特許 6409368 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6409368

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20181015BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20181015BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20181015BHJP

   F24H 1/00 20060101ALI20181015BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20181015BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 J

   H01M8/0606

   H01M8/04 N

   H01M8/00 Z

   F24H1/00 631A

   !H01M8/12

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-134609(P2014-134609)

(22)【出願日】2014年6月30日

(65)【公開番号】特開2016-12520(P2016-12520A)

(43)【公開日】2016年1月21日

【審査請求日】2017年5月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089082

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 脩

(74)【代理人】

【識別番号】100190333

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 群司

(74)【代理人】

【識別番号】100130188

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 喜一

(72)【発明者】

【氏名】大河原 裕記

【審査官】 笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１４１９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２８２１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２４４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１６７４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２５９７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０５２８８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４９５

Ｆ２４Ｈ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
貯湯水が貯湯される密閉空間である貯湯槽と、
前記燃料電池から排気された排気ガスと前記貯湯水とを熱交換させる熱交換器と、
前記貯湯槽と前記熱交換器との間で前記貯湯水が循環する第一貯湯水循環ラインと、
前記第一貯湯水循環ラインに設けられ、前記貯湯水を前記貯湯槽と前記熱交換器との間で循環させるポンプと、
前記貯湯水が使用される貯湯水使用機器と前記貯湯槽との間で前記貯湯水が循環するクローズド型の第二貯湯水循環ラインと、
前記ポンプが吐出する前記貯湯水の流量を調整して、前記熱交換器から流出する前記貯湯水の温度を定常温度にして定常運転を実行する定常運転部と、
前記ポンプが吐出する前記貯湯水の流量を前記定常運転が実行されている時に比べて低下させて、前記熱交換器から流出する前記貯湯水の温度を前記定常温度と比べて上昇させる温度上昇制御を実行する温度上昇部と、
前記熱交換器内において気泡が発生したか否かを判定する気泡発生判定部と、
前記気泡発生判定部によって前記熱交換器内において前記気泡が発生したと判定された場合に、前記ポンプが吐出する前記貯湯水の流量を前記定常運転が実行されている時に比べて増加させて、前記気泡を前記熱交換器から排出する気泡排出制御を実行する気泡排出部と、
を有し、
前記温度上昇部は、前記定常運転が実行されている間に、前記気泡発生判定部によって前記気泡の発生が判定されて、前記気泡排出制御が実行された後に、前記温度上昇制御を実行する燃料電池システム。

【請求項2】

前記温度上昇制御が実行されてから、前記気泡発生判定部によって前記熱交換器内において前記気泡が発生されていないと判定されている時間が第一規定時間を超えた場合には、前記定常運転に復帰させる復帰部を有する請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記温度上昇制御実行後における前記気泡発生判定部によって判定された前記熱交換器内における前記気泡の発生の時刻を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記熱交換器内における前記気泡の発生の時刻に基づいて、前記温度上昇制御実行後における前記気泡排出制御の実行の頻度が低減しない場合に、異常である旨の判定をする異常判定部と、を有する請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記貯湯槽には、前記貯湯槽の内部から前記貯湯槽の外部への空気の流出は許容するが、前記貯湯槽の外部から前記貯湯槽の内部への空気の流入は許容しないエア抜き弁が設けられている請求項１〜請求項３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】

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムにおいては、燃料電池（１）と、燃料電池の発電によって生じる排気ガスと水とで熱交換を行う熱交換器と、熱交換器で熱交換された貯湯水を貯湯するための貯湯槽（１８）と、熱交換器と貯湯槽との間で貯湯水を循環させる循環配管（１７）を備えている。

【0003】

特許文献１に示された燃料電池システムでは、熱交換器内を流れる貯湯水の温度が、設定温度以上となった場合に、循環配管を流れる貯湯水の流量を増大させることにより、熱交換器内を流れる貯湯水の温度を下げて、熱交換器内を流れる貯湯水の蒸発を抑制している。これにより、貯湯水に含まれるカルシウム等のミネラルの析出を抑制し、析出物（スケール）が熱交換器に付着することを防止し、熱交換器の腐食を抑制している。

【0004】

熱交換器内の貯湯水の温度が上昇した場合には、貯湯水に溶存可能な空気量が減少するため、熱交換器内において貯湯水に溶存していた空気が気泡となって熱交換器内で滞留してしまう。熱交換器内で気泡が滞留してしまうと、熱交換器内において排気ガスと貯湯水とを熱交換させることができなくなってしまう。このような場合であっても、特許文献１に示される燃料電池システムの技術を用いれば、熱交換器内で気泡が発生するような温度以上となった場合に、循環配管を流れる貯湯水の流量を増大させることにより（以下、適宜気泡排出制御と略す）、熱交換器内に滞留した気泡を熱交換器外に排出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−３３８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に示される燃料電池システムでは、貯湯槽には水道が接続されているため、温度が低い水道水、つまり、空気の溶存量が多い水が貯湯槽に供給される。このように、貯湯槽に供給された溶存量が多い水が熱交換器に供給されると、この空気の溶存量が多い水が熱交換器において加温されることによって、熱交換器内において気泡が発生し続けてしまう。すると、上述した気泡排出制御が頻繁に実行され、貯湯槽の上部に高温の貯湯水が滞留した高温層が形成され、貯湯槽の下部に低温の貯湯水が滞留した低温層が形成された温度成層が崩壊してしまう。

【0007】

このように、貯湯槽内の貯湯水の温度成層が崩壊してしまうと、貯湯槽下部の低温の貯湯水と貯湯槽上部の高温の貯湯水が混ざるため、貯湯槽の内部において温度形成層が形成されている時と比較して、貯湯槽上部の貯湯水の温度が低下してしまう。すると、貯湯槽上部から貯湯水使用場所に供給される貯湯水の温度が、温度形成層が形成されている場合と比較して低下してしまう。また、貯湯槽下部の貯湯水の温度が上昇してしまうので、熱交換器に供給される貯湯水の温度が、温度形成層が崩壊していない場合と比較して上昇し、熱交換器において熱回収効率が低下してしまう。すると、燃料電池システムの運転効率が低下してしまう。

【0008】

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、貯湯槽を備えた燃料電池システムにおいて、貯湯槽内の貯湯水の温度成層の崩壊を抑制し、運転効率を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムの発明によれば、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、貯湯水が貯湯される密閉空間である貯湯槽と、前記燃料電池から排気された排気ガスと前記貯湯水とを熱交換させる熱交換器と、前記貯湯槽と前記熱交換器との間で前記貯湯水が循環する第一貯湯水循環ラインと、前記第一貯湯水循環ラインに設けられ、前記貯湯水を前記貯湯槽と前記熱交換器との間で循環させるポンプと、前記貯湯水が使用される貯湯水使用機器と前記貯湯槽との間で前記貯湯水が循環するクローズド型の第二貯湯水循環ラインと、前記ポンプが吐出する前記貯湯水の流量を調整して、前記熱交換器から流出する前記貯湯水の温度を定常温度にして定常運転を実行する定常運転部と、前記ポンプが吐出する前記貯湯水の流量を前記定常運転が実行されている時に比べて低下させて、前記熱交換器から流出する前記貯湯水の温度を前記定常温度と比べて上昇させる温度上昇制御を実行する温度上昇部と、前記熱交換器内において気泡が発生したか否かを判定する気泡発生判定部と、前記気泡発生判定部によって前記熱交換器内において前記気泡が発生したと判定された場合に、前記ポンプが吐出する前記貯湯水の流量を前記定常運転が実行されている時に比べて増加させて、前記気泡を前記熱交換器から排出する気泡排出制御を実行する気泡排出部と、を有する。

【0010】

このように、熱交換器から流出する貯湯水の温度を、定常温度よりも上昇させる温度上昇制御が実行される。これによれば、貯湯水に溶存できる空気量は貯湯水の温度が高くなるに従って少なくなることから、貯湯水の温度が上昇されることによって、貯湯水に溶存している空気を貯湯水から排出させることができる。このため、貯湯水の溶存空気量を低減させることができる。また、貯湯槽と貯湯水使用機器との間で貯湯水が循環する第二貯湯水循環ラインはクローズド型であるので、貯湯槽、第一貯湯水循環ライン、及び第二貯湯水循環ラインに、空気が溶存した水が継続して流入することが無い。このため、温度上昇制御が一度実行されれば、貯湯水の溶存空気量を少ない状態に維持することができ、少なくとも熱交換器内における気泡の発生を抑制することができる。よって、気泡排出制御の頻繁な実行が抑制される。この結果、貯湯槽内の貯湯水の温度成層の崩壊を抑制することができ、燃料電池システムの運転効率を向上させることができる。

【0011】

さらに、請求項１に記載の発明において、前記温度上昇部は、前記定常運転が実行されている間に、前記気泡発生判定部によって前記気泡の発生が判定されて、前記気泡排出制御が実行された後に、前記温度上昇制御を実行する。これにより、定常運転が実行されている場合において、例えば、熱交換器に流入する貯湯水の水圧が低下した等の原因によって、熱交換器内において気泡が発生した場合に、気泡排出制御が実行された後に、温度上昇制御が実行される。このため、定常運転中に熱交換器内において気泡が発生した場合に、温度上昇制御の実行によって熱交換器内において気泡が発生し難い状態にして、熱交換器内における気泡の発生を抑制することができる。

【0012】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記温度上昇制御が実行されてから、前記気泡発生判定部によって前記熱交換器内において前記気泡が発生されていないと判定されている時間が第一規定時間を超えた場合には、前記定常運転に復帰させる復帰部を有する。

【0013】

第一規定時間の間に気泡排出制御が実行されない場合には、温度上昇制御によって、既に貯湯水の溶存空気量が確実に低くなっている。そして、第二貯湯水循環ラインはクローズド型であるので、温度上昇制御によって一度貯湯水の溶存空気量が低くなると、貯湯水は溶存空気量が低い状態に維持される。このため、熱交換器から流出する貯湯水の温度が、定常温度に復帰したとしても、熱交換器において気泡の発生が抑制される状態が維持される。上記のように、第一規定時間の間に気泡排出制御が実行されない場合には、熱交換器から流出する貯湯水の温度が、気泡排出制御が実行される前の温度に復帰される。これにより、貯湯水を溶存空気量が低い状態にして、気泡排出制御が実行されることによる貯湯槽内の貯湯水の温度成層の崩壊が抑制される状態にした後に、熱交換器から流出する貯湯水の温度を定常温度に復帰させることができる。このため、熱交換器から気泡が完全に追い出された後に、貯湯槽内において良好な温度成層が形成される。よって、燃料電池システムの運転効率をより向上させることができる。

【0014】

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記温度上昇制御実行後における前記気泡発生判定部によって判定された前記熱交換器内における前記気泡の発生の時刻を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記熱交換器内における前記気泡の発生の時刻に基づいて、前記温度上昇制御実行後における前記気泡排出制御の実行の頻度が低減しない場合に、異常である旨の判定をする異常判定部と、を有する。温度上昇制御が実行されて、貯湯水に溶存している空気量が低減され、第二貯湯水循環ラインがクローズド型であり、貯湯水に空気溶存量が多い水が混入しないにも関わらず、熱交換器において気泡が発生する頻度が低減しないということは、水漏れなどで貯湯槽、第一貯湯水循環ライン、及び第二貯湯水循環ラインのいずれかの圧力が所定圧力より低下しているか、貯湯槽、第一貯湯水循環ライン、及び第二貯湯水循環ラインのいずれかへの空気の混入した異常状態である。異常判定部は、温度上昇制御実行後における気泡排出制御の実行の頻度が低減しない場合に、異常である旨の判定をするので、水漏れなどで貯湯槽、第一貯湯水循環ライン、及び第二貯湯水循環ラインのいずれかの圧力が所定圧力より低下しているか、貯湯槽、第一貯湯水循環ライン、及び第二貯湯水循環ラインのいずれかへの空気の混入した異常状態を検知することができる。

【0015】

請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、前記貯湯槽には、前記貯湯槽の内部から前記貯湯槽の外部への空気の流出は許容するが、前記貯湯槽の外部から前記貯湯槽の内部への空気の流入は許容しないエア抜き弁が設けられている。これにより、貯湯水に溶存していた空気が、エア抜き弁を介して貯湯槽の外部に排出される。また、貯湯槽の外部から貯湯槽の内部への空気の侵入が防止されるので、貯湯水に再び空気が溶存してしまうことを防止することができる。このため、貯湯水の溶存空気量を低い状態に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明による燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。

【図2】貯湯水の温度と貯湯水の溶存空気の割合の関係を表したグラフである。

【図3】図１に示す制御装置で実行される「循環ポンプ制御処理」のフローチャートである。

【図4】図３に示す「循環ポンプ制御処理」が実行された場合のチャムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明による燃料電池システム１００の一実施形態について説明する。図１に示すように、燃料電池システム１００は、発電ユニット１０及び貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、制御装置１５、及び報知部１７を備えている。

【0018】

燃料電池モジュール１１は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３、及び燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部３３に供給するものである。

【0019】

蒸発部３２には、改質用原料供給管１１ａの一端が接続されている。改質用原料供給管１１ａの他端には、供給源Ｇｓが接続されている。供給源Ｇｓは、改質用原料を供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。改質用原料として天然ガスを用いた実施形態について、本実施形態の燃料電池システム１００を説明する。

【0020】

改質用原料供給管１１ａには、原料供給ポンプ１１ａ１が設けられている。原料供給ポンプ１１ａ１は、燃料電池３４に燃料（改質用原料）を供給する供給装置であり、制御装置１５から供給される制御電流によって供給源Ｇｓからの燃料供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。この原料供給ポンプ１１ａ１は、改質用原料を吸入し蒸発部３２に圧送する圧送装置である。

【0021】

蒸発部３２には、水供給管１１ｂの一端が接続されている。水供給管１１ｂの他端には、水タンク１４に接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。このような構成によって、水タンク１４から改質水が蒸発部３２に供給される。燃料電池モジュール１１の燃料電池３４には、カソードエア供給管１１ｃの一端が接続されている。カソードエア供給管１１ｃの他端には、カソードエアブロワ１１ｃ１が接続されている。このような構成によって、カソードエアが燃料電池３４に供給される。

【0022】

改質部３３は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部３３は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３４に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。

【0023】

燃料電池３４は、改質部３３によって生成された燃料とカソードエアブロワ１１ｃ１によって供給されたカソードエア（酸化剤ガス）によって発電するものである。燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。なお、４００℃以下でも定格以下の発電量の発電は可能である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部３３は省略することができる。

【0024】

セル３４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。

【0025】

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。

【0026】

第一燃焼部３６は、燃料電池３４と蒸発部３２及び改質部３３との間に設けられている。第一燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて蒸発部３２及び改質部３３を加熱する。

【0027】

第一燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７が発生している。第一燃焼部３６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が設けられている。

【0028】

貯湯槽２１は、貯湯槽２１は、縦長の密閉容器であり、内部に貯湯水が貯留される密閉空間が形成されている。貯湯槽２１は、その内部に貯湯水による温度成層が形成されている。すなわち、貯湯槽２１上部の貯湯水の温度が最も高温であり、貯湯槽２１の上部から下部に位置するに従って貯湯水の温度が低温となり、貯湯槽２１下部の貯湯水の温度が最も低温であるように、貯湯水が貯湯槽２１の内部で貯留されるようになっている。

【0029】

貯湯槽２１の上部には、エア抜き弁２５が設けられている。このエア抜き弁２５は、貯湯槽２１内の気圧が所定以上となった場合に開弁して、貯湯槽２１内の空気を貯湯槽２１の外部に排出する。つまり、エア抜き弁２５は、貯湯槽２１の内部から貯湯槽２１の外部への空気の流出は許容する。また、エア抜き弁２５は、貯湯槽２１の外部から貯湯槽２１の内部への空気の流入は許容しない逆止弁である。

【0030】

貯湯槽２１と熱交換器１２との間で貯湯水が循環する（図１において矢印の方向に循環する）第一貯湯水循環ライン２２が設けられている。第一貯湯水循環ライン２２の始端は、貯湯槽２１の下部に接続されている。第一貯湯水循環ライン２２の終端は、貯湯槽２１の上部に接続されている。第一貯湯水循環ライン２２上には、その始端側から終端側に向かって順番に、循環ポンプ２２ａ、熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２には、凝縮水供給管１２ａの始端が接続されている。凝縮水供給管１２ａの終端は、水タンク１４に接続されている。

【0031】

熱交換器１２は、第一燃焼部３６（燃料電池３４）から排気される排気ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、排気ガスと貯湯水とを熱交換させる装置である。熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの排気ガスは、排気ガス導入部１２ｂを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われて冷却される。これにより、排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮され凝縮水が生成される。熱交換後の排気ガスは排気管１２ｃを通り、筐体１０ａに設けられた第一排気口１０ｂを通って、筐体１０ａの外部に排出される。また、排気ガスに含まれる水蒸気が冷却されて凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。

【0032】

循環ポンプ２２ａは、貯湯水を貯湯槽２１と熱交換器１２の間で循環させるものである。制御装置１５は、循環ポンプ２２ａに供給する電流量をリニア電流制御によって制御して、循環ポンプ２２ａの吐出流量を制御する。なお、ここでいうリニア電流制御とは、循環ポンプ２２ａを駆動する電圧ＤＵＴＹ比を変更し、実効電流を除変させるＰＷＭ制御が含まれる。

【0033】

上述した熱交換器１２、貯湯槽２１及び第一貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。第一貯湯水循環ライン２２の熱交換器１２の内部には、熱交換器１２内における貯湯水の温度Ｔ１を検出し、その検出信号を制御装置１５に出力する第一温度センサ１２ｄが設けられている。また、第一貯湯水循環ライン２２の熱交換器１２の出口付近には、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２を検出し、その検出信号を制御装置１５に出力する第二温度センサ１２ｅが設けられている。

【0034】

貯湯槽２１と、貯湯水が使用される貯湯水使用機器９１０との間で貯湯水が循環する（図１において矢印の方向に循環する）第二貯湯水循環ライン９３０が設けられている。第二貯湯水循環ライン９３０の始端は、貯湯槽２１の上部に接続されている。第二貯湯水循環ライン９３０の終端は、貯湯槽２１の下部に接続されている。第二貯湯水循環ライン９３０には、給湯ポンプ９２０が設けられている。給湯ポンプ９２０は、高温の貯湯水を貯湯水使用機器９１０に供給して、貯湯水使用機器９１０から流出する低温の貯湯水を貯湯槽２１に戻す。このように、貯湯槽２１から貯湯水使用機器９１０に供給された貯湯水は、再び貯湯槽２１に戻される。つまり、第二貯湯水循環ライン９３０はクローズド型である。言い換えると、燃料電池システム１００は、常時は外部から水道水が供給されないクローズド型である。貯湯水使用機器９１０には、室内暖房機器、床暖房機器が含まれる。

【0035】

熱交換器１２の排気ガス導入部１２ｂの入口がケーシング３１に接続されている部分、すなわちケーシング３１の導出口３１ａには、第二燃焼部２８が設けられている。第二燃焼部２８は、第一燃焼部３６から排気されるガスである第一燃焼部オフガス、すなわち、第一燃焼部３６から排気される未使用の可燃ガス（例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など）を導入し燃焼して導出するものである。第二燃焼部２８は、可燃ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒で構成されている。燃焼触媒には、プラチナやパラジウムなどの貴金属がセラミックの単体などに担持させたものが含まれる。

【0036】

なお、燃焼触媒は、水素、メタンガス、一酸化炭素などの可燃ガスを火炎燃焼でなく触媒によって燃焼するため、燃焼速度が大きく、大量の可燃ガスを燃焼することができ、かつ、燃焼効率も高いため未燃焼ガスの排出を抑制することができる。燃焼触媒においては、水素、一酸化炭素、メタンガスの順番で着火しやすい。

【0037】

第二燃焼部２８には、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃ガスを燃焼させるための燃焼触媒ヒータ２８ａが設けられている。燃焼触媒ヒータ２８ａは制御装置１５の指示によって加熱されるものである。

【0038】

インバータ装置１３には、燃料電池３４から出力される直流電圧が入力される。そして、インバータ装置１３は、入力された直流電圧を所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａ及び外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。インバータ装置１３には、系統電源１６ａからの交流電圧が電源ライン１６ｂを介して入力される。そして、インバータ装置１３は、入力された交流電圧を所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１００の運転を制御する。

【0039】

制御装置１５は、燃料電池システム１００を統括制御するものである。制御装置１５は、原料供給ポンプ１１ａ１が蒸発部３２に供給する改質用原料の流量を調整するとともに、改質水ポンプ１１ｂ１が蒸発部３２に供給する改質水の流量を調整し、更に、カソードエアブロワ１１ｃ１が燃料電池３４に供給するカソードエアの流量を調整することによって、燃料電池３４で発電される発電電力を調整する。制御装置１５は、熱交換器内１２における気泡の発生の時刻を記憶する時刻を記憶する記憶部１５ａを備えている。

【0040】

報知部１７は、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０の少なくともいずれかへの空気の混入を、作業者に報知する装置である。報知部１７には、スピーカー、ディスプレイが含まれる。

【0041】

（気泡排出制御及び温度上昇制御の説明）
以下に、図２に示すグラフを用いて、燃料電池システム１００で実行される「気泡排出制御」及び「温度上昇制御」について説明する。図２に示すように、貯湯水の温度が高くなるに従って、貯湯水の溶存空気の割合は低下する。Ｔ０は水道水の温度である。Ｔ２ａは定常温度である。燃料電池システム１００が定常運転されている場合には、循環ポンプ２２ａの吐出流量が調整されることによって、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２は、定常温度Ｔ２ａに制御される。

【0042】

燃料電池システム１００が設置されてから最初に運転される場合には、水道水の温度Ｔ０における貯湯水の溶存空気の割合Ａ１から定常温度Ｔ２ａにおける貯湯水の溶存空気の割合Ａ１ａを減算した差分ΔＡ１ａに相当する空気が貯湯水から排出され、熱交換器１２において気泡が発生する。すると、循環ポンプ２２ａが熱交換器１２に吐出する貯湯水の流量を、気泡が発生した時点と比べて増大させて、気泡を熱交換器１２から排出する「気泡排出制御」が実行される。そして、この気泡は、第一貯湯水循環ライン２２を通って貯湯槽２１に移動し、貯湯槽２１の上部に設けられたエア抜き弁２５から貯湯槽２１の外部に排出される。

【0043】

本実施形態では、第二貯湯水循環ライン９３０はクローズド型であるので、燃料電池システム１００の設置時以外には、基本的に、水道水は、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０のいずれにも導入されない。つまり、溶存空気の割合が高い水道水が貯湯水に混入しない。これにより、貯湯水の溶存空気の割合が低い状態にされると、貯湯水の溶存空気の割合は低い状態に維持される。

【0044】

図２の破線に示すように、貯湯水の水圧が低くなると、貯湯水の溶存空気の割合は、低下する。つまり、貯湯水が低くなるに従って、熱交換器１２内において気泡が発生してしまう。そこで、本実施形態では、「気泡排出制御」が実行された後に、循環ポンプ２２ａの吐出流量を調整することにより、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２を定常温度Ｔ２ａよりも高い温度である規定温度Ｔ２ｂに上昇させる「温度上昇制御」を実行することにしている。この「温度上昇制御」によって、強制的に貯湯水に溶存している空気を貯湯水から排出させて、当該空気をエア抜き弁２５から貯湯槽２１の外部に排出させて、貯湯水の溶存空気の割合を「温度上昇制御」が実行される前と比べてより低い状態にする。

【0045】

そして、「温度上昇制御」の実行後に、熱交換器１２内において気泡が発生しない時間が、後述の第一規定時間ｔｒ１を経過した場合には、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水に溶存していた空気が十分に排出されたとして、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２を定常温度Ｔ２ａに戻す。第二貯湯水循環ライン９３０はクローズド型であり、溶存空気の割合の高い水が貯湯水に混入しないので、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が定常温度Ｔ２ａに戻されたとしても、「温度上昇制御」によって溶存空気の割合が低い状態にされた貯湯水は、溶存空気の割合が低い状態が維持される。このため、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の水圧が低下した場合であっても、熱交換器１２内において気泡が発生し難い状態が維持される。以下に、図３に示すフローチャートを用いて、「気泡排出制御」及び「温度上昇制御」が実行される「循環ポンプ制御処理」について詳細に説明する。

【0046】

（循環ポンプ制御処理）
以下に図３に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム１００で実行される「循環ポンプ制御処理」について説明する。燃料電池システム１００が起動すると、プログラムはステップＳ１１に進む。

【0047】

ステップＳ１１において、制御装置１５（定常運転部）は、第二温度センサ１２ｅからの検出信号に基づいて、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２（以下、適宜、温度Ｔ２と略す）が、定常温度Ｔ２ａ（例えば７０℃）となるように、循環ポンプ２２ａの吐出流量を調整する定常運転を実行する。なお、循環ポンプ２２ａの吐出流量が増大するに従って、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２は低下する。また、循環ポンプ２２ａの吐出流量が減少するに従って、温度Ｔ２は上昇する。熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が、定常温度Ｔ２ａにされると、貯湯槽２１内には貯湯水による温度成層が形成される。ステップＳ１１が終了すると、制御装置１５は、プログラムをステップＳ１２に進める。

【0048】

ステップＳ１２において、制御装置１５（気泡発生判定部）は、熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、プログラムをステップＳ１３に進める。一方で、制御装置１５（気泡発生判定部）は、熱交換器１２内において気泡が発生していないと判定した場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、プログラムをステップＳ１１に戻す。

【0049】

なお、熱交換器１２内において気泡が発生すると、当該気泡が熱交換器１２内を流通する排気ガスによって熱せられて、高温の気泡となる。この高温の気泡が、第一温度センサ１２ｄや第二温度センサ１２ｅが温度を検出する部分に接触すると、第一温度センサ１２ｄや第二温度センサ１２ｅで検出される温度Ｔ１や温度Ｔ２の温度が高くなる。この原理を利用して、制御装置１５は、熱交換器１２内における貯湯水の温度Ｔ１（以下、適宜、温度Ｔ１と略す）が第一規定温度Ｔａ（例えば９０℃）以上である場合、或いは、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が第二規定温度Ｔｂ（例えば９０℃）以上であると判断した場合には、熱交換器１２内に気泡が発生したと判定する。また、制御装置１５は、温度Ｔ１が第一規定温度Ｔａより低く、且つ、温度Ｔ２が第二規定温度Ｔｂより低いと判断した場合には、熱交換器１２内に気泡が発生していないと判断する。

【0050】

なお、制御装置１５が、温度Ｔ１の温度Ｔ２一方のみに基づいて、熱交換器１２内において気泡が発生したか否かを判断することにしても差し支え無い。また、制御装置１５が、温度Ｔ１が第一規定温度Ｔａ以上となり、且つ温度Ｔ２が第二規定温度Ｔｂ以上となった場合に、熱交換器１２内において気泡が発生したと判断することにしても差し支え無い。

【0051】

ステップＳ１３において、制御装置１５（気泡排出部）は、循環ポンプ２２ａの吐出流量を定常運転時と比べて増大させて、気泡を熱交換器１２から排出する「気泡排出制御」を実行する。この「気泡排出制御」は、「気泡排出制御」の実行が開始されてから気泡排出規定時間ｔｄが経過するまで実行される。或いは、温度Ｔ１や温度Ｔ２が規定温度Ｔｄに低下した際に、制御装置１５が、「気泡排出制御」を停止することにしても差し支え無い。制御装置１５は、プログラムをステップＳ１４に進める。

【0052】

ステップＳ１４において、制御装置１５（温度上昇部）は、第二温度センサ１２ｅからの検出信号に基づいて、フィードバック制御によって、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が、規定温度Ｔ２ｂとなるように、循環ポンプ２２ａの吐出流量を調整する「温度上昇制御」を開始させる。規定温度Ｔ２ｂは、定常温度Ｔ２ａよりも高い温度であり、例えば８０℃である。ステップＳ１４において、制御装置１５は、循環ポンプ２２ａの吐出流量を、貯湯水の温度Ｔ２が定常温度Ｔ２ａであった時、つまり、定常運転時と比べて低下させる。これにより、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度は、ステップＳ１２において、定常温度Ｔ２ａから規定温度Ｔ２ｂに上昇する。

【0053】

この「温度上昇制御」によって、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度は、定常温度Ｔ２ａよりも高い規定温度Ｔ２ｂにされる。これにより、図２に示すように、定常温度Ｔ２ａにおける貯湯水の溶存空気の割合Ａ１ａから、規定温度Ｔ２ｂにおける貯湯水の溶存空気の割合Ａ１ｂを減算した差分ΔＡ１ｃに相当する空気が、貯湯水から排出されて、当該空気がエア抜き弁２５を介して貯湯槽２１の外部に排出される。この結果、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の溶存空気量が低減され、熱交換器１２において気泡が発生し難い状態となる。ステップＳ１４が終了すると、制御装置１５はプログラムをＳ１５に進める。

【0054】

ステップＳ１５において、制御装置１５（気泡発生判定部）は、熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、プログラムをステップＳ１６に進める。一方で、制御装置１５（気泡発生判定部）は、熱交換器１２内において気泡が発生していないと判定した場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、プログラムをステップＳ３１に進める。このステップＳ１５における制御装置１５の判定方法は、ステップＳ１２における制御装置１５の判定方法と同様である。

【0055】

ステップＳ１６において、制御装置１５は、ステップＳ１５において熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した時刻を記憶部１５ａに記憶し、プログラムをステップＳ１７に進める。

【0056】

ステップＳ１７において、制御装置１５（気泡排出部）は、ステップＳ１３と同様の「気泡排出制御」を実行し、プログラムをステップＳ１８に進める。

【0057】

ステップＳ１８において、制御装置１５（異常判定部）は、記憶部１５ａに記憶されている熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した時刻に基づいて、気泡の発生頻度が低減したと判断した場合には（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、プログラムをステップＳ１４に戻す。一方で、制御装置１５は、記憶部１５ａに記憶されている熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した時刻に基づいて、気泡の発生頻度が低減していないと判断した場合には（ステップＳ１８：ＮＯ）、プログラムをステップＳ１９に進める。なお、ここでいう気泡の発生頻度とは、単位時間当たりの熱交換器１２内における気泡の発生回数であり、当該気泡の発生間隔も含む。なお、制御装置１５は、複数回（例えば２回）連続で、気泡の発生頻度が低減していないと判断した場合に、プログラムをステップＳ１９に進めることにしても差し支え無い。

【0058】

ステップＳ１９において、制御装置１５（異常判定部）は、熱交換器１２において気泡が発生する頻度が低減しない時間が、第二規定時間ｔｒ２（例えば数十時間）を経過したと判断した場合には（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、プログラムをステップＳ２０に進める。一方で、制御装置１５は、熱交換器１２において気泡が発生する頻度が低減しない時間が、第二規定時間ｔｒ２を経過していないと判断した場合には（ステップＳ１９：ＮＯ）、プログラムをステップＳ１４に戻す。

【0059】

ステップＳ２０において、制御装置１５（異常判定部）は、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、第二貯湯水循環ライン９３０の少なくともいずれかへの空気が混入した「空気の混入異常」であると判定する。このように、「温度上昇制御」が実行されてから、熱交換器１２において気泡が発生する頻度が低減しない時間が、第二規定時間ｔｒ２を経過した場合には、「空気の混入異常」であると判定される。ステップＳ１４において、「温度上昇制御」が実行されて、貯湯水に溶存している空気量が低減され、第二貯湯水循環ライン９３０がクローズド型であり、貯湯水に空気溶存量が多い水が混入しないにも関わらず、熱交換器１２において気泡が発生する頻度が低減しないということは、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０のいずれかの圧力が所定圧力より低下しているか、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０のいずれかへの空気の混入が考えられる。ステップＳ２０が終了すると、制御装置１５は、プログラムをＳ２１に進める。

【0060】

ステップＳ２１において、制御装置１５は、「異常」を報知部１７で報知させ、プログラムをＳ１４に進める。

【0061】

ステップＳ３１において、制御装置１５（復帰部）は、ステップＳ１４において「温度上昇制御」の実行が開始されてから、ステップＳ１５において、熱交換器１２内において気泡が発生していないと判断されている時間が、第一規定時間ｔｒ１（例えば数時間）を経過したと判断した場合には（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、プログラムをステップＳ１１に戻す。一方で、ステップＳ１４において「温度上昇制御」の実行が開始されてから、ステップＳ１５において、熱交換器１２内において気泡が発生していないと判断されている時間が、第一規定時間ｔｒ１を経過していないと判断した場合には（ステップＳ３１：ＮＯ）、プログラムをステップＳ１４に戻す。

【0062】

このように、「温度上昇制御」の実行が開始されてから、熱交換器１２内において気泡が発生していないと判断されている時間が、第一規定時間ｔｒ１を経過したと判断された場合には、ステップＳ１１において、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が、定常温度Ｔ２ａに復帰される。一方で、「温度上昇制御」の実行が開始されてから、熱交換器１２内において気泡が発生していないと判断されている時間が、第一規定時間ｔｒ１を経過していない場合には、ステップＳ１４において、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２は、定常温度Ｔ２ａよりも高い規定温度Ｔ２ｂにされ、貯湯水に溶存している空気が排出される。第二貯湯水循環ライン９３０はクローズド型であり、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０のいずれにも、溶存空気量が多い水道水等の水が混入することが無いので、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が、定常温度Ｔ２ａに復帰されたとしても、「温度上昇制御」によって上記貯湯水の溶存空気量（溶存空気の割合）が低下された状態が維持される。

【0063】

なお、「温度上昇制御」が実行され、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の溶存空気の割合がＡ１ｂに低下した状態（図２の１）が維持されたまま、上記貯湯水の温度が定常温度Ｔ２ａにされた後に、上記貯湯水の水圧が低下すると、水圧が低下した貯湯水の溶存空気の割合Ａ２ａは、水圧が低下する前の貯湯水の溶存空気の割合Ａ１ｂよりも、溶存空気の割合Ａ１ｂから溶存空気の割合Ａ２ａを減算した差分ΔＡ２ａだけ低下する。すると、上記貯湯水から差分ΔＡ２ａに相当する空気が排出され、熱交換器１２において気泡が発生する。

【0064】

この場合であっても、ステップＳ１２において、熱交換器１２内において気泡が発生したと判断されると、ステップＳ１３の「気泡排出制御」が実行された後に、ステップＳ１４において、「温度上昇制御」が実行される。これにより、図２に示すように、熱交換器１２から流出する貯湯水の溶存空気の割合は、水圧が低い状態で定常温度Ｔ２ａにおける溶存空気の割合Ａ２ａから、水圧が低い状態で規定温度Ｔ２ｂにおける溶存空気の割合Ａ２ｂに低下する。このため、溶存空気の割合Ａ２ａから溶存空気の割合Ａ２ｂを減算した差分ΔＡ２ｂに相当する空気が貯湯水から排出され、当該空気がエア抜き弁２５を介して貯湯槽２１の外部に排出される。そして、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が定常温度Ｔ２ａに復帰したとしても、貯湯水の溶存空気の割合は、低い状態に維持される。このため、熱交換器１２においての気泡の発生が抑制され、「気泡排出制御」の実行が抑制される。

【0065】

（タイムチャートの説明）
以下に、図３に示す「循環ポンプ制御処理」が実行された場合のタイムチャートを、図４を用いて説明する。燃料電池システム１００の運転が開始され、「循環ポンプ制御処理」が実行され、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が定常温度Ｔ２ａにされている状態で、時刻ｔ１において、熱交換器１２内で気泡が発生したと判断されると（図３のステップＳ１２でＹＥＳと判断）、「気泡排出制御」が開始される（ステップＳ１３）。

【0066】

時刻ｔ２において、「気泡排出制御」が終了すると、「温度上昇制御」が開始される（ステップＳ１４）。すると、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が規定温度Ｔ２ｂに昇温されて、これに伴って、熱交換器１２から流出する貯湯水から溶存していた空気が排出され、当該空気がエア抜き弁２５を介して、貯湯槽２１の外部に排出される。この結果、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の溶存空気の割合が徐々に減少して、熱交換器１２に流入する貯湯水の溶存空気の割合が徐々に減少する。

【0067】

時刻ｔ３において、熱交換器１２内で気泡が発生したと判断されると（ステップＳ１５でＹＥＳと判定）、「気泡排出制御」が開始される（ステップＳ１６）。時刻ｔ４において、「気泡排出制御」が終了すると、再び「温度上昇制御」が開始される（ステップＳ１４）。同様に、時刻ｔ５、時刻ｔ７において、熱交換器１２内で気泡が発生したと判断されると（ステップＳ１５でＹＥＳと判定）、「気泡排出制御」が開始される（ステップＳ１６）。同様に、時刻ｔ６、時刻ｔ７において、「気泡排出制御」が終了すると、再び「温度上昇制御」が開始される（ステップＳ１４）。このように、「温度上昇制御」が実行されることにより、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が規定温度Ｔ２ｂに昇温されて、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の溶存空気の割合が徐々に減少して、熱交換器１２に流入する貯湯水の溶存空気の割合が徐々に減少する。

【0068】

貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の溶存空気の割合が十分に低下し、熱交換器１２に流入する貯湯水の溶存空気の割合が十分に低下している場合には、熱交換器１２内において気泡が発生し難い状態であり、熱交換器１２内において気泡が発生したと判断される時間が長期化する。そして、時刻ｔ９において、熱交換器１２内において気泡が発生したと判断されていない時間が、第一規定時間ｔｒ１を経過した場合には（ステップＳ３１でＹＥＳと判断）、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２は定常温度Ｔ２ａに復帰される。

【0069】

第二貯湯水循環ライン９３０は、クローズド型であり、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０のいずれにも、溶存空気の割合（溶存空気量）が多い水道水等の水が流入しない。これにより、「温度上昇制御」によって貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の溶存空気の割合（溶存空気量）が低くなると、その後、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が規定温度Ｔ２ｂよりも低い定常温度Ｔ２ａに復帰されたとしても、熱交換器１２に流入する貯湯水の溶存空気の割合（溶存空気量）が低い状態に維持される。このため、熱交換器１２内において気泡が発生し難い状態となり、「気泡排出処理」の実行頻度が低下するので、貯湯槽２１内の貯湯水の温度成層の崩壊が抑制される。

【0070】

（本実施形態の効果）
以上の説明から明らかなように、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２を、気泡の発生が判定された時点、つまり、定常運転時と比べて上昇させる「温度上昇制御」が実行される（図３のステップＳ１４）。これによれば、貯湯水に溶存できる空気量は貯湯水の温度が高くなるに従って少なくなることから、貯湯水の温度を上昇させることによって、貯湯水に溶存している空気を貯湯水から排出させることができ、貯湯水の溶存空気量を低減させることができる。

【0071】

また、貯湯槽２１と貯湯水使用機器９１０との間で貯湯水が循環する第二貯湯水循環ライン９３０はクローズド型であるので、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０に空気が溶存した水が継続して流入することが無い。このため、「温度上昇制御」が一度実行されれば、貯湯水の溶存空気量を少ない状態に維持することができる。この結果、少なくとも熱交換器１２内における気泡の発生を抑制することができる。よって、「気泡排出制御」の頻繁な実行が抑制され、貯湯槽２１内の貯湯水の温度成層の崩壊を抑制することができる。これにより、貯湯槽２１の下部から貯湯槽２１の上部よりも低い温度の貯湯水が、熱交換器１２に流入する。このため、熱交換器１２において排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることができ、水蒸気を凝縮させた水を燃料電池システム１００に再使用することができる。また、熱交換器１２における熱回収効率の低下が抑制される。この結果、燃料電池システム１００の運転効率を向上させることができる。

【0072】

また、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の水圧が低下し、この貯湯水に溶存している空気が排出され、熱交換器１２内で気泡が発生した場合であっても（ステップＳ１２でＹＥＳと判断）、「温度上昇制御」が実行されることにより（ステップＳ１４）、上記貯湯水に溶存している空気が排出されて、上記貯湯水の溶存空気の割合が低下され、貯湯槽２１内の貯湯水の温度成層の崩壊を抑制することができる。

【0073】

貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０内の貯湯水の溶存空気の割合が十分に低下し、熱交換器１２に流入する貯湯水の溶存空気の割合が十分に低下している場合には、熱交換器１２内において気泡が発生し難い状態であり、熱交換器１２内において気泡が発生したと判断される時間が長期化する。つまり、第一規定時間ｔｒ１の間に気泡排出制御が実行されない場合には、「温度上昇制御」によって、既に貯湯水の溶存空気量が確実に低くなっている。そして、第二貯湯水循環ラインはクローズド型であるので、温度上昇制御によって一度貯湯水の溶存空気量が低くなると、貯湯水は溶存空気量が低い状態に維持される。このため、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が定常温度Ｔ２ａに復帰したとしても、熱交換器１２において気泡の発生が抑制される状態が維持される。そこで、第一規定時間ｔｒ１の間に「気泡排出制御」が実行されない場合には（ステップＳ３１でＹＥＳと判断）、制御装置１５（復帰部）は、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２を定常温度Ｔ２ａに復帰させる。これにより、貯湯水を溶存空気量が低い状態にして、「気泡排出制御」が実行されることによる貯湯槽２１内の貯湯水の温度成層の崩壊が抑制される状態にした後に、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２を定常温度Ｔ２ａに復帰させることができる。このため、熱交換器１２から気泡が完全に追い出された後に、貯湯槽２１内において良好な温度成層が形成される。よって、熱交換器１２において排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることができ、燃料電池システム１００の運転効率をより向上させることができる。

【0074】

また、制御装置１５（異常報知部）は、「気泡排出制御」の実行の頻度が低減しない時間が第二規定時間ｔｒ２を経過した場合には（ステップＳ１９でＹＥＳと判断）、「異常」を、報知部１７で報知する（ステップＳ２０）。このため、作業者は、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０のいずれかの圧力が所定圧力より低下しているか、貯湯槽２１、第一貯湯水循環ライン２２、及び第二貯湯水循環ライン９３０の少なくともいずれかへの空気の混入を認識することができる。

【0075】

また、貯湯槽２１には、貯湯槽２１の内部から貯湯槽２１の外部への空気の流出は許容するが、貯湯槽２１の外部から貯湯槽２１の内部への空気の流入は許容しないエア抜き弁２５が設けられている。これにより、貯湯水に溶存していた空気が、エア抜き弁２５を介して貯湯槽２１の外部に排出される。また、貯湯槽２１の外部から貯湯槽２１の内部への空気の侵入が防止されるので、貯湯水に再び空気が溶存してしまうことを防止することができる。このため、貯湯水の溶存空気量を低い状態に維持することができる。

【0076】

（別の実施形態）
以上説明した実施形態では、図３のステップＳ１８において、制御装置１５は、記憶部１５ａに記憶されている熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した時刻に基づいて、気泡の発生頻度が低減しているか否かを判断している。しかし、ステップＳ１８において、制御装置１５は、記憶部１５ａに記憶されている熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した時刻に基づいて、熱交換器１２内における気泡発生の間隔が長くなったか否かを判断する実施形態であっても差し支え無い。この実施形態の場合には、ステップＳ１８において、制御装置１５は、記憶部１５ａに記憶されている熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した時刻に基づいて、熱交換器１２内における気泡発生の間隔が長くなったと判断した場合には（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、プログラムをＳ１４に進める。一方で、制御装置１５は、記憶部１５ａに記憶されている熱交換器１２内において気泡が発生したと判定した時刻に基づいて、熱交換器１２内における気泡発生の間隔が短くなった、或いは、上記間隔が維持されていると判断した場合には（ステップＳ１８：ＮＯ）、プログラムをステップＳ１９に進める。

【0077】

図３のステップＳ１２やステップＳ１５において、制御装置１５は、熱交換器１２内における貯湯水の温度Ｔ１が第一規定温度Ｔａ以上であると複数回以上判断した場合に、或いは、熱交換器１２から流出する貯湯水の温度Ｔ２が第二規定温度Ｔｂ以上であると複数回以上判断した場合に、熱交換器１２内において気泡が発生したと判断する実施形態であっても差し支え無い。

【0078】

以上説明した実施形態では、定常運転時における定常温度Ｔ２ａが一定である。しかし、燃料電池システム１００の運転状況によって、定常温度Ｔ２ａが可変とされる実施形態であっても差し支え無い。

【0079】

以上説明した実施形態では、定常運転及び「気泡排出制御」が実行された後に、「温度上昇」が実行されている。しかし、燃料電池システム１００の設置時に、最初に「温度上昇制御」が実行される実施形態であっても差し支え無い。

【符号の説明】

【0080】

１２…熱交換器、１２ｄ…第一温度センサ（温度検出部）、１２ｅ…第二温度センサ（温度検出部）、１５…制御装置（定常運転部、温度上昇部、気泡発生判定部、気泡排出部、復帰部、異常判定部）、１５ａ…記憶部、２１…貯湯槽、２２…第一貯湯水循環ライン、２５…エア抜き弁、３４…燃料電池、２２ａ…循環ポンプ（ポンプ）、１００…燃料電池システム、９１０…貯湯水使用機器、９３０…第二貯湯水循環ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】