JP4926298B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池を有する燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。
燃料電池システムは、燃料電池に供給された燃料ガス（水素含有ガス）と酸化剤ガス（例えば、空気）が電気化学反応して、電力と熱を発生するシステムである。一般的な家庭用燃料電池システムでは、発生した電力は、家庭で使用する一部の電力負荷（例えば、照明や空調装置などの電化製品）に供給される。また、発電により生じる熱は、燃料電池の内部に供給された冷却水により回収される。この回収された熱は、例えば、熱交換器を介して、温水として回収され、家庭内の熱負荷（例えば、給湯機器や床暖房等の熱利用機器）に供給される。
燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスは、インフラストラクチャーが整備されていないため、燃料電池システムには、通常、水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。改質器では、原料ガス（例えば、都市ガス（天然ガス）等）と水を、改質触媒において水蒸気改質反応させることにより、水素含有ガスが生成される。
このような燃料電池システムでは、改質器に供給される水や冷却水の水供給源として、システム内部で回収した水を利用する、すなわち、水を自立供給する方法を採用することが多い。なお、燃料電池システム内部で水を回収する方法としては、例えば、燃料電池より排出される燃料ガス及び酸化剤ガス中に含まれる水蒸気を冷却することで水を凝縮、回収する方法が挙げられる。
しかしながら、燃料電池システム内で回収された水（以下、回収水という）には、塩素成分等の殺菌成分が含まれていない。また、回収水は、回収される際に、燃料電池システム内の色々な部品や配管を通過するため、有機成分（ＴＯＣ；Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）等の不純物が若干量含まれ、菌類や細菌といった微生物の増殖に好適な状態となっている。
このため、水を回収した後の酸化剤ガスを排気する排気口や、回収水の余剰分を排水する排水口等から菌類等の微生物が浸入することで、菌類等の微生物が増殖するおそれがある。そして、微生物が増殖することで、回収水が通流する流路が流路閉塞又は流路狭窄等が発生することで、水の供給機能や浄化機能に障害が生じる場合がある。
このような問題を解決するために、水温を一時的に加熱殺菌に必要な所定の温度（例えば、７０℃）以上にする燃料電池コージェネレーションシステム（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、燃料電池の排出ガスから回収した回収水を貯える回収水タンクと、回収水を浄化する第１の浄化ユニットと、該第１の浄化ユニットの耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２の浄化ユニットと、を備え、回収水タンク内の回収水の温度が第１の浄化ユニットの耐熱温度よりも高い場合には、第１の浄化ユニットに水を通過させないようにする、燃料電池発電システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２７０１９４号公報 特開２００７−２３４４７７号公報
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２をはじめとする従来技術であっても、設置地域において求められる充分な耐久性（例えば、１０年の耐久性）を確保する観点からは、未だ改善の余地があった。
具体的には、特許文献１に開示されている燃料電池コージェネレーションシステムでは、イオン交換樹脂の熱劣化を考慮に入れていないので、水温を所定の温度以上にすると、イオン交換樹脂が熱劣化するおそれがあった。また、特許文献２に開示されている燃料電池発電システムでは、耐熱性の低いアニオン交換樹脂を第１の浄化ユニットに使用させ、耐熱性の高いカチオン交換樹脂を第２の浄化ユニットに使用させているが、２種類のイオン交換樹脂を使用することにより、システムのコストアップを招いていた。また、回収水タンク内の水の温度が高い場合には、第１の浄化ユニットには水を供給させないため、アニオン交換が行われず、水の浄化が充分に行われないおそれがあった。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、シンプルな構成にすることで、コストを下げるとともに、より確実に水の浄化を行うことができ、かつ、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、制御器と、前記熱媒体と熱交換する貯湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯水が循環する貯湯循環経路と、前記熱媒体循環経路と前記貯湯循環経路とを跨ぐように設けられた第２熱交換器と、前記貯湯循環経路に設けられ、前記貯湯水を循環させる第３循環器と、を備え、前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、前記制御器は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を前記温度検知器が検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、前記第１〜第３循環器を制御する循環運転を実行し、前記第１温度よりも高く、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を前記温度検知器が検知すると、前記第２循環器の動作を禁止するように構成されている。
これにより、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料電池を有する燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、前記熱媒体と熱交換する貯湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯水が循環する貯湯循環経路と、前記熱媒体循環経路と前記貯湯循環経路とを跨ぐように設けられた第２熱交換器と、前記貯湯循環経路に設けられ、前記貯湯水を循環させる第３循環器と、を備え、前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、前記温度検知器が、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を前記温度検知器が検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、前記第１〜第３循環器を動作させ、前記温度検知器が、前記第１温度よりも高く、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を検知すると、前記第２循環器の動作を禁止する。
これにより、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。
本発明の燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法によれば、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
図１は、本発明の参考の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、本変形例２の燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図３は、参考の形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（参考の形態１）
参考の形態１に係る燃料電池システムは、燃料電池を有する燃料電池システムであって、燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、熱媒体循環経路に設けられ、熱媒体を貯える熱媒体タンクと、熱媒体循環経路に設けられ、熱媒体を循環させる第１循環器と、燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、収水タンクに接続され、水が循環する水循環経路と、水循環経路に設けられ、水を循環させる第２循環器と、水循環経路に設けられ、水を浄化する水浄化装置と、回収水タンク、水浄化装置、及び回収水タンクと水浄化装置の間の水循環経路のいずれか１つに設けられ、水の温度を検知する温度検知器と、制御器と、を備え、熱媒体循環経路と水循環経路は、熱媒体と水が熱交換可能なように構成されていて、制御器は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を温度検知器が検知すると、温度検知器が検知する温度が第１温度以上となるように、第２循環器を動作させる循環運転を実行し、第１温度よりも高く、かつ、水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を温度検知器が検知すると、第２循環器の動作を禁止するように構成されている態様を例示するものである。
ここで、燃料電池システムで生じる排ガスとしては、燃料電池で未使用の燃料ガス（以下、オフ燃料ガスという）や酸化剤ガス（以下、オフ燃料ガスという）、また、燃料電池システムに水素生成装置が設けられている場合、水素生成装置内を加熱するための燃焼器から排出される燃焼排ガスが挙げられる。
また、第２循環器の動作を禁止するとは、第２循環器が作動中でなる場合には、第２循環器を停止させて、その後の起動を禁止することと、第２循環器が停止中の場合には、第２循環器の起動指令が制御器に入力されても、第２循環器の起動を禁止することと、を含む。
また、菌とは、大腸菌及び枯草菌等の細菌、並びにカビ等の菌類のうち少なくともいずれか一つを含む概念である。
また、第１温度は、増殖抑制の対象となる菌の種類によって適宜設定される。
さらに、第２温度は、水浄化装置に用いられるイオン交換樹脂の種類によって、適宜設定され、例えば、燃料電池システムの設置地域で求められる水浄化装置のメンテナンス頻度等を考慮して、イオン交換能力が初期値から低下する比率等に基づいて、実験又はシミュレーション等により、予め任意に設定される。
なお、第１温度は、４０℃以上、かつ、４５℃より低く設定され、第２温度は、４５℃以上、かつ、５０℃以下に設定されていてもよい。
これにより、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
また、本参考の形態１に係る燃料電池システムでは、水循環経路の水浄化装置よりも下流側の経路に熱媒体タンクが接続されていてもよい。
これにより、水循環経路内の水が熱媒体タンクに供給され、熱媒体タンク内で、熱媒体タンクに供給された水と熱媒体とが熱交換することができる。
また、本参考の形態１に係る燃料電池システムでは、制御器は、燃料電池システムの停止中に、循環運転を行うように構成されていてもよい。
ここで、燃料電池システムの停止中とは、制御器に停止指令が入力された場合又は予め設定された停止時間になった場合に、制御器が燃料電池システムの停止処理を開始し、当該停止処理が終了するまでの間をいう。換言すると、燃料電池システムの停止中とは、制御器が燃料電池システムの各機器に停止指令を出力し、次の燃料電池システムの起動に備えるまでの各処理が終了するまでの間をいう。
また、停止処理とは、例えば、燃料電池の発電を停止させ、後述する燃料ガス供給器が水素生成装置である場合に、該水素生成装置を冷却させ、かつ、水素生成装置内の負圧（水蒸気が凝縮するためになる）を抑制するために断続的に原料ガスを水素生成装置に供給する等の処理を行うことをいう。
ところで、燃料電池の発電中に、循環運転を実行すると、温度が比較的低い凝縮水と温度が比較的高い熱媒体が混じるため、熱媒体タンク内の熱媒体の温度が下がる。その結果、熱媒体が燃料電池から吸収する熱量が大きくなり、燃料電池の温度が下がるので燃料電池の発電性能が不安定になるおそれがある。
しかしながら、本参考の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止中に循環運転を行うことで、燃料電池の温度低下を抑制することができ、安定して、燃料電池での発電を行うことができる。また、本参考の形態１に係る燃料電池システムでは、上記構成により、燃料電池の発電停止直後の高温の熱媒体の熱を利用することができ、省エネルギー化を図ることができる。
また、本参考の形態１に係る燃料電池システムでは、制御器は、燃料電池の発電中、かつ、循環運転をしていない場合より、燃料電池システムの停止中、かつ、循環運転をしている場合の方が、第２循環器の操作量を大きくさせるように制御してもよい。
また、本参考の形態１に係る燃料電池システムでは、水循環経路は、熱媒体タンクから回収水タンクに熱媒体を送るための第１水経路と、回収水タンクから熱媒体タンクに水を送るための第２水経路と、を有しており、温度検知器は、回収水タンクにおける第１水経路が接続される第１接続口より、第２水経路が接続される第２接続口に近い位置に配設されていてもよい。
さらに、本参考の形態１に係る燃料電池システムでは、制御器は、循環運転を第１所定時間毎に第２所定時間実行するように構成されていてもよい。
ここで、第１所定時間は、熱媒体循環経路、熱媒体タンク、水循環経路、及び回収水タンク等の構成から、適宜設定される。例えば、回収水タンク等の菌が発生し得る環境に基づいて、具体的には、温度（気温及び水温）、その温度が維持される時間、有機成分等の不純物の量の３つの要素に基づいて、定めることができる。これらの要素は、燃料電池システムが設定される地域の気温、燃料電池システムの発電出力・発電量・発電時間、上述した燃料電池システムの具体的な構成等を考慮して、実験又はシミュレーション等により、予め任意に設定される。
また、第２所定時間は、第１温度と共に、対象とする菌のＤ値とＺ値（Ｄ値を１／１０又は１０倍に変化させるのに要する加熱温度差）を基に算出することができる。なお、対象とする菌は、１種類に限定されることはなく、複数の種類の菌を対象としてもよい。この場合、最も殺菌の条件が厳しい菌のＤ値とＺ値を基に第２所定時間を算出してもよく、これらの菌におけるＤ値とＺ値の平均値で算出してもよい。
なお、第１所定時間は、１日以上、かつ、７日以下に設定され、第２所定時間は、３０分以上、かつ、１８０分以下に設定されていてもよい。
次に、本参考の形態１に係る燃料電池システムの一例について、具体的に説明する。
［燃料電池システムの構成］
図１は、本発明の参考の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１に示すように、参考の形態１に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、冷却水循環経路（熱媒体循環経路）７１、冷却水タンク（熱媒体タンク）１０２、第１循環器１０５、水循環経路７２、回収水タンク１０４、第２循環器１０８、水浄化装置１０９、温度検知器１１１、及び制御器１１０、を備えている。制御器１１０は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を温度検知器１１１が検知すると、温度検知器１１１が検知する温度が第１温度以上となるように、第２循環器１０８を動作させる循環運転を実行し、第１温度よりも高く、かつ、水浄化装置１０９が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を温度検知器１１１が検知すると、第２循環器１０８の動作を禁止するように構成されている。
なお、本参考の形態１においては、燃料電池１０１の排熱を回収する熱媒体として、水を用いている。また、本参考の形態１においては、冷却水タンク１０２及び冷却水循環経路７１内に存在する水を冷却水といい、回収水タンク１０４及び水循環経路７２内に存在する水を回収水という。
燃料電池１０１は、アノード１１Ａとカソード１１Ｂを有している。アノード１１Ａには、燃料ガス供給路７３を介して、燃料ガス供給器１０６から燃料ガスが供給されるように構成されている。また、カソード１１Ｂには、酸化剤ガス供給路７４を介して、酸化剤ガス供給器１０７から酸化剤ガスが供給されるように構成されている。なお、燃料電池１０１としては、高分子電解質形燃料電池、リン酸形燃料電池等の各燃料電池を用いることができる。また、燃料電池１０１の構成については、一般的な燃料電池と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
燃料ガス供給器１０６は、燃料電池１０１のアノード１１Ａに燃料ガスを供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよい。燃料ガス供給器１０６としては、例えば、燃料ガスを貯えるタンクと該タンクから燃料ガスを送出するポンプから構成されていてもよく、また、原料と水を用いて改質反応により燃料ガスを生成する水素生成装置で構成されていてもよい。また、酸化剤ガス供給器１０７は、燃料電池１０１のカソード１１Ｂに酸化剤ガスを供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよく、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。なお、燃料ガス供給器１０６又は酸化剤ガス供給器１０７は、供給するガスを加湿する加湿器を備えていてもよい。
そして、燃料電池１０１では、アノード１１Ａに供給された燃料ガスとカソード１１Ｂに供給された酸化剤ガスが電気化学的に反応して、水が生成されるとともに、電気と熱が発生する。なお、発生した熱は、後述するように、冷却水循環経路７１を通流する冷却水により回収されて、燃料電池１０１が冷却される。また、生成された水の一部は、気化して反応ガスを加湿する。そして、反応ガスを加湿した水蒸気と生成された水は、未利用の反応ガスとともに燃料電池１０１外に排出される。
具体的には、燃料電池１０１で未利用の燃料ガス（オフ燃料ガス）、水蒸気、及び生成された水は、オフ燃料ガス経路７５を介して燃料電池システム１００外に排出される。また、燃料電池１０１で未利用の酸化剤ガス（オフ酸化剤ガス）、水蒸気、及び生成された水の一部は、オフ酸化剤ガス経路７６を介して燃料電池システム１００外に排出される。
燃料ガスを加湿した水蒸気は、オフ燃料ガス経路７５を通流する間に、水に凝縮する。オフ燃料ガス経路７５で凝縮した水及びオフ燃料ガス経路７５に排出された水は、回収水として、回収水タンク１０４に貯えられる。同様に、酸化剤ガスを加湿した水蒸気は、オフ酸化剤ガス経路７６を通流する間に、水に凝縮する。オフ酸化剤ガス経路７６で凝縮した水及びオフ酸化剤ガス経路７６に排出された水は、回収水として、回収水タンク１０４に貯えられる。
なお、参考の形態１に係る燃料電池システム１００においては、オフ燃料ガス経路７５及びオフ酸化剤ガス経路７６の両方から水を回収する形態を採用したが、これに限定されない。燃料電池システム１００は、オフ燃料ガス経路７５及びオフ酸化剤ガス経路７６の少なくとも一方から水を回収すれば、どのような形態を採用してもよい。また、オフ燃料ガス経路７５及びオフ酸化剤ガス経路７６の少なくとも一方に、水蒸気の凝縮を促進する凝縮器を設ける形態を採用してもよい。凝縮器としては、例えば、熱交換器を使用することができる。
また、燃料電池１０１には、燃料電池１０１を冷却するための冷却水が流れる冷却水循環経路７１が設けられている。冷却水循環経路７１には、冷却水タンク１０２及び第１循環器１０５が設けられている。第１循環器１０５としては、冷却水循環経路７１内の水を送出することができればどのような態様であってもよく、例えば、ポンプを使用することができる。
冷却水タンク１０２には、水循環経路７２を介して、回収水タンク１０４が接続されている。水循環経路７２は、冷却水タンク１０２から回収水タンク１０４に冷却水を送出するための第１水経路７２Ａと、回収水タンク１０４から冷却水タンク１０２に回収水を送出するための第２水経路７２Ｂと、を有している。水循環経路７２には、第２循環器１０８が設けられている。第２循環器１０８は、回収水タンク１０４と冷却水タンク１０２との間で水を循環させるように構成されている。第２循環器１０８としては、例えば、ポンプを用いてもよく、ポンプと水循環経路７２内の水の通流を許可／遮断する開閉弁を用いてもよい。
一方、水循環経路７２の回収水タンク１０４から冷却水タンク１０２へ向かう経路（第２水経路７２Ｂ）には、水浄化装置１０９が設けられている。水浄化装置１０９としては、水を浄化することができれば、どのような形態であってもよい。本参考の形態１においては、イオン交換樹脂が充填された筐体で構成されていて、水に含まれる不純物（主に、イオン）をイオン交換樹脂に吸着させて、浄化する。なお、水浄化装置１０９としては、活性炭フィルタ及び／又は逆浸透膜が設けられた筐体で構成されていてもよい。
回収水タンク１０４には、温度検知器１１１が設けられている。具体的には、温度検知器１１１は、回収水タンク１０４における第１水経路７２Ａが接続される第１接続口１０４Ｂより、第２水経路７２Ｂが接続される第２接続口１０４Ｃに近い位置に配設されている。温度検知器１１１は、回収水タンク１０４内の回収水の温度を検知して、制御器１１０に検知した温度を出力するように構成されている。温度検知器１１１としては、例えば、サーミスタ等を使用することができる。
第１接続口１０４Ｂと第２接続口１０４Ｃは、離間するように設けられていて、ここでは、第１接続口１０４Ｂは回収水タンク１０４の下部に設けられていて、第２接続口１０４Ｃは回収水タンク１０４の上部に設けられている。これにより、第１水経路７２Ａから回収水タンク１０４に供給された高温の冷却水が、すぐに回収水タンク１０４から第２水経路７２Ｂに送出されることが抑制される。このため、回収水タンク１０４内の温度が均一になりやすくなる。また、温度検知器１１１は、回収水タンク１０４の平均温度に近い温度を検知することができる。
なお、本参考の形態１においては、温度検知器１１１は、回収水タンク１０４内に設ける構成としたが、これに限定されない。温度検知器１１１は、水浄化装置１０９内に設けてもよく、また、水循環経路７２（正確には、第２水経路７２Ｂ）の回収水タンク１０４と水浄化装置１０９との間の経路に設けてもよい。
制御器１１０は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御器１１０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部と、時計部と、を備えている。そして、制御器１１０は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。
なお、制御器１１０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１１０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
［燃料電池システムの動作］
次に、参考の形態１に係る燃料電池システム１００の発電運転時の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の諸動作は、制御器１１０が燃料電池システム１００の各機器を制御することにより行われる。
燃料ガス供給器１０６が作動して、燃料電池１０１のアノード１１Ａに燃料ガスを供給する。また、酸化剤ガス供給器１０７が作動して、燃料電池１０１のカソード１１Ｂに酸化剤ガスを供給する。燃料電池１０１では、アノード１１Ａに供給された燃料ガスとカソード１１Ｂに供給された酸化剤ガスが電気化学的に反応して、水が生成されるとともに、電気と熱が発生する。
発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部の電力負荷に供給される。また、発生した熱は、冷却水循環経路７１を通流する冷却水により回収されて、燃料電池１０１が冷却される。さらに、未使用の反応ガス中の水蒸気や生成された水は、回収水タンク１０４に回収される。なお、燃料電池１０１が、高分子電解質形燃料電池である場合、燃料電池１０１内は、７０℃程度の温度を保って使用されるのが、一般的である。このため、冷却水タンク１０２内の冷却水の温度も７０℃程度の温度となる。
ところで、上述したように、オフ燃料ガス経路７５又はオフ酸化剤ガス経路７６の大気開放口や回収水タンク１０４の排水経路（図示せず）の出口等から菌が侵入する場合がある。そして、侵入した菌が、回収水タンク１０４や水循環経路７２等で増殖すると、水循環経路７２が流路閉塞又は流路狭窄等が発生することで、水の供給機能や浄化機能に障害が生じるおそれがある。
しかしながら、参考の形態１に係る燃料電池システム１００では、制御器１１０が、循環運転を実行することにより、菌の増殖を抑制している。具体的には、制御器１１０は、温度検知器１１１が、菌を殺菌することができる温度である第１温度より低い温度を検知すると、第２循環器１０８を作動させる。
第２循環器１０８が作動することにより、回収水タンク１０４内の回収水が、第２水経路７２Ｂを通流して、冷却水タンク１０２に供給される。冷却水タンク１０２に供給された回収水は、冷却水タンク１０２内で、高温（例えば、７０℃程度）の冷却水と混合されて、加熱される（冷却水と熱交換する）。そして、冷却水タンク１０２内の冷却水が増加して、冷却水タンク１０２内の冷却水の水位が、所定の水位以上になると、オーバーフローして、第１水経路７２Ａから回収水タンク１０４に供給される。回収水タンク１０４に供給された冷却水は、回収水タンク１０４内で、回収水と混合され、回収水を加熱する（回収水と熱交換する）。
このように、制御器１１０は、温度検知器１１１が検知する回収水の温度が、第１温度以上になるように、第２循環器１０８を作動させる。これにより、回収水タンク１０４や水循環経路７２等内における菌を加熱殺菌して、菌の増殖を抑制することができる。
また、制御器１１０は、温度検知器１１１が検知する回収水の温度が、水浄化装置１０９を構成するイオン交換樹脂が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上になると、第２循環器１０８の作動を禁止する（第２循環器１０８の作動を停止させる）。これにより、回収水タンク１０４や水循環経路７２等内での菌の増殖を抑制することができるとともに、水浄化装置１０９の熱劣化を抑制することができる。
ここで、第１温度は、増殖抑制の対象となる菌の種類によって適宜設定することができ、例えば、４０℃以上、かつ、４５℃より低い温度に設定してもよい。また、第２温度は、水浄化装置に用いられるイオン交換樹脂の種類によって、適宜設定することができ、例えば、４５℃以上、かつ、５０℃以下に設定してもよい。
また、第２循環器１０８を動作させる周期（第１所定時間）及び第２循環器１０８を動作させる時間の長さ（第２所定時間）は、回収水を加熱殺菌することで、水循環経路７２内での流路閉塞又は流路狭窄等により水の供給機能や水浄化装置１０９の浄化機能に障害が生じない程度の菌量に低減できる時間に適宜設定することができる。第１所定時間は、例えば、１日以上、かつ、７日以下に設定し、第２所定時間は、３０分以上、かつ、１８０分以下に設定してもよい。
さらに、第１温度と第２所定時間は、対象とする菌のＤ値とＺ値（Ｄ値を１／１０又は１０倍に変化させるのに要する加熱温度差）を基に算出することができる。なお、対象とする菌は、１種類に限定されることはなく、複数の種類の菌を対象としてもよい。この場合、最も殺菌の条件が厳しい菌のＤ値とＺ値を基に第２所定時間を算出してもよく、これらの菌におけるＤ値とＺ値の平均値で算出してもよい。
より詳しくは、回収水タンク１０４内の回収水の温度が高いほど殺菌効果は大きいということを考慮して、冷却水タンク１０２及び回収水タンク１０４内の温度等の燃料電池システム１００の構成や運転条件に基づき、第１温度と第２所定時間を設定することができる。特に、水浄化装置１０９として、陰イオン交換樹脂を使用する場合には、その耐熱温度が低いため、第１温度、第２所定時間、及び第２循環器１０８の操作量を設定することが好ましい。
なお、制御器１１０は、循環運転を実行していない場合であっても、温度検知器１１１が検知する温度が、第２温度以上である場合には、第２循環器１０８の作動を禁止するように構成されている。これにより、水浄化装置１０９の熱劣化を抑制することができる。
また、制御器１１０は、循環運転を燃料電池１０１の発電運転中に行ってもよく、燃料電池システム１００の運転停止中に行ってもよい。また、制御器１１０は、燃料電池１０１の温度低下を抑制し、燃料電池１０１を安定して発電させる観点から、燃料電池システム１００の運転停止中に循環運転を実行するように構成されていることが好ましい。この場合、制御器１１０は、燃料電池１０１の発電中、かつ、循環運転をしていない場合より、燃料電池システムの１００停止中、かつ、循環運転をしている場合の方が、第２循環器１０８の操作量を大きくさせるように制御してもよい。
このように構成された、本参考の形態１に係る燃料電池システム１００では、第２循環器１０８を作動させることにより、高温の冷却水を回収水タンク１３に供給する。このため、回収水が昇温されて、回収水が菌の殺菌温度である第１温度以上に加熱され、回収水中に含まれる菌の増殖を抑制することができる。
また、本参考の形態１に係る燃料電池システム１００では、回収水の温度が、水浄化装置１０９を熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上になると、第２循環器１０８の作動を禁止する。これにより、回収水が過熱されることを抑制することができ、第２循環器１０８の熱劣化を抑制することができる。このため、水浄化装置１０９の長寿命化を図ることで、水浄化装置１０９のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
［変形例１］
次に、本参考の形態１に係る燃料電池システムの変形例１について説明する。
本参考の形態１における変形例１の燃料電池システムは、温度検出手段が、第１温度より低く、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下の温度を検知すると、制御器が、循環運転を実行しないように構成されている態様を例示するものである。
本参考の形態１における変形例１の燃料電池システム１００は、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるため、その構成の説明は省略する。
ところで、菌は、所定の温度領域において増殖するものであり、所定の温度領域よりも高い温度にさらされると、死滅する。一方、所定の温度領域よりも低い温度にさらされると、その増殖が抑制される。したがって、水循環経路７２や回収水タンク１０４内の温度が、第１温度より低い温度であって、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下である場合には、水循環経路７２等内では、菌が充分に増殖しない。
このため、本変形例１の燃料電池システム１００においては、制御器１１０が、温度検出手段１１１が、第１温度より低く、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下の温度を検知すると、循環運転を実行しないように構成されている。ここで、第３温度は、増殖抑制の対象となる菌の種類によって適宜設定することができ、例えば、３０℃に設定されていてもよい。なお、本変形例１においては、第３温度として、３０℃を設定したが、当該温度は例示である。第３温度は、例えば、菌として、１固体の大きさが大きいカビ（例えば、ネオサルトリア シュードフィシェリ（Ｎｅｏｓａｒｔｏｒｙａ ｐｅｕｄｏｆｉｓｃｈｅｒｉ）の増殖を抑制することを主目的とする場合、２５℃に設定してもよく、また、２０℃に設定してもよい。
このように構成された、本変形例１の燃料電池システム１００であっても、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。また、本変形例１の燃料電池システム１００では、水循環経路７２や回収水タンク１０４内の水温を必要なとき以外に、上昇させないように構成されているため、エネルギー効率の低下を抑制することができ、省エネルギー化を図ることができる。
［変形例２］
次に、本参考の形態１に係る燃料電池システムの変形例２について説明する。
本参考の形態１における変形例２の燃料電池システムは、水循環経路の水浄化装置よりも下流側の経路と熱媒体循環経路とを跨ぐように設けられた第１熱交換器をさらに備える態様を例示するものである。
図２は、本変形例２の燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図２に示すように、本変形例２の燃料電池システム１００は、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、第１熱交換器１１２をさらに備える点が異なる。具体的には、第１熱交換器１１２は、水循環経路７２の水浄化装置１０９よりも下流側の経路と冷却水循環経路７１とを跨ぐように設けられている。第１熱交換器１１２は、冷却水循環経路７１内の冷却水と、水循環経路７２内の回収水と、が、熱交換可能なように構成されていれば、どのような構成であってもよい。第１熱交換器１１２としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
また、本変形例２の燃料電池システム１００では、水循環経路７２には、その途中（水浄化装置１０９よりも下流側の経路）に、冷却水タンク１０２が接続されていない点も、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と異なる。
このように構成された本変形例２の燃料電池システム１００では、循環運転を実行しているときに、水循環経路７２を通流する回収水が、第１熱交換器１１２で、冷却水と熱交換して加熱される。このため、回収水が昇温されて、回収水が菌の殺菌温度である第１温度以上に加熱され、回収水中に含まれる菌の増殖を抑制することができる。
なお、制御器１１０は、温度検知器１１１が第１温度より低い温度を検知して、循環運転を実行するとき（第２循環器１０８を作動させるとき）に、第１循環器１０５を作動させてもよい。これにより、第１熱交換器１１２での、回収水と冷却水との熱交換をより促進することができる。
また、本変形例２においては、熱媒体として、水（冷却水）を用いたが、これに限定されず、例えば、エチレングリーコール含有液等の不凍液を用いてもよい。
（参考の形態２）
本発明の参考の形態２に係る燃料電池システムは、熱媒体を加熱する加熱器をさらに備え、制御器が、循環運転を実行する場合には、加熱器を作動させる態様を例示するものである。
また、本参考の形態２に係る燃料電池システムでは、加熱器は、熱媒体タンクに設けられた電気ヒータであってもよい。
［燃料電池システムの構成］
図３は、参考の形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
図３に示すように、参考の形態２に係る燃料電池システム１００は、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、加熱器１０３が冷却水タンク１０２内に設けられている点が異なる。加熱器１０３は、冷却水タンク１０２内の冷却水を加熱することができれば、どのような構成であってもよい。加熱器１０３としては、例えば、電気ヒータで構成されていてもよい。そして、制御器１１０は、循環運転を実行するときには、加熱器１０３を作動するように構成されている。
ところで、例えば、燃料電池システム１００が、その運転停止処理が終了して、待機状態（次に、起動指令が入力されると、燃料電池システム１００の起動を開始することができる状態）になっている場合に、冷却水タンク１０２内の冷却水の水温が、低くなっている場合がある。
しかしながら、本参考の形態２に係る燃料電池システム１００では、制御器１１０が、循環運転を実行するときに、加熱器１０３を作動させる。このため、冷却水タンク１０２内の冷却水が低温である場合であっても、加熱器１０３により冷却水が加熱されるため、高温の冷却水を回収水タンク１３に供給することができる。これにより、回収水が昇温されて、回収水が菌の殺菌温度である第１温度以上に加熱され、回収水中に含まれる菌の増殖を抑制することができる。
このように構成された、本参考の形態２に係る燃料電池システム１００であっても、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。また、本参考の形態２に係る燃料電池システム１００では、制御器１１０が、循環運転を実行するときに、加熱器１０３を作動するため、より確実に、回収水を第１温度以上に加熱することができ、菌の増殖を抑制することができる。
なお、参考の形態２においては、加熱器１０３を冷却水タンク１０２内に配置する形態を採用したが、これに限定されない。加熱器１０３は、冷却水を加熱することができれば、冷却水循環経路７１（冷却水タンク１０２を含む）内に配置してもよく、また、冷却水循環経路７１（冷却水タンク１０２を含む）外に配置してもよい。
また、制御器１１０は、燃料電池システム１００で余剰電力が発生し、かつ、温度検知器１１１が第１温度より低い温度を検知したときに、加熱器１０３に余剰電力を供給して、循環運転を実行してもよい。
さらに、制御器１１０は、制御器１１０が、循環運転を実行して、第２温度以上の温度を検知すると、第２循環器１０８を停止させるとともに、加熱器１０３を停止させるように構成されていることは、言うまでもない。
［変形例１］
次に、本参考の形態２に係る燃料電池システムの変形例１について、説明する。
本参考の形態２における変形例１の燃料電池システムは、制御器が、循環運転を実行しているときに、温度検知器が第１温度以上の温度を検知しない場合には、加熱器を作動させる態様を例示するものである。
本変形例１の燃料電池システム１００は、参考の形態２に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるため、その構成の説明は省略する。
本変形例１の燃料電池システム１００では、制御器１１０は、循環運転を実行しているときに、温度検知器１１１が第１温度以上の温度を検知しない場合には、加熱器１０３を作動させるように構成されている。すなわち、制御器１１０は、冷却水の温度が低く、回収水を第１温度以上に加熱できない場合にのみ、加熱器１０３を作動させるように構成されている。
このように構成された、本変形例１の燃料電池システム１００であっても、参考の形態２に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。また、本変形例１の燃料電池システム１００では、より的確なタイミングで回収水を加熱することができ、エネルギー効率の低下を抑制することができ、省エネルギー性を向上させることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、熱媒体と熱交換する貯湯水を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクに接続され、貯湯水が循環する貯湯循環経路と、熱媒体循環経路と貯湯循環経路とを跨ぐように設けられた第２熱交換器と、貯湯循環経路に設けられ、貯湯水を循環させる第３循環器と、を備え、制御器は、循環運転を実行するときに、温度検知器が検知する温度が、第１温度以上、かつ、第２温度より低くなるように、第１〜第３循環器を制御する態様を例示するものである。
［燃料電池システムの構成］
図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図４に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、貯湯循環経路７７と、第２熱交換器１１３と、貯湯タンク１１４と、第３循環器１１５と、がさらに設けられている点が異なる。具体的には、第２熱交換器１１３は、水循環経路７２と貯湯循環経路７７とを跨ぐように設けられている。第２熱交換器１１３は、冷却水循環経路７１内の冷却水と、貯湯循環経路７７内の貯湯水と、が、熱交換可能なように構成されていれば、どのような構成であってもよい。第２熱交換器１１３としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
貯湯タンク１１４には、貯湯循環経路７７が接続されている。より詳細には、貯湯タンク１１４の下部に、貯湯循環経路７７の上流端が接続されていて、その上部に、貯湯循環経路７７の下流端が接続されている。また、貯湯循環経路７７には、第３循環器１１５が設けられている。第３循環器１１５としては、貯湯循環経路７７内の貯湯水（水）を送出することができればどのような態様であってもよく、例えば、ポンプを使用することができる。
これにより、貯湯タンク１１４の下部に存在する貯湯水は、第３循環器１１５が作動することにより、貯湯循環経路７７に供給される。そして、貯湯循環経路７７に供給された貯湯水は、貯湯循環経路７７を通流する間に、第２熱交換器１１３で、冷却水循環経路７１を通流する冷却水と熱交換して、貯湯タンク１１４の上部に供給される。
そして、制御器１１０は、循環運転を実行するときに、温度検知器１１１が検知する温度が、第１温度以上、かつ、第２温度より低くなるように、第１循環器１０５、第２循環器１０８、及び第３循環器１１５を制御する。具体的には、例えば、冷却水タンク１０２及び回収水タンク１０４の水温が低く、貯湯タンク１１４の水温が高い場合、制御器１１０は、第３循環器１１５の操作量を増加させて、第２熱交換器１１３での冷却水と貯湯水との間の熱交換を促進させて、冷却水を加熱させる。また、例えば、冷却水タンク１０２及び回収水タンク１０４の水温が高く、貯湯タンク１１４の水温が低い場合、制御器１１０は、第３循環器１１５の操作量を増加させて、第２熱交換器１１３での冷却水と貯湯水との間の熱交換を促進させて、貯湯水を加熱させる。
このように構成された、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００であっても、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムは、熱媒体タンク内の水位を検知する水位検知器をさらに備え、水位検知器は、熱媒体タンクに形成され、熱媒体を回収水循環経路に排出するための排出口より低い水位である第１水位及び該第１水位より低い水位である第２水位を検知するように構成され、制御器は、循環運転を実行しない場合には、水位検知器が第２水位以下の水位を検知すると、水位検知器が第１水位を検知するまで第２循環器を動作させ、水位検知器が第１水位以上の水位を検知すると第２循環器を停止させ、循環運転を実行している場合には、温度検知器が検知する温度が第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、第２循環器を動作させる態様を例示するものである。
［燃料電池システムの構成］
図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図５に示すように、本実施の形態４に係る燃料電池システム１００は、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、冷却水タンク１０２内に水位検知器１１６が設けられている点が異なる。水位検知器１１６は、冷却水タンク１０２内の水位を検知して、検知した冷却水タンク１０２の水位を制御器１１０に出力することができれば、どのような態様であってもよい。水位検知器１１６としては、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。水位検知器１１６は、冷却水を水循環経路７２（正確には、第１水経路７２Ａ）に排出するための冷却水タンク１０２の排出口１０２Ａより低い水位である第１水位及び該第１水位より低い第２水位を検知するように構成されている。
そして、制御器１１０は、循環運転を実行しない場合には、水位検知器１１６が第２水位以下の水位を検知すると、水位検知器１１６が第１水位を検知するまで第２循環器１０８を動作させる。
このように制御する理由は、下記の通りである。すなわち、冷却水タンク１０２内の水の一部が、例えば、燃料ガス供給器１０６を構成する機器の１つである水素生成器に供給され、水素生成器において行われる炭化水素系ガスの改質反応に用いられる等、燃料電池システム１００を構成する機器に供給されて、使用される。そして、冷却水タンク１０２内の水は、水素生成器等の機器に供給されると、燃料電池１０１が発電するにつれて減少する。このため、制御器１１０は、水位検知器１１６が第２水位を検知した場合は、第２循環器１０８を動作させて、回収水タンク１０４内の水を冷却水タンク１０２に送るように制御して、水素生成器等の機器に送る水を確保する。なお、第２水位は、水素生成器等に水を送出することができる充分な水量を確保できる水位であり、冷却水タンク１０２の容量等によって、適宜設定することができる。
一方、制御器１１０は、水位検知器１１６が排出口１０２Ａより低い水位である第１水位を検知すると、第２循環器１０８を停止させる。これは、第２循環器１０８を動作させ続けることにより、冷却水タンク１０２内の水位が第１水位を超えて排出口１０２Ａに達し、冷却水タンク１０２内の水が回収水タンク１０４に送られることを防止するためである。
このように制御する理由を、以下により詳細に説明する。燃料電池１０１が発電している場合は、冷却水タンク１０２内の水は燃料電池１０１の熱を吸収して温度が高くなっているので、冷却水タンク１０２から少量の水が回収水タンク１０４に送られると、回収水タンク１０４内の水の温度が、菌が発生しやすい温度になるおそれがある。一方、冷却水タンク１０２から大量の水が回収水タンク１０４に送られると、その分回収水タンク１０４から比較的冷たい水が冷却水タンク１０２に送られるので、冷却水タンク１０２の水が低下する。冷却水タンク１０２の温度が下がると、燃料電池１０１の温度も下がり、発電が不安定になるおそれがある。また、冷却水タンク１０２内の水と、図４に示す貯湯タンク１１４内の水と熱交換して、貯湯タンク１１４にお湯をためるような場合には、冷却水タンク１０２内の水の温度が下がると、利用できるお湯の量が少なくなり、燃料電池システム１００の効率が下がるおそれがある。このため、制御器１１０は、水位検知器１１６が第１水位を検知すると、第２循環器１０８を停止させて、回収水タンク１０４内での菌の発生等が生じないようにしている。なお、第１水位は、第２水位よりも高く、冷却水タンク１０２の排出口１０２Ａよりも低ければ、任意に設定することができる。
また、制御器１１０は、循環運転を実行している場合には、水位検知器１１６が、第１水位を検知しても、温度検知器１１１が検知する温度が、第１温度以上、かつ、第２温度より低くなるように、第２循環器１０８を動作させる。
すなわち、制御器１１０は、循環運転を実行しない場合には、水位検知器１１６からの検知信号に基づいて、第２循環器１０８を制御し、循環運転を実行する場合には、温度検知器１１１からの検知信号に基づいて、制御する。
このように構成された、本実施の形態４に係る燃料電池システム１００であっても、参考の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム１００では、循環運転を実行しない場合には、水位検知器１１６が第１水位以上の水位を検知すると、第２循環器１０８を停止させることにより、例えば、循環運転を実行しない発電中において、冷却水タンク１０２内の高温の水が回収水タンク１０４に送られなくなるので、回収水タンク１０４内の水温が菌の発生しやすい温度になることを抑制することができる。
なお、水位検知器１１６が第１水位と第２水位の両方を検知できる構成について説明したが、一つの水位だけを検知して、その水位を検知した場合に、制御器１１０は、排出口１０２Ａから水が排出されないような水量を回収水タンク１０４から冷却水タンク１０２に送るように第２循環器１０８を制御してもよい。また、水位検知器１１６が、フロート式水位センサ等のように、一つの水位しか検知できない場合には、水位を検知することができる幅を利用して、第１水位と第２水位とを定めてもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明の燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができるため、燃料電池の分野で有用である。
１１Ａ アノード
１１Ｂ カソード
７１ 冷却水循環経路（熱媒体循環経路）
７２ 水循環経路
７２Ａ 第１水経路
７２Ｂ 第２水経路
７３ 燃料ガス供給路
７４ 酸化剤ガス供給路
７５ オフ燃料ガス経路
７６ オフ酸化剤ガス経路
７７ 貯湯循環経路
１００ 燃料電池システム
１０１ 燃料電池
１０２ 冷却水タンク（熱媒体タンク）
１０２Ａ 排出口
１０３ 加熱器
１０４ 回収水タンク
１０４Ｂ 第１接続口
１０４Ｃ 第２接続口
１０５ 第１循環器
１０６ 燃料ガス供給器
１０７ 酸化剤ガス供給器
１０８ 第２循環器
１０９ 水浄化装置
１１０ 制御器
１１１ 温度検知器
１１２ 第１熱交換器
１１３ 第２熱交換器
１１４ 貯湯タンク
１１５ 第３循環器
１１６ 水位検知器

Claims (15)

  1. 燃料電池を有する燃料電池システムであって、
    前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、
    前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、
    前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、
    前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、
    前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、
    前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、
    前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、
    前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、
    制御器と、
    前記熱媒体と熱交換する貯湯水を貯える貯湯タンクと、
    前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯水が循環する貯湯循環経路と、
    前記熱媒体循環経路と前記貯湯循環経路とを跨ぐように設けられた第２熱交換器と、
    前記貯湯循環経路に設けられ、前記貯湯水を循環させる第３循環器と、を備え、
    前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、
    前記制御器は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を前記温度検知器が検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度より低くなるように、前記第１〜第３循環器を制御する循環運転を実行し、
    前記第１温度よりも高く、かつ、前記第２温度以上の温度を前記温度検知器が検知すると、前記第２循環器の動作を禁止するように構成されている、燃料電池システム。
  2. 前記水循環経路の前記水浄化装置よりも下流側の経路に前記熱媒体タンクが接続されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記水循環経路の前記水浄化装置よりも下流側の経路と前記熱媒体循環経路とを跨ぐように設けられた第１熱交換器を備え、
    前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記第１熱交換器により前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム
  4. 前記熱媒体を加熱する加熱器をさらに備え、
    前記制御器は、前記循環運転を実行する場合には、前記加熱器を作動させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  5. 前記熱媒体を加熱する加熱器をさらに備え、
    前記制御器は、前記循環運転を実行しているときに、前記温度検知器が前記第１温度以上の温度を検知しない場合には、前記加熱器を作動させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  6. 前記加熱器は、前記熱媒体タンクに設けられた電気ヒータである、請求項４又は５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記熱媒体タンク内の水位を検知する水位検知器をさらに備え、
    前記熱媒体タンクは、前記水循環経路に接続しており、
    前記水位検知器は、前記熱媒体タンクに形成され、前記熱媒体を前記水循環経路に排出するための排出口より低い水位である第１水位及び前記第１水位より低い水位である第２水位を検知するように構成され、
    前記制御器は、前記循環運転を実行しない場合には、前記水位検知器が前記第２水位以下の水位を検知すると、前記水位検知器が前記第１水位を検知するまで前記第２循環器を動作させ、前記水位検知器が前記第１水位以上の水位を検知すると前記第２循環器を停止させ、
    前記循環運転を実行している場合には、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、前記第２循環器を動作させる、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
  8. 前記制御器は、前記燃料電池システムの停止中に、前記循環運転を行うように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  9. 前記制御器は、前記燃料電池の発電中、かつ、前記循環運転をしていない場合より、前記燃料電池システムの停止中、かつ、前記循環運転をしている場合の方が、前記第２循環器の操作量を大きくさせるように制御する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. 前記水循環経路は、前記熱媒体タンクから前記回収水タンクに前記熱媒体を送るための第１水経路と、前記回収水タンクから前記熱媒体タンクに前記水を送るための第２水経路と、を有しており、
    前記温度検知器は、前記回収水タンクにおける前記第１水経路が接続される第１接続口より、前記第２水経路が接続される第２接続口に近い位置に配設されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
  11. 前記制御器は、前記循環運転を第１所定時間毎に第２所定時間実行するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  12. 前記第１所定時間は、１日以上、かつ、７日以下に設定され、
    前記第２所定時間は、３０分以上、かつ、１８０分以下に設定されている、請求項１１に記載の燃料電池システム。
  13. 前記制御器は、前記温度検知器が、前記第１温度より低く、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下の温度を検知すると、前記循環運転を実行しないように構成されている、請求項１〜１０いずれか１項に記載の燃料電池システム。
  14. 前記第１温度は、４０℃以上、かつ、４５℃より低く設定され、
    前記第２温度は、４５℃以上、かつ、５０℃以下に設定されている、請求項１〜１０、及び１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  15. 燃料電池を有する燃料電池システムの運転方法であって、
    前記燃料電池システムは、
    前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、
    前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、
    前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、
    前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、
    前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、
    前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、
    前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、
    前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、
    前記熱媒体と熱交換する貯湯水を貯える貯湯タンクと、
    前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯水が循環する貯湯循環経路と、
    前記熱媒体循環経路と前記貯湯循環経路とを跨ぐように設けられた第２熱交換器と、
    前記貯湯循環経路に設けられ、前記貯湯水を循環させる第３循環器と、を備え、
    前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、
    前記温度検知器が、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を前記温度検知器が検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、前記第１〜第３循環器を動作させ、
    前記温度検知器が、前記第１温度よりも高く、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を検知すると、前記第２循環器の動作を禁止する、燃料電池システムの運転方法。
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