JP2010257737A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】細菌の繁殖を抑制させるのに有利な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとを有する燃料電池１０と、燃料原料を改質させてアノード流体を形成する純度が高い水を貯留させるための容器２５とを具備する。容器２５内の水２６に銀を溶出させる銀要素４と、容器２５内の水２６を加熱させる加熱要素３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムに関する。

燃料電池システムでは、燃料電池で生成された水や、燃焼によって生成した水を集めて精製し、水蒸気改質に必要な純水として利用している。しかし純水は、塩素殺菌されている水道水と異なり、殺菌作用を有していないため、細菌が繁殖しやすく、ポンプのフィルタなどを閉塞させてしまうおそれがある。

特許文献１では、システム停止中に水が滞留して最近が繁殖することを防ぐために、システム停止中に純水を循環、ろ過することで細菌の繁殖を抑制している。特許文献２では、純水を貯めるタンクの上流に、水に浸漬されないフィルタを設置し、フィルタで異物を除去すると同時に、フィルタにおける細菌繁殖および目詰まりを抑制している。特許文献３では、タンクの温度や水の使用量、時間に応じて、触媒に無害な抗菌抗カビ剤を添加することを試みている。特許文献４では、燃料電池スタックを冷却させる冷却水や貯湯槽の温水を利用して、純水を70℃以上に加熱させることで、細菌の繁殖を抑制している。

ＷＯ２００６−０８８０５３ 特開２００４−６６１７９ 特開２００２−３４３３９３ 特開２００２−２７０１９４

上記した技術によれば、細菌の繁殖はある程度抑制できるものの、必ずしも充分ではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、銀を溶出させる銀要素と水を加熱させる加熱要素とを併用することにより、銀イオンの溶出を促進させ、細菌の繁殖を抑制させ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、アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとを有する燃料電池と、純度が高い水を貯留させるための容器とを具備しており、容器内の水に銀を溶出させる銀要素と、容器内の水を加熱させると共に加熱に伴い銀の溶出を促進させる加熱要素とを有する。

銀要素は、純度が高い水を貯留させるための容器内の水に銀を溶出させる。加熱要素は、容器内の水を加熱させる。容器内の水の温度が高い方が、銀イオンの溶出量が高くなり、容器内の水において細菌の繁殖を抑制させる効果が高くなる。容器は、燃料電池システムで使用される純度が高い水を貯留させるためのものであればよく、改質用の水を溜めるタンクであっても良いし、凝縮水を生成させる凝縮器であっても良いし、凝縮器から流下される凝縮水を受け止める水精製器であっても良いし、水の純度を高めるイオン交換樹脂等の水精製材を有する容器であっても良い。

本発明によれば、加熱要素は容器内の水を加熱させることができる。容器内の水の温度が高い方が、銀イオンの溶出量が高くなり、容器内の水において細菌の繁殖を抑制させる効果が高くなる。このため細菌の繁殖に起因するシステムの不具合が抑制される。

実施例１に係り、燃料電池システムを示す図である。 実施例２に係り、燃料電池システムを示す図である。 実施例５に係り、制御部が実行するフローチャートである。 実施例６に係り、燃料電池システムを示す図である。 実施例８に係り、制御部が実行するフローチャートである。 実施例９に係り、燃料電池システムを示す図である。 実施例１０に係り、燃料電池システムを示す図である。 実施例１１に係り、燃料電池システムを示す図である。

燃料電池システムを制御する制御部が設けられていることが好ましい。制御部は、（ｉ）燃料電池システムの発電運転を停止させるための停止処理が実行されているとき、（ｉｉ）燃料電池システムの発電運転が停止されているとき、（ｉｉｉ）燃料電池システムが発電運転しているときのうちの少なくとも一方において、加熱要素により容器内の水を加熱させることができる。殊に（ｉ）および（ｉｉ）が好ましい。その理由としては、容器内の水が流れているときには、細菌が繁殖するおそれが少ないものの、燃料電池システムの発電運転が停止されるときには、容器内の水が滞留し易いため、容器内の水が流れている場合に比較して、細菌が繁殖するおそれが高くなるためである。もちろん、容器内の水が流れているとき、加熱要素により容器内の水を加熱させることにしても良い。

また、燃料電池システムの発電電力が電力負荷の消費電力を上回ることが検知されるとき、制御部は、加熱要素により容器内の水を加熱させることができる。燃料電池システムの発電電力が電力負荷の消費電力を上回るときには、発電電力を商用電源側に給電できることが好ましいが、商用電源側の事情等により発電電力を商用電源側に給電できないことがある。この場合、発電電力が電力負荷の消費電力を上回るぶんの余剰の電力を消費させるためである。

容器に溜められている水の水面よりも低い位置の部位については、水に含まれる銀イオンと加熱により、殺菌作用が得られる。しかし容器に溜められている水の水面よりも高い位置の部位については、殺菌作用が得られにくい。そこで、制御部は、殺菌モード時には、加熱要素が加熱する前よりも容器内の水の水位を高める操作を実施した状態で、加熱要素により容器内の水を加熱させることが好ましい。この場合、容器内の水位が高められており、殺菌作用を発揮する銀イオンと高温水が接触できる面積が増加し、殺菌面積が増加する。殺菌は減菌を含む。

銀要素は、銀の塊状体でもよいし、被膜状でも良い。銀の塊状体であれば、長期にわたり使用できる。被膜状であれば、銀の溶出量の増加、コストの低減に貢献できる。被膜状の中でも、メッキにより形成されたメッキ被膜状が好ましい。メッキ被膜は、いったん溶出された銀粒子が膜状に堆積して形成されているため、塊状体よりもメッキ被膜の方が、銀が溶出し易いと考えられる。銀要素は容器内の水に溶出可能な位置に設けられていれば良い。銀要素は加熱要素と分離されていても良い。あるいは、銀要素は加熱要素に一体的に設けられていても良い。この場合、加熱要素のケースに銀メッキを施してメッキ被膜状の銀要素を設けることが好ましい。文献によれば、Ａｇ^＋＋ｅ⁻＝Ａｇの電極反応の平衡標準電極電位は＋０．７９９ボルト（ｖｓ．ＳＨＥ）であるため、必要に応じて、その電位よりも正の電位を銀要素に印加させて銀要素の銀の酸化反応を促進させ、溶出を促進させる電位印加処理を実施させても良い。容器の水に溶出した銀イオンを回収する回収装置が設けられていることができる。この場合、回収装置は、容器の水に溶出している銀イオンを電気化学的に還元させて金属銀として回収させることができる。

図１は燃料電池システムを示す。燃料電池システムは燃料電池発電ユニット１を有する。燃料電池発電ユニット１のスタックは複数の燃料電池１０で形成されている。燃料電池１０は、アノード流体としてのアノードガスが供給されるアノード１１と、カソード流体としてのカソードガスが供給されるカソード１２と、アノード１１およびカソード１２で挟まれた電解質１３とを有する。燃料電池１０は、固体高分子形の燃料電池でも良いし、固体酸化物形の燃料電池でも良いし、リン酸形の燃料電池でも良いし、溶融炭酸塩形の燃料電池でも良い。

更に燃料電池発電ユニット１は、燃料原料源１６を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる改質器１５と、燃料原料源１６からの燃料原料を改質器１５に供給させる燃料原料通路１７と、システムで生成された凝縮水を生成させる凝縮器１８とを有する。燃料原料としては炭化水素系、アルコール系、石油系が例示される。なお、図示しないものの、改質器１５は、液相状の改質用水を加熱して水蒸気化させる蒸発部と、蒸発部で生成させた水蒸気により燃料原料を改質させる改質触媒を有する改質部と、蒸発部および改質部を加熱させる燃焼部とを有する。

更に、図１に示すように、燃料電池システムは、イオン交換樹脂等の水精製能力をもつ水精製材を有する水精製器として機能する純水器２０と、水道管の水道水を原料水として純水器２０に供給する原料水通路２１と、原料水通路２１に設けられ開弁により純水器２０を介して容器２５に水を供給させる給水バルブ２２と、燃料電池発電ユニット１の凝縮器１８に溜められている凝縮水を純水器２０に供給する凝縮水通路２３と、純水器２０で精製された純水を貯留させる容器２５とを有する。純水器２０の水精製材は、原料水および凝縮水を精製させる。精製された水は純水通路２７を介して容器２５の貯留室２５ｃに溜められる。

容器２５は、容器２５に溜められている水を加熱させる加熱要素としての電気式のヒータ３と、容器２５に溜められている水２６に浸漬された銀要素４とを有する。銀要素４はヒータ３と分離された状態で容器２５内に配置されており、例えば、パンチングプレート等の多孔部材に銀メッキ被膜を成膜させて構成されている。これにより銀の溶出面積および溶出量が高められている。メッキ金属は溶湯を凝固させた凝固体と異なり、粒子が細かく、溶出し易い性質を有する。銀要素４としては塊状体、圧延体を使用しても良い。銀要素４の形状は特に限定されないが、溶出面積を増加させるべく多孔シート形状が好ましいが、無孔のシート形状でも良い。塊状体であれば、溶出面積が低下するものの、長寿命化を期待できる。場合によっては、容器２５の貯留室２５ｃを区画する壁の内面に、銀をメッキさせたメッキ被膜を銀要素としても良い。

ヒータ３は容器２５の底部２５ｂ付近に配設されており、容器２５に溜められている水２６の全体を暖めることができるようにされている。但し、ヒータ３は容器２５の底部２５ｂに限定されず、上部に設けられていても良く、要するに、容器２５内の水２６に浸漬可能であれば良い。なお、容器２５がヒータ３を兼用しても良い。

更に容器２５は、容器２５に溜められている水２６の水面２９の水位を検知する水位センサ５０と、容器２５に溜められている水２６の温度を検知する温度センサ５１と、容器２５に溜められている水に浸漬される異物除去用のフィルタ５２とを有する。フィルタ５２は給水通路６を介して燃料電池発電ユニット１の改質器１５の蒸発部に繋がれている。通水性を有する多孔質のフィルタ５２に対する殺菌性を高めるためには、フィルタ５２の下方にヒータ３が設けられていることが好ましい。この場合、フィルタ５２付近の水温が上昇し、フィルタ５２に対する殺菌性が向上する。

給水通路６には水ポンプ６０（水搬送源）および改質水バルブ６２（給水バルブ）が設けられている。改質水バルブ６２が開放した状態で、水ポンプ６０が作動すると、容器２５に溜められている水２６は、改質用の水として改質器１５の蒸発部に供給され、燃料原料を水蒸気改質させてアノードガス（水素含有ガス）を生成させるのに使用される。水位センサ５０、温度センサ５１、起動スイッチ２００の各信号は、制御部１００に入力される。制御部１００は燃料電池システムの発電運転を制御させると共に、ヒータ３、水ポンプ６０、給水バルブ２２および改質水バルブ６２を制御させる。燃料電池発電ユニット１はパワーコンディショナ−２２０を介して電力負荷２５０を作動させる。商用電源２６０は配電盤２７０を介してパワーコンディショナ−２２０と電気的に接続されている。

発電運転の起動が実行されるときには、起動スイッチ２００が操作される。この場合、ポンプ６０が駆動して、容器２５の水２６を改質用水として改質器１５の蒸発部に供給して水蒸気が生成される。燃料原料源１６から燃料原料が改質器１５に供給され、燃料原料が水蒸気改質され、アノードガス（アノード流体）となる。アノードガスは燃料電池１０のアノード１１に供給される。カソードガスポンプである空気搬送源８０が作動するため、カソードガス通路８１から空気がカソードガスとして燃料電池１０のカソード１２に供給される。これにより燃料電池１０により発電運転が実行される。パワーコンディショナ−２２０を介して電力負荷２５０が作動する。電力負荷２５０に対して燃料電池１０の発電電力が不足するとき、商用電源２６０から配電盤２７０を介してパワーコンディショナ−２２０に給電される。

容器２５に溜められている水については、銀要素４から銀イオンが溶出するため、銀イオンによる殺菌作用が得られる。更に、水２６における細菌の繁殖を抑制効果を促進させたいときには、ヒータ３をオンさせて発熱させ、容器２５内の水を加熱させる。これにより容器２５内の水２６の温度が上昇する。容器２５内の水２６の温度が上昇すると、銀イオンなしであっても、細菌の繁殖に対して抑制効果が得られる。容器２５内の水２６の水温としては適宜設定できるものの、５０℃以上、５５℃以上が好ましい。殊に、６０℃以上、６５℃以上、７０℃以上が好ましい。場合によっては、７５℃以上、８０℃以上としても良い。但し、水温が上昇しすぎると、電気エネルギが増加すると共に容器２５の水２６の蒸発が促進され、容器２５に貯留されている水２６の量が過剰に低下するおそれがある。水温の上限値としては８０℃、９０℃、９５℃、１００℃が例示されるが、これらに限定されるものではない。

また容器２５内の水２６の水温が上昇すると、銀イオンが水２６に溶出する溶出量を増加させることができ、銀イオンによる殺菌作用を高めることができる。このように本実施例によれば、銀イオンによる殺菌作用と水温上昇による殺菌作用とを組み合わせて、容器２５に貯留されている水における細菌の繁殖を効果的に抑制させることができる。

ヒータ３のオンは、燃料電池システムの起動運転中に実行しても良いし、あるいは、発電運転中において実行しても良いし、あるいは、発電運転を停止させる停止運転中に実行させても良い。更に、ヒータ３のオンは、当該システムの停止運転が終了した後に実行させても良いし、当該システムの不使用時間中または不使用期間中に実行させても良い。

ヒータ３の発熱時間としては特に限定されるものではなく、ヒータ３への通電量、ヒータ３の発熱温度、容器２５内の水２６の蒸発量、細菌の繁殖の程度、ヒータ３の前回のオンからの経過時間などの要因を考慮して設定することができ、１回の通電にあたり、例えば５秒〜６０分間の範囲内、１０秒〜３０分間の範囲内において適宜選択できる。但しこれらに限定されるものではない。

本実施例によれば、容器２５に対する殺菌効果を高めるためには、ヒータ３を発熱させるとき、容器２５内の水面２９の水位を高めることが好ましい。例えば、水面２９の水位がフィルタ５２の上端５２ｕよりも低いときには、フィルタ５２の上端５２ｕが容器２５内の水２６に浸漬されるように、フィルタ５２の全体が容器２５内の水２６に浸漬されていることが好ましい。フィルタ５２のうち容器２５内の水２６の水面２９よりも上方の部位に存在する細菌を殺菌させるためである。このため、ヒータ３を発熱させて容器２５内の水２６に対して殺菌させるとき、制御部１００は、フィルタ５２の上端５２ｕが容器２５内の水２６に浸漬されていないときには、給水バルブ２２を開放させて原料水を純水器２０を介して容器２５に補給させ、容器２５における水２６の水位を高めることが好ましい。この場合、原料水が純水器２０で生成されて純水化された後、容器２５に供給されるため、容器２５内の水２６の純度が維持され、改質器１５および燃料電池１０に影響を与えることが抑制される。なお、冬季や寒冷地などでは、ヒータ３をオンさせれば、容器２５内の水２６の凍結を防止することもできる。従ってヒータ３は殺菌機能と凍結防止機能とを併有する。

凝縮器１８において銀イオンを溶出させることも考えられる。しかしこの場合には、凝縮器１８の凝縮水に銀イオンが溶出したとしても、その銀イオンは純水器２０の精製材により吸着されてしまうおそれがある。この点本実施例によれば、凝縮器１８および純水器２０の下流に設けられている容器２５内の水２６に銀イオンを溶出させることにしているため、細菌繁殖を抑制させる銀イオンが純水器２０の精製材により吸着されてしまうことが解消される。但し、場合によっては、凝縮器１８内の水に銀イオンを溶出させることにしても良い。なお、図１に示すように、容器２５内においてヒータ３と銀要素４とが離れていれば、銀要素４が適度な温度となり、銀要素４から銀が水２６内に過剰に溶出することが抑制される。

図２は実施例２を示す。本実施例は上記実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。銀要素４は加熱要素としてのヒータ３に一体的に設けられている。この場合、ヒータ３の筐体を形成するケース３０の外表面に、銀メッキを施してメッキ被膜状の銀要素４が設けられている。ヒータ３が通電されて発熱すれば、ヒータ３のケース３０が直に昇温される。このため、ヒータ３のケースの外表面に銀メッキで成膜されているメッキ被膜状の銀要素４それ自体が直に加熱される。よって、銀要素４から水２６への銀イオンの溶出が一層促進される。

殊に、ヒータ３の真上にフィルタ５２が配置されているため、フィルタ５２付近の水温が上昇し、フィルタ５２付近において銀イオンの濃度が高くなり、多孔性を有するため細菌が繁殖しやすいフィルタ５２において、細菌の繁殖防止に有効である。

なお、実施例１と同様に、ヒータ３のオンは、燃料電池システムの起動運転中に実行しても良いし、あるいは、発電運転中において実行しても良い。あるいは、発電運転を停止させる停止運転中に実行させても良い。更に、ヒータ３のオンは、当該システムの停止運転が終了した後に実行させても良い。

本実施例は上記実施例１，２と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。銀要素４は網状部材とされている。この場合、銀の表出面積が増加するため、溶出量を高めることができる。

本実施例は上記実施例１，２と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。銀要素４は、フィルタ５２の網目よりも大きいサイズを有する粒子状とされている。この場合、銀の表出面積が増加するため、溶出量を高めることができる。

さらに、別の実施例を説明する。
本実施例は実施例１〜４と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏するため、図１および図２を準用できる。制御部１００は、燃料電池システムの発電運転を停止させるための停止処理が実行されているとき、燃料電池システムの発電運転が停止されているときのうちの少なくとも一方において、加熱要素としてのヒータ３をオンさせて発熱させる。これにより容器２５内の水２６を加熱させて殺菌モードとすることができる。その理由としては次のようである。すなわち、容器２５内の水２６が流れているときには、細菌が繁殖するおそれが少ない。しかしながら、燃料電池システムの発電運転が停止されるときには、容器２５内の水２６の流れが滞留し易いため、容器２５において細菌が繁殖するおそれが高くなるためである。このように燃料電池１０システムの発電運転を停止させるときには、ヒータ３の発熱により、容器２５に溜められている水の温度を上昇させ、昇温による殺菌作用を高めると同時に、容器２５内の水２６へ銀イオンの溶出量を増加させ、細菌繁殖に対する抑制効果を高める。

燃料電池システムの発電運転が長期にわたり停止されるときには、制御部１００は、発電運転の停止中において、定期的にまたは不定期的に、ヒータ３の発熱により容器２５内の水２６の温度を上昇させて容器２５内の水２６の殺菌を行うと同時に、容器２５内の水２６へ銀イオンの溶出を促進させることが好ましい。この場合、細菌繁殖に対する抑制効果を持続させることができる。この場合、発電運転の停止時刻、または、前回の殺菌モードの終了時刻から、所定時間（例えば１〜７日間の範囲内の任意時間）経過すると、制御部１００はヒータ３を所定時間（例えば３０秒〜３０分間の範囲内）オンさせて発熱させる。なお制御部１００はタイマー機能を有する。

ヒータ３の発熱による水温としては適宜設定できるものの、５０℃以上、５５℃以上が好ましい。殊に、６０℃以上、７０℃以上が好ましい。場合によっては、７５℃以上、８０℃以上としても良い。ヒータ３の発熱時間としては特に限定されるものではなく、１回の通電にあたり、１０秒〜６０分間の範囲内において適宜選択できる。但しこれに限定されるものではない。ヒータ３を発熱させるタイミングとしては、タイマーにより決定することができる。

図３は実施例５を示す。本実施例は上記実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。制御部１００は、燃料電池システムの発電運転を停止させるための停止処理が実行されているとき、燃料電池システムの発電運転が停止されているときのうちの少なくとも一方において、加熱要素としてのヒータ３をオンさせて発熱させる。これにより容器２５内の水２６を加熱させて殺菌モードとすることができる。

図３は制御の一例をあらわすフローチャートを示す。図３に示すように、制御部１００は、燃料電池システムを停止させる停止指令が出力されているか判定する（ステップＳ１０２）。システムを停止させる停止指令が出力されているとき（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、制御部１００は、改質器１５の改質運転を停止させる停止処理を実行し（ステップＳ１０４）、燃料電池１０の発電運転を停止させる処理を実行し（ステップＳ１０６）、処理が安定するように所定時間経過するまで待機する（ステップＳ１０８）。

そして、制御部１００は、水位センサ５０の信号に基づいて、容器２５に溜められている水の内の水位が低いか否かを判定する（ステップＳ１１０）。すなわち、容器２５内の水２６の水面２９の水位よりもフィルタ５２の上端５２ｕが露出しているか否かを判定する。容器２５内の水面２９の水位が低いとき、制御部１００は給水バルブ２２を開放させる（ステップＳ１１２）。これにより原料水が純水器２０に供給され、純水器２０で純水として精製され、容器２５に供給され、容器２５内の水面２９の水位が高くなる。

次に、制御部１００は、容器２５内の水面２９の水位が高いか否かを判定する（ステップＳ１１４）。すなわち、容器２５内の水２６にフィルタ５２の上端５２ｕまで浸漬されたか否かを判定する。容器２５内の水２６にフィルタ５２の上端５２ｕまで浸漬されており、容器２５内の水面２９の水位が高いときには（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、制御部１００は給水バルブ２２を閉鎖させる（ステップＳ１１６）。これにより容器２５から水が溢れることが防止される。

次に、制御部１００はヒータ３をオンさせて発熱させる（ステップＳ１１８）。制御部１００は、温度センサ５１で検知される水の温度と温度Ｔ１（例えば７０℃）とを比較し、温度センサ５１で検知される水２６の温度が温度Ｔ１（例えば７０℃）以上であれば、加熱タイマーをスタートさせる（ステップＳ１２４）。次に、制御部１００は、温度センサ５１で検知される水の温度と温度Ｔ２（例えば７５℃）とを比較し、温度センサ５１で検知される水の温度が温度Ｔ２（例えば７５℃）よりも高温側に越えていれば、ヒータ３をオフとさせる（ステップＳ１３４）。温度センサ５１で検知される水２６の温度が温度Ｔ１（例えば７０℃）以上であり、且つ、温度Ｔ２（例えば７５℃）以下であれば、ヒータ３のオンを維持させたまま、システムの起動スイッチがオンされたか否か判定する（ステップＳ１２８）。システムの起動スイッチがオフであれば（ステップＳ１２８のＮＯ）。加熱タイマーが終了したか否か判定する（ステップＳ１３０）。加熱タイマーが終了していなければ（ステップＳ１３０のＮＯ）、ステップＳ１２６に戻り、ヒータ３のオンを維持し、ヒータ３の発熱による殺菌作用を継続させる。加熱タイマーが終了していれば（ステップＳ１３０）、ヒータ３をオフとさせて（ステップＳ１３２）メインルーチンにリターンする。

システムの起動スイッチ２００がオンされていれば（ステップＳ１２８のＹＥＳ）、加熱タイマーの終了に関係なく、ヒータ３をオフとさせて（ステップＳ１３６）メインルーチンにリターンする。システムが発電運転するときには、ヒータ３をオフとさせて殺菌促進を中断させる。上記した制御により、容器２５内の水２６の温度は加熱タイマーの時間内に温度Ｔ１〜Ｔ２（例えば７０〜７５℃）の範囲内に維持され、殺菌作用が得られる。

図４は実施例６を示す。本実施例は実施例１〜５と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。図４に示すように、水通過性を有する多孔質のフィルタ５２の表面には銀メッキ被膜が成膜されており、銀要素４が形成されている。これによりフィルタ５２および銀要素４が一体的に成形されている。フィルタ５２の真下にはヒータ３が配置されているため、ヒータ３によりフィルタ５２が暖められ、ひいては銀要素４が暖められる。この場合、銀要素４から銀イオンの溶出を促進させることができ、殺菌作用を高めることができる。

本実施例においても、制御部１００は、（ｉ）燃料電池システムの発電運転を停止させるための停止処理が実行されているとき、（ｉｉ）燃料電池システムの発電運転が停止されているとき、（ｉｉｉ）燃料電池システムが発電運転しているときのうちの少なくとも一方において、ヒータ３により容器２５内の水２６を加熱させることができる。

本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏するため、図１、図２および図４を準用できる。燃料電池システムの発電運転中において、発電電力が給電されている電力負荷２５０の大きさが変動することがある。従って、発電運転中において、燃料電池システムの発電電力が電力負荷２５０（システムの発電電力で作動される負荷）の消費電力を上回るときがある。この場合、電力負荷２５０の消費電力の低下に追従するように、当該システムの発電電力が追従して低下するように、制御部１００は当該システムを制御させるが、追従性が充分ではないことがある。この場合、余剰の発電電力を商用電源２６０側に継続して給電させること（逆潮流）も考えられる。商用電源２６０側の安定性を損なうおそれがあるため、余剰の発電電力をできるだけ当該システム内で消費することが好ましい。

そこで、燃料電池システムの発電電力が電力負荷２５０の消費電力を上回ること（逆潮流）が検知されるとき、これをトリガーとして、制御部１００は、燃料電池１０の発電電力を電力負荷２５０の低減に追従させるように低下させると共に、ヒータ３をオンさせて容器２５内の水２６を加熱させる。これにより電力負荷２５０の消費電力を上回る余剰の電力をヒータ３への給電発熱により消費させる。この場合、発電電力だけでは不足する場合には、商用電源２６０側から給電される電力によりヒータ３を発熱させることが好ましい。

図５は実施例８を示す。本実施例は上記実施例７と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏し、図１，図２および図４を準用する。本実施例によれば、燃料電池システムの発電電力が電力負荷２５０の消費電力を上回ること（逆潮流）が検知されるとき、これをトリガーとして、制御部１００は、発電電力を電力負荷２５０の低減に追従させるように低下させると共に、ヒータ３をオンさせて容器２５内の水２６を加熱させる。これにより電力負荷２５０の消費電力を上回る余剰の電力をヒータ３への給電発熱により消費させる。この場合、発電電力だけでは不足する場合には、商用電源２６０側から給電される電力によりヒータ３を発熱させることが好ましい。

図５は制御部１００が実行する制御の一例をあらわすフローチャートを示す。フローチャートは図５に限定されるものではない。図５に示すように、タイマ−を０にリセットした（ステップＳ２０２）後、タイマ−をカウントする（ステップＳ２０４）。制御部１００は、逆潮流が検知されるか否か判定する（ステップＳ２０６）。すなわち、燃料電池システムの発電電力が電力負荷２５０の消費電力を上回るか否か判定する。逆潮流が検知されていれば（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、システムで発電する発電電力を演算で求め（ステップＳ２０８）、その指令を出力する（ステップＳ２１０）する。更に、ヒータ３をオンして発電させ水２６を加熱させる。温度センサ５１で検知される容器２５に溜められている水２６の温度が温度Ｔ２（例えば７５℃）を越えているか判定する（ステップＳ２１２）。容器２５の水２６の温度が温度Ｔ２（例えば７５℃）を越えていないときには、水２６の温度が温度Ｔ２（例えば７５℃）を越えるまでヒータ３のオンを継続させる。

もし逆潮流が検知されていなければ（ステップＳ２０６のＮＯ）、タイマーが所定時間Ｔｓｅｔを越えていない限り、ヒータ３はオンされない（ステップＳ２２０のＮＯ）。逆潮流が検知されていない状態で（ステップＳ２０６のＮＯ）、タイマーが所定時間Ｔｓｅｔを越えている場合には（ステップＳ２２０のＹＥＳ）、逆潮流の発生の有無にかかわらず、ヒータ３をオンして発電させ、容器２５に対する殺菌作用を高める。この場合、逆潮流の発生の有無にかかわらず、温度センサ５１で検知される容器２５に溜められている水２６の温度が温度Ｔ２（例えば７５℃）を越えるまで（ステップＳ２１４のＹＥＳ）、ヒータ３のオンを継続させる。

図６は実施例９を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。本実施例においても、制御部１００は、（ｉ）燃料電池システムの発電運転を停止させるための停止処理が実行されているとき、（ｉｉ）燃料電池システムの発電運転が停止されているとき、（ｉｉｉ）燃料電池システムが発電運転しているときのうちの少なくとも一方において、ヒータ３により容器２５内の水２６を加熱させることができる。

図６に示すように、容器２５内の水２６には、多孔板部材に銀メッキした銀要素４と、ヒータ３が浸漬されている。銀要素４とヒータ３とにより細菌繁殖に対する殺菌作用が確保されている更に、容器２５内の水２６には、第１電極９１および第２電極９２が回収装置として浸漬されている。第１電極９１および第２電極９２は溶出しないように不溶性電極が好ましく、平衡標準電極電位が高い白金電極または金電極が好ましい。第１電極９１および第２電極９２はスイッチング素子９３を介して直流電源９４に接続されている。

銀要素４から銀イオン（Ａｇ^＋）が容器２５内の水２６に溶出し、容器２５内の水２６に対して殺菌処理が実行される。Ａｇの平衡標準電極電位は＋０．７９９ボルト（ｖｓ．ＳＨＥ）である。ここで、電位が平衡標準電極電位よりも正になると、反応は電気化学的に酸化方向に進行し、銀の銀イオン溶出性が促進される。逆に、電位が平衡標準電極電位よりも負になると、反応は電気化学的に還元方向に進行する。

従って、容器２５に溜められている水に対して殺菌処理が終了したら、制御部１００は、銀イオンを回収すべく、銀の平衡標準電極電位よりも負の電位を第１電極９１に直流電源９４から印加させる。この場合、第２電極９２には正の電位が印加されるが、第２電極９２の溶出を防止すべく、第２電極９２に印加される電位は第２電極９２の平衡標準電極電位より負であることが好ましい。

本実施例によれば、殺菌処理において水２６に溶出していた銀イオンは、第１電極９１に向けて泳動する。そして第１電極９１に泳動した銀イオンは第１電極９１から電子を受け取り、電気化学的に還元され、金属銀として第１電極９１側に析出される。このように殺菌処理が終了したら、水２６に溶出している銀イオンを低減させて金属銀として回収することができる。これにより高価な銀を回収できる。更に、銀イオンが改質器１５等を含むシステムに影響を与えることが抑制される。

図７は実施例１０を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。図７に示すように、容器２５内の水２６には、多孔板部材に銀メッキした銀要素４と、ヒータ３が浸漬されている、更に、容器２５内の水２６には、銀を表面に有する第１電極９１と、第２電極９２とが浸漬されている。第１電極９１および第２電極９２は溶出しないように不溶性電極が好ましく、平衡標準電極電位が高い白金電極または金電極が好ましい。第１電極９１および第２電極９２はスイッチング素子９３を介して直流電源９４に接続されており、回収装置として機能できる。銀イオンを溶出させる銀要素４とヒータ３とにより細菌繁殖に対する殺菌作用が確保されている。

更に細菌の繁殖の程度が高く、殺菌作用を高める必要があるときには、制御部１００は、第１電極９１を＋極（アノード）に第２電極９２を−極（カソード）にスイッチング素子９３により設定する。Ａｇ^＋＋ｅ⁻＝Ａｇの電極反応の平衡標準電極電位は＋０．７９９ボルト（ｖｓ．ＳＨＥ）である。このため、ヒータ３をオンさせて発熱させた状態で、その平衡標準電極電位よりも正の電位を制御部１００は第１電極９１（銀要素４）に直流電源９４から印加させる。この場合、銀を含む第１電極９１では電気化学的な酸化反応が促進される。すなわち、銀を主要成分として含む第１電極９１における銀の電気化学的な酸化反応を促進させることができる。これにより銀を主要成分として含む第１電極９１から銀イオンの溶出を促進させる第１回目の電位印加処理を実施させる。この場合、容器２５内の水２６に溶出した銀イオンは水中を、対極である第２電極９２に向けて移動し、第２電極９２において電子を受け取り、電気化学的に還元されて、金属銀として第２電極９２側に析出する。

次に、第２回目の電位印加処理を実施させるときには、制御部１００は第１電極９１および第２電極９２の極性を反転し、第１電極９１を−極に第２電極９２を＋極にスイッチング素子９３により設定する。つまり、制御部１００は、銀（Ａｇ）の平衡標準電極電位よりも正の電位を第２電極９２（銀要素４）に印加させる。これにより第２電極９２における銀の電気化学的な酸化反応を促進させる。これにより第２電極９２から銀イオンの溶出を促進させる第２回目の電位印加処理を実施させる。この場合、容器２５内の水２６に溶出した銀イオンは水２６中を、対極である第１電極９１に向けて移動し、第１電極９１において電子を受け取り、還元されて金属銀として第１電極９１側に析出することができる。

このように制御部１００が第１電極９１および第２電極９２の極性を交互に変更させれば、ヒータ３をオンさせた状態において、あるいは、ヒータ３のオンにかかわらず、第１電極９１と第２電極９２との間において、銀イオンの酸化による溶出および銀イオンの還元による金属銀の析出を実行することができる。故に、銀イオンによる殺菌作用の増加と共に、高価な銀の消耗が抑制される。

図７に示すように、第１電極９１および第２電極９２はフィルタ５２の近傍、具体的には、細菌が繁殖し易い通水性を有する多孔質のフィルタ５２を挟む位置に設けられている。このため、フィルタ５２付近において銀イオンの濃度を高めるのに有利である。よって、改質器１５の上流に位置するフィルタ５２における細菌繁殖を抑制させるのに貢献でき、細菌の繁殖を抑制した改質用水を改質器１５に供給させるのに有利である。更に、図７に示すように、フィルタ５２と共に第１電極９１および第２電極９２は、ヒータ３の上方に配置されている。特に、ヒータ３の真上に配置できる。このためヒータ３の発熱により対流によりフィルタ５２付近の水温が効率よく上昇し、フィルタ５２付近における銀イオンの濃度を高めることができ、殺菌作用を高め得る。

細菌繁殖が少なく、多孔板部材に銀メッキした銀要素４で充分なときには、ヒータ３をオンさせて銀要素４から銀イオンの溶出量を高めるだけでも良い。なお場合によっては、第１電極９１および第２電極９２が設けられていれば、銀要素４および／またはヒータ３を廃止することもできる。

図８は実施例１１を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。図８に示すように容器２５は、殺菌性が高い第１容器部２５ｆと、第１容器部２５ｆよりも殺菌性が低い第２容器部２５ｓとを有する。第１容器部２５ｆは純水器２０の下流に配置されており、純水器２０を通過して清浄化された水を一次的に溜めるものであり、銀要素４およびヒータ３を有するため、高い殺菌性をもつ。つまり、銀要素４およびヒータ３により第１容器部２５ｆの水は殺菌される。第２容器２５ｓは第１容器部２５ｆと改質器１５との間に配置されており、銀要素４およびヒータ３を有していないものの、イオン交換樹樹脂等の水精製材２５ｒと、改質器１５に繋がる塵埃除去用のフィルタ５２とを有する。

第１容器部２５ｆで銀イオンにより殺菌された水は、仕切壁２５ｗの上端の通水可能な連通路２５ｖを介して第２容器部２５ｓに移動し、第２容器部２５ｓに一次的に溜められる。第２容器部２５ｓに溜められている水に溶出していた銀イオンは、第２容器部２５ｓに保持されているイオン交換樹樹脂等の水精製材２５ｒ（銀を回収する回収要素）により吸着され、低減または除去され、水の純水度が高まる。この場合、第２容器部２５ｓに保持されている水（改質器１５に改質用水として供給される水）の銀イオン濃度が低下するため、第２容器部２５ｓよりも下流の配管（給水通路６などの配管）に銀等が堆積することが抑制される。水精製材２５ｒは定期的にメンテナンスすることが好ましい。水精製材２５ｒにより、銀を回収することができる。

（その他）
凝縮水や水道水を純水器２０で精製させた精製水を改質用水として溜める容器２５に銀要素４およびヒータ３が適用されているが、これに限らず、凝縮器１８に銀要素４およびヒータ３が適用されていても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態および実施例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できる。

１は燃料電池発電ユニット、１０は燃料電池、１５は改質器、１８は凝縮器、２０は純水器、２１は原料水通路、２２は給水バルブ、２３は凝縮水通路、２５は容器、２６は水、２９は水面、３はヒータ（加熱要素）、４は銀要素、５０は水位センサ、５１は温度センサ、５２はフィルタ、６０は水ポンプ、１００は制御部、９１は第１電極（回収装置）、９２は第２電極を示す。

Claims (5)

1. アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとを有する燃料電池と、純度が高い水を貯留させるための容器とを具備しており、前記容器内の水に銀を溶出させる銀要素と、前記容器内の水を加熱させると共に加熱に伴い銀の溶出を促進させる加熱要素とを有する燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記燃料電池システムを制御する制御部が設けられており、前記制御部は、前記燃料電池システムの発電運転を停止させるための停止処理が実行されているとき、前記燃料電池システムの発電運転が停止されているとき、前記燃料電池システムを発電運転させているときのうちの少なくとも一方において、前記加熱要素により前記容器内の水を加熱させる燃料電池システム。
3. 請求項１において、前記燃料電池システムを制御する制御部が設けられており、前記制御部は、前記燃料電池システムの発電電力が電力負荷の消費電力を上回ることが検知されるとき、前記加熱要素により前記容器内の水を加熱させる燃料電池システム。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記燃料電池システムを制御する制御部が設けられており、前記制御部は、前記加熱要素が前記容器内の水を加熱する前よりも、前記容器内の水の水位を高める操作を実行した状態で、前記加熱要素により前記容器内の水を加熱させる燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記銀要素は前記加熱要素に一体的に設けられている燃料電池システム。

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