(57)【要約】【課題】送風ファンによって筐体内にフィルタを介して送入される空気によって冷却されるラジエータを有する燃料電池システムにおいて、ラジエータの冷却能力の低下を抑制すること。【解決手段】燃料電池システム１は、燃料電池３４の燃焼排ガスと湯水とが熱交換して凝縮水が生成される熱交換器１２および熱交換器１２に供給される湯水を、送風ファン１６により筐体１０ａ内にフィルタ１７を介して送入される空気によって冷却するラジエータ２２ｂを備え、制御装置１５は、凝縮水を改質水として貯留する水タンク１４の水位が所定水位以下であると判定されている間に、水タンク１４の水位が増加する改質水増量制御を実行する改質水増量制御部１５ｂと、所定時間内において、改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎを積算した積算時間が所定積算時間以上である場合、フィルタ１７に付着した異物の除去を促す通知をする通知部１５ｆと、を備えている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
水蒸気および改質用原料から前記燃料を生成し、前記燃料を前記燃料電池に供給する改質部と、
改質水から前記水蒸気を生成し、前記水蒸気を前記改質部に供給する蒸発部と、
湯水を貯留する貯湯槽と、
前記貯湯槽に貯留された前記湯水が循環する循環路と、
前記循環路に設けられ、前記湯水と前記燃料電池からの排ガスとが熱交換し、前記排ガス中の前記水蒸気が凝縮されることにより凝縮水が生成される熱交換器と、
前記熱交換器にて生成された前記凝縮水を前記改質水として貯留する水タンクと、
前記水タンクの水位を検出する水位センサと、
前記燃料電池を少なくとも収納する筐体と、
前記筐体に収納され、回転体が回転駆動することによって前記筐体内に空気を送入する送風ファンと、
前記筐体に収納されるとともに、前記循環路において前記熱交換器の上流側に設けられ、前記送風ファンによって送入された前記空気によって前記湯水を冷却するラジエータと、
前記送風ファンによって前記筐体内に送入される前記空気中の異物を除去するフィルタと、
前記燃料電池を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記水位センサによって検出された前記水タンクの水位である検出水位が、所定水位以下であるか否かを判定する第一判定部と、
前記第一判定部によって前記検出水位が前記所定水位以下であると判定されている間に、前記水タンクの水位が増加する改質水増量制御を実行する改質水増量制御部と、
前記改質水増量制御部によって前記改質水増量制御が実行されている時間である実行時間を計測する計測部と、
所定時間内において、前記計測部によって計測された前記実行時間を積算した積算時間を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記積算時間が所定積算時間以上であるか否かを判定する第二判定部と、
前記第二判定部によって前記積算時間が前記所定積算時間以上であると判定された場合、使用者に前記フィルタに付着した前記異物の除去を促す通知をする通知部と、を備えている燃料電池システム。
【請求項２】
前記改質水増量制御は、前記燃料電池の最大出力を抑制する制御である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記所定積算時間は、前記所定時間内における使用者の経済的メリットの低下が所定値以下となる時間に設定されている請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記フィルタは、前記筐体に着脱可能に配置されている請求項１乃至請求項３の何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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の燃料電池システムは、改質水を用いて改質用原料を改質させてアノードガスを生成する改質器、アノードガスおよびカソードガスにより発電する燃料電池、発電運転に伴い発生する燃料電池から排出される水蒸気含有ガス（排ガス）を、貯湯槽に貯められた湯水を利用して冷却させて凝縮水を生成する凝縮器、凝縮器に流入する湯水を冷却するラジエータ、ラジエータに向けて送風してラジエータを冷却する冷却ファン（送風ファン）、および、凝縮水を改質水として溜めるタンクを備えている。
【０００３】
燃料電池システムは、改質水を溜める水タンクの水位が所定の高水位よりも低い場合、燃料電池の最高発電電力を、定格電力未満に制限する。これにより、燃料電池の改質水の使用量よりも凝縮器で生成される凝縮水の量が多くなり、改質水が増加して、水タンクの水位が高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４３８４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水タンク内の改質水が少なくなる要因として、ラジエータの冷却能力が低下した場合が考えられる。この場合、湯水が冷却されずに湯水の温度が比較的高くなるため、排ガスの温度と湯水の温度との差が比較的小さくなる。よって、排ガスが十分に冷却されずに凝縮水ひいては改質水の生成量が比較的少なくなる。
【０００６】
ラジエータおよび送風ファンが筐体内に収納されている場合であって、空気中の異物を除去するフィルタが筐体に設けられている場合において、ラジエータの冷却能力が低下する要因としては、フィルタにおける異物の付着量が比較的多くなり、筐体内に送入される空気の流量が低下することが考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解消するためになされたもので、送風ファンにより筐体内にフィルタを介して送入される空気によって冷却されるラジエータを有する燃料電池システムにおいて、ラジエータの冷却能力の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、水蒸気および改質用原料から燃料を生成し、燃料を燃料電池に供給する改質部と、改質水から水蒸気を生成し、水蒸気を改質部に供給する蒸発部と、湯水を貯留する貯湯槽と、貯湯槽に貯留された湯水が循環する循環路と、循環路に設けられ、湯水と燃料電池からの排ガスとが熱交換し、排ガス中の水蒸気が凝縮されることにより凝縮水が生成される熱交換器と、熱交換器にて生成された凝縮水を改質水として貯留する水タンクと、水タンクの水位を検出する水位センサと、燃料電池を少なくとも収納する筐体と、筐体に収納され、回転体が回転駆動することによって筐体内に空気を送入する送風ファンと、筐体に収納されるとともに、循環路において熱交換器の上流側に設けられ、送風ファンによって送入された空気によって湯水を冷却するラジエータと、送風ファンによって筐体内に送入される空気中の異物を除去するフィルタと、燃料電池を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、水位センサによって検出された水タンクの水位である検出水位が、所定水位以下であるか否かを判定する第一判定部と、第一判定部によって検出水位が所定水位以下であると判定されている間に、水タンクの水位が増加する改質水増量制御を実行する改質水増量制御部と、改質水増量制御部によって改質水増量制御が実行されている時間である実行時間を計測する計測部と、所定時間内において、計測部によって計測された実行時間を積算した積算時間を算出する算出部と、算出部によって算出された積算時間が所定積算時間以上であるか否かを判定する第二判定部と、第二判定部によって積算時間が所定積算時間以上であると判定された場合、使用者にフィルタに付着した異物の除去を促す通知をする通知部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
これによれば、水タンクの水位が所定水位以下である間に、改質水増量制御が実行されて水タンクの水位が上昇する。フィルタに埃等の異物が付着している場合、異物が付着していない場合に比べて、筐体内に送入される空気の流量ひいてはラジエータの冷却能力が低下することにより、凝縮水ひいては改質水の生成量が低下するため、改質水増量制御の実行時間が長くなる。燃料電池システムは、所定時間内における改質水増量制御の実行時間の積算時間が、所定積算時間以上である場合、フィルタに付着した異物の除去を促す通知を行う。この通知によって、使用者がフィルタを清掃することにより、筐体内に送入される空気の流量ひいてはラジエータの冷却能力の低下が解消される。よって、送風ファンにより筐体内にフィルタを介して送入される空気によって冷却されるラジエータを有する燃料電池システムにおいて、ラジエータの冷却能力の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を示す概要図である。
【図２】図１に示す送風ファンが配置された状態を示す発電ユニットの断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムのブロック図である。
【図４】図３に示す制御装置が実行する改質水増量制御のタイムチャートである。
【図５】図３に示す制御装置が実行する目詰まり判定制御のフローチャートである。
【図６】図５に示すフローチャートが実行された場合における燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について図面を参照しながら説明する。燃料電池システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、電力変換装置１３、水タンク１４および制御装置１５を備えている。筐体１０ａは、後述する燃料電池３４を少なくとも収容するものである。
【００１２】
燃料電池モジュール３０は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
【００１３】
燃料電池モジュール３０は、蒸発部３２に、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。原料ポンプ１１ａ１は、改質用原料を送るポンプである。
【００１４】
蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水を送る改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。
【００１５】
また、燃料電池モジュール３０は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてケーシング３１内に酸化剤ガスであるカソードエア（空気）が供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。カソードエアブロワ１１ｃ１は、カソードエアを送るポンプである。
【００１６】
蒸発部３２は、改質水から水蒸気を生成し、水蒸気を改質部３３に供給するものである。蒸発部３２は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水タンク１４から供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。また、蒸発部３２は、供給源Ｇｓから供給された改質用原料を予熱する。
【００１７】
蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部３３に供給する。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。本実施形態において、改質用原料は、天然ガスである。
【００１８】
改質部３３は、水蒸気および改質用原料から燃料を生成し、燃料を燃料電池３４に供給するものである。改質部３３は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から燃料として改質ガスを生成して導出する。
【００１９】
改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだ改質ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
【００２０】
燃料電池３４は、燃料と酸化剤ガスにより発電するものである。燃料は、改質ガスである。燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池３４は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。
【００２１】
燃料電池３４の燃料極には、燃料として改質ガス（水素、一酸化炭素、メタンガスなど）が供給される。セル３４ａの燃料極側には、燃料（改質ガス）が流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。燃料電池３４は、比較的高温の動作温度（およそ７００℃）にて発電が行われる。
【００２２】
燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口（図示なし）に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００２３】
カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００２４】
また、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間には、燃焼部３６が設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて燃焼ガス（火炎３７）が発生している。その燃焼ガスが蒸発部３２および改質部３３を加熱する。
【００２５】
燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて、比較的高温の燃焼排ガスが発生している。比較的高温の燃焼排ガスは、熱交換器１２に導出される。また、燃焼部３６は、燃料電池モジュール３０内の温度を燃料電池３４の動作温度にする。
【００２６】
貯湯槽２１は、湯水を貯留するものである。貯湯槽２１に貯湯された湯水は、貯湯槽２１の上端部から給湯装置（図示なし）に供給される。給湯装置は、例えば、浴槽、シャワ、キッチン（キッチンの蛇口）である。貯湯槽２１から給湯装置に湯水が導出された場合、貯湯槽２１には、下端部から水源（図示なし；例えば上水道）から水が補給される。
【００２７】
また、貯湯槽２１には、貯湯槽２１に貯湯された湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）管である循環路２２が設けられている。循環路２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に、循環ポンプ２２ａ、ラジエータ２２ｂ、温度センサ２２ｃおよび熱交換器１２が配設されている。
【００２８】
貯湯槽２１、循環路２２、循環ポンプ２２ａ、ラジエータ２２ｂ、温度センサ２２ｃおよび熱交換器１２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール３０の排熱を湯水に回収して蓄える。循環ポンプ２２ａは、循環路２２に設けられ、湯水を循環させるポンプである。
【００２９】
ラジエータ２２ｂは、筐体１０ａに収納されるとともに、循環路２２において熱交換器１２の上流側に設けられ、後述する送風ファン１６によって送入された空気によって湯水を冷却するものである（詳細は後述する）。ラジエータ２２ｂは、循環路２２に接続され、湯水が流れる管（図示なし）を蛇行させることによって構成されている。
【００３０】
また、ラジエータ２２ｂは、連通路４０に設けられている。連通路４０は、図２に示すように、第一開口部４１と第二開口部４２とを連通する筒状に形成され、空気が流通可能なものである。第一開口部４１は、筐体１０ａの側方の一方面１０ａ１にて外部に開口するものである。第二開口部４２は、筐体１０ａの一方面１０ａ１の反対側の側面である他方面１０ａ２にて外部に開口するものである。また、連通路４０におけるラジエータ２２ｂと第二開口部４２との間には、送風ファン１６が配置されている。
【００３１】
送風ファン１６は、筐体１０ａ（連通路４０）に収納され、羽根車１６ａ（本発明の回転体に相当）が回転駆動することによって筐体１０ａ内に空気を送入するものである。送風ファン１６は、具体的には、羽根車１６ａが回転駆動することにより、第一開口部４１から連通路４０内に空気を送入し、連通路４０内に送入した空気を第二開口部４２から吐出する送風機である。
【００３２】
送風ファン１６によって連通路４０を流通する空気がラジエータ２２ｂを通過することにより、ラジエータ２２ｂを流れる湯水が冷却される。また、送風ファン１６は、羽根車１６ａを回転させるモータ（図示なし）を備えている。モータは、ブラシレスモータである。また、第一開口部４１には、フィルタ１７が配置されている。
【００３３】
フィルタ１７は、送風ファン１６によって筐体１０ａ（連通路４０）内に送入される空気中の異物を除去するものである。フィルタ１７は、第一開口部４１を覆うように配置されている。フィルタ１７は、枠状に設けられた枠部１７ａと、枠部１７ａに支持されるとともに、空気を通過させ、かつ、空気中の異物を除去する網目状に設けられた網部１７ｂを備えている。フィルタ１７は、筐体１０ａ（第一開口部４１）にネジ等によって着脱可能に配置されている。
【００３４】
図１に戻って説明を続ける。
温度センサ２２ｃは、循環路２２におけるラジエータ２２ｂと熱交換器１２との間に設けられ、湯水の温度を検出するものである。温度センサ２２ｃは、配置された位置の湯水の温度を検出する。温度センサ２２ｃの検出結果は、制御装置１５に出力される。
【００３５】
熱交換器１２は、循環路２２に設けられ、ラジエータ２２ｂからの湯水と燃料電池３４からの燃焼排ガス（本発明の排ガスに相当）とが熱交換する熱交換器である。熱交換器１２は、燃料電池モジュール３０からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２には、凝縮水供給管１２ａの一端が接続されている。熱交換器１２は、排気管１１ｄを通って、燃料電池モジュール３０からの排熱を含む燃焼排ガスが導入される。
【００３６】
熱交換器１２において、貯湯槽２１から供給される湯水と燃焼排ガスとの間の熱交換が行われ、排熱が湯水に回収させることにより湯水が加熱され、かつ、燃焼排ガスが冷却される。この燃焼排ガスが冷却されるときに、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮されることにより、凝縮水が生成される。冷却後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。一方、熱交換器１２にて生成された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。
【００３７】
電力変換装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源５０ａおよび外部電力負荷５０ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン５０ｂに出力する。
【００３８】
また、電力変換装置１３は、系統電源５０ａからの交流電圧を電源ライン５０ｂを介して入力し、所定の直流電圧に変換して各補機（各ポンプ１１ａ１，１１ｂ１やブロワ１１ｃ１など）および制御装置１５（内部負荷）に出力する。
【００３９】
水タンク１４は、熱交換器１２にて生成された凝縮水を改質水として貯留するものである。凝縮水は、水タンク１４に配置されたイオン交換樹脂によって純水化される。また、水タンク１４には、水位センサ１４ａが設けられている。
【００４０】
水位センサ１４ａは、水タンク１４の水位を検出するものである。水位センサ１４ａは、例えば、静電容量式の水位センサである。水位センサ１４ａによって検出された水タンク１４の水位は、検出信号として制御装置１５に出力される。
【００４１】
制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を制御するものである。制御装置１５は、燃料電池３４を少なくとも制御する。制御装置１５は、発電ユニット１０の発電運転中において、燃料電池３４の発電電力を外部電力負荷５０ｃの消費電力となるように制御する（負荷追従運転）。
【００４２】
制御装置１５は、温度センサ２２ｃの検出温度が第一所定温度以上である場合、送風ファン１６の羽根車１６ａを回転させて、ラジエータ２２ｂを流れる湯水を冷却する冷却制御を実行する。第一所定温度は、熱交換器１２にて生成される凝縮水の量（単位時間あたりの流量）が所定量以上となるように設定されている。所定量は、燃料電池システム１の発電運転中において、熱交換器１２における凝縮水の生成量（単位時間あたりの生成量）が、蒸発部３２に供給される改質水の供給量（単位時間あたりの供給量）より多くなるように設定されている。
【００４３】
制御装置１５は、温度センサ２２ｃの検出温度が第一所定温度より低い第二所定温度である場合、冷却制御を終了する。第二所定温度は、湯水が凍結しない温度に設定されている。
【００４４】
また、制御装置１５は、図３に示すように、第一判定部１５ａ、改質水増量制御部１５ｂ、計測部１５ｃ、算出部１５ｄ、第二判定部１５ｅおよび通知部１５ｆを備えている。
【００４５】
第一判定部１５ａは、水位センサ１４ａによって検出された水タンク１４の水位である検出水位が、第一所定水位（本発明の所定水位に相当）以下であるか否かを判定するものである。第一所定水位は、比較的低い水タンク１４の水位に設定されている。第一所定水位は、第二所定水位より高い水タンク１４の水位に設定されている。第二所定水位は、改質水が蒸発部３２に供給されない水位に設定されている。水タンク１４の水位が第二所定水位以下である場合、制御装置１５は、燃料電池システム１の運転を停止する。
【００４６】
改質水増量制御部１５ｂは、第一判定部１５ａによって検出水位が第一所定水位以下であると判定されている間に、水タンク１４の水位が増加する改質水増量制御を実行するものである。改質水増量制御は、燃料電池３４の最大出力を抑制する制御である。改質水増量制御は、燃料電池３４の最大出力を例えば５０％抑制する。
【００４７】
改質水増量制御が実行された場合、燃料電池３４の最大出力に対応した原料ポンプ１１ａ１、改質水ポンプ１１ｂ１およびカソードエアブロワ１１ｃ１の最大駆動量（単位時間あたりの最大駆動量）がそれぞれ抑制される。この場合、改質水ポンプ１１ｂ１の最大駆動量が抑制されることにより、改質水の蒸発部３２への供給量が抑制される。この改質水の供給量より凝縮水の生成量ひいては改質水の生成量が多くなるように、燃料電池３４の最大出力が抑制される。これにより、水タンク１４の水位が増加する。
【００４８】
計測部１５ｃは、改質水増量制御部１５ｂによって改質水増量制御が実行されている時間である実行時間Ｔｏｎを計測するものである。換言すれば、計測部１５ｃは、第一判定部１５ａによって検出水位が第一所定水位以下であると判定されている間の時間を計測する。すなわち、計測部１５ｃは、第一判定部１５ａによって検出水位が第一所定水位以下であると判定された時点（改質水増量制御の開始時点）から、改質水増量制御によって水タンク１４の水位が増加して、第一判定部１５ａによって検出水位が第一所定水位より高いと判定された時点（改質水増量制御の終了時点）までの時間を計測する。
【００４９】
算出部１５ｄは、所定時間内において、計測部１５ｃによって計測された実行時間Ｔｏｎを積算した積算時間を算出するものである。算出部１５ｄは、具体的には、現時点から所定時間前の時点と、現時点との間の実行時間Ｔｏｎを積算した時間を、現時点の積算時間として算出する。所定時間は、燃料電池システム１の耐用年数（例えば１０年）に対して比較的短い時間に設定されている。所定時間は、例えば２４時間に設定されている。
【００５０】
第二判定部１５ｅは、算出部１５ｄによって算出された積算時間（現時点の積算時間）が所定積算時間以上であるか否かを判定するものである。所定積算時間は、所定時間内における使用者の経済的メリットの低下が所定値以下となる時間に設定されている。
【００５１】
経済的メリットは、燃料電池システム１の運転によって使用者にもたらされる経済的メリットである。経済的メリットは、具体的には、所定の動作パターンにて燃料電池システム１が動作した場合の改質用原料の使用量、湯水の使用量、および、燃料電池３４の出力等に基づいて導出される。
【００５２】
所定の動作パターンは、例えば４人家族において、一年間の消費電力量および湯水の使用量に基づいて設定されている。所定値は、例えば、所定の動作パターンにて燃料電池システム１が動作した場合における所定日数（例えば３日）に相当する経済的メリットの値である。
【００５３】
改質水増量制御が実行された場合、燃料電池３４の最大出力が抑制されることにより、改質水増量制御が実行されない場合に比べて、燃料電池３４の発電効率が低下するため、経済的メリットが低下する。よって、改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎひいては積算時間が長くなるほど経済的メリットが低下する。また、フィルタ１７の異物の付着量が多いほど、改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎひいては積算時間が長くなる。
【００５４】
フィルタ１７に異物が付着している場合、フィルタ１７に異物が付着していない場合に比べて、送風ファン１６によって送入されてラジエータ２２ｂを冷却する空気の流量（単位時間あたりの流量）が減少することにより、ラジエータ２２ｂの冷却能力が低下する。
【００５５】
よって、フィルタ１７に異物が付着している場合、フィルタ１７に異物が付着していない場合に比べて、熱交換器１２に導入される湯水の温度が高くなるため、凝縮水ひいては改質水の生成量が減少することにより、水タンク１４の水位の増加する時間が増加し、改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎひいては積算時間が増加する。
【００５６】
具体的には、図４に示すように、燃料電池システム１が上述した所定の動作パターンにて動作したときにおいて、フィルタ１７の網部１７ｂの空気中の異物による目詰まり（以下、フィルタ１７の目詰まりとする。）が０％ある場合の改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎより、フィルタ１７の目詰まりが５０％である場合の改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎが長くなる。
【００５７】
また、フィルタ１７の目詰まりが０％である場合に比べてフィルタ１７の目詰まりが５０％である場合は、上述したように改質水の生成量が少ない。よって、フィルタ１７の目詰まりが０％である場合の改質水増量制御が実行されていない非実行時間Ｔｏｆｆより、フィルタ１７の目詰まりが５０％である場合の改質水増量制御の非実行時間Ｔｏｆｆが短くなる。
【００５８】
したがって、フィルタ１７の目詰まりが０％である場合に比べて、フィルタ１７の目詰まりが５０％である場合の方が、任意の時刻における積算時間ひいては経済的メリットの低下が大きくなる。なお、積算時間が増加する要因としては、フィルタ１７の目詰まりの他に、気温の変化による改質水の蒸発量の変化や送風ファン１６の経年変化等が考えられる。
【００５９】
通知部１５ｆは、第二判定部１５ｅによって積算時間が所定積算時間以上であると判定された場合、使用者にフィルタ１７に付着した異物の除去を促す通知をする。通知部１５ｆは、この場合、具体的には、通知ランプ１８を点滅させる。通知ランプ１８は、筐体１０ａに設けられた警告灯（例えばＬＥＤ）である（図２参照）。
【００６０】
次に、上述した制御装置１５が実行する目詰まり判定制御について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。目詰まり判定制御は、改質水増量制御の実行時間に基づいてフィルタ１７の目詰まりの度合いを判定し、その判定結果に応じて使用者にフィルタ１７に付着した異物の除去を促す通知をする制御である。本フローチャートは、燃料電池３４の発電運転中に実行される。なお、使用者がフィルタ１７に付着した異物を除去して通知を解除した時に、実行時間Ｔｏｎおよび積算時間がゼロに設定される。
【００６１】
制御装置１５は、ステップＳ１０２にて検出水位が第一所定水位以下であるか否かを判定する（第一判定部１５ａ）。改質水が使用される量よりも凝縮水が生成される量が多いこと等により、水タンク１４の水位ひいては検出水位が第一所定水位より高い場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１０２を繰り返し実行する。
【００６２】
一方、上述したようにフィルタ１７の目詰まりによるラジエータ２２ｂの冷却能力の低下等によって水タンク１４の水位が減少して水タンク１４の水位ひいては検出水位が第一所定水位以下となった場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２にて「ＹＥＳ」と判定する。さらに、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて改質水増量制御を開始し（改質水増量制御部１５ｂ）、ステップＳ１０６にて実行時間Ｔｏｎのカウントを開始する（計測部１５ｃ）。
【００６３】
続けて、制御装置１５は、ステップＳ１０８にて検出水位が第一所定水位より高いか否かを判定する。改質水増量制御が実行されて比較的短時間であることにより、水タンク１４の水位ひいては検出水位が第一所定水位以下である場合、制御装置１５は、ステップＳ１０８にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１１０にて積算時間を算出する（算出部１５ｄ）。
【００６４】
さらに、制御装置１５は、ステップＳ１１２にて、積算時間が所定積算時間以上であるか否かを判定する（第二判定部１５ｅ）。フィルタ１７の目詰まりが比較的少ないことにより積算時間が所定積算時間より少ない場合、制御装置１５は、ステップＳ１１２にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ１０８に戻す。このように、検出水位が第一所定水位以下であり、かつ、積算時間が所定積算時間より少ない場合、ステップＳ１０８〜Ｓ１１２が繰り返し実行される。
【００６５】
そして、積算時間が所定積算時間より少ない場合において、改質水増量制御によって、水タンク１４の水位が増加して検出水位が第一所定水位より高くなった場合、制御装置１５は、ステップＳ１０８にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１１４にて改質水増量制御を停止する（改質水増量制御部１５ｂ）。そして、制御装置１５は、ステップＳ１１６にて実行時間Ｔｏｎのカウントを停止し（計測部１５ｃ）、プログラムをステップＳ１０２に戻す。
【００６６】
一方、上述したようにステップＳ１０８〜Ｓ１１２が繰り返し実行される場合において、フィルタ１７の目詰まりが比較的多くなったために、積算時間が所定積算時間以上となった場合、制御装置１５は、ステップＳ１１２にて「ＹＥＳ」と判定する。そして、制御装置１５は、ステップＳ１１８にて使用者に通知する（通知部１５ｆ）。これにより、通知ランプ１８が点滅する。
【００６７】
次に、上述したフローチャートが実行された場合における燃料電池システム１の動作について、図６に示すタイムチャートを用いて説明する。燃料電池システム１が設置されて運転が開始された時点（時刻ｔ０）から説明する。この時点においては、実行時間Ｔｏｎおよび積算時間がゼロである。なお、積算時間は、上述したように現時点から所定時間前の時点と、現時点との間の実行時間Ｔｏｎを積算した時間として算出されるため、燃料電池システム１の運転が開始された時点から所定時間か経過した時点（時刻ｔ１）から算出可能となる。
【００６８】
燃料電池システム１の運転が開始された時刻ｔ０から時刻ｔ２までは、所定時間内における実行時間が比較的短く、おおよそ一定のペースにて改質水増量制御が実行されているため、積算時間が、所定積算時間より小さい値にて、おおよそ一定に推移している。すなわち、使用者に通知がされない状態にて、目詰まり判定制御が実行されている（ステップＳ１０２〜Ｓ１１６）。
【００６９】
続けて、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間においては、消費電力の変化、使用者の湯水の使用量の変化あるいは外気温の変化等によって、所定時間内における改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎひいては積算時間が抑制されている。
【００７０】
時刻ｔ３から時刻ｔ４の間においては、時間が経過するにしたがって、所定時間内における改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎひいては積算時間が増加し、積算時間が所定積算時間に到達する（時刻ｔ４）。これにより、使用者に通知が行われ（ステップＳ１１８）、プログラムが終了する。
【００７１】
この通知により使用者よってフィルタ１７の清掃が行われたため、清掃が行われる前（時刻ｔ４より前）よりラジエータ２２ｂの冷却能力が向上する。よって、清掃が行われてから暫くは、実行時間Ｔｏｎが、時刻ｔ４以前と比べて短くなる。そして、プログラムが終了した後、プログラムが再開されて所定時間経過した時点（時刻ｔ５）から、積算時間の算出が可能となる。
【００７２】
本実施形態によれば、燃料電池システム１は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、水蒸気および改質用原料から燃料を生成し、燃料を燃料電池３４に供給する改質部３３と、改質水から水蒸気を生成し、水蒸気を改質部３３に供給する蒸発部３２と、湯水を貯留する貯湯槽２１と、貯湯槽２１に貯留された湯水が循環する循環路２２と、循環路２２に設けられ、湯水と燃料電池３４からの排ガスとが熱交換し、排ガス中の水蒸気が凝縮されることにより凝縮水が生成される熱交換器１２と、熱交換器１２にて生成された凝縮水を改質水として貯留する水タンク１４と、水タンク１４の水位を検出する水位センサ１４ａと、燃料電池３４を少なくとも収納する筐体１０ａと、筐体１０ａに収納され、羽根車１６ａが回転駆動することによって筐体１０ａ内に空気を送入する送風ファン１６と、筐体１０ａに収納されるとともに、循環路２２において熱交換器１２の上流側に設けられ、送風ファン１６によって送入された空気によって湯水を冷却するラジエータ２２ｂと、送風ファン１６によって筐体１０ａ内に送入される空気中の異物を除去するフィルタ１７と、燃料電池３４を少なくとも制御する制御装置１５と、を備えている。制御装置１５は、水位センサ１４ａによって検出された水タンク１４の水位である検出水位が、第一所定水位以下であるか否かを判定する第一判定部１５ａと、第一判定部１５ａによって検出水位が第一所定水位以下であると判定されている間に、水タンク１４の水位が増加する改質水増量制御を実行する改質水増量制御部１５ｂと、改質水増量制御部１５ｂによって改質水増量制御が実行されている時間である実行時間Ｔｏｎを計測する計測部１５ｃと、所定時間内において、計測部１５ｃによって計測された実行時間Ｔｏｎを積算した積算時間を算出する算出部１５ｄと、算出部１５ｄによって算出された積算時間が所定積算時間以上であるか否かを判定する第二判定部１５ｅと、第二判定部１５ｅによって積算時間が所定積算時間以上であると判定された場合、使用者にフィルタ１７に付着した異物の除去を促す通知をする通知部１５ｆと、を備えている。
【００７３】
これによれば、水タンク１４の水位が第一所定水位以下である間に、改質水増量制御が実行されて水タンク１４の水位が上昇する。フィルタ１７に埃等の異物が付着している場合、異物が付着していない場合に比べて、筐体１０ａ内に送入される空気の流量ひいてはラジエータ２２ｂの冷却能力が低下することにより、凝縮水ひいては改質水の生成量が低下するため、改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎが長くなる。燃料電池システム１は、所定時間内における改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎの積算時間が、所定積算時間以上である場合、フィルタ１７に付着した異物の除去を促す通知を行う。この通知によって、使用者がフィルタ１７を清掃することにより、筐体１０ａ内に送入される空気の流量ひいてはラジエータ２２ｂの冷却能力の低下が解消される。よって、送風ファン１６により筐体１０ａ内にフィルタ１７を介して送入される空気によって冷却されるラジエータ２２ｂを有する燃料電池システム１において、ラジエータ２２ｂの冷却能力の低下を抑制することができる。
【００７４】
また、制御装置１５の通知によってフィルタ１７の清掃が行われて、ラジエータ２２ｂの冷却能力の低下が解消された結果、フィルタ１７の清掃が行われる前に比べて、改質水増量制御の実行時間Ｔｏｎが短くなる。改質水増量制御が燃料電池３４の最大出力を抑制する制御である場合、燃料電池３４の最大出力が抑制される時間が短くなるため、使用者の経済的メリットの低下が抑制される。
【００７５】
また、制御装置１５の通知によってフィルタ１７の清掃が行われて、ラジエータ２２ｂの冷却能力の低下が解消されるため、凝縮水ひいては改質水の生成量の低下が抑制される。よって、水タンク１４内の改質水の量が極めて少なくなることにより、燃料電池システム１が異常停止することが抑制される。
また、所定時間を比較的短い時間に設定した場合、所定時間を比較的長い時間に設定した場合に比べて、ラジエータ２２ｂの冷却能力の低下を早期に検出することができる。
【００７６】
また、改質水増量制御部１５ｂが実行する改質水増量制御は、燃料電池３４の最大出力を抑制する制御である。
これによれば、凝縮水ひいては改質水の生成量が確実に増加するため、水タンク１４の水位を確実に上昇させることができる。
【００７７】
また、所定積算時間は、所定時間内における使用者の経済的メリットの低下が所定値以下となる時間に設定されている。
これによれば、使用者の経済的メリットの低下を確実に抑制することができる。
【００７８】
また、フィルタ１７は、筐体１０ａに着脱可能に配置されている。
これによれば、使用者がフィルタ１７の清掃を簡便に行うことができる。
【００７９】
なお、上述した実施形態において、燃料電池システムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、上述した実施形態においてフィルタ１７が着脱可能に設けられているが、フィルタ１７を着脱不能に筐体１０ａに固定するように設けるようにしても良い。
【００８０】
また、上述した実施形態において、改質水増量制御が実行された場合、燃料電池３４の最大出力を抑制するが、これに代えて、送風ファン１６の羽根車１６ａの回転駆動量（単位時間あたりの回転駆動量）を増加させるようにしても良い。また、改質水増量制御が実行された場合、貯湯槽２１の湯水を所定量だけ排出するようにしても良い。
【００８１】
また、上述した実施形態において、所定積算時間は、経済的メリットに基づいて設定されているが、これに代えて、フィルタ１７の目詰まりの割合に基づいて設定するようにしても良い。所定積算時間は、例えば、フィルタ１７の目詰まりが５０％である場合であって、上述した所定の動作パターンにて動作した場合に、所定時間内における積算時間の半分の時間に設定する。
【００８２】
また、上述した実施形態において、制御装置１５（算出部１５ｄ）は、現時点から所定時間前の時点と、現時点との間の実行時間Ｔｏｎを積算した時間を、現時点の積算時間として算出しているが、これに代えて、所定時間毎に、所定時間内における積算時間を算出するようにしても良い。
【００８３】
また、上述した実施形態において、改質水増量制御の終了時点は、検出水位が第一所定水位より高くなった時点（ステップＳ１０８）であるが、これに代えて、改質水増量制御によって改質水が増加して、検出水位が第一所定水位より高い第三所定水位となった時点にしても良い。また、改質水増量制御が終了する時点を、改質水増量制御によって改質水が増加して、検出水位が第一所定水位より高くなった時点から第一時間（例えば５分）経過した時点にしても良い。これにより、改質水増量制御が頻繁に実行されることを抑制することができる。
【００８４】
また、上述した実施形態において、制御装置１５（通知部１５ｆ）は、筐体１０ａに配置された通知ランプ１８を点滅させることにより通知をしているが、これに代えて、例えばリビング等に配置された通知装置（図示なし）によって通知を行うようにしても良い。通知装置は、制御装置１５からの制御指令によってランプが点滅または通知音を発することにより、使用者に通知する。
【符号の説明】
【００８５】
１…燃料電池システム、１０ａ…筐体、１１（３０）…燃料電池モジュール、１２…熱交換器、１４…水タンク、１４ａ…水位センサ、１５…制御装置、１５ａ…第一判定部、１５ｂ…改質水増量制御部、１５ｃ…計測部、１５ｄ…算出部、１５ｅ…第二判定部、１５ｆ…通知部、１６…送風ファン、１６ａ…羽根車（回転部）、１７…フィルタ、２１…貯湯槽、２２…循環路、２２ｂ…ラジエータ、３２…蒸発部、３３…改質部、３４…燃料電池、Ｔｏｎ…実行時間。
【図１】
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【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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