JP2011210448A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】安定した水の自立運転を可能とす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１では、熱交換器６の２次側下流の温水温度が、原燃料の種類、原燃料の導入量及び燃料電池スタック４に導入される空気量に基づいて設定された目標温水温度に近づくように制御部８が循環ポンプＰ２を制御する。熱交換器６の１次側下流から凝縮器７に排出される燃焼排ガスの温度は、熱交換器６の２次側上流に導入する水の量を変更することにより制御できるため、熱交換器６への水の供給量を増大させることで下げることができる。そして、熱交換器６の１次側下流から排出される燃焼排ガスの温度を下げることで凝縮器７における燃焼排ガスの温度が低下するため、回収される水を増量することができる。したがって、安定した水の自立運転が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
従来から、水蒸気改質に用いる水の自立運転の実現を図った燃料電池システムが知られている。例えば、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、水蒸気改質に用いる水を貯留する水タンク内の水位が設定水位未満となった場合に、燃料電池のカソードに供給する反応空気供給量を減少させることで燃料電池の空気利用率を大きくし、燃料電池から排出される燃焼排ガス量を少なくして凝縮器の能力を十分に発揮させることで、回収される水の増量を図っている。
特開２００８−２３４８６９号公報
このように、上記従来技術を始めとする燃料電池システムにあっては、安定した水の自立運転が望まれている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、安定した水の自立運転を可能とする燃料電池システム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、改質触媒を用いて原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、改質器により生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池と、燃料電池から排出される燃焼排ガスの熱と導入される水との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換器の１次側下流から排出された燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して水を回収する凝縮器と、熱交換器の２次側上流へ水を供給するポンプと、熱交換器の２次側下流の温水温度を計測する温水温度計測器と、ポンプの供給量を制御する制御部とを備え、制御部は、温水温度計測器によって計測される熱交換器の２次側下流の温水温度が、原燃料の種類、改質器に導入される原燃料の導入量及び燃料電池に導入される空気量に基づいて設定された目標温水温度に近づくようにポンプを制御することを特徴とする。
この燃料電池システムでは、温水温度計測器によって計測される熱交換器の２次側下流の温水温度が、原燃料の種類、原燃料の導入量及び燃料電池に導入される空気量に基づいて設定された目標温水温度に近づくように制御部がポンプを制御する。熱交換器の１次側下流から凝縮器に排出される燃焼排ガスの温度は、熱交換器の２次側上流に導入する水の量を変更することにより制御できるため、熱交換器への水の供給量を増大させることで下げることができる。そして、熱交換器の１次側下流から排出される燃焼排ガスの温度を下げることで凝縮器における燃焼排ガスの温度が低下するため、回収される水を増量することができる。このとき、熱交換器の２次側下流の温水温度は、原燃料の種類、原燃料の量及び燃料電池に導入される空気量に基づいて設定された温度に近づくように制御されるため、原燃料の種類を問わず安定した水の回収が可能となる。したがって、安定した水の自立運転が可能となる。
また、凝縮器の１次側出口における燃焼排ガスの温度を計測するガス温度計測器を更に備え、制御部は、ガス温度計測器によって計測される凝縮器の１次側出口の温度が、原燃料の種類、改質器に導入される原燃料の導入量及び燃料電池に導入される空気量に基づいて設定された温度以下となるようにポンプを制御することが好ましい。このような構成によれば、凝縮器の１次側出口の燃焼排ガスの温度が、原燃料の種類、原燃料の量及び燃料電池に導入される空気量に基づいて設定された温度以下となるように制御されるため、原燃料の種類を問わず安定した水の回収を可能としつつ、より安定した水の自立運転が可能となる。
また、制御部は、凝縮器にて回収された水を貯留する水タンク内の水が所定量以下となった場合には、目標温水温度を低下させるようにポンプを制御し、水タンク内の水が所定量以上である場合には、所定の目標温度となるようにポンプを制御することが好ましい。この構成によれば、水タンク内の水不足を確実に防止することができると共に、原燃料の種類、原燃料の導入量及び燃料電池に導入される空気量の比に基づいて設定された温度以下に良好に設定することができる。また、水タンク内に水が確保されている場合には、例えば高温の所定の目標温度とすることで、高温で利用価値の高い温水を貯湯タンクに貯湯できる。
本発明によれば、安定した水の自立運転が可能となる。
本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 露点温度と空気／燃料比との相関関係を示すグラフである。 燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。 制御部における循環ポンプの処理手順を示すフローチャートである。 変形例に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。 変形例に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。 変形例に係る温水設定温度と空気／燃料比との相関関係を示すグラフである。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図１に示されるように、燃料電池システム１は、脱硫器２と、原燃料を水蒸気改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質器３と、改質器３によって生成された改質ガス及び空気を電気化学的に発電反応させる固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）スタック（以下、燃料電池スタック）４と、インバータ５と、熱交換器６と、凝縮器７と、制御部８とを備えている。燃料電池システム１は、入手が容易であり且つ独立して貯蔵可能であるという観点から、原燃料として灯油、ＬＰＧ、都市ガス等の水素原子を含む燃料を用いて発電を行うものであり、例えば家庭用の電力供給源として採用されると共に、温水を生成する給湯器として用いられる。
脱硫器２は、外部から導入された原燃料に対して脱硫を施すものである。脱硫器２においては、脱硫触媒によって原燃料の硫黄分が除去（吸着）される。脱硫器２には、原燃料ブロア又はポンプ（いずれも図示しない）によって原燃料が供給される。原燃料ブロア又はポンプから供給される原燃料の導入量は、原燃料が通るラインに流量計を設置するか、或いは原燃料ブロア又はポンプの特性を把握することで、制御部８にて認識することができる。
改質器３は、脱硫された液体燃料を水蒸気と改質触媒で水蒸気改質反応させて、水素を含有する水蒸気改質ガスを生成する。
燃料電池スタック４は、複数の電池セルが積み重ねられて構成されており、改質器３で生成された改質ガスを用いて発電を行い、ＤＣ電流を出力する。電池セルは、アノード、カソード、及びアノードとカソードとの間に配置された固体酸化物である電解質を有している。各電池セルにおいては、アノードに改質ガスが導入されると共に、カソードにカソードブロワ１２にて空気が導入されて、電気化学的な発電反応が行われる。燃料電池スタック４は、通常５５０℃〜１０００℃程度の高温で作動する。なお、燃料電池スタック４から排出された発電に寄与しなかったアノード燃焼排ガスの水素、一酸化炭素及びメタン等の燃料は、カソード燃焼排ガスの酸素とスタック出口において合流して燃焼反応が行われ、燃焼排ガスとなる。また、インバータ５は、出力されたＤＣ電流をＡＣ電流に変換する。
熱交換器６は、燃料電池スタック４から排出された発電に寄与しなかった燃焼排ガスと導入される水との間で熱交換を行うものである。熱交換器６は、後述する貯湯タンク２１から循環ラインＬ６１を通して供給される水と燃料電池スタック４から導入される燃焼排ガスとの間で熱交換を行う。熱交換器６によって加熱された温水（水）は、循環ポンプＰ２により第２循環ラインＬ６２を通して貯湯タンク２１に貯められる。なお、熱交換器６では、通常運転時において水が７５℃程度に加熱されるように設定されている。
凝縮器７は、熱交換器６の１次側下流から排出された燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮するものである。凝縮器７は、燃焼排ガスの温度を露点温度まで低下させることにより、燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮した凝縮水（ドレン水）を回収する。凝縮器７によって凝縮された水（凝縮水）は、水タンク１３によって回収される。凝縮器７には、排ガス温度計測センサ（ガス温度計測器）Ｃ１が設けられている。排ガス温度計測センサＣ１は、凝縮器７の１次側出口における燃焼排ガスの温度を計測するものである。排ガス温度計測センサＣ１は、例えばサーミスタや熱電対センサであり、電気信号として計測した温度を示すものである。
また、上記構成を有する燃料電池システム１には、給湯システム２０が接続されている。給湯システム２０は、貯湯タンク２１と、バックアップボイラ２２とを備えている。貯湯タンク２１は、燃料電池スタック４により発生した熱により加熱された温水を貯留するものである。具体的には、貯湯タンク２１は、水供給ラインＬ１によって導入された水（水道水）を熱交換器６に供給し、熱交換器６によって加熱された温水を貯留する。貯湯タンク２１に貯留された温水は、温水給湯ラインＬ２を通して出湯される。
バックアップボイラ２２は、貯湯タンク２１から出湯される温水を必要に応じて補助的に加熱するものである。バックアップボイラ２２は、貯湯タンク２１に貯留された温水をさらに加熱し、温水給湯ラインＬ２に加熱した温水を供給する。このような構成により、燃料電池システム１と給湯システム２０とは、燃料電池コージェネレーションシステムを構成している。
燃料電池システム１には、外部から脱硫器２を介して改質器３に脱硫された燃料を導入するための燃料ラインＬ３が設けられている。燃料ラインＬ３の下流側には、改質器３が接続されている。
また、燃料ラインＬ３の改質器３付近には、水蒸気改質に用いる水（原料水）を改質器３に導入するための水ラインＬ４が接続されている。水ラインＬ４の上流側には、改質器３に供給する水を貯留する水タンク１３が設けられており、水ラインＬ４には、水タンク１３の水を改質器３に供給する水供給ポンプＰ１が設けられている。水タンク１３は、凝縮器７にて凝縮されて回収された水（ドレン水）を貯留するものである。水タンク１３には、オーバーフローした水を排出する排出ラインＬ５が接続されている。また、水タンク１３には、タンク内の水の液面位置を検出するフロートセンサＣ２が設けられている。このフロートセンサＣ２は、例えば磁気センサであり、水の増減に応じて移動するフロートの位置をリードスイッチによって検出し、電気信号によって液面位置を示すものである。なお、水タンク１３には、１Ｌ程度の水が貯留されている。
熱交換器６には、第１及び第２循環ラインＬ６１，Ｌ６２が接続されている。第１循環ラインＬ６１は、熱交換器６の２次側上流に接続されており、第２循環ラインＬ６２は、熱交換器６の２次側下流に接続されている。第１循環ラインＬ６１の上流側には、貯湯タンク２１が設けられており、第１循環ラインＬ６１には、貯湯タンク２１に貯留された水を循環させる循環ポンプＰ２が設けられている。循環ポンプＰ２は、貯湯タンク２１から熱交換器６に供給する水の供給量を制御部８にて調整可能とされており、熱交換器６の２次側上流に水を供給する。なお、第１循環ラインＬ６１の上流側は、貯湯タンク２１の下部に接続されており、第２循環ラインＬ６２の下流側は、貯湯タンク２１の上部に接続されている。また、第２循環ラインＬ６２には、内部を通る温水の温度を計測する温水温度計測センサ（温水温度計測器）Ｃ３が設けられており、温水温度計測センサＣ３は、熱交換器６の２次側下流の温水温度を計測する。温水温度計測センサＣ３は、例えばサーミスタや熱電対センサであり、電気信号として計測した温度を示すものである。凝縮器７には、燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出ラインＬ７が接続されている。燃焼排ガス排出ラインＬ７は、凝縮器７の１次側出口に接続されている。
また、燃料電池スタック４には、空気を導入するための空気ラインＬ８が接続されており、空気ラインＬ８の上流側には、カソードブロワ１２が設けられている。また、燃料電池スタック４には、改質器３から改質ガス（水素リッチ改質ガス）を導入するための改質ガスラインＬ９が接続されている。
制御部８は、各種機器を制御するものである。制御部８には、カソードブロワ１２と、排ガス温度計測センサＣ１と、フロートセンサＣ２と、温水温度計測センサＣ３と、水供給ポンプＰ１と、循環ポンプＰ２と、原燃料ブロアが接続されている。制御部８は、演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（Read OnlyMemory）、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。なお、図示しないが、制御部８と各種機器とは、電気的に接続されている。
また、制御部８は、マップを保持している。図２に示すように、マップＭ１は、縦軸が露点温度［℃］、横軸が空気／燃料比［ｍｏｌ／ｍｏｌ］となっており、温度と空気／燃料比との相関関係を示すグラフである。マップＭ１では、燃料の種別毎に空気／燃料比に対応する温度が設定されており、都市ガス、ＬＰＧ、及び灯油について例示している。図２では、都市ガスを実線で示し、ＬＰガスを点線で示し、灯油を一点鎖線で示している。温度は、燃料の種類、改質器３に導入される燃料の燃料量（導入量）及びカソードブロワ１２から燃料電池スタック４のカソードに導入される空気量によって設定された露点温度である。ここで言う露点温度とは、乾燥した（水分を含まない）空気を通常燃焼させて冷却した際に凝縮（凝結）が始まる温度である。また、図２に示す理論空気量時＝１とは、酸素（Ｏ２）が完全に無くなる状態を示している。なお、露点温度の求め方としては、例えばＪＩＳ Ｚ−８８０６に記載されているＳＯＮ−ＮＴＡＧの式を用いることができる。
制御部８は、フロートセンサＣ２から出力された液面位置を示す電気信号を受け取ると、電気信号が示す液面位置が所定の位置よりも低いか否かを判断する。制御部８は、水タンク１３内の液面位置が所定位置よりも低いと判断した場合には、排ガス温度計測センサＣ１から凝縮器７の燃焼排ガスの温度を示す電気信号を入力すると共に、マップＭ１を読み出す。そして、制御部８は、凝縮器７の燃焼排ガスの温度がマップＭ１において設定されている露点温度以下となるように循環ポンプＰ２を制御する。具体的には、制御部８は、現在の運転状態における空気／燃料比を取得し、燃焼排ガスの温度がその空気／燃料比に対応する温度以下となるように、熱交換器６に供給する水の量を増大させるように循環ポンプＰ２を制御する。これにより、熱交換器６から供給される温水の温度が低下すると共に、凝縮器７に排出される燃焼排ガスの温度も低下し、凝縮器７の一次側出口における燃焼排ガスの温度がマップＭ１で設定された温度以下となる。なお、現在の運転状態における空気／燃料比は、カソードブロワ１２から供給される空気の供給量と原燃料ブロワ（図示しない）から供給される導入燃料量に基づいて取得される。
次に、図３を参照しながら、上述した燃料電池システム１の運転方法について説明する。図３は、燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明においては、原燃料としてＬＰＧを用いた場合を例示する。
図３に示すように、まず制御部８において原燃料の種別が設定される（ステップＳ０１）。次に、フロートセンサＣ２によって水タンク１３内の液面の位置が検出される（ステップＳ０２）。そして、水タンク１３内の液面の位置が所定位置よりも低いか否かが判断される（ステップＳ０３）。ここで、水タンク１３の液面の所定位置とは、燃料電池システム１において水タンク１３に凝縮水（ドレン水）を回収しなくとも一定期間運転が可能となる量が確保されている位置である。具体的には、燃料電池システム１では、例えば定格運転時に７ｇ／ｍｉｎ程度の水が使用されるため、１時間回収がなくても運転可能な７ｇ×６０分＝４２０ｇ以上の水量がタンクにあるか否かを判定できる位置にセンサを設置する。
ステップＳ０３の判断の結果、水タンク１３内の液面の位置が所定位置よりも低い場合には、水自立のための凝縮水量の増大が必要となるため、カソードブロワ１２から導入される導入空気量及び原燃料ブロワから導入される導入燃料量に基づいて、空気／燃料比が制御部８によって算出される（ステップＳ０４）。一方、ステップＳ０３の判断の結果、水タンク１３内の液面の位置が所定位置よりも高い場合には、水タンク１３に当面必要な水が確保されているとして、温水の設定温度が初期値である所定の目標温水温度（例えば７５℃）に設定される（ステップＳ０５）。
続いて、マップＭ１が読み出され、このマップＭ１を使用して燃焼排ガスの目標上限温度が算出される（ステップＳ０６）。具体的には、図２に示すように、制御部８は、例えば空気／燃料比が「２」である場合には、燃焼排ガスの目標上限温度を「４９℃」として算出する。
次に、排ガス温度計測センサＣ１によって計測された凝縮器７の１次側出口における燃焼排ガスの温度と、ステップＳ０６で算出された目標上限温度とが比較され、燃焼排ガスの温度が目標上限温度よりも高いか否かが判断される（ステップＳ０７）。その判断の結果、燃焼排ガスの温度が目標上限温度よりも高いと判断された場合には、燃焼排ガスの温度を下げる必要があるため、温水目標温度設定を例えば１℃低下させる（ステップＳ０８）。ここで、貯湯タンク２１に貯湯する温水の温度は、給湯として利用する温度以上であることが好ましく、放熱を考慮して最低５０℃程度に設定されている。
一方、ステップＳ０７の判断の結果、燃焼排ガスの温度が目標上限温度よりも高いと判断されなかった場合には、ステップＳ０９に進む。ステップＳ０９では、制御が３分待機状態とされる。これは、制御変更から実際のシステム温度、水位変化までのタイムラグを考慮し、ハンチングや過剰制御を抑制するために設定されている。
次に、制御部８における循環ポンプＰ２の制御について説明する。図４は、制御部８における循環ポンプＰ２の処理手順を示すフローチャートである。
図４に示すように、まず温水温度計測センサＣ３によって計測された温水の温度と、温水目標温度とが比較され、温水の温度が温水目標温度よりも高いか否かが判断される（ステップＳ１１）。温水目標温度は、燃料の種類、改質器３に導入される燃料の燃料量（導入量）及びカソードブロワ１２から燃料電池スタック４のカソードに導入される空気量によって設定される。
ステップＳ１１の判断の結果、温水の温度が温水目標温度よりも高いと判断された場合には、循環ポンプＰ２の出力を増大（＋０．１％）させる（ステップＳ１２）。一方、ステップＳ１１の判断の結果、温水の温度が温水目標温度よりも高いと判断されなかった場合には、循環ポンプＰ２の出力を低下（−０．１％）させる（ステップＳ１３）。その後、循環ポンプＰ２の制御を１秒間待機させる（ステップＳ１４）。これにより、ハンチングを防止している。なお、循環ポンプＰ２のポンプ出力値は、最低値及び最高値を予め設定しておくことが好ましい。これにより、ポンプ過剰出力による過冷却や過少出力によるポンプロックを防止できる。
以上説明したように、燃料電池システム１では、温水温度計測センサＣ３によって計測される熱交換器６の２次側下流の温水温度が、原燃料の種類、原燃料の導入量及び燃料電池スタック４にカソードブロワ１２から導入される空気量に基づいて設定された目標温水温度に近づくように制御部８が循環ポンプＰ２を制御する。熱交換器６の１次側下流から凝縮器７に排出される燃焼排ガスの温度は、熱交換器６の２次側上流に導入する水の量を変更することにより制御できるため、熱交換器６への水の供給量を増大させることで下げることができる。そして、熱交換器６の１次側下流から排出される燃焼排ガスの温度を下げることで凝縮器７における燃焼排ガスの温度が低下するため、回収される水を増量することができる。このとき、凝縮器７の燃焼排ガスの温度は、原燃料の種類、原燃料の量及び燃料電池スタック４に導入される空気量に基づいて設定された温度以下となるように制御されるため、原燃料の種類を問わず安定した水の回収が可能となる。したがって、安定した水の自立運転が可能となる。
また制御部８は、水タンク１３内の水が所定量以下となった場合にのみ、循環ポンプＰ２から熱交換器６への水の供給量を増大させる。この構成によれば、水タンク１３内の水不足を確実に防止することができると共に、水タンク１３の水量が十分である場合には高温で利用価値の高い温水を貯湯タンク２１に貯湯できる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、循環ポンプＰ２を制御して凝縮器７における燃焼排ガスの温度を下げているが、この制御に合わせてカソードブロワ１２を制御してもよい。具体的には、制御部８は、カソードブロワ１２からの空気の送風量を減少させる。これにより、図２のマップＭ１に示すように、空気／燃料比の値が小さくなるため、循環ポンプＰ２により水の供給量を増大させて凝縮器７における温度を大幅に低下させなくとも、ある程度の温度を維持したままで凝縮器７にて水の回収をすることができる。なお、循環ポンプＰ２とカソードブロワ１２との協働の制御のため、従来のようにカソードブロワ１２のみを制御して空気量を減少させる場合に比べて燃料電池スタック４における温度上昇を抑制することができ、燃料電池スタック４の劣化を抑制できる。
また、上記実施形態では、フロートセンサＣ２によって水タンク１３内の水位が所定位置以下（水の量が所定量以下）となった場合に制御部８循環ポンプＰ２を制御しているが、上述の制御は常時行われてもよい。具体的には、図５を参照しながら説明する。なお、図５に示す制御は、フロートセンサＣ２の判定がない点で図３に示す制御と異なっている。
図５に示すように、まず制御部８において原燃料の種別が設定される（ステップＳ２１）。次に、カソードブロワ１２から導入される導入空気量及び原燃料ブロワから導入される導入燃料量に基づいて、空気／燃料比が制御部８によって算出される（ステップＳ２２）。そして、続いて、マップＭ１が読み出され、このマップＭ１を使用して燃焼排ガスの目標上限温度が算出される（ステップＳ２３）。具体的には、図２に示すように、制御部８は、例えば空気／燃料比が「２」である場合には、燃焼排ガスの目標上限温度を「４９℃」として算出する。
次に、排ガス温度計測センサＣ１によって計測された凝縮器７における燃焼排ガスの温度と、ステップＳ２３で算出された目標上限温度とが比較され、排ガスの温度が目標上限温度よりも高いか否かが判断される（ステップＳ２４）。その判断の結果、燃焼排ガスの温度が目標上限温度よりも高いと判断された場合には、燃焼排ガスの温度を下げる必要があるため、温水目標温度を例えば１℃低下させる（ステップＳ２５）。一方、ステップＳ２４の判断の結果、燃焼排ガスの温度が目標上限温度よりも高いと判断されなかった場合には、温水目標温度を例えば１℃上昇させる（ステップＳ２６）。これにより、利用価値の高い温水を貯湯タンク２１に貯湯できる。そして、制御が３分待機状態とされる（ステップＳ２７）。以上のような制御により、フロートセンサＣ２を設けなくとも、水自立が可能となる。
また、上記実施形態では、排ガス温度計測センサＣ１によって凝縮器７の１次側出口の温度を計測し、この温度が原燃料の種類、原燃料の導入量及び燃料電池スタック４にカソードブロワ１２から導入される空気量に基づいて設定された温度以下となるように制御しているが、排ガス温度計測センサＣ１は、必ずしも設けられなくてもよい。この場合、図６に示すような制御が行われる。
図６に示すように、まず制御部８において原燃料の種別が設定される（ステップＳ３１）。次に、カソードブロワ１２から導入される導入空気量及び原燃料ブロワから導入される導入燃料量に基づいて、空気／燃料比が制御部８によって算出される（ステップＳ３２）。そして、図７に示すマップＭ２が読み出され、このマップＭ２を利用して温水の目標温水温度が算出される（ステップＳ３３）。図７に示すように、マップＭ２は、縦軸が温水設定温度［℃］、横軸が空気／燃料比［ｍｏｌ／ｍｏｌ］となっており、温水設定温度と空気／燃料比との相関関係を示すグラフである。マップＭ２では、燃料の種別毎に空気／燃料比に対応する温水設定温度が設定されており、都市ガス、ＬＰＧ、及び灯油について例示している。図７では、都市ガスを実線で示し、ＬＰＧを点線で示し、灯油を一点鎖線で示している。
上記のマップＭ２によって算出される目標温水温度は、具体的には、図７に示すように、例えば空気／燃料比が「２」である場合には、温水の目標温水温度が「７０℃」となる。そして、算出された目標温水温度となるように、制御部８によって循環ポンプＰ２が制御される（ステップＳ３４）。なお、上述の制御において、マップＭ２では、熱交換器６の種類に応じて値を変更する必要があり、予め検証によって水自立可能な凝縮水量を確保できる温水温度に設定さている。以上のような制御により、排ガス温度計測センサＣ１を設けなくとも、水自立が可能となる。
１…燃料電池システム、３…改質器、４…燃料電池スタック（燃料電池）、６…熱交換器、７…凝縮器、８…制御部、Ｃ１…排ガス温度計測センサ（ガス温度計測器）、Ｃ３…温水温度計測センサ（温水温度計測器）、Ｐ２…循環ポンプ（ポンプ）。

Claims (3)

  1. 改質触媒を用いて原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
    前記改質器により生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
    前記燃料電池から排出される燃焼排ガスの熱と導入される水との間で熱交換を行う熱交換器と、
    前記熱交換器の１次側下流から排出された前記燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して水を回収する凝縮器と、
    前記熱交換器の２次側上流へ前記水を供給するポンプと、
    前記熱交換器の２次側下流の温水温度を計測する温水温度計測器と、
    前記ポンプの供給量を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記温水温度計測器によって計測される前記熱交換器の２次側下流の温水温度が、前記原燃料の種類、前記改質器に導入される前記原燃料の導入量及び前記燃料電池に導入される空気量に基づいて設定された目標温水温度に近づくように前記ポンプを制御することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記凝縮器の１次側出口における前記燃焼排ガスの温度を計測するガス温度計測器を更に備え、
    前記制御部は、前記ガス温度計測器によって計測される前記凝縮器の１次側出口の温度が、前記原燃料の種類、前記改質器に導入される前記原燃料の導入量及び前記燃料電池に導入される空気量に基づいて設定された温度以下となるように前記ポンプを制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記制御部は、前記凝縮器にて回収された水を貯留する水タンク内の水が所定量以下となった場合には、前記目標温水温度を低下させるように前記ポンプを制御し、前記水タンク内の水が所定量以上である場合には、所定の目標温度となるように前記ポンプを制御することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
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