JP5471030B2

JP5471030B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP5471030B2
Application number: JP2009122988A
Authority: JP
Inventors: 貴史石川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: JP2010272343A

Description

本発明は発電に伴い生成された温水を貯留させる貯湯系を有する燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、アノード流体およびカソード流体により発電運転を行う燃料電池と、燃料電池の発電運転に伴い発生した凝縮水を貯留させる凝縮水タンクと、凝縮水タンク内の余剰の水を外部に排出させるドレイン部と、燃料電池の発電運転に伴い発生した熱により加熱された温水を貯留させる貯湯槽を有する貯湯系とを有する。ドレイン部が凍結すると、システムにおいて回収された余剰水が排出されなくなり、凝縮水タンクの水が凝縮水タンクから溢れ、筐体内の部品等に進入し、システムの発電運転が停止されるという不具合がある。

更に、特許文献１には、筐体の底部の全体に凍結防止用のヒータが設けられている燃料電池システムが開示されている。このものによれば、ヒータの発熱によりドレイン部付近の凍結が抑制されると考えられる。更に、特許文献１の請求項９には、貯湯槽に新水を供給させる水供給通路が凍結するおそれがあるとき、貯湯通路の温水を凝縮水タンクに連続的に供給させることにより貯湯槽の温水の水位を低下させることにより、貯湯槽に水供給通路を介して連続的に新水を補給させることにしている。このものによれば、水供給通路が凍結するおそれがあるとき、水供給通路から貯湯槽に連続的に新水を補給させることにしているため、水供給通路においては新水が連続的に流れ続ける。故に、連続通水により水供給通路における凍結が抑えられている。

特開２００５−２５９４９４号公報

上記した特許文献１に係る技術によれば、筐体の底部に設けたヒータの発熱によりドレイン部付近の凍結が抑制されるといえども、ドレイン部の凍結防止には限界がある。更に、特許文献１の請求項９に係る技術によれば、前述したように、貯湯槽に溜められている温水を凝縮水タンクに供給させる方式が採用されている。ここで、凝縮水タンクに貯留されている凝縮水は、水蒸気を凝縮させた凝縮水であり、不純物濃度を極めて低下させており、高い純水度を有しており、改質装置における水蒸気改質反応に使用される。

これに対して、貯湯系の貯湯槽に貯留されている温水は、基本的には、水道配管から供給される水道水等の水であり、家庭用または業務用等の温水として使用されるものであり、塩素イオン、鉄イオン、シリカ系のイオン等といった各種のイオンを多量に含み、高い純度をもつ水ではない。このため、温水が凝縮水タンクに供給されると、凝縮水タンクに貯留されている水の純度が大きく低下するおそれがある。この場合、凝縮水から前述のイオンを取り除くイオン交換器の寿命を低下させることになる。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、温度が低下したとしても、凝縮水が溜まる凝縮水タンクのドレイン部の凍結を抑えるのに有利であり、且つ、凝縮水タンクに貯留される凝縮水の清浄度を確保するのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池システムは、アノード流体およびカソード流体により発電運転を行う燃料電池と、燃料電池の発電運転に伴い発生した凝縮水を貯留させる凝縮水タンクと、凝縮水タンクの下流に設けられ凝縮水タンク内の余剰の水を外部に排出させるドレイン部と、燃料電池の発電運転に伴い発生した熱により加熱された温水を貯留させる貯湯槽を有する貯湯系と、貯湯系とドレイン部とを繋ぎかつ貯湯系の温水をドレイン部に供給可能な温水通路と、温水通路を開閉可能な温水バルブと、ドレイン部が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部が凍結しているとき、温水バルブを開放させて貯湯系の温水の温熱エネルギを温水通路を介してドレイン部に供給することにより、凝縮水タンクのドレイン部の凍結を抑える制御部とを具備する。

『貯湯系の温水の温熱エネルギを温水通路を介してドレイン部に供給する』とは、貯湯系の温水自体をドレイン部に直接供給する場合の他に、貯湯系の温水とドレイン部とが熱交換器を介して熱交換して温水の温熱エネルギをドレイン部に間接的に供給する場合を含む。本発明によれば、ドレイン部が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部が凍結しているとき、制御部は温水バルブを開放させ、貯湯系の温水の温熱エネルギをドレイン部に供給する。これによりドレイン部の温度が上昇し、ドレイン部の凍結が抑えられる。

更に本発明によれば、貯湯系の温水は、ドレイン部に供給されてドレイン部の凍結を抑えるものの、凝縮水を貯留する凝縮水タンクに供給されるものではない。従って、凝縮水タンクに貯留されている凝縮水の清浄度が良好に確保される。従って、凝縮水タンクに貯留されている凝縮水が改質水として使用されるときであっても、水の純度を低下させるイオンがイオン交換器に供給されることが抑制される。

本発明によれば、ドレイン部が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部が凍結しているとき、制御部は温水バルブを開放させ、貯湯系の温水の温熱エネルギを温水通路を介してドレイン部に供給する。これにより、凝縮水タンクのドレイン部の温度が上昇し、ドレイン部の凍結が抑えられる。

本発明によれば、貯湯系の温水はドレイン部に供給されてドレイン部の凍結を抑えるものの、凝縮水を貯留するタンクに供給されるものではない。従って、凝縮水タンクに貯留されている凝縮水の清浄度が良好に確保される。従って、凝縮水タンクに貯留されている凝縮水が改質水として使用されるときであっても、水の純度を低下させる不純物イオンがイオン交換器に供給されることが抑制される。この場合、イオン交換器が想定外の短期間に寿命が低下することが抑制され、改質装置、改質装置に繋がる配管、更には燃料電池の電解質の劣化が抑えられ、これらの長寿命化に貢献できる。

実施形態１に係り、燃料電池システムの全体のシステム図である。実施形態２に係り、制御部が実行するフローチャートである。実施形態３に係り、燃料電池システムの全体のシステム図である。実施形態３に係り、制御部が実行するフローチャートである。実施形態４に係り、燃料電池システムのシステム図である。実施形態６に係り、燃料電池システムのシステム図である。

本発明の好ましい形態によれば、燃料電池に供給される前のカソードガスまたは外気の温度を検知する第１温度センサが設けられており、制御部は、第１温度センサで検知される温度が第１閾値よりも低いとき、温水バルブを開放させることができる。この場合、温水がドレイン部に供給され、ドレイン部が暖められて凍結が抑えられる。第１温度センサは、燃料電池に供給される前のカソードガスの温度として、カソードガス搬送源に供給される前の筐体内のカソードガスの温度を検知することができる。ドレイン部が凍結するおそれがあるか否かの判断パラメータとして、カソードガスおよび外気温度以外に、筐体内に配置されている凝縮水タンクまたはドレイン部自体の温度、これらの周辺の温度を第１温度センサが検知することにしてもよい。周辺とは、ドレイン部の温度とほぼ等しい温度を示す領域をいい、平面視において、ドレイン部の投影面積の所定倍数（７倍以内）の投影面積の範囲（ドレイン部を含む）が例示される。

本発明の好ましい形態によれば、燃料電池に供給される前のカソードガスまたは外気の温度を検知する第１温度センサと、ドレイン部の温度を検知するドレイン温度センサとのいずれかが設けられている。この場合、制御部は、第１温度センサで検知される温度が第１閾値よりも低いとき、または、ドレイン温度センサで検知される温度が第２閾値よりも低いときという条件が満たされるとき、温水バルブを開放させて温水をドレイン部に供給することができる。冷たい水がドレイン部に供給されることが回避される。ドレイン部の温度としては、ドレイン部自体の温度、ドレイン部周辺の温度を含む。第１温度センサで検知される燃料電池に供給される前のカソードガスの温度としては、筐体内においてカソードガス搬送源に吸い込まれる前の空気の温度が例示される。

本発明の好ましい形態によれば、燃料電池に供給される前のカソードガスまたは外気の温度を検知する第１温度センサと、ドレイン部の温度を検知するドレイン温度センサとのいずれかが設けられており、更に、貯湯系の温水の温度を検知する温水温度センサが設けられている。この場合、制御部は、第１温度センサで検知される温度が第１閾値よりも低いとき、または、ドレイン温度センサで検知される温度が第２閾値よりも低いときという条件が満たされ、且つ、温水温度センサで検知される温度が第３閾値よりも高いときという条件が満たされるとき、温水バルブを開放させて温水をドレイン部に供給させることができる。低温の温水がドレイン部に供給されることが抑制され、ドレイン部の過剰凍結が抑制される。

本発明の好ましい形態によれば、貯湯系の温水の温度を検知する温水温度センサが設けられており、制御部は、第１温度センサで検知される温度が第１閾値よりも低いとき、且つ、温水温度センサで検知される温度が第３閾値よりも高いとき、温水バルブを開放させて温水をドレイン部に供給させることができる。この場合、低温の温水がドレイン部に供給されることが抑制され、ドレイン部の過剰凍結が抑制される。

本発明によれば、燃料電池のアノードに供給されるアノード流体を燃料原料から改質反応により生成させる改質部が設けられている。この場合、ドレイン部が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部が凍結しているとき、制御部は、凝縮水タンクに貯留されている凝縮水を改質水として改質部に供給させ、凝縮水タンク内の水位をできるだけ低下させることができる。この場合、凝縮水タンクからドレイン部に排出されるドレイン水の流量が低下し、ドレイン部の過剰凍結が抑制され、温熱エネルギでドレイン部が解凍され易くなる。

本発明によれば、燃料電池のアノードに供給されるアノード流体を燃料原料から改質反応により生成させる改質部と、改質部を改質反応に適するように改質部を加熱させるバーナが設けられている。この場合、ドレイン部が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部が凍結しているとき、制御部は、バーナで燃焼される燃焼用空気の流量、および／または、燃料電池のカソードに供給されるカソードガスの流量を増加させる。バーナで燃焼される燃焼用空気の流量が増加すると、バーナから外部に排出される排気ガスの流量が増加する。本明細書では、流量とは、単位時間あたり流量を意味する。

燃料電池のカソードに供給されるカソードガスの流量を増加させると、カソードから外部に排出されるカソードオフガスの流量が増加する。この結果、排気ガスまたはカソードオフガスが外部に持ち出す水分量が増加する。故に、システム全体で発生する凝縮水の流量が低下し、凝縮水タンクに貯留される凝縮水の流量が減少し、凝縮水タンクの水位が低下する。従って、凝縮水タンクからドレイン部に排出されるドレイン水の流量が低下し、ドレイン部の過剰凍結が抑制され、ドレイン部が解凍され易くなる。

本発明の好ましい形態によれば、ドレイン部と熱交換できドレイン部に温水の温熱エネルギを与える熱交換器が温水通路に設けられていることが好ましい。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１及び図２を参照して説明する。

（全体構成）
図１において、燃料電池システム（以下、単にシステムともいう）１００は、一般家庭、または業務店、ビル等に設置される定置用であり、冷却水等の冷却液が流れる冷却通路１０を有する燃料電池のスタック１と、冷却液をスタック１の冷却通路１０に流してスタック１を冷却する主冷却回路２と、これらを収容する収容室６０をもつ筐体６とを有する。筐体６は、外気を取り込む外気取入口６２と、外気取入口６２から取り込まれる外気の温度Ｔ３を検知する第１温度センサ６３とを有する。スタック１の膜電極接合体は、アノード（燃料極）およびカソード（酸化剤極）で挟持されたイオン伝導膜（例えば炭化フッ素系、炭化水素系等の固体高分子型、または、無機材料系の電解質膜）を有しており、シート型でも良いしチューブ型でも良い。

本実施形態によれば、図１に示すように、主冷却回路２のうちスタック１の冷却通路１０の出口１０ｐから入口１０ｉにかけて、出口温度センサ２１、ヒータ２９、第１熱交換器２２、第１ポンプ２３（第１搬送源）、アノード凝縮器２４、入口温度センサ２０が直列に設けられている。なお、ヒータ２９は、スタック１の起動時等のように主冷却回路２を流れる冷却液の温度が過剰に低いときに、冷却液を暖めるものである。スタック１の定常運転時には、基本的には、ヒータ２９はオフとされている。

第１ポンプ２３が作動すると、主冷却回路２の冷却水は、アノード凝縮器２４で受熱し、入口温度センサ２０を経て、スタック１の入口１０ｉから冷却通路１０に流れ、スタック１から受熱し、冷却通路１０を経て出口１０ｐから吐出され、更に温度センサ２１、ヒータ２９、第１熱交換器２２を順に流れる。このため、スタック１が発電するときに発生した熱は、主冷却回路２の冷却水に回収される。更に、改質装置７０で発生したアノードガスの熱はアノード凝縮器２４を経て主冷却回路２の冷却水に回収される。なお、主冷却回路２の冷却水は電気伝導度が低い液体が採用されている。

スタック１の燃料極であるアノードにアノードガス（例えば水素含有ガス等の燃料）を供給するアノードガス供給系７について説明する。アノードガス供給系７は、改質部７０ａと改質部７０ａを改質反応に適するように加熱するバーナ７１とをもつ改質装置７０と、バーナ７１に燃焼用空気を供給する空気ポンプ７２（燃焼用空気搬送源）と、改質部７０ａおよびバーナ７１に燃料（天然ガス等の炭化水素系ガス）を供給する燃料ポンプ７３（燃料搬送源）と、改質装置７０の出口７０ｐとスタック１のアノード入口とをアノード凝縮器２４およびアノード入口バルブ７５を経て繋ぐアノードガス通路７６（燃料通路）とを有する。

ここで、改質装置７０で生成された水素を主要成分とするアノードガスは、アノードガス通路７６を介してスタック１のアノード（燃料極）に供給される。改質装置７０の出口側にはＣＯ低減部７７が設けられている。ＣＯ低減部７７は、改質装置７０で生成されたアノードガスに含まれているＣＯの濃度を式（１）のシフト反応により低減させるシフト反応を促進させる触媒を有するＣＯシフト部７８と、ＣＯシフト部７８を経たアノードガス含まれているＣＯを式（２）により酸化させてＣＯの濃度をさらに低減させる酸化反応を促進させる触媒を有するＣＯ酸化部７９とで形成されている。ＣＯは、スタック１の触媒の性能に影響を与えるので、好ましくない。
式（１）…ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２（発熱反応）
式（２）…ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２（発熱反応）
スタック１の酸化剤極であるカソードにカソードガス（例えば空気等の酸素含有ガス等の酸化剤ガス）を供給するカソードガス供給系８について説明する。カソードガス供給系８は、スタック１のカソードの入口に繋がるカソードガス通路８０（酸化剤通路）と、カソードガス通路８０に設けられたポンプ８１（カソードガス搬送源）、加湿器８２とを有する。加湿器８２は、加湿路８２ａと、吸湿路８２ｂと、加湿路８２ａおよび吸湿路８２ｂを仕切る水分保持部材８２ｃとを有する。ポンプ８１が作動すると、空気であるカソードガスは加湿器８２の加湿路８２ａで加湿された後、スタック１のカソード（酸化剤極）に供給される。

図１に示すように、スタック１のカソードの入口側を開閉するためのカソード入口バルブ８５（カソード用の入口開閉部）が、カソードガス通路８０に設けられている。スタック１のカソードの出口側を開閉するためのカソード出口バルブ８７（カソード用の出口開閉部）が、カソードオフガス通路９６に設けられている。

アノードオフガス排出系９０について説明する。オフガスとは、スタック１において発電反応を経たガスという意味である。図１に示すように、アノードオフガス排出系９０は、スタック１のアノードのアノード出口とバーナ７１とを繋ぐアノードオフガス通路９１と、アノードオフガス通路９１に設けられたアノード出口バルブ９２と、アノードオフガス通路９１に設けられたアノードオフガス凝縮器９３とを有する。ここで、スタック１のアノード出口から排出されたアノードオフガスは可燃成分を含むため、アノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させた後、バーナ７１に供給され、燃焼される。

カソードオフガス排出系９５について説明する。図１に示すように、カソードガス排出系９５は、スタック１のカソード出口から排出されたカソードオフガスを加湿器８２の吸湿路８２ｂを経て流すカソードオフガス通路９６と、カソードオフガス通路９６に設けられたカソードオフガス凝縮器９７とを有する。ここで、スタック１のカソード出口から排出されたカソードオフガスは、加湿器８２の吸湿路８２ｂおよびカソードオフガス凝縮器９７で水分を更に低下させ、排気される。

図１に示すように、排熱回収系１２０は、第２ポンプ１２２（水搬送源）、アノードオフガス凝縮器９３、カソードオフガス凝縮器９７、燃焼排気熱交換器１２５、第２熱交換器１２７を経て循環する循環回路１２８を有する。第２ポンプ１２２が作動すると、循環回路１２８を冷却水（冷媒）が循環し、アノードオフガス凝縮器９３、カソードオフガス凝縮器９７、燃焼排気熱交換器１２５の熱が回収される。これにより循環回路１２８を流れる冷却水が加熱される。

貯湯系１３０について説明する。図１に示すように、貯湯系１３０は、温水を貯留する貯湯槽１３１と、貯湯槽１３１の吐出口１３１ｐと貯湯槽１３１の吸入口１３１ｉとを繋ぐ貯湯回路１３２と、貯湯回路１３２に順に配置された第３ポンプ１３３（水搬送源）、第２熱交換器１２７、第１熱交換器２２と、貯湯槽１３１の温水を温水消費部に向けて吐出させる給湯通路１３１ｍと、給湯通路１３１ｍから温水が給湯に使用されたときにおいて図略の弁の開放により新水（水道水）を貯湯槽１３１に自動的に補給する補給通路１３５（水道管等）とを有する。

第３ポンプ１３３が作動すると、貯湯回路１３２を流れる水が第２熱交換器１２７および第１熱交換器２２を経て加熱され、貯湯槽１３１に戻る。すなわち、排熱回収系１２０で回収された熱は、第２熱交換器１２７により貯湯回路１３２の温水として回収される。主冷却回路２で回収された熱は第１熱交換器２２により貯湯回路１３２の温水として回収される。制御部５は、温度信号などの信号を受ける入力処理回路と、ＣＰＵと、メモリと、出力処理回路とを有しており、ポンプ２３、１２２、１３３、８１、７２、７３、７４、バルブ７５、９２、８５、８７、ヒータ２９をそれぞれ制御する制御信号を出力する。

さて要部について説明する。図１に示すように、スタック１の発電反応に伴い発生した凝縮水を貯留させる凝縮水タンク３０が筐体６の下部に設けられている。凝縮水タンク３０は、アノードオフガス凝縮器９３，カソードオフガス凝縮器９７，凝縮器２４，燃焼排気熱交換器１２５に対して重力方向下方に配置されている。凝縮水タンク３０（以下、タンク３０ともいう）は、筐体６の底部側に設けられており、これらの凝縮器９３，９７，２４，燃焼排気熱交換器１２５で生成された凝縮水を受け止めて回収させる。タンク３０は、これらの凝縮水を貯留させる。タンク３０の下流には、タンク３０に貯留された余剰の水を筐体６の外部に排出させるドレイン部３２が設けられている。ドレイン部３２は、タンク３０の下流に設けられタンク３０の出水口３０ｐから溢れた水を導出させる導出管３２ａと、導出管３２ａの先端に設けられた集合部３２ｂと、集合部３２ｂから延設されたドレインホース等で形成され且つ大気に開放されているドレイン管３２ｃとを有する。ドレイン管３２ｃの一部は、筐体６の外部に位置しており、凍結され易くなっている。集合部３２ｂおよびドレイン管３２ｃは、タンク３０の出水口３０ｐに対して重力方向の下方に位置する。よって、集合部３２ｂの水がタンク３０の出水口３０ｐへ逆流することが抑制されている。システムにおいて生成される凝縮水の流量と改質水の流量とを比較すると、単位時間あたり凝縮水の流量は、改質水の流量よりも多い。このため、タンク３０に貯留されている余剰の凝縮水は、出水口３０ｐ、導出管３２ａ、集合部３２ｂ、ドレイン管３２ｃを介してドレイン水として外部に排出される。このためドレイン部３２の排水性が確保されることが要請される。

タンク３０と改質装置７０とを繋ぐ改質水供給系４が設けられている。改質水供給系４は、タンク３０と改質装置７０とを繋ぐ改質水供給通路４０と、改質水供給通路４０に設けられた水ポンプ４１および水精製器４２とを有する。水精製器４２はイオン交換樹脂等の水精製材を有しており、凝縮水を精製させて純水度を高める。このように改質装置７０で使用される改質水は、高い純水度を有する。改質水に含まれる不純物濃度が高いと、改質装置７０，その配管、ひいてはスタック１の電解質膜を劣化させ易い。水精製器４２には凍結防止用の第１ヒータ４３ｆが設けられている。タンク３０には凍結防止用の第２ヒータ４３ｓが設けられている。

図１に示すように、貯湯系１３０の貯湯回路１３２とタンク３０のドレイン部３２の集合部３２ｂとを繋ぐ温水通路５０が、貯湯回路１３２の分岐部１３２ｍから分岐した状態で設けられている。温水通路５０、ドレイン部３２の集合部３２ｂは、水圧が作用するように、貯湯槽１３１の水位の下方に配置されている。分岐部１３２ｍは、排熱回収系１２０で回収された熱で水を加熱される熱交換器１２７と，スタック１，凝縮器２４で回収された熱で水を加熱させる熱交換器２２の下流に位置しており、熱交換１２７および熱交換機２２で加熱された温水を温水通路５０を介してドレイン部３２に供給させる。このため、できるだけ高温の温水をドレイン部３２に供給させることができる。

温水通路５０には、温水通路５０を開閉させる温水バルブ５２が設けられている。温水バルブ５２の入口ポート５２ｉは温水通路５０に繋がり、出口ポート５２ｐはドレイン部３２の集合部３２ｂに繋がる。場合によっては、温水バルブ５２は三方弁とすることもできる。貯湯回路１３２の温水の温度Ｔ４を検知する温水温度センサ６７が設けられている。温水温度センサ６７は、熱交換器１２７，２２の下流であり且つ分岐部１３２ｍの上流に位置しており、熱交換器１２７，２２で加熱され且つ温水通路５０に流れる直前の温水の温度を検知する。このため温水温度センサ６７は、ドレイン部３２に流れる直前の温水温度を検知するのに有利である。

本実施形態によれば、寒冷地または冬季等において、ドレイン部３２が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部３２が凍結しているとき、制御部５は温水バルブ５２を開放させる。これにより、貯湯系１３０の貯湯回路１３２の温水を、タンク３０に供給させることなく、温水通路５０を介してドレイン部３２の集合部３２ｂに供給する。この場合、温水を連続的に供給させても良いし、間欠的に供給させても良い。ドレイン部３２のうち集合部３２ｂ以外の部位に供給させても良い。これにより、タンク３０のドレイン部３２の温度が上昇し、ドレイン部３２の凍結が抑えられる。温水はドレイン部３２から外部に排出される。出水口３０ｐの高さ位置はドレイン部３２よりも高いため、ドレイン部３２に供給された温水（水道水等）がタンク３０に逆流することが抑えられている。

ここで、温水バルブ５２が開放すれば、ポンプ１３３が駆動していなくても、貯湯回路１３２の水圧、貯湯槽１３に溜められている温水の水位による水圧、補給通路１３５の水道圧などに基づいて、貯湯回路１３２の温水はドレイン部３２に向けて流れる。もちろん、ポンプ１３３が駆動していれば、より積極的に温水をドレイン部３２に供給できる。

本実施形態によれば、貯湯系１３０の貯湯回路１３２の温水は、タンク３０のドレイン部３２の集合部３２ｂ（タンク３０よりも、下流に位置する共に重量方向の下方に位置する）に供給され、ドレイン部３２の凍結を抑える。この場合、貯湯回路１３２の温水は、貯湯槽１３１に貯留されている水であり、補給通路１３５により貯湯槽１３１に供給された水道水等を加熱させた温水であり、殺菌用の塩素イオン、鉄イオン、シリコン化合物などのイオンをかなりの濃度で含み、不純物を含まない純水とは相違する。

貯湯回路１３２の温水は、高い清浄度が要請されるタンク３０自体に供給されるものではなく、タンク３０の出水口３０ｐよりも下流で且つ高さ位置が低い集合部３２ｂに供給される。従って、温水がタンク３０に逆流せず、タンク３０に貯留されている凝縮水の清浄度が良好に確保される。よって、タンク３０に貯留されている凝縮水が改質装置７０に改質水として使用されるときであっても、水の純度を低下させるイオンがイオン交換器４２に供給されることが抑制される。この場合、イオン交換器４２が想定外の短期間に寿命が低下することを抑制し、スタック１に組み付けられている燃料電池の電解質膜、改質装置７０、改質装置７０の配管等がイオンに基づいて汚れることが回避され、これらの長寿命化に貢献できる。

（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。前記したように、カソードガスとなる外気の温度を検知する第１温度センサ６３が筐体６の外気取入口６２に設けられている。制御部５は、第１温度センサ６３で検知される温度が第１閾値Ｔｆよりも低いとき、ドレイン部３２が凍結するおそれがあるため、温水バルブ５２を開放させる。これにより、貯湯系１３０の貯湯回路１３２の温水がタンク３０の集合部３２ｂに供給され、集合部３２ｂの温度が上昇し、ひいては導出部３２ａおよびドレイン管３２ｃが昇温し、ドレイン部３２の凍結が抑えられる。なお、ポンプ１３３の駆動の有無にかかわらず、温水バルブ５２を開放させれば、貯湯槽１３１に繋がる貯湯回路１３２および温水通路５０の温水はドレイン部３２に供給される。

図２は制御部５が実行するフローチャートの一例を示す。図２に示すように、メインルーチンが実行されているとき、一定間隔で割り込みルーチンが凍結解除ルーチンとして実行される。割り込みルーチンにおいて、制御部５は、第１温度センサ６３で検知されたカソードガスの温度Ｔ３が第１閾値Ｔｆ（例えば４℃）未満か否か判定する（ステップＳ１０２）。カソードガス（外気）の温度Ｔ３が第１閾値Ｔｆ（例えば４℃）未満であれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、ドレイン部３２が近い将来において凍結するおそれがあるか、凍結している。

そこで、制御部５は、温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ（例えば６０℃）よりも高温か否かを判定する（ステップＳ１０４）。ドレイン部３２の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ（例えば６０℃）よりも高温であれば（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、制御部５は、温水バルブ５２を所定時間Ｔｙ開放させる（ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。所定時間Ｔｙ経過したら、温水バルブ５２を閉鎖させて温水を停止させる（ステップＳ１１０）。所定時間Ｔｙは、システムの設置環境、季節等に応じて適宜選択でき例えば２０秒〜１０分間の範囲内にできる。

本実施形態においても、貯湯系１３０の温水はタンク３０のドレイン部３２に供給されてドレイン部３２の凍結を抑えるものの、温水がタンク３０自体に直接供給されるものではない。従って、タンク３０に貯留されている凝縮水（改質水）の清浄度が良好に確保される。従って、タンク３０のタンク３０に貯留されている凝縮水が改質装置７０において改質水として使用されるときであっても、水の純度を低下させる塩素イオン、鉄イオン、シリコン化合物のイオンがイオン交換器４２に供給されることが抑制される。この場合、イオン交換器４２が想定外の短期間に寿命が低下することが抑制され、スタック１に組み付けられている改質装置７０の長寿命化に貢献できる。ひいては、改質装置７０で形成されたアノードガスが供給される燃料電池の電解質膜等の長寿命化に貢献できる。

（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。本実施形態は、実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図３に示すように、外気で形成されるカソードガスの温度Ｔ３を検知する第１温度センサ６３が筐体６の外気取入口６２に設けられている。ドレイン部３２の温度Ｔ５を検知するドレイン温度センサ６５がドレイン部３２に設けられている。ドレイン温度センサ６５はドレイン管３２ｃの温度を検知しているが、集合部３２ｂまたは導出管３２ａの温度を検知することにしても良い。更に、貯湯回路１３２を流れる温水の温度Ｔ４を検知する温水温度センサ６７が設けられている。

制御部５は、ドレイン温度センサ６５で検知されるドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓよりも低いとき、且つ、温水温度センサ６７で検知される温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔよりも高いとき、温水バルブ５２を開放させる。環境温度がドレイン部３２を凍結させるほどの低温であれば、温水温度も低下しているおそれがある。しかし温水が第３閾値Ｔｔよりも高温であるため、充分な解凍能力を有する。そこで、貯湯系１３０の貯湯回路１３２の温水が温水通路５０を介してタンク３０のドレイン部３２の集合部３２ｂに供給される。ひいては、ドレイン部３２の集合部３２が昇温する。更には伝熱等によりドレイン管３２ｃ、導出管３２ａ昇温し、ドレイン部３２の凍結が抑えられる。この場合、温水温度センサ６７で検知される温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔよりも高いときには、制御部５は、温水バルブ５２を開放させて温水をドレイン部３２に供給するものの、温水温度センサ６７で検知される温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ以下であるときには、温水の凍結解除力が低いため、制御部５は温水バルブ５２を閉鎖させて温水をドレイン部３２に供給しない。このため貯湯槽１３１の水が冷水である等の理由により、温水通路５０の水の凍結解除力が充分でないときには、水はドレイン部３２に供給されない。従って、ドレイン部３２の過剰凍結が抑制される利点が得られる。

図４は制御部５が実行するフローチャートの一例を示す。図４に示すように、メインルーチンが実行されているとき、一定間隔で割り込みルーチンが実行される。割り込みルーチンにおいて、制御部５は、ドレイン温度センサ６５で検知されたドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ（例えば０℃）未満か否か判定する（ステップＳ３０２）。ドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ（例えば０℃）未満であれば（ステップＳ３０２のＹＥＳ）、ドレイン部３２が凍結するおそれがあるか、凍結している。

そこで、制御部５は、温水温度センサ６７で検知される貯湯系１３０の温水通路５０の温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ（例えば６０℃）を越える高温であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ（例えば６０℃）を越える高温であれば（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、温水は高い凍結解除力を有する。

このため、制御部５は、温水バルブ５２を開放させ、温水をドレイン部３２に供給させ（ステップＳ３０６）、且つ、温水供給時間をタイムカウントさせる（ステップＳ３０８）。これによりドレイン部３２が温水により次第に暖められる。ドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ2（例えば１０℃）よりも高温になれば（ステップＳ３１０のＹＥＳ）、ドレイン部３２は解凍されている。このため制御部５は温水バルブ５２を閉鎖させて（ステップＳ３１２）、温水の供給を停止させると共に温水供給時間Ｔｍのタイムカウントを停止させ、メインルーチンに戻る。

ドレイン部３２への温水供給時間Ｔｍが所定時間（例えば１分間）以上であっても、ドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ2（例えば１０℃）以下であれば（ステップＳ３１４のＮＯ）、ドレイン部３２の温度Ｔ５が充分ではなく、ドレイン部３２は解凍不十分であると推定される。そこで、制御部５は、温水バルブ５２を閉鎖してドレイン部３２への温水の供給をいったん停止させる（ステップＳ３１６）と共に、温水供給時間Ｔｍのタイムカウントを停止させる（ステップＳ３１８）。ドレイン部３２における過剰凍結を抑えるためである。

その後、制御部５は、水ポンプ４１（改質水搬送源）の単位時間あたり回転数（駆動量）を増加させることにより、タンク３０の水を精製器４２を経て改質装置７０に供給する改質水の単位時間あたり水量を、システムの許容範囲内において、所定時間Ｔｘの間、増加させる改質水増量操作を実行させる（ステップＳ３２０，Ｓ３２２）。この結果、タンク３０に貯留されている凝縮水の水位が減少し、タンク３０から導出管３２ａを介してドレイン部３２側に溢れる水の流量が減少し、ドレイン部３２の過剰凍結が抑えられる。ここで、所定時間Ｔｘにおいて、ドレイン部３２に供給された温水からの伝熱によりドレイン部３２が解凍されることが期待される。

ここで、改質水増量操作に併せて次の並行操作を実行しても良い。すなわち、制御部５は、並行操作として、バーナ７１に供給される燃焼用空気の流量を所定時間Ｔｘ、システムの許容範囲内において増加させる。この場合、燃焼排気熱交換機１２５から外部に排出される排気ガスの流量が増加するため、排気ガスが外部に持ち出す水分量が増加する。また、制御部５は、並行操作として、スタック１のカソードに供給されるカソードガスの流量を所定時間Ｔｘ、システムの許容範囲内において増加させる。この場合、カソードオフガス凝縮器９７から外部に排出されるカソードオフガスの流量が増加するため、カソードオフガスが外部に持ち出す水分量が増加する。結果として、上記した並行操作により、システムにおいて凝縮される凝縮水の全体の流量が低下し、ひいては、タンク３０に貯留される凝縮水の水位が低下し、タンク３０からドレイン部３２に排出されるドレイン水の流量が減少し、タンク３０からドレイン部３２に溢れる水の流量が抑えられる。なお、流量は単位時間あたりの流量を意味する。許容範囲とは、システムが定格運転等の発電運転しているとき、発電出力に大きな影響を与えない程度に変動が許容されている範囲をいう。

上記したようにタンク３０の水位を低下させる処理を実行する時間が所定時間Ｔｘ経過したら、制御部５は、温水バルブ５２を再び開放させ（ステップＳ３２４）、貯湯回路１３２の温水をドレイン部３２に供給させる。ドレイン部３２が仮に凍結していたとしても、温水からの伝熱により、ドレイン部３２の解凍されることが期待される。

そして、制御部５は、上記したようにドレイン部３２に温水を供給する温水供給時間Ｔｍ２をタイムカウントする（ステップＳ３２６）。更に、ドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ2（例えば１０℃）を越えて高温であるか否かについて、制御部５は判定する（ステップＳ３２８）、温水により暖められたドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ2（例えば１０℃）よりも高温であれば（ステップＳ３２８のＹＥＳ）、ドレイン部３２は解凍されている。このため、制御部５は、温水バルブ５２を閉鎖させて（ステップＳ３３０）温水の供給を停止させ、且つ、タイムカウントを停止させ、更に、改質水増量処理を停止させ（ステップＳ３３２）、メインルーチンに戻る。燃焼用空気およびカソードガスの流量を増加させる並行操作が並行して実行されている場合には、制御部５は、その流量の増加を解除する。

温水バルブ５２が再び開放した時刻からの温水供給時間Ｔｍ２が所定時間（例えば１分間）経過したとしても、ドレイン部３２の温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ2（例えば１０℃）以下であれば（ステップＳ３４０のＮＯ）、ドレイン部３２は解凍されなかったと推定されるため、制御部５はシステムを停止させる（ステップＳ３４２）と共に、その旨をユーザまたはメンテナンス者に警告させる。ドレイン部３２からの排水が制限されたまま発電運転が継続されると、タンク３０から水が溢れ、システム内の部品に水が進入するおそれがあるためである。

（実施形態４）
図５は実施形態４を示す。本実施形態は、前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。スタック１は固体酸化物型の燃料電池（ＳＯＦＣ）で形成されており、作動温度は電解質の材質にもよるが、例えば４００〜１０００℃の範囲内、５００〜８００℃の範囲内である。図１と図５との比較から理解できるように、改質装置７０が設けられているものの、スタック１を冷却させる主冷却回路、アノードオフガス凝縮器、カソードオフガス凝縮器が廃止されている。更に、ＣＯシフト部７８、ＣＯ酸化部７９も廃止されている。ＣＯもアノードガスとなりうるためである。

図５に示すように、タンク３０と改質装置７０とを繋ぐ改質水供給系４が設けられている。改質水供給系４は、タンク３０と改質装置７０とを繋ぐ改質水供給通路４０と、改質水供給通路４０に設けられた水ポンプ４１および水精製器４２とを有する。水精製器４２はイオン交換樹脂等の水精製材を有しており、凝縮水を精製させて純水度を高める。水精製器４２には凍結防止用の第１ヒータ４３ｆが設けられている。タンク３０には凍結防止用の第２ヒータ４３ｓが設けられている。凍結するおそれがあるときには、ヒータ４３ｆ，４３ｓは発熱する。

スタック１のアノードから排出された発電反応後のアノードオフガスは、通路１３により改質装置７０のバーナ７１に供給される。スタック１のカソードから排出された発電反応後のカソードオフガス（オフエア）は、通路１４によりバーナ７１に供給される。アノードオフガスはカソードオフガスで再燃焼された後、排気ガスとして、通路１５を介して燃焼排気熱交換器１２５を経て外部に排出される。

図５に示すように、貯湯系１３０は、温水を貯留する貯湯槽１３１と、貯湯槽１３１の吐出口１３１ｐと貯湯槽１３１の吸入口１３１ｉとを繋ぐ貯湯回路１３２と、貯湯回路１３２に順に配置された第３ポンプ１３３（水搬送源）、燃焼排気熱交換器１２５とを有する。燃焼排気熱交換器１２５から導出された排気ガスを外部に排出させる通路から分岐する凝縮水通路１２５ｋにより凝縮水を凝縮水タンク３０に流す。貯湯回路１３２には、これを流れる温水の温度Ｔ４を検知する温水温度センサ６７が設けられている。第３ポンプ１３３が作動すると、貯湯回路１３２を流れる水は、燃焼排気熱交換器１２５を流れ、更に、バーナ７１からの高温の排気ガスと熱交換するため、加熱されて温水となり、貯湯槽１３１に帰還する。このため排気ガスの熱は、温水として貯湯槽１３１に回収される。

図５に示すように、貯湯系１３０の貯湯回路１３２とタンク３０のドレイン部３２とを繋ぐ温水通路５０が、貯湯回路１３２の分岐部１３２ｍから分岐した状態で設けられている。分岐部１３２ｍは、貯湯回路１３２において、高温の排気ガスの熱を回収した熱交換器１２５よりも下流に位置しており、熱交換１２５で加熱された温水を温水通路５０を介してドレイン部３２に供給させる。このため、できるだけ高温の温水をドレイン部３２に供給させることができる。

温水通路５０には、温水通路５０を開閉させる温水バルブ５２が設けられている。温水バルブ５２の入口ポート５２ｉは温水通路５０に繋がり、出口ポート５２ｐはドレイン部３２の集合部３２ｂに繋がる。貯湯回路１３２において。これを流れる温水の温度Ｔ４を検知する温水温度センサ６７が設けられている。温水温度センサ６７は、熱交換器１２５の下流であり且つ分岐部１３２ｍの上流に位置しており、熱交換器１２５で加熱され且つ温水通路５０に流れる直前の温水の温度を検知する。

温水通路５０には、温水通路５０を開閉させる温水バルブ５２が設けられている。温水バルブ５２の入口ポート５２ｉは温水通路５０に繋がり、出口ポート５２ｐはドレイン部３２の集合部３２ｂに繋がる。ドレイン部３２の温度を検知するドレイン温度センサ６５が設けられている。ドレイン温度センサ６５は、例えばドレイン管３２ｃの表面またはドレイン管３２ｃの内部の温度を検知することができる。

本実施形態によれば、寒冷地または冬季等において、ドレイン部３２が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部３２が凍結しているとき、制御部５は、温水バルブ５２を開放させ、貯湯回路１３２の温水を温水通路５０に供給し、ひいてはドレイン部３２に供給する。これにより、タンク３０のの集合部３２ｂおよびドレイン管３２ｃの温度が上昇し、ひいてはドレイン部３２の凍結が抑えられる。この場合、ポンプ１３３（温水搬送源）を搬送作動させることが好ましいが、貯湯回路１３２の温水を重力でドレイン部３２に供給させても良い。

ここで、ドレイン温度センサ６５で検知されるドレイン管３２ｃの温度Ｔ５が第２閾値Ｔｓ（例えば０℃）よりも低いとき、且つ、温水温度センサ６７で検知される温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ３（例えば３０℃）よりも高いとき、制御部５は温水バルブ５２を開放させ、温水をドレイン管３２ｃに送る。これにより、貯湯系１３０の貯湯回路１３２の温水が温水通路５０を介してドレイン部３２のドレイン管３２ｃに供給される。この結果、ドレイン管３２ｃの温度が上昇し、伝熱により集合部３２ｂおよび導出管３２ａの凍結が抑えられる。

この場合、温水温度センサ６７で検知される温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ３（例えば３０℃）よりも高いときには、温水バルブ５２を開放させて温水をドレイン部３２に供給するものの、温水温度センサ６７で検知される温水の温度Ｔ４が第３閾値Ｔｔ３（例えば３０℃）よりも低いときには、温水は解凍能力を有していないため、温水バルブ５２を閉鎖させて温水をドレイン部３２に供給させない。このように貯湯槽１３１の水が冷水であり、温水通路５０の水が冷たいときには、ドレイン部３２に供給されない。従って、ドレイン部３２の集合部３２ｂおよび／またはドレイン管３２ｃの過剰凍結が抑制される。なお、本実施形態においても、給湯通路１３１ｍの温水を重力または図略のポンプによりドレイン部３２に供給させても良い。

（実施形態５）
本実施形態は、図１に示す実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。貯湯槽１３１の上部から温水消費部に向けて導出されている給湯通路１３１ｍが設けられている。ドレイン部３２が凍結しているとき、凍結するおそれがあるとき、給湯通路１３１ｍの温水自体をドレイン部３２に供給することにしてもよい。この場合、給湯通路１３１ｍに設けられている三方弁等の弁が作動して、貯湯槽１３１の上部の溜められている暖かい温水自体がドレイン部３２の集合部３２ｂおよび／またはドレイン管３２ｃに供給される。あるいは、給湯通路１３１ｍを流れる温水の温熱エネルギを図略の熱交換器によりドレイン部３２の集合部３２ｂおよび／またはドレイン管３２ｃに与えても良い。

（実施形態６）
図６は実施形態６を示す。本実施形態は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示すように、ドレイン部３２と熱交換できる熱交換器５００が温水通路５０に設けられている。ドレイン部３２が凍結するおそれがあるとき、または、ドレイン部３２が凍結しているとき、制御部５は温水バルブ５２を開放させる。これにより貯湯系１３０の貯湯回路１３２の温水（熱交換器１２７，２２で加熱された温水）を、温水通路５０を介して熱交換器５００に流し、更に貯湯回路１３２に戻す。熱交換器５００は、ドレイン部３２と熱交換してドレイン部３２の集合部３２ｂに温水の温熱エネルギを与える。このためタンク３０のドレイン部３２の温度が上昇し、ドレイン部３２の凍結が抑えられる。温水をドレイン管３２ｃから廃棄させないため、温水消費量が低減される。熱交換器５００は、ドレイン管３２ｃと熱交換して温水の温熱エネルギをドレイン管３２ｃに与えることにしても良い。このように温水の温熱エネルギを熱交換させてドレイン部３２の凍結を抑える構造を全部の実施形態に適用しても良い。固体酸化物形の燃料電池システムに適用しても良い。

（その他）システム１００は、図１に示すシステムの配置および構造に限定されるものではなく、配置および構造は、必要に応じて適宜変更できるものである。必ずしも加湿器が搭載されていなくても良い。図１に示す凝縮器９３，９７，２４等は必要に応じて設ければ良い。ポンプ８１、空気ポンプ７２は、ファン、ブロア、コンプレッサとしても良い。燃料ポンプ７３は、ファン、ブロア、コンプレッサとしても良い。水ポンプ７４は、ファン、ブロア、コンプレッサとしても良い。改質装置に供給される改質用燃料は、都市ガスやバイオガス等のガスに限定されず、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン等の液体燃料でも良い。バーナに供給される燃焼燃料は、ガスに限定されず、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン等の液体燃料でも、固形燃料でも良い。

本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。本明細書の記載から次の技術的思想が把握される。

［付記項１］アノード流体およびカソード流体により発電運転を行う燃料電池と、燃料電池の発電運転に伴い発生した凝縮水を貯留させるタンクとタンク内の余剰の水を外部に排出させるドレイン部とを有する凝縮水タンクと、燃料電池の発電運転に伴い発生した熱により加熱された温水を貯留させる貯湯槽を有する貯湯系と、貯湯系とドレイン部とを繋ぎ、かつ、貯湯系の温水の温熱エネルギをドレイン部に供給可能な温水通路と、温水通路を開閉可能な温水バルブとを具備する燃料電池システム。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、可搬用の燃料電池システムに適用できる。

図中、１はスタック（燃料電池）、１０は冷却通路、２は主冷却回路、３０は凝縮水タンク、３２はドレイン部、３２ａは導出管、３２ｂは集合部、３２ｃはドレイン管、４は改質水供給系、４１は水ポンプ、４２は水精製器、５は制御部、５０は温水通路、５２は温水バルブ、６は筐体、６０は収容室、６２は外気取入口、６３は第１温度センサ、６５はドレイン温度センサ、６７は温水温度センサ、７はアノードガス供給系、７０は改質装置、７０ａは改質部、７１はバーナ、７６はアノードガス通路、７７はＣＯ低減部、７８はＣＯシフト部、７８はＣＯ酸化部、８０はカソードガス通路、８１はポンプ（カソードガス搬送源）、８２は加湿器、８５はカソード入口バルブ（入口開閉部）、８７はカソード出口バルブ、９１はアノードオフガス通路、９６はカソードオフガス通路、７５はアノード入口バルブ、９２はアノード出口バルブ、１３０は貯湯系、１３１は貯湯槽、１３２は貯湯回路、１３３は第３ポンプを示す。

Claims

アノード流体およびカソード流体により発電運転を行う燃料電池と、前記燃料電池のアノードに供給されるアノード流体を燃料原料から改質反応により生成させる改質部と、前記燃料電池の発電運転に伴い発生した凝縮水を貯留させる凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクの下流に設けられ前記凝縮水タンク内の余剰の水を外部に排出させるドレイン部と、前記燃料電池の発電運転に伴い発生した熱により加熱された温水を貯留させる貯湯槽を有する貯湯系と、前記貯湯系と前記ドレイン部とを繋ぎかつ前記貯湯系の温水を前記ドレイン部に供給可能な温水通路と、前記温水通路を開閉可能な温水バルブと、前記ドレイン部が凍結するおそれがあるとき、または、前記ドレイン部が凍結しているとき、前記温水バルブを開放させて前記貯湯系の温水の温熱エネルギを前記温水通路を介して前記ドレイン部に供給することにより、前記凝縮水タンクの前記ドレイン部の凍結を抑え、さらに、前記凝縮水タンクに貯留されている前記凝縮水を改質水として前記改質部に供給させる水量を増加させ、前記凝縮水タンクに貯留されている貯水量を低下させる制御部とを具備する燃料電池システム。
アノード流体およびカソード流体により発電運転を行う燃料電池と、前記燃料電池のアノードに供給されるアノード流体を燃料原料から改質反応により生成させる改質部と、前記改質部を改質反応に適するように前記改質部を加熱させるバーナと、前記燃料電池の発電運転に伴い発生した凝縮水を貯留させる凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクの下流に設けられ前記凝縮水タンク内の余剰の水を外部に排出させるドレイン部と、前記燃料電池の発電運転に伴い発生した熱により加熱された温水を貯留させる貯湯槽を有する貯湯系と、前記貯湯系と前記ドレイン部とを繋ぎかつ前記貯湯系の温水を前記ドレイン部に供給可能な温水通路と、前記温水通路を開閉可能な温水バルブと、前記ドレイン部が凍結するおそれがあるとき、または、前記ドレイン部が凍結しているとき、前記温水バルブを開放させて前記貯湯系の温水の温熱エネルギを前記温水通路を介して前記ドレイン部に供給することにより、前記凝縮水タンクの前記ドレイン部の凍結を抑え、さらに、前記バーナで燃焼される燃焼用空気の流量、および／または、前記燃料電池のカソードに供給されるカソードガスの流量を増加させる制御部とを具備する燃料電池システム。
前記燃料電池に供給される前のカソードガスまたは外気の温度を検知する第１温度センサと、前記ドレイン部の温度を検知するドレイン温度センサとのいずれかが設けられており、
前記制御部は、前記第１温度センサで検知されるカソードガスまたは外気の温度が第１閾値よりも低いとき、または、前記ドレイン温度センサで検知される前記ドレイン部の温度が第２閾値よりも低いときという条件が満たされるとき、前記温水バルブを開放させる請求項１または２に記載の燃料電池システム。
前記燃料電池に供給される前のカソードガスまたは外気の温度を検知する第１温度センサと、前記ドレイン部の温度を検知するドレイン温度センサとのいずれかが設けられており、更に、前記貯湯系の温水の温度を検知する温水温度センサが設けられており、
前記制御部は、前記第１温度センサで検知されるカソードガスまたは外気の温度が第１閾値よりも低いとき、または、前記ドレイン温度センサで検知される前記ドレイン部の温度が第２閾値よりも低いときという条件が満たされ、且つ、前記温水温度センサで検知される温水の温度が第３閾値よりも高いという条件が満たされるとき、前記温水バルブを開放させる請求項１または２に記載の燃料電池システム。