(57)【要約】【課題】より長期間にわたって水自立運転を維持することの可能な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、改質水通路８０と、冷媒供給システム６０とを備える。改質器２１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、内部を流れる冷媒と水蒸気含有ガスとの間で熱交換を行うことにより燃焼排ガスを放熱し、凝縮水を生成する。改質水通路８０は、凝縮器３０により生成される改質水を改質器２１に供給する。冷媒供給システム６０は、凝縮器３０に冷却水を供給する。冷媒供給システム６０は、放熱器６１と、散布部６６とを有する。放熱器６１は、冷却水を放熱する放熱部６１０を有し、冷媒を冷却する。散布部６６は、放熱部６１０の外面に液体を散布する。【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、
水蒸気含有ガスを放熱する放熱部（３１）を有し、前記水蒸気含有ガスの冷却により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前記改質水として前記改質器に供給するための改質水通路（８０）と、
前記放熱部の外面に液体を散布する散布部（６６）と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
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、
内部を流れる冷媒と水蒸気含有ガス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改質水を前記改質器に供給する改質水通路（８０）と、
前記凝縮器に前記冷媒を供給する冷媒供給システム（６０）と、を備え、
前記冷媒供給システムは、
前記冷媒を放熱する放熱部（６１０）を有し、前記冷媒を冷却する放熱器（６１）と、
前記放熱部の外面に液体を散布する散布部（６６）と、を有する燃料電池システム。
【請求項３】
前記放熱部は、
内部を流れる前記冷媒と、外部を流れる空気との間で熱交換を行うことにより前記冷媒を放熱するものであり、
前記冷媒供給システムは、
前記放熱部に空気を送風する送風機（６２）を更に備え、
前記散布部は、
前記放熱器と前記送風機との間に設けられている
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記冷媒供給システムは、
前記放熱器から排出される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ（１０１）と、
前記冷媒の温度が所定の温度閾値以上であることを条件に警報を発する警報装置（６９）と、を更に備える
請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記散布部は、前記液体として市水を用いる
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】
外気温を検出する外気温センサ（１０３）を更に備え、
前記散布部は、前記外気温が所定の温度閾値以上であることを条件に、前記放熱部の外面に前記液体を散布する
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】
前記散布部は、前記放熱部に前記液体を直接散布する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記散布部への前記液体の供給及び遮断を切り替える切替部（６７）を更に備える
請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記切替部は、
前記散布部に前記液体を供給する配管に設けられる電磁弁である
請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記放熱部の温度を検出する放熱部温度センサ（１０４）と、
前記放熱部の温度に基づいて前記切替部を制御する制御部（６８）と、を更に備える
請求項８又は９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記改質器は、
前記改質水として、前記凝縮水のみを用いる
請求項１〜１０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。この改質水を外部から補給せずに、排ガスの冷却により回収することの可能な凝縮水のみでまかなう水自立運転が可能になれば、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。このような水自立運転を行う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。家庭用燃料電池システムでは、燃料電池の発電電力だけでなく、電力系統の電力を用いることが可能なため、燃料電池の発電出力が制限又は停止されても、それほど大きな影響を受けることはない。しかしながら、業務用燃料電池システムでは、燃料電池の発電電力だけで所要の機器を駆動させることが求められる。そのため、燃料電池の発電出力が制限又は停止されると、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、より長期間にわたって水自立運転を維持することの可能な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、凝縮器（３０）と、改質水通路（８０）と、散布部（６６）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、水蒸気含有ガスを放熱する放熱部（３１）を有し、水蒸気含有ガスの冷却により凝縮水を生成する。改質水通路は、凝縮器により生成される凝縮水を改質水として改質器に供給する。散布部は、放熱部の外面に液体を散布する。
【０００８】
この構成によれば、放熱部に散布された液体の気化熱により放熱部の放熱性能を高めることができるため、凝縮器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。結果的に、改質水の量を増加させることができるため、より長期にわたって水自立運転を維持することが可能となる。
【０００９】
また、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、改質水通路（８０）と、冷媒供給システム（６０）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、内部を流れる冷媒と水蒸気含有ガス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。改質水通路は、凝縮器により生成される改質水を改質器に供給する。冷媒供給システムは、凝縮器に冷媒を供給する。冷媒供給システムは、放熱器（６１）と、散布部（６６）とを有する。放熱器は、冷媒を放熱する放熱部（６１０）を有し、冷媒を冷却する。散布部は、放熱部の外面に液体を散布する。
【００１０】
この構成によれば、放熱部に散布される液体の気化熱により放熱部の放熱性能を高めることができるため、冷媒供給システムを循環する冷媒の温度を低下させることができる。これにより、凝縮器の放熱性能が向上するため、凝縮水の量を増加させることができる。結果的に、改質水の量を増加させることができるため、より長期にわたって水自立運転を維持することが可能となる。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、より長期間にわたって水自立運転を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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実施形態の放熱器の正面構造を示す正面図である。
【図３】第１実施形態の放熱器の放熱部の拡大斜視構造を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の燃料電池システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】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６】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７】第２実施形態の燃料電池システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【図８】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。
【図９】第３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１０】第３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１１】他の実施形態の放熱器の放熱部の拡大斜視構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜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、分離器４０と、ポンプ５０と、冷媒供給システム６０とを備えている。発電モジュール２０、凝縮器３０、分離器４０、及びポンプ５０は、筐体７０の内部に収容されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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、分離器４０から改質水通路８０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７０の外部から燃料通路８１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、燃料通路８２を通じて燃料電池２２に供給される。
【００１７】
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から燃料通路８２を通じて燃料ガスが供給される。カソード層２２２には、筐体７０の外部から酸化剤通路８３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、オフガス通路８４ａ，８４ｂを通じて燃焼部２３へと流入する。
【００１８】
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、燃焼排ガス通路８５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。
【００１９】
凝縮器３０は、放熱部３１を有している。放熱部３１は、燃焼部２３から流出する燃焼排ガスと、冷媒供給システム６０から供給される冷媒との間で熱交換を行うことにより、燃焼排ガスを放熱させる。すなわち、凝縮器３０は、燃焼排ガスを冷却する。これにより、燃焼排ガスに含まれてい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」と称する。凝縮器３０において生成された凝縮水及び排ガスは、排出通路８６を介して分離器４０に流入する。
【００２０】
分離器４０は、凝縮器３０において生成された凝縮水及び排ガスを分離するとともに、分離された凝縮水を溜めるタンクとしての機能を有している。分離器４０において分離された排ガスは、排ガス通路８７を介して筐体７０の外部へと排出される。
【００２１】
ポンプ５０は、改質水通路８０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、分離器４０に溜まっている凝縮水を改質水として改質水通路８０を通じて改質器２１に圧送する。
【００２２】
このように、本実施形態の燃料電池システム１０は、燃焼排ガスの冷却により回収することの可能な凝縮水のみで改質水を補う、いわゆる水自立運転を行う。
【００２３】
冷媒供給システム６０は、冷媒を凝縮器３０に供給する。本実施形態では、冷媒として水が用いられている。冷媒供給システム６０は、放熱器６１と、送風機６２と、貯湯槽６３と、切替バルブ６４と、ポンプ６５とを備えている。
【００２４】
放熱器６１には、凝縮器３０から配管９０を介して冷却水が流入する。図２に示されるように、放熱器６１は、放熱部６１０と、ヘッダタンク６１１，６１２とを有している。
【００２５】
放熱部６１０は、冷却水と空気との間で熱交換を行うことにより、冷却水を放熱する部分である。放熱部６１０は、略矩形状をなしている。図３に示されるように、放熱部６１０は、矢印Ｘで示される方向に複数のチューブ６１０ａが積層された積層構造を有している。チューブ６１０ａの長手方向は、矢印Ｘで示される方向に直交する矢印Ｙで示される方向である。以下、矢印Ｘで示される方向を「チューブ積層方向」とも称し、矢印Ｙで示される方向を「チューブ長手方向」とも称する。チューブ６１０ａ，６１０ａ間には空気が流れる。
【００２６】
放熱部６１０は、チューブ積層方向Ｘに隣接するチューブ６１０ａ，６１０ａ間にフィン６１０ｂを有している。フィン６１０ｂは、薄く長い金属板をつづら折りに加工した、いわゆるコルゲートフィンからなる。フィン６１０ｂは、その平面部６１０ｄがチューブ積層方向Ｘに平行となるように配置されている。フィン６１０ｂの折り曲がり部分は、チューブ積層方向Ｘに隣接するチューブ６１０ａ，６１０ａの外壁にろう付けされている。このろう付け構造により、フィン６１０ｂは、チューブ６１０ａ，６１０ａに固定されている。フィン６１０ｂには、その平面部６１０ｄに対して傾斜するように切り起こされたルーバ部６１０ｃが形成されている。フィン６１０ｂは、伝熱面積を増やすことにより、放熱部６１０の放熱性能を高める機能を有している。
【００２７】
図２に示されるように、ヘッダタンク６１１，６１２は、チューブ長手方向Ｙにおける放熱部６１０の両端部にそれぞれ設けられている。ヘッダタンク６１１，６１２は筒状の部材からなる。一方のヘッダタンク６１１には、冷却水が流入する流入口６１１ａが形成されている。他方のヘッダタンク６１２には、冷却水が流出する流出口６１２ａが形成されている。
【００２８】
放熱器６１では、流入口６１１ａからヘッダタンク６１１に流入した冷却水が、ヘッダタンク６１１の内部空間を通じてチューブ６１０ａの一方の端部からその内部へと流れる。このチューブ６１０ａの内部を流れる冷却水と、チューブ６１０ａ，６１０ａ間を流れる空気との間で熱交換が行われることにより、冷却水が放熱されて冷却される。冷却された冷却水は、チューブ６１０ａの他方の端部からヘッダタンク６１２の内部空間へと流れる。すなわち、各チューブ６１０ａを流れることにより冷却された冷却水は、ヘッダタンク６１２において集められる。ヘッダタンク６１２に集められた冷却水は、流出口６１２ａを介して排出される。図１に示されるように、放熱器６１から排出される冷却水は、配管９１を通じて貯湯槽６３に流入する。
【００２９】
送風機６２は、放熱器６１の放熱部６１０に空気を送風する。これにより、放熱器６１の放熱性能が高められている。
【００３０】
貯湯槽６３は、放熱器６１から配管９１を通じて流出する冷却水を溜めることが可能となっている。貯湯槽６３では、市水を冷却水として溜めることも可能となっている。市水は、公共施設から供給される水道水である。貯湯槽６３に溜められた冷却水は、外気と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６３に溜められた冷却水は、配管９２を介して凝縮器３０に供給される。
【００３１】
配管９１及び配管９２は、バイパス配管９３を介して直接接続されている。バイパス配管９３は、配管９１を流れる冷却水を、貯湯槽６３をバイパスさせて配管９２に直接流す。
【００３２】
切替バルブ６４は、配管９２におけるバイパス配管９３との接続部分の上流側に配置されている。切替バルブ６４が開状態である場合、貯湯槽６３に溜まっている冷却水、及びバイパス配管９３を流れる冷却水が凝縮器３０に供給される。この場合、主として貯湯槽６３に溜まっている冷却水が凝縮器３０に供給されることになる。切替バルブ６４が閉状態である場合、バイパス配管９３を流れる冷却水のみが凝縮器３０に供給される。
【００３３】
ポンプ６５は、配管９２におけるバイパス配管９３との接続部分の下流側に配置されている。ポンプ６５は、電力の供給に基づき駆動することにより、貯湯槽６３に溜められた冷却水、あるいはバイパス配管９３を流れる冷却水を配管９２を通じて凝縮器３０に圧送する。
【００３４】
ところで、このような冷媒供給システム６０では、放熱器６１の放熱性能を高めることができれば、冷媒供給システム６０を循環する冷却水の温度を低下させることができる。これにより、凝縮器３０の放熱性能を高めることができるため、凝縮水の量が増加する。結果的に改質水の量を増加させることができるため、より長期にわたって水自立運転を維持することが可能となる。
【００３５】
そこで、本実施形態の冷媒供給システム６０は、放熱器６１の放熱性能を高めるための手段として、散布部６６を更に備えている。散布部６６は、散布水路９４を通じて供給される市水を放熱器６１の放熱部６１０に散布する。散布方法としては、例えば霧状の水を放熱部６１０に散布するといった方法を採用することができる。また、散布部６６への市水の供給は、市水の水圧を利用する方法や、図示しないポンプを利用するといった方法を採用することができる。
【００３６】
また、図２に示されるように、散布部６６は、放熱部６１０における流入口６１１ａ側の部分Ａ１に水を散布する。すなわち、放熱部６１０において冷却水の温度が高い部分に霧状の水を散布する。これにより、霧状の水を確実に蒸発させることができるため、水の気化熱による冷却効果をより的確に得ることが可能となる。
【００３７】
図１に示されるように、冷媒供給システム６０は、散布水路９４に配置される冷却用バルブ６７を備えている。冷却用バルブ６７は、例えば電磁弁からなる。冷却用バルブ６７は、その開閉により、散布部６６への水の供給及び遮断を切り替える。本実施形態では、この冷却用バルブ６７が切替部に相当する。
【００３８】
次に、冷媒供給システム６０の電気的な構成について説明する。
燃料電池システム１０には、各種センサが設けられている。例えば図１に示されるように、分離器４０には、水位センサ１００が設けられている。水位センサ１００は、分離器４０に溜まっている凝縮水の水位、換言すれば改質水の水位Ｈｗを検出するとともに、検出された改質水の水位Ｈｗに応じた信号を出力する。冷媒供給システム６０の配管９１には、温度センサ１０１が設けられている。温度センサ１０１は、放熱器６１から排出される冷却水の温度Ｔｗ１を検出するとともに、検出された冷却水の温度Ｔｗ１に応じた信号を出力する。以下、温度センサ１０１により検出される冷却水の温度Ｔｗ１を、「放熱器出口側冷却水温」と称する。本実施形態では、この温度センサ１０１が、冷媒温度センサに相当する。貯湯槽６３には、温度センサ１０２が設けられている。温度センサ１０２は、貯湯槽６３に溜められた冷却水の温度Ｔｗ２を検出するとともに、検出された冷却水の温度Ｔｗ２に応じた信号を出力する。以下、温度センサ１０２により検出される冷却水の温度Ｔｗ２を、「貯湯槽冷却水温」と称する。
【００３９】
図４に示されるように、冷媒供給システム６０は、外気温センサ１０３と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６８と、警報装置６９とを更に備えている。本実施形態では、ＥＣＵ６８が制御部に相当する。
【００４０】
外気温センサ１０３は、送風機６２により放熱器６１に送風される外気の温度Ｔａを検出するとともに、検出された外気の温度Ｔａに応じた信号を出力する。
【００４１】
警報装置６９は、燃料電池システム１０に何らかの異常が生じた際に、その旨を警告音や警告灯等によりユーザに報知するためのものである。
【００４２】
ＥＣＵ６８は、ＣＰＵや記憶装置等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ６８には、水位センサ１００、温度センサ１０１，１０２、及び外気温センサ１０３のそれぞれの出力信号が入力されている。ＥＣＵ６８は、各センサ１００〜１０３の出力信号に基づいて、分離器４０に溜まっている改質水の水位Ｈｗ、放熱器出口側冷却水温Ｔｗ１、貯湯槽冷却水温Ｔｗ２、及び外気温Ｔａの情報を取得する。ＥＣＵ６８は、これらの情報に基づいて送風機６２、切替バルブ６４、ポンプ６５、冷却用バルブ６７、及び警報装置６９を制御する。
【００４３】
例えば、ＥＣＵ６８は、改質水の水位Ｈｗに基づいてポンプ６５の動作を制御する。具体的には、ＥＣＵ６８は、改質水の水位Ｈｗが所定の水位以上の場合には、ポンプ６５を所定の回転速度で駆動させる。また、燃料電池２２の発電出力が増加する等して改質水の水位Ｈｗが所定の水位を下回った場合には、ＥＣＵ６８は、ポンプ６５の回転速度を増加させる。これにより、凝縮器３０に供給される冷却水の量が増加するため、凝縮器３０が冷却され易くなる。結果的に、凝縮器３０において生成される凝縮水の量が増加するため、分離器４０に蓄えられる凝縮水の量を増加させることができる。このように、ＥＣＵ６８は、改質水の水位Ｈｗに応じてポンプ６５の回転速度を変更することにより、燃料電池２２の発電出力に必要な量の改質水を改質器２１に供給できる状態を維持する。
【００４４】
また、ＥＣＵ６８は、放熱器出口側冷却水温Ｔｗ１に基づいて、図５に示される処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ６８は、まず、ステップＳ１０の処理として、放熱器出口側冷却水温Ｔｗ１が所定の温度閾値Ｔｔｈ１以上であるか否かを判断する。温度閾値Ｔｔｈ１は、燃料電池システム１０に異常が生じているか否かを判断することができるように予め実験等により設定されている。ＥＣＵ６８は、ステップＳ１０の処理で否定判断した場合には、すなわち放熱器出口側冷却水温Ｔｗ１が所定の温度閾値Ｔｔｈ１未満である場合には、一連の処理をそのまま終了する。ＥＣＵ６８は、ステップＳ１０の処理で肯定判断した場合には、すなわち放熱器出口側冷却水温Ｔｗ１が所定の温度閾値Ｔｔｈ１以上である場合には、ステップＳ１１の処理として、警報装置６９から警報を発する。これにより、燃料電池システム１０に何らかの異常が生じて冷却水が高温になった場合には、警報装置６９から警報が発せられるため、燃料電池システム１０の異常を早期に認知させることができる。
【００４５】
さらに、ＥＣＵ６８は、貯湯槽冷却水温Ｔｗ２、及び外気温Ｔａに基づいて、図６に示される処理を実行する。なお、ＥＣＵ６８が図６に示される処理を開始する際、送風機６２は停止している。
【００４６】
図６に示されるように、ＥＣＵ６８は、まず、ステップＳ２０の処理として、貯湯槽冷却水温Ｔｗ２が所定の温度閾値Ｔｔｈ２以上であるか否かを判断する。温度閾値Ｔｔｈ２は、燃料電池２２の発電出力に対して必要な量の改質水を得るために凝縮器３０を冷却する必要のある水温を貯湯槽６３内の冷却水が有しているか否かを判断することができる値に設定されている。なお、温度閾値Ｔｔｈ２は、実験等により予め設定されている値であってもよいし、燃料電池２２の発電出力に基づいて適宜変更される値であってもよい。
【００４７】
ＥＣＵ６８は、ステップＳ２０の処理で否定判断した場合には、すなわち貯湯槽冷却水温Ｔｗ２が温度閾値Ｔｔｈ２未満である場合には、ステップＳ２１の処理として、切替バルブ６４を開状態とするとともに、ステップＳ２２の処理として、冷却用バルブ６７を閉状態にする。この場合には、主として貯湯槽６３に溜まっている冷却水が凝縮器３０に供給されることにより、凝縮器３０の冷却が行われることとなる。
【００４８】
一方、外気温の上昇により貯湯槽６３に溜まっている冷却水の温度が上昇すると、貯湯槽６３から凝縮器３０に供給される冷却水の温度が上昇する。よって、凝縮器３０において生成される凝縮水の量が減少するため、燃料電池２２の発電出力に必要な量の改質水を得ることが難しくなる。このような状況において、貯湯槽冷却水温Ｔｗ２が温度閾値Ｔｔｈ２以上になると、ＥＣＵ６８は、ステップＳ２０の処理で肯定判断する。この場合、ＥＣＵ６８は、ステップＳ２３の処理として、外気温Ｔａが所定の温度閾値Ｔｔｈ３以上であるか否かを判断する。温度閾値Ｔｔｈ３は、送風機６２を駆動させて放熱器６１の放熱性能を向上させることで、燃料電池２２の発電出力に対して必要な量の改質水を得ることができるか否かを判断することの可能な値に設定されている。なお、温度閾値Ｔｔｈ３は、実験等により予め設定されている値であってもよいし、燃料電池２２の発電出力に基づいて適宜変更される値であってもよい。
【００４９】
ＥＣＵ６８は、ステップＳ２３の処理で否定判断した場合、すなわち外気温Ｔａが温度閾値Ｔｔｈ３未満である場合には、ステップＳ２４の処理として、切替バルブ６４を閉状態にするとともに、ステップＳ２５の処理として、冷却用バルブ６７を閉状態にする。この場合には、放熱器６１により冷却された冷却水がバイパス配管９３を介して凝縮器３０に供給されるため、貯湯槽６３に溜まっている冷却水を用いる場合と比較すると、凝縮器３０をより冷却することができる。すなわち、凝縮水の量を増加させることができるため、必要な量の改質水を得ることが可能となる。
【００５０】
一方、外気温Ｔａが更に上昇すると、放熱器６１の放熱性能が低下するため、凝縮器３０に供給される冷却水の温度が上昇し、必要な量の改質水を得られなくなる。このような状況において、外気温Ｔａが温度閾値Ｔｔｈ３以上になると、ＥＣＵ６８は、ステップＳ２３の処理で肯定判断する。この場合、ＥＣＵ６８は、ステップＳ２６の処理として、切替バルブ６４を閉状態にするとともに、ステップＳ２７の処理として、冷却用バルブ６７を開状態にする。これにより、散布部６６から放熱器６１に水が散布されるため、放熱器６１の放熱性能が高められる。その結果、散布部６６を用いていない場合と比較すると、冷媒供給システム６０を循環する冷却水の温度を低下させることができるため、結果的に凝縮器３０の温度をより低下させることができる。すなわち、凝縮水の量を増加させることができるため、必要な量の改質水を得ることが可能となる。
【００５１】
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）〜（９）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００５２】
（１）冷媒供給システムは、放熱器６１の放熱部６１０に水を散布する散布部６６を備える。これにより、放熱部６１０に散布される水の気化熱により放熱部６１０の放熱性能を高めることができるため、冷媒供給システム６０を循環する冷却水の温度を低下させることができる。よって、凝縮器３０の放熱性能が向上するため、凝縮水の量を増加させることができる。結果的に、改質水の量を増加させることができるため、より長期にわたって水自立運転を維持することが可能となる。
【００５３】
（２）散布部６６は、放熱器６１と送風機６２との間に設けられている。これにより、送風機６２から放熱器６１に向かって流れる空気の流れを利用して、散布部６６から放熱器６１に水を散布することができる。よって、水の散布を行い易くなる。
【００５４】
（３）警報装置６９は、放熱器６１から排出される冷却水の温度が所定の温度閾値Ｔｔｈ１以上であることを条件に警報を発する。これにより、燃料電池システム１０の異常を認知し易くなる。
【００５５】
（４）散布部６６は、市水を用いる。これにより、散布部６６への水の供給が容易になる。
【００５６】
（５）散布部６６は、外気温Ｔａが所定の温度閾値Ｔｔｈ３以上であることを条件に、放熱部６１０の外面に水を散布する。これにより、外気温Ｔａの上昇により放熱器６１の放熱性能が低下するような状況が生じた場合でも、放熱器６１の放熱性能を維持することができる。
【００５７】
（６）散布部６６は、放熱器６１の放熱部６１０に水を直接散布する。これにより、より確実に放熱部６１０において気化熱を発生させることができるため、放熱器６１の放熱性能を更に高めることができる。
【００５８】
（７）燃料電池システム１０は、散布部６６への水の供給及び遮断を切り替える冷却用バルブ６７を備えている。これにより、状況に応じて切替バルブ６４の開閉を操作することにより、散布部６６から放熱器６１への水の散布の実行及び停止を容易に切り替えることができる。
【００５９】
（８）冷却用バルブ６７は、電磁弁からなる。これにより、手動操作によることなく切替バルブ６４を作動させることができるため、利便性を向上させることができる。
【００６０】
（９）改質器２１は、凝縮器３０において生成される凝縮水のみを用いる。これにより、水自立運転を実現することができる。
【００６１】
＜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。
【００６２】
図７に示されるように、本実施形態の燃料電池システム１０は、温度センサ１０４を更に備えている。温度センサ１０４は、放熱部６１０の表面温度Ｔｓを検出するとともに、検出された放熱部６１０の温度Ｔｓに応じた信号を出力する。以下、放熱部６１０の温度Ｔｓを、「放熱部温度Ｔｓ」と称する。本実施形態では、温度センサ１０４が放熱部温度センサに相当する。
【００６３】
ＥＣＵ６８は、温度センサ１０４の出力信号に基づいて、放熱部温度Ｔｓの情報を取得する。ＥＣＵ６８は、外気温Ｔａに代えて、放熱部温度Ｔｓを用いることにより切替バルブ６４及び冷却用バルブ６７を駆動させる。
【００６４】
具体的には、ＥＣＵ６８は、図８に示されるように、ステップＳ２０の処理で肯定判断した場合、ステップＳ２８の処理として、放熱部温度Ｔｓが所定の温度閾値Ｔｔｈ４以上であるか否かを判断する。温度閾値Ｔｔｈ４は、送風機６２を駆動させて放熱器６１の放熱性能を向上させることにより、燃料電池２２の発電出力に対して必要な量の改質水を得ることができるか否かを判断することの可能な値に設定されている。なお、温度閾値Ｔｔｈ４は、実験等により予め設定されている値であってもよいし、燃料電池２２の発電出力に基づいて適宜変更される値であってもよい。
【００６５】
ＥＣＵ６８は、ステップＳ２８の処理で否定判断した場合には、ステップＳ２４の処理として、切替バルブ６４を閉状態にするとともに、ステップＳ２５の処理として、冷却用バルブ６７を閉状態にする。また、ＥＣＵ６８は、ステップＳ２８の処理で肯定判断した場合には、ステップＳ２６の処理として、切替バルブ６４を閉状態にするとともに、ステップＳ２７の処理として、冷却用バルブ６７を開状態にする。
【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、第１実施形態の（１）〜（４），（６）〜（９）に記載の作用及び効果に加え、以下の（１０）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００６７】
（１０）燃料電池システム１０は、放熱部６１０の温度Ｔｓを検出する温度センサ１０４と、放熱部温度Ｔｓに基づいて冷却用バルブ６７を制御するＥＣＵ６８とを備える。これにより、放熱部６１０の温度に応じて、散布部６６から放熱部６１０への水の散布状態が切り替えられるため、より的確に放熱部６１０の放熱性能を向上させることができる。
【００６８】
＜第３実施形態＞
次に、燃料電池システム１０の第３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。
【００６９】
図９に示されるように、本実施形態の冷媒供給システム６０は、放熱器６１、送風機６２、切替バルブ６４、バイパス配管９３、及び温度センサ１０１を有していない点で第１実施形態の冷媒供給システム６０と異なる。また、本実施形態の散布部６６は、散布水路９４を通じて供給される市水を凝縮器３０の放熱部３１に散布する点で第１実施形態の散布部６６と異なる。
【００７０】
本実施形態のＥＣＵ６８は、図６に示される処理に代えて、図１０に示される処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ６８は、まず、ステップＳ３０の処理として、貯湯槽冷却水温Ｔｗ２が温度閾値Ｔｔｈ２以上であるか否かを判断する。ＥＣＵ６８は、ステップＳ３０の処理で否定判断した場合には、すなわち貯湯槽冷却水温Ｔｗ２が温度閾値Ｔｔｈ２未満である場合には、ステップＳ３１の処理として、冷却用バルブ６７を閉状態にする。
【００７１】
一方、ＥＣＵ６８は、ステップＳ３０の処理で肯定判断した場合には、すなわち貯湯槽冷却水温Ｔｗ２が温度閾値Ｔｔｈ２以上である場合には、ステップＳ３２の処理として、冷却用バルブ６７を開状態にする。
【００７２】
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、第１実施形態の（４），（７）〜（９）に記載の作用及び効果に加え、以下の（１１）及び（１２）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００７３】
（１１）冷媒供給システム６０は、凝縮器３０の放熱部３１に水を散布する散布部６６を備える。これにより、放熱部６１０に散布される水の気化熱により放熱部３１の放熱性能を高めることができるため、凝縮水の量を増加させることができる。結果的に、改質水の量を増加させることができるため、より長期にわたって水自立運転を維持することが可能となる。
【００７４】
（１２）散布部６６は、凝縮器３０の放熱部３１に水を直接散布する。これにより、より確実に放熱部３１において気化熱を発生させることができるため、凝縮器３０の放熱性能を更に高めることができる。
【００７５】
＜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。
・第１及び第２実施形態の燃料電池システム１０では、放熱器６１のフィン６１０ｂが図１１に示されるように配置されていてもよい。すなわち、フィン６１０ｂは、その平面部６１０ｄがチューブ長手方向Ｙと平行となるように配置されていてもよい。これにより、散布部６６から散布される水が放熱部６１０の奥まで届き易くなるため、放熱部６１０の放熱性能を向上させることができる。なお、図１１に示されるフィン６１０ｂには、図３に示されるようなルーバ部６１０ｃが形成されていてもよい。
【００７６】
・放熱部６１０のフィン６１０ｂに親水コーティングを施してもよい。これにより、フィン６１０ｂに水が付着し易くなるため、気化熱による冷却効果を、より的確に得ることが可能となる。
【００７７】
・第３実施形態の燃料電池システム１０において、第２実施形態の燃料電池システム１０の構成を採用してもよい。すなわち、ＥＣＵ６８は、凝縮器３０の放熱部３１の温度が所定の温度閾値以上になることをもって、散布部６６から放熱部３１に水を散布してもよい。
【００７８】
・散布部６６は、霧状の水を散布するものに限らず、水滴を散布するものであってもよい。
【００７９】
・図２に示されるように、散布部６６は、放熱部６１０における流入口６１１ａ側の部分Ａ１に代えて、放熱部６１０における流出口６１２ａ側の部分Ａ２に水を散布してもよい。すなわち、冷却水の温度が低くなる部分に水を散布してもよい。これにより、放熱部６１０における気液温度差を、より確実に実現することができる。
【００８０】
・散布部６６の位置は適宜変更可能である。例えば、第１実施形態の散布部６６は、送風機６２に対して空気流れ方向の上流側に配置されていてもよいし、放熱器６１における送風機６２に対向する面とは反対側の面に対向して配置されていてもよい。
【００８１】
・散布部６６が散布する液体は、市水に限らず、気化熱を利用した冷却効果を得ることのできる任意の液体を用いることができる。
【００８２】
・冷媒供給システム６０は、水以外の冷媒を用いるものであってもよい。
・凝縮器３０は、燃焼排ガスの放熱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放熱により凝縮水を生成するものであってもよい。
【００８３】
・ＥＣＵ６８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ＥＣＵ６８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。
【００８４】
・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や条件等は、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】
【００８５】
２１：改質器
２２：燃料電池
３０：凝縮器
３１：放熱部
６０：冷媒供給システム
６１：放熱器
６２：送風機
６６：散布部
６７：冷却用バルブ（切替部）
６８：ＥＣＵ（制御部）
６９：警報装置
８０：改質水通路
１０１：温度センサ（冷媒温度センサ）
１０３：外気温センサ
１０４：温度センサ（放熱部温度センサ）
６１０：放熱部
【図１】
2017152213.tif 000003
【図２】
2017152213.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017152213.tif 000006
【図５】
2017152213.tif 000007
【図６】
2017152213.tif 000008
【図７】
2017152213.tif 000009
【図８】
2017152213.tif 000010
【図９】
2017152213.tif 000011
【図１０】
2017152213.tif 000012
【図１１】
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