特開 2024-25932 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024025932

(43)【公開日】2024-02-28

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240220BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20240220BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20240220BHJP

   F24H 1/00 20220101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/04746

H01M8/04701

F24H1/00 631Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022129316

(22)【出願日】2022-08-15

(71)【出願人】

【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】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】御堂 俊哉

(72)【発明者】

【氏名】白木 壮哉

(72)【発明者】

【氏名】井上 修一

【テーマコード（参考）】

3L122

5H127

【Ｆターム（参考）】

3L122AA02

3L122AA28

3L122AB22

3L122BB13

3L122BB15

5H127AB23

5H127AC07

5H127BA13

5H127BA33

5H127BA34

5H127BB02

5H127BB18

5H127BB19

5H127DB86

5H127DC18

5H127DC38

5H127DC87

5H127DC93

5H127GG04

5H127GG09

(57)【要約】

【課題】水タンクに関連したコストが小さくなる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムが、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部６と、燃料ガス及び酸素ガスを反応させて発電する燃料電池部９と、発電反応に用いられた後に燃料電池部９から排出されるガス中に存在する可燃性ガスを燃焼させて排ガスを生じさせる燃焼部１１と、燃焼部１１から排出される排ガスの熱を熱媒体で回収する熱交換部１６と、熱交換部１６による熱回収により排ガスから生じる凝縮水を回収して貯留する水タンク１９と、水タンク１９で貯留される貯留水を改質部６に供給可能な水供給路Ｌ６と、水タンク１９での貯留水の量が過剰傾向にあることを示す所定の貯留水過剰条件が満たされる場合、貯留水の量の増加を阻害する貯留水増加阻害処理を行う運転制御部２６とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、
前記燃料ガス及び酸素ガスを反応させて発電する燃料電池部と、
発電反応に用いられた後に前記燃料電池部から排出されるガス中に存在する可燃性ガスを燃焼させて排ガスを生じさせる燃焼部と、
前記燃焼部から排出される前記排ガスの熱を熱媒体で回収する熱交換部と、
前記熱交換部による熱回収により前記排ガスから生じる凝縮水を回収して貯留する水タンクと、
前記水タンクで貯留される貯留水を前記改質部に供給可能な水供給路と、
前記水タンクでの前記貯留水の量が過剰傾向にあることを示す所定の貯留水過剰条件が満たされる場合、前記貯留水の量の増加を阻害する貯留水増加阻害処理を行う運転制御部とを備える燃料電池システム。

【請求項2】

前記運転制御部は、前記貯留水の量の予測値である予測貯留水量が将来の所定期間内に基準値以上になる場合に前記貯留水過剰条件が満たされると判定する請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記運転制御部は、現在の前記貯留水の量と将来の予想気温の推移とに基づいて導出される前記予測貯留水量の推移を参照して、前記予測貯留水量が前記所定期間内に前記基準値以上になるか否かを判定する請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記運転制御部は、前記貯留水の実測値である実貯留水量が増加して上限側目標値以上になった場合に前記貯留水過剰条件が満たされると判定する請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記燃焼部から排出される前記排ガスを前記熱交換部を迂回させることができる迂回路を備え、
前記運転制御部は、前記貯留水増加阻害処理を行う場合、前記排ガスを前記迂回路を介して流す請求項１～４の何れか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体の温度を調節できる熱媒体温度調節部を備え、
前記運転制御部は、
前記貯留水増加阻害処理を行わない場合、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体の温度が上限熱媒温度以下になるように前記熱媒体温度調節部の動作を制御し、
前記貯留水増加阻害処理において、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体の温度が前記上限熱媒温度より高くなるように前記熱媒体温度調節部の動作を制御する請求項１～４の何れか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記熱媒体温度調節部は、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体を冷却する冷却器を有する請求項６に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記熱媒体温度調節部は、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体を加熱する加熱器を有する請求項６に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記水タンクにおいて前記貯留水を加熱する貯留水加熱部を備え、
前記運転制御部は、前記貯留水増加阻害処理において、前記貯留水加熱部を動作させて前記貯留水の気化を促進する請求項１～４の何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、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、燃料ガス及び酸素ガスを反応させて発電する燃料電池部と、発電反応に用いられた後に燃料電池部から排出されるガス中に存在する可燃性ガスを燃焼させて排ガスを生じさせる燃焼部と、燃焼部から排出される排ガスの熱を熱媒体で回収する熱交換部と、熱交換部による熱回収により排ガスから生じる凝縮水を回収して貯留する水タンクと、水タンクで貯留される貯留水を改質部に供給可能な水供給路と、を備える燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムでは、水素を含む燃料ガスを生成するための改質処理に水が用いられるため、その水を供給するための水タンクを備える場合が多い。その場合、水タンクで貯えられる貯留水には、燃料電池システムの内部で回収した水が用いられる。例えば、特許文献１（特開２０１６－２２５１０３号公報）に記載の燃料電池システムは、燃料電池部から排出されるガス中に存在する可燃性ガスを燃焼させて排ガスを生じさせる燃焼部と、燃焼部から排出される排ガスの熱を熱媒体で回収する熱交換部と、熱交換部による熱回収により排ガスから生じる凝縮水を回収して貯留する水タンクと、タンクで貯留される貯留水を改質部に供給可能な水供給路とを備える。

【0003】

また、特許文献１（特開２０１６－２２５１０３号公報）に記載の燃料電池システムでは、改質部での改質処理に必要な水を、回収した水だけで賄えるように、即ち、外部から水タンクに水を補充しなくても良いように、回収する水を増量させる運転が行われる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－２２５１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の燃料電池システムでは、改質処理のために水タンクから改質部へ供給する水の量よりも、水タンクに回収する水の量の方を多くする運転（即ち、水収支がプラスになるような運転）が想定されている。そして、水タンクの容量を超えて貯めきれなくなった水は、水タンクから排水される。

【0006】

尚、水タンクの貯留水を排出する場合、水タンクから、燃料電池システムが設けられている施設の例えば汚水系統まで排水管を設置すること等が必要になる。そのため、配水管の部品コストや、配水管を設置するための工事費用などが必要になる。或いは、水タンクの容量を大きくして、貯留水が溢れないようにすることもできるが、その場合には水タンクを大型化するための費用が必要になる。このように、従来の燃料電池システムでは、水タンクに関連したコストが大きくなるという問題がある。

【0007】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水タンクに関連したコストが小さくなる燃料電池システムを提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、
前記燃料ガス及び酸素ガスを反応させて発電する燃料電池部と、
発電反応に用いられた後に前記燃料電池部から排出されるガス中に存在する可燃性ガスを燃焼させて排ガスを生じさせる燃焼部と、
前記燃焼部から排出される前記排ガスの熱を熱媒体で回収する熱交換部と、
前記熱交換部による熱回収により前記排ガスから生じる凝縮水を回収して貯留する水タンクと、
前記水タンクで貯留される貯留水を前記改質部に供給可能な水供給路と、
前記水タンクでの前記貯留水の量が過剰傾向にあることを示す所定の貯留水過剰条件が満たされる場合、前記貯留水の量の増加を阻害する貯留水増加阻害処理を行う運転制御部とを備える点にある。

【0009】

上記特徴構成によれば、水タンクでの貯留水の量が過剰傾向にあることを示す所定の貯留水過剰条件が満たされる場合、貯留水の量の増加を阻害する貯留水増加阻害処理が行われる。つまり、水タンクの容量が小さくても水タンクから貯留水が溢れることを回避できるため、水タンクの小型化が可能になる。また、水タンクの貯留水を排水する配水管などの設備を設けないことも可能になる。
従って、水タンクに関連したコストが小さくなる燃料電池システムを提供できる。

【0010】

本発明に係る燃料電池システムの別の特徴構成は、前記運転制御部は、前記貯留水の量の予測値である予測貯留水量が将来の所定期間内に基準値以上になる場合に前記貯留水過剰条件が満たされると判定する点にある。
ここで、前記運転制御部は、現在の前記貯留水の量と将来の予想気温の推移とに基づいて導出される前記予測貯留水量の推移を参照して、前記予測貯留水量が前記所定期間内に前記基準値以上になるか否かを判定してもよい。

【0011】

上記特徴構成によれば、貯留水の量の予測値である予測貯留水量が将来の所定期間内に基準値以上になる場合に、水タンクでの貯留水の量が過剰傾向にあると判定できる。

【0012】

本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御部は、前記貯留水の実測値である実貯留水量が増加して上限側目標値以上になった場合に前記貯留水過剰条件が満たされると判定する点にある。

【0013】

上記特徴構成によれば、貯留水の実測値である実貯留水量が増加して上限側目標値以上になった場合に、水タンクでの貯留水の量が過剰傾向にあると判定できる。

【0014】

本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記燃焼部から排出される前記排ガスを前記熱交換部を迂回させることができる迂回路を備え、
前記運転制御部は、前記貯留水増加阻害処理を行う場合、前記排ガスを前記迂回路を介して流す点にある。

【0015】

上記特徴構成によれば、熱交換部を迂回して排ガスを流した場合、熱交換部での排ガスの冷却は行われないため、熱交換部では凝縮水は生じない。その結果、貯留水の量の増加を阻害できる。

【0016】

本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体の温度を調節できる熱媒体温度調節部を備え、
前記運転制御部は、
前記貯留水増加阻害処理を行わない場合、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体の温度が上限熱媒温度以下になるように前記熱媒体温度調節部の動作を制御し、
前記貯留水増加阻害処理において、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体の温度が前記上限熱媒温度より高くなるように前記熱媒体温度調節部の動作を制御する点にある。

【0017】

上記特徴構成によれば、熱交換部で排ガスと熱交換する熱媒体の温度を調節できる熱媒体温度調節部によって、熱交換部で排ガスと熱交換する熱媒体の温度を高くすることができる。熱交換部で排ガスと熱交換する熱媒体の温度を高くした場合、排ガスと熱媒体との温度差が小さくなるため、熱交換部で生じる凝縮水の量は減少する。その結果、貯留水の量の増加を阻害できる。

【0018】

本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記熱媒体温度調節部は、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体を冷却する冷却器を有する点にある。

【0019】

上記特徴構成によれば、冷却器による熱媒体の冷却能力を低下させることで、熱交換部で排ガスと熱交換する熱媒体の温度を高くすることができる。

【0020】

本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記熱媒体温度調節部は、前記熱交換部で前記排ガスと熱交換する前記熱媒体を加熱する加熱器を有する点にある。

【0021】

上記特徴構成によれば、加熱器による熱媒体の加熱能力を増大させることで、熱交換部で排ガスと熱交換する熱媒体の温度を高くすることができる。

【0022】

本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記水タンクにおいて前記貯留水を加熱する貯留水加熱部を備え、
前記運転制御部は、前記貯留水増加阻害処理において、前記貯留水加熱部を動作させて前記貯留水の気化を促進する点にある。

【0023】

上記特徴構成によれば、貯留水加熱部を動作させて貯留水の気化を促進することで、貯留水の量の増加を阻害できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。

【図2】運転制御部が行う処理について説明するフローチャートである。

【図3】外気温と水タンクでの単位時間当たりの水収支との関係を示すグラフである。

【図4】１日の中での外気温の推移例を示すグラフである。

【図5】水タンクでの１時間毎の水収支と水タンクでの貯留水量の推移とを示すグラフである。

【図6】水タンクでの１時間毎の水収支と水タンクでの貯留水量の推移とを示すグラフである。

【図7】水タンクでの１時間毎の水収支と水タンクでの貯留水量の推移とを示すグラフである。

【図8】貯留水増加阻害処理の効果を説明するグラフである。

【図9】第２実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。

【図10】第３実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。

【図11】第４実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

＜第１実施形態＞
以下に、図面を参照して本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図１は、第１実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。燃料電池システムは、外側容器１の内部に各種部品を備えている。

【0026】

外側容器１の内部には、ホットモジュール３１が設けられている。ホットモジュール３１には、高温環境下で動作するセルスタック９等などの機器を収容する内側容器２が設けられる。具体的には、内側容器２の内部には、気化部５、改質部６、マニホールド７、セルスタック（本発明の燃料電池部の一例）９などが設けられる。気化部５は、改質用水を気化させて改質部６に供給する。改質部６は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する。

【0027】

セルスタック９は、燃料ガス供給路Ｌ３によって供給される、改質部６で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セル８を有する。例えば、改質部６で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路Ｌ３を通ってマニホールド７に至り、マニホールド７で、燃料ガスは各燃料電池セル８に分配される。

【0028】

セルスタック９の上方の空間は、セルスタック９から排出されるオフガスを燃焼する燃焼部１１となる。この燃焼熱は、その上方の気化部５及び改質部６に伝達される。点火部１０は、オフガスに点火させる。

【0029】

内側容器２の給気口１２には空気供給路Ｌ２が接続され、内側容器２の内部に空気（酸素）が供給される。内側容器２の排気口１３から、内側容器２の内部に存在するガスが内側容器２の外部に排出される。排気口１３には、排出されるガスに含まれる水素、一酸化炭素などを、酸素を用いて触媒燃焼させる燃焼触媒部１４が設けられている。

【0030】

燃焼触媒部１４を通過した排ガスは、内側容器２の外部に排出されて排ガス流路Ｌ４を流れ、熱交換部１６に供給される。熱交換部１６では、排ガスと、湯水循環路Ｌ９を流れる排熱回収用熱媒としての湯水との熱交換、即ち、排ガスの冷却が行われ、排ガスに含まれていた水分が凝縮する。

【0031】

熱交換部１６の下流側の排ガス流路Ｌ４には分岐部１７が設けられて、排ガス流路Ｌ４から水回収路Ｌ５が分岐する。そして、排ガス中の気相成分は排ガス流路Ｌ４を通って外側容器１の外部に排出され、排ガス中の液相成分（凝縮水）は水回収路Ｌ５を通って水タンク１９に至り、水タンク１９で貯留される。

【0032】

燃焼触媒部１４と熱交換部１６との間の排ガス流路Ｌ４の途中には切替弁１５が設けられる。切替弁１５によって、排ガス流路Ｌ４から迂回路Ｌ１０が分岐する。迂回路Ｌ１０は分岐部１７よりも下流側の合流部１８で排ガス流路Ｌ４に接続される。つまり、切替弁１５は、排ガスが熱交換部１６を介して流れる場合と、排ガスが熱交換部１６を介さずに流れる場合とを切り替えることができる。この切替弁１５の動作は運転制御部２６が制御する。

【0033】

気化部５への原燃料の供給は原燃料供給路Ｌ１を介して行われる。図１に示す例では、原燃料供給路Ｌ１の途中には、原燃料供給部３及び脱硫部４が設けられる。例えば、運転制御部２６は、原燃料の単位時間当たりの流量が目標流量になるように原燃料供給部３を動作させる。脱硫部４は、原燃料に含まれる硫黄化合物などを除去する。

【0034】

内側容器２の内部への空気の供給は、空気供給路Ｌ２を介して行われる。空気供給路Ｌ２の途中には空気供給部２２が設けられる。例えば、運転制御部２６は、空気の単位時間当たりの流量が目標流量になるように空気供給部２２を動作させる。

【0035】

水回収路Ｌ５を用いて回収した凝縮水は水タンク１９に供給される。水タンク１９には、水タンク１９での貯留水の量を測定する水量測定部２０が設けられる。水タンク１９に貯えられている貯留水は水供給路Ｌ６を介して気化部５に供給される。水供給路Ｌ６の途中には水供給部２１が設けられる。例えば、運転制御部２６は、気化部５に供給される単位時間当たりの水量が目標流量になるように水供給部２１を動作させる。

【0036】

熱交換部１６では、排ガスと、湯水循環路Ｌ９を流れる排熱回収用熱媒としての湯水との熱交換が行われる。湯水は、貯湯タンク２３に貯えられており、湯水循環路Ｌ９を介して貯湯タンク２３と熱交換部１６との間を循環する。貯湯タンク２３から熱交換部１６へ至る間の湯水循環路Ｌ９の途中には、湯水循環部２４と湯水冷却部２５と温度センサＴ２とが設けられている。例えば、湯水冷却部２５は、ファンなどを備える放熱器を用いて実現できる。熱交換部１６から貯湯タンク２３へ至る間の湯水循環路Ｌ９の途中には、温度センサＴ１が設けられている。

【0037】

例えば、運転制御部２６は、温度センサＴ２で測定される湯水の温度が所定の上限湯水温度未満になるように湯水冷却部２５の動作を制御する。運転制御部２６は、温度センサＴ１で測定される湯水の温度が目標貯湯温度になるように湯水循環部２４の動作を制御する。

【0038】

このような構成により、貯湯タンク２３の下部から湯水循環路Ｌ９を介して熱交換部１６に供給される湯水はその熱交換部１６で加熱され、加熱後の湯水は湯水循環路Ｌ９を介して貯湯タンク２３の上部に供給される。このようにして、貯湯タンク２３の上部には相対的に高温の湯水が存在し、貯湯タンク２３の下部には相対的に低温の湯水が存在するというように、貯湯タンク２３に温度成層を形成する状態で湯水が貯湯、即ち、蓄熱される。

【0039】

貯湯タンク２３の下部には、貯湯タンク２３に上水を供給するための給水路Ｌ７が接続され、貯湯タンク２３の上部には、貯湯タンク２３で貯えている湯水を排出するための出湯路Ｌ８が接続される。貯湯タンク２３が貯えている湯水には、給水路Ｌ７の内部に加わっている給水圧が加わっている。このような構成により、貯湯タンク２３では、例えば出湯路Ｌ８に接続される水栓（図示せず）が開かれることで出湯路Ｌ８へ貯湯タンク２３から湯水が排出されるのに伴って、給水路Ｌ７から貯湯タンク２３に上水が供給される。

【0040】

燃料電池システムは、運転制御部２６と、燃料電池システムで取り扱われる情報を記憶する記憶部２７と、通信部２８とを備える。運転制御部２６は、上述した点火部１０、原燃料供給部３、水供給部２１、空気供給部２２、湯水循環部２４などの各種機器の動作を制御する。

【0041】

次に、運転制御部２６が行う貯留水増加阻害処理について説明する。運転制御部２６は、水タンク１９での貯留水の量が過剰傾向にあることを示す所定の貯留水過剰条件が満たされる場合、貯留水の量の増加を阻害する貯留水増加阻害処理を行う。

【0042】

図２は、運転制御部２６が行う処理について説明するフローチャートである。運転制御部２６はこのフローチャートを例えば１２時間毎、６時間毎などの設定タイミングで実行する。

【0043】

工程＃１０において運転制御部２６は、貯留水過剰条件が満たされるか否かを判定する。運転制御部２６は、貯留水の量の予測値である予測貯留水量が将来の所定期間内に基準値以上になる場合に貯留水過剰条件が満たされると判定する。例えば、運転制御部２６は、現在の貯留水の量と将来の予想気温の推移とに基づいて導出される予測貯留水量の推移を参照して、予測貯留水量が所定期間内に基準値以上になるか否かを判定する。

【0044】

図３は、定格出力でセルスタック９を発電運転させた場合での外気温と水タンク１９での単位時間当たりの水収支との関係を示すグラフである。水収支とは、水タンク１９から改質部６に供給される水量から、水タンク１９に回収される水量を減算した値である。図示するように、外気温が高くなるほど、水タンク１９での単位時間当たりの水収支は少なくなる。つまり、外気温が低い場合、水タンク１９の貯留水量は増加し、外気温が高い場合、水タンク１９の貯留水量は減少する。

【0045】

図４は、１日の中での外気温の推移例を示すグラフである。図４では４月１日、６月２１日、８月８日の３日間の例を示す。図５～図７は、図４に示した４月１日、６月２１日、８月８日の各日に定格出力でセルスタック９を発電運転させた場合での水タンク１９での１時間毎の水収支と水タンク１９での貯留水量の推移とを示すシミュレーション結果である。

【0046】

図５に示す４月１日の場合、水収支は常にプラス側であり、水タンク１９での貯留水量も常に増加する。そして、時刻６時頃に水タンク１９での貯留水量は上限値（１０００ｍＬ）に到達する。その後は、水タンク１９から貯留水が溢れ出すため、水タンク１９での貯留水量は上限値を維持する。

【0047】

図６に示す６月２１日の場合、時刻１頃～時刻１７時頃の間、水収支はマイナスであり、水タンク１９での貯留水量は減少する。それと比較して、その他の時間帯の水収支はプラスであり、水タンク１９での貯留水量は増加する。この６月２１日の場合、水タンク１９での貯留水量は１日の中で増減し、上限値には到達しない。

【0048】

図７に示す８月８日の場合、水収支は常にマイナス側であり、水タンク１９での貯留水量も常に減少する。

【0049】

このように、運転制御部２６は、現在の貯留水の量と将来の予想気温の推移とに基づいて導出される予測貯留水量の推移を参照して、予測貯留水量が所定期間内に基準値以上になるか否かを判定できる。例えば、運転制御部２６は、所定のタイミングで、通信部２８を介して外部の気象情報サーバーから、現時点から例えば２４時間後までの２４時間分の予測外気温の推移についての情報を取得し、現時点から２４時間後までの予測貯留水量の推移を導出する。そして、運転制御部２６は、貯留水の量の予測値である予測貯留水量が例えば将来の２４時間内に基準値以上（例えば、満水量の８０％以上など）になる場合に貯留水過剰条件が満たされると判定する。

【0050】

工程＃１１において運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理の開始タイミングである場合には工程＃１２に移行して、貯留水増加阻害処理を開始する。例えば、運転制御部２６は、予測貯留水量が基準値以上（例えば、満水量の８０％以上など）になると予測される時刻になった場合に、貯留水増加阻害処理の開始タイミングであると判定する。或いは、運転制御部２６は、予測貯留水量が基準値以上（例えば、満水量の８０％以上など）になると予測される時刻の所定時間前になった場合に、貯留水増加阻害処理の開始タイミングであると判定してもよい。また或いは、運転制御部２６は、水量測定部２０で測定される貯留水の実測値である実貯留水量が増加して上限側目標値（例えば、満水量の８０％以上など）以上になった場合に貯留水過剰条件が満たされると判定してもよい。

【0051】

本実施形態では、燃料電池システムは、燃焼部１１から排出される排ガスを熱交換部１６を迂回させることができる迂回路Ｌ１０を備える。そして、運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理を行う場合、排ガスを迂回路Ｌ１０を介して流す。具体的には、運転制御部２６は、排ガスが熱交換部１６を介さず、迂回路Ｌ１０を介して流れるように切替弁１５を動作させる。その場合、迂回路Ｌ１０を流れた排ガスは合流部１８で排ガス流路Ｌ４に合流し、外側容器１の外部へと排出される。そのため、排ガスに含有されていた水分は水タンク１９に貯留されず、水タンク１９の貯留水量は減少する。

【0052】

図８は、本実施形態の貯留水増加阻害処理の効果を説明するグラフである。具体的には、図８には、貯留水増加阻害処理を行わない場合の外気温と水タンク１９での単位時間当たりの水収支との関係（図３に示した関係と同じ）、及び、貯留水増加阻害処理を行う場合の外気温と水タンク１９での単位時間当たりの水収支との関係を示す。第１実施形態では、排ガスを迂回路Ｌ１０に流しているため、排ガスに含有されていた水分は水タンク１９に貯留されず、水タンク１９から気化部５に供給される毎分２００（ｍＬ）の貯留水の分だけ、水タンク１９の貯留水は減少する。

【0053】

工程＃１３において運転制御部２６は、貯留水適正条件が満たされるか否かを判定する。そして、運転制御部２６は、貯留水適正条件が満たされる場合には工程＃１４に移行して、貯留水増加阻害処理を終了する。例えば、運転制御部２６は、水量測定部２０で測定される水タンク１９での実際の貯留水量が所定量（例えば満水量の５０％など）になった場合に、貯留水適正条件が満たされたと判定する。そして、運転制御部２６は、排ガスが熱交換部１６を介して流れるように切替弁１５を動作させることで、貯留水増加阻害処理を終了する。

【0054】

以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、水タンク１９での貯留水の量が過剰傾向にあることを示す所定の貯留水過剰条件が満たされる場合、貯留水の量の増加を阻害する貯留水増加阻害処理が行われる。つまり、水タンク１９の容量が小さくても水タンク１９から貯留水が溢れることを回避できるため、水タンク１９の小型化が可能になる。また、水タンク１９の貯留水を排水する配水管などの設備を設けないことも可能になる。従って、水タンク１９に関連したコストが小さくなる燃料電池システムを提供できる。

【0055】

＜第２実施形態＞
第２実施形態の燃料電池システムは、貯留水増加阻害処理の内容が上記実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の燃料電池システムについて説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0056】

図９は、第２実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。第２実施形態の燃料電池システムは、上記実施形態で説明した切替弁１５及び迂回路Ｌ１０を備えていない。

【0057】

本実施形態では、燃料電池システムは、熱交換部１６で排ガスと熱交換する熱媒体の温度を調節できる熱媒体温度調節部を備える。具体的には、熱媒体温度調節部は、熱交換部１６で排ガスと熱交換する熱媒体を冷却する冷却器としての湯水冷却部２５を用いて実現できる。そして、運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理を行わない場合、熱交換部１６で排ガスと熱交換する熱媒体の温度が上限熱媒温度以下になるように熱媒体温度調節部の動作を制御し、貯留水増加阻害処理において、熱交換部１６で排ガスと熱交換する熱媒体の温度が上限熱媒温度より高くなるように熱媒体温度調節部の動作を制御する。

【0058】

具体的には、熱交換部１６で排ガスと熱交換する熱媒体の温度は、温度センサＴ２で測定されて、運転制御部２６に伝達される。運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理を行わない場合、温度センサＴ２で測定される湯水（熱媒体）の温度が上限熱媒温度以下になるように湯水冷却部２５の動作を制御し、貯留水増加阻害処理を行う場合、温度センサＴ２で測定される湯水（熱媒体）の温度が上限熱媒温度より高くなるように湯水冷却部２５による湯水の冷却力を低下させる又は湯水冷却部２５を動作させない。

【0059】

図８は、本実施形態の貯留水増加阻害処理の効果を説明するグラフである。具体的には、図８には、貯留水増加阻害処理を行わない場合の外気温と水タンク１９での単位時間当たりの水収支との関係（図３に示した関係と同じ）、及び、貯留水増加阻害処理を行う場合の外気温と水タンク１９での単位時間当たりの水収支との関係を示す。第２実施形態では、湯水冷却部２５による湯水の冷却力を低下させる、又は、湯水冷却部２５を動作させない。その場合、貯留水増加阻害処理を行わない場合と比べて、水収支はマイナス側に遷移する。つまり、貯留水増加阻害処理を行うことで貯留水の増加は阻害される。

【0060】

＜第３実施形態＞
第３実施形態の燃料電池システムは、貯留水増加阻害処理の内容が上記実施形態と異なっている。以下に第３実施形態の燃料電池システムについて説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0061】

図１０は、第２実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。図示するように、本実施形態の燃料電池システムは、熱媒体温度調節部として、熱交換部１６で排ガスと熱交換する熱媒体を加熱する加熱器としての湯水加熱部２９を有する。例えば、加熱器は電気ヒーターなどである。そして、運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理を行わない場合、温度センサＴ２で測定される湯水（熱媒体）の温度が上限熱媒温度以下になるように湯水加熱部２９の動作を制御し、貯留水増加阻害処理において、温度センサＴ２で測定される湯水（熱媒体）の温度が上限熱媒温度より高くなるように湯水加熱部２９の動作を制御する。

【0062】

図８は、本実施形態の貯留水増加阻害処理の効果を説明するグラフである。具体的には、図８には、貯留水増加阻害処理を行わない場合の外気温と水タンク１９での単位時間当たりの水収支との関係（図３に示した関係と同じ）、及び、貯留水増加阻害処理を行う場合の外気温と水タンク１９での単位時間当たりの水収支との関係を示す。第３実施形態では、湯水加熱部２９により湯水を加熱する。その場合、貯留水増加阻害処理を行わない場合と比べて、水収支はマイナス側に遷移する。つまり、貯留水増加阻害処理を行うことで貯留水の増加は阻害される。

【0063】

＜第４実施形態＞
第４実施形態の燃料電池システムは、貯留水増加阻害処理の内容が上記実施形態と異なっている。以下に第４実施形態の燃料電池システムについて説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0064】

図１１は、第２実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。図示するように、本実施形態の燃料電池システムは、水タンク１９において貯留水を加熱する貯留水加熱部３０を備える。貯留水加熱部３０は、例えば電気ヒーターなどである。そして、運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理において、貯留水加熱部３０を動作させて貯留水の気化を促進する。

【0065】

具体的には、水タンク１９には、貯留水の温度を測定する温度センサＴ３が設けられており、その測定結果は運転制御部２６に伝達される。そして、運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理を行う場合、温度センサＴ３で測定される貯留水の温度が目標温度になるように貯留水加熱部３０を動作させて貯留水を加熱する。その結果、水タンク１９での貯留水の気化による減少が促進される。尚、運転制御部２６は、貯留水増加阻害処理を行わない場合、貯留水加熱部３０を動作させない。

【0066】

＜別実施形態＞
上記実施形態では、燃料電池システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。例えば、第１実施形態～第４実施形態で説明した貯留水増加阻害処理のうちの複数を併用してもよい。

【0067】

上記実施形態では、具体的な数値例を挙げて本発明の燃料電池システムについて説明したが、それらの数値は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。

【0068】

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、水タンクに関連したコストが小さくなる燃料電池システムに利用できる。

【符号の説明】

【0070】

６ ：改質部
９ ：セルスタック（燃料電池部）
１０ ：点火部
１１ ：燃焼部
１６ ：熱交換部
１９ ：水タンク
２４ ：湯水循環部
２５ ：湯水冷却部（冷却器、熱媒体温度調節部）
２６ ：運転制御部
２９ ：湯水加熱部（加熱器、熱媒体温度調節部）
３０ ：貯留水加熱部
Ｌ６ ：水供給路
Ｌ１０ ：迂回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】