特許 6806549 燃料電池システムの運転方法および燃料電池システム

(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】6806549

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】燃料電池システムの運転方法および燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20201221BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20201221BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20201221BHJP

   H01M 8/04828 20160101ALI20201221BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20201221BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 N

   H01M8/0612

   H01M8/04 J

   H01M8/04701

   H01M8/04828

   !H01M8/10

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-238756(P2016-238756)

(22)【出願日】2016年12月8日

(65)【公開番号】特開2018-97939(P2018-97939A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087767

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 惠清

(74)【代理人】

【識別番号】100155745

【弁理士】

【氏名又は名称】水尻 勝久

(74)【代理人】

【識別番号】100143465

【弁理士】

【氏名又は名称】竹尾 由重

(74)【代理人】

【識別番号】100155756

【弁理士】

【氏名又は名称】坂口 武

(74)【代理人】

【識別番号】100161883

【弁理士】

【氏名又は名称】北出 英敏

(74)【代理人】

【識別番号】100167830

【弁理士】

【氏名又は名称】仲石 晴樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162248

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 豊

(72)【発明者】

【氏名】岩見 潤

(72)【発明者】

【氏名】御堂 俊哉

(72)【発明者】

【氏名】大西 哲朗

【審査官】 西井 香織

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０５９７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０４６４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４ − ８／０６６８

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、冷却装置と、を備え、
前記冷却装置は、前記燃料電池からの排気ガスが一次側流路を通流するとともに冷却水が二次側流路を通流する熱交換器と、前記一次側流路を途中に有する排気流路と、を有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池の運転時に前記一次側流路の内面を濡れ状態とすることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。

【請求項2】

前記燃料電池システムは、水蒸気発生器と、原燃料ガスと前記水蒸気発生器で発生した水蒸気とを用いて改質ガスを生成する改質装置と、を備え、前記改質装置により生成された改質ガスを前記燃料電池に供給するものであって、
前記改質装置に供給する水蒸気の前記改質装置に供給する原燃料ガスに対する比率を所定比率以上として前記一次側流路を通流する前記排気ガスの露点を所定露点以上とすることにより前記濡れ状態を発生させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの運転方法。

【請求項3】

前記熱交換器の前記二次側流路に導入する冷却水の温度を所定冷却水温度以下とするかまたは前記二次側流路に導入する冷却水の流量を所定流量以上として前記一次側流路の温度を所定流路温度以下とすることにより前記濡れ状態を発生させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの運転方法。

【請求項4】

前記熱交換器の前記一次側流路に液体の水を供給することにより前記濡れ状態を発生させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの運転方法。

【請求項5】

燃料電池と、冷却装置と、を備え、
前記冷却装置は、前記燃料電池からの排気ガスが一次側流路を通流するとともに冷却水が二次側流路を通流する熱交換器と、前記一次側流路を途中に有する排気流路と、を有し、
前記燃料電池の運転時に前記一次側流路の内面を濡れ状態とする濡れ発生手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。

【請求項6】

水蒸気発生器と、原燃料ガスと前記水蒸気発生器で発生した水蒸気とを用いて改質ガスを生成する改質装置と、を備え、前記改質装置により生成された改質ガスを前記燃料電池に供給するものであって、
前記濡れ発生手段として、前記改質装置に供給する水蒸気の前記改質装置に供給する原燃料ガスに対する比率を所定比率以上として前記一次側流路を通流する前記排気ガスの露点を所定露点以上とする露点調節手段を備えることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記濡れ発生手段として、前記熱交換器の前記二次側流路に導入する冷却水の温度を所定冷却水温度以下とするかまたは前記二次側流路に導入する冷却水の流量を所定流量以上として前記一次側流路の温度を所定流路温度以下とすることにより前記濡れ状態を発生させる流路温度調節手段を備えることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記濡れ発生手段として、前記熱交換器の前記一次側流路に液体の水を供給する水供給手段を備えることを特徴とする請求項５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、燃料電池システムの運転方法および燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１参照）。この燃料電池システムは、燃料電池モジュールと、熱交換器とを備えている。熱交換器では、燃料電池モジュールからの燃焼排ガスと、貯湯槽循環ラインを通流する貯湯水との間で熱交換を行い、燃焼排ガスから熱を回収している。

【0003】

特許文献１に記載された燃料電池システムは、貯湯水中に含有されている残留塩素を濾過する塩素除去フィルタを備えており、熱交換器が貯湯水中に含有されている残留塩素によって劣化するのを抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−９１６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池システムにあっては、熱交換器のうち貯湯水が通流する流路の内面の劣化を抑制することができるが、燃焼排ガスが通流する流路の内面の劣化を抑制することができないものであった。

【0006】

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、熱交換器の排気ガスが通流する流路の内面の劣化を抑制する燃料電池システムの運転方法および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】

請求項１に係る発明は、燃料電池と、冷却装置と、を備え、前記冷却装置は、前記燃料電池からの排気ガスが一次側流路を通流するとともに冷却水が二次側流路を通流する熱交換器と、前記一次側流路を途中に有する排気流路と、を有する燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池の運転時に前記一次側流路の内面を濡れ状態とすることを特徴とする。

【0008】

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記燃料電池システムは、水蒸気発生器と、原燃料ガスと前記水蒸気発生器で発生した水蒸気とを用いて改質ガスを生成する改質装置と、を備え、前記改質装置により生成された改質ガスを前記燃料電池に供給するものであって、前記改質装置に供給する水蒸気の前記改質装置に供給する原燃料ガスに対する比率を所定比率以上として露点を所定露点以上とすることにより前記濡れ状態を発生させることを特徴とする。

【0009】

また請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記熱交換器の前記二次側流路に導入する冷却水の温度を所定冷却水温度以下とするかまたは前記二次側流路に導入する冷却水の流量を所定流量以上として前記一次側流路の温度を所定流路温度以下とすることにより前記濡れ状態を発生させることを特徴とする。

【0010】

また請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記熱交換器の前記一次側流路に液体の水を供給することにより前記濡れ状態を発生させることを特徴とする。

【0011】

請求項５に係る燃料電池システムは、燃料電池と、冷却装置と、を備え、前記冷却装置は、前記燃料電池からの排気ガスが一次側流路を通流するとともに冷却水が二次側流路を通流する熱交換器と、前記一次側流路を途中に有する排気流路と、を有し、前記燃料電池の運転時に前記一次側流路の内面を濡れ状態とする濡れ発生手段を備えることを特徴とする。

【0012】

また請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、水蒸気発生器と、原燃料ガスと前記水蒸気発生器で発生した水蒸気とを用いて改質ガスを生成する改質装置と、を備え、前記改質装置により生成された改質ガスを前記燃料電池に供給するものであって、前記濡れ発生手段として、前記改質装置に供給する水蒸気の前記改質装置に供給する原燃料ガスに対する比率を所定比率以上として露点を所定露点以上とする露点調節手段を備えることを特徴とする。

【0013】

また請求項７に係る発明は、請求項５に係る発明において、前記濡れ発生手段として、前記熱交換器の前記二次側流路に導入する冷却水の温度を所定冷却水温度以下とするかまたは前記二次側流路に導入する冷却水の流量を所定流量以上として前記一次側流路の温度を所定流路温度以下とすることにより前記濡れ状態を発生させる流路温度調節手段を備えることを特徴とする。

【0014】

また請求項８に係る発明は、請求項５に係る発明において、前記濡れ発生手段として、前記熱交換器の前記一次側流路に液体の水を供給する水供給手段を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

請求項１に係る発明にあっては、熱交換器の一次側流路の内面の濡れ乾きが繰り返されることに起因する、内面の腐食による劣化を抑制することができる。

【0016】

請求項２に係る発明にあっては、露点を調節することにより、一次側流路の内面を濡れ状態とすることができる。

【0017】

請求項３に係る発明にあっては、熱交換器の一次側流路を通流する排気ガスの温度を調節することにより、一次側流路の内面を濡れ状態とすることができる。

【0018】

請求項４に係る発明にあっては、一次側流路に液体の水を供給することにより、一次側流路の内面を濡れ状態とすることができる。

【0019】

請求項５に係る発明にあっては、濡れ発生手段により、自動的に一次側流路の内面を濡れ状態とすることができる。

【0020】

請求項６に係る発明にあっては、露点調節手段により濡れ発生手段を構成することができる。

【0021】

請求項７に係る発明にあっては、流路温度調節手段により濡れ発生手段を構成することができる。

【0022】

請求項８に係る発明にあっては、水供給手段により濡れ発生手段を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの制御系統のブロック図である。

【図3】図３は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図4】図４は、本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムの制御系統のブロック図である。

【図5】図５は、本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムの制御系統のブロック図である。

【図6】図６は、本発明の第６実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図7】図７は、本発明の第７実施形態に係る燃料電池システムの制御系統のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明に係る燃料電池システムの運転方法の第１実施形態について図１に基いて説明する。

【0025】

図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池２と、冷却装置３と、を備える。さらに、第１実施形態では、燃料電池システム１は、改質装置４と、水蒸気発生器５と、を備える。

【0026】

改質装置４は、原燃料ガスと水蒸気とを用いて、燃料電池２に供給するのに適した改質ガスを生成する。原燃料ガスとしては、メタン、エタンをはじめとする炭化水素やこれらを含む天然ガスやＬＰガス等が好適に挙げられるが、特に限定されない。第１実施形態では、原燃料ガスは天然ガスである。

【0027】

改質装置４は、図示しないが、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器およびＣＯ除去器を適宜備える。改質器は、バーナ等の加熱装置により改質触媒を加熱しながら原燃料ガスを水蒸気改質反応により改質する。

【0028】

水蒸気発生器５は、改質装置４に供給する水蒸気を発生させる。

【0029】

改質装置４に、ガス供給管４１を介して原燃料ガスが供給されるとともに、水蒸気供給管４２を介して水蒸気発生器５で発生した水蒸気が供給されて、水素が豊富に含まれる改質ガスが生成される。図１中の符号４３はガス供給管４１に設けられる流量調整弁を示し、符号４４は水蒸気供給管４２に設けられる流量調整弁を示す。なお、このような改質装置４としては、様々な公知のものが適宜利用可能である。

【0030】

燃料電池２は、第１実施形態では、高分子電解質形燃料電池である。このような高分子電解質形燃料電池は、様々な公知のものが適宜利用可能であり、概略のみ説明する。

【0031】

図示しないが、高分子電解質形燃料電池は、燃料極（アノード）に改質ガスが供給されるとともに、空気極（カソード）に空気（酸素）が供給される。図１中の符号１１は、空気極に空気を送るブロア等の送風手段を示す。

【0032】

燃料極では、供給された水素によりＨ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻という反応が生じる。燃料極で発生したｅ⁻は、外部を通って空気極へと移動する。また、燃料極で発生したＨ^＋は、電解質を通って空気極へと移動する。

【0033】

空気極では、電解質を通って移動してきたＨ^＋と、外部を通って移動してきたｅ⁻と、供給された酸素とにより４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏという反応が生じる。

【0034】

燃料電池２で発生して外部を通るｅ⁻により、図示しないが、負荷に電気的なエネルギーが与えられる。このとき、パワーコンディショナ等が適宜利用可能である。

【0035】

さらに、燃料電池２で発生する熱や、燃料電池２から排出される排気ガスの熱のエネルギーを回収するコジェネレーションシステム１０であれば、より一層のエネルギーの回収が可能となる。第１実施形態では、燃料電池システム１は、コジェネレーションシステム１０に組み込まれている。コジェネレーションシステム１０は、燃料電池システム１と、貯湯装置７と、を備えており、後述する。

【0036】

冷却装置３は、排気流路３１と、熱交換器６と、を有する。

【0037】

排気流路３１は、燃料電池２から排気ガスを排出するための流路である。第１実施形態では、排気流路３１を通流する排気ガスは、燃料電池２の燃料極から排出される排気ガスと空気極から排出される排気ガスとが合流した排気ガスであり、改質ガスのうち燃料電池２での化学反応に利用されなかった未燃ガスを含む。なお、排気流路３１を通流する排気ガスは、燃料電池２の燃料極から排出される排気ガスと、空気極から排出される排気ガスとが別々に排出される場合の燃料極から排出される排気ガスのみであってもよい。つまり、排気ガスは、改質ガスのうちの未燃ガスを含むものである。

【0038】

熱交換器６は、気体が通流する一次側流路６１と、液体が通流する二次側流路６２とが、金属製の隔壁を介して隣接する気−液熱交換器である。一次側流路６１には、燃料電池２から排出される排気ガスが通流するもので、排気流路３１の途中に一次側流路６１が設けられる。二次側流路６２には、冷却水が通流する。第１実施形態では、冷却水に、貯湯装置７の水（湯）が利用される。

【0039】

貯湯装置７は、貯湯タンク７１と、途中に貯湯タンク７１を有する循環路７２と、循環路７２に設けられるポンプ等の搬送手段７３と、を有する。

【0040】

循環路７２は、上流端が貯湯タンク７１の下部に接続され、下流端が貯湯タンク７１の上部に接続される。循環路７２の途中に、熱交換器６の二次側流路６２が接続される。

【0041】

貯湯装置７に貯められる水は、循環路７２を通流し、途中で熱交換器６の二次側流路６２を通流するときに、燃料電池２から排出される排気ガスから熱を回収する。

【0042】

第１実施形態では、燃料電池２が高分子電解質形燃料電池であり、燃料電池２から排出され熱交換器６の一次側流路６１に流入する排気ガスの温度は２００〜３００℃である。また、循環路７２を通流し、熱交換器６の二次側流路６２に流入する水の温度は、２０〜３０℃（気温やその他の条件によっては５〜５０℃）である。

【0043】

熱交換器６では、一次側流路６１を通流する排気ガスは、隔壁を介して二次側流路６２を通流する冷却水により冷却される。このとき、冷却された排気ガスの温度が、排気ガスの露点以下となると、隔壁の表面をはじめとする一次側流路６１の内面６０に結露が発生するが、排気ガスの露点以上となると一次側流路６１の内面６０に結露は発生せず、また、発生した結露水は蒸発して消滅する。

【0044】

このように、一次側流路６１の内面６０において結露の発生および消滅（これを濡れ乾きという）が繰り返されると、熱交換器６、特に、一次側流路６１の内面６０が劣化する。すなわち、一次側流路６１の内面６０に結露が発生すると、結露水中に排気ガス中のＳＯｘやＮＯｘ等の不純物が溶解する。次に、この結露水が蒸発すると、溶解していた不純物がこの内面６０に付着物として残る。次に、この内面６０に再び結露が発生すると、結露水中に排気ガス中のＳＯｘやＮＯｘ等の不純物が再び溶解し、この結露水が蒸発するとさらに不純物がこの内面６０に付着する。このような濡れ乾きが繰り返されると、一次側流路６１の内面６０に付着した不純物が濃縮されて堆積していく。この結果、一次側流路６１の内面６０に堆積した不純物により、この内面６０が腐食されて劣化する。

【0045】

堆積した不純物による、一次側流路６１の内面６０の腐食を抑制するには、濡れ乾きが繰り返されることを抑制すればよい。そこで、本発明においては、燃料電池２の運転時に、一次側流路６１の内面６０が濡れた状態（これを濡れ状態という）を維持させることにより、濡れ乾きが繰り返されることを抑制する。

【0046】

具体的には、第１実施形態では、改質装置４に供給する水蒸気の改質装置４に供給する原燃料ガスに対する比率Ｒ１を、所定比率Ｒ１０以上として、露点Ｔ１を所定露点Ｔ１０以上とすることにより濡れ状態を発生させる。

【0047】

第１実施形態では、改質装置４に供給する水蒸気の単位時間当たりの量を、流量調整弁４４で調整したりすることにより、調整する。また、改質装置４に供給する原燃料ガスの単位時間当たりの量を、流量調整弁４３で調整したりすることにより、調整する。なお、改質装置４に供給する水蒸気および原燃料ガスの単位時間当たりの量は、流量調整弁４３、４４で調整しなくてもよい。例えば、水蒸気発生器５で発生させる水蒸気の単位時間当たりの量を調整することにより、改質装置４に供給する水蒸気の単位時間当たりの量を調整してもよい。

【0048】

また、所定比率Ｒ１０は、排気ガスの露点Ｔ１が所定露点Ｔ１０となる比率Ｒ１である。ここで、所定露点Ｔ１０とは、一次側流路６１を通流する排気ガスの温度（特に出口温度）である。

【0049】

第１実施形態では、熱交換器６に、一次側流路６１の内面６０の濡れ状態を検知する濡れ状態検知部６３が設けられている。濡れ状態検知部６３は、例えば２本の電極を備えて液体が付着した場合に液体を介して電極間に流れる電流を検知するものや、発光部および受光部を備えて液体の有無を光学的に検知するもの等、様々な公知のものが適宜利用可能である。濡れ状態検知部６３が設けられることにより、一次側流路６１の内面６０に濡れ状態が生じていることが確実に分かる。なお、濡れ状態検知部６３は設けられなくてもよい。

【0050】

第１実施形態では、燃料電池システム１自体は既存のものと同様のものを利用することができる。

【0051】

第１実施形態の燃料電池システム１の運転方法にあっては、燃料電池２の運転時に一次側流路６１の内面６０が濡れ状態となるように運転する。

【0052】

具体的には、内面６０が濡れ状態となっていない場合、ガス供給管４１に設けられる流量調整弁４３の開度を小さくするとともに水蒸気供給管４２に設けられる流量調整弁４４の開度を大きくする。

【0053】

また、一次側流路６１の内面６０が濡れ状態となっている場合、現状を維持すればよいが、さらに一次側流路６１の内面６０が濡れた状態とするには、ガス供給管４１に設けられる流量調整弁４３の開度をさらに小さくするとともに水蒸気供給管４２に設けられる流量調整弁４４の開度をさらに大きくする。

【0054】

なお、流量調整弁４３の開度を小さくするとともに流量調整弁４４の開度を大きくするのではなく、流量調整弁４３の開度を小さくするのみか、あるいは、流量調整弁４４の開度を大きくするのみであってもよい。

【0055】

このような燃料電池システム１の運転方法により、内面６０が常に濡れ状態となり、内面６０の濡れ乾きが繰り返されることに起因する、内面６０の腐食による劣化を抑制することができる。

【0056】

次に、第２実施形態について、図２に基いて説明する。第２実施形態は、第１実施形態の変形例であり、大部分において同じであるため、同じ部分については同符号を付して説明を省略する。

【0057】

第２実施形態の燃料電池システム１は、第１実施形態の構成（図１参照）に加えて、制御部１２を備える。

【0058】

制御部１２は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで、各要素の動作を制御するもので、公知のものが適宜利用可能であり、詳細な説明は省略する。

【0059】

制御部１２は、濡れ状態検知部６３からのデータを受信し、一次側流路６１の内面６０の濡れ状態を把握することができる。制御部１２は、ガス供給管４１に設けられる流量調整弁４３および水蒸気供給管４２に設けられる流量調整弁４４を制御することができる。

【0060】

制御部１２は、濡れ状態検知部６３のデータを基に、内面６０が濡れ状態でない場合に、ガス供給管４１に設けられる流量調整弁４３および水蒸気供給管４２に設けられる流量調整弁４４の開度を変化させて、濡れ状態を発生させるように制御する。このときの制御は、例えば、ガス供給管４１に設けられる流量調整弁４３の開度を小さくするとともに水蒸気供給管４２に設けられる流量調整弁４４の開度を大きくしていき、これを濡れ状態検知部６３のデータを基にフィードバックする制御である。

【0061】

第２実施形態では、流量調整弁４３、流量調整弁４４、制御部１２および濡れ状態検知部６３が、一次側流路６１の内面６０を濡れ状態とする濡れ発生手段８を構成する。さらに具体的には、第２実施形態における濡れ発生手段８は、改質装置４に供給する水蒸気の改質装置４に供給する原燃料ガスに対する比率Ｒ１を所定比率Ｒ１０以上として露点Ｔ１を所定露点Ｔ１０以上とする露点調節手段８１である。

【0062】

濡れ発生手段８により、自動的に一次側流路６１の内面６０を濡れ状態とすることができる。

【0063】

また、このような露点調節手段８１により濡れ発生手段８を構成することができる。

【0064】

なお、第２実施形態では、改質装置４に供給する水蒸気および原燃料ガスの単位時間当たりの量は、流量調整弁４３、４４で調整しているが、これに限定されない。例えば、水蒸気発生器５で発生させる水蒸気の単位時間当たりの量を直接調整してもよい。

【0065】

次に、第３実施形態について、図３、図４に基いて説明する。第３実施形態は、第１実施形態と大部分において同じであるため、同じ部分については同符号を付して説明を省略する。

【0066】

第１実施形態では、改質装置４に供給する水蒸気の改質装置４に供給する原燃料ガスに対する比率Ｒ１を所定比率Ｒ１０以上として露点Ｔ１を所定露点Ｔ１０以上とすることにより、濡れ状態を発生させていた。

【0067】

これに対し、第３実施形態では、（１）熱交換器６の二次側流路６２に導入する冷却水の温度Ｔ２を所定冷却水温度Ｔ２０以下とするか、または、（２）二次側流路６２に導入する冷却水の流量Ｆ１を所定流量Ｆ１０以上として、一次側流路６１の温度Ｔ３を所定流路温度Ｔ３０以下とすることにより、濡れ状態を発生させるものである。

【0068】

第３実施形態の燃料電池システム１は、図３に示すように、第１実施形態の構成に加えて、温度検知部６４、流量調整弁７４、給水路７５、流量調整弁７６、流量検知部７７および温度検知部７８を備えている。

【0069】

温度検知部６４は、熱交換器６の一次側流路６１の途中に設けられ、一次側流路６１の排気ガスの温度を検知する。

【0070】

流量調整弁７４は、循環路７２の途中に設けられ、循環路７２を通流する冷却水の流量Ｆ１を調整する。

【0071】

給水路７５は、その上流端が水道７０に接続され、下流端が循環路７２の貯湯タンク７１のすぐ下流側に接続される。なお、給水路７５の上流端は、水道７０ではなく、他の給水源に接続されてもよい。

【0072】

流量調整弁７６は、給水路７５の途中に設けられ、給水路７５を通流する水道７０からの水の量を調整したり水道７０からの水の供給および供給停止を切り替えたりする。

【0073】

流量検知部７７は、循環路７２の途中に設けられ、循環路７２を通流する冷却水の流量Ｆ１を検知する。

【0074】

温度検知部７８は、循環路７２の熱交換器６のすぐ上流側に設けられ、熱交換器６の二次側流路６２に導入する冷却水の温度Ｔ２を検知する。

【0075】

上述した（１）熱交換器６の二次側流路６２に導入する冷却水の温度Ｔ２を所定冷却水温度Ｔ２０以下として、一次側流路６１の温度Ｔ３を所定流路温度Ｔ３０以下とすることにより、濡れ状態を発生させる場合について説明する。

【0076】

この場合、流量調整弁７６により水道７０からの水を循環路７２に通流させて、貯湯タンク７１からの湯に混合させ、二次側流路６２に導入する冷却水の温度Ｔ２を調整して、温度Ｔ２を所定冷却水温度Ｔ２０以下とする。ここで、所定冷却水温度Ｔ２０は、熱交換器６における熱交換により、一次側流路６１の温度Ｔ３が所定流路温度Ｔ３０となる温度である。また、所定流路温度Ｔ３０は、一次側流路６１を通流する排気ガスが結露して、内面６０が濡れ状態となる温度である。なお、これらの温度Ｔ２、所定冷却水温度Ｔ２０、温度Ｔ３および所定流路温度Ｔ３０は、具体的に求める必要はなく、最終的に内面６０が濡れ状態となればよい。

【0077】

このようにすることで、内面６０に濡れ状態を発生させることができる。

【0078】

また、上述した（２）熱交換器６の二次側流路６２に導入する冷却水の流量Ｆ１を所定流量Ｆ１０以上として、一次側流路６１の温度Ｔ３を所定流路温度Ｔ３０以下とすることにより、濡れ状態を発生させる場合について説明する。

【0079】

この場合、流量調整弁７４の開度を大きくしたりして調整し、二次側流路６２に導入する冷却水の流量Ｆ１を所定流量Ｆ１０以上とする。冷却水の流量Ｆ１が増加すると、熱交換器６において熱交換される熱量が増加し、一次側流路６１の温度Ｔ３が低下する。ここで、所定流量Ｆ１０は、熱交換器６における熱交換により、一次側流路６１の温度Ｔ３が所定流路温度Ｔ３０となる温度である。また、所定流路温度Ｔ３０は、上述したように、一次側流路６１を通流する排気ガスが結露して、内面６０が濡れ状態となる温度である。なお、これらの流量Ｆ１、所定流量Ｆ１０、温度Ｔ３および所定流路温度Ｔ３０は、具体的に求める必要はなく、最終的に内面６０が濡れ状態となればよい。

【0080】

このようにすることで、内面６０に濡れ状態を発生させることができる。

【0081】

第３実施形態の燃料電池システム１の運転方法にあっても、第１実施形態の燃料電池システム１の運転方法と同様に、内面６０の腐食による劣化を抑制することができる。

【0082】

なお、温度検知部６４は、熱交換器６の一次側流路６１の出口付近に設けられ、一次側流路６１を通流する排気ガスの出口温度を検知するのが好ましいが、特に温度検知部６４が一次側流路６１の出口付近に設けられなくてもよい。また、温度検知部６４は設けられなくてもよい。

【0083】

次に、第４実施形態について、図４に基いて説明する。第４実施形態は、第３実施形態の変形例であり、大部分において同じであるため、同じ部分については同符号を付して説明を省略する。

【0084】

第４実施形態の燃料電池システム１は、第３実施形態の構成（図３参照）に加えて、制御部１２を備える。

【0085】

制御部１２は、給水路７５に設けられる流量調整弁７６を制御することができる。制御部１２は、濡れ状態検知部６３からのデータを受信し、一次側流路６１の内面６０の濡れ状態を把握することができる。制御部１２は、温度検知部６４からのデータを受信し、一次側流路６１を通流する排気ガスの温度を把握することができる。制御部１２は、温度検知部７８からのデータを受信し、二次側流路６２に導入する冷却水の温度Ｔ２を把握することができる。

【0086】

制御部１２は、濡れ状態検知部６３のデータを基に、内面６０が濡れ状態でない場合に、給水路７５に設けられる流量調整弁７６の開度を変化させて、濡れ状態を発生させるように制御する。このときの制御は、例えば、流量調整弁７６の開度を大きくしていき、これを濡れ状態検知部６３のデータを基にフィードバックする制御である。これにあたり、温度検知部６４から得られる一次側流路６１を通流する排気ガスの温度や、温度検知部７８から得られる二次側流路６２に導入する冷却水の温度Ｔ２を利用してフィードバック制御を行ってもよい。

【0087】

第４実施形態では、少なくとも流量調整弁７６、制御部１２および濡れ状態検知部６３が、一次側流路６１の内面６０を濡れ状態とする濡れ発生手段８を構成する。さらに具体的には、第４実施形態における濡れ発生手段８は、熱交換器６の二次側流路６２に導入する冷却水の温度Ｔ２を所定冷却水温度Ｔ２０以下として一次側流路６１の温度Ｔ３を所定流路温度Ｔ３０以下とすることにより濡れ状態を発生させる流路温度調節手段８２である。

【0088】

濡れ発生手段８により、第２実施形態と同様に、自動的に一次側流路６１の内面６０を濡れ状態とすることができる。

【0089】

また、このような流路温度調節手段８２により濡れ発生手段８を構成することができる。

【0090】

次に、第５実施形態について、図５に基いて説明する。第５実施形態は、第３実施形態のさらなる変形例であり、大部分において同じであるため、同じ部分については同符号を付して説明を省略する。

【0091】

第５実施形態の燃料電池システム１は、第３実施形態の構成（図３参照）に加えて、制御部１２を備える。

【0092】

制御部１２は、循環路７２に設けられる流量調整弁７４を制御することができる。制御部１２は、濡れ状態検知部６３からのデータを受信し、一次側流路６１の内面６０の濡れ状態を把握することができる。制御部１２は、温度検知部６４からのデータを受信し、一次側流路６１を通流する排気ガスの温度Ｔ３を把握することができる。制御部１２は、流量検知部７７からのデータを受信し、二次側流路６２に導入する冷却水の流量Ｆ１を把握することができる。

【0093】

制御部１２は、濡れ状態検知部６３のデータを基に、内面６０が濡れ状態でない場合に、循環路７２に設けられる流量調整弁７４の開度を変化させて、濡れ状態を発生させるように制御する。このときの制御は、例えば、流量調整弁７４の開度を大きくしていき、これを濡れ状態検知部６３のデータを基にフィードバックする制御である。これにあたり、温度検知部６４から得られる一次側流路６１を通流する排気ガスの温度や、流量検知部７７から得られる二次側流路６２に導入する冷却水の流量Ｆ１を利用してフィードバック制御を行ってもよい。

【0094】

第５実施形態では、少なくとも流量調整弁７４、制御部１２および濡れ状態検知部６３が、一次側流路６１の内面６０を濡れ状態とする濡れ発生手段８を構成する。さらに具体的には、第５実施形態における濡れ発生手段８は、熱交換器６の二次側流路６２に導入する冷却水の流量Ｆ１を所定流量Ｆ１０以上として一次側流路６１の温度Ｔ３を所定流路温度Ｔ３０以下とすることにより濡れ状態を発生させる流路温度調節手段８２である。

【0095】

濡れ発生手段８により、第２実施形態および第４実施形態と同様に、自動的に一次側流路６１の内面６０を濡れ状態とすることができる。また、このような流路温度調節手段８２により濡れ発生手段８を構成することができる。

【0096】

次に、第６実施形態について、図６に基いて説明する。第６実施形態は、第１実施形態と大部分において同じであるため、同じ部分については同符号を付して説明を省略する。

【0097】

第１実施形態では、改質装置４に供給する水蒸気の改質装置４に供給する原燃料ガスに対する比率Ｒ１を所定比率Ｒ１０以上として露点Ｔ１を所定露点Ｔ１０以上とすることにより、濡れ状態を発生させていた。

【0098】

これに対し、第６実施形態では、熱交換器６の一次側流路６１に液体の水を供給することにより濡れ状態を発生させるものである。

【0099】

第６実施形態の燃料電池システム１は、第１実施形態の構成（図１参照）に加えて、水供給手段８３を備えている。

【0100】

水供給手段８３は、熱交換器６の一次側流路６１の内面６０に液体の水を供給する。具体的には、水供給手段８３は、一次側流路６１内に設けられるノズルと、外部からノズルに水を供給する水供給路とを有する。

【0101】

第６実施形態の燃料電池システム１の運転方法にあっても、第１実施形態の燃料電池システム１の運転方法と同様に、内面６０の腐食による劣化を抑制することができる。

【0102】

次に、第７実施形態について、図７に基いて説明する。第７実施形態は、第６実施形態の変形例であり、大部分において同じであるため、同じ部分については同符号を付して説明を省略する。

【0103】

第７実施形態の燃料電池システム１は、第６実施形態の構成（図６参照）に加えて、制御部１２を備える。

【0104】

制御部１２は、水供給手段８３を制御して、水供給手段８３から一次側流路６１の内面６０に供給する水の量を調整することができる。制御部１２は、濡れ状態検知部６３からのデータを受信し、一次側流路６１の内面６０の濡れ状態を把握することができる。

【0105】

制御部１２は、濡れ状態検知部６３のデータを基に、内面６０が濡れ状態でない場合に、水供給手段８３から一次側流路６１の内面６０に水を供給するように制御する。このときの制御は、例えば、濡れ状態検知部６３のデータを基に、内面６０の濡れ状態が発生していない場合に水供給手段８３から水を供給し、内面６０の濡れ状態が発生している場合に水供給手段８３から水を供給しないようにする制御である。

【0106】

第７実施形態では、少なくとも水供給手段８３、制御部１２および濡れ状態検知部６３が、濡れ発生手段８を構成する。

【0107】

濡れ発生手段８により、第２実施形態、第４実施形態および第５実施形態と同様に、自動的に一次側流路６１の内面６０を濡れ状態とすることができる。

【0108】

また、このような水供給手段８３により濡れ発生手段８を構成することができる。

【0109】

なお、第１実施形態〜第７実施形態では、燃料電池２は高分子電解質形燃料電池であったが、固体酸化物形燃料電池等、他の形の燃料電池であってもよい。この場合、燃料電池システム１を運転するにあたって、運転条件（特に温度条件）が高分子電解質形燃料電池の場合と異なるため、他の形の燃料電池に合わせた運転条件に変更することにより、第１実施形態と同じ要領での運転が可能である。

【0110】

なお、第１実施形態〜第７実施形態では、コジェネレーションシステム１０において、冷却水として貯湯タンク７１内の水を、直接、排気ガスと熱交換させているが、冷却水として、貯湯タンク７１内の水ではなく、別の媒体を用いてもよい。

【符号の説明】

【0111】

１ 燃料電池システム
１０ コジェネレーションシステム
２ 燃料電池
３ 冷却装置
３１ 排気流路
４ 改質装置
４１ ガス供給管
４２ 水蒸気供給管
４３ 流量調整弁
４４ 流量調整弁
５ 水蒸気発生器
６ 熱交換器
６０ 内面
６１ 一次側流路
６２ 二次側流路
７ 貯湯装置
７１ 貯湯タンク
７２ 循環路
７３ 搬送手段
８ 発生手段
８１ 露点調節手段
８２ 流路温度調節手段
８３ 水供給手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】