(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガス及び燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出される酸化剤ガス及び燃料ガスの少なくとも何れかから回収される水を貯える回収水タンクと、
前記燃料電池を冷却するための冷却水として用いられる水を貯える浄化水タンクと、
前記回収水タンクの水を前記浄化水タンクに供給するための水供給流路と、
前記水供給流路において前記回収水タンクから前記浄化水タンクに向けて水を通流させるためのポンプと、
前記ポンプにより通流される水を前記水供給流路上で前記浄化水タンクに供給前に内蔵するＴＯＣ吸着体により浄化する水浄化装置と、
制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプをバクテリアの繁殖を抑制可能な周期で定期的に動作させて前記水供給流路において水が定期的に移動するよう制御する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記停止期間中に前記ポンプを７２時間以上１６８時間以内の周期で定期的に動作させて前記水供給流路において水が定期的に移動するよう制御する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記浄化水タンクとして前記冷却水を貯える冷却水タンクを備えている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記冷却水タンクの水を前記回収水タンクに供給するための第２の水供給流路を備え、
前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させて前記水供給流路及び前記第２の水供給流路を介して前記冷却水タンクと前記回収水タンクとの間で水が循環するよう制御する、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記浄化水タンクに加えて前記冷却水を貯える冷却水タンクを備え、
前記浄化水タンクの水を前記冷却水タンクに供給可能に構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記浄化水タンクの水を前記冷却水タンクに供給するための第２のポンプを更に備えている、請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記冷却水タンクの水を前記回収水タンクに供給するための第２の水供給流路を備え、
前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させて前記水供給流路及び前記第２の水供給流路を介して前記浄化水タンクと前記冷却水タンクと前記回収水タンクとの間で水が循環するよう制御する、請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記浄化水タンクの水を前記回収水タンクに供給するための第３の水供給流路を備え、
前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させて前記水供給流路及び前記第３の水供給流路を介して前記浄化水タンクと前記回収水タンクとの間で水が循環するよう制御する、請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させる際、前記ポンプの単位時間当たりの送水能力がＰ１で、前記ポンプの動作時間がＴ１で、前記ＴＯＣ吸着体の容積がＶ１である場合、前記Ｐ１及び前記Ｔ１及び前記Ｖ１が（１）式を満たすよう制御する、請求項１記載の燃料電池システム。
Ｐ１×Ｔ１≧Ｖ１  ・・・（１）
【請求項１０】
前記水浄化装置がイオン交換体を更に備えている、請求項１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、水素及び酸素が供給されて燃料電池が冷却水により冷却されながら発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステムの構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現することが可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
燃料電池システムは、その発電部の本体として、燃料電池を備えている。この燃料電池は、燃料（水素）及び酸化剤（酸素）が有する化学エネルギーを所定の電気化学反応により電気エネルギーに直接変換する電池である。従って、燃料電池システムでは、発電運転の際、燃料電池に燃料としての水素と酸化剤としての酸素とが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される水素及び酸素を用いる所定の電気化学反応が進行して、この所定の電気化学反応により水素及び酸素が有する化学エネルギーが電気エネルギーに直接変換されると共に、熱及び水が生成する。そして、この燃料電池での所定の電気化学反応により生成する電気エネルギーが、燃料電池システムから負荷に向けて供給される。ここで、所定の電気化学反応に伴って発生する熱は、燃料電池の温度を所定の範囲内の温度とするために、燃料電池の内部に循環される冷却水によって回収される。そして、この回収される熱は、燃料電池システムが有する熱交換器等において給湯等の目的のために用いられる。尚、通常、燃料電池システムは水素生成装置を備えており、この水素生成装置により水素を豊富に含む改質ガスが生成される。そして、この改質ガスが、実質的な燃料として燃料電池に供給される。又、燃料電池システムは空気供給装置を備えており、この空気供給装置により空気が実質的な酸化剤として燃料電池に供給される。
【０００４】
ところで、燃料電池システムは、発電運転中に発熱する燃料電池の温度を所定の範囲内の温度とするために、燃料電池を冷却するための冷却水を貯える冷却水タンクと、この冷却水タンクに貯えられている冷却水を燃料電池内の流路に供給するポンプと、このポンプにより供給される冷却水を燃料電池内の流路に供給する前に浄化する水浄化装置と、燃料電池から排出される温度上昇した冷却水の熱を給湯等の目的に用いるための熱交換器等とを備えている。ここで、水浄化装置は、熱交換器及び燃料電池において冷却水に溶出する可能性がある金属イオン等の導電性イオンを除去するために、イオン交換樹脂（又は、イオン除去フィルター）を備えている。そして、燃料電池システムの発電運転の際、このイオン交換樹脂には、燃料電池及び熱交換器等を通過した冷却水が供給される。このイオン交換樹脂により、冷却水に溶出した金属イオン等の導電性イオンが除去され、この導電性イオンが除去された冷却水が燃料電池に供給されるので、導電性イオンによる燃料電池での短絡を防止することが可能になる。
【０００５】
しかしながら、この水浄化装置を構成するイオン交換樹脂の殆どは、耐熱温度が比較的低いという問題を有している。これは、イオン交換樹脂として陰イオン交換樹脂を用いる場合、特に顕著である。一方、発電運転時の燃料電池の温度は、燃料電池として固体高分子型燃料電池を用いる場合でも、７０℃〜８０℃程度にまで上昇する。従って、燃料電池を冷却するためにポンプにより循環される冷却水の温度も、熱交換器等において冷却水により回収した熱が十分に利用されない場合等には、７０℃〜８０℃程度にまで上昇する。そのため、ポンプにより水浄化装置に供給される冷却水の温度がイオン交換樹脂の耐熱温度を超える場合等には、イオン交換樹脂の熱劣化が進行して、これによりイオン交換樹脂の寿命が短くなることがあった。
【０００６】
そこで、イオン交換樹脂の寿命に悪影響を与えることなく冷却水に溶出した導電性イオンを効果的に除去することが可能な燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この提案された燃料電池システムは、イオン交換樹脂の寿命に悪影響を与えることなく冷却水に溶出した導電性イオンを効果的に除去するために、燃料電池を冷却するための冷却水を貯える冷却水タンクと、この冷却水タンクに貯えられている冷却水を燃料電池内の流路に供給するためのポンプと、このポンプにより供給されて燃料電池から排出される温度上昇した冷却水の熱を給湯等の目的に用いるための熱交換器等とを従来の燃料電池システムの場合と同様にして備えると共に、発電運転の際に燃料電池から排出された水を貯える凝縮水タンクと、この凝縮水タンクに貯えられている水を冷却水タンクに供給するための第２のポンプ及び水供給経路と、この第２のポンプにより供給される水を冷却水タンクに供給する前に浄化する水浄化装置と、冷却水タンクで余剰となった冷却水を凝縮水タンクに排出するための水排出経路とを備えている。
【０００８】
この提案された燃料電池システムでは、燃料電池システムの発電運転の開始時及び終了時、又は、発電運転の開始時又は終了時、凝縮水タンクに貯えられている水を第２のポンプを作動させて水浄化装置により浄化した後に冷却水タンクに汲み上げる。又、発電運転中において第２のポンプを作動させて、これにより凝縮水タンクと冷却水タンクとの間で水供給経路及び水浄化装置と水排出経路とを介して水を循環させる。
【０００９】
この提案された燃料電池システムによれば、冷却水タンクから凝縮水タンクに回収される冷却水の温度が７０℃以上の高温であっても、燃料電池から排出されて凝縮水タンクに回収される水の温度が４０℃程度であるので、凝縮水タンクから水浄化装置に供給される水の温度がイオン交換樹脂の耐熱温度を超えることは解消される。従って、かかる構成とすることにより、イオン交換樹脂の寿命に悪影響を与えることなく、冷却水に溶出した導電性イオンを除去することが可能になる。又、凝縮水タンクと冷却水タンクとの間で水浄化装置を介して水を循環させることによれば、水の浄化が連続して行われるので、燃料電池システムの発電運転中においても冷却水の水質維持を行うことが可能になる。
【００１０】
つまり、上記提案によれば、イオン交換樹脂の寿命に悪影響を与えることなく冷却水に溶出した導電性イオンを除去することが可能な燃料電池システムを提供することが可能になる。
【特許文献１】特開２００２−１４１０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来の提案では、燃料電池システムの発電運転と水浄化装置の浄水運転とは一体不可分の関係にあり、燃料電池システムの発電運転の停止時には水浄化装置の浄水運転も停止されるので、燃料電池システムの発電運転の停止時において水中のバクテリア（即ち、細菌類）が繁殖する場合があった。このバクテリアの繁殖の問題は、水浄化装置がイオン交換樹脂に加えて活性炭を備えている場合には、その活性炭がバクテリアの養分となる全有機炭素（以下、単にＴＯＣという）を吸着及び貯蔵してバクテリアの繁殖を促進するので、特に顕著であった。そして、水中のバクテリアが著しく繁殖した場合、その繁殖したバクテリアにより送水流路に流路閉塞又は流路狭窄等が発生して、この流路閉塞又は流路狭窄等によって水の供給機能及び浄化機能に障害が発生する場合があった。この水の供給機能及び浄化機能に係る障害は、再起動時等における燃料電池システムの正常な発電運転を阻害する要因となっていた。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムの発電運転の停止中における水中のバクテリアの繁殖を簡易な構成により効果的に抑制する、水の供給機能及び浄化機能に障害が発生し難い燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意検討の結果、燃料電池システムの発電運転の停止中において水中のバクテリアが著しく繁殖するのは、水の循環によりＴＯＣを大量に吸着及び貯続した水浄化装置の活性炭の内部にバクテリアを有する水の一部が滞留するためであることを突き止めた。そして、燃料電池システムの発電運転の停止中において水中のバクテリアが著しく繁殖することを抑制するためには、ＴＯＣを大量に吸着及び貯蔵した水浄化装置の活性炭の内部からバクテリアを排出するために、停止期間中において所定の周期及び流量で水浄化装置の活性炭に水を流通させることが効果的であることを見出した。
【００１４】
そして、上記従来の課題を解決するために、本発明に係る第１の燃料電池システムは、酸化剤ガス及び燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される酸化剤ガス及び燃料ガスの少なくとも何れかから回収される水を貯える回収水タンクと、前記燃料電池を冷却するための冷却水として用いられる水を貯える浄化水タンクと、前記回収水タンクの水を前記浄化水タンクに供給するための水供給流路と、前記水供給流路において前記回収水タンクから前記浄化水タンクに向けて水を通流させるためのポンプと、前記ポンプにより通流される水を前記水供給流路上で前記浄化水タンクに供給前に内蔵するＴＯＣ吸着体により浄化する水浄化装置と、制御装置と、を備える燃料電池システムであって、前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプをバクテリアの繁殖を抑制可能な周期で定期的に動作させて前記水供給流路において水が定期的に移動するよう制御する、燃料電池システムである。
【００１５】
かかる構成とすると、制御装置が燃料電池システムの停止期間中にポンプをバクテリアの繁殖を抑制可能な周期で定期的に動作させて水供給流路において水が定期的に移動するよう制御するので、水中のバクテリアの繁殖を長期間に渡ってより一層効果的に抑制することが可能になる。
【００２０】
この場合、前記制御装置が、前記停止期間中に前記ポンプを７２時間以上１６８時間以内の周期で定期的に動作させて前記水供給流路において水が定期的に移動するよう制御する。
【００２１】
かかる構成とすると、制御装置が停止期間中にポンプを７２時間以上１６８時間以内の周期で定期的に動作させて水供給流路において水が定期的に移動するよう制御するので、水中のバクテリアの繁殖を長期間に渡って現実的に抑制することが可能になる。又、水中のバクテリアの繁殖を効果的に抑制することが可能になると共に、水浄化装置が有するイオン交換体への負荷を最小限にすることが可能になる。
【００２２】
又、上記の場合、前記浄化水タンクとして前記冷却水を貯える冷却水タンクを備えている。
【００２３】
かかる構成とすると、浄化水タンクが冷却水を貯える冷却水タンクであるので、冷却水タンク内の水の浄化度を一定の水準に維持することが可能になる。
【００２４】
この場合、前記冷却水タンクの水を前記回収水タンクに供給するための第２の水供給流路を備え、前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させて前記水供給流路及び前記第２の水供給流路を介して前記冷却水タンクと前記回収水タンクとの間で水が循環するよう制御する。
【００２５】
かかる構成とすると、冷却水タンクの水が、水供給流路及び第２の水供給流路を介し、第２の水供給流路、回収水タンク、及び、水浄化装置を順に通り冷却水タンクに戻るように循環されるので、水の循環を好適に行うことが可能になる。
【００２６】
又、本発明に係る第２の燃料電池システムは、本発明に係る第１の燃料電池システムにおいて、前記浄化水タンクに加えて前記冷却水を貯える冷却水タンクを備え、前記浄化水タンクの水を前記冷却水タンクに供給可能に構成されている。
【００２７】
かかる構成とすると、冷却水と浄化水とを各々独立して貯えることができるので、水の循環を好適に行うことが可能になる。
【００２８】
この場合、前記浄化水タンクの水を前記冷却水タンクに供給するための第２のポンプを更に備えている。
【００２９】
かかる構成とすると、浄化水タンクの水を冷却水タンクに供給するための第２のポンプを更に備えているので、必要に応じて浄化水タンクの水を冷却水タンクに適宜供給することが可能になる。
【００３０】
又、上記の場合、前記冷却水タンクの水を前記回収水タンクに供給するための第２の水供給流路を備え、前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させて前記水供給流路及び前記第２の水供給流路を介して前記浄化水タンクと前記冷却水タンクと前記回収水タンクとの間で水が循環するよう制御する。
【００３１】
かかる構成とすると、浄化水タンクの水が、水供給流路及び第２の水供給流路を介し、冷却水タンク、第２の水供給流路、回収水タンク、及び、水浄化装置を順に通り浄化水タンクに戻るように循環されるので、水の循環を好適に行うことが可能になる。
【００３２】
又、上記の場合、前記浄化水タンクの水を前記回収水タンクに供給するための第３の水供給流路を備え、前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させて前記水供給流路及び前記第３の水供給流路を介して前記浄化水タンクと前記回収水タンクとの間で水が循環するよう制御する。
【００３３】
かかる構成とすると、浄化水タンクの水と冷却水タンクの冷却水とが混合不能に分離されるので、冷却水に含まれる金属イオン等の導電性イオンが水浄化装置に供給されることを防止することが可能になる。
【００３４】
又、上記の場合、前記制御装置が、前記燃料電池システムの停止期間中に前記ポンプを動作させる際、前記ポンプの単位時間当たりの送水能力がＰ１で、前記ポンプの動作時間がＴ１で、前記ＴＯＣ吸着体の容積がＶ１である場合、前記Ｐ１及び前記Ｔ１及び前記Ｖ１が（１）式を満たすよう制御する。
【００３５】
Ｐ１×Ｔ１≧Ｖ１  ・・・（１）
かかる構成とすると、Ｐ１及びＴ１及びＶ１が（１）式を満たすので、水浄化装置が有するイオン交換体への負荷を最小限にすることが可能になる。
【００３６】
又、上記の場合、前記水浄化装置がイオン交換体を更に備えている。
【００３７】
かかる構成とすると、水浄化装置がイオン交換体を更に備えているので、回収水タンク内の水を効果的に浄化することが可能になる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの発電運転の停止中における水中のバクテリアの繁殖を簡易な構成により効果的に抑制する、水の供給機能及び浄化機能に障害が発生し難い燃料電池システムを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
先ず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図１において、燃料電池システムを構成する各構成要素の間の実線は水や燃料ガス又は酸化剤ガス等が流れる経路を示しており、それらの実線上に記される矢印は水や燃料ガス又は酸化剤ガス等の通常運転時における流動方向を示している。又、図１では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを示しており、それ以外の構成要素については図示を省略している。
【００４２】
図１に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、その発電部の本体としての燃料電池１を備えている。この燃料電池１としては、本実施の形態では、固体高分子型の燃料電池を用いている。この燃料電池１は、図１では特に図示しない水素生成装置から排出されて燃料電池１のアノード側（又は、燃料極側）に供給される水素を豊富に含む燃料ガス（又は、改質ガス）と、図１では特に図示しないブロアー等を備える空気供給装置により燃料電池１のカソード側（又は、空気極側）に供給される酸化剤ガス（通常は、空気）とを用いて、所定の電力を出力するべく発電を行う。具体的には、この燃料電池１は、燃料ガス中の水素及び酸化剤ガス中の酸素が有する化学エネルギーを、所定の触媒を用いる所定の電気化学反応により、電気エネルギーに直接変換する。かかるエネルギーの変換動作により、燃料電池１は、燃料電池システム１００に接続された負荷に向けて電気エネルギー（電力）を供給する。ここで、本実施の形態では、燃料電池１のカソード側に供給される酸化剤ガスは、燃料電池１の内部で発電のために使用した後の酸化剤ガスが有する水分が利用されて、予め所定の加湿状態に調整される。又、酸化剤ガスの加湿度が不足する場合には、例えば、後述する冷却水タンク４に貯えられている冷却水の一部を燃料電池１の内部で蒸発させることにより、酸化剤ガスの加湿度が適切な加湿度に調整される。又、燃料電池１のアノード側に供給される燃料ガスは、上述した水素生成装置において、所定の加湿状態に調整される。又、発電運転の際、燃料電池１は発熱する。この燃料電池１において発生する熱は、燃料電池１の内部に形成された冷却水用流路１ａに供給される冷却水により逐次回収される。尚、燃料電池１の内部構成に関する詳細な説明については、燃料電池１の内部構成と一般的な固体高分子型燃料電池の内部構成とが同様であるため、ここでは省略する。
【００４３】
又、図１に示すように、この燃料電池システム１００は、燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂを備えている。これらの燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂでは、空冷ファンを用いる水の凝縮機構が構成されている。これらの燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂは、燃料電池１から排出される発電に用いられなかった余剰の燃料ガス（以下、排燃料ガス）及び余剰の酸化剤ガス（以下、排酸化剤ガス）に含まれる燃料電池１において所定の電気化学反応により生成した水を凝縮機構により回収する。ここで、燃料電池１から排出される排燃料ガス及び排酸化剤ガスは、排燃料ガス経路ａ及び排酸化剤ガス経路ｂを介して、燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂに供給される。又、燃料側凝縮器２ａにより水分が除去された排燃料ガスは、本実施の形態では、上述した水素生成装置に供給される。そして、この排燃料ガスは、水素生成装置が有する火炎バーナーに供給され、この火炎バーナーにおいて改質反応を進行させるために燃焼される。又、酸化剤側凝縮器２ｂにより水分が除去された排酸化剤ガスは、本実施の形態では、燃料電池システム１００の外部に放出される。又、燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂにより回収された水は、燃料側回収水経路ｃ及び酸化剤側回収水経路ｄを介して、後述する回収水タンク３に供給される。尚、これらの燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂの構成は、一般的な燃料電池システムで用いられる凝縮器の構成と同様であるため、ここではその内部構成に関する更なる詳細な説明は省略する。
【００４４】
又、この燃料電池システム１００は、回収水タンク３を備えている。この回収水タンク３には、燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂによって回収された水が燃料側回収水経路ｃ及び酸化剤側回収水経路ｄを介して供給される。そして、この回収水タンク３は、その燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂから排出される水を貯える。回収水タンク３に貯えられた水は、燃料電池システム１００における水を使用する構成要素に向けて適宜供給される。尚、水を使用する構成要素としては、例えば、図１では特に図示しない水素生成装置や、後述する冷却水タンク４等が挙げられる。ここで、この回収水タンク３の本実施の形態では側壁における所定の位置には、水を排出するための回収水排水口３ａが設けられている。回収水タンク３における過剰な水は、この回収水排水口３ａからオーバーフローによって燃料電池システム１００の外部に排出される。又、この回収水タンク３は、このオーバーフロー方式の回収水排水口３ａを通じて大気に連通している。これによって、回収水タンク３における貯水量が適切に制御される。尚、図１では特に図示しないが、回収水タンク３の所定の位置には、水道等の水を供給可能なインフラストラクチャーに接続されている配管が開閉弁等を介して接続されている。そして、燃料電池システム１００の起動前、回収水タンク３に必要量の水を貯えるために、水道から回収水タンク３に前記配管及び開閉弁等を介して水が供給される。
【００４５】
又、この燃料電池システム１００は、冷却水タンク４を備えている。この冷却水タンク４は、発電運転の際に発熱する燃料電池１を冷却するための冷却水を貯える。この冷却水タンク４に貯えられている冷却水は、プランジャーポンプ等の冷却水循環ポンプ５によって冷却水供給経路ｅを介して燃料電池１の内部の冷却水用流路１ａに供給される。又、この冷却水用流路１ａから排出される燃料電池１の発熱によって温度上昇した冷却水は、熱交換器６で熱伝達して冷却された後、冷却水排出経路ｆを介して冷却水タンク４に戻される。つまり、この冷却水タンク４に貯えられている冷却水は、発電中に発熱する燃料電池１を冷却するために、冷却水タンク４と燃料電池１の内部に形成されている冷却水用流路１ａとの間で冷却水循環ポンプ５により循環される。この冷却水循環ポンプ５による冷却水の循環により、燃料電池１において発電時に発生する熱が逐次回収されて、これにより燃料電池１が冷却される。又、この冷却水タンク４の本実施の形態では側壁における所定の位置には、冷却水を排出するための冷却水排水口４ａが設けられている。この冷却水排水口４ａには、冷却水戻り経路ｈの一端が配置されている。又、冷却水戻り経路ｈの他端は、回収水タンク３の内部に配置されている。冷却水タンク４における過剰な冷却水は、冷却水排水口４ａからオーバーフローにより冷却水戻り経路ｈを介して回収水タンク３に排出される。又、この冷却水タンク４は、このオーバーフロー方式の冷却水戻り経路ｈ、回収水タンク３、及び回収水排水口３ａを通じて大気に連通している。
【００４６】
又、この燃料電池システム１００は、上述した熱交換器６を備えている。この熱交換器６は、燃料電池１の冷却水用流路１ａから排出される温度上昇した冷却水と、給湯等の目的のために燃料電池システム１００の外部から供給される水との間で熱を交換する。そして、この熱交換器６は、熱が回収されて冷却された冷却水を、冷却水タンク４に向けて冷却水排出経路ｆを介して排出する。尚、熱交換器６から冷却水タンク４に戻された温度低下した冷却水は、冷却水循環ポンプ５によって冷却水タンク４から燃料電池１の冷却水用流路１ａに冷却水供給経路ｅを介して再び供給される。
【００４７】
又、この燃料電池システム１００は、所定の不純物除去部材を有する水浄化装置７を備えている。この水浄化装置７は、回収水タンク３から冷却水タンク４にプランジャーポンプ等の回収水供給ポンプ８により浄化水排出経路ｇを介して供給される水を浄化する。ここで、回収水供給ポンプ８の電源端子は、電力の供給を断続することが可能な電源スイッチ９を介して、燃料電池システム１００の運転状況に関わらず電力を供給可能な蓄電池等を備える電源装置１０の出力端子に接続されている。又、水浄化装置７は、本実施の形態では、所定の不純物除去部材として、活性炭７ａとイオン交換樹脂７ｂとを備えている。活性炭７ａは、大気中から水に混入したバクテリアが繁殖するための養分となるＴＯＣを吸着によって選択的に除去する。又、イオン交換樹脂７ｂは、燃料電池１及び熱交換器６において水に溶出する金属イオン等の導電性イオンを選択的に除去する。又、本実施の形態では、水浄化装置７の容積を約２Ｌとしている。尚、水浄化装置７に用いる不純物除去部材としては、活性炭７ａ及びイオン交換樹脂７ｂに限定されることはなく、水中の導電性イオン及びＴＯＣ等の不純物を除去することが可能な不純物除去部材（即ち、イオン交換体、ＴＯＣ吸着体）であれば、ゼオライト、セラミック等の如何なる不純物除去部材を用いても構わない。
【００４８】
更に、この燃料電池システム１００は、制御装置１０１を備えている。この制御装置１０１は、燃料電池システム１００を構成する各構成要素の動作を適宜制御する。ここで、この制御装置１０１は、例えば、図１では特に図示しないが、記憶部、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を備えている。尚、燃料電池システム１００の各構成要素の動作に係るプログラムは予め制御装置１０１の記憶部に記憶されており、この記憶部に記憶されているプログラムに基づいて、制御装置１０１が燃料電池システム１００の動作を適宜制御する。
【００４９】
そして、図１に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００では、回収水タンク３と水浄化装置７と浄化水排出経路ｇと冷却水タンク４と冷却水戻り経路ｈとによって、水の第１の循環経路Ａが構成されている。この水の第１の循環経路Ａにおいて、回収水供給ポンプ８は回収水タンク３から水を取り出し、その取り出した水を、水浄化装置７に供給する。そして、水浄化装置７において浄化された水を、浄化水排出経路ｇを介して冷却水タンク４に供給する。冷却水タンク４に供給された水の過剰分は、冷却水排水口４ａから排出された後、冷却水戻り経路ｈを介して回収水タンク３に戻される。このように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、回収水タンク３に貯えられている水を第１の循環経路Ａにおいて循環させることが可能に構成されている。
【００５０】
尚、本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、図１では特に図示しないが、原料供給装置と、水素生成装置と、空気供給装置とを備えている。
【００５１】
原料供給装置は、水素生成装置に向けて、水素を生成するために用いる天然ガス等の原料を供給する。本実施の形態では、この原料供給装置を、原料としての天然ガスをそのインフラストラクチャーから供給する構成としている。尚、本実施の形態では、水素を生成するための原料として天然ガスを用いているが、この形態に限定されることはなく、ＬＰＧ等の炭化水素系成分、メタノール等のアルコール、或いは、ナフサ成分等に例示される少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む原料であれば、如何なる原料を用いてもよい。例えば、原料としてＬＰＧが用いられる場合には、原料供給装置にはＬＰＧタンクが配設される。
【００５２】
又、水素生成装置は、原料供給装置から供給される天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系成分、メタノール等のアルコール、或いは、ナフサ成分等に例示される少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む原料と水蒸気とが用いられる改質反応を主に進行させ、この改質反応によって水素を豊富に含む燃料ガスを生成する。尚、この水素生成装置は、改質反応を進行させるための改質部と、この改質部から排出される改質ガス中の一酸化炭素を低減するための一酸化炭素変成部（以下、変成部という）及び一酸化炭素除去部（以下、浄化部という）とを備えている。改質部は、改質反応を進行させるための改質触媒と、改質反応を好適に進行させるために必要な熱を供給するための、原料の一部を燃焼させる、或いは燃料ガスの供給先（即ち、燃料電池１）から戻される排燃料ガスを燃焼させる火炎バーナーと、燃焼空気供給用のシロッコファンとを備えている。又、変成部は、改質部から排出される燃料ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを反応させる変成触媒を備えている。又、浄化部は、変成部から排出される燃料ガス中の一酸化炭素を酸化或いはメタン化させるためのＣＯ除去触媒を備えている。尚、これらの変成部及び浄化部は、燃料ガスに含まれる一酸化炭素を効果的に低減するために、それぞれの化学反応に適した温度条件の下、各々運転される。
【００５３】
又、空気供給装置は、大気を吸入することにより、燃料電池１のカソード側に酸化剤ガスとしての空気を供給する。この空気供給装置は、通常、ブロアーを備えている。このブロアーとしては、シロッコファン等の送風器が好適に用いられる。
【００５４】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの発電のための基本的な動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５５】
本明細書では、燃料電池システムの起動直後から燃料電池が定格出力の電力を出力可能になるまでの第１の運転期間（起動動作期間）と、この第１の運転期間後の燃料電池が定格出力の電力を出力可能な第２の運転期間（定常運転期間）と、この第２の運転期間後の燃料電池からの電力の出力が停止するまでの後処理等が行われる第３の運転期間（停止動作期間）との３つの運転期間を合わせて、燃料電池システムの発電運転の「運転期間」と定義する。又、この燃料電池システムの運転期間以外の期間を、燃料電池システムの発電運転の「停止期間」と定義する。尚、この停止期間において、燃料電池システムの制御装置には、制御装置が動作するために必要な電力が商用電源等から供給されている。又、燃料電池システムの各構成要素は、制御装置によって制御されることにより適宜動作することが可能な状態とされている。
【００５６】
燃料電池システム１００は、制御装置１０１の制御によって以下の動作を行う。
【００５７】
先ず、図１に示す燃料電池システム１００の発電運転を開始する際には、燃料電池１の発電運転に必要となる水素を豊富に含む燃料ガスを生成するために、水素生成装置を作動させる。具体的には、水素を生成するための原料となる天然ガスを、原料供給装置から水素生成装置の改質部に供給する。又、改質反応を進行させるための水蒸気を生成するために、水素生成装置の改質部に水を供給する。この際、改質反応を進行させるために、改質部に設けられている改質触媒を、火炎バーナーにおいて排燃料ガス等を燃焼させて発生する熱により加熱する。又、この排燃料ガス等の燃焼のために、燃焼空気供給用のシロッコファンから火炎バーナーに空気を供給する。これにより、水素生成装置の改質部は、水蒸気改質反応によって水素を豊富に含む燃料ガスを生成する。尚、この水素生成装置の改質部で生成される改質ガスは、その後、変成部及び浄化部に供給される。そして、その変成部及び浄化部において、燃料ガスに含まれる一酸化炭素が効果的に低減及び除去される。そして、変成部及び浄化部において一酸化炭素が効果的に低減及び除去された良質な燃料ガスが、燃料電池１のアノード側に供給される。
【００５８】
水素生成装置から燃料電池１のアノード側に水素を豊富に含む燃料ガスが供給されると共に、空気供給装置から燃料電池１のカソード側に酸化剤ガスが供給されると、燃料電池１では、そのアノード側及びカソード側に供給される燃料ガス及び酸化剤ガスが用いられて、所定の電力を出力するべく発電が行われる。尚、発電に用いられなかった排燃料ガスは、燃料電池１のアノード側から排出され、燃料側凝縮器２ａによって除湿された後、排燃料ガス経路ａを介して水素生成装置に戻される。そして、水素生成装置が有する火炎バーナーに供給され、この火炎バーナーにおいて改質反応を進行させるために燃焼される。又、燃料電池１のカソード側から排出される排酸化剤ガスは、酸化剤側凝縮器２ｂによって除湿された後、排酸化剤ガス経路ｂを介して燃料電池システム１００の外部に排出される。
【００５９】
この発電運転の際、燃料電池１は、発電のための電気化学反応によって発熱する。この燃料電池１で発生する熱は、冷却水タンク４が有する冷却水が冷却水循環ポンプ５によって冷却水供給経路ｅ及び冷却水排出経路ｆを介して燃料電池１の内部に形成されている冷却水用流路１ａに循環されることにより逐次回収される。ここで、この冷却水循環ポンプ５により循環される冷却水によって回収された熱は、例えば、熱交換器６において給湯等の目的のために利用される。又、何らかの原因により冷却水タンク４における冷却水の量が不足した場合や、冷却水タンク４に貯えられている冷却水の水質が悪化した場合には、必要に応じて回収水タンク３から冷却水タンク４に向けて水浄化装置７及び浄化水排出経路ｇを介して浄化された水の補充が行われる。この水の補充は、回収水供給ポンプ８の動作によって行われる。回収水供給ポンプ８は、電源スイッチ９がＯＮ状態とされて電源装置１０から駆動用の電力が供給されることにより、水を補充するべく動作する。又、冷却水タンク４における冷却水の量が過剰となった場合には、冷却水タンク４から回収水タンク３に向けて冷却水排水口４ａ及び冷却水戻り経路ｈを介して冷却水の排出が行われる。これにより、冷却水タンク４における冷却水の水質が維持されると共に、その貯水量が適切に制御される。
【００６０】
又、この発電運転の際、燃料電池１からは、発電に伴って生成した水を含む排燃料ガス及び排酸化剤ガスが排出される。これらの排燃料ガス及び排酸化剤ガスは、排燃料ガス経路ａ及び排酸化剤ガス経路ｂを介して、燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂに供給される。そして、その燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂにおいて、排燃料ガス及び排酸化剤ガスに含まれる水が回収される。そして、これらの燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂは、排燃料ガス及び排酸化剤ガスから回収した水を、燃料側回収水経路ｃ及び酸化剤側回収水経路ｄを介して、回収水タンク３に送出する。
【００６１】
上述したように、燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂから回収水タンク３に送出された水は、発電運転の際、必要に応じて、回収水供給ポンプ８の動作によって冷却水タンク４に供給される。この際、回収水タンク３に貯えられている水は、水浄化装置７によって浄化された後、冷却水タンク４に供給される。この水浄化装置７では、活性炭７ａによってＴＯＣが選択的に除去されると共に、イオン交換樹脂７ｂによって金属イオン等の導電性イオンが選択的に除去される。これにより、回収水タンク３に貯えられている水が浄化され、その浄化された水が冷却水タンク４に供給される。このように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００では、燃料側凝縮器２ａ及び酸化剤側凝縮器２ｂによって排燃料ガス及び排酸化剤ガスから回収した水を回収水タンク３に貯えることにより、通常は、水素生成装置で使用する水や冷却水タンク４に貯える冷却水を燃料電池システム１００の外部より補充することなく、連続して発電動作が行われる。尚、何らかの原因により回収水タンク３における水の量が不足した場合には、水道から回収水タンク３に向けて水の補充が行われる。又、回収水タンク３における水の量が過剰となった場合には、その過剰な水が回収水タンク３の回収水排水口３ａからオーバーフローにより燃料電池システム１００の外部に排出される。これにより、回収水タンク３における貯水量が適切に制御される。
【００６２】
ところで、燃料電池システム１００では、既述のように、回収水タンク３内の回収水及び冷却水タンク４内の冷却水は大気と接触可能であるため、それらの回収水及び冷却水に大気中からバクテリアやＴＯＣ等が混入する。ここで、回収水及び冷却水に混入したＴＯＣは、それらが回収水タンク３と冷却水タンク４との間で回収水供給ポンプ８によって水浄化装置７を介して循環されることにより、水浄化装置７における活性炭７ａにより選択的に吸着される。この場合、活性炭７ａにおけるＴＯＣの吸着量は、燃料電池システム１００の発電運転の経過時間に応じて増加する。尚、ＴＯＣはバクテリアの養分であり、ＴＯＣの吸着量が増加するに従ってバクテリアの繁殖が促進される。回収水や冷却水においてバクテリアが大量に繁殖した場合には、その大量に繁殖したバクテリアが水の流動性を悪化させるので、回収水や冷却水を送水するための流路に流路閉塞又は流路狭窄が発生する可能性が高い。
【００６３】
一方、燃料電池システム１００においては、通常、その発電運転と、水浄化装置７の浄水運転（例えば、本実施の形態では、回収水タンク３から水浄化装置７へ回収水を供給して、その供給される回収水を水浄化装置７により浄化して、その浄化した水を水浄化装置７から冷却水タンク４へ供給する浄水運転）とは、一体不可分の関係にある。従って、燃料電池システム１００の発電運転が停止している場合には、回収水タンク３から水浄化装置７への回収水の供給が停止する。そして、燃料電池システム１００の発電運転の停止時には、バクテリアを有する水が水浄化装置７のＴＯＣを大量に吸着した栄養源に富む活性炭７ａの内部に滞留するので、バクテリアが大量に繁殖する場合がある。この場合、回収水や冷却水を送水するための浄化水排出経路ｇ及び冷却水戻り経路ｈに流路閉塞又は流路狭窄による供給圧損等の問題が生じて、これにより燃料電池システム１００において水の供給機能及び浄化機能に障害が発生する場合がある。この水の供給機能及び浄化機能に係る障害は、再起動時等における燃料電池システム１００の正常な発電運転を阻害する要因となる。
【００６４】
そこで、本実施の形態では、発電運転の停止期間中における水中のバクテリアの繁殖を簡易な構成により効果的に抑制して、水の供給機能及び浄化機能に障害が発生し難い燃料電池システムを提供するために、燃料電池システム１００の停止期間において制御装置１０１が所定の周期及び期間で電源スイッチ９をＯＮ状態として、これにより電源装置１０から回収水供給ポンプ８に電力を供給する。そして、燃料電池システム１００の停止期間中に回収水供給ポンプ８を所定の周期及び供給量で動作させて、冷却水タンク４内の冷却水を冷却水排水口４ａからオーバーフローさせることにより、回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水浄化装置７を介して所定の周期及び循環量で図１に示す第１の循環経路Ａの如く水を強制的に循環させる。
【００６５】
ここで、本実施の形態では、水を循環させる所定の周期を、１週間以内（１６８時間以内）、より好ましくは、３日以上（７２時間以上）１週間以内（１６８時間以内）としている。その理由は、図１に示す第１の循環経路Ａにおいて水を１週間以上循環させない場合には、燃料電池システム１００内の水に、浄化水排出経路ｇ及び冷却水戻り経路ｈ等の水が流動する経路を閉塞せしめる程度のバクテリアが繁殖するためである。又、水を循環させる所定の周期を３日以上とするのは、３日以内の周期で水を循環させると水浄化装置７のイオン交換樹脂７ｂに対する負荷が増加するので、イオン交換樹脂７ｂに対する負荷を低減してその劣化を防止するためである。
【００６６】
又、本実施の形態では、水を循環させる際の所定の循環量を、１回の循環動作において約２．０Ｌとしている。具体的には、本実施の形態では、水の循環に係る電力消費量を鑑みて、１回の循環動作において毎分５０ｃｃの割合で４０分間に渡って水を循環させる。この場合、１回の循環動作における所定の循環量を、約２．４Ｌとすることがより好ましい。具体的には、１回の循環動作において毎分６０ｃｃの割合で４０分間に渡って水を循環させることがより好ましい。その理由は、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の水浄化装置７の容積は約２Ｌであり、上述の如く水の循環量を約２．４Ｌとすることによれば、水浄化装置７に滞留する容積分の水を確実に置換することが可能になるからである。
【００６７】
このように、本実施の形態では、燃料電池システム１００の停止期間中に所定の周期及び期間で回収水供給ポンプ８を動作させ、これにより所定の周期及び循環量で回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水を循環させることにより、燃料電池システム１００において水中のバクテリアが著しく繁殖することを、エネルギーを浪費することなく効果的に抑制する。
【００６８】
本実施の形態に係る燃料電池システム１００におけるバクテリアの繁殖の抑制作用及び効果は、以下の如く推測及び説明される。
【００６９】
即ち、燃料電池システム１００の発電運転の際、水浄化装置７を構成する活性炭７ａには、大気中から水に逐次混入するＴＯＣが逐次吸着及び貯蔵される。この際、活性炭７ａが吸着するＴＯＣの量は、燃料電池システム１００を設置する場所の環境や活性炭７ａのＴＯＣの吸着能力にもよるが、比較的短期間においてバクテリアを著しく繁殖させ得る量にまで到達すると考えられる。
【００７０】
一方、バクテリアは、通常、好気性バクテリアと嫌気性バクテリアとに分類される。ここで、好気性バクテリアとは、繁殖するために酸素を必要とするバクテリアである。又、嫌気性バクテリアとは、繁殖するために酸素を必要としないバクテリアである。尚、燃料電池システム１００においては、その運転期間及び停止期間において循環又は滞留する水に対して酸素を積極的に供給しないことから、回収水タンク３や水浄化装置７の活性炭７ａ等の水に繁殖するバクテリアは主に嫌気性バクテリアであると考えられる。
【００７１】
ところで、バクテリアの繁殖スピードは、そのバクテリアの種類によって異なる。例えば、好気性バクテリアは、繁殖のために酸素及びＴＯＣを消費しながら、概ね２０〜３０分に１回の割合で分裂を繰り返していく。具体的には、１個の好気性バクテリアは、２０分に１回の割合で分裂を繰り返し、その後の繁殖により生成する好気性バクテリアの何れもが死滅しないと仮定すると、１２時間後には約１０億個にまで繁殖する。一方、嫌気性バクテリアは、繁殖のためのＴＯＣが十分に存在する環境であっても、好気性バクテリアの繁殖スピードとは異なり、概ね４時間に１回の割合で分裂を繰り返す。この場合、概ね４時間に１回の割合で分裂を繰り返し、その後の繁殖により生成する嫌気性バクテリアの何れもが死滅しないと仮定しても、１個の嫌気性バクテリアの１２時間後における数は約８個程度である。
【００７２】
つまり、燃料電池システム１００において、水中でのバクテリアの著しい繁殖を抑制するためには、ＴＯＣを大量に吸着している活性炭７ａの内部にバクテリアを有する水を長時間（例えば、本実施の形態では、１週間以上）滞留させないことが非常に効果的であると考えられる。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、上述したように、活性炭７ａの内部にバクテリアを有する水が長時間滞留することを防止するために、燃料電池システム１００の停止期間中において所定の周期及び期間で回収水供給ポンプ８を動作させ、これにより所定の周期及び循環量で回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水を強制的に循環させる。これにより、所定の周期で水浄化装置７の活性炭７ａからバクテリアを有する水が排出され、バクテリアを有する水の滞留が防止されるので、燃料電池システム１００において水中のバクテリアが著しく繁殖することを、エネルギーを浪費することなく効果的に抑制することが可能になる。そして、本発明により、水の供給機能及び浄化機能に障害が発生し難い、信頼性の高い燃料電池システム１００を提供することが可能になる。尚、燃料電池システム１００の発電運転の停止期間としては、負荷の消費電力量が少ない夜間や、負荷の消費電力量が少なくなる長期間外出する期間等が挙げられる。このような夜間や外出期間では、燃料電池システム１００の発電運転は停止され、その一方で商用電源から負荷に対して電力の供給が行われる。
【００７４】
又、本実施の形態では、燃料電池システム１００の内部の水でバクテリアが著しく繁殖することを、紫外線の照射装置や加熱装置等の殺菌装置を利用して抑制するのではなく、単に燃料電池システム１００の停止期間中に既設の回収水供給ポンプ８を用いて水を循環させることにより抑制するので、新たな紫外線照射装置や加熱装置等の構成要素を追加することなく、又、エネルギーを浪費することなく、簡易な構成により効果的に抑制することが可能になる。つまり、経済性及び省エネルギー性を確保した燃料電池システム１００を提供することが可能になる。
【００７５】
又、本実施の形態では、燃料電池システム１００における水の循環の周期を、１週間以内（１６８時間以内）、より好ましくは、３日以上（７２時間以上）１週間以内（１６８時間以内）としている。かかる形態によれば、回収水供給ポンプ８を作動させて冷却水タンク４と回収水タンク３との間で水を循環させる際、長時間の放置により水の温度が比較的低い温度にまで冷却されており、これにより水浄化装置７の活性炭７ａ及びイオン交換樹脂７ｂに対して高温状態の水が供給されることを防止することができるので、活性炭７ａ及びイオン交換樹脂７ｂが熱劣化することを防止することが可能になる。例えば、７０℃の水が水浄化装置７に供給された場合には、活性炭７ａのＴＯＣ等の有機成分の吸着特性が低下する。又、この場合には、イオン交換樹脂７ｂの耐熱温度を越すので、イオン交換樹脂７ｂが熱変性する。しかし、水の循環周期を上述の如く長い周期で設定する本実施の形態によれば、回収水タンク３や冷却水タンク４に貯えられている水の温度は確実に低下しているので、活性炭７ａの吸着特性の低下やイオン交換樹脂７ｂの熱変性等の問題を未然に回避することが可能になる。つまり、水浄化装置７の水浄化特性を長期に渡って確保した燃料電池システム１００を提供することが可能なる。
【００７６】
ここで、本実施の形態では、回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水を強制的に循環させる際の所定の周期を、１週間以内（１６８時間以内）、より好ましくは、３日以上（７２時間以上）１週間以内（１６８時間以内）としているが、このような周期に限定されることはない。又、本実施の形態では、回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水を強制的に循環させる際の所定の循環量を約２．０Ｌとしているが、このような循環量に限定されることはない。つまり、回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水を強制的に循環させる所定の周期及び循環量は、バクテリアの繁殖の程度を燃料電池システム１００において水の供給機能や浄化機能に障害が発生しない程度とすることが可能であれば、如何なる周期及び循環量であってもよい。
【００７７】
例えば、水中でのバクテリアの繁殖スピードは、燃料電池システム１００の構成やバクテリアの種類によって変化するので、回収水タンク３や冷却水タンク４や水浄化装置７等の容積や開放面積、及びバクテリアの種類等に応じて、水を循環させる周期及び循環量を設定すればよい。又、水中でのバクテリアの繁殖スピードは、水温によっても変化する。例えば、水温が低くなる冬季においては、水中でのバクテリアの繁殖スピードは遅い。しかし、水温が高くなる夏季においては、水中でのバクテリアの繁殖スピードは早い。又、燃料電池システム１００の発電運転を開始した後、比較的短期間でその発電運転を停止した場合においては、水へのＴＯＣ及びバクテリアの混入量は比較的少ないので、その後にバクテリアが繁殖する確率は小さくなる。従って、水を循環する周期及び循環量を一定の値に固定する必要はなく、燃料電池システム１００の構成及び運転状況やバクテリアの種類等を鑑みて、水を循環させる所定の周期及び循環量を適宜設定すればよい。
【００７８】
又、本実施の形態では、制御装置１０１が回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水を強制的に循環させるよう制御する形態を示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、水浄化装置７の活性炭７ａにおいて水が長期間に渡って滞留することを防止するために、制御装置１０１が、水浄化装置７の活性炭７ａ内から水を十分に排出させるよう、燃料電池システム１００の停止期間中に回収水供給ポンプ８を動作させて浄化水排出経路ｇにおいて水が移動するよう制御する形態としてもよい。即ち、水浄化装置７の活性炭７ａにおいて水が長期間に渡って滞留することを防止可能な手段であれば、如何なる手段であっても、燃料電池システム１００において水の供給機能や浄化機能に障害を発生させないための手段として採用することが可能である。
【００７９】
又、本実施の形態では、回収水タンク３と冷却水タンク４との間の水の循環量を、水浄化装置７の容積が約２Ｌであることを考慮しながら、水浄化装置７内に滞留する水を回収水タンク３から供給する回収水により確実に置換するために、好ましくは１回の循環当たり約２．４Ｌとしている。ここで、この水の循環量は、水浄化装置７における水の置換を確実に行うと共に、水浄化装置７のイオン交換樹脂７ｂに対する負荷を最小限とするために、水浄化装置７の容積と同一とすることが基本である。その理由は、この水の循環量が水浄化装置７の容積を大幅に超える場合には、イオン交換樹脂７ｂへの負荷が増加するので、イオン交換樹脂７ｂの寿命に悪影響を及ぼすからである。このように、回収水タンク３と冷却水タンク４との間の水の循環量を水浄化装置７の容積と同一とすることを基本として、状況に応じて水浄化装置７の容積よりもイオン交換樹脂７ｂに悪影響を及ぼさない程度において若干多くすることにより、水浄化装置７の浄水機能を損なわずに水中のバクテリアの繁殖を効果的に抑制することが可能になる。
【００８０】
尚、上述したように、燃料電池システム１００において水の供給機能や浄化機能に障害を発生させないためには、水浄化装置７の活性炭７ａにおける水の滞留を防止することが重要である。かかる観点に基づけば、回収水タンク３と冷却水タンク４との間の水の循環量は、１回当たりの水の循環量（移動量）が活性炭７ａの容積以上となるように設定されることが最低限必要である。
【００８１】
又、本実施の形態では、上述したように、燃料電池システム１００の停止期間中において所定の周期及び期間で回収水供給ポンプ８を動作させ、これにより所定の周期及び循環量で回収水タンク３と冷却水タンク４との間で水を強制的に循環させる。この際、水を強制的に循環させることに起因して、回収水タンク３及び冷却水タンク４の各々における水位が、回収水タンク３及び冷却水タンク４の各々の深さ方向において変動する。ここで、この回収水タンク３及び冷却水タンク４における水位の変動は、回収水タンク３内の回収水の経時的な腐敗進行、及び、冷却水タンク４内の冷却水の経時的な腐敗進行の各々を、効果的に抑制する。その理由は、所謂貯水タンク内での水の一般的な腐敗は、水位が変動しない状況下において、その貯水タンクの内壁面と水と空気とが接触する界面で特に進行し易いからである。つまり、本実施の形態によれば、燃料電池システム１００の停止期間中において回収水供給ポンプ８を動作させて水を強制的に循環させ、これにより回収水及び冷却水の水位を強制的に変動させるので、回収水タンク３及び冷却水タンク４の回収水排水口３ａ及び冷却水排水口４ａから回収水及び冷却水にバクテリアが混入した場合であっても、回収水及び冷却水の腐敗を効果的に抑制することが可能になる。ここで、かかる水の腐敗抑制効果は、水の循環動作による燃料電池システム特有の派生効果として得られるものである。そして、この水位変動に起因する水の腐敗抑制効果と、水の循環動作に起因する水の腐敗抑制効果との相乗効果により、燃料電池システム１００において水の腐敗進行を従来以上に効果的に抑制することが可能になる。
【００８２】
尚、本実施の形態では、燃料電池システム１００が固体高分子型の燃料電池を燃料電池１として備える形態について説明しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料電池システム１００がリン酸型燃料電池やアルカリ型燃料電池等を燃料電池１として備える形態としてもよい。かかる構成としても、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００８３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図２においても、燃料電池システムを構成する各構成要素の間の実線は水や燃料ガス又は酸化剤ガス等が流れる経路を示しており、それらの実線上に記される矢印は、水や燃料ガス又は酸化剤ガス等の通常運転時における流動方向を示している。又、図２においても、本発明を説明するために必要な構成要素のみを示しており、それ以外の構成要素については図示を省略している。又、図２において、実施の形態１で示した燃料電池システム１００の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
【００８４】
図２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００は、実施の形態１で示した燃料電池システム１００の構成と概ね同一の構成を備えている。しかし、本実施の形態に係る燃料電池システム２００の構成は、水浄化装置７で浄化された水を貯える浄化水タンク１１と、この浄化水タンク１１から冷却水タンク４に向けて水を供給する浄化水供給ポンプ１２とを更に備えている点で、実施の形態１で示す燃料電池システム１００の構成と異なっている。尚、その他の点については、実施の形態１で示す燃料電池システム１００の構成と同様である。
【００８５】
上述したように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００は、浄化水タンク１１を備えている。この浄化水タンク１１は、水浄化装置７から排出される浄化された水を冷却水タンク４に供給する前に貯える。ここで、水浄化装置７で浄化された水は、浄化水排出経路ｉを介して浄化水タンク１１に供給される。又、浄化水タンク１１において過剰となった水は、浄化水タンク１１における所定の位置に設けられた浄化水排水口１１ａから排出された後、浄化水戻り経路ｋを介して回収水タンク３に戻される。つまり、本実施の形態では、実施の形態１で示した水の第１の循環経路Ａに代えて、図２に示す水を循環するための第２の循環経路Ｂが形成されている。このように、本実施の形態で示す燃料電池システム２００は、浄化水タンク１１を設けて水の第２の循環経路Ｂを形成して、図１に示す水の第１の循環経路Ａ上から冷却水タンク４を独立させる点を特徴事項として有している。
【００８６】
又、図２に示すように、この燃料電池システム２００は、浄化水供給ポンプ１２を備えている。この浄化水供給ポンプ１２は、浄化水タンク１１に貯えられている水を、浄化水供給経路ｊを介して冷却水タンク４に供給する。この浄化水供給ポンプ１２の動作によって、冷却水タンク４における冷却水の水量が不足した場合、浄化水タンク１１から冷却水タンク４に水の補充が行われる。
【００８７】
本実施の形態では、活性炭７ａの内部にバクテリアを有する水が長時間滞留することを防止するために、燃料電池システム２００の停止期間中において制御装置１０１が所定の周期及び期間で電源スイッチ９をＯＮ状態とすることにより、電源装置１０から回収水供給ポンプ８に電力を供給する。そして、所定の周期及び期間で回収水供給ポンプ８を動作させて、これにより、所定の周期及び循環量で回収水タンク３から水浄化装置７に水を供給する。又、水浄化装置７において浄化された水は、回収水供給ポンプ８によって水浄化装置７に供給される水により押し出されて、浄化水排出経路ｉを介して浄化水タンク１１に供給される。そして、浄化水タンク１１において余剰となった水は、浄化水排水口１１ａから排出された後、浄化水戻り経路ｋを介して、回収水タンク３に戻される。このように、本実施の形態では、燃料電池システム２００の停止期間中に、回収水タンク３と浄化水タンク１１との間で水浄化装置７を介して水を第２の循環経路Ｂの如く強制的に循環させることを特徴としている。そして、所定の周期で水浄化装置７の活性炭７ａからバクテリアを有する水を排出して、バクテリアを有する水の滞留を防止することにより、燃料電池システム２００において水中のバクテリアが著しく繁殖することを、エネルギーを浪費することなく確実にかつ効果的に抑制する。本発明によっても、水の供給機能及び浄化機能に障害が発生し難い、信頼性の高い燃料電池システム２００を提供することが可能になる。
【００８８】
又、本実施の形態によれば、図２に示す水の第２の循環経路Ｂと冷却水タンク４とが独立しているので、冷却水タンク４に貯えられている冷却水が回収水タンク３に戻されることはない。これにより、燃料電池１の冷却水用流路１ａにおいて冷却水に溶出した金属イオン等の導電性イオンが水浄化装置７に供給されることが防止されるので、導電性イオンによるイオン交換樹脂７ｂへの負荷を低減又は解消することが可能になる。つまり、イオン交換樹脂７ｂの劣化を抑制することが可能になる。又、導電性イオンによるイオン交換樹脂７ｂへの負荷が低減するので、イオン交換樹脂７ｂのイオン交換除去能が有効に利用され、これにより回収した水の浄化をより一層確実に行うことが可能になる。その結果、本実施の形態によれば、燃料電池システム２００における水の浄化度をより一層改善することが可能になる。
【００８９】
尚、本実施の形態でも、回収水タンク３と浄化水タンク１１との間で水を循環させる周期及び循環量は、例えば、水中でのバクテリアの繁殖の程度を予めサンプリングして評価した評価結果等に基づいて、燃料電池システム２００の構成等も考慮して、適宜設定すればよい。又、浄化水タンク１１の大きさ（最大貯水量）は、発電運転の際に冷却水タンク４において不足する冷却水の水量を確保する観点に基づいて決定すればよい。尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。
【００９０】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図３においても、燃料電池システムを構成する各構成要素の間の実線は水や燃料ガス又は酸化剤ガス等が流れる経路を示しており、それらの実線上に記される矢印は、水や燃料ガス又は酸化剤ガス等の通常運転時における流動方向を示している。又、図３においても、本発明を説明するために必要な構成要素のみを示しており、それ以外の構成要素については図示を省略している。又、図３においても、実施の形態１及び２で示した燃料電池システム１００及び２００の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
【００９１】
図３に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム３００は、実施の形態２で示した燃料電池システム２００の構成と概ね同一の構成を備えている。しかし、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、図２に示す浄化水タンク１１と冷却水タンク４とを備えている点においては燃料電池システム２００の構成と同様であるが、浄化水タンク１１から冷却水タンク４に浄化された水を供給するための浄化水供給ポンプ１２を有していない点と、それに伴い浄化水タンク１１の浄化水排水口１１ａから冷却水タンク４に向けてオーバーフローにより浄化された水が供給されるように構成されている点で、実施の形態２で示す燃料電池システム２００の構成と異なっている。又、冷却水タンク４における所定の位置に冷却水排水口４ａが設けられており、その冷却水排水口４ａから冷却水戻り経路ｈを介して余剰の冷却水が回収水タンク３に戻されるように構成されている点で、実施の形態２で示す燃料電池システム２００の構成と異なっている。尚、その他の点については、実施の形態１及び２で示す燃料電池システム１００及び２００の構成と同様である。
【００９２】
上述したように、本実施の形態に係る燃料電池システム３００は、実施の形態２で示した燃料電池システム２００の構成と同様にして、浄化水タンク１１を備えている。この浄化水タンク１１は、水浄化装置７から排出される浄化された水を、実施の形態２の場合と同様にして貯える。ここで、水浄化装置７で浄化された水は、実施の形態２の場合と同様にして、浄化水排出経路ｉに換えて浄化水排出経路ｌを介して、浄化水タンク１１に供給される。そして、本実施の形態では、浄化水タンク１１において過剰となった水が、浄化水排水口１１ａを介してオーバーフローにより冷却水タンク４に供給されるよう構成されている。ここで、燃料電池システム３００では、図３に示すように、浄化水タンク１１におけるオーバーフロー時の水位と冷却水タンク４におけるオーバーフロー時の水位とを比較した場合、冷却水タンク４におけるオーバーフロー時の水位が浄化水タンク１１におけるオーバーフロー時の水位よりも低くなるように構成されている。従って、浄化水タンク１１から冷却水タンク４に向けて浄化された水を移動させることは可能であるが、それとは反対に、冷却水タンク４から浄化水タンク１１に向けて冷却水を移動させることはできない。つまり、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、水が浄化水タンク１１から冷却水タンク４に向けて一方的に移動するように構成されている。そして、冷却水タンク４において過剰となった冷却水は、冷却水タンク４の冷却水排水口４ａからオーバーフローにより排出され、その後、冷却水戻り経路ｈを介して回収水タンク３に戻される。つまり、本実施の形態では、図３に示すように、実施の形態１及び２で示した水の第１の循環経路Ａ及び第２の循環経路Ｂに代えて、水の第３の循環経路Ｃが形成されている。このように、本実施の形態で示す燃料電池システム３００では、ポンプ等の送水手段を用いることなく浄化水タンク１１から冷却水タンク４へ水を供給可能とするために、浄化水タンク１１の浄化水排水口１１ａの一端が冷却水タンク４における所定の位置に接続されている。これにより、浄化水タンク１１から冷却水タンク４へ水を供給可能としている。そして、燃料電池システム３００は、第１の循環経路Ａ及び第２の循環経路Ｂに代えて水の第３の循環経路Ｃが形成されている点を、その特徴事項として有している。
【００９３】
本実施の形態では、活性炭７ａの内部にバクテリアを有する水が長時間滞留することを防止するために、燃料電池システム３００の停止期間中において制御装置１０１が所定の周期及び期間で電源スイッチ９をＯＮ状態とすることにより、電源装置１０から回収水供給ポンプ８に電力を供給する。そして、所定の周期及び期間で回収水供給ポンプ８を動作させて、これにより、所定の周期及び循環量で回収水タンク３から水浄化装置７に水を供給する。又、水浄化装置７において浄化された水は、回収水供給ポンプ８により水浄化装置７に供給される水により押し出されて、浄化水排出経路ｌを介して浄化水タンク１１に供給される。そして、浄化水タンク１１で余剰となった水は、オーバーフローによって浄化水排水口１１ａを介して冷却水タンク４に供給される。又、冷却水タンク４で余剰となった水は、オーバーフローによって冷却水排水口４ａ及び冷却水戻り経路ｈを介して回収水タンク３に再び供給される。尚、本実施の形態でも、実施の形態１及び２の場合と同様にして、浄化水タンク１１及び冷却水タンク４と回収水タンク３との間の水の循環量を、水浄化装置７の容積が約２Ｌであることを考慮しながら、水浄化装置７内に滞留する水を回収水タンク３から供給する水により確実に置換するために、１回の循環当たり約２．４Ｌとしている。
【００９４】
このように、本実施の形態では、燃料電池システム３００の停止期間中、浄化水タンク１１及び冷却水タンク４と回収水タンク３との間で水を図３に示す第３の循環経路Ｃの如く強制的に循環させる。そして、実施の形態１及び２の場合と同様、所定の周期で水浄化装置７の活性炭７ａからバクテリアを有する水を排出して、バクテリアを有する水の滞留を防止することにより、燃料電池システム３００において水中のバクテリアが著しく繁殖することを、エネルギーを浪費することなく確実にかつ効果的に抑制する。本発明によっても、水の供給機能及び浄化機能に障害が発生し難い、信頼性の高い燃料電池システム３００を提供することが可能になる。
【００９５】
又、本実施の形態によれば、ポンプ等の送水手段を用いることなく浄化水タンク１１から冷却水タンク４へ水を供給することが可能となるため、実施の形態２で示した燃料電池システム２００の構成と比べて、燃料電池システム３００の構成を簡略化することが可能になる。又、ポンプ等の送水手段を用いる必要がないので、燃料電池システム３００の消費電力を抑制することができると共に、燃料電池システム３００をより安価に提供することが可能になる。
【００９６】
尚、本実施の形態では、冷却水タンク４と浄化水タンク１１とが浄化水排水口１１ａにより接続されている形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、冷却水タンク４と浄化水タンク１１とが一体的に形成され、浄化水タンク１１から冷却水タンク４への水のオーバーフローが可能となるように冷却水タンク４の冷却水と浄化水タンク１１の浄化水とが所定の隔壁により離隔されている形態としてもよい。このような構成としても、本実施の形態において得られる作用及び効果と同様の作用及び効果を得ることが可能である。
【００９７】
又、本実施の形態でも、浄化水タンク１１及び冷却水タンク４と回収水タンク３との間で水を循環させる周期及び循環量は、実施の形態１及び２の場合と同様、適宜設定すればよい。又、浄化水タンク１１の大きさ（最大貯水量）も、実施の形態２の場合と同様、発電運転の際に冷却水タンク４において不足する冷却水の水量を確保する観点に基づいて決定すればよい。尚、その他の点については、実施の形態１及び２の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料電池システムの発電運転の停止中における水中のバクテリアの繁殖を簡易な構成により効果的に抑制する、水の供給機能及び浄化機能に障害が発生し難い燃料電池システムとして、産業上利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  燃料電池
１ａ  冷却水用流路
２ａ  燃料側凝縮器
２ｂ  酸化剤側凝縮器
３  回収水タンク
３ａ  回収水排水口
４  冷却水タンク
４ａ  冷却水排水口
５  冷却水循環ポンプ
６  熱交換器
７  水浄化装置
７ａ  活性炭
７ｂ  イオン交換樹脂
８  回収水供給ポンプ
９  電源スイッチ
１０  電源装置
１１  浄化水タンク
１１ａ  浄化水排水口
１２  浄化水供給ポンプ
１００〜３００  燃料電池システム
１０１  制御装置
Ａ  第１の循環経路
Ｂ  第２の循環経路
Ｃ  第３の循環経路
ａ  排燃料ガス経路
ｂ  排酸化剤ガス経路
ｃ  燃料側回収水経路
ｄ  酸化剤側回収水経路
ｅ  冷却水供給経路
ｆ  冷却水排出経路
ｇ  浄化水排出経路
ｈ  冷却水戻り経路
ｉ  浄化水排出経路
ｊ  浄化水供給経路
ｋ  浄化水戻り経路
ｌ  浄化水排出経路
【図１】
0004971130.tif 000002
【図２】
0004971130.tif 000003
【図３】
0004971130.tif 000004