(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガス回収水のタンクを加熱し、凍結抑制を図るとともに、菌の繁殖を抑制する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１を備える燃料電池システム１００であって、燃料電池システム１００における排ガスから回収した水を貯える第１水タンク７と、第１水タンク７の水を加熱する加熱器１０と、第１水タンク７内の水の凍結を抑制するための加熱動作を実行する凍結抑制運転が続いている期間の少なくとも一部において、加熱器１０を動作させ、第１水タンク７内の水の少なくとも一部を殺菌温度以上に加熱する制御器２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンクの水を加熱する加熱器と、前記第１水タンク内の水の凍結を抑制するための加熱動作を行う凍結抑制運転に伴い、前記加熱器により前記第１水タンク内の水の少なくとも一部を殺菌温度以上に加熱する制御器とを備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記加熱器は、前記第１水タンク内に設けられる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１水タンクより流出した後、前記水タンクに再び流入する熱媒体が流れる熱媒体流路を備え、前記加熱器は、前記第１水タンクの外部の前記熱媒体流路に設けられる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱媒体流路は、燃料電池を冷却する冷却水が貯えられる第２水タンクと、前記第１水タンクと前記第２水タンクとの間で水を循環させるための水循環路とを備え、前記加熱器は、前記第２水タンク内に設けられている、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯える第１水タンクの水の凍結を抑制するために前記第１水タンク内の水を加熱する凍結抑制運転に伴い、前記加熱器により前記第１水タンク内の水の少なくとも一部を殺菌温度以上に加熱する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、燃料電池システムに関するもので、特に、水タンクにおける菌繁殖を従来よりも低減する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、排ガスから回収した水を貯える水タンク等の水タンク内の水を電気ヒータ等の加熱手段を用いて加熱し、凍結を抑制するよう構成することが提案されている。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５９４９４
【特許文献２】特開２００３−２８２１０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１及び２記載の燃料電池システムは、凍結抑制運転として、上記水タンク内の水を加熱すると、水タンク内の水温が上昇し、菌が繁殖しやすくなるが、その点について考慮されていない。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、従来の燃料電池システムに比べ、排ガスから回収した水を貯える水タンクでの菌の繁殖を抑制す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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池を備える燃料電池システムであって、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンクの水を加熱する加熱器と、前記第１水タンク内の水の凍結を抑制するための加熱動作を行う凍結抑制運転に伴い、前記加熱器により前記第１水タンク内の水の少なくとも一部を殺菌温度以上に加熱する制御器とを備える。
本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯える第１水タンクの水の凍結を抑制するために前記第１水タンク内の水を加熱する凍結抑制運転に伴い、前記第１水タンク内の水の少なくとも一部を殺菌温度以上に加熱する。
かかる構成により、従来の燃料電池システムに比べ、第１水タンクでの菌の繁殖を抑制する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料電池システム及びその運転方法によれば、従来の燃料電池システムに比べ、排ガスから回収した水を貯える水タンクでの菌の繁殖を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図。
【図２】図２は、実施の形態１の燃料電池システムの動作の一例を示す図。
【図３】図３は、実施の形態１の燃料電池システムの凍結抑制運転の一例を示すフロー図。
【図４】図４は、実施の形態１の燃料電池システムの加熱殺菌処理の一例を示すフロー図。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例の燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図。
【図６】図６は、実施の形態２の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図。
【図７】図７は、実施の形態２の実施例１の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
実施の形態１の燃料電池システムは、燃料電池を備える燃料電池システムであって、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯える第１水タンクと、第１水タンクの水を加熱する加熱器と、第１水タンク内の水の凍結を抑制するための加熱動作を行う凍結抑制運転に伴い、加熱器を動作させ、第１水タンク内の水の少なくとも一部を殺菌温度以上に加熱する制御器とを備える。
【００１０】
実施の形態１の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯える第１水タンクの水の凍結を抑制するために第１水タンク内の水を加熱する凍結抑制運転に伴い、前記第１水タンク内の水の少なくとも一部を殺菌温度以上に加熱する。
【００１１】
かかる構成により、従来の燃料電池システムに比べ、第１水タンクでの菌の繁殖を抑制する。
【００１２】
ここで、燃料電池システムにおける排ガスは、燃料電池システムにおいて排出される排ガスであればいずれの排ガスであっても構わない。例えば、燃料電池から排出されるオフ酸化剤ガス、燃料電池から排出されるオフ燃料ガス、及びオフ燃料ガスを燃焼した後の燃焼排ガス等が例示される。
【００１３】
加熱器は、水タンク内に設けられてもよい。
【００１４】
図１は、第１の実施形態の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、酸化剤ガス供給器２と、燃料ガス供給器３と、燃焼器５と、オフ燃料ガス流路６と、第１水タンク７と、第１加熱器８と、第２加熱器１０ａと、温度検知器１１と、制御器２０と、筐体３０とを備える。
【００１６】
燃料電池１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する発電機であり、例えば、固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池等が用いられる。酸化剤ガス供給器２は、燃料電池１に酸化剤ガス（ここでは空気）を供給し、例えば、空気ブロア、空気ファン等が用いられる。燃料ガス供給器３は、燃料電池１に燃料ガスを供給し、例えば、水素ボンベ、原料を用いて改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する燃料ガス生成器等が用いられる。
【００１７】
燃焼器５は、燃料電池１から排出された燃料ガスを燃焼し、例えば、バーナー、触媒燃焼器等が用いられる。オフ燃料ガス流路６は、燃料電池１から排出されたオフ燃料ガスが流れる流路である。第１水タンク７は、燃焼器５の燃焼排ガスから回収された水を貯えるタンクである。なお、第１水タンク７は、燃焼排ガスから回収された水を貯えているが、これに限定されるものではない。つまり、燃料電池システム１００において排出される排ガスから回収した水であればいずれの排ガスから回収した水であっても構わない。例えば、第１水タンク７は、燃料電池１から排出されるオフ酸化剤ガスから回収した水を貯えるよう構成されてもよいし、燃料電池１から排出されるオフ燃料ガスから回収した水を貯えるよう構成されてもよい。
第１加熱器８は、第１水タンク７内の水を加熱する機器であり、電気ヒータ等が用いられる。第２加熱器１０ａは、第１水タンク７内の水を加熱する機器であり、電気ヒータ等が用いられる。温度検知器１１は、筐体３０内の雰囲気温度を検知することで、第１水タンク７内の水温を間接的に検知し、例えば、サーミスタ等が用いられる。なお、温度検知器１１は、第１水タンク７内の水温を直接または間接的に検知するものであれば、いずれの形態であっても構わない。例えば、燃料電池システム１００は、温度検知器１１が、第１水タンク７内に設けられ、第１水タンク７内の水温を直接検知する形態を採用しても構わない。
【００１８】
制御器２０は、制御機能を有するものであればよく、例えば、演算処理部（図示せず）及び制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）を備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器１０は、集中制御を行う単独の制御器であってもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器であってもよい。
【００１９】
筐体３０は、上記機器を収納する。ただし、これに限定されるものではなく、少なくとも燃料電池１、燃焼器５及び第１水タンク７を収納すればよい。
【００２０】
次に、燃料電池システム１００の動作について説明する。
【００２１】
図２は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフロー図である。
【００２２】
図２に示すように、燃料電池システム１００は、外気温の低下に伴い凍結抑制運転を実行する（ステップＳ２０１）。次に、凍結抑制運転の実行に伴い、第１水タンク７内の水の加熱殺菌処理を実行する（ステップＳ２０２）。
【００２３】
次に、燃料電池システム１００の凍結抑制運転の一例について説明する。
【００２４】
図３は、燃料電池システム１００の凍結抑制運転の一例を示すフロー図である。
【００２５】
図３に示すように、燃料電池システム１００では、発電運転の停止後、制御器２０は、温度検知器１１の検知温度を取得し（ステップＳ３０１）、検知温度が、第１の温度閾値Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。ここで、第１の温度閾値Ｔ１は、凍結抑制のために第１水タンク７内の水の加熱が必要か否かを判断するための基準温度であり、具体的には、氷点以上の温度（例えば、１℃）であることが好ましい。
【００２６】
そして、検知温度が、第１の温度閾値以下であると判定されると（ステップＳ３０２でＹｅｓ）、凍結抑制運転として第１加熱器８をＯＮする（ステップＳ３０３）。検知温度が、第１の温度閾値よりも高いと（ステップＳ３０２でＮｏ）、再度、ステップＳ３０１に戻り、温度検知器１１の検知温度を取得する。
【００２７】
ステップＳ３０３の開始後、制御器２０は、温度検知器１１の検知温度を取得し（ステップＳ３０４）、検知温度が、第２の温度閾値Ｔ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。ここで、第２の温度閾値Ｔ２は、第１の温度閾値よりも高い温度（例えば、１０℃）が設定される。
【００２８】
次に、燃料電池システム１００の第１水タンク７の加熱殺菌処理の一例について説明する。
【００２９】
図４は、燃料電池システム１００の加熱殺菌処理の一例を示すフロー図である。
【００３０】
図４に示すように、燃料電池システム１００は、凍結抑制運転として第１加熱器８の動作が開始されると（スタート）、第２加熱器１０ａの動作を開始することで、第１水タンク７の加熱殺菌処理を実行する（ステップＳ４０１）。ステップＳ４０１の開始後、第２加熱器１０ａの動作時間が、第１の時間閾値Ｔｔｈ１以上であるか否かを判定し（ステップＳ４０２）、動作時間が第１の時間閾値Ｔｔｈ１以上であれば（ステップＳ４０２でＹｅｓ）、第２加熱器１０ａを停止する。一方、第２加熱器１０ａの動作時間が、第１の時間閾値Ｔｔｈ１未満であれば（ステップＳ４０２でＮｏ）、第２加熱器１０ａの動作を継続する。ここで、上記第１の時間閾値は、第１水タンク７内の水の少なくとも一部が殺菌温度以上になるのに必要な時間が設定される。第２加熱器１０ａの動作時間の計測は、例えば、計時器（図示せず）を用いて行なわれ、第１の時間閾値は記憶部（図示せず）に記憶される。なお、上記ステップＳ４０２では、第１水タンク７内の水の少なくとも一部が殺菌温度以上になっていることを、第２加熱器１０ａの動作時間で間接的に判定しているが、第１水タンク７内に温度検知器（図示せず）を設け、この検知温度に基づき直接的に判定してもよい。
【００３１】
上記加熱殺菌処理は、凍結抑制運転開始後のいずれのタイミングで開始してもよいし、凍結抑制運転と同時に開始してもよいし、または凍結抑制運転に先行して開始してもよい。つまり、加熱殺菌処理は、凍結抑制運転に伴って実行されるなら、いずれのタイミングで実行されても構わない。なお、凍結抑制運転に先行して加熱殺菌処理を実行する場合、温度検知器１１の検知温度が、第１の閾値以下であると判定された後（ステップＳ３０２でＹｅｓの後）、まず、加熱殺菌処理を開始してから（ステップＳ４０１を開始）、その後、凍結抑制運転を開始する（ステップＳ３０３を開始）。
【００３２】
上記燃料電池システム１００は、第２加熱器１０ａが、第１水タンク７内に設けられているが、これに限定されるものではない。第１水タンク７内の水を加熱可能であれば、その配設位置は任意である。
【００３３】
上記燃料電池システム１００は、第１加熱器８及び第２加熱器１０ａを別々に設けているが、共通化しても構わない。つまり、凍結抑制運転を実行する加熱器と加熱殺菌処理を実行する加熱器を共通化してもよい。
［変形例］
実施の形態１の変形例の燃料電池システムは、制御器は、凍結抑制運転が所定の時間閾値以上続くと、加熱器により水タンク内の水を殺菌温度以上になるよう制御する。
【００３４】
かかる構成により、水タンクでの菌の繁殖を抑制するために必要なタイミングで適宜加熱殺菌処理が実行される。
【００３５】
ここで、凍結抑制運転が続いているとは、凍結抑制運転が連続的に続いているとき、及び凍結抑制運転が断続的に続いているときの少なくともいずれか一方を含む。
【００３６】
本変形例の燃料電池システムの概略構成は、実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００３７】
次に、本変形例の燃料電池システムの動作の一例について説明する。
【００３８】
図５は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフロー図である。
【００３９】
図５に示すように、凍結抑制運転が開始されると（スタート）、制御器２０は、凍結抑制運転が続いている時間を算定する（ステップＳ５０１）。この時間の算定にあたっては、計時器（図示せず）により計測された現在時刻と、記憶部（図示せず）に記憶された凍結抑制運転が開始された時刻とを用いて算定される。ここで、凍結抑制運転が続いている時間とは、凍結抑制運転が連続的に続いている時間、及び凍結抑制運転が断続的に続いている時間の少なくともいずれか一方を含む。凍結抑制運転が断続的に続いているとは、第１水タンク７内の水温の上昇により凍結抑制運転を一旦終了しても、第１水タンク７内の水温に低下に伴い凍結抑制運転が再開される状況を意味する。換言すれば、第１水タンク７内の水の冷却期間を間に挟み凍結抑制運転が繰り替えし実行される状況を意味する。
【００４０】
そして、算定された時間が第２の時間閾値Ｔｔｈ２以上であるか否かが判定される（ステップＳ５０２）。上記第２の時間閾値Ｔｔｈ２は、第１水タンク７内での菌の繁殖により第１水タンク７から水利用機器（図示せず）への水の供給路に流路閉塞が生じない時間が設定され、例えば、２４時間が設定される。この第２の時間閾値Ｔｔｈ２の設定は当該第２の時間閾値Ｔｔｈ２を記憶部（図示せず）に記憶させることによって行なわれる。水利用機器（図示せず）には、燃料ガス生成器に含まれる蒸発器、及び燃料電池１を冷却する冷却水を貯える第２水タンク等が例示される。
【００４１】
算定された時間が、第２の時間閾値Ｔｔｈ２以上であると（ステップＳ５０２でＹｅｓ）、第２加熱器１０ａを動作させ、第１水タンク７内の水を加熱する（ステップＳ５０３）。算定された時間が、第２の時間閾値Ｔｔｈ２未満であると（ステップＳ５０２でＮｏ）、ステップＳ５０１に戻り、再度、凍結抑制運転が続いている時間を算定する。
【００４２】
第２加熱器１０ａの動作開始後は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４３】
上記動作フローにより、凍結抑制運転が長く続くと加熱殺菌処理が実行され、凍結抑制運転が長く続かないと加熱殺菌処理は実行されないので、凍結抑制運転が続く時間の長さに依らずに加熱殺菌処理を実行する場合に比べ、加熱殺菌処理のために消費するエネルギーが低減される。
【００４４】
なお、本変形例の燃料電池システムも、実施の形態１の燃料電池システムと同様に、第１加熱器８及び第２加熱器１０ａを共通化しても構わない。つまり、凍結抑制運転を実行する加熱器と加熱殺菌処理を実行する加熱器を共通化してもよい。
（実施の形態２）
実施の形態２の燃料電池システムは、水タンクより流出した後、水タンクに再び流入する熱媒体が流れる熱媒体流路を備え、加熱器は、水タンクの外部の熱媒体流路に設けられる。
【００４５】
上記特徴以外は、実施の形態１及び変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【００４６】
実施の形態２の燃料電池システムの一例について説明する。
【００４７】
図６は、実施の形態２の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図１と同様の符号を付した構成については、説明を省略し、実施の形態１と異なる特徴について説明する。
【００４８】
図６に示すように、燃料電池システム１００は、第２加熱器１０ｂと、熱媒体流路１２と、ポンプ１３とを備える。第２加熱器１０ｂは、第１水タンク７外部の熱媒体流路１２に設けられ、熱媒体を加熱する。第２加熱器１０ｂは、例えば、電気ヒータ、燃焼器、蓄熱器等が用いられる。熱媒体流路１２は、第１水タンク７より流出した後、第１水タンク７に再び流入する熱媒体が流れる流路であり、第１水タンク７を貫通して流路が構成されている。ただし、これに限定されるものではなく、第１水タンク７内を流路が貫通せず、第１水タンク７内の水が熱媒体流路１２を循環するよう構成されていてもよい。なお、上記熱媒体は、水、不凍液等が用いられる。ポンプ１３は、熱媒体流路１２内の熱媒体を流すためのポンプである。
【００４９】
上記燃料電池システム１００は、加熱殺菌処理において、制御器２０が、第２加熱器１０ｂを動作させるとともにポンプ１３を動作させることを特徴とする。なお、第２加熱器１０ｂが、蓄熱器である場合、加熱殺菌処理において、蓄熱器内の熱媒体が殺菌温度よりも高いのであれば、蓄熱器内の熱媒体を加熱する必要はなく、ポンプ１３を動作させるだけでよい。
本実施の形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、実施の形態１及び変形例のいずれかの燃料電池システム１００と同様の動作であるので、詳細な説明を省略する。
［実施例１］
実施の形態２の実施例１の燃料電池システムは、熱媒体流路は、燃料電池を冷却する冷却水が貯えられる第２水タンクと、第１水タンクと第２水タンクとの間で水を循環させるための水循環路とを備え、加熱器は、第２水タンク内に設けられている。
【００５０】
上記特徴以外は、実施の形態１、変形例及び実施の形態２のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【００５１】
実施例１の燃料電池システムについて説明する。
【００５２】
図７は、実施例１の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図２と同様の符号を付した構成については、説明を省略し、実施の形態１と異なる特徴について説明する。実施例１の燃料電池システム１００は、第２加熱器１０ｃと、第１流路１２ａと、第２流路１２ｂと、第２水タンク１２ｃとを備える。
第２加熱器１０ｃは、第２水タンク１４内に設けられ、冷却水を加熱する。第２加熱器１０ｃは、例えば、電気ヒータ等が用いられる。第１流路１２ａは、第１水タンク７から第２水タンク１４に供給される水が流れる流路である。第２流路１２ｂは、第２水タンク１４から第１水タンク７に供給される水が流れる流路である。第２水タンク１２ｃは、冷却水を貯えるタンクである。なお、熱媒体流路は、第２水タンク１２ｃと、第１流路及び第２流路を備える水循環路とを備える。
【００５３】
本実施例の燃料電池システム１００の動作は、実施の形態２と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかる燃料電池システム及びその運転方法は、従来の燃料電池システムに比べ、排ガスから回収した水を貯える水タンクでの菌の繁殖を抑制することが可能になるので、燃料電池システム等として有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１  燃料電池
２  酸化剤ガス供給器
３  燃料ガス供給器
５  燃焼器
６  オフ燃料ガス流路
７  水タンク
８  第１加熱器
１０ａ  第２加熱器
１０ｂ  第２加熱器
１０ｃ  第２加熱器
１１  温度検知器
１２  熱媒体流路
１２ａ  第１流路
１２ｂ  第２流路
１２ｃ  第２水タンク
２０  制御器
３０  筐体
１００  燃料電池システム
【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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【図７】
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