(57)【要約】【課題】本発明は、燃料費を抑制しつつ改質水タンクに貯留された水の殺菌処理を行なうことができる燃料電池装置を提供する。【解決手段】  本発明の燃料電池装置１００は、供給された燃料と空気とを利用して電気化学反応により発電する燃料電池スタック１と、改質反応により原料ガスから改質ガスを生成し、これを燃料として燃料電池スタック１に供給する改質器２と、改質器２における改質反応で利用するための水を貯留する改質水タンク６と、空気を供給するための空気供給器７と、発電時に生じる熱を利用して空気供給器７によって供給された空気を加温する残留熱回収熱交換器１０と、残留熱回収熱交換器１０によって加温された空気によって、改質水タンク６に貯留されている水を加温する改質水加熱熱交換器とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料と空気とを利用して電気化学反応により発電する燃料電池セルと、
改質反応により原料ガスから改質ガスを生成し、これを前記燃料として前記燃料電池セルに供給する改質器と、
前記改質器における改質反応で利用するための水を貯留する改質水タンクと、
前記空気を供給するための空気供給器と、
前記発電時に生じる熱を利用して前記空気供給器によって供給された空気を加温する第一熱交換器と、
前記第一熱交換器によって加温された空気によって、前記改質水タンクに貯留されている水を加温する第二熱交換器と、を備える燃料電池装置。
【請求項２】
記第一熱交換器によって加温された、前記空気供給器によって供給される空気を、前記第二熱交換器に導くための空気供給経路と、
前記空気供給経路への前記空気の流入を制限するために、該空気供給経路に設けられた第一弁と、
当該燃料電池装置の運転停止時に、前記第一弁が開状態となるように制御する制御部と、を備える請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記改質水タンクに貯留された水の温度を検出する検出器を備え、
前記検出器によって検出した前記水の温度が所定の温度に達した場合、前記制御部は、空気の供給を停止するように前記空気供給器を制御する請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記燃料電池セルにおける前記電気化学反応は発熱反応であり、
前記第一熱交換器は、前記燃料電池セルの近傍に配置され、前記発熱反応により生じる熱を利用して前記空気供給器によって供給された空気を加温する請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記改質器は、前記燃料電池セルにおける前記電気化学反応に係る発熱及び未利用の燃料の燃焼熱を利用して改質反応により原料ガスから改質ガスを生成するよう構成されており、
前記第一熱交換器は、前記改質器の近傍に配置され、前記電気化学反応に係る発熱及び未利用の燃料の燃焼熱を前記改質ガス生成に利用した後の残留熱を利用して前記空気供給器によって供給された空気を加温する請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記第二熱交換器は、前記改質水タンク内に貯留された水の中に位置するよう設置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記改質水タンクの水を前記改質器に供給するためのポンプと、
前記改質水タンクの水を供給するための水供給経路と、
前記水供給経路から分岐し、前記ポンプによって供給された前記改質水タンクの水を循環させて該改質水タンクに戻すための循環経路と、を備え、
前記第二熱交換器は、前記循環経路上に設置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
固体酸化物型燃料電池または溶融炭酸塩型燃料電池である請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気改質のための改質水タンクを具備する燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率でクリーンなエネルギー源の開発が求められており、それに対する一つの候補として燃料電池が注目を浴びている。燃料電池は、水素を含有する燃料ガス（水素リッチなガス）と、酸素を含有する空気等の酸化剤ガスとを電気化学反応（発電反応）させることにより、電力と熱とを同時に発生させる装置である。
【０００３】
一般的に燃料電池は、原料ガスと水とを用いて改質反応を行なう水蒸気改質法によって水素を主成分とする改質ガスを生成する。そして、生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を、空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する。
【０００４】
ところで、水蒸気改質を行う改質器に供給する水としては排ガスから回収した凝縮水などの純水が用いられるが、純水は微生物が発生しやすい環境となる。ここで改質器に供給する水に微生物が生じると、配管閉塞等の不具合の原因となり、それにより燃料電池の運転に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００５】
そのため、従来から改質水タンクに貯水され改質器に供給される水に含まれる微生物を殺菌する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。より具体的には、特許文献１では、燃料電池装置は水タンクに貯水された水を加熱する加熱部を備え、起動時または再起動時に、この貯水された水を加熱することで殺菌を行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−９７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示されている燃料電池では、起動時または再起動時に改質水タンクに貯水された水を加熱するために、外部から加熱用ヒータ運転用のエネルギーを入力する必要があり、燃料費（エネルギーコスト）がかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、燃料費を抑制しつつ改質水タンクに貯留された水の殺菌処理を行なうことができる燃料電池装置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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池装置は、上記した課題を解決するために、供給された燃料と空気とを利用して電気化学反応により発電する燃料電池セルと、改質反応により原料ガスから改質ガスを生成し、これを前記燃料として前記燃料電池セルに供給する改質器と、前記改質器における改質反応で利用するための水を貯留する改質水タンクと、前記空気を供給するための空気供給器と、前記発電時に生じる熱を利用して前記空気供給器によって供給された空気を加温する第一熱交換器と、前記第一熱交換器によって加温された空気によって、前記改質水タンクに貯留されている水を加温する第二熱交換器と、を備える。
【００１０】
上記した構成によると、前記第一熱交換器を備えているため、空気供給器によって供給された空気を、前記発電反応熱を利用して加温することができる。また、前記第二熱交換器を備えているため、加温された空気により前記改質水タンクに貯留されている水を加温することができる。
【００１１】
ここで、発電時に生じる熱は、例えば、電気ヒータなどの加温装置などを備え、この加温装置によってわざわざ発生させた熱ではない。つまり、この熱を得るためだけに特に燃料費（エネルギーコスト）をかけて発生させた熱ではない。
【００１２】
したがって、本発明に係る燃料電池装置は、燃料費を抑制しつつ改質水タンクに貯留された水の殺菌処理を行なうことができるという効果を奏する。
【００１３】
なお、前記発電時に生じる熱とは、燃料電池セルにおける電気化学反応に係る発熱であってもよいし、未利用の燃料と空気との燃焼に係る燃焼熱をも含むものであってもよい。もしくは、電気化学反応に係る発熱と未利用の燃料と空気との燃焼に係る燃焼熱との合計によって、前記改質器における改質反応を賄った際の残余の熱であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以上に説明したように構成され、燃料費を抑制しつつ改質水タンクに貯留された水の殺菌処理を行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池装置の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す燃料電池装置における改質水タンク内の改質水の加熱殺菌処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す実施形態１に係る燃料電池装置の変形例の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る燃料電池装置の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図５】図４に示す燃料電池装置における改質水タンク内の改質水の加熱殺菌処理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】
【００１６】
（実施形態１）
［燃料電池装置の構成］
実施形態１に係る燃料電池装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池装置１００の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、実施形態１に係る燃料電池装置１００は、燃料電池スタック（燃料電池セル）１、改質器２、蒸発器３、改質水処理器４、改質水ポンプ（ポンプ）５、改質水タンク６、空気供給器７、原料供給器８、排ガス熱交換器９、残留熱回収熱交換器（第一熱交換器）１０、改質水加熱熱交換器（第二熱交換器）１１、改質水補給弁２１、改質水加熱空気流量調整弁（第一弁）２２、空気供給弁２４、原料供給弁２５、改質水供給弁２６、改質水供給経路（水供給経路）３１、空気供給経路３２、原料供給経路３３、排ガス経路３４、改質水補給経路３５、熱媒体経路３６、改質水加熱空気供給経路（空気供給経路）３７、制御部５０、および温度検知器（検出器）７０を備えてなる構成である。そして、燃料電池装置１００では、燃料電池スタック１、改質器２、蒸発器３、および残留熱回収熱交換器１０を、断熱性材料で覆われた一つのケース内に収納し、モジュール化してホットモジュール１０１を構成している。
【００１８】
ここで、燃料電池装置１００としては、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、又は溶融炭素塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等の動作温度が高い、いわゆる高温型燃料電池を使用することができる。このため、燃料電池装置１００として採用する燃料電池の型式に応じた燃料電池スタック１が使用される。なお、ここでは、燃料電池装置１００としてＳＯＦＣを利用するものとして説明する。
【００１９】
まず、ホットモジュール１０１を構成する各部の説明について行なう。
【００２０】
燃料電池スタック１は、電極触媒と固体酸化物からなる電解質とを備えた単電池である燃料電池セルを複数重ねたものである。燃料電池セルの燃料極（不図示）に供給された燃料ガスと、空気極（不図示）に供給された空気（酸化剤ガス）とを電気化学反応させて電力を発生させる。また、発電に使用されなかった燃料ガス（未利用の燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）とは、排ガス経路３４にて合流され、ホットモジュール１０１内で燃焼される。なお、本実施形態において図示していないが、排ガス経路３４内において、発電に使用されなかった未利用の燃料ガスと酸素とを燃焼するための空間（燃焼室）が設けられている。
【００２１】
ここで、この未利用の燃料ガスと空気との燃焼熱と、燃料電池スタック１における電気化学反応に係る発熱との合計を本実施形態では発電発熱と称するものとする。
【００２２】
また、ホットモジュール１０１ではこの発電発熱は、改質器２における改質反応や、蒸発器３の加熱、さらには、供給空気および原料の加熱に利用されるようになっている。ここで、発電発熱によって改質反応熱や蒸発器３の加熱を賄った残余の排熱を本実施形態では発電排熱と称することとする。そして、本発明に係る発電時に生じる熱は、燃料電池スタック１における電気化学反応に係る発熱であってもよいし、発電発熱であってもよい。あるいは、本発明に係る発電時に生じる熱は、発電排熱であってもよい。
【００２３】
なお、図示しないが、燃料電池スタック１は不図示の出力制御部に電気的に接続されており、出力制御部は外部電力負荷と電気的に接続されている。
【００２４】
改質器２は、外部から供給された原料と水蒸気との混合ガスから水蒸気改質法によって水素の含有率を高めた改質ガスを生成するものである。この改質ガスが燃料ガスとして燃料電池スタック１に供給される。改質器２は、改質触媒を有しており、改質触媒としては、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。なお、改質触媒はこれらに限定されるものではなく、水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよい。
【００２５】
蒸発器３は、改質器２において水蒸気改質反応を行なうために水蒸気を発生させるものである。蒸発器３は、後述する改質水ポンプ５によって改質水タンク６から供給された改質水を、発電発熱、ならびにホットモジュール１０１内に設けられた不図示の高温部によって加熱し、水を気化させて水蒸気を発生させる。そして、発生させた水蒸気を改質器２に送る。
【００２６】
残留熱回収熱交換器１０は、改質水加熱空気供給経路３７を通じて空気供給器７から供給された空気にホットモジュール１０１内の残留熱を伝達させるための熱交換器である。例えば、残留熱回収熱交換器１０は、チューブ式熱交換器などにより実現できる。本実施形態では、燃料電池装置１００の停止後にホットモジュール１０１内に蓄えられている発電排熱を残留熱と称するものとする。
【００２７】
本実施の形態に係る燃料電池装置１００では、上述した構成を有するホットモジュール１０１に対して、以下のようにして外部から空気(酸化剤ガス)、原料、および水（改質水）等が供給される。さらにまた、このホットモジュール１０１から発電排熱を有する排ガスが以下のようにして外部に排出される。
【００２８】
まず、燃料電池装置１００の動作時には、以下のようにしてホットモジュール１０１内に、空気（酸化剤ガス）、原料ガス、改質水が供給される。
【００２９】
すなわち、ホットモジュール１０１における燃料電池スタック１には、空気供給器７によって、空気供給経路３２を通じて空気が供給される。空気供給器７として、例えば、ブロアを用いることができる。また、ホットモジュール１０１における改質器２には原料供給器８によって、原料供給経路３３を通じて原料が供給される。原料供給器８は、原料を流量調整しながら供給できるものであればよい。原料供給インフラ（infrastructure)に接続される原料供給器８として、例えば、流量調整弁、昇圧器及び流量調整弁等を用いることができる。独立の原料供給器８として、例えば、原料ガスボンベ等を用いることができる。また、蒸発器３には、改質水ポンプ５によって、改質水タンク６内に貯水された改質水（凝集水）が、この改質水（凝縮水）から金属イオン等を除去する改質水処理器４を介して供給される。なお、改質水処理器４は、例えば、イオン交換樹脂などにより実現できる。
【００３０】
また、燃料電池装置１００の動作時には、以下のようにしてホットモジュール１０１から、燃料電池スタック１での発電時に生じる発電排熱を有する排ガスが排出される。
【００３１】
すなわち、ホットモジュール１０１から発電排熱を有する排ガスが排ガス経路３４を通じて、排ガス熱交換器９に流入し、改質水タンク６に向かう。この排ガス熱交換器９には熱媒体経路３６を流通する熱媒体も流入している。そして、排ガス熱交換器９は、排ガスと熱媒体（例えば、水）との間で熱交換を行ない、熱媒体を加熱する。これにより、熱媒体は、例えば、蒸気または温水となり二次利用される。一方、この熱交換により排ガスの温度は低下し、排ガス中に含まれる水蒸気は凝縮され、改質水（凝縮水）として改質水タンク６に貯水される。その後、排ガスは大気へと放出される。
【００３２】
なお、排ガス熱交換器９に供給される熱媒体の温度は、排ガス中の水蒸気が凝縮されてできる水量が蒸発器３に供給すべき水量と同じとなるような温度であれば良い。例えば４０℃以下が好適である。また、上述した排ガス熱交換器９は、例えば、プレート式熱交換器により実現できる。ただし、排ガス熱交換器９は、このプレート式熱交換器に限定されるものではなく、排ガス中の水蒸気が凝縮できる形状のものであればよい。
【００３３】
一方、燃料電池装置１００の動作停止時には、以下のようにして空気がホットモジュール１０１内に供給される。すなわち、動作停止指示に応じて制御部５０から出力された制御指示により、空気供給弁２４を閉状態とし、改質水加熱空気流量調整弁２２を開状態とする。そして、空気供給器７から排出される所定量の空気が改質水加熱空気供給経路３７を通じて残留熱回収熱交換器１０に供給される。この残留熱回収熱交換器１０は、改質水加熱空気供給経路３７を通じて供給された空気にホットモジュール１０１内の残留熱を伝達させるための熱交換器である。残留熱回収熱交換器１０は、例えば、チューブ式熱交換器などにより実現できる。残留熱回収熱交換器１０により加熱された空気は以下のように流通して大気へと放出される。
【００３４】
すなわち、残留熱回収熱交換器１０により加熱された空気は、改質水加熱空気供給経路３７を通じて改質水タンク６内に配置された改質水加熱熱交換器１１に供給される。そして、この改質水加熱熱交換器１１にて改質水タンク６に貯留されている改質水（凝縮水）と改質水加熱空気供給経路３７を通じて供給された空気との間で熱交換を行い、改質水（凝縮水）を加熱するとともに、冷却された空気は大気へと放出される。
【００３５】
なお、改質水加熱熱交換器１１は、改質水タンク６内の水を所定温度（好ましくは６０℃）まで加熱できるものであればよく、例えば、チューブ式熱交換器によって実現できる。
【００３６】
改質水タンク６は、排ガス経路３４を通じてホットモジュール１０１から排出される排ガスに含まれる水分が凝縮されて生成された改質水（凝縮水）を貯留するためのタンクである。貯留する水量は、例えば、２Ｌであるが、得られる凝縮水の水量に応じて、貯留すべき水量は適宜設定される。また、排ガスの凝縮により生成された水量が、蒸発器３に送るべき水量に満たない場合は、制御部５０からの指示に応じて改質水補給弁２１が開く。そして、熱媒体経路３６を流通して排ガス熱交換器９に供給される熱媒体（水）の一部が改質水タンク６に供給され、改質水タンク６内の水を補充できるように構成されている。
【００３７】
逆に、排ガスの凝縮により生成された水量が、改質水タンク６の容量を超えるような場合は、オーバーフロー経路（不図示）をさらに設け、このオーバーフロー経路を介して排水できるように構成されている。
【００３８】
また、燃料電池装置１００は改質水タンク６内の水温が所定の温度に達したことを、この改質水タンク６内に設けられた温度検知器７０によって検知できるように構成されている。温度検知器７０の検知信号は制御部５０に入力され、制御部５０は、この温度検知器７０の検知信号に基づいて、改質水タンク６内の水温が所定温度に達したことを検知する。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、燃料電池スタック１、改質器２、蒸発器３、残留熱回収熱交換器１０は、ホットモジュール１０１内に収納される構成としたが、本発明はこれに限られたものではない。例えば、燃料電池スタック１を除く上述した部材のうちのいずれか一部がホットモジュール１０１の外部にある構成であっても構わないし、ホットモジュールを形成しない構成であっても構わない。
【００４０】
［改質水タンク内の改質水の加熱殺菌処理］
以下において、図２を参照して上述した構成を有する燃料電池装置１００における改質水タンク６内に貯留する改質水の加熱殺菌処理について説明する。図２は、図１に示す燃料電池装置１００における改質水タンク６内の改質水の加熱殺菌処理の一例を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、燃料電池装置１００が運転停止する場合、制御部５０が、運転停止モード開始信号を発信する。これにより、燃料電池装置１００が運転停止モードを開始する（ステップＳ１１、これ以降Ｓ１１のように称する）。なお、運転停止モードの開始トリガの一例としては、例えば、不図示の入力部から燃料電池装置１００に入力された停止指示などが挙げられる。
【００４２】
次に、制御部５０は、不図示の出力制御部を制御して外部電力負荷との接続を遮断する（Ｓ１２）。
【００４３】
次に、制御部５０は、原料の供給を停止させる（Ｓ１３）。具体的には、制御部５０は、原料供給器８を停止させ、原料供給弁２５を閉弁状態とする。これにより、ホットモジュール１０１への原料供給が停止される。なお、燃料電池装置１００は原料供給器８を備えないように構成される場合があるが、このような構成の場合、ステップＳ１３では原料供給弁２５の閉弁だけが行なわれる。
【００４４】
さらに、制御部５０は、改質水の供給を停止する（Ｓ１４）。具体的には、制御部５０は、改質水ポンプ５を停止させ、改質水供給弁２６を閉弁状態とする。これにより、ホットモジュール１０１への改質水供給が停止される。
【００４５】
このようにステップＳ１２からＳ１４の各ステップを順次行なうことで、燃料電池スタック１での発電を停止させる。
【００４６】
なお、燃料電池スタック１において、燃料ガスが不足している状態で電気回路が遮断されていない場合、いわゆる燃料枯れを起こしてセルの劣化が生じる。このため、まずステップＳ１２で外部電力負荷を遮断し、ステップＳ１３で燃料電池スタック１への燃料ガス（原料）の供給を止める。なお、燃料枯れとは、燃料ガスの流量が発電に必要な量より少ない状態で発電（すなわち、燃料ガスの酸化）が行なわれることである。このような燃料枯れの現象が生じると、燃料極にあるＮｉが燃料ガスの代わりに酸化し、体積膨張して、燃料電池セルが割れてしまう可能性がある。
【００４７】
ところで、燃料電池装置１００の運転停止時には、改質水タンク６内にほぼ純水である改質水が貯水されている。このため、燃料電池装置１００の運転停止中に、改質水タンク６内において微生物が成長および増殖し、改質水供給経路３１の閉塞を引き起こす可能性がある。
【００４８】
そこで、制御部５０は、改質水加熱空気流量調整弁２２の開度を調整するように制御する一方、空気供給弁２４を閉弁状態とするように制御する。具体的には、空気供給器７から排出される空気流量が予め設定された所定流量となるように改質水加熱空気流量調整弁２２の開度が調整され、所定流量の空気が、改質水加熱空気供給経路３７を流通する。このようにして改質水加熱空気供給経路３７を流れる空気流量の設定を行なう（Ｓ１５）。
【００４９】
なお、改質水加熱空気供給経路３７を流れる空気流量の設定を行なうタイミングとしては、燃料電池装置１００の運転停止モード開始直後であっても構わないし、燃料電池スタック１や改質器２内のパージ処理が終了した後であっても構わない。ここでパージ処理とは、燃料電池装置１００における、ホットモジュール１０１内の水素を含むガスを外部へ排出する処理である。
【００５０】
改質水加熱空気供給経路３７を流通する空気は、残留熱回収熱交換器１０によってホットモジュール１０１内の残留熱を吸熱して温度上昇した後に、改質水加熱熱交換器１１に供給される。なお、改質水加熱空気供給経路３７を通じて残留熱回収熱交換器１０を介して改質水加熱熱交換器１１に供給される空気の流量は、次の点を考慮して設定される。すなわち、この空気の流量は、加熱された空気の温度が改質水加熱熱交換器１１および排ガス経路３４を構成する部材の耐熱温度以下となるように設定される。
【００５１】
改質水加熱熱交換器１１では、改質水タンク６内の改質水と、残留熱回収熱交換器１０から供給された空気との間で熱交換が行なわれる。これにより、改質水タンク６内の改質水を予め設定した微生物を加熱殺菌可能な所定温度まで加熱することができる。その後、この空気は排ガス経路３４から排ガスとともに大気へと放出される。このようにして、改質水タンク６内の改質水の加熱殺菌が行なわれる。なお、上述した加熱殺菌可能な所定温度とは、好ましくは略６０℃である。
【００５２】
そこで、制御部５０は、改質水タンク６内に設置された温度検知器７０により検知される改質水タンク６内の水温Ｔｔが所定温度（略６０℃）以上となったか否か判定する（Ｓ１６）。ここで、温度検知器７０により検知された水温Ｔｔが６０℃以上に達した場合（Ｔｔ≧６０℃）、制御部５０は、改質水加熱空気供給経路３７への空気の供給を停止させる（Ｓ１７）。より具体的には、制御部５０は、空気供給器７に対して空気の供給を停止するように指示するとともに、改質水加熱空気流量調整弁２２には閉弁状態となるように指示する。これにより、改質水加熱空気供給経路３７への空気の供給は停止される。なお、Ｔｔ＜６０℃の間では、改質水加熱空気供給経路３７への空気の供給は継続される。
【００５３】
この後、制御部５０は、運転停止モードを終了させる（Ｓ１８）。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態により、燃料電池装置１００の運転停止時に、改質水タンク６内の水を加熱することにより、改質水タンク６内に貯水された改質水を殺菌することができる。この際、ホットモジュール１０１内の残留熱で加熱した空気を用いて改質水を加熱するため、電気ヒータ等の外部加熱部を備える必要がなく、殺菌に必要なエネルギーコストを低減することができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、燃料電池スタック１と残留熱回収熱交換器１０とを互いに隣接する位置に配置して、残留熱を熱回収しやすい構成としているが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、改質器２と残留熱回収熱交換器１０とが互いに隣接するように配置された構成としても良い。図３は図１に示す実施形態１に係る燃料電池装置１００の変形例の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。すなわち、改質水タンク６内の改質水を所定温度まで加熱するのに必要な熱出力が得られるならば、残留熱回収熱交換器１０はホットモジュール１０１内のいずれの場所に設置しても良い。
【００５６】
つまり、この残留熱回収熱交換器１０は、ホットモジュール１０１内における任意の位置に配置することができる。特には、燃料電池スタック１の近傍に配置される。そして、燃料電池スタック１で生じる反応熱等を含む発電発熱を熱源とする残留熱と、改質水加熱空気供給経路３７を通過する空気との間で熱交換を行なう構成であることが好ましい。あるいは、残留熱回収熱交換器１０は、改質器２の近傍に配置される。そして、改質器２での改質反応を賄った後の発電排熱を熱源とする残留熱と改質水加熱空気供給経路３７を通過する空気との間で熱交換を行なう構成としてもよい。
【００５７】
また、上記では改質水タンク６内に貯留された改質水を加熱殺菌する構成であった。しかしながら、改質水タンク６内の改質水だけではなく、例えば改質水供給経路３１における改質水タンク６と改質水供給弁２６との間の配管内にある改質水に菌が発生する場合もある。
【００５８】
そこで、実施形態２として、改質水タンク６および配管内にある改質水を併せて殺菌する構成について図４を参照して以下に説明する。図４は、本発明の実施形態２に係る燃料電池装置１００の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【００５９】
（実施形態２）
実施形態２に係る燃料電池装置１００は、実施形態２に係る燃料電池装置１００と比較して以下の点で相違する。なお、実施形態１に係る燃料電池装置１００が備える部材と同じ部材には同じ符号を付しその説明は省略するものとする。
【００６０】
図４に示すように、実施形態２に係る燃料電池装置１００は、実施形態１に係る燃料電池装置１００の構成に加えて、改質水加熱循環経路（循環経路）３８および改質水加熱循環経路開閉弁２３をさらに備える点で相違する。
【００６１】
改質水加熱循環経路３８は、改質水タンク６内にある改質水を循環させるための経路である。この改質水加熱循環経路３８を流通して循環する改質水は、途中で改質水加熱熱交換器１１を通過する。改質水加熱循環経路３８は、改質水供給経路３１から分岐して、改質水加熱熱交換器１１を介して改質水タンク６にもどるように形成されている。改質水供給経路３１において、改質水加熱循環経路３８との分岐点は、改質水供給弁２６が備えられている位置よりも前段（改質水タンク６側）となる。
【００６２】
改質水加熱循環経路開閉弁２３は、改質水加熱循環経路３８への改質水の流入を制御する弁である。改質水加熱循環経路開閉弁２３は、改質水加熱循環経路３８において改質水加熱熱交換器１１の前段に備えられる。
【００６３】
また、実施形態２に係る燃料電池装置１００は、実施形態１に係る燃料電池装置１００の構成と比較して、改質水加熱熱交換器１１が改質水タンク６の外部に設置されている点でも相違する。
【００６４】
なお、実施形態２に係る燃料電池装置１００のように、改質水加熱熱交換器１１に改質水を強制的に流動させることができる構成では、この改質水加熱熱交換器１１を、例えばプレート式熱交換器により実現できる。
【００６５】
このように構成される実施形態２に係る燃料電池装置１００は、図５のフローチャートで示すように改質水タンク６内の改質水、および配管内の改質水の加熱殺菌処理を行なう。なお、図５は、図４に示す燃料電池装置１００における改質水タンク６内の改質水の加熱殺菌処理の一例を示すフローチャートである。
【００６６】
すなわち、図２に示すステップＳ１１と同様に制御部５０が運転停止モード開始信号を発信し、運転停止モードを開始させる（Ｓ２１）。さらに制御部５０は、外部電力負荷の遮断（Ｓ２２）、原料供給の停止（Ｓ２３）、改質水供給の停止（Ｓ２４）を順次行ない燃料電池装置１００での発電を停止させる。なお、ステップＳ２１〜Ｓ２３までの処理は、図２に示すステップＳ１１〜１３までの処理と同様であるため、その説明は省略する。ステップＳ２４については、図２に示すステップＳ１４と異なり、具体的には、制御部５０は、改質水供給弁２６を閉弁状態とし、ホットモジュール１０１への改質水の供給を停止させる。さらに、制御部５０は、改質水加熱循環経路開閉弁２３の開度を調整し開弁状態とするとともに、改質水ポンプ５により改質水タンク６から汲み上げる改質水の水量を調節するように制御する。これにより、改質水タンク６の改質水が、改質水加熱循環経路３８を流通し、改質水加熱熱交換器１１を通過して改質水タンク６に戻るように循環する。
【００６７】
さらに、制御部５０は、改質水加熱空気流量調整弁２２の開度を調整するように制御する一方、空気供給弁２４は閉弁状態とするように制御する。具体的には、空気供給器７から排出される空気流量が予め設定された所定流量となるように改質水加熱空気流量調整弁２２の開度が調整され、所定流量の空気が、改質水加熱空気供給経路３７を流通する。このようにして改質水加熱空気供給経路３７を流れる空気流量の設定を行なう（Ｓ２５）。そして、この改質水加熱空気供給経路３７を流通する空気は、残留熱回収熱交換器１０によってホットモジュール１０１内の残留熱を吸熱して温度上昇した後に、改質水加熱熱交換器１１に供給される。
【００６８】
改質水加熱熱交換器１１では、改質水加熱空気供給経路３７を流れる、残留熱を有する空気と、改質水加熱循環経路３８を流れる改質水との間で熱交換が行なわれる。これにより、改質水タンク６内の改質水を予め設定した微生物を加熱殺菌可能な所定温度まで加熱することができる。その後、この空気は排ガス経路３４から排ガスとともに大気へと放出される。このようにして、改質水タンク６内の改質水の加熱殺菌が行なわれる。なお、上述した加熱殺菌可能な所定温度とは、好ましくは略６０℃である。
【００６９】
そこで、制御部５０は、改質水タンク６内に設置された温度検知器７０により検知された改質水タンク６内の水温Ｔｔが所定温度（略６０℃）以上となったか否か判定する（Ｓ２６）。ここで、温度検知器７０により検知された水温Ｔｔが６０℃以上に達した場合（Ｔｔ≧６０℃）、制御部５０は、改質水加熱空気供給経路３７への空気の供給を停止させる（Ｓ２７）。より具体的には、制御部５０は、空気供給器７に対して空気の供給を停止するように指示するとともに、改質水加熱空気流量調整弁２２には閉弁状態となるように指示する。これにより、改質水加熱空気供給経路３７への空気の供給は停止される。なお、Ｔｔ＜６０℃の間では、改質水加熱空気供給経路３７への空気の供給は継続される。
【００７０】
この後、制御部５０は、改質水加熱空気供給経路３７への空気の供給停止を指示すると、さらに改質水加熱循環経路３８への改質水の供給停止を指示する（Ｓ２８）。より具体的には、制御部５０は、改質水ポンプ５による改質水の汲み上げを停止するように制御するとともに、改質水加熱循環経路開閉弁２３を閉弁状態となるように制御する。これにより、改質水加熱循環経路３８への改質水の供給は停止される。
【００７１】
この後、制御部５０は、運転停止モードを終了させる（Ｓ２９）。
【００７２】
以上のように改質水タンク６と改質水加熱熱交換器１１との間で改質水を循環させ、改質水を加熱することで改質水タンク６内の改質水のみならず、改質水タンク６と改質水供給弁２６との間における配管に溜まった改質水についても加熱殺菌を行なうことができる。また、この改質水の加熱殺菌処理を、ホットモジュール１０１内の残留熱で加熱した空気を用いて行なうため、電気ヒータ等の外部加熱部を備える必要がなく、殺菌に必要なエネルギーコストを低減することができる。
【００７３】
なお、上述した実施形態１、２では改質水の加熱殺菌処理の開始タイミングは、運転停止モード開始信号受信直後であったがこのタイミングに限定されるものではない。つまり、ホットモジュール１０１は断熱材に覆われ、断熱効果が高い構造となっている。したがって、ホットモジュール１０１内において残留熱が一定期間、高温のまま存在することとなる。そのため、ホットモジュール１０１内の残留熱が改質水タンク６内の改質水を加熱殺菌できる温度を維持している期間内であれば、運動停止モード開始信号受信から一定の期間経過後であってもよい。ただし、改質水タンク６内の雑菌が成長して所定の大きさよりも大きくなる前に、改質水の加熱殺菌を行なう必要がある。なぜならば、改質水タンク６内の雑菌が所定の大きさよりも大きくなり十分に成長した段階で改質水を加熱殺菌したとしても、その菌の死体により詰まりが生じる可能性があるからである。
【００７４】
また、実施形態１、２において上述した改質水の加熱殺菌処理は、運転停止モード開始信号受信直後に１回だけ行なう構成であった。しかしながら、加熱殺菌処理の処理回数は１回に限定されるものではなく、ホットモジュール１０１内の残留熱により改質水タンク６内の改質水を殺菌できる期間内において数回、実施される構成であってもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態１、２に係る燃料電池装置１００では、制御部５０が、温度検知器７０により検知された水温Ｔｔが所定の温度（６０℃）に達したか否か判定するように構成されていた。そして、温度検知器７０により検知された水温Ｔｔが所定の温度（６０℃）に達した場合、制御部５０は、改質水加熱空気供給経路３７への空気供給を停止させるように制御する構成であった。また、実施形態２では、さらに改質水加熱循環経路３８への改質水供給を停止させるように制御する構成であった。
【００７６】
しかしながら、この構成に限定されるものではない。例えば、事前にホットモジュール１０１内の残留熱を含む空気をどれだけの期間、流通させれば改質水タンク６内の改質水が所定温度（６０℃）に達するか調べておく。そして、温度検知器７０の代わりに、制御部５０から運転停止モード開始信号が出力されてからの経過時間を計測する計測器を備える。そして、制御部５０は、この計測器による計測結果から所定時間を経過したか否か判定する構成であってもよい。そして、所定の時間が経過すると、制御部５０は、改質水加熱空気供給経路３７への空気供給、さらには改質水加熱循環経路３８への改質水供給を停止させるように制御する。
【００７７】
さらには、改質水加熱空気供給経路３７への空気供給、さらには改質水加熱循環経路３８への改質水供給の停止判定を、制御部５０は以下の基準に基づいて行なってもよい。すなわち、燃料電池装置１００は、実施形態１または実施形態２に示す構成において、温度検知器７０と計測器とを共に備える。そして、改質水タンク６内の改質水の水温が所定の温度（６０℃）に達した状態が、所定期間継続したか否かについて判定してもよい。
【００７８】
また、上述した実施形態１、２に係る燃料電池装置１００として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に挙げて説明した。しかしながら、既に上述しているように、燃料電池装置１００は溶融炭素塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）であってもよいし、それ以外の型式の燃料電池であってもよい。少なくとも、改質水を約６０℃まで加温できる熱が得られる燃料電池であればよい。
【００７９】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施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、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の燃料電池装置は、燃料電池装置の運転停止時に、少ないエネルギーコストで、改質水タンク内に貯水された水を殺菌することが可能であるので、改質水を貯留する改質水タンクを備えた燃料電池装置において有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１    燃料電池スタック
２    改質器
３    蒸発器
４    改質水処理器
５    改質水ポンプ
６    改質水タンク
７    空気供給器
８    原料供給器
９    排ガス熱交換器
１０  残留熱回収熱交換器
１１  改質水加熱熱交換器
２１  改質水補給弁
２２  改質水加熱空気流量調整弁
２３  改質水加熱循環経路開閉弁
２４  空気供給弁
２５  原料供給弁
２６  改質水供給弁
３１  改質水供給経路
３２  空気供給経路
３３  原料供給経路
３４  排ガス経路
３５  改質水補給経路
３６  熱媒体経路
３７  改質水加熱空気供給経路
３８  改質水加熱循環経路
５０  制御部
７０  温度検知機構
１００  燃料電池装置
１０１  ホットモジュール
【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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