JP2016091646A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、複雑化・高コスト化を招くことなく、水道水が流通する熱交換器が残留塩素によって腐食するのを抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、貯湯水を貯水する貯湯槽２１と、燃料電池３４の排熱と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器１２と、貯湯槽２１と熱交換器１２との間において貯湯水を循環させるように形成された貯湯水循環ライン２２と、貯湯水循環ライン２２であって貯湯槽２１の貯湯水導出口２１ａと熱交換器１２の貯湯水導入口１２ｂとの間に設けられ、貯湯水中に含有されている残留塩素を濾過する塩素除去フィルタ２２ａと、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムは、冷却水循環系５に連結されて冷却水７の排熱を回収するステンレス合金製の排熱回収用熱交換器２１と、その二次熱媒体としての低イオン濃度の中間熱媒水２５の循環通路２２と、この循環通路に連結されて中間熱媒水の回収熱をイオン濃度の高い（特に残留塩素濃度の高い）外部熱媒水１２に伝達する炭素鋼製の供給側熱交換器２３と、を備えている。これにより、外部熱媒水に水道水を用いても、供給側熱交換器２３は応力腐食割れを起こさない。

特開平０６−０２９０３６号公報

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいて、残留塩素濃度が高い水道水が流通する熱交換器は、残留塩素によって腐食が生じない。しかし、燃料電池システムは、構造の複雑化、高コスト化となるという問題があった。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、複雑化・高コスト化を招くことなく、水道水が流通する熱交換器が残留塩素によって腐食するのを抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムの発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、貯湯水を貯水する貯湯槽と、燃料電池の排熱と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器と、貯湯槽と熱交換との間において貯湯水を循環させるように形成された貯湯水循環ラインと、貯湯水循環ラインであって貯湯槽の貯湯水導出口と熱交換器の貯湯水導入口との間に設けられ、貯湯水中に含有されている残留塩素を濾過する塩素除去フィルタと、を備えている。

これによれば、残留塩素を含有する水道水が貯湯槽に給水され、さらに貯湯槽からの貯湯水が貯湯水循環ラインを通って熱交換器に供給される際に、貯湯水中に含有している残留塩素が塩素除去フィルタによって濾過（除去）される。その結果、燃料電池システムにおいて、複雑化・高コスト化を招くことなく、水道水が循環する熱交換器が残留塩素によって腐食するのを抑制することができる。

本発明による燃料電池システムの一実施形態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１および図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 図１および図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（残留塩素濃度算出）のフローチャートである。 本発明による燃料電池システムの他の実施形態の概要を示す概要図である。

以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について説明する。燃料電池システムは、図１に示すように、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、制御装置１５を備えている。燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５は、筐体１０ａ内に収容されている。

燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。

熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１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２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガス（燃料電池３４および改質部３３の各排熱）と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に塩素除去フィルタ２２ａ、貯湯水循環ポンプ２２ｂおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。

熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、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１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。

貯湯槽２１は、密封式の容器である。貯湯槽２１は、圧力逃がし弁を備えている。貯湯槽２１は、耐圧式の容器である。貯湯槽２１は、少なくとも水道水の圧力に耐えることができる。
貯湯槽２１は、貯湯槽２１から貯湯水を調整可能に導出する導出装置２３と、給水源２４からの給水を貯湯槽２１に導入する導入装置２５と、を備えている。
導出装置２３は、貯湯水が使用される湯水使用機器４１に接続され、湯水使用機器４１に貯湯水を供給する貯湯水供給管４２と、貯湯水供給管４２に接続され貯湯水を外部に排出する排水管４３と、排水管４３に設けられ排水管４３を制御装置１５の開閉指令に応じて開閉する開閉弁４４と、から構成されている。また、導出装置２３は、湯水使用機器４１および貯湯水供給管４２から構成するようにしてもよい。なお、湯水使用機器４１は、例えば複数の湯利用機器および熱利用機器から構成されている。湯利用機器としては、浴槽、シャワ、キッチン（キッチンの蛇口）、洗面所（洗面所の蛇口）などがある。熱利用機器としては、浴室暖房、床暖房、浴槽の湯を追い炊き機構などがある。熱利用機器は、貯湯水を循環させるタイプや貯湯水を熱交換後に排出するタイプのものがある。
貯湯水供給管４２は、通過する貯湯水の供給量（単位時間あたりの通水量）を検出する流量計４２ａが設けられている。流量計４２ａの検出結果は、制御装置１５に送信されている。

導入装置２５は、給水源２４と貯湯槽２１とを接続する給水管５１から構成されている。給水源２４は、例えば水道管である。給水管５１は、供給されている給水の圧力を所定圧力に減圧する減圧装置５２を設けている。なお、導入装置２５は、給水源２４が圧力が比較的高い水道管ではなく圧力の比較的低い供給源である場合、給水管５１と給水管５１に設けられたポンプなどの圧送装置とから構成するようにしてもよい。

塩素除去フィルタ２２ａは、貯湯水循環ライン２２であって貯湯槽２１の貯湯水導出口２１ａと熱交換器１２の貯湯水導入口１２ｂとの間に設けられている。塩素除去フィルタ２２ａは、貯湯水中に含有している残留塩素を濾過するフィルタである。例えば、塩素除去フィルタ２２ａは、ハウジング２２ａ１内に繊維状活性炭と粒状活性炭とを収容して構成されている。例えば、塩素除去フィルタ２２ａは、繊維状活性炭からなる第一層２２ａ２と粒状活性炭からなる第二層２２ａ３とが積層され、貯湯水が第一層２２ａ２および第二層２２ａ３を順番に通過するように構成されている。なお、残留塩素は、水道水の中に存在させることが必要な遊離残留塩素と結合残留塩素とを合わせたもので、水道水に含まれる物質に対する殺菌や酸化反応に有効に作用し得る塩素化合物のことをいう。遊離残留塩素は、例えば次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）であり、結合残留塩素は、例えばモノクロラミン（ＮＨＣｌ）とジクロラミン（ＮＨＣｌ_２）である。
また、貯湯水循環ポンプ２２ｂは、貯湯水循環ライン２２の熱媒体（貯湯水）を送出して図示矢印方向へ循環させる送出装置であり、制御装置１５によって制御されてその吐出量（送出量）が制御されるようになっている。

インバータ装置１３は、燃料電池３４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１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システムの運転を制御する。

燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
蒸発部３２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３２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３３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス（メタンガスを主成分とする）、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。

蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。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。

改質部３３は、上述した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３２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３３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などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。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３３は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３４に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。

燃料電池３４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３４ａ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３４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。

セル３４ａ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３４ｂが形成されている。セル３４ａ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３４ｃが形成されている。

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガス（アノードガス）が改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５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１１ｃ１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１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃ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。
燃料電池３４においては、燃料極に供給されたアノードガスと空気極に供給されたカソードガスによって発電が行われる。

燃焼部３６は、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間に設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて改質部３３を加熱する。

燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７（燃焼ガス）が発生している。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガスが発生している。燃焼部３６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３６ａ１，３６ａ２が設けられている。

制御装置１５は、燃料電池システムの運転を統括して制御する。制御装置１５は、導出装置２３から導出される貯湯水導出量を調整することができる。制御装置１５は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有している。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統括運転を実施している。ＲＡＭは制御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は制御プログラムを記憶するものである。

制御装置１５は、図２に示すように、残留塩素濃度算出部６１と、残留塩素濃度取得部６２と、給水制御部６３と、を備えている。
残留塩素濃度算出部６１は、給水制御部６３によって貯湯水を導入した直後の貯湯槽２１内の残留塩素濃度である導入後残留塩素濃度Ｎ２を算出する。すなわち、残留塩素濃度算出部６１は、貯湯槽２１の容量（貯湯槽容量）Ｂと、給水制御部６３によって貯湯水を導入する直前の貯湯槽２１内の残留塩素濃度である導入前残留塩素濃度Ｎ１と、給水源２４から導入される給水の供給量（給水供給量）Ａ１と、給水源２４から導入される給水の残留塩素濃度（水道水残留塩素濃度）Ｎ３と、塩素除去フィルタ２２ａを通過した貯湯水の通水総量（フィルタ通過量）Ａ２とから、導入後残留塩素濃度Ｎ２を算出する。

具体的には、残留塩素濃度算出部６１は、記憶部１５ａに予め記憶されている水道水に含まれている水道水残留塩素濃度Ｎ３を取得する。水道水残留塩素濃度Ｎ３は、業者や使用者の入力操作によって記憶部１５ａに記憶される。なお、制御装置１５がインターネットを介して水道局などの事業者に接続されている場合には、残留塩素濃度算出部６１は、事業者から水道水残留塩素濃度Ｎ３を定期的に取得して更新するようにしてもよい。

残留塩素濃度算出部６１は、記憶部１５ａに予め記憶されている貯湯槽２１の容量を取得する。貯湯槽容量Ｂは、工場出荷時に記憶される。なお、貯湯槽容量Ｂは、業者や使用者の入力操作によって記憶部１５ａに記憶されるようにしてもよい。
残留塩素濃度算出部６１は、前回の制御サイクルにて導出され記憶部１５ａに記憶（更新）されている導入後残留塩素濃度Ｎ２を導入前残留塩素濃度Ｎ１として取得する。

残留塩素濃度算出部６１は、給水源２４から導入される給水の供給量を算出する。残留塩素濃度算出部６１は、流量計４２ａによって検出された貯湯水供給管４２を通過する貯湯水の供給量（単位時間あたりの通水量）から給水供給量Ａ１（給水総量）を算出する。例えば、残留塩素濃度算出部６１は、所定時間毎に流量計４２ａによって検出された貯湯水の供給量を積算することにより貯湯水の供給総量を算出し、この貯湯水供給総量を給水供給量Ａ１として取得する。これは、次の理由による。貯湯槽２１の貯湯水が湯水使用機器４１に供給された場合、貯湯槽２１から導出され減少した貯湯水は、導入装置２５を介して給水源２４から導入される水道水（給水）によって補充される。すなわち、貯湯槽２１から導出された貯湯水量（総量）は、貯湯槽２１に導入された給水供給量Ａ１と同一である。

残留塩素濃度算出部６１は、塩素除去フィルタ２２ａを通過した貯湯水の通水総量（フィルタ通過量）Ａ２を算出する。例えば、残留塩素濃度算出部６１は、貯湯水循環ポンプ２２ｂの制御指示値（単位時間あたりの送出量：単位時間あたりの貯湯水循環流量）から、所定時間内の貯湯水の循環量を積算することによりフィルタ通過量Ａ２を算出する。なお、貯湯水循環ライン２２に流量計（図示省略）を設け、その検出結果から貯湯水の循環量を算出しフィルタ通過量Ａ２を算出するようにしてもよい。

残留塩素濃度算出部６１は、給水制御部６３によって貯湯水を導入した直後の貯湯槽２１内の残留塩素濃度である導入後残留塩素濃度Ｎ２を算出する。残留塩素濃度算出部６１は、下記数１を使用して導入後残留塩素濃度Ｎ２を算出する。
（数１）
導入後残留塩素濃度Ｎ２＝
（貯湯槽容量Ｂ×導入前残留塩素濃度Ｎ１＋給水供給量Ａ１×水道水残留塩素濃度Ｎ３−フィルタ通過量Ａ２×導入前残留塩素濃度Ｎ１）／貯湯槽容量Ｂ

なお、上記数１の右辺括弧内第一項（貯湯槽容量Ｂ×導入前残留塩素濃度Ｎ１）は、貯湯槽２１に対して貯湯水が入出する直前の貯湯槽２１内残留塩素の質量を示している。上記数１の右辺括弧内第二項（給水供給量Ａ１×水道水残留塩素濃度Ｎ３）は、貯湯槽２１に供給された水道水に含有している残留塩素、すなわち貯湯槽２１に加えられた残留塩素の質量を示している。上記数１の右辺括弧内第三項（フィルタ通過量Ａ２×導入前残留塩素濃度Ｎ１）は、貯湯槽２１から供給されて塩素除去フィルタ２２ａを通過した貯湯水に含有している残留塩素、すなわち貯湯槽２１から除かれた残留塩素の質量を示している。

残留塩素濃度取得部６２は、貯湯槽２１内の貯湯水の残留塩素の濃度（残留塩素濃度）Ｎを取得する。例えば、残留塩素濃度取得部６２は、残留塩素濃度算出部６１が算出した導入後残留塩素濃度Ｎ２を残留塩素濃度Ｎとして取得する。

給水制御部６３は、残留塩素濃度取得部６２によって取得された残留塩素濃度Ｎが第一所定濃度Ｎａ以下である場合、導出装置２３を制御して貯湯槽２１から貯湯水を導出して、導入装置２５を介して給水を導入する。給水の導入方法としては、例えば、給水制御部６３の指示によって開閉弁４４を開いて貯湯水を導出して給水を導入する方法がある。また、給水制御部６３の指示によって湯水使用機器４１の使用を促す表示を表示部１５ｂ（後述する）に表示させることにより、ユーザによる湯水使用機器４１の使用によって貯湯水を導出して給水を導入する方法がある。

なお、給水制御部６３は、給水の導入が開始された後、残留塩素濃度取得部６２によって取得された残留塩素濃度Ｎが第一所定濃度Ｎａより高い第二所定濃度Ｎｂより大きくなった場合、導出装置２３を制御して貯湯槽２１からの貯湯水の導出を停止して、導入装置２５を介する給水の導入を停止する。

また、制御装置１５は、図１に示すように。表示部１５ｂが有線または無線にて通信可能に接続されている。表示部１５ｂは、制御装置１５からの表示信号を受けて、燃料電池システムの運転状態（運転状況）をユーザに対して表示するものである。表示部１５ｂは、例えば液晶パネルにより構成されている。表示部１５ｂは、ユーザから燃料電池システムに対する指示を入力する操作部を備えるようにしてもよい。

次に、上述した燃料電池システムの作動について図３，図４に示すフローチャートに沿って説明する。制御装置１５は、そのフローチャートに沿ったプログラムを所定時間（短時間でも長時間でもよい）毎に繰り返し実行する。
制御装置１５は、ステップＳ１０２において、上述した残留塩素濃度算出部６１と同様に、給水制御部６３によって貯湯水を導入した直後の貯湯槽２１内の残留塩素濃度である導入後残留塩素濃度Ｎ２を残留塩素濃度Ｎとして算出する。

残留塩素濃度Ｎの算出について図４に示すフローチャートに沿って説明する。残留塩素濃度Ｎの算出は、上述した残留塩素濃度算出部６１が行う算出と同様である。制御装置１５は、ステップＳ２０２において、記憶部１５ａに予め記憶されている水道水に含まれている水道水残留塩素濃度Ｎ３を取得する。制御装置１５は、ステップＳ２０４において、記憶部１５ａに予め記憶されている貯湯槽２１の容量（貯湯槽容量）Ｂを取得する。制御装置１５は、ステップＳ２０６において、前回の制御サイクルにて導出され記憶部１５ａに記憶（更新）されている導入後残留塩素濃度Ｎ２を導入前残留塩素濃度Ｎ１として取得する。

制御装置１５は、ステップＳ２０８において、給水源２４から導入される給水の供給量（給水供給量）Ａ１を算出する。制御装置１５は、ステップＳ２１０において、塩素除去フィルタ２２ａを通過した貯湯水の通水総量（フィルタ通過量）Ａ２を算出する。制御装置１５は、給水制御部６３によって貯湯水を導入した直後の貯湯槽２１内の残留塩素濃度である導入後残留塩素濃度Ｎ２を、上記数１を使用して算出する。

図３に示すように、制御装置１５は、ステップＳ１０４において、上述した残留塩素濃度取得部６２と同様に、貯湯槽２１内の貯湯水の残留塩素濃度Ｎを取得する。
制御装置１５は、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０４にて取得した残留塩素濃度Ｎが第一判定値Ｎａ以下であるか否かを判定する。なお、第一判定値Ｎａは、残留塩素が貯湯槽２１や貯湯水循環ライン２２内で殺菌や酸化反応に有効に作用し得る程度の残留塩素濃度に設定されている。第一判定値Ｎａは、例えば０．２ｐｐｍ（ｍｇ／Ｌ）に設定されている。

残留塩素濃度Ｎが第一判定値Ｎａ以下である場合、制御装置１５は、ステップＳ１０６にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１０８に進める。制御装置１５は、ステップＳ１０８において、貯湯槽２１内の残留塩素濃度を高くする制御を行う。すなわち、制御装置１５は、導出装置２３を制御して貯湯槽２１から貯湯水を導出して、導入装置２５を介して給水（残留塩素濃度が第一判定値Ｎａより高い水、例えば水道水）を導入する。例えば、制御装置１５は、開閉弁４４を開いて貯湯水を導出して給水を導入する。給水の残留塩素濃度は、０．２ｐｐｍより大きいため、貯湯槽２１への給水の導入によって、貯湯槽２１内の残留塩素濃度は高くなる。なお、制御装置１５は、湯水使用機器４１の使用を促す表示を表示部１５ｂに表示させることにより、ユーザによる湯水使用機器４１の使用によって貯湯水を導出して給水を導入するようにしてもよい。

貯湯槽２１内に水道水が供給されると、貯湯槽２１内の残留塩素濃度が高くなる。ステップＳ１０４にて取得した残留塩素濃度Ｎが第一判定値Ｎａより大きい第二判定値Ｎｂより大きい場合、制御装置１５は、ステップＳ１０６，１１２にてそれぞれ「ＮＯ」、「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１１４に進める。制御装置１５は、ステップＳ１１４において、貯湯槽２１内の残留塩素濃度の増大停止制御を行う。すなわち、制御装置１５は、導出装置２３を制御して貯湯槽２１からの貯湯水の導出を停止して、導入装置２５を介する給水の導入を停止する。例えば、制御装置１５は、開閉弁４４を閉じて貯湯水の導出を停止して給水の導入を停止する。なお、制御装置１５は、湯水使用機器４１の使用の停止を促す表示を表示部１５ｂに表示させることにより、ユーザによる湯水使用機器４１の使用によって貯湯水の導出を停止して給水の導入を停止するようにしてもよい。

なお、ステップＳ１１４において、制御装置１５は、通常の排熱回収制御を行う。通常の排熱回収制御は、貯湯槽２１内の貯湯水の温度状況、熱交換器１２の貯湯水出口温度に基づいて貯湯水循環ポンプ２２ｂの送出量（貯湯水の循環流量）を制御することにより、排熱回収を制御することである。

また、ステップＳ１１２において、残留塩素濃度が第一判定値Ｎａより高く第二判定値Ｎｂ以下である場合、制御装置１５は、ステップＳ１０６，１１２にて「ＮＯ」と判定しい、給水の導入を継続する。このように、ステップＳ１１２によって、給水制御にヒステリシスを持たせることができる。なお、制御装置１５は、ステップＳ１１２の処理を省略して、ステップＳ１０６にて「ＮＯ」と判定した場合、ステップＳ１１４の処理を行うようにしてもよい。この場合、残留塩素濃度Ｎが第一判定値Ｎａより高くなった場合、制御装置１５は、すぐに給水の導入を停止することとなる。

上述した説明から明らかなように、本実施形態の燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、貯湯水を貯水する貯湯槽２１と、燃料電池３４の排熱と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器１２と、貯湯槽２１と熱交換器１２との間において貯湯水を循環させるように形成された貯湯水循環ライン２２と、貯湯水循環ライン２２であって貯湯槽２１の貯湯水導出口２１ａと熱交換器１２の貯湯水導入口１２ｂとの間に設けられ、貯湯水中に含有されている残留塩素を濾過する塩素除去フィルタ２２ａと、を備えている。

これによれば、残留塩素を含有する水道水が貯湯槽２１に給水され、さらに貯湯槽２１からの貯湯水が貯湯水循環ライン２２を通って熱交換器１２に供給される際に、貯湯水中に含有している残留塩素が塩素除去フィルタ２２ａによって濾過（除去）される。その結果、燃料電池システムにおいて、複雑化・高コスト化を招くことなく、水道水が循環（流通）する熱交換器１２が残留塩素によって腐食するのを抑制することができる。

また、本実施形態の燃料電池システムは、貯湯槽２１から貯湯水を調整可能に導出する導出装置２３と、給水源２４からの給水を貯湯槽２１に導入する導入装置２５と、導出装置２３から導出される貯湯水導出量を調整する制御装置１５と、をさらに備え、制御装置１５は、貯湯槽２１内の貯湯水の残留塩素の濃度を取得する残留塩素濃度取得部６２と、残留塩素濃度取得部６２によって取得された残留塩素濃度が所定濃度（第一所定濃度Ｎａ）以下である場合、導出装置２３を制御して貯湯槽２１から貯湯水を導出して、導入装置２５を介して給水を導入する給水制御部６３と、を備えている。
これによれば、貯湯槽２１内の残留塩素濃度を所定濃度（第一所定濃度Ｎａ）より高く維持することができる。よって、熱交換器１２の腐食を抑制するとともに、貯湯槽２１内の雑菌繁殖を抑制することができる。

また、本実施形態の燃料電池システムにおいて、制御装置１５は、貯湯槽２１の容量（貯湯槽容量Ｂ）と、給水制御部６３によって貯湯水を導入する直前の貯湯槽２１内の残留塩素濃度である導入前残留塩素濃度Ｎ１と、給水源２４から導入される給水の供給量（給水供給量Ａ１）と、給水の残留塩素濃度（水道水残留塩素濃度Ｎ３）と、塩素除去フィルタ２２ａを通過した貯湯水の通水総量（フィルタ通過量Ａ２）とから、給水制御部６３によって貯湯水を導入した直後の貯湯槽２１内の残留塩素濃度である導入後残留塩素濃度Ｎ２を算出する残留塩素濃度算出部６１をさらに備え、残留塩素濃度取得部６２は、残留塩素濃度算出部６１が算出した導入後残留塩素濃度Ｎ２を残留塩素の濃度として取得する。
これによれば、貯湯槽２１内の塩素濃度が精度よく算出（推定）することができ、貯湯槽２１内の残留塩素濃度を所望の濃度（濃度範囲）に精度よく維持することができる。また、この場合、低コストにて、貯湯槽２１内の残留塩素濃度を所望の濃度（濃度範囲）に精度よく維持することができる。

なお、上述した実施形態において、残留塩素濃度取得部６２は、残留塩素濃度算出部６１によって算出された残留塩素濃度を取得したが、残留塩素濃度を検出する濃度検出センサを貯湯槽２１内に設け、その濃度検出センサの検出結果を取得するようにしてもよい。濃度検出センサは、ポーラログラフ法やボルタンメトリー法を使用して残留塩素濃度を測定できるものである。
また、開閉弁４４の代わりに、貯湯水供給管４２と排水管４３との分岐点に三方弁を設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態において、図５に示すように、燃料電池システムは、塩素除去フィルタ２２ａをバイパスするバイパスライン２６をさらに備えるようにしてもよい。バイパスライン２６の一端は、貯湯水循環ライン２２であって貯湯槽２１の貯湯水導出口２１ａと塩素除去フィルタ２２ａとの間に接続されている。バイパスライン２６の他端は、貯湯水循環ライン２２であって塩素除去フィルタ２２ａと熱交換器１２の貯湯水導入口１２ｂとの間に接続されている。バイパスライン２６には、バイパスライン２６を開閉する開閉弁２６ａが設けられている。開閉弁２６ａは、制御装置１５からの開閉指示によって開閉される。また、バイパスライン２６と並設されている貯湯水循環ライン２２には、貯湯水循環ライン２２を開閉する開閉弁２２ｃが設けられている。開閉弁２２ｃは、制御装置１５からの開閉指示によって開閉される。

制御装置１５は、開閉弁２２ｃを開くとともに開閉弁２６ａを閉じることにより、貯湯槽２１の貯湯水導出口２１ａと熱交換器１２の貯湯水導入口１２ｂとを、塩素除去フィルタ２２ａを介して連通する。一方、制御装置１５は、開閉弁２２ｃを閉じるとともに開閉弁２６ａを開くことにより、貯湯槽２１の貯湯水導出口２１ａと熱交換器１２の貯湯水導入口１２ｂとを、塩素除去フィルタ２２ａを介さないでバイパスライン２６を介して連通する。

制御装置１５は、バイパスライン２６を介して貯湯水を流通させることで、塩素除去フィルタ２２ａを介さないで貯湯水を熱交換器１２に流通させることができる。その結果、残留塩素濃度を低下させることなく（残留塩素濃度をほぼ一定に維持したまま）排熱を回収することができる。すなわち、残留塩素濃度が第一判定値Ｎａ以下になった場合であって、貯湯槽２１が排熱を回収可能な状態である場合には、制御装置１５は、開閉弁２２ｃを閉じるとともに開閉弁２６ａを開くことにより、バイパスライン２６を介して貯湯水を流通させることで、塩素除去フィルタ２２ａを介さないで貯湯水を熱交換器１２に流通させればよい。
また、貯湯槽２１から供給される貯湯水を、塩素除去フィルタ２２ａを通過させるかバイパスするかを選択することが可能となる。よって、塩素除去フィルタ２２ａの長寿命化を図ることができる。
なお、開閉弁２２ｃと開閉弁２６ａを設ける代わりに、バイパスライン２６と貯湯水循環ライン２２との接続点に三方弁を設けるようにしてもよい。
また、本発明は、改質部３３を備えていない燃料電池システムにも適用可能である。

１０…発電ユニット、１１…燃料電池モジュール、１２…熱交換器、１５…制御装置（残留塩素濃度算出部、残留塩素濃度取得部、給水制御部）、２１…貯湯槽、２２…貯湯水循環ライン、２２ａ…塩素除去フィルタ、２３…導出装置、２４…給水源、２５…導入装置、２６…バイパスライン、３４…燃料電池、４２ａ…流量計、４４…開閉弁、６１…残留塩素濃度算出部、６２…残留塩素濃度取得部、６３…給水制御部。

Claims (4)

1. 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
   貯湯水を貯水する貯湯槽と、
   前記燃料電池の排熱と前記貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器と、
   前記貯湯槽と前記熱交換器との間において前記貯湯水を循環させるように形成された貯湯水循環ラインと、
   前記貯湯水循環ラインであって前記貯湯槽の貯湯水導出口と前記熱交換器の貯湯水導入口との間に設けられ、前記貯湯水中に含有されている残留塩素を濾過する塩素除去フィルタと、
   を備えている燃料電池システム。
2. 前記貯湯槽から前記貯湯水を調整可能に導出する導出装置と、
   給水源からの給水を前記貯湯槽に導入する導入装置と、
   前記導出装置から導出される貯湯水導出量を調整する制御装置と、
   をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記貯湯槽内の前記貯湯水の前記残留塩素の濃度を取得する残留塩素濃度取得部と、
   前記残留塩素濃度取得部によって取得された前記残留塩素濃度が所定濃度以下である場合、前記導出装置を制御して前記貯湯槽から前記貯湯水を導出して、前記導入装置を介して前記給水を導入する給水制御部と、
   を備えている請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記制御装置は、前記貯湯槽の容量と、前記給水制御部によって前記貯湯水を導入する直前の前記貯湯槽内の残留塩素濃度である導入前残留塩素濃度と、前記給水源から導入される前記給水の供給量と、前記給水の残留塩素濃度と、塩素除去フィルタを通過した前記貯湯水の通水総量とから、前記給水制御部によって前記貯湯水を導入した直後の前記貯湯槽内の残留塩素濃度である導入後残留塩素濃度を算出する残留塩素濃度算出部をさらに備え、
   前記残留塩素濃度取得部は、前記残留塩素濃度算出部が算出した前記導入後残留塩素濃度を前記残留塩素の濃度として取得する請求項２記載の燃料電池システム。
4. 前記塩素除去フィルタをバイパスするバイパスラインをさらに備えている請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の燃料電池システム。
   
   

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