(57)【要約】【課題】簡単な構成で冷却水タンクへの純水供給を可能とし、かつ最小限の供給量で効率よく純水を補給することを可能とし、信頼性および設置時の経済性の向上を図る。【解決手段】燃料電池１の排熱を回収する冷却水を貯留する冷却水タンク２３と、を有し、冷却水タンク２３は、水カートリッジ２８の接続部２９のなどの水補給部が形成されており、水補給時に、冷却水タンク２３の水位が第１排水口３５より低い水位以上になった場合に、冷却水循環ポンプ１０を動作させる。よって、簡単な構成で冷却水タンク２３への純水供給を可能とし、最小限の供給量で効率よく純水をシステム内に補給することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、
前記燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、
前記冷却水タンクに形成されている第１排水口と、
制御装置と、
を備えている燃料電池システムであって、
前記冷却水タンクは、前記燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、
前記制御装置は、前記冷却水タンク内の水の水位が前記第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、前記冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷却水タンク内の水の水位を検知する第１水位検知器を備え、
前記制御装置は、前記水補給部から前記冷却水タンクに水の補給を継続している時に、前記第１水位検知器が前記第１水位を検知するように前記冷却水循環ポンプを動作させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却水タンクは、前記燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水も貯めている、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
前記第１排水口と前記凝縮水タンクに形成されている第１入水口とに接続している第１水供給流路と、
を備え、
前記冷却水タンクは、前記凝縮水タンクの高さ以上に配置されており、
前記凝縮水タンクには、前記凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、
前記制御装置は、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口より低い第２水位以上になった場合に、前記冷却水循環ポンプを動作させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記凝縮水タンクと前記冷却水タンクとに接続している第２水供給流路と、
前記第２水供給流路に配置されている冷却水供給ポンプと、
を備え、
前記制御装置は、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口より低い第３水位以上になった場合、前記冷却水供給ポンプを動作させる、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記凝縮水タンク内の水の水位を検知する第２水位検知器を備え、
前記制御装置は、前記水補給部から前記冷却水タンクおよび前記凝縮水タンクに水の補給を継続している時に、前記第２水位検知器が第２水位を検知するように、前記冷却水供給ポンプを動作させる、請求項４又は５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池に供給される燃料ガスを生成する燃料処理装置と、
前記冷却水タンクと前記燃料処理装置とに接続している第３水供給流路と、
前記第３水供給流路上に配置されている改質水ポンプと、
を備え、
前記燃料処理装置は、原料ガスと前記改質水ポンプから供給される水とを改質反応させて燃料ガスを生成するように構成されており、
前記制御装置は、前記冷却水タンク内の水の水位が前記第１排水口より低い第４水位以上になった場合、前記改質水ポンプを動作させる、請求項４〜６のいずれか１項３に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水補給部からの給水により前記冷却水タンクに水が供給されることで前記冷却水タンク内の水位が上昇するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される燃料ガスを生成する燃料処理装置と、
前記燃料電池および前記燃料処理装置の少なくとも一方から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
前記燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、
制御装置と、
を備えている燃料電池システムであって、
前記冷却水タンクは、前記燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、
前記凝縮水タンクには、前記冷却水タンクから水が供給されるように構成されているとともに、前記凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、
前記制御装置は、前記冷却水タンク内の水の水位が前記第１排水口より低い第１水位以上になった場合、および、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口より低い第２水位以上になった場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口以上にならないように前記冷却水循環ポンプを動作させる、
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、水素と酸素の直接反応により電気エネルギーを生成する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、発電効率が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないため、省エネかつクリーンな発電装置として近年期待されている。特に、発電時に発生する熱を給湯や暖房等に回収利用する燃料電池システムは、総合的なエネルギー効率が高く、家庭用のエネルギー機器としての普及が望まれている。
【０００３】
以下に、従来の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。
【０００４】
図３に示すように、燃料処理装置５２は、例えば、メタンなどの原料ガスを水蒸気で改質することにより、燃料電池５１の燃料ガスとなる水素を生成する。そして、燃料電池５１は、燃料処理装置５２で生成された水素をアノード６２に、空気ブロワなどにより供給された空気中の酸素をカソード６３に流通させ、電気化学的に反応させることで発電を行う。
【０００５】
また、図３に示すように、貯湯タンク５３および貯湯ポンプ５４と、燃料処理装置５２の排ガスから熱回収を行う排ガス熱交換器５５と、燃料電池５１のカソード６３の出口に設けたカソードオフガス熱交換器５６と、燃料電池５１の冷却水熱交換器５７とを、この順番に配管接続し、貯湯タンク５３の貯湯水を加熱するように貯湯水循環流路５９を構成している。そして、冷却水循環ポンプ６０は、冷却水タンク７３に貯蔵された冷却水を、燃料電池５１内部の冷却部６４と冷却水熱交換器５７とを接続した冷却水循環流路５８に循環させる。
【０００６】
このとき、カソードオフガス熱交換器５６において燃料電池５１のカソードオフガスを冷却することにより得られた凝縮水と、排ガス熱交換器５５において燃料処理装置２の排ガスを冷却することにより得られた凝縮水とは、気液分離器７０においてカソードオフガスおよび排ガスと分離される。そして、分離された凝縮水は、凝縮水タンク７５に回収され、冷却水供給ポンプ７４により冷却水供給流路７７を通じて冷却水タンク７３に補給されて、燃料電池５１の冷却水として利用される。なお、凝縮水タンク７５に回収された凝縮水は、排ガスからの炭酸成分や若干の不純物を含むため、水処理装置を構成するイオン交換樹脂７６を介して純水化され、冷却水タンク７３に供給される。
【０００７】
このような燃料電池システムを初めて運転する場合は、あらかじめ冷却水循環流路５８を純水で満たしておく必要がある。その方法として、ポンプや弁などの動作により外部から水道水などを自動的に給水する方法がある（以下、「自動給水」という）。自動給水は、簡便化な給水方法を実現するために考えられた方式であり、例えば、貯湯水循環流路５９から給水流路８２を給水弁８１を介して凝縮水タンク７５に接続し、燃料電池システムの設置時に、まず給水弁８１を開放して凝縮水タンク７５を水道水で満たし、次に冷却水供給ポンプ７４でイオン交換樹脂７６を介して冷却水タンク７３を純水で満たし、冷却水循環ポンプ６０で冷却水循環流路５８を満たすような方式である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１０７８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１をはじめとする従来技術であって、更なる効率的な水の利用を確保するという観点からは、いまだ改善の余地があった。
【００１０】
そこで、本発明は、より効率的な水の利用を実現することの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】
【００１１】
上記従来技術の課題を鑑みて本発明者らが鋭意検討をした結果、本発明者らは、更なる水の効率利用の観点から上記特許文献１をはじめとする従来の燃料電池システムには以下の課題があることを見出した。
【００１２】
すなわち、従来の燃料電池システムは、上記特許文献１に代表されるように、貯湯タンクから回収水タンクに水を供給し、第２の水位検出器が水位上昇を検知した場合に冷却水供給ポンプを動作させるものであった。冷却水供給ポンプは、イオン交換樹脂での確実なイオン交換を実現するなどの理由から水の供給量を抑えて動作させるものであるため、貯湯タンクからの水の供給量が多い場合には回収水タンクに形成されている排水口から排水されてしまうことがあった。特に、このような課題は、水カートリッジなどを用いて手動で純水を給水する方法（以下、「手動給水」という）の場合に大きな問題となる。つまり、施工者が純水カートリッジを用いて給水している場合に、純水が供給される回収水タンクなどから純水が排水されてしまうと、燃料電池システムを動作させるための水が足りなくなるおそれがあった。この場合、燃料電池システムが異常を報知して、施工者が再び水を追加で給水することになり、施工の手間が大きくなり、結果として施工費用が上昇してしまうおそれがあった。
【００１３】
そこで、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、冷却水タンクに形成されている第１排水口と、制御装置と、を備えている燃料電池システムであって、冷却水タンクは、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。
【００１４】
この構成において、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水タンク内の水位が第１排水口以下になるように冷却水循環ポンプを動作させることで、供給された水が排水されないようにすることができる。そのため、例えば、冷却水タンクに純水カートリッジの純水を供給するような手動給水の方式でも、量が限られている純水の排水を抑制して、純水を最大限利用することができ、燃料電池システムの異常の報知も抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、供給される水の排水を抑制することで、効率的な水の利用を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図
【図３】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、冷却水タンクに形成されている第１排水口と、制御装置と、を備えている燃料電池システムであって、冷却水タンクは、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。
【００１８】
この構成において、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水タンク内の水位が第１排水口以下になるように冷却水循環ポンプを動作させることで、供給された水が排水されないようにすることができる。そのため、例えば、冷却水タンクに純水カートリッジの純水を供給するような手動給水の方式でも、量が限られている純水の排水を抑制して、純水を最大限利用することができ、燃料電池システムの異常の報知も抑制することができる。つまり、最小限の純水の供給量で効率よく給水することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、冷却水タンク内の水の水位を検知する第１水位検知器を備え、制御装置は、水補給部から冷却水タンクに水の補給を継続している時、第１水位検知器が第１水位を検知するように冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。
【００２０】
この構成によれば、冷却水タンクへの純水の補給と冷却水循環流路への純水の供給とを、遅滞することなく行うことができ、効率よく水補給を実施することができる。また、冷却水タンク内からの水の排水を抑制することができる。
【００２１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、冷却水タンクは、燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水も貯めている燃料電池システムである。これによれば、システム運転時に燃料電池から発生する純度の高い水を、冷却水タンクに常に確保することができ、長期にわたって安定したシステム運転を実現することができる。
【００２２】
第４の発明は、第１の発明において、燃料電池に供給される燃料ガスを生成する燃料処理装置と、燃料電池および燃料処理装置の少なくとも一方から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンクと、第１排水口と凝縮水タンクに形成されている第１入水口とに接続している第１水供給流路と、を備え、冷却水タンクは、凝縮水タンクの高さ以上に配置されており、凝縮水タンクには、凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、制御装置は、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第２水位以上になった場合に、冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。
【００２３】
この構成によれば、少なくとも凝縮水タンクから第２排水口へのオーバーフローさせることなく、純水を冷却水タンク、冷却水供給流路、凝縮水タンクに補給することができる。そのため、最小限の供給量で効率よく純水をシステム内に補給することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。
【００２４】
第５の発明は、第４の発明において、凝縮水タンクと冷却水タンクとに接続している第２水供給流路と、第２水供給流路に配置されている冷却水供給ポンプとを備え、制御装置は、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第３水位以上になった場合、冷却水供給ポンプを動作させる燃料電池システムである。これによれば、簡単な構成で、設置初期においても、例えば、凝縮水中の不純物を取り除くためのイオン交換樹脂を有するような冷却水供給流路に、容易かつ速やかに純水を供給することができ、設置性に優れた燃料電池システムを提供することができる。
【００２５】
第６の発明は、第４又は第５の発明において、凝縮水タンク内の水の水位を検知する第２水位検知器を備え、制御装置は、水補給部から冷却水タンクおよび凝縮水タンクに水の補給を継続している時に、第２水位検知器が第２水位を検知するように、冷却水供給ポンプを動作させる燃料電池システムである。これによれば、冷却水タンクへの純水の補給と冷却水供給ポンプによる純水の供給とを、遅滞することなく行うことができ、効率よく水補給を実施することができる。また、凝縮水タンク内からの水の排水を抑制することができる。
【００２６】
第７の発明は、第４〜６の発明において、冷却水タンクと燃料処理装置とに接続している第３水供給流路と、第３水供給流路上に配置されている改質水ポンプとを備え、燃料処理装置は、原料ガスと改質水ポンプから供給される水とを改質反応させて燃料ガスを生成するように構成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第４水位以上になった場合、改質水ポンプを動作させる燃料電池システムである。
【００２７】
この構成によれば、簡単な構成で、設置初期においても燃料処理装置に容易かつ速やかに改質水を供給することができ、設置時の試運転時間を短縮でき、設置性に優れた燃料電池システムを提供することができる。
【００２８】
第８の発明は、第１〜７の発明において、水補給部からの給水により冷却水タンクに水が供給されることで冷却水タンク内の水位が上昇するように構成されている燃料電池システムである。これによれば、水補給時に冷却水タンク内の水位を確保しながら、冷却水循環ポンプによる水張りを確実に行うことができ、初期設置時のシステムの信頼性を向上させることができる。
【００２９】
第９の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、燃料電池に供給される燃料ガスを生成する燃料処理装置と、燃料電池および燃料処理装置の少なくとも一方から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンクと、燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、制御装置と、を備えている燃料電池システムであって、冷却水タンクは、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、凝縮水タンクには、冷却水タンクから水が供給されるように構成されているとともに、凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合、および、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第２水位以上になった場合の少なくともいずれか一方の場合に、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口以上にならないように冷却水循環ポンプを動作させる、燃料電池システムである。
【００３０】
この構成において、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水タンク内の水位が第１排水口以下になるように冷却水循環ポンプを動作させることで、供給された水が排水されないようにすることができる。そのため、例え
ば、冷却水タンクに純水カートリッジの純水を供給するような手動給水の方式でも、量が限られている純水の排水を抑制して、純水を最大限利用することができ、燃料電池システムの異常の報知も抑制することができる。つまり、最小限の純水の供給量で効率よく給水することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。
【００３１】
なお、冷却水タンクと凝縮水タンクとは一体としても構成してもよい、つまり共通の一つのタンクで構成されていてもよい。この場合、タンク内の貯水部を一つとしてもよいし、冷却水タンク用の貯水部と凝縮水タンク用の貯水部とを隔壁などで隔てて形成してもよい。この場合、第１排水口と第２排水口とは一つの排水口を兼用してもよいし、二つの排水口を形成してもよい。さらに、第１水位と第２水位とは共通の水位としてもよい。また、「凝縮水タンクには、冷却水タンクから水が供給されるように構成されている」とは、冷却水タンク内に水が供給されることにより凝縮水タンク内に水が供給されるので、冷却水タンク内に水が供給されると同じ現象となる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池システムについて、図１を用いて説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システムは、水素等の燃料ガスと空気中の酸素等の酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池１と、燃料電池１に供給される水素等の燃料ガスを生成する燃料処理装置２と、を備えている。また、燃料電池システムは、燃料電池１から排出されるカソードオフガス中の水蒸気および燃料処理装置２から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンク２５と、燃料電池１で発生する熱を回収する冷却水が循環する冷却水循環流路８と、冷却水循環流路８上に配置されている冷却水タンク２３と、を備えている。さらに、燃料電池システムは、冷却水循環流路８上に配置されている冷却水循環ポンプ１０と、冷却水タンク２３に形成されている第１排水口３５と凝縮水タンク２５に形成されている第１入水口３６とに接続している第１水供給流路３１と、制御装置１１を備えている。
【００３６】
冷却水タンク２３は、凝縮水タンク２５以上の高さ、好ましくは凝縮水タンクより高い位置に配置されているとともに、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部、例えば、水カートリッジ２８が接続される接続部２９（水補給部）が形成されている。
【００３７】
凝縮水タンク２５には、凝縮水タンク２５内の水を排出するための第２排水口３７が形成されている。さらに、凝縮水タンク２５と冷却水タンク２３とに接続している第２水供給流路２７と、第２水供給流路２７に配置されている冷却水供給ポンプ２４とイオン交換樹脂２６とを備えている。
【００３８】
燃料電池１は、燃料処理装置２で生成された燃料ガス（例えば、水素）と、空気ブロワなどから送られた空気中の酸素とを、燃料極であるアノード１２および酸素極であるカソード１３において電気化学的に反応させて発電を行う。燃料電池１は、同時に、燃料ガスと酸素との反応により水を生成するため、燃料電池１のカソード１３からは水蒸気成分を多く含んだオフガスを排出する。また、燃料電池１の冷却部１４には、冷却水循環ポンプ１０により、冷却水タンク２３に貯蔵された冷却水が供給され、冷却水循環流路８によって冷却水熱交換器７との間を循環する。
【００３９】
燃料処理装置２は、メタンやプロパンなどの炭化水素ガスを含む原料ガスから、触媒による改質反応（例えば水蒸気改質反応）により水素を生成し、燃料電池１のアノード１２に送出する。そして、燃料処理装置２は、一般に、原料ガスの燃焼熱を用いて改質反応を促進するため、水蒸気成分を多く含んだ燃焼排ガスを排出する。
【００４０】
貯湯タンク３からの貯湯水は、貯湯ポンプ４により、燃料処理装置２の排ガスの排熱を回収する排ガス熱交換器５と、燃料電池１のカソードオフガスの排熱を回収するカソードオフガス熱交換器６と、燃料電池１の冷却水の排熱を回収する冷却水熱交換器７とを介して貯湯タンク３に戻る貯湯水循環流路９を備える。
【００４１】
排ガス熱交換器５は、貯湯水循環流路９を循環する貯湯水との熱交換により燃料処理装置２からの排ガスの排熱を回収するとともに、排ガスから凝縮水を生成する。カソードオフガス熱交換器６は貯湯水循環流路９を循環する貯湯水との熱交換により燃料電池１から排出されるカソードオフガスの排熱を回収するとともに、カソードオフガスから凝縮水を生成する。
【００４２】
冷却水熱交換器７は燃料電池１の冷却水の排熱を回収する。なお、排ガス熱交換器５からの排ガスおよびその凝縮水と、カソードオフガス熱交換器６からのカソードオフガスおよびその凝縮水は、気液分離器２０において、凝縮水成分とガス成分とに分離され、ガス成分であるカソードオフガスと排ガスは外部に排気され、凝縮水は凝縮水タンク２５に貯留される。なお、これら熱交換器としては、例えば二重管式やシェルアンドチューブ式、プレート式などの熱交換器を用いられる。
【００４３】
なお、冷却水タンク２３は、燃料電池１で発電に伴って発生する熱を回収して燃料電池を所定温度に保つための冷却水を貯留する。第２水供給流路２７は、凝縮水タンク２５内の凝縮水を冷却水として冷却水タンク２３に補給する。冷却水供給ポンプ２４は、凝縮水タンク２５より下方に配置されたポンプであり、凝縮水タンク２５内の凝縮水を第２水供給流路２７を通して冷却水タンク２３に送る。イオン交換樹脂２６は、第２水供給流路２７の途中に設けられ凝縮水タンク２５からの凝縮水を純水に処理する。
【００４４】
冷却水タンク２３には、例えば、内部に純水を保持した水カートリッジ２８を接続するための接続部２９が設けられている。また、冷却水タンク２３はオーバーフロー分を第１水供給流路３１を通じて凝縮水タンク２５に排出する第１排水口３５を有し、さらに、それより低い位置で水位を検出する、例えばフロートスイッチからなる第１水位検知器３３を有する。
【００４５】
凝縮水タンク２５はオーバーフロー分を排水流路３２を通じて外部に排出する第２排水口３７を有し、さらに、それより低い位置で水位を検出する、例えばフロートスイッチを備えている第２水位検知器３４を有する。
【００４６】
ここで、水カートリッジ２８は、例えば、冷却水タンク２３、燃料電池１の冷却部１４および冷却水熱交換器７を含む冷却水循環流路８、第１水供給流路３１、凝縮水タンク２５を満たすのに十分な量の水を保持することができるものである。また、水カートリッジ２８はカートリッジ側接続部３０を有し、冷却水タンク２３の接続部２９と着脱自在な構成を有している。
このカートリッジ側接続部３０は、例えば、通常はバネ力により弁が機械的に閉止された状態にあり、接続部２９への装着により、バネ力が解除され弁が開放され、水カートリッジ２８の内部と冷却水タンク２３とが連通するような構成が望ましい。さらに、装着時に接続部２９およびカートリッジ側接続部３０がシール性を保持するものであれば、水補給
時の周囲への不測の水漏れを防止することができる。また、水カートリッジ２８が冷却水タンク２３上に保持されるような構成であれば、所定の重量を有する水カートリッジ２８を作業者が持ったままの状態で拘束されることなく、水の補給を行うこともできる。
【００４７】
このような燃料電池システムを初めて設置する際は、冷却水タンク２３内部は空の状態であり、システムを運転するためには、冷却水タンク２３を冷却用の水で満たす必要がある。このような冷却水としては、燃料電池１の劣化を抑制するために、純水やイオン交換水、蒸留水等の純度が高く導電率の低い水が望ましい。
【００４８】
本実施の形態１では、例えば純水を内部に保持した水カートリッジ２８を用い、そのカートリッジ側接続部３０を冷却水タンク２３の接続部２９に機械的に接続し、冷却水タンク２３に水カートリッジ２８内の純水を補給する。
【００４９】
冷却水タンク２３に純水が供給され続けると、徐々に水面は上昇する。そして、制御装置１１は、第１排水口３５より低い位置に設置した第１水位検知器３３で、冷却水タンク２３内の水の水位が第１排水口３５より低い第１水位以上を検出したときに、冷却水循環ポンプ１０を起動させ、冷却水循環流路８、燃料電池の冷却部１４および冷却水熱交換器７に順次水を張っていく。冷却水循環流路８や燃料電池の冷却部１４、冷却水熱交換器７の内部には、初期には空気が存在するため、例えば、水の自重だけで水を張るだけでは、流路内の空気層を十分外部に排除できない場合がある。そこで、冷却水循環ポンプ１０を用いて強制的に水を送ることで、冷却水循環流路８等の内部の空気を、例えば、冷却水タンク２３から外部に排除し、流路内を十分な純水で満たすことが可能となる。
【００５０】
このとき、制御装置１１は、冷却水循環ポンプ１０を、接続部２９から冷却水タンクに水の補給を継続している時に、第１水位検知器が第１水位を検知するように冷却水循環ポンプを動作させてもよい。ここで、第１水位は、所定の水位幅になるように設定してもよい。
【００５１】
このとき、冷却水タンク２３の水位上昇は一旦は鈍化ないしは水位低下に転じるものの、さらに、水カートリッジ２８より冷却水タンク２３に純水が供給され続けると、第１排水口３５から水が溢れはじめ、このオーバーフロー分は第１水供給流路３１を通じて凝縮水タンク２５に排出される。凝縮水タンク２５にオーバーフローとしての純水が供給され続けると、徐々に水面が上昇する。制御装置１１は、第２排水口３７より低い位置に設置した第２水位検知器３４で、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第２水位以上になったことを検知した場合、冷却水供給ポンプ２４の動作を開始させ、イオン交換樹脂２６を含む冷却水供給流路２７の中の水張りを行ってもよい。
【００５２】
さらに、制御装置１１は、接続部２９から冷却水タンク２３および凝縮水タンク２５に水の補給を継続している時に、第２水位検知器３４が第２水位を検知するように、冷却水供給ポンプを動作させてもよい。
【００５３】
なお、水カートリッジ２８からの純水の供給の停止は、凝縮水タンク２５の第２排水口３７からのオーバーフロー水の排水の確認、もしくは、純水を収納した水カートリッジ２８の残水量が所定量以下もしくは水カートリッジ２８が空になった時点で終了とすればよい。
【００５４】
本実施の形態によれば、水カートリッジ２８を冷却水タンク２３に接続するだけの簡単な構成で、冷却水タンク２３および凝縮水タンク２５への純水の供給を可能とすることができる。また、初期設置時に、凝縮水タンク２５に純水を供給することでし、イオン交換樹脂２６への負荷を減らすことができ、システムの信頼性の向上を図ることができる。さ
らに、凝縮水タンク２５から第２排水口３７へオーバーフローさせることなく、純水を冷却水タンク２３、冷却水循環流路８、凝縮水タンク２５に補給することができ、最小限の供給量で効率よく純水をシステム内に補給することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。また、凝縮水タンク２５の水位を十分確保しておくことで、イオン交換樹脂２６を含む冷却水供給流路２７の中の水張りを行うことも容易に実現できる。
【００５５】
したがって、本実施の形態によれば、簡単な構成で、システム内への純水供給を可能とし、かつ、最小限の供給量で効率よく純水をシステム内に補給することを可能とすることで、信頼性と設置時の経済性に優れた燃料電池システムを提供することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、冷却水タンク２３の第１水位検知器３３が水位を検出した後に、冷却水循環ポンプ１０を起動するものとしたが、冷却水タンク２３をオーバーフローさせ凝縮水タンク２５の第２水位検知器３４が水位を検出した後に、冷却水循環ポンプ１０を起動するものとしてもよい。この場合、冷却水循環流路８への水張り開始により、凝縮水タンク２５へのオーバーフローは停止され、冷却水タンク２３の水位も低下するが、冷却水循環流路８への水張りが完了すると水位は回復し、再度第１水位検知器３３が十分な水位を確認できた時点で、冷却水循環ポンプ１０を停止させればよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、水位センサを用いて水位検出により直接補給量を検出するものとしたが、制御装置（図示せず）により、水補給操作の開始時点からの経過時間により補給量を算出し、冷却水循環ポンプ１０の起動タイミングを決定するものとしても構わない。
【００５８】
さらに、本実施の形態では、冷却水タンク２３に水カートリッジ２８が接続される接続部２９が設けられるものとしたが、冷却水タンク２３に例えばホースが接続され、その先端に蓋つきの漏斗を設けられ、そこに水カートリッジ２８より水を注ぎ込むような構成としても構わない。
【００５９】
また、本実施の形態では、冷却水タンク２３は、凝縮水タンク２５より上方に配置されているものとしたが、略同等の高さに配置するものでもよく、例えば、同一の筐体内に区画された２室を設け、それぞれを冷却水および凝縮水を収納するタンクとするような構成としてもよい。このとき、第１水供給流路３１は、筐体内を区画する隔壁を越えて、冷却水が凝縮水側の室に流出する部分と設定することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２の燃料電池システムについて、図２を用いて説明する。
【００６１】
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。なお、本実施の形態の燃料電池システムの構成およびその作用は、実施の形態１で説明したものと略同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、冷却水タンク２３と燃料処理装置２とに接続している第３水供給流路３８と、第３水供給流路３８上に配置されている改質水ポンプ３９とを備え、燃料処理装置２は、原料ガスと改質水ポンプ３９から供給される水とを改質反応させて燃料ガスを生成するように構成されており、制御装置（図示せず）は、冷却水タンク２３内の水の水位が第１排水口３５より低い第３水位以上になった場合、改質水ポンプ３９を動作させる点である。これによれば、簡単な構成で、設置初期においても燃料処理装置２に容易かつ速やかに改質水を供給することができる。
【００６３】
したがって、設置時の試運転時間を短縮でき、設置性に優れた燃料電池システムを提供することができる。
【００６４】
なお、実施の形態１および２において、冷却水タンク２３と凝縮水タンク２５とは一体としても構成してもよい、つまり共通の一つのタンクで構成されていてもよい。この場合、タンク内の貯水部を一つとしてもよいし、冷却水用の貯水部と凝縮水用の貯水部とを隔壁などで隔てて形成してもよい。この場合、第１排水口３５と第２排水口３７とは一つの排水口を兼用してもよいし、二つの排水口を形成してもよい。さらに、第１水位と第２水位とは共通の水位としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、水の効率的な利用を実現することができるので、家庭用および業務用の、固体高分子形および固体高分子形燃料電池システムなどの様々な燃料電池システムに適用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１  燃料電池
２  燃料処理装置
３  貯湯タンク
４  貯湯ポンプ
５  排ガス熱交換器
６  カソードオフガス熱交換器
７  冷却水熱交換器
８  冷却水循環流路
９  貯湯水循環流路
１０  冷却水循環ポンプ
１１  制御装置
２３  冷却水タンク
２５  凝縮水タンク
２８  水カートリッジ
２９  接続部（水補給部）
３０  カートリッジ側接続部
３１  第１水供給流路
３３  第１水位検知器
３４  第２水位検知器
３５  第１排水口
３６  第１入水口
３７  第２排水口
【図１】
2015118730.tif 000003
【図２】
2015118730.tif 000004
【図３】
2015118730.tif 000005