップＳ５−６は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−４（第二実施形態におけるステップＳ２−５、第三実施形態におけるステップＳ３−５、及び、第四実施形態におけるステップＳ４−５）と同様である。
【０１４９】
一方、ステップＳ５−４において、制御装置３２は、ステップＳ５−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ５−７に移行する。
【０１５０】
ステップＳ５−７では、制御装置３２が、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃以上であると判断した場合には、ステップＳ５−８に移行する。
【０１５１】
ステップＳ５−８では、制御装置３２が、流量調節弁８２を閉状態とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ５−９に移行する。ステップＳ５−９は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−５（第二実施形態におけるステップＳ２−６、第三実施形態におけるステップＳ３−６、及び、第四実施形態におけるステップＳ４−８）と同様である。
【０１５２】
一方、ステップＳ５−７において、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満であると判断した場合には、ステップＳ５−１０に移行する。
【０１５３】
ステップＳ５−１０では、制御装置３２が、流量調節弁８２の開度を調節する。このとき、制御装置３２は、より具体的には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃になるように、冷媒温度センサ７２の検出信号に基づいて流量調節弁８２の開度を調節する。そして、制御装置３２は、ステップＳ５−９に移行する。
【０１５４】
このように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上で、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満である場合には、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが規定温度になるように流量調節弁８２の開度を調節する。これにより、凝縮水の生成量が適正な量に調節される。
【０１５５】
また、ステップＳ５−２において、制御装置３２が、ステップＳ５−１にて計測した凝縮水の水位がＬ未満であると判断した場合には、ステップＳ５−１１に移行する。
【０１５６】
ステップＳ５−１１では、制御装置３２が、流量調節弁８２を閉状態とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ５−１２に移行する。
【０１５７】
ステップＳ５−１２では、制御装置３２が、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃未満であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃未満であると判断した場合には、ステップＳ５−１３に移行する。
【０１５８】
ステップＳ５−１３では、制御装置３２が、ラジエータ７０を停止状態（ＯＦＦ）とする。そして、制御装置３２は、ステップＳ５−１４に移行する。ステップＳ５−１４は、上述の第一実施形態におけるステップＳ１−６（第二実施形態におけるステップＳ２−８、第三実施形態におけるステップＳ３−９、及び、第四実施形態におけるステップＳ４−１１）と同様である。
【０１５９】
一方、ステップＳ５−１２において、制御装置３２は、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上であると判断した場合には、ステップＳ５−１５に移行する。
【０１６０】
ステップＳ５−１５では、制御装置３２が、ラジエータ７０を作動（ＯＮ）させる。そして、制御装置３２は、ステップＳ５−１４に移行する。
【０１６１】
このように、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満で、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上である場合には、ラジエータ７０を作動させる。ラジエータ７０が作動すると、熱交換器２２に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。
【０１６２】
次に、本発明の第四実施形態の作用及び効果について、第一実施形態とは異なる点を説明する。
【０１６３】
以上詳述したように、第五実施形態に係る燃料電池システムＳ５によれば、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満で、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが３５℃以上である場合、すなわち、凝縮水タンク２４の凝縮水（改質水）が不足しそうな場合には、ラジエータ７０が作動する。したがって、ラジエータ７０が作動することで、熱交換器２２に供給される冷媒が冷却されるので、排ガスと冷媒との間の熱交換が促進され、凝縮水の生成量が増加する。これにより、凝縮水タンク２４の水位をＬレベル以上にすることができる。
【０１６４】
しかも、第五実施形態に係る燃料電池システムＳ５によれば、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上で、冷媒の温度ＴＩＮが２５℃未満である場合、すなわち、凝縮水タンク２４の凝縮水（改質水）が過剰であり、且つ、凝縮水の生成量が増加し続けそうな場合には、流量調節弁８２が開放される。流量調節弁８２が開放されると、冷媒供給経路６０と冷媒回収経路６２とを連結するバイパス流路８０に冷媒が流れることで、冷媒供給経路６０を通じて熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが上昇する。そして、ここでは、熱交換器２２に供給される冷媒の温度ＴＩＮが２５℃になるように流量調節弁８２の開度が調節される。したがって、凝縮水の生成量を適正な量に調節することができるので、凝縮水タンク２４の水位がＨレベルを上回ることを抑制することができる。
【０１６５】
［第六実施形態］
【０１６６】
図１８には、本発明の第六実施形態に係る燃料電池システムＳ６がブロック図にて示されている。図１８に示される第六実施形態に係る燃料電池システムＳ６は、上述の第一乃至第五実施形態に係る燃料電池システムＳ１〜Ｓ５に対し、次のように構成が変更されている。
【０１６７】
すなわち、第六実施形態に係る燃料電池システムＳ６において、水位センサ２６は、Ｈレベル検出部５４及びＬレベル検出部５６に加えて、ＬＬレベル検出部５８を有する。ＬＬレベル検出部５８は、凝縮水タンク２４の極低位（ＬＬレベル）に対応する高さに設けられている。以降、凝縮水タンク２４の極低位レベルをＬＬレベルと称する。Ｈレベル検出部５４、Ｌレベル検出部５６、及び、ＬＬレベル検出部５８は、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル）、Ｌレベル、及び、ＬＬレベルに達している場合に、それぞれ検出信号を出力する。
【０１６８】
具体的には、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル以上である場合には、Ｈレベル検出部５４、Ｌレベル検出部５６、及び、ＬＬレベル検出部５８の全てから検出信号が出力され、凝縮水タンク２４の水位がＨレベル未満でＬレベル以上である場合には、Ｌレベル検出部５６及びＬＬレベル検出部５８のみから検出信号が出力される。
【０１６９】
また、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満でＬＬレベル以上である場合には、ＬＬレベル検出部５８のみから検出信号が出力され、凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満である場合には、Ｈレベル検出部５４、Ｌレベル検出部５６、及び、ＬＬレベル検出部５８のいずれからも検出信号が出力されない。凝縮水タンク２４のＬＬレベルは、例えば、凝縮水タンクの貯水率が２０％の高さに設定される。
【０１７０】
次に、本発明の第六実施形態において、凝縮水の生成量を調節するための制御装置３２のより具体的な動作について説明する。
【０１７１】
図１９には、第六実施形態における制御装置３２の動作の流れの一例がフローチャートにて示されている。制御装置３２は、図１９に示されるステップＳ６−１〜ステップＳ６−５を繰り返し実行する。
【０１７２】
ステップＳ６−１では、制御装置３２が、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水の水位を計測し、ステップＳ６−２では、制御装置３２が、ステップＳ６−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ６−１にて計測した凝縮水の水位がＬＬレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ６−３に移行する。
【０１７３】
ステップＳ６−３では、制御装置３２が、燃料電池１６（燃料電池モジュール１０）を通常運転させる。このときの通常運転は、例えば、上述の第一乃至第五実施形態のうちのいずれかの運転が適用される。
【０１７４】
一方、ステップＳ６−２において、制御装置３２は、ステップＳ６−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ６−４に移行する。
【０１７５】
ステップＳ６−４では、制御装置３２が、燃料電池１６（燃料電池モジュール１０）の運転を停止させる。そして、制御装置３２は、ステップ６−５に移行する。
【０１７６】
ステップＳ６−５では、制御装置３２が、燃料電池１６（燃料電池モジュール１０）を、所定の運転再開条件が満たされた際に起動させる。
【０１７７】
次に、本発明の第六実施形態の作用及び効果について、第一乃至第五実施形態とは異なる点を説明する。
【０１７８】
以上詳述したように、第六実施形態に係る燃料電池システムＳ６によれば、凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満である場合には、燃料電池１６の運転が停止される。したがって、改質水の不足による不具合の発生を回避することができる。
【０１７９】
［第七実施形態］
【０１８０】
本発明の第七実施形態は、上述の第六実施形態に対し、制御装置３２の動作が異なる。なお、第七実施形態に係る燃料電池システムＳ７については、図１８を参照する。
【０１８１】
以下、本発明の第七実施形態において、凝縮水の生成量を調節するための制御装置３２のより具体的な動作について説明する。
【０１８２】
図２０には、第七実施形態における制御装置３２の動作の流れの一例がフローチャートにて示されている。制御装置３２は、図２０に示されるステップＳ７−１〜ステップＳ７−６を繰り返し実行する。
【０１８３】
ステップＳ７−１では、制御装置３２が、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４に貯留された凝縮水の水位を計測し、ステップＳ７−２では、制御装置３２が、ステップＳ７−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル以上であるか否かを判断する。ここで、制御装置３２は、ステップＳ７−１にて計測した凝縮水の水位がＬＬレベル以上であると判断した場合には、ステップＳ７−３に移行する。ステップＳ７−３は、上述の第六実施形態におけるステップＳ６−３と同様である。
【０１８４】
一方、ステップＳ７−２において、制御装置３２は、ステップＳ７−１にて計測した凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満であると判断した場合には、ステップＳ７−４に移行する。
【０１８５】
ステップＳ７−４では、制御装置３２が、凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えているか否か判断する。ここで、制御装置３２が、凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えていないと判断した場合には、ステップＳ７−３に移行する。
【０１８６】
一方、ステップＳ７−４において、制御装置３２が、凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えていると判断した場合には、ステップＳ７−５に移行し、燃料電池１６（燃料電池モジュール１０）の運転を停止させる。そして、制御装置３２は、ステップ７−６に移行する。ステップＳ７−６は、上述の第六実施形態におけるステップＳ６−５と同様である。
【０１８７】
次に、本発明の第七実施形態の作用及び効果について、第六実施形態とは異なる点を説明する。
【０１８８】
以上詳述したように、第七実施形態に係る燃料電池システムＳ７によれば、凝縮水タンク２４の水位がＬＬレベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えている場合には、燃料電池１６の運転が停止される。したがって、改質水の不足による不具合の発生を回避することができる。
【０１８９】
次に、上記第一乃至第七実施形態に共通の変形例について説明する。
【０１９０】
上記第一乃至第七実施形態では、一例として、燃料電池１６に、固体酸化物形燃料電池が適用されているが、改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電が行われると共に、発電に伴い水蒸気を含む排ガスを排出する燃料電池１６であれば、固体酸化物形燃料電池以外の形式の燃料電池が適用されても良い。
【０１９１】
また、上記第一乃至第七実施形態では、「冷媒供給部」の一例として、貯湯タンク２０が適用されているが、貯湯タンク２０以外の冷媒供給部が適用されても良い。
【０１９２】
また、上記第一乃至第七実施形態において、制御装置３２は、凝縮水タンク２４の水位がＬレベル未満である場合に、適宜タイミングにおいて燃料電池１６（燃料電池モジュール１０）の出力を抑制する制御を行っても良い。
【０１９３】
また、上記第一乃至第七実施形態において、制御装置３２は、加熱温度センサ２８を用いずに、水位センサ２６の検出信号に基づいて、凝縮水タンク２４の水位が減少する場合には、循環ポンプ３０を制御して、冷媒の循環流量を増加させ、凝縮水タンク２４の水位が増加する場合には、循環ポンプ３０を制御して、冷媒の循環流量を減少させても良い。
【０１９４】
以上、本発明の第一乃至第七実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１９５】
Ｓ１〜Ｓ７…燃料電池システム、１０…燃料電池モジュール、１２…気化器、１４…改質器、１６…燃料電池、２０…貯湯タンク、２２…熱交換器、２４…凝縮水タンク、２６…水位センサ、２８…加熱温度センサ、３０…循環ポンプ、３２…制御装置、３４…原料ガス供給経路、３６…酸化剤ガス供給経路、３８…改質水供給経路、４０、４２…ブロワ、４４…ポンプ、４６…排ガス経路、４８…貯湯循環経路、５０…凝縮水経路、５２…排気経路、６０…冷媒供給経路、６２…冷媒回収経路、７０…ラジエータ、７２…冷媒温度センサ、８０…バイパス流路、８２…流量調節弁
【図１】
2018125072.tif 000003
【図２】
2018125072.tif 000004
【図３】
2018125072.tif 000005
【図４】
2018125072.tif 000006
【図５】
2018125072.tif 000007
【図６】
2018125072.tif 000008
【図７】
2018125072.tif 000009
【図８】
2018125072.tif 000010
【図９】
2018125072.tif 000011
【図１０】
2018125072.tif 000012
【図１１】
2018125072.tif 000013
【図１２】
2018125072.tif 000014
【図１３】
2018125072.tif 000015
【図１４】
2018125072.tif 000016
【図１５】
2018125072.tif 000017
【図１６】
2018125072.tif 000018
【図１７】
2018125072.tif 000019
【図１８】
2018125072.tif 000020
【図１９】
2018125072.tif 000021
【図２０】
2018125072.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月26日(2017.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
第１の態様に記載の燃料電池システムは、改質水を用いて原料ガスを水蒸気改質し、改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電が行われると共に、発電に伴い水蒸気を含む排ガスを排出する燃料電池と、前記排ガスと冷媒との間で熱交換して前記排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し凝縮水を生成する熱交換器と、前記熱交換器との間で前記冷媒が循環する冷媒供給部と、前記改質水として利用される前記凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、前記冷媒の循環流量を調節する循環ポンプと、前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記循環ポンプを制御して、前記冷媒の循環流量を増加させ、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記循環ポンプを制御して、前記冷媒の循環流量を減少させる制御装置と、を備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
なお、第２の態様に記載のように、第１の態様に記載の燃料電池システムにおいて、前記凝縮水タンクの水位を検出する水位センサと、前記排ガスによる前記冷媒の加熱温度を検出する加熱温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記冷媒の加熱温度の目標値を低く設定すると共に、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記目標値を高く設定し、前記設定された目標値に前記冷媒の加熱温度が一致するように、前記加熱温度センサの検出信号に基づいて前記循環ポンプを制御し、前記冷媒の循環流量を調節しても良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、第３の態様に記載のように、第２の態様に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータをさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、前記ラジエータを作動させても良い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、第４の態様に記載のように、第２の態様に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させても良い。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、第５の態様に記載のように、第２の態様に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節しても良い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、第６の態様に記載のように、第２の態様に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、前記冷媒供給経路に設けられ、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させ、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節しても良い。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、第７の態様に記載のように、第２の態様〜第６の態様のいずれか一つの態様に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である場合、又は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えた場合には、前記燃料電池の運転を停止させても良い。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、第８の態様に記載のように、第２の態様〜第７の態様のいずれか一つの態様に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、前記燃料電池の出力を抑制しても良い。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質水を用いて原料ガスを水蒸気改質し、改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電が行われると共に、発電に伴い水蒸気を含む排ガスを排出する燃料電池と、
前記排ガスと冷媒との間で熱交換して前記排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し凝縮水を生成する熱交換器と、
前記熱交換器との間で前記冷媒が循環する冷媒供給部と、
前記改質水として利用される前記凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
前記冷媒の循環流量を調節する循環ポンプと、
前記凝縮水タンクの水位を検出する水位センサと、
前記排ガスによる前記冷媒の加熱温度を検出する加熱温度センサと、
前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、
前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、
前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記冷媒の加熱温度の目標値を低く設定すると共に、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記目標値を高く設定し、前記設定された目標値に前記冷媒の加熱温度が一致するように、前記加熱温度センサの検出信号に基づいて前記循環ポンプを制御して前記冷媒の循環流量を調節し、かつ、前記水位センサの検出信号及び前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度に基づき、前記ラジエータを作動又は停止させる制御装置と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させる、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
改質水を用いて原料ガスを水蒸気改質し、改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電が行われると共に、発電に伴い水蒸気を含む排ガスを排出する燃料電池と、
前記排ガスと冷媒との間で熱交換して前記排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し凝縮水を生成する熱交換器と、
前記熱交換器との間で前記冷媒が循環する冷媒供給部と、
前記改質水として利用される前記凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
前記冷媒の循環流量を調節する循環ポンプと、
前記凝縮水タンクの水位を検出する水位センサと、
前記排ガスによる前記冷媒の加熱温度を検出する加熱温度センサと、
前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、
前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、
前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、
前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記冷媒の加熱温度の目標値を低く設定すると共に、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記目標値を高く設定し、前記設定された目標値に前記冷媒の加熱温度が一致するように、前記加熱温度センサの検出信号に基づいて前記循環ポンプを制御して前記冷媒の循環流量を調節する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節する、
燃料電池システム。
【請求項４】
改質水を用いて原料ガスを水蒸気改質し、改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電が行われると共に、発電に伴い水蒸気を含む排ガスを排出する燃料電池と、
前記排ガスと冷媒との間で熱交換して前記排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し凝縮水を生成する熱交換器と、
前記熱交換器との間で前記冷媒が循環する冷媒供給部と、
前記改質水として利用される前記凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
前記冷媒の循環流量を調節する循環ポンプと、
前記凝縮水タンクの水位を検出する水位センサと、
前記排ガスによる前記冷媒の加熱温度を検出する加熱温度センサと、
前記冷媒供給部から前記熱交換器に前記冷媒が流れる冷媒供給経路と、前記熱交換器から前記冷媒供給部に前記冷媒が流れる冷媒回収経路とを連結するバイパス流路と、
前記バイパス流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁と、
前記冷媒供給経路に設けられ、前記熱交換器に供給される前記冷媒を冷却するように作動するラジエータと、
前記冷媒供給経路を通じて前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、
前記凝縮水タンクの水位が減少する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記冷媒の加熱温度の目標値を低く設定すると共に、前記凝縮水タンクの水位が増加する場合には、前記水位センサの検出信号に基づいて前記目標値を高く設定し、前記設定された目標値に前記冷媒の加熱温度が一致するように、前記加熱温度センサの検出信号に基づいて前記循環ポンプを制御して前記冷媒の循環流量を調節する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定上限温度以上である場合には、前記ラジエータを作動させ、
前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定高位レベル以上で、前記冷媒温度センサによって検出される前記冷媒の温度が規定下限温度未満である場合には、前記熱交換器に供給される前記冷媒の温度が前記規定下限温度になるように、前記冷媒温度センサの検出信号に基づいて前記流量調節弁の開度を調節する、
燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である場合、又は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定極低位レベル未満である状態の継続時間が規定制限時間を超えた場合には、前記燃料電池の運転を停止させる、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記水位センサによって検出される前記凝縮水タンクの水位が規定低位レベル未満である場合には、前記燃料電池の出力を抑制する、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。