(57)【要約】【課題】凝縮水の回収効率を向上させることの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１０は、改質器２１と、燃料電池２２と、凝縮器３０と、タンク４０と、改質水配管９０と、水タンク１１１と、吸着剤タンク１１２と、ＥＣＵ１３０とを備える。改質器２１は、燃料ガスを生成する。燃料電池２２は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する。凝縮器３０は、燃焼排ガスを冷却し、凝縮水を生成する。タンク４０は、凝縮水を貯蔵する。改質水配管９０は、タンク４０に貯蔵される凝縮水を改質水として改質器２１に供給する。水タンク１１１は、水蒸気含有ガスと熱交換を行うことにより水蒸気含有ガスを冷却する。吸着剤タンク１１２は、水タンク１１１に貯蔵される水を吸着反応により吸着する吸着剤が貯蔵される。ＥＣＵ１３０は、吸着剤による水の吸着及び脱離を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質水により燃料を改質させて燃料ガスを生成する改質器（２１）と、
前記燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池（２２）と、
水蒸気含有ガスと第１冷媒との間で熱交換を行うことにより前記水蒸気含有ガスを冷却し、凝縮水を生成する凝縮器（３０）と、
前記凝縮器により生成される前記凝縮水を貯蔵するタンク（４０）と、
前記タンクに貯蔵される前記凝縮水を前記改質水として前記改質器に供給する改質水配管（９０）と、
第２冷媒を貯蔵し、前記水蒸気含有ガスと熱交換を行うことにより前記水蒸気含有ガスを冷却する冷媒貯蔵部（１１１）と、
前記冷媒貯蔵部に貯蔵される前記第２冷媒を吸着反応により吸着する吸着剤が貯蔵される吸着剤貯蔵部（１１２）と、
前記吸着剤による前記第２冷媒の吸着及び脱離を制御する制御部（１３０）と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷媒貯蔵部は、前記凝縮器に設けられている
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記吸着剤貯蔵部は、前記凝縮器から排出される前記第１冷媒が流れる配管（１００）に設けられている
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記タンク内の前記凝縮水の水位が下限水位閾値以下である場合には、前記吸着剤に前記第２冷媒の吸着を行わせるための吸着制御を実行する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記タンク内の前記凝縮水の水位が上限水位閾値以上である場合には、前記吸着剤に前記第２冷媒の脱離を行わせるための脱離制御を実行する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、外気温が上限温度閾値以上である場合には、前記吸着剤に前記第２冷媒の吸着を行わせるための吸着制御を実行する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、外気温が下限温度閾値以下である場合には、前記吸着剤に前記第２冷媒の脱離を行わせるための脱離制御を実行する
請求項１〜６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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて水蒸気改質を行う場合、水が必要となる。この水は、改質水と呼ばれ、イオンを含んでいないことが必須であるため、イオン交換樹脂に市水を通過させて利用する。この改質水の一部又は全部として、排ガスの冷却により回収することの可能な凝縮水を利用することができれば、市水に含まれる塩素の影響やカルシウム／シリカの析出を回避することができる。よって、イオン交換樹脂にかかる負荷を軽減でき、燃料電池システムの長寿命化が可能となる。このような排ガスの凝縮水を改質水として利用する燃料電池システムとしては、特許文献１に記載の燃料電池システムがある。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池システムは、改質器と、燃料電池と、凝縮器と、タンクと、水位センサと、制御部とを備えている。改質器は、改質水で燃料原料を改質させてアノードガスを生成する。燃料電池は、アノードガス及びカソードガスにより発電する。凝縮器は、システムの運転に伴い発生する水蒸気含有ガスを冷却して凝縮水を生成する。タンクは、凝縮器において生成された凝縮水を回収して液相状の改質水として溜める。水位センサは、タンクにおける水位を検知する。制御部は、水位センサにより検出されるタンクの水位が所定の水位以上である場合には、燃料電池の発電出力を制限しない。一方、制御部は、水位センサにより検出されるタンクの水位が所定の水位よりも低い場合には、燃料電池の発電出力を制限又は停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３４７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、例えば外気温が高くなると、凝縮器の熱交換効率が低下するため、凝縮水の回収が困難となる。このような状況では、タンクの水位が所定の水位よりも低くなり易くなるため、燃料電池の発電出力が制限又は停止され易くなる。燃料電池の発電出力が制限又は停止されると、燃料電池の電力を利用した電子機器を駆動させることができず、システムとして求められる機能を満足することができないおそれがある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、凝縮水の回収効率を向上させることのできる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、燃料電池システム（１０）は、改質器（２１）と、燃料電池（２２）と、凝縮器（３０）と、タンク（４０）と、改質水配管（９０）と、冷媒貯蔵部（１１１）と、吸着剤貯蔵部（１１２）と、制御部（１３０）とを備える。改質器は、改質水により燃料を改質させて燃料ガスを生成する。燃料電池は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する。凝縮器は、水蒸気含有ガスと第１冷媒との間で熱交換を行うことにより水蒸気含有ガスを冷却し、凝縮水を生成する。タンクは、凝縮器により生成される凝縮水を貯蔵する。改質水配管は、タンクに貯蔵される凝縮水を改質水として改質器に供給する。冷媒貯蔵部は、第２冷媒を貯蔵し、水蒸気含有ガスと熱交換を行うことにより水蒸気含有ガスを冷却する。吸着剤貯蔵部は、冷媒貯蔵部に貯蔵される第２冷媒を吸着反応により吸着する吸着剤が貯蔵される。制御部は、吸着剤による第２冷媒の吸着及び脱離を制御する。
【０００８】
この構成によれば、吸着剤貯蔵部の吸着剤の吸着反応により、冷媒貯蔵部に貯蔵される第２冷媒が蒸発する。その際に発生する第２冷媒の蒸発潜熱により冷媒貯蔵部が冷却されるため、冷却された冷媒貯蔵部と水蒸気含有ガスとの間で熱交換が行われることにより、水蒸気含有ガスから凝縮水が生成される。また、制御部が吸着剤の吸着及び脱離を繰り返して行うことにより、第２冷媒の蒸発潜熱を利用した水蒸気含有ガスの冷却を継続して行うことができる。結果的に、水蒸気含有ガスの冷却を凝縮器だけで行う場合と比較すると、凝縮水の回収効率を高めることができる。
【０００９】
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、凝縮水の回収効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の凝縮器及び水タンクの構造を模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態の吸着剤タンクの構造を模式的に示す図である。
【図４】第１実施形態のＥＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の燃料電池システムにおける外気温、凝縮水の回収水量、及び凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量のそれぞれの推移を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態のＥＣＵにより実行される処理の手順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】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下、燃料電池システムの第１実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態の燃料電池システム１０は、発電モジュール２０と、凝縮器３０と、タンク４０と、ポンプ５０と、イオン交換樹脂６０と、供給システム７０とを備えている。発電モジュール２０、凝縮器３０、タンク４０、ポンプ５０、及びイオン交換樹脂６０は、筐体８０の内部に収容されている。
【００１３】
発電モジュール２０は、改質器２１と、燃料電池２２と、燃焼部２３とを有している。発電モジュール２０は、改質器２１、燃料電池２２、及び燃焼部２３がモジュール化された構造を有している。
【００１４】
改質器２１は、蒸発部２１０と、改質部２１１とを有している。蒸発部２１０は、タンク４０から改質水配管９０を通じて供給される液相状の改質水を水蒸気化させる。改質部２１１には、筐体８０の外部から燃料配管９１を通じて炭化水素系の燃料が供給される。改質部２１１は、蒸発部２１０により生成される水蒸気により燃料を水蒸気改質させて燃料ガスを生成する。燃料ガスは、水素、又は水素含有ガスである。改質部２１１により生成された燃料ガスは、燃料配管９２を通じて燃料電池２２に供給される。
【００１５】
燃料電池２２は、電解質層２２０と、アノード層２２１と、カソード層２２２とを有している。アノード層２２１には、改質器２１から燃料配管９２を通じて燃料ガスが供給される。カソード層２２２には、筐体８０の外部から酸化剤配管９３を通じて酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガスは、例えば空気である。より詳しくは、空気中の酸素が酸化剤ガスとして用いられる。燃料電池２２では、アノード層２２１に供給される燃料ガスと、カソード層２２２に供給される酸化剤ガスとが電解質層２２０を介して化学反応することにより発電する。この化学反応を経てアノード層２２１からアノードオフガスが排出されるとともに、カソード層２２２からカソードオフガスが排出される。アノードオフガスは、未反応の水素を含有している。カソードオフガスは、未反応の酸素を含有している。アノード層２２１から排出されるアノードオフガス、及びカソード層２２２から排出されるカソードオフガスは、オフガス配管９４ａ，９４ｂを通じて燃焼部２３に流入する。
【００１６】
燃焼部２３は、燃料電池２２から流出するアノードオフガスをカソードオフガスにより燃焼する。燃焼部２３の燃焼により生成される燃焼炎は、改質部２１１の加熱に用いられる。これにより、改質部２１１の温度が改質反応温度に維持されている。燃焼により生成される燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管９５を通じて凝縮器３０に流入する。本実施形態では、この燃焼排ガスが水蒸気含有ガスに相当する。
【００１７】
凝縮器３０は、燃焼部２３から流出する燃焼排ガスと、供給システム７０から供給される冷却水との間で熱交換を行うことにより、燃焼排ガスを放熱して冷却する。すなわち、本実施形態では、供給システム７０から凝縮器３０に供給される第１冷媒として、水が用いられている。具体的には、図２に示されるように、凝縮器３０は、コア部３１と、ヘッダタンク３２，３３とを有している。
【００１８】
コア部３１は、燃焼排ガスが流れる排ガス流通領域３１０と、冷却水が流れる冷却水流通領域３１１とを有している。詳しくは、コア部３１は、図示しない複数のチューブが複数積層された積層構造を有している。チューブの長手方向は、図中の矢印Ｙで示される方向である。以下、矢印Ｙで示される方向を「チューブ長手方向」と称する。コア部３１の排ガス流通領域３１０には、チューブ長手方向Ｙに沿って燃焼排ガスが流れる。コア部３１の冷却水流通領域３１１には、チューブ長手方向Ｙに沿って冷却水が流れる。排ガス流通領域３１０及び冷却水流通領域３１１は、図示しないチューブの隔壁により区画されている。
【００１９】
ヘッダタンク３２，３３は、チューブ長手方向Ｙにおけるコア部３１の両端部にそれぞれ設けられている。ヘッダタンク３２，３３は筒状の部材からなる。
【００２０】
一方のヘッダタンク３２の内部には、隔壁３２０が設けられている。隔壁３２０は、ヘッダタンク３２の内部空間を分配領域３２１と集合領域３２２とに区画している。分配領域３２１は、燃焼排ガス配管９５、及びコア部３１の排ガス流通領域３１０の一端部に繋がっている。集合領域３２２は、冷却水配管１００、及びコア部３１の冷却水流通領域３１１の一端部に繋がっている。
【００２１】
他方のヘッダタンク３３の内部には、隔壁３３０が設けられている。隔壁３３０は、ヘッダタンク３３の内部空間を集合領域３３１と分配領域３３２とに区画している。集合領域３３１は、コア部３１の排ガス流通領域３１０の他端部、及び排出配管９６に繋がっている。分配領域３３２は、コア部３１の冷却水流通領域３１１の他端部、及び冷却水配管１０２に繋がっている。
【００２２】
凝縮器３０では、燃焼排ガス配管９５を介してヘッダタンク３２の分配領域３２１に燃焼排ガスが流入する。分配領域３２１に流入した燃焼排ガスは、コア部３１の排ガス流通領域３１０の各チューブに分配される。一方、ヘッダタンク３３の分配領域３３２には、冷却水配管１０２を介して冷却水が流入する。分配領域３３２に流入した冷却水は、コア部３１の冷却水流通領域３１１の各チューブに分配される。そして、コア部３１の排ガス流通領域３１０を流れる燃焼排ガスと、冷却水流通領域３１１を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより、燃焼排ガスが冷却される。これにより、燃焼排ガスに含まれる気相状の水分が凝縮し、凝縮水が生成される。以下、凝縮水として気相状の水分が除かれた燃焼排ガスを単に「排ガス」とも称する。コア部３１の排ガス流通領域３１０において生成された凝縮水及び排ガスは、ヘッダタンク３３の集合領域３３１に集められる。ヘッダタンク３３の集合領域３３１に集められた凝縮水及び排ガスは、排出配管９６に排出される。コア部３１の冷却水流通領域３１１を流れる冷却水は、ヘッダタンク３２の集合領域３２２に集められる。ヘッダタンク３２の集合領域３２２に集められた冷却水は、冷却水配管１００へ排出される。
【００２３】
タンク４０には、凝縮器３０から排出配管９６を介して凝縮水及び排ガスが流入する。タンク４０は、排出配管９６から流入する凝縮水及び排ガスを分離する機能、及び凝縮水を貯蔵する機能を有している。タンク４０において分離された排ガスは、排ガス配管９７を通じて筐体８０の外部に排出される。タンク４０に貯蔵される凝縮水は、図１に示されるように、改質水配管９０を通じて改質器２１に改質水として供給することが可能となっている。
【００２４】
ポンプ５０は、改質水配管９０に設けられている。ポンプ５０は、電力の供給に基づき駆動することにより、タンク４０に貯蔵されている凝縮水を改質水として改質器２１に圧送する。
【００２５】
改質水配管９０におけるポンプ５０の下流側には、市水供給配管９８が接続されている。本実施形態の燃料電池システム１０では、例えばタンク４０から改質器２１に供給可能な凝縮水が不足することで、凝縮水だけでは燃料電池２２の発電出力を維持することが困難になった場合に、市水供給配管９８から改質器２１に市水が供給されることにより、燃料電池２２の発電動作を維持することが可能となっている。
【００２６】
イオン交換樹脂６０は、改質水配管９０における市水供給配管９８との接続点よりも下流側に配置されている。イオン交換樹脂６０は、タンク４０から改質器２１に供給される凝縮水、又は市水供給配管９８から改質器２１に供給される市水に含まれるイオンを選択的に通過させることにより、それらを浄化する。これにより、イオン交換樹脂６０を通じて浄化された改質水が改質器２１に供給されるようになっている。
【００２７】
供給システム７０は、冷却水を凝縮器３０に供給する。供給システム７０は、貯湯槽７１と、ポンプ７２と、放熱器７３と、送風機７４とを備えている。
【００２８】
貯湯槽７１は、冷却水配管１００を介して凝縮器３０に接続されている。貯湯槽７１は、凝縮器３０から冷却水配管１００を通じて排出される冷却水を貯蔵する部分である。貯湯槽７１に貯蔵された冷却水は、外気との間で熱交換を行うことにより、時間の経過に伴い冷却される。貯湯槽７１に貯蔵された冷却水は、冷却水配管１０１を介して放熱器７３に供給される。
【００２９】
ポンプ７２は、冷却水配管１０１の途中に設けられている。ポンプ７２は、電力の供給に基づいて駆動することにより、貯湯槽７１に貯蔵されている冷却水を放熱器７３に圧送する。
【００３０】
放熱器７３は、貯湯槽７１から供給される冷却水と、外部を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、冷却水を放熱して冷却する。放熱器７３において冷却された冷却水は、冷却水配管１０２を通じて凝縮器３０に供給される。
【００３１】
送風機７４は、放熱器７３に空気を送風する。これにより、放熱器７３の放熱性能が高められている。
【００３２】
本実施形態の燃料電池システム１０は、凝縮器３０における凝縮水の生成性能を向上させるための補助冷却機構１１０を有している。補助冷却機構１１０は、水タンク１１１と、吸着剤タンク１１２と、バルブ１１３とを備えている。
【００３３】
図２に示されるように、水タンク１１１は、凝縮器３０のヘッダタンク３３に接触して設けられている。より詳しくは、水タンク１１１は、ヘッダタンク３３における集合領域３３１に対応する部分、すなわち燃焼排ガスが流通する部分に対応して配置されている。水タンク１１１の内部には、冷媒としての水が貯蔵されている。本実施形態では、水タンク１１１が冷媒貯蔵部に相当する。また、水タンク１１１に貯蔵されている水が第２冷媒に相当する。図１に示されるように、水タンク１１１は、配管１１４を介して吸着剤タンク１１２に接続されている。
【００３４】
吸着剤タンク１１２は、冷却水配管１００に設けられている。より詳しくは、図３に示されるように、吸着剤タンク１１２は、冷却水配管１００の外周を囲むように配置されている。吸着剤タンク１１２の内部には、吸着反応により水蒸気を吸着することの可能な粒状の吸着剤が貯蔵されている。吸着剤としては、例えばシリカゲルやゼオライトを用いることができる。本実施形態では、吸着剤タンク１１２が、吸着剤貯蔵部に相当する。
【００３５】
バルブ１１３は、配管１１４に設けられている。バルブ１１３は、例えば電磁弁からなる。バルブ１１３は、その開閉動作により、配管１１４を開閉する。
【００３６】
補助冷却機構１１０では、水タンク１１１内に冷却水が貯蔵されている場合、バルブ１１３が開状態になると、吸着剤タンク１１２内の吸着剤が水蒸気を吸着するため、水タンク１１１内の水が蒸発する。この際に発生する水の蒸発潜熱により、水タンク１１１が冷却される。水タンク１１１の冷却により、水タンク１１１に接触する凝縮器３０も冷却される。これにより、ヘッダタンク３３の集合領域３３１を流れる燃焼排ガスをより冷却することができるため、凝縮水の生成量を増加させることができる。以下では、このような補助冷却機構１１０の動作を「吸着動作」とも称する。
【００３７】
一方、吸着剤タンク１１２内の吸着剤が水を吸収した状態である場合、吸着剤の温度が上昇すると、吸着剤から水蒸気が吐き出される、いわゆる脱離作用が生じる。本実施形態では、吸着剤の温度を上昇させる方法として、冷却水配管１００を流れる冷却水の温度を上昇させ、冷却水配管１００から吸着剤タンク１１２に伝わる熱により吸着剤の温度を上昇させる方法を採用している。吸着剤の脱離により吐き出された水蒸気は、配管１１４を通じて水タンク１１１へと流れる。この際、水タンク１１１の温度が吸着剤タンク１１２の温度よりも低くなっている。そのため、水タンク１１１へと流れた水蒸気は、水タンク１１１内で冷却されて凝縮する。すなわち、吸着剤タンク１１２の吸着剤により一旦吸着された水を水タンク１１１へ戻すことができる。これにより、補助冷却機構１１０の冷却機能を再生することができる。以下では、このような補助冷却機構１１０の動作を「脱離動作」とも称する。
【００３８】
次に、燃料電池システム１０の電気的な構成について説明する。
燃料電池システム１０は、水位センサ１２０と、温度センサ１２１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３０とを備えている。本実施形態では、ＥＣＵ１３０が制御部に相当する。
【００３９】
水位センサ１２０は、タンク４０に貯蔵されている凝縮水の水位Ｈｗを検出するとともに、検出された凝縮水の水位Ｈｗに応じた信号をＥＣＵ１３０に出力する。
【００４０】
温度センサ１２１は、冷却水配管１０２を流れる冷却水の温度Ｔｗ、換言すれば放熱器７３から凝縮器３０に供給される冷却水の温度Ｔｗを検出するとともに、検出された冷却水の温度Ｔｗに応じた信号をＥＣＵ１３０に出力する。
【００４１】
ＥＣＵ１３０は供給システム７０を制御する。例えば、ＥＣＵ１３０は、基準流量ＦＲｂの冷却水が凝縮器３０に供給されるようにポンプ７２を制御する。基準流量ＦＲｂは、例えば「３［Ｌ／ｍｉｎ］」に設定される。また、ＥＣＵ１３０は、温度センサ１２１の出力信号に基づいて、凝縮器３０に供給される冷却水の温度Ｔｗの情報を取得する。ＥＣＵ１３０は、取得した冷却水の温度Ｔｗが目標温度となるように、送風機７４の回転速度を調整する。
【００４２】
ＥＣＵ１３０は補助冷却機構１１０を制御する。具体的には、ＥＣＵ１３０は、水位センサ１２０により検出されるタンク４０内の凝縮水の水位Ｈｗの情報を取得する。ＥＣＵ１３０は、取得したタンク４０内の凝縮水の水位Ｈｗに基づいて、補助冷却機構１１０において吸着動作及び脱離動作のいずれを行うかを決定する。
【００４３】
次に、図４を参照して、ＥＣＵ１３０による補助冷却機構１１０の制御について具体的に説明する。ＥＣＵ１３０は、図４に示される処理を所定の演算周期で繰り返し実行する。
【００４４】
図４に示されるように、ＥＣＵ１３０は、まず、ステップＳ１０として、タンク４０内の凝縮水の水位が下限水位閾値Ｈｔｈ１以下であるか否かを判定する。下限水位閾値Ｈｔｈ１は、燃料電池２２の発電出力を維持することができない程度にタンク４０内の凝縮水の水位が低下しているか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、下限水位閾値Ｈｔｈ１は、燃料電池システム１０の動作状態に応じてＥＣＵ１３０により変更可能な値であってもよい。
【００４５】
ＥＣＵ１３０は、タンク４０内の凝縮水の水位が下限水位閾値Ｈｔｈ１以下である場合、すなわちタンク４０内の凝縮水が不足している場合には、ステップＳ１０で肯定判定し、ステップＳ１１として吸着制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１３０は、バルブ１１３を開状態にする。これにより、水タンク１１１内に水が貯蔵されている場合には、上述した吸着動作が補助冷却機構１１０により行われることで凝縮器３０が冷却され、凝縮器３０において生成される凝縮水の量を増加させることができる。
【００４６】
ＥＣＵ１３０は、ステップＳ１０で否定判定した場合には、ステップＳ１２として、タンク４０の凝縮水の水位が上限水位閾値Ｈｔｈ２以上であるか否かを判定する。上限水位閾値Ｈｔｈ２は、燃料電池２２の発電出力を維持するために十分な水位であるか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、上限水位閾値Ｈｔｈ２は、燃料電池システム１０の動作状態に応じてＥＣＵ１３０により変更可能な値であってもよい。
【００４７】
ＥＣＵ１３０は、タンク４０内の凝縮水の水位が上限水位閾値Ｈｔｈ２以上である場合、すなわちタンク４０内に十分な凝縮水が存在する場合には、ステップＳ１２で肯定判定し、ステップＳ１３として脱離制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１３０は、バルブ１１３を開状態にするとともに、ポンプ７２の流量を、基準流量ＦＲｂよりも少ない所定流量ＦＲ１に設定する。所定流量ＦＲ１は、例えば「０．５［Ｌ／ｍｉｎ］」に設定される。
【００４８】
ここで、ポンプ７２の流量が所定流量ＦＲ１に設定されると、凝縮器３０に流入する冷却水の流量が低下するため、凝縮器３０から冷却水配管１００に排出される冷却水の温度が上昇する。この場合、冷却水の温度は、例えば「４７［℃］」から「７５［℃］」に上昇することになる。この上昇した冷却水の熱が吸着剤タンク１１２内の吸着剤に伝わることにより、吸着剤の温度が、脱離の生じ易い温度へと変化する。よって、上述した吸着動作が補助冷却機構１１０により行われ、吸着剤に一旦吸着された水が水タンク１１１に戻されることになる。すなわち、補助冷却機構１１０を再生することができる。
【００４９】
ＥＣＵ１３０は、ステップＳ１２で否定判定した場合には、ステップＳ１４として、バルブ１１３を閉状態にする。これにより、補助冷却機構１１０は、吸着動作及び脱離動作のいずれも行わない状態となる。
【００５０】
次に、図５を参照して、本実施形態の燃料電池システム１０の動作例について説明する。図５では、外気温の推移が丸で、タンク４０における凝縮水の回収水量の推移が四角で、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量の推移が三角で示されている。凝縮水の回収水量は、凝縮器３０からタンク４０に供給される凝縮水の流量を示す。凝縮水の供給水量は、タンク４０から改質器２１に供給される凝縮水の流量を示す。
【００５１】
図５に示されるように、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、タンク４０内に十分な凝縮水が存在していると、ＥＣＵ１３０が脱離制御を行う。脱離制御の実行によりバルブ１１３が開状態となり、補助冷却機構１１０が脱離動作を行う。これにより、吸着剤タンク１１２内の吸着剤に水が吸着されていた場合には、吸着剤の脱離が行われて、水タンク１１１に水が戻される。
【００５２】
時刻ｔ１１以降、外気温が上昇すると、凝縮器３０における凝縮水の回収水量が減少することになる。これに起因して、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量が減少するため、タンク４０内の凝縮水の水位が低下していく。
【００５３】
そして、時刻ｔ１２でタンク４０内の凝縮水の水位が下限水位閾値Ｈｔｈ１以下になると、ＥＣＵ１３０が吸着制御を行う。吸着制御の実行によりバルブ１１３が開状態となり、補助冷却機構１１０が吸着動作を行う。これにより、凝縮器３０における凝縮水の回収水量が増加し、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量が増加する。よって、タンク４０内の凝縮水の水位が上昇する。したがって、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間、補助冷却機構１１０により吸着動作が行われることで、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量が「０［ｃｃ／ｍｉｎ］」以下になることを回避できる。結果的に、タンク４０内の凝縮水が不足するような状況を回避できるため、凝縮水を利用した燃料電池２２の発電動作をより長期にわたって継続することが可能となる。
【００５４】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００５５】
（１）タンク４０内の凝縮水の水位に基づいて補助冷却機構１１０が吸着動作及び脱離動作を繰り返し行うことにより、水の蒸発潜熱を利用した水タンク１１１の冷却が継続して行われる。結果的に、水蒸気含有ガスの冷却を凝縮器３０だけで行う場合と比較すると、凝縮水の回収効率を高めることができる。これにより、改質器２１への市水の供給を抑制しつつ、燃料電池２２の発電出力を維持することが可能となる。燃料電池２２の発電出力を維持することができれば、例えば不足電力を電力系統から購入する必要がなくなるため、エネルギーコストを削減することができる。さらに、凝縮水の回収効率が高められることにより、改質水として凝縮水が用いられ易くなるため、イオン交換樹脂６０の負担を軽減することができる。よって、イオン交換樹脂６０の寿命を延ばすことができるとともに、イオン交換樹脂６０のメンテナンスコストを低減することもできる。
【００５６】
（２）水タンク１１１は、凝縮器３０に設けられている。これにより、凝縮器３０のデットスペースを利用して水タンク１１１を配置することができるため、水タンク１１１の設置が容易になる。
【００５７】
（３）吸着剤タンク１１２は、凝縮器３０から排出される冷却水が流れる冷却水配管１００に設けられている。これにより、冷却水配管１００を流れる冷却水から、吸着剤タンク１１２内の吸着剤へと熱が伝わることにより、吸着剤を加熱することができる。よって、吸着剤を加熱するための別途の加熱装置が不要となるため、部品点数を削減することができる。
【００５８】
（４）ＥＣＵ１３０は、タンク４０内の凝縮水の水位が下限水位閾値Ｈｔｈ１以下である場合には、吸着剤タンク１１２の吸着剤に水の吸着を行わせるための吸着制御を行う。これにより、水タンク１１１内の水が吸着剤に吸着されることで、水の蒸発潜熱により水タンク１１１が冷却される。冷却された水タンク１１１と凝縮器３０との間で熱交換が行われることで、凝縮器３０が冷却されるため、凝縮水の生成量を増加させることができる。結果的に、タンク４０の凝縮水の貯蔵量を増やすことができるため、燃料電池２２の発電に用いられる凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。よって、燃料電池システム１０としての動作を維持し易くなる。
【００５９】
（５）ＥＣＵ１３０は、タンク４０内の凝縮水の水位が上限水位閾値Ｈｔｈ２以上である場合には、吸着剤タンク１１２の吸着剤に水の脱離を行わせるための脱離制御を行う。これにより、吸着剤の水の脱離により、水タンク１１１内に水を戻すことができるため、その後にタンク４０内の凝縮水の水位が低下した際に、補助冷却機構１１０が吸着動作を即座に行うことができるため、タンク４０内の凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、燃料電池システム１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６１】
図６に示されるように、燃料電池システム１０は、外気温センサ１２２を更に備えている。外気温センサ１２２は、外気温Ｔａを検出するとともに、検出された外気温Ｔａに応じた信号をＥＣＵ１３０に出力する。
【００６２】
図７に示されるように、本実施形態のＥＣＵ１３０は、ステップＳ１０として、タンク４０内の凝縮水の水位が下限水位閾値Ｈｔｈ１以下であるか否か、及び外気温Ｔａが所定の上限温度閾値Ｔｔｈ１以上であるか否かを判定する。上限温度閾値Ｔｔｈ１は、タンク４０内の凝縮水が不足すると予想される程度まで外気温が上昇しているか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、上限温度閾値Ｔｔｈ１は、燃料電池システム１０の動作状態に応じてＥＣＵ１３０により変更可能な値であってもよい。
【００６３】
ＥＣＵ１３０は、タンク４０内の凝縮水の水位が下限水位閾値Ｈｔｈ１以下である場合、あるいは外気温Ｔａが所定の上限温度閾値Ｔｔｈ１以上である場合には、ステップＳ１０で肯定判定し、ステップＳ１１の吸着制御を行う。
【００６４】
ＥＣＵ１３０は、ステップＳ１０で否定判定した場合には、ステップＳ１２として、タンク４０の凝縮水の水位が上限水位閾値Ｈｔｈ２以上であるか否か、及び外気温Ｔａが下限温度閾値Ｔｔｈ２以下であるか否かを判定する。下限温度閾値Ｔｔｈ２は、タンク４０に十分な凝縮水を確保することができる程度まで外気温が低下しているか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、下限温度閾値Ｔｔｈ２は、燃料電池システム１０の動作状態に応じてＥＣＵ１３０により変更可能な値であってもよい。
【００６５】
ＥＣＵ１３０は、タンク４０の凝縮水の水位が上限水位閾値Ｈｔｈ２以上である場合、あるいは外気温Ｔａが下限温度閾値Ｔｔｈ２以下である場合には、ステップＳ１２で肯定判定し、ステップＳ１３として脱離制御を行う。
【００６６】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の（６）及び（７）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
【００６７】
（６）ＥＣＵ１３０は、外気温Ｔａが上限温度閾値Ｔｔｈ１以上である場合には、吸着剤に水の冷却を行わせるための吸着制御を行う。これにより、タンク４０内の凝縮水が不足すると予想される程度まで外気温が上昇している場合に、補助冷却機構１１０が吸着動作を行うため、凝縮水の生成量を増加させることができる。結果的に、タンク４０の凝縮水の貯蔵量を増やすことができるため、燃料電池２２の発電に用いられる凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。よって、燃料電池システム１０としての動作を維持し易くなる。
【００６８】
（７）ＥＣＵ１３０は、外気温Ｔａが下限温度閾値Ｔｔｈ２以下である場合には、吸着剤に水の脱離を行わせるための脱離制御を行う。これにより、タンク４０に十分な凝縮水を確保することができる程度まで外気温が低下している場合には、補助冷却機構１１０が脱離動作を行うため、水タンク１１１内に水を戻すことができる。したがって、その後にタンク４０内の凝縮水の水位が低下した際に、補助冷却機構１１０が吸着動作を即座に行うことができるため、タンク４０内の凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。
【００６９】
＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・吸着剤タンク１１２の加熱は、専用の加熱装置を用いて行ってもよい。
【００７０】
・水タンク１１１は、例えばタンク４０や排ガス配管９７に配置されていてもよい。水タンク１１１の位置は、燃焼排ガスを冷却できる位置であれば、適宜変更可能である。
【００７１】
・供給システム７０は、水以外の冷媒を用いるものであってもよい。同様に、補助冷却機構１１０も、水以外の冷媒を用いるものであってもよい。
【００７２】
・凝縮器３０は、燃焼排ガスの冷却により凝縮水を生成するものに限らず、例えばアノードガスやアノードオフガス、カソードオフガスといった水蒸気含有ガスの冷却により凝縮水を生成するものであってもよい。
【００７３】
・ＥＣＵ１３０が提供する手段及び／又は機能は、実体的な記憶装置に記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えばＥＣＵ１３０がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。
【００７４】
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７５】
１０：燃料電池システム
２１：改質器
２２：燃料電池
３０：凝縮器
４０：タンク
９０：改質水配管
１００：冷却水配管
１１１：冷媒貯蔵部（水タンク）
１１２：吸着剤貯蔵部（吸着剤タンク）
１３０：ＥＣＵ（制御部）
【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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