JP2015185265A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯水循環ラインの貯湯水の水圧が、低下した場合でも、貯湯水循環ラインから気泡を追い出すことができる燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】電気化学反応にて発電を行うとともに発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュール２０と、貯湯水循環ライン３２に設けられ電気モータ３２ａ１によって駆動される貯湯水循環ポンプ３２ａと、燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、前記貯湯水循環ラインに気泡が生じたことを検出する気泡検出部Ｓ１０２と、気泡検出部Ｓ１０２による気泡検出信号にて貯湯水循環ポンプ３２ａの作動を所定時間停止させた後、復帰させる制御装置６０を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、燃料電池モジュールの排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える排熱回収ができる。このために、電気化学反応にて発電を行うとともにその発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュールと、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、貯湯水循環ラインに設けられた貯湯水循環ポンプと、燃料電池モジュールからの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器と、が、燃料電池システムに備えられている。貯湯水が熱交換器にて加熱されることにより、貯湯水の中に溶け込んでいた空気や水蒸気等の所謂溶存空気が気泡となり、該気泡が、貯湯水循環ラインに滞留することにより、貯湯水の循環流量の確保に支障をきたす問題が生じていた。

この様な問題に対して、気泡が熱交換器や貯湯水循環ライン内に存在し、貯湯水の流通を阻害していると判断した場合は、貯湯水循環ポンプの出力を最大に制御することにより、熱交換器や貯湯水循環ライン内の気泡を押し出していた。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００６−２４４３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、貯湯水循環ラインの貯湯水の水圧が、低下した場合、例えば、貯湯槽に給水する市水の断水等により水圧が低下した様な場合は、ヘンリーの法則とダルトンの法則により貯湯水中の溶存空気が気泡となり易く、また気泡を押し出すために貯湯水循環ポンプの出力を最大にして回転数も上げても、貯湯水を吸い込む貯湯水循環ポンプの入口側および貯湯水循環ポンプのインペラ周辺の水圧が下がることにより、貯湯水中の溶存空気が気泡になり易く、その結果、気泡が増えるとともに貯湯水循環ポンプの作動にて気泡は攪拌もされることにより、貯湯水循環ポンプは空転し、気泡の追い出しが困難であった。

そこで、本発明は、貯湯水循環ラインの貯湯水の水圧が、低下した場合でも、貯湯水循環ラインから気泡を追い出すことができ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、請求項１に係る燃料電池システムは、電気化学反応にて発電を行うとともに発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュールと、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、前記貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、前記貯湯水循環ラインに設けられ電気モータによって駆動される貯湯水循環ポンプと、前記燃焼排ガスと前記貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器と、前記貯湯水循環ラインに気泡が生じたことを検出する気泡検出部と、前記気泡検出部による気泡検出信号にて前記貯湯水循環ポンプの作動を所定時間停止させた後、復帰させる制御装置と、を備えたことを要旨とする。

これによれば、貯湯水循環ラインに気泡が生じたことを検出した場合、貯湯水循環ポンプの作動を所定時間停止させることにより、攪拌されていたそれぞれの気泡は、浮力により上昇して、貯湯水循環ポンプの内部上方に集まることにより、塊りとなり大型化する。この大型化した気泡の塊りは、貯湯水循環ポンプの作動を復帰させることにより、押し出すことができ、この気泡は最終的には、貯湯槽の上部へ移動させて滞留させることにより、貯湯水の循環流量を確保できる。その結果、貯湯水の循環流量の確保により、熱交換器内を流れる貯湯水の蒸発による貯湯水に含まれる成分（カルシウム等）の析出が、防止されて、その析出物（スケール）の熱交換器への付着による熱交換器の腐食が、防止される。

請求項２に係る燃料電池システムは、請求項１において、前記気泡検出部は、前記熱交換器の内部温度又は前記熱交換器の出口温度が閾値を超えた時に、前記気泡検出信号を発生させることを要旨とする。

これによれば、気泡が発生すると、その気泡により貯湯水の流量が減少して貯湯水による冷却が低下するため、気泡は、前記熱交換器の内部温度又は前記熱交換器の出口温度が上昇することの温度測定に基づいて、検出できる。

請求項３に係る燃料電池システムは、請求項１において、前記気泡検出部は、前記電気モータへの入力値に対する前記貯湯水循環ポンプの回転数が閾値を越えた場合に前記気泡検出信号を発生させることを要旨とする。

これによれば、気泡が発生すると、その気泡は貯湯水よりも軽いことから、貯湯水循環ポンプに対する負荷の軽減により貯湯水循環ポンプの回転数が上昇するので、貯湯水循環ポンプの回転数測定に基づいて、気泡が、検出できる。

請求項４に係る燃料電池システムは、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記貯湯水循環ラインの水圧が閾値よりも低くなったことを検出する水圧低下検出部と、前記水圧低下検出部による水圧低下検出信号にて前記貯湯水循環ラインを流れる前記貯湯水の流量を増大させるように前記貯湯水循環ポンプの動作を制御する制御部とを、を備えたことを要旨とする。

これによれば、貯湯水循環ラインの水圧が閾値よりも低くなった場合には、貯湯水循環ラインを流れる貯湯水の流量を増大させるように貯湯水循環ポンプが作動するので、貯湯水の流量を確保できる。

請求項５に係る燃料電池システムは、請求項４において、前記水圧低下検出部は、前記貯湯水循環ラインの前記熱交換器よりも上流側の設けられた圧力スイッチを有することを要旨とする。

これによれば、貯湯水循環ラインの水圧低下は、圧力スイッチにて直接的に検出できる。

貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、燃料電池モジュールからの燃焼排ガスと貯湯水循環ラインを循環する貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器により加熱される貯湯水における特に燃料電池システムが自立運転を行っている状態での過度の温度上昇を防止するために、請求項６に係る燃料電池システムは、電気化学反応にて発電を行うとともに発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュールと、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、前記貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、前記燃焼排ガスと前記貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器と、商用電力系統を切り離して発電継続に必要な前記燃料電池システムの補機に必要な電力を供給しつつ外部の自立用コンセントに電力を供給可能な自立運転を行っている状態では、前記燃焼排ガスの熱量と前記熱交換器の入口の前記貯湯水の温度に基づいて、前記補機のうち前記燃料電池モジュールの出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機の最大負荷出力を制限する最大負荷出力制限制御部と、を備えたことを要旨とする。

これによれば、燃料電池モジュールの出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機の最大負荷出力は、燃焼排ガスの熱量と前記熱交換器の入口側前記貯湯水の温度に基づいて即ち熱交換器に作用している熱に基づいて、制限される。従って、その補器による燃料電池システムの作動が制限され、その結果、燃料電池システムの作動による熱の熱交換器への作用が制限されるので、熱交換器により加熱される貯湯水の過度の温度上昇が、を防止される。その結果、熱交換器内を流れる貯湯水の蒸発による貯湯水に含まれる成分（カルシウム等）の析出が、防止されて、その析出物（スケール）の熱交換器への付着による熱交換器の腐食が、防止される。

請求項７に係る燃料電池システムは、請求項６において、前記燃焼排ガスの前記熱量は、水素と反応させるための前記燃料電池モジュールに送り込まれるカソードエアの流量と前記熱交換器の入口の温度との積であることを要旨とする。

これによれば、燃焼排ガスの熱量は、水素と反応させるための燃料電池モジュールに送り込まれるカソードエアの流量と熱交換器の入口の温度との積であるので、カソードエアの流量測定と熱交換器の内部温度測定に基づいて、燃焼排ガスの熱量を精度よく求めることができる。

請求項８に係る燃料電池システムは、請求項６において、前記余剰電力を吸収する補機はヒータであることを要旨とする。

これによれば、熱交換器に熱的影響を与える熱源となるヒータの作動を制御できる。

請求項９に係る燃料電池システムは、請求項８において、前記ヒータは、前記熱交換器の前記燃焼排ガスの入口に設けられて、燃焼触媒を活性温度までに加熱する燃焼触媒ヒータであることを要旨とする。

これによれば、余剰電力を吸収するヒータが、熱交換器の燃焼排ガスの入口に設けられて、燃焼触媒を活性温度までに加熱する燃焼触媒ヒータであるので、直接に燃焼触媒ヒータよる熱交換器における貯湯水の過度の温度上昇が、防止される。

本発明による燃料電池システムの一実施形態（第１実施例）の概要を示す概要図である。 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。 図２で示す制御装置で実行される制御プログラム（第１制御例）のフローチャートである。 気泡検出に用いられる貯湯水の熱交換器の内部温度の閾値を示すグラフである。 気泡検出に用いられる貯湯水循環ポンプの回転数の閾値を示すグラフである。 貯湯水循環ポンプと気泡の塊りとを示す説明図である。 図２で示す制御装置で実行される制御プログラム（第２制御例）のフローチャートである。 図２で示す制御装置で実行される制御プログラム（第３制御例）のフローチャートである。 燃料電池システムの自立運転時における燃焼触媒ヒータの最大負荷出力の一例を示すグラフである。

以下、本発明による燃料電池システムの実施形態の一つである第１実施例について説明する。図１は、この燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、インバータ装置５０および制御装置６０を備えている。

筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１および第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は、第１空間を形成し、第２室Ｒ２は、第２空間を形成する。仕切部材１２は、筐体１１を上下に区画する部材であり、第１室Ｒ１および第２室Ｒ２は連通するようになっている。

燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４を備えている。

ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて図示しない支持構造を介して仕切部材１２に設置されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３、燃料電池２４および第１燃焼部２６である燃焼空間Ｒ３が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が、燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。

蒸発部２２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部２２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部２３に供給するものである。改質用原料としては、天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては、天然ガスにて説明する。

この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給するとともにその改質水供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。改質水ポンプ４１ａは、水タンク１３（貯水器）に貯蔵されている凝縮水を改質水として改質部２３に供給する。

また、蒸発部２２には、改質用原料の供給源（以下、供給源という。）Ｇｓからの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。改質用原料供給管４２には、原料ポンプ４２ａが設けられている。原料ポンプ４２ａは、筺体１１内に収納されている。原料ポンプ４２ａは、燃料電池２４に燃料（改質用原料）を供給する供給装置であり、制御装置６０からの制御指令値にしたがって供給源Ｇｓからの燃料供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。この原料ポンプ４２ａは、改質用原料を吸入し改質部２３に圧送する。

改質部２３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部２２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が、生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は、燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部２３は、改質用原料（原燃料）と改質水とから燃料である改質ガスを生成して燃料電池２４に供給する。なお、水蒸気改質反応は、吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は、発熱反応である。

燃料電池２４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル２４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は、４００〜１０００℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなどは、直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部２３は、省略することができる。
セル２４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。セル２４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。

燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ４４ａによって送出されたカソードエアは、カソードエア供給管４４を介して供給され、空気流路２４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。

カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。カソードエア供給管４４のカソードエアブロワ４４ａの下流側に設けられた流量センサ４４ａ１は、カソードエアブロワ４４ａが吐出するカソードエア流量を検出する。

燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が、電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。
（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−

そして、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料電池２４と蒸発部２２（改質部２３）の間の燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガス（火炎２７）によって蒸発部２２および改質部２３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは、導出口２１ａから燃料電池モジュール２０の外に排気される。このように、燃焼空間Ｒ３が、燃料電池２４からのアノードオフガスと燃料電池２４からのカソードオフガスとが燃焼されて改質部２３を加熱する第１燃焼部２６である。すなわち、第１燃焼部２６は、燃料電池２４からの未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼排ガスとして導出する燃焼部である。
第１燃焼部２６（燃焼空間Ｒ３）では、アノードオフガスが燃焼されて火炎２７が発生している。第１燃焼部２６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。

排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱貯湯水に回収して蓄える排熱回収系である。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、が備えられている。

貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１の柱状容器の下部には水供給源Ｗｓ（例えば水道管）が接続されており、水供給源Ｗｓからの水（低温の水。例えば水道水）が、補給されるようになっている。貯湯槽３１の水供給源Ｗｓからの水の入口に設けられた圧力センサ３２ｅは、水供給源Ｗｓから貯湯槽３１へ補給される水の圧力を検出して、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。また、圧力センサ３２ｅは、貯湯水循環ライン３２の貯湯水循環ポンプ３２ａの上流に設けて、その検出結果を制御装置６０に送信するようにしてもよい。その圧力センサ３２ｅの検出結果に基づき、貯湯水循環ライン３２ライン３２の水圧並びに水供給源Ｗｓからの水の断水を検知可能である。また、貯湯槽３１に貯留された高温の温水が、貯湯槽３１の柱状容器の上部から導出されるようになっている。

貯湯水循環ライン３２の一端は、貯湯槽３１の下部に、他端は、貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、熱交換器３３、第３温度センサ３２ｄ、第２温度センサ３２ｃが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、その流量（送出量）が制御されるようになっている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、第２温度センサ３２ｃの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御されるようになっている。

貯湯水循環ポンプ３２ａは、電気モータ３２ａ１にて駆動される。貯湯水循環ポンプ３２ａは、電気モータ３２ａ１の入力値即ち電源電圧の電圧値に応じて所定の回転数にて回転する。電圧センサ３２ａ２は、電気モータ３２ａ１の入力値即ち電源電圧の電圧値を検出して、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。回転数センサ３２ａ３は、貯湯水循環ポンプ３２ａの回転数を検出して、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

第１温度センサ３２ｂは、熱交換器３３の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン３２であって熱交換器３３と貯湯槽３１との間に配設されている。第１温度センサ３２ｂは、貯湯水の熱交換器３３の入口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の出口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

第２温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン３２に配設されている。第２温度センサ３２ｄは、貯湯水の熱交換器３３の出口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の入口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

第３温度センサ３２ｄは、貯湯水循環ライン３２の熱交換器３３の内部に配設されている。第２温度センサ３２ｃは、貯湯水の熱交換器３３の内部温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽３１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。この熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。

熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部には、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通している。ケーシング３３ａの下部には、第１排気口１１ａに接続されている排気管４６が接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続されている凝縮水供給管４７が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続されている熱交換部（凝縮部）３３ｂが配設されている。

このように構成された熱交換器３３においては、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、導出口２１ａを通ってケーシング３３ａ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部３３ｂを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管４６を通って第１排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４７を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。

このように、熱交換器３３は、燃料電池システムの中で流通する水分を含んだガス中の水蒸気を液状の熱媒体との熱交換で凝縮し凝縮水を生成する凝縮器である。本実施形態では、燃料電池システムの中で流通する水分を含んだガスは、燃焼排ガスであり、液状の熱媒体は、貯湯水である。

熱交換器３３の燃焼排ガス導入部、すなわちケーシング２１の導出口２１ａには、第２燃焼部２８が設けられている。第２燃焼部２８は、第１燃焼部２６から排気されるガスである第１燃焼部オフガス、すなわち、第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガス（例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など）を導入し燃焼して導出するものである。第２燃焼部２８は、可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒（例えばプラチナやパラジウムなどの貴金属がセラミックの単体などに担持させたものである。燃焼触媒は、ペレット状のものを充填しても良いし、セラミック・メタルのハニカムや発泡金属の上に担持させたような形態のものでも良い。）で構成されている。

第２燃焼部２８には、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃性ガスを燃焼させるための燃焼触媒ヒータ２８ａが設けられている。燃焼触媒ヒータ２８ａは制御装置６０の指示によって加熱されるものである。

燃焼排ガスの熱交換器３３の入口即ち燃焼触媒ヒータ２８ａの下流には、第４温度センサ３３ｃが設けられている、第４温度センサ３３ｃは、燃焼排ガスの熱交換器３３の入口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

また、燃料電池システムは、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は、第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。水タンク１３は、熱交換器３３（凝縮器）から供給された凝縮水を貯蔵する貯水器である。水タンク１３を含んで構成され、熱交換器３３（凝縮器）から流出した凝縮水が流通する水路が、凝縮水系Ｌｇである。本実施形態では、凝縮水系Ｌｇは、凝縮水供給管４７、純水器１４（後述する）、配管４８および水タンク１３から構成されている。なお、凝縮水系Ｌｇは、純水器１４を除いて構成するようにしてもよい。

また、水タンク１３には、水タンク１３内の凝縮水を加熱する（水タンク１３を加熱する）加熱装置である水タンク凍結防止ヒータ１３ｂが設けられている。なお、加熱装置は、凝縮水系の凝縮水を加熱する加熱装置であり、凝縮水系を加熱する。水タンク凍結防止ヒータ１３ｂは、例えば電気式ヒータや燃焼装置（例えばバーナなど）であり、制御装置６０により制御されるように構成されている。水タンク凍結防止ヒータ１３ｂは、加熱して水タンク１３が凍結するのを防止する。

純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４８を介して水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４８を通って水タンク１３に導出される。すなわち、純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水を純水化して水タンク１３に供給する。

また、純水器１４には、純水器１４内の凝縮水を加熱する（純水器１４を加熱する）加熱装置である純水器凍結防止ヒータ１４ａが設けられている。純水器凍結防止ヒータ１４ａは、水タンク凍結防止ヒータ１３ｂと同様に構成されている。純水器凍結防止ヒータ１４ａは、加熱して純水器１４が凍結するのを防止する。

また、燃料電池システムは、排水装置７０を備えている。排水装置７０は、水受け部材７１、排水管７２を備えている。水受け部材７１は、筐体１１内に配設され水タンク１３から溢れ出た水を少なくとも受けるものである。水受け部材７１の直上には、オーバーフローライン１３ｃ、ドレン管４６ａの各下端が配設されている。これにより、水受け部材７１は、水タンク１３から溢れ出た水をオーバーフローライン１３ｃを介して確実に受けることができ、第１排気口１１ａから入った外部の水（例えば雨水）を排気管４６およびドレン管４６ａを介して確実に受けることができる。排水管７２は、水受け部材７１が受けた水を水受け部材７１から筐体１１の外部に排出するものである。

また、ドレン管４６ａの上端は、排気管４６に接続されている。ドレン管４６ａの下端は、下方に延ばされ、排水装置７０の水受け部材７１の上方位置まで延設されている。ドレン管４６ａは、第１排気口１１ａから入った外部の水が第１熱交換器３３を介して純水器１４に流入するのを抑制するためのものである。

また、燃料電池システムは、第２室Ｒ２を形成する筐体１１に形成された空気導入口１１ｂと、第１室Ｒ１を形成する筐体１１に形成された空気導出口１１ｃと、空気導入口１１ｂに設けられた換気用空気ブロワ１５と、を備えている。換気用空気ブロワ１５は、筐体１１内を換気する換気装置である。この換気用空気ブロワ１５が作動すると、外気が、空気導入口１１ｂを介して換気用空気ブロワ１５に吸い込まれ、第２室Ｒ２に送出される。さらに、第２室Ｒ２内の気体（主として空気）は、仕切部材１２を通って第１室Ｒ１に流れ、第１室Ｒ１内の気体は、空気導出口１１ｃを介して外部に排出される。

さらに、燃料電池システムは、インバータ装置５０を備えている。インバータ装置５０は、燃料電池２４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２に出力する第１機能と、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機や制御装置６０に出力する第２機能と、を有している。また、インバータ装置５０は、系統電源５１の交流電圧の停電を検出するする停電センサ５０ａの機能を備え、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

系統電源（または商用電源）５１は、該系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して外部電力負荷５３に電力を供給するものである。燃料電池２４は、インバータ装置５０を介して電源ライン５２に接続されている。外部電力負荷５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどである。

さらに、燃料電池システムには、図１に示す如く、分電盤８１、自動電源切換器８２、自立専用コンセント８３が設けられている。燃料電池モジュール２０の発電中に停電センサ５０ａにより系統電源５１の交流電圧の停電を感知すると、燃料電池システムの制御装置６０は、分電盤８１、自動電源切換器８２を作動させて、速やかに系統電源５１を燃料電池システムから切り離なす。その切り離しと同時に制御装置６０は、発電継続に必要なポンプやファンなどの補器に必要な電力を供給しつつ、自立専用コンセント８３に電力を供給する自立運転へと燃料電池システムの運転状態を切り換える。このコンセント８３に家庭用電化製品８４例えばテレビ、ノートパソコン、電気スタンド、扇風機等を接続することにより、家電製品の使用が、可能となる。

補機は、燃料電池モジュール２０に改質用原料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプ４１ａ，４２ａ、換気用空気ブロワ１５およびカソードエアブロワ４４ａなどの他ヒータである前述の純水器凍結防止ヒータ１４ａ、水タンク凍結防止ヒータ１３ｂ、点火ヒータ２６ａ１、２６ｂ１、燃焼触媒ヒータ２８ａ、貯湯水循環ポンプ３２ａなどから構成されている。

燃料電池システムが備える制御装置６０には、上述した温度センサ３２ｂ，３２ｃ、３２ｄ、３３ｃ、電圧センサ３２ａ２、回転数センサ３２ａ３、圧力センサ３２ｄ、停電センサ５０ａ、流量センサ４４ａ１，各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ａ、各ブロワ１５，４４ａ、および各ヒータ１３ｂ，１４ａ，２６ａ１，２６ａ２，２８ａ、分電盤８１、自動電源切換器８２が接続されている（図２参照）。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施している。ＲＡＭは、同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは、前記プログラムを記憶するものである。

次に、上述した燃料電池システムの作動に係る第１制御例として貯湯水循環ライン３２の気泡の検出とその押し出しについて説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると（あるいはユーザによって予め設定された起動開始時刻となったことにより自動的に起動が開始されると）、貯湯水循環ポンプ３２ａが作動を開始し、図３に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。

制御装置６０は、ステップＳ１０２において、貯湯水循環ライン３２に気泡が発生したか否かを判定する。例えば、温度センサ３２ｄが検出する貯湯水循環ライン３２での熱交換器３３の内部温度Ｔ３２ｄが閾値Ａを越えたか否かに基づいて、気泡が、貯湯水循環ライン３２に発生したか否かを判定する。具体的には、その閾値Ａは、図４に示す如く、貯湯水循環ライン３２での熱交換器３３の内部温度Ｔ３２ｄに対するその継続時間ｔに基づいて設定されるもので、例えば、熱交換器３３の内部温度Ｔ３２ｄが、６５℃の場合はｔは１５秒間継続、また７５℃の場合はｔは１秒間継続である。

なお、貯湯水循環ライン３２に気泡が発生したか否かの判定は、これに代えて、温度センサ３２ｃが検出する貯湯水循環ライン３２での熱交換器３３の出口温度Ｔ３２ｃがその閾値を越えたか否かに基づいて、行うようにしてもよい。

また、貯湯水循環ライン３２に気泡が発生したか否かを判定は、電圧センサ３２ａ２及び回転数センサ３２ａ３の検出結果により、貯湯水循環ポンプ３２ａを駆動する電気モータ３２ａ１への入力値に対する貯湯水循環ポンプ３２ａの回転数が閾値Ｂを越えた否かに基づいて、行うことができる。具体的には、その閾値Ｂは、図５に示す如く、電気モータ３２ａ１への入力値である入力電圧Ｖａに対する貯湯水循環ポンプ３２ａ回転数Ｎに基づいて設定されるもので、例えば、入力電圧Ｖａが、２１．６ボルトの場合は、回転数Ｎが４０００回転、また、入力電圧Ｖａ２６．４ボルトの場合は、回転数Ｎが、５０００回転に設定されている。なお、入力電圧Ｖａは、電圧センサ３２ａ２にて検出され、通常は電気モータ３２ａ１には、所定の２４ボルトの入力電圧Ｖａが印加されるものであるが、入力電圧に変動が生じる場合がある。

制御装置６０は、気泡を検出した場合には、ステップＳ１０２にて「Ｙｅｓ」と判定し、プログラムをステップＳ１０４に進める。一方、気泡を検出していない場合には、制御装置６０は、ステップＳ１０２にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１０２の処理を繰り返す。

制御装置６０は、ステップＳ１０４において、貯湯水循環ポンプ３２ａの作動を停止する。貯湯水循環ポンプ３２ａの作動が停止即ち貯湯水循環ポンプ３２ａの回転が低下又は止められることに伴い、貯湯水循環ライン３２の貯湯水の循環が、止められる。

ステップＳ１０４と同時Ｓ１０６に進み、タイマＴＭのカウントを開始する。この間、貯湯水循環ライン３２の貯湯水の循環が止められるので、貯湯水循環ポンプ３２ａのインペラ３２ｆの回転により攪拌されていたそれぞれの気泡は、浮力により上昇して、貯湯水循環ポンプ３２ａの内部上方に集まることにより、図６に示す如く、塊り３２ｇとなり大型化する。気泡は、貯湯水循環ポンプ３２ａの作動により、水圧が下がる貯湯水循環ポンプ３２ａの入口部３２ｉならびにインペラ３２ｆの回転方向裏側に発生し易い。符号３２ｏは、貯湯水循環ポンプ３２ａの出口を示す。図６の矢印Ｒの向きは、インペラ３２ｆの回転方向を示す。

さらに、制御装置６０は、ステップＳ１０８において、貯湯水循環ポンプ３２ａの作動の停止が、所定時間継続しているか否かを判定する。具体的には、制御装置６０は、上記気泡の検出時点からカウントを開始されたタイマＴＭが所定値ＴＭ１以上となった場合には、気泡は、貯湯水循環ポンプ３２ａの内部上方に集まり、図６に示す如く、大きな塊り３２ｇになっていると判定する。所定値ＴＭ１は、気泡が、浮力により、上昇して大きな塊り３２ｇになるのに必要な所定時間に相当する時間であり、例えば１．５秒時間に設定されている。

タイマＴＭが、所定値所定値ＴＭ１以上となった場合には、制御装置６０は、ステップＳ１０８にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１１０に進み、貯湯水循環ポンプ３２ａの作動を復帰させる。貯湯水循環ポンプ３２ａの内部上方に集まった気泡の大きな塊り３２ｇは、貯湯水循環ポンプ３２ａの回転により、貯湯水循環ポンプ３２ａから押し出すことができる。

この気泡は、貯湯水循環ポンプ３２ａの作動により、最終的には、貯湯槽３１の上部へ移動させて滞留させることにより、貯湯水の循環流量が、確保できる。その結果、貯湯水の循環流量の確保により、熱交換器内を流れる貯湯水の蒸発による貯湯水に含まれる成分（カルシウム等）の析出が、防止されて、その析出物（スケール）の熱交換器への付着による熱交換器の腐食が、防止される。

次に、上述した燃料電池システムの作動に係る第２制御例として貯湯水循環ライン３２の水圧の低下の検出とその制御について説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると（あるいはユーザによって予め設定された起動開始時刻となったことにより自動的に起動が開始されると）、貯湯水循環ポンプ３２ａが作動を開始し、図７に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。

制御装置６０は、圧力センサ３２ｄの検出結果に基づき、ステップＳ２０２において、貯湯水循環ライン３２の水圧が、閾値Ｃ以下か否かを判定する。例えば、閾値Ｃは、断水時の水圧に相当する水圧又は貯湯水循環ライン３２における貯湯水の流量を確保する水圧とすることができる。

制御装置６０は、水圧が閾値Ｃ以下と判定した場合には、ステップＳ２０２にて「Ｙｅｓ」と判定し、プログラムをステップＳ２０４に進める。一方、水圧が閾値Ｃ以上である場合は、ステップＳ２０２にて「Ｎｏ」と判定し、プログラムをステップＳ２０６に進め、貯湯水循環ポンプ３２ａは通常運転が行われる。

ステップＳ２０４では、貯湯水循環ポンプ３２ａの出力アップを行い、具体的には、電気モータ３２ａ１の回転数を上昇させて、貯湯水循環ライン３２の貯湯水の循環流量を増大させ、貯湯水循環ライン３２の貯湯水の水圧を上げるようにして、ステップＳ２０２での水圧が閾値Ｃ以下でなくなるまで、この処理を繰り返す。

次に、上述した燃料電池システムの作動に係る第３制御例として燃料電池システムの停電での自立運転における制御について説明する。この第３制御例は、停電等により、燃料電池システムが、交流の系統電源５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２なる商用電力系統と切り離して発電継続に必要な燃料電池システムの補器に必要な電力を供給しつつ外部の自立用コンセント８４に電力を供給可能な自立運転を行っている状態における制御に関する。自立運転においては、補器のうち燃料電池モジュール２０の出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機が、その余剰電力分全ての負荷出力を出すと、燃料電池モジュール２０の作動が活発化し、燃焼排ガスの温度上昇が起こる。燃料電池モジュール２０の出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機が、例えば、ヒータ、特に、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して燃焼排ガスに含まれた可燃性ガスを燃焼させる燃焼触媒ヒータ２８ａである場合は、燃焼排ガスの熱交換器入口温度が上昇して、熱交換器３３により加熱される貯湯水の過度の温度上昇が、顕著に起こる。その結果、熱交換器３３内を流れる貯湯水の蒸発による貯湯水に含まれる成分（カルシウム等）が析出し、その析出物（スケール）の熱交換器３３への付着による熱交換器の腐食が生じる。第３制御例は、自立運転を行っている状態における熱交換器３３により加熱される貯湯水の過度の温度上昇を防止できる燃料電池システムの提供を目的とする。

第３制御例は、燃料電池システムの自立運転状態では、燃焼排ガスの熱量と熱交換器３３の入口の前記貯湯水の温度に基づいて、燃料電池システムの補機のうち燃料電池モジュール２０の出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機の最大負荷出力を制限する最大負荷出力制限制御部と、を備える。これによれば、燃料電池モジュール２０の出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機の最大負荷出力は、燃焼排ガスの熱量と熱交換器の入口側前記貯湯水の温度に基づいて即ち熱交換器３３に作用している熱に基づいて、制限される。従って、その補器による燃料電池システムの作動が制限され、その結果、燃料電池システムの作動による熱の熱交換器３０への作用が制限されるので、熱交換器３３により加熱される貯湯水の過度の温度上昇が、防止される。その結果、熱交換器３３内を流れる貯湯水の蒸発による貯湯水に含まれる成分（カルシウム等）の析出が、防止されて、その析出物（スケール）の熱交換器への付着による熱交換器の腐食が、防止される。

第３制御例では、燃焼排ガスの熱量は、具体的には、水素と反応させるための燃料電池モジュール２０に送り込まれるカソードエアの流量と熱交換器３０の入口の温度との積としている。これによれば、燃焼排ガスの熱量は、カソードエアの流量の測定と熱交換器３０の内部温度の測定に基づいて、燃焼排ガスの熱量を精度よく求めることができる。

第３制御例では、余剰電力を吸収する補機は、具体的には、ヒータである。これによれば、熱交換器３０に熱的影響を与える熱源となるヒータの作動を制御できる。なお、このヒータには、燃焼触媒ヒータ２８ａ、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２などが相当する。

第３制御例では、余剰電力を吸収する補機であるヒータは、具体的には、熱交換器の前記燃焼排ガスの入口に設けられて、燃焼触媒を活性温度までに加熱する燃焼触媒ヒータ２８ａである。これによれば、余剰電力を吸収するヒータが、熱交換器３０の燃焼排ガスの入口に設けられて、燃焼触媒を活性温度までに加熱する燃焼触媒ヒータ２８ａであるので、直接に燃焼触媒ヒータ２８ａよる熱交換器３０における貯湯水の過度の温度上昇が、防止される。

制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると（あるいはユーザによって予め設定された起動開始時刻となったことにより自動的に起動が開始されると）、燃料電池システムは通常運転による発電を開始し、図８に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。

制御装置６０は、停電センサ５０ａの作動に基づき、ステップＳ３０２において、系統電源５１の交流電圧の停電が発生したか否かを判定する。制御装置６０は、停電を検出した場合には、ステップＳ３０２にて「Ｙｅｓ」と判定し、プログラムをステップＳ３０４に進める。一方、停電を検出していない場合には、制御装置６０は、ステップＳ３０２にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ３１０に進み、燃料電池システムは、通常運転を継続する。

制御装置６０は、ステップＳ３０４において、燃料電池システムを自立運転に切り換える。この自立運転は、分電盤８１、自動電源切換器８２を作動させて、速やかに系統電源５１を燃料電池システムから切り離なす。その切り離しと同時に制御装置６０は、発電継続に必要なポンプやファンなどの補器に必要な電力を供給しつつ、自立専用コンセント８３に電力を供給する。このコンセント８３に家庭用電化製品８４例えばテレビ、ノートパソコン、電気スタンド、扇風機等を接続することにより、家電製品の使用が可能となる停電自立運転が、行える。

制御装置６０は、ステップＳ３０４と同時に、ステップＳ３０６に進み、燃焼触媒ヒータ２８ａの最大負荷出力Ｐを演算する。燃焼触媒ヒータ２８ａの最大負荷出力Ｐの演算は、具体的には、流量センサ４４ａ１により検出されたカソードエアブロア４４ａの吐出量Ｑと、温度センサ３３ｃにより検出された燃焼排ガスの熱交換器入口温度Ｔ３３ｃと、温度センサ３２ｂにより検出された貯湯水の熱交換器入口温度Ｔ３２ｂに基づいて、図９に示す制御マップを用いて行われる。例えば、カソードエアブロアの吐出量Ｑが６４．５［ＮＬＭ］の場合、図９の実線Ｄに示される如く、燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃと貯湯水熱交換器入口温度Ｔ３２ｂに基づいて算出された補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍにより、燃焼触媒ヒータ２８ａの最大負荷出力Ｐは、１００［％］から３０［％］の範囲に設定される。なお、補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍは、燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃに、貯湯水熱交換器入口温度Ｔ３２ｂの基準温度と貯湯水熱交換器入口温度Ｔ３２ｂの運転時の温度との差に基づく補正係数Ｍを乗じたものである。この様に、補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍは、貯湯水熱交換器入口温度Ｔ３２ｂの基準温度と貯湯水熱交換器入口温度Ｔ３２ｂの運転時の温度との差を燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃに換算する補正係数Ｍを用いて、燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃを補正したものである。

燃焼触媒ヒータ２８ａの最大負荷出力Ｐは、補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍの温度上昇に伴い、カソードエアブロアの吐出量Ｑが１９．１５［ＮＬＭ］の場合は、図９の実線Ｄの点Ｄｙに示す如く、１００[％]から制限が開始されて低減され、そして、点Ｄｚに示す如く、制限上限の３０［％］に制御され、点Ｄｙと点Ｄｚ間では、最大負荷出力Ｐは、比例的に変化する。なお、具体的には、前述の点Ｄｙに相当する補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍは、例えば、３６０×Ｍ［℃］である。また、前述の点Ｄｚに相当する補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍは、例えば、４００×Ｍ［℃］である。

また、燃焼触媒ヒータ２８ａの最大負荷出力Ｐは、カソードエアブロアの吐出量Ｑが ６４．５[ＮＬＭ]の場合は、補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍの温度上昇に伴い、図９の二点鎖線Ｅの点Ｅｙに示す如く、１００［％］から制限が開始されて低減され、そして、点Ｅｚに示す如く、制限上限の３０［％］に制御され、点Ｅｙと点Ｅｚ間では、最大負荷出力Ｐは、比例的に変化する。なお、具体的には、前述の点Ｅｙに相当する補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍは、例えば、３００×Ｍ［℃］である。また、前述の点Ｅｚに相当する補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍは、例えば、３２０×Ｍ［℃］である。この様に、燃焼触媒ヒータ２８ａの最大負荷出力Ｐを制限開始及び制限上限とする補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍは、カソードエアブロアの吐出量Ｑが１９．１［ＮＬＭ］の場合に比較して、カソードエアブロアの吐出量Ｑが６４．５［ＮＬＭ］と増えた場合は、温度が下げて設定してある。燃焼触媒ヒータ２８ａの最大負荷出力Ｐは、前述のカソードエアブロアの吐出量Ｑが１９．１［ＮＬＭ］及び６４．５［ＮＬＭ］の他、カソードエアブロアの吐出量Ｑと補正燃焼排ガス熱交換器入口温度Ｔ３３ｃｍに基づいて、その制限を設定することが可能であることは明らかである。

次いで、ステップＳ３０８に進み、燃焼触媒ヒータ２８ａは、ステップＳ３０６にて演算された最大負荷出力Ｐの値（１００［％］〜３０［％］）での作動即ち出力を制限される制御がされることにより、燃焼排ガスの加熱に基づく熱交換器３３の内部温度の過熱化が防止され、この処理は、ステップＳ３０２における停電を検出しなくなるまで、即ち停電が復旧するまで繰り返される。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムは、電気化学反応にて発電を行うとともに発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュール２０と、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、貯湯水循環ラインに設けられ電気モータ３２ａ１によって駆動される貯湯水循環ポンプ３２ａと、燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、貯湯水循環ラインに気泡が生じたことを検出する気泡検出部Ｓ１０２と、気泡検出部Ｓ１０２による気泡検出信号にて貯湯水循環ポンプ３２ａの作動を所定時間停止させた後、復帰させる制御装置６０と、を備えるので、貯湯水循環ライン３２に気泡が生じたことを検出した場合、貯湯水循環ポンプ３２ａの作動を所定時間停止させることにより、攪拌されていたそれぞれの気泡は、浮力により上昇して、貯湯水循環ポンプ３２ａの内部上方に集まることにより、塊りとなり大型化する。この大型化した気泡の塊りは、貯湯水循環ポンプ３２ａの作動を復帰させることにより、押し出すことができ、この気泡は最終的には、貯湯槽３１の上部へ移動させて滞留させることにより、貯湯水の循環流量を確保できる。その結果、貯湯水の循環流量の確保により、熱交換器３３内を流れる貯湯水の蒸発による貯湯水に含まれる成分（カルシウム等）の析出が、防止されて、その析出物（スケール）の熱交換器３３への付着による熱交換器３３の腐食が、防止される。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば、気泡検出部Ｓ１０２は、熱交換器３３の内部温度Ｔ３２ｄ又は熱交換器３３の出口温度Ｔ３２ｃが閾値を超えた時に、気泡検出信号を発生させるので、気泡が発生すると、その気泡により貯湯水の流量が減少して貯湯水による冷却が低下するため、気泡は、熱交換器３３の内部温度Ｔ３２ｄ又は熱交換器３３の出口温度Ｔ３２ｃが上昇することの温度測定に基づいて、検出できる。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば、気泡検出部Ｓ１０２は、電気モータ３２ａ１への入力値Ｖａに対する貯湯水循環ポンプ３２ａの回転数Ｎが閾値Ｂを越えた場合に気泡検出信号を発生させるので、気泡が発生すると、その気泡は貯湯水よりも軽いことから、貯湯水循環ポンプ３２ａに対する負荷の軽減により貯湯水循環ポンプ３２ａの回転数Ｎが上昇するので、貯湯水循環ポンプ３２ａの回転数測定に基づいて、気泡が、検出できる。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば、貯湯水循環ライン３２の水圧が閾値よりも低くなったことを検出する水圧低下検出部Ｓ２０２と、水圧低下検出部Ｓ２０２による水圧低下検出信号にて貯湯水循環ライン３２を流れる貯湯水の流量を増大させるように貯湯水循環ポンプ３２の動作を制御する制御部６０とを、を備えたので、貯湯水循環ライン３２の水圧が閾値よりも低くなった場合には、貯湯水循環ライン３２を流れる貯湯水の流量を増大させるように貯湯水循環ポンプ３２ａが作動するので、貯湯水の流量を確保できる。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば、水圧低下検出部Ｓ２０２は、貯湯水循環ライン３２の熱交換器３３よりも上流側の設けられた圧力スイッチ３２ｅを有するので、貯湯水循環ライン３２の水圧低下は、圧力スイッチ３２ｅにて直接的に検出できる。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば、電気化学反応にて発電を行うとともに発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュール２０と、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、商用電力系統を切り離して発電継続に必要な燃料電池システムの補機に必要な電力を供給しつつ外部の自立用コンセント８３に電力を供給可能な自立運転を行っている状態では、燃焼排ガスの熱量と熱交換器３３の入口の貯湯水の温度Ｔ３２ｂに基づいて、補機のうち燃料電池モジュール２０の出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機の最大負荷出力Ｐを制限する最大負荷出力制限制御部Ｓ３０６、Ｓ３０８と、を備えたので、燃料電池モジュール２０の出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機の最大負荷出力Ｐは、燃焼排ガスの熱量と熱交換器３３の入口の貯湯水の温度Ｔ３２ｂに基づいて即ち熱交換器３３に作用している熱に基づいて、制限される。従って、その補器による燃料電池システムの作動が制限され、その結果、燃料電池システムの作動による熱の熱交換器３３への作用が制限される。従って、熱交換器３３により加熱される貯湯水の過度の温度上昇が、を防止される。その結果、熱交換器３３内を流れる貯湯水の蒸発による貯湯水に含まれる成分（カルシウム等）の析出が、防止されて、その析出物（スケール）の熱交換器への付着による熱交換器の腐食が、防止される。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば、燃焼排ガスの熱量は、水素と反応させるための燃料電池モジュール２０に送り込まれるカソードエアの流量と熱交換器の入口の温度Ｔ３３ｃとの積であるので、カソードエアの流量測定と熱交換器の内部温度測定に基づいて、燃焼排ガスの熱量を精度よく求めることができる。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば、余剰電力を吸収する補機は、ヒータ２８ａ，２６ａ１，２６ａ２であるので、熱交換器に熱的影響を与える熱源となるヒータの作動を制御できる。

上述のように、本実施形態に係る燃料電池システムよれば，余剰電力を吸収するヒータが、熱交換器３３の燃焼排ガスの入口に設けられて、燃焼触媒を活性温度までに加熱する燃焼触媒ヒータ２８ａであるので、直接に燃焼触媒ヒータよる熱交換器における貯湯水の過度の温度上昇が、防止される。

なお、複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合せることが可能であることは、明らかである。

２０…燃料電池モジュール、２４…燃料電池、２８ａ…燃焼触媒ヒータ、３０…排熱回収システム、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環ライン、３２ａ…貯湯水循環ポンプ、３２ａ１…電気モータ、３２ａ２…電圧センサ、３２ａ３…回転数センサ、３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…温度センサ、３２ｅ…圧力センサ、３３…熱交換器（凝縮器）、３３ｃ…温度センサ、４４ａ…カソードエアブロワ、４４ａ１…流量センサ、５０…インバータ装置、５１…系統電源、５２…電源ライン、５３…外部電力負荷、６０…制御装置、８３…自立用コンセント

Claims (9)

1. 電気化学反応にて発電を行うとともに発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュールと、
   貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
   前記貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、
   前記貯湯水循環ラインに設けられ電気モータによって駆動される貯湯水循環ポンプと、
   前記燃焼排ガスと前記貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器と、
   前記貯湯水循環ラインに気泡が生じたことを検出する気泡検出部と、
   前記気泡検出部による気泡検出信号にて前記貯湯水循環ポンプの作動を所定時間停止させた後、復帰させる制御装置と、を備えた燃料電池システム。
2. 前記気泡検出部は、前記熱交換器の内部温度又は前記熱交換器の出口温度が閾値を超えた時に、前記気泡検出信号を発生させる請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記気泡検出部は、前記電気モータへの入力値に対する前記貯湯水循環ポンプの回転数が閾値を越えた場合に前記気泡検出信号を発生させる請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記貯湯水循環ラインの水圧が閾値よりも低くなったことを検出する水圧低下検出部と、
   前記水圧低下検出部による水圧低下検出信号にて前記貯湯水循環ラインを流れる前記貯湯水の流量を増大させるように前記貯湯水循環ポンプの動作を制御する制御部とを、を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記水圧低下検出部は、前記貯湯水循環ラインの前記熱交換器よりも上流側の設けられた圧力スイッチを有する請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 電気化学反応にて発電を行うとともに発電により生じた燃焼排ガスを排出する燃料電池モジュールと、
   貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
   前記貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、
   前記燃焼排ガスと前記貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器と、
   商用電力系統を切り離して発電継続に必要な前記燃料電池システムの補機に必要な電力を供給しつつ外部の自立用コンセントに電力を供給可能な停電自立運転を行っている状態では、前記燃焼排ガスの熱量と前記熱交換器の入口の前記貯湯水の温度に基づいて、前記補機のうち前記燃料電池モジュールの出力電力のうちの余剰電力を吸収する補機の最大負荷出力を制限する最大負荷出力制限制御部と、を備えた燃料電池システム。
7. 前記燃焼排ガスの前記熱量は、水素と反応させるための前記燃料電池モジュールに送り込まれるカソードエアの流量と前記熱交換器の入口の温度との積である請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記余剰電力を吸収する補機はヒータである請求項６項に記載の燃料電池システム。
9. 前記ヒータは、前記熱交換器の前記燃焼排ガスの入口に設けられて、燃焼触媒を活性温度までに加熱する燃焼触媒ヒータである請求項８に記載の燃料電池システム。

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