JP2016096112A - 燃料電池システム及びその制御プログラム - Google Patents

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健太郎 伊東
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英樹 吉田
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Minoru Muranaka
実 村中
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Junya Koda
淳也 香田
俊哉 平子
Toshiya Hirako
俊哉 平子
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Abstract

【課題】小型化及び低コスト化を実現する。【解決手段】燃料電池スタック16の流路114の出口側は第１管路110を介して貯湯タンク22の上部と接続され、流路114の入口側は第２管路112を介して貯湯タンク22の底部と接続されて第１循環路が形成されている。第２管路112の途中には貯湯循環ポンプ108が設けられ、燃料電池スタック16で発電が行われている間、燃料電池スタック16の出口温度と目標温度との差に基づいて貯湯循環ポンプ108の作動を制御する。これにより、発電に伴って燃料電池スタック16で発生した熱は、第１循環路を循環する水により熱交換器を経由することなく貯湯タンク22へ直接回収されると共に、燃料電池スタック16の出口温度が目標温度に維持される。【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システム及び燃料電池システムの制御プログラムに関する。
燃料電池システムでは、発電に伴って燃料電池スタックで熱が発生するため、燃料電池スタックの性能維持及びシステムのエネルギー利用効率の向上を目的として、燃料電池スタックの冷却及び燃料電池スタックで発生した熱の回収が行われる。これに関連して特許文献１には、発電に伴って生じた熱を回収する水を循環させる冷却配管が燃料電池スタックに接続され、冷却配管内の水を熱交換器に通すポンプが冷却配管に設けられた構成が開示されている。この構成では、熱交換器に排熱回収配管が接続され、排熱回収配管は、一端が貯湯タンクの上部に、他端が貯湯タンクの底部に接続されており、貯湯タンク内の底面近くの水は循環ポンプにより熱交換器を通して貯湯タンクの上部に戻される。
上記構成では、発電に伴って燃料電池スタックで発生した熱が、冷却配管内を流通する水によって回収されることで、燃料電池スタックが冷却される。また、冷却配管内を流通する水によって回収された熱は、ポンプによって熱交換器へ供給された後、熱交換器より排熱回収配管を経由して貯湯タンクへ回収される。
特許第４０５０９１９号公報
燃料電池システムにおいて、小型化及び低コスト化は、常に改善が要求されている重要な課題であり、燃料電池スタックの冷却及び燃料電池スタックで発生した熱の回収を行う構成に関しても、一層の小型化及び低コスト化が求められている。
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、小型化及び低コスト化を実現できる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御プログラムを得ることが目的である。
請求項１記載の発明に係る燃料電池システムは、水が流通する流路が設けられ、供給された燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電する燃料電池スタックと、熱負荷に応じて供給するための水を貯留する貯湯タンクと、前記燃料電池スタックの前記流路の出口側と前記貯湯タンクとを連通する第１管路と、前記貯湯タンクと前記燃料電池スタックの前記流路の入口側とを連通する第２管路と、前記燃料電池スタックの前記流路、前記第１管路、前記貯湯タンク及び前記第２管路を含む第１循環路の途中に設けられ、前記貯湯タンクに貯留されている水を前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給するポンプと、を含んでいる。
請求項１記載の発明では、供給された燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電する燃料電池スタックに、水が流通する流路が設けられている。また、第１管路は、燃料電池スタックの流路の出口側と、熱負荷に応じて供給するための水を貯留する貯湯タンクと、を連通し、第２管路は、貯湯タンクと燃料電池スタックの流路の入口側とを連通する。そして、燃料電池スタックの流路、第１管路、貯湯タンク及び第２管路を含む第１循環路の途中には、貯湯タンクに貯留されている水を燃料電池スタックの流路の入口側に供給するポンプが設けられている。
上記構成では、ポンプにより、燃料電池スタックの流路、第１管路、貯湯タンク及び第２管路を含む第１循環路を水が循環する。また、発電に伴って燃料電池スタックで熱が発生するが、燃料電池スタックの流路を流通する水により、燃料電池スタックが冷却されると共に、燃料電池スタックで発生した熱が回収される。そして、燃料電池スタックで発生した熱を回収した水が前述の第１循環路を流通することにより、燃料電池スタックで発生した熱は、熱交換器を経由することなく燃料電池スタックから貯湯タンクへ直接回収される。このように、請求項１記載の発明によれば、燃料電池スタックの冷却及び燃料電池スタックで発生した熱の回収にあたって熱交換器やポンプ、その他付随する配管継ぎ手等を省略することができるので、燃料電池システムの小型化及び低コスト化を実現することができる。
なお、請求項１記載の発明において、例えば請求項２に記載したように、燃料電池スタックの流路の出口側から排出された水の温度を検出する第１温度検出部と、第１温度検出部によって検出された水の温度に応じて前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の流量が変化するようにポンプの作動を制御する第１制御部と、を更に含むことが好ましい。これにより、燃料電池スタックの流路を流通した水が燃料電池スタックの流路の出口側から排出されるときの温度が、およそ所定温度となるように制御することが可能となるので、燃料電池スタックのうち少なくとも流路の出口側付近の温度を適正な温度に制御することが可能となる。
また、請求項１記載の発明において、例えば請求項３に記載したように、第１管路の中間部と第２管路の中間部とを連通するバイパス管路と、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水のうち、バイパス管路を経由して供給される水の流量と貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率を調整可能な比率調整部と、を更に含むことが好ましい。
請求項３記載の発明では、燃料電池スタックの流路を流通する水の循環路として、第１循環路と別に、燃料電池スタックの流路、第１管路の一部、バイパス管路及び第２管路の一部を含む第２循環路が形成される。第２循環路は貯湯タンクを経由しないので、バイパス管路を経由して供給される水の温度は、貯湯タンクを経由して供給される水の温度と相違する可能性が高い。そして、比率調整部は、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水のうち、バイパス管路を経由して供給される水の流量と貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率を調整可能であるので、前記流量の比率を調整することで、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水の温度を調整することが可能となる。
なお、請求項３記載の発明において、比率調整部は、例えば、バイパス管路と第２管路との接続部に設けられた三方弁を含み、バイパス管路を経由して供給される水を燃料電池スタックの流路の入口側に供給する第１状態になっている期間と、貯湯タンクから供給された水を燃料電池スタックの流路の入口側に供給する第２状態になっている期間と、の割合を変化させることで、前記流量の比率を調整する構成を採用することが可能である。また、比率調整部は、例えば、バイパス管路と第１管路との接続部に設けられた三方弁を含み、燃料電池スタックの流路の出口側から排出された水をバイパス管路へ案内する第１状態になっている期間と、燃料電池スタックの流路の出口側から排出された水を貯湯タンクへ案内する第２状態になっている期間と、の割合を変化させることで、前記流量の比率を調整する構成を採用することも可能である。
但し、請求項３記載の発明において、比率調整部は、例えば請求項４に記載したように、バイパス管路の途中、第１管路のうちバイパス管路との分岐部と貯湯タンクとの間、及び、第２管路のうちバイパス管路との分岐部と貯湯タンクとの間、の何れかの位置に設けられた流量調整弁であることが好ましい。比率調整部が三方弁を含む構成の場合は、三方弁の上述した第１状態と第２状態との切替えを高頻度で行う必要があるが、比率調整部を流量調整弁とした場合には、構成が簡単になり、弁の開度を変更する頻度も低下するので、電力消費の低減及び部品の長寿命化を実現することができる。
また、請求項３又は請求項４記載の発明において、例えば請求項５に記載したように、燃料電池スタックの流路の出口側から排出された水の温度を検出する第１温度検出部と、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水の温度を検出する第２温度検出部と、第１温度検出部によって検出された水の温度に応じて燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水の流量が変化するようにポンプの作動を制御すると共に、第２温度検出部によって検出された水の温度に応じて、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水のうち、バイパス管路を通過する水の流量と貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率が変化するように、比率調整部を制御する第２制御部と、を更に含んでいることが好ましい。
請求項５記載の発明では、第２制御部が、燃料電池スタックの流路の出口側から排出された水の温度に応じて燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水の流量が変化するようにポンプの作動を制御するので、請求項２記載の発明と同様に、燃料電池スタックのうち少なくとも流路の出口側付近の温度を適正な温度に制御することが可能となる。
また、バイパス管路と比率調整部が設けられている場合、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水のうち、バイパス管路を経由して供給される水の流量と貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率を調整することで、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水の温度を調整することが可能である。そして、請求項５記載の発明では、第２制御部が、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水の温度に応じて、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水のうち、バイパス管路を通過する水の流量と貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率が変化するように、比率調整部を制御するので、燃料電池スタックの流路の入口側に供給される水の温度がおよそ所定温度となるように制御することが可能となり、燃料電池スタックのうち流路の出口側付近の温度も適正な温度に制御することが可能となる。従って、請求項５記載の発明によれば、燃料電池スタック全体を適正な温度に制御することが可能となる。
請求項５記載の発明において、例えば請求項６に記載したように、第２制御部は、第１温度検出部又は第１管路を流通して貯湯タンクに供給される水の温度を検出する第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度未満の間は、第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度以上の場合よりも、燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水に占めるバイパス管路を通過する水の流量の比率が高くなるように、比率調整部を制御することが好ましい。
燃料電池スタックで発電を開始した場合、発電開始当初は発電に伴って発生した熱が、流路中の水、及び、流路を形成する部材等の昇温に費やされることで、燃料電池スタックの流路の出口側から排出される水の温度は、或る程度の時間が経過するまでは定常運転時に排出される水の温度に達しない。そして、燃料電池スタックの流路の出口側から排出された比較的低温の水を貯湯タンクに供給すると、貯湯タンクに貯留されている水の温度分布に乱れが生ずる。
これに対して請求項６記載の発明は、第１管路を流通して貯湯タンクに供給される水の温度が所定温度未満の間は、第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度以上の場合よりも、燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水に占めるバイパス管路を通過する水の流量の比率が高くなるように、比率調整部を制御する。これにより、燃料電池スタックの流路の出口側から排出される水の温度が所定温度未満の間は、貯湯タンクを経由する第１循環路を流通する水の流量が制限されることになるので、燃料電池スタックで発電を開始した当初に、貯湯タンクに貯留されている水の温度分布に乱れが生ずることを抑制することができる。
請求項７記載の発明に係る燃料電池システムの制御プログラムは、水が流通する流路が設けられ、供給された燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電する燃料電池スタックと、熱負荷に応じて供給するための水を貯留する貯湯タンクと、前記燃料電池スタックの前記流路の出口側と前記貯湯タンクとを連通する第１管路と、前記貯湯タンクと前記燃料電池スタックの前記流路の入口側とを連通する第２管路と、前記燃料電池スタックの前記流路、前記第１管路、前記貯湯タンク及び前記第２管路を含む第１循環路の途中に設けられ、前記貯湯タンクに貯留されている水を前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給するポンプと、前記第１管路の中間部と前記第２管路の中間部とを連通するバイパス管路と、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水のうち、前記バイパス管路を経由して供給される水の流量と前記貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率を調整可能な比率調整部と、前記燃料電池スタックの前記流路の出口側から排出された水の温度を検出する第１温度検出部と、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の温度を検出する第２温度検出部と、コンピュータと、を含む燃料電池システムの前記コンピュータを、前記第１温度検出部によって検出された水の温度に応じて前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の流量が変化するように前記ポンプの作動を制御すると共に、前記第２温度検出部によって検出された水の温度に応じて、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水のうち、前記バイパス管路を通過する水の流量と前記貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率が変化するように、前記比率調整部を制御する第２制御部として機能させるので、請求項５記載の発明と同様に、燃料電池スタック全体を適正な温度に制御することが可能となる。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記第２制御部は、前記第１温度検出部又は前記第１管路を流通して前記貯湯タンクに供給される水の温度を検出する第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度未満の間は、前記第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度以上の場合よりも、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水に占める前記バイパス管路を通過する水の流量の比率が高くなるように、前記比率調整部を制御するので、請求項６記載の発明と同様に、燃料電池スタックで発電を開始した当初に、貯湯タンクに貯留されている水の温度分布に乱れが生ずることを抑制することができる。
本発明は、燃料電池システムの小型化及び低コスト化を実現できる、という効果を有する。
第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 第１実施形態に係る燃料電池システムの制御系の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る燃料電池スタック出口温度制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 第２実施形態に係る燃料電池システムの制御系の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態の構成の課題を説明するための、第１実施形態における水温の変化の一例を示す線図である。 第２実施形態に係る燃料電池スタック入口温度制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における水温の変化の一例を示す線図である。 燃料電池システムの他の構成を示す概略構成図である。 燃料電池システムの他の構成を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 第３実施形態に係る燃料電池スタック入口温度制御処理を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１には、本第１実施形態に係る燃料電池システム１０Ａが示されている。燃料電池システム１０Ａは、主要な構成として、脱硫器１２、燃料処理装置１４、燃料電池スタック１６、貯湯タンク２２及び凝縮水回収・供給部２４を備えている。
脱硫器１２は都市ガス管２６と接続されている。脱硫器１２は、都市ガス管２６を介して供給された都市ガスに含まれる硫黄化合物を吸着除去する。
燃料処理装置１４は、改質触媒２８、バーナ３０、シフト触媒３２及びＰＲＯＸ触媒３４を有している。改質触媒２８は原料ガス管３６を介して脱硫器１２と接続されている。改質触媒２８には、脱硫器１２によって硫黄化合物が吸着除去された都市ガスが原料ガス管３６を通じて供給される。改質触媒２８は、原料ガス管３６を通じて供給された都市ガス(原料ガス)を、後述する凝縮水供給管１０４を通じて供給された凝縮水を利用して水蒸気改質する。
バーナ３０には、途中に第１空気ブロワ３８が設けられた空気ガス管４０と、バーナガス管４２と、が接続されている。バーナ３０は、空気ガス管４０を通じて供給された空気ガスと、バーナガス管４２を通じて供給されたバーナガスとの混合ガスを燃焼し、改質触媒２８を加熱する。
シフト触媒３２は、改質触媒２８で発生した一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素に変換し、一酸化炭素濃度を低減させる。ＰＲＯＸ触媒３４には、後述する酸化ガス管６０から分岐されたＰＲＯＸ空気管４４が接続されている。ＰＲＯＸ触媒３４にはＰＲＯＸ空気管４４を通じて空気が供給される。ＰＲＯＸ触媒３４は、貴金属触媒上で一酸化炭素と酸素を反応させて二酸化炭素に変換し、一酸化炭素を酸化除去する。
燃料処理装置１４は、以上の構成により、脱硫器１２から供給された都市ガス(原料ガス)から水素ガスを含む燃料ガスが生成され、生成された燃料ガスは、燃料ガス管４６を通じて燃料電池スタック１６の後述する燃料極５４に供給される。燃料ガス管４６にはＰＲＯＸ空気管４４から分岐されたブリードエア管４８が接続されており、燃料ガス管４６を流通する燃料ガスにはブリードエア管４８を通じて抽出された空気が混合される。
燃料電池スタック１６は、固体高分子形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セル５０を有している。個々の燃料電池セル５０は、電解質層５２と、電解質層５２の表裏面に各々積層された燃料極５４及び空気極５６とを有している。
燃料極５４(アノード極)には、燃料ガス管４６を通じて燃料処理装置１４から燃料ガスが供給される。燃料極５４では、下記の(１)式で示されるように、燃料ガス中の水素が水素イオンと電子とに分解される。燃料極５４で生成された水素イオンは、電解質層５２を通って空気極５６に移動し、燃料極５４で生成された電子は、外部回路を通って空気極５６に移動する。
(燃料極反応)
Ｈ２ →２Ｈ＋＋２ｅ− …(１)
一方、空気極５６(カソード極)には、途中に第２空気ブロワ５８が設けられた酸化ガス管６０を通じて酸化ガス(空気)が供給される。空気極５６では、下記の(２)式で示されるように、電解質層５２を通ってきた水素イオンと、外部回路を通ってきた電子が、酸化ガス中の酸素と反応して、水が生成される。
(空気極反応)
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− →２Ｈ２Ｏ …(２)
そして、電子が燃料極５４から空気極５６に移動することにより、個々の燃料電池セル５０で発電が行われる。また、個々の燃料電池セル５０は、発電時に上記の反応に伴って発熱し、空気極５６で生成された水は水蒸気とされる。
燃料極５４には、燃料極排ガス管６２を介してドレンポット６４が接続されている。ドレンポット６４では、燃料極５４から排出された燃料極排ガスに含まれる水蒸気が凝縮される。ドレンポット６４には、ドレン水排水管６５の一端が接続されており、ドレン水排水管６５の他端はドレンタンク１０２の入口部に接続されている。ドレンポット６４における凝縮水の貯留量が許容量を超えた場合には、許容量を超えた分の凝縮水がドレン水排水管６５を通じてドレンタンク１０２に排出される。
また、ドレンポット６４には前述したバーナガス管４２が接続されている。燃料極５４から排出されドレンポット６４で凝縮水が除去された燃料極排ガスには、燃料電池スタック１６において未反応の水素ガスが残存しており、この未反応の水素ガスを含む燃料極排ガスは、バーナガス管４２を通じてバーナ３０にバーナガスとして供給される。
また、バーナ３０には、バーナ排ガス管６６の一端が接続されており、前述した空気極５６には、空気極排ガス管６８の一端が接続されている。バーナ排ガス管６６の他端はドレンポット１８に接続されており、空気極排ガス管６８の他端は、バーナ排ガス管６６のうちのドレンポット１８側の部分に接続されている。ドレンポット１８では、バーナ排ガス管６６及び空気極排ガス管６８から排出された排ガス(バーナ排ガス及び空気極排ガス)に含まれる水蒸気が凝縮される。ドレンポット１８の排ガス流路の出口部には排気口７８が接続されており、ドレンポット１８で凝縮水が除去された排ガスは排気口７８から外部に排出される。
また、ドレンポット１８の凝縮水流路の出口部は凝縮水回収管１００を介してドレンタンク１０２の入口部に接続されている。ドレンタンク１０２には、ドレンポット１８にて生成され凝縮水回収管１００を通じて回収された凝縮水が貯留される。ドレンタンク１０２にはドレン水排水管１０３が接続されており、ドレンタンク１０２における凝縮水の貯留量が許容量を超えた場合には、許容量を超えた分の凝縮水がドレン水排水管１０３を通じて外部へ排出される。ドレンタンク１０２の出口部には、前述した改質触媒２８に接続された凝縮水供給管１０４が接続されている。凝縮水供給管１０４の途中には凝縮水供給ポンプ１０６が設けられている。
上述したドレンポット１８、凝縮水回収管１００、ドレンタンク１０２、凝縮水供給ポンプ１０６、凝縮水供給管１０４は、凝縮水回収・供給部２４を構成している。この凝縮水回収・供給部２４において、ドレンポット１８で生成された凝縮水は、凝縮水回収管１００を通じてドレンタンク１０２に回収され、ドレンタンク１０２に回収された凝縮水は、凝縮水供給ポンプ１０６の作動に伴い凝縮水供給管１０４を通じて改質触媒２８に供給され、この改質触媒２８にて水蒸気改質用の水蒸気として利用される。
また、燃料電池スタック１６には、燃料電池セル５０を貫通して水が流通する流路１１４が設けられている。流路１１４の出口側(下流側)には第１管路１１０の一端が接続されており、第１管路１１０の他端は貯湯タンク２２の上部に接続されている。流路１１４の出口側(下流側)には、流路１１４の出口側から排出された水の温度を検出するスタック出口温度センサ９４が設けられている。一方、流路１１４の入口側(上流側)には第２管路１１２の一端が接続されており、第２管路１１２の他端は貯湯タンク２２の底部に接続されている。第２管路１１２の途中には貯湯循環ポンプ１０８が設けられている。
貯湯タンク２２に貯留されている水のうち、貯湯タンク２２の底部に存在している比較的低温の水は、貯湯循環ポンプ１０８の作動に伴い第２管路１１２を通じて燃料電池スタック１６の流路１１４に供給され、燃料電池スタック１６の個々の燃料電池セル５０が冷却される。また、燃料電池スタック１６の流路１１４から排出された比較的高温の水は、貯湯循環ポンプ１０８の作動に伴い第１管路１１０を通じて貯湯タンク２２の上部に供給される。これにより、貯湯タンク２２には、底部から上部へ向かうに従って貯留されている水の温度が高くなる温度成層が形成される。なお、貯湯タンク２２に貯留された所定温度以上の水(湯)の熱は図示しない熱負荷に応じて供給される。熱負荷には、給湯負荷以外に、例えば床暖房やバス乾燥などが挙げられる。このうち、給湯負荷には所定温度以上の水(湯)が供給されるが、この場合、給湯負荷への水の供給量に応じて貯湯タンク２２に水道水が補給される。
次に、図２を参照して燃料電池システム１０Ａの制御系の構成を説明する。燃料電池システム１０Ａは制御部１５０を備えている。制御部１５０は、ＣＰＵ１５２、ワークメモリ等として用いられるメモリ１５４、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)又はフラッシュメモリを含む不揮発性の記憶部１５６及びインタフェース(Ｉ／Ｆ)部１５８を備えている。
記憶部１５６には、ＣＰＵ１５２によって実行される燃料電池システム制御プログラム１６０が記憶されている。燃料電池システム制御プログラム１６０は、後述する燃料電池スタック出口温度制御処理を行うためのプログラムが含まれる。燃料電池システム制御プログラム１６０は、本発明に係る燃料電池システムの制御プログラムの一例である。また、制御部１５０は本発明におけるコンピュータの一例である。
制御部１５０のＩ／Ｆ部１５８には、燃料電池システム１０Ａのセンサ群１６２が接続され、ポンプ駆動回路１６４を介して燃料電池システム１０Ａのポンプ群１６８が接続され、ブロワ駆動回路１７０を介して燃料電池システム１０Ａのブロワ群１７２が接続されている。なお、センサ群１６２にはスタック出口温度センサ９４が含まれ、ポンプ群１６８には凝縮水供給ポンプ１０６及び貯湯循環ポンプ１０８が含まれ、ブロワ群１７２には第１空気ブロワ３８及び第２空気ブロワ５８が含まれている。また、制御部１５０のＩ／Ｆ部１５８には、表示パネルや操作スイッチを含む操作パネル１７４が接続されている。
制御部１５０は、ＣＰＵ１５２が燃料電池システム制御プログラム１６０を実行することにより、操作パネル１７４を介しての操作や、センサ群１６２によって検出された燃料電池システム１０Ａの各部の状態(例えばスタック出口温度センサ９４によって検出される燃料電池スタック１６の流路１１４の出口側から排出された水の温度等)に基づいて、ポンプ群１６８の各ポンプやブロワ群１７２の各ブロワの作動を制御する。
なお、燃料電池スタック１６は本発明における燃料電池スタックの一例であり、流路１１４は本発明において燃料電池スタックに設けられた流路の一例であり、貯湯タンク２２は本発明における貯湯タンクの一例である。また、第１管路１１０は本発明における第１管路の一例であり、第２管路１１２は本発明における第２管路の一例であり、燃料電池スタック１６の流路１１４、第１管路１１０、貯湯タンク２２及び第２管路１１２を含む第１循環路は本発明における第１循環路の一例である。また、貯湯循環ポンプ１０８は本発明におけるポンプの一例であり、スタック出口温度センサ９４は本発明における第１温度検出部の一例であり、制御部１５０は本発明における第１制御部の一例である。
次に本第１実施形態の作用として、制御部１５０によって実行される燃料電池スタック出口温度制御処理について、図３を参照して説明する。
燃料電池スタック出口温度制御処理のステップ２００において、制御部１５０は、燃料電池システム１０Ａが運転中か否か判定する。例えば操作パネル１７４の運転スイッチがオフされている等の場合には、ステップ２００の判定が否定されて燃料電池スタック出口温度制御処理を終了する。一方、操作パネル１７４の運転スイッチがオンされている場合は、ステップ２００の判定が肯定されてステップ２０２へ移行する。
ステップ２０２において、制御部１５０は、燃料電池システム１０Ａの起動条件が成立したか否か判定する。例えば、貯湯タンク２２内が所定温度以上のお湯で満水状態になっている等の場合には、ステップ２０２の判定が否定され、ステップ２０２の判定が繰り返される。一方、例えば、貯湯タンク２２内が所定温度以上のお湯で満水状態になってはおらず、燃料電池システム１０Ａが発電電力を供給する建物で電力消費が増加する時間帯が到来した等の場合には、燃料電池システム１０Ａの起動条件が成立したと判定され、ステップ２０２の判定が肯定されてステップ２０４へ移行する。
ステップ２０４において、制御部１５０は、貯湯循環ポンプ１０８に対して30％の操作量(例えば定格の30％の回転速度)で貯湯循環ポンプ１０８を作動させる。これにより、燃料電池スタック１６の流路１１４、第１管路１１０、貯湯タンク２２及び第２管路１１２を含む第１循環路内を定格の30％の流量で水が循環される。なお、30％の操作量は単なる一例であり、第１循環路内を比較的小さな流量で水が循環する操作量であればよい。
燃料電池システム１０Ａの起動時には、バーナ３０の内部空間を空気で置換する「パージ」、バーナ３０によって改質触媒２８を所定温度まで昇温する「燃料処理装置昇温」、ドレンタンク１０２内の凝縮水を凝縮水供給管１０４を通じて改質触媒２８に供給し、燃料処理装置１４で燃料ガスを生成する「燃料改質」の各起動処理が順に行われる。次のステップ２０６において、制御部１５０は、「パージ」「燃料処理装置昇温」及び「燃料改質」の個々の起動処理が全て完了したか否かに基づいて、燃料電池システム１０Ａの発電条件が成立したか否か判定する。ステップ２０６の判定が否定された場合はステップ２０４に戻り、ステップ２０６の判定が肯定される迄ステップ２０４,２０６を繰り返す。
この間、燃料電池スタック１６の流路１１４、第１管路１１０、貯湯タンク２２及び第２管路１１２を含む第１循環路内を比較的小さな流量で水が循環されると共に、燃料処理装置１４で「パージ」「燃料処理装置昇温」及び「燃料改質」の各起動処理が順に行われる。
燃料処理装置１４における各起動処理が全て終了すると、燃料電池システム１０Ａの燃料電池スタック１６で発電が開始される。すなわち、燃料電池スタックの個々の燃料電池セル５０の燃料極５４には、燃料ガス管４６を通じて燃料処理装置１４から燃料ガスが供給され、燃料極５４では前出の(１)式で示される燃料極反応が生ずる。また、個々の燃料電池セル５０の空気極５６には、酸化ガス管６０を通じて酸化ガスが供給され、空気極５６では前出の(２)式で示される空気極反応が生ずる。これにより、個々の燃料電池セル５０で発電が行われると共に、発電に伴って熱が発生する。
また、燃料処理装置１４における各起動処理が全て終了すると、ステップ２０６の判定が肯定されてステップ２０８へ移行する。ステップ２０８において、制御部１５０は、スタック出口温度センサ９４によって検出された燃料電池スタック１６の流路１１４の出口側から排出された水の温度(以下「燃料電池スタック１６の出口温度」という)を取り込み、燃料電池スタック１６の出口温度と目標温度(例えば70℃)との差に基づき、貯湯循環ポンプ１０８に対する操作量をＰＩＤ制御で決定し、決定した操作量で貯湯循環ポンプ１０８の作動を制御する。なお、ＰＩＤ制御は単なる一例であり、ＰＩＤ制御に代えて、ＰＩ制御やその他の公知の制御の何れを適用してもよい。
次のステップ２１０において、制御部１５０は、燃料電池システム１０Ａの停止条件が成立したか否か判定する。判定が否定された場合はステップ２０８に戻り、ステップ２１０の判定が肯定される迄、ステップ２０８,２１０を繰り返す。これにより、燃料電池システム１０Ａの燃料電池スタック１６で発電が行われている間は、ステップ２０８の制御が継続され、少なくとも燃料電池スタック１６の出口温度が目標温度(例えば70℃)に維持されるように貯湯循環ポンプ１０８の作動が制御され、燃料電池スタック１６が冷却されると共に、燃料電池スタック１６で発生した熱が貯湯タンク２２に回収される。
また、例えば貯湯タンク２２内が所定温度以上のお湯で満水状態になった場合や、燃料電池システム１０Ａが発電電力を供給する建物で電力消費が低下する時間帯が到来した場合には、燃料電池システム１０Ａの停止条件が成立したと判断され、ステップ２１０の判定が肯定されてステップ２１２へ移行する。ステップ２１２において、制御部１５０は、貯湯循環ポンプ１０８に対する操作量を低下させ、第１循環路内を流通する水の流量を低下させる。燃料電池システム１０Ａの停止条件が成立した場合、燃料電池システム１０Ａでは、燃料電池スタック１６における発電が停止し、燃料電池スタック１６及び燃料処理装置１４を停止状態(待機状態)に移行させるための処理が行われる。
停止状態(待機状態)に移行させるための処理が完了すると、燃料電池スタック１６は待機状態になり、次のステップ２１４において、制御部１５０は、貯湯循環ポンプ１０８に対する操作量を０％にすることで、貯湯循環ポンプ１０８の作動を停止させる。ステップ２１４の処理を行うとステップ２００に戻る。
このように、本第１実施形態では、貯湯循環ポンプ１０８により、第１循環路を水が循環し、発電に伴って燃料電池スタック１６で発生した熱は、第１循環路を循環する水により、熱交換器を経由することなく貯湯タンク２２へ直接回収されるので、燃料電池スタック１６の冷却及び燃料電池スタック１６で発生した熱の回収のための熱交換器やポンプ、その他付随する配管継ぎ手等が省略されており、燃料電池システム１０Ａの小型化及び低コスト化が実現されている。
また、本第１実施形態では、燃料電池スタック１６で発電が行われている間、燃料電池スタック１６の出口温度と目標温度との差に基づいて、貯湯循環ポンプ１０８の作動を制御しているので、燃料電池スタック１６で発電が行われている間、燃料電池スタック１６の出口温度を目標温度に維持することができる。
〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
図４には本第２実施形態に係る燃料電池システム１０Ｂが示されている。燃料電池システム１０Ｂは、第１実施形態で説明した燃料電池システム１０Ａ(図１)と比較して、第１管路１１０の中間部と第２管路１１２の中間部(詳しくは第２管路１１２のうち貯湯タンク２２と貯湯循環ポンプ１０８との間の部分)とを連通するバイパス管路１２０が設けられており、バイパス管路１２０の途中に流量調整弁１２２が設けられている点が相違している。このように、本第２実施形態に係る燃料電池システム１０Ｂでは、燃料電池スタック１６の流路１１４、第１管路１１０、貯湯タンク２２及び第２管路１１２を含む第１循環路と別に、燃料電池スタック１６の流路１１４、第１管路１１０の一部、バイパス管路１２０及び第２管路１１２の一部を含む第２循環路が形成されている。
また、燃料電池システム１０Ｂでは、燃料電池スタック１６の流路１１４の入口側(上流側)に、流路１１４の入口側に供給される水の温度(以下「燃料電池スタック１６の入口温度」という)を検出するスタック入口温度センサ１２４が設けられている。また、図５に示すように、流量調整弁１２２は流量調整弁の駆動回路１７６を介して制御部１５０のＩ／Ｆ部１５８に接続されている。なお、センサ群１６２にはスタック入口温度センサ１２４も含まれている。
なお、バイパス管路１２０は本発明におけるバイパス管路の一例であり、流量調整弁１２２は本発明における比率調整部、及び、バイパス管路の途中に設けられた流量調整弁の一例であり、スタック入口温度センサ１２４は本発明における第２温度検出部の一例である。また、本第２実施形態における制御部１５０は、本発明における第２制御部の一例である。
次に本第２実施形態の作用を説明する。先に説明した第１実施形態では、燃料電池スタック１６の出口温度と目標温度との差に基づいて、貯湯循環ポンプ１０８の作動を制御している。このため、第１実施形態で説明した燃料電池システム１０Ａでは、例として図６に「スタック出口温度」と表記して示すように、燃料電池スタック１６で発電が行われている期間、燃料電池スタック１６の出口温度はスタック適正温度の範囲(図６では50℃〜80℃の範囲)内に維持される。
一方、第１実施形態で説明した燃料電池システム１０Ａでは、燃料電池スタック１６の流路１１４の入口側(上流側)に、貯湯タンク２２の底部の水がそのまま供給される。このため、第１実施形態で説明した燃料電池システム１０Ａでは、例として図６に「スタック入口温度」と表記して示すように、燃料電池スタック１６で発電が行われている期間にも、燃料電池スタック１６の入口温度はスタック適正温度の範囲から外れている。
燃料電池スタック１６は、スタック適正温度の範囲よりも高温の場合は耐久性に問題が生じ、スタック適正温度の範囲よりも低温の場合は、水が凝縮し易くなり、凝縮した水が燃料電池スタック１６内の反応を阻害して触媒が損傷し易くなる。このため、燃料電池スタック１６で発電が行われている間は、燃料電池スタック１６の温度をスタック適正温度の範囲内に維持することが望ましい。
このため、本第２実施形態では、第１実施形態で説明した燃料電池スタック出口温度制御処理と並行して、図７に示す燃料電池スタック入口温度制御処理が制御部１５０によって実行される。
燃料電池スタック入口温度制御処理のステップ２３０において、制御部１５０は、第１実施形態で説明したステップ２００と同様に、燃料電池システム１０Ｂが運転中か否か判定する。ステップ２３０の判定が否定された場合は燃料電池スタック入口温度制御処理を終了する。一方、ステップ２３０の判定が肯定された場合はステップ２３２へ移行し、ステップ２３２において、制御部１５０は、第１実施形態で説明したステップ２０２と同様に、燃料電池システム１０Ｂの起動条件が成立したか否か判定する。ステップ２３２の判定が否定された場合は、ステップ２３２の判定が繰り返される。
一方、ステップ２３２の判定が肯定された場合はステップ２３４へ移行し、ステップ２３４において、制御部１５０は、10段階で表す流量調整弁１２２の開度を10(全開)にする。これにより、燃料電池スタック１６の流路１１４の入口側に供給される水のうち、バイパス管路１２０を経由して供給される水の流量の比率が最大に、貯湯タンク２２を経由して供給される水の流量の比率が最小になる。
次のステップ２３６において、制御部１５０は、第１実施形態で説明したステップ２０６と同様に、燃料電池システム１０Ｂの発電条件が成立したか否か判定する。ステップ２３６の判定が否定された場合はステップ２３６の判定が肯定される迄ステップ２３６を繰り返す。燃料処理装置１４における各起動処理が全て終了し、燃料電池システム１０Ｂの燃料電池スタック１６で発電が開始されると、ステップ２３６の判定が肯定されてステップ２３８へ移行する。
ステップ２３８において、制御部１５０は、スタック入口温度センサ１２４によって検出された燃料電池スタック１６の入口温度を取り込み、燃料電池スタック１６の入口温度と目標温度(例えば60℃)との差に基づき、流量調整弁１２２に対する操作量をＰＩＤ制御で決定し、決定した操作量で流量調整弁１２２の開閉を制御する。なお、ＰＩＤ制御は単なる一例であり、ＰＩＤ制御に代えて、ＰＩ制御やその他の公知の制御の何れを適用してもよい。
次のステップ２４０において、制御部１５０は、第１実施形態で説明したステップ２１０と同様に、燃料電池システム１０Ｂの停止条件が成立したか否か判定する。判定が否定された場合はステップ２３８に戻り、ステップ２４０の判定が肯定される迄、ステップ２３８,２４０を繰り返す。これにより、燃料電池システム１０Ｂの燃料電池スタック１６で発電が行われている間は、ステップ２３８の制御が継続され、燃料電池スタック１６の出口温度が目標温度(例えば70℃)に維持されるように貯湯循環ポンプ１０８の作動が制御されると共に、燃料電池スタック１６の入口温度が目標温度(例えば60℃)に維持されるように流量調整弁１２２の開閉が制御される。より詳しくは、燃料電池スタック１６の入口温度が目標温度よりも低い場合は、燃料電池スタック１６の入口温度が目標温度よりも高い場合よりも、流量調整弁１２２の開度が大きくなるように制御される。
上述した流量調整弁１２２の制御について、図８を参照して更に説明すると、燃料電池スタック１６で発電が開始されると、発電に伴って発生した熱が燃料電池スタック１６の流路１１４を流通する水によって回収され、当初は流量調整弁１２２の開度が全開になっていることで、バイパス管路１２０を経由して循環する水の流量が最大になり、図８(Ａ)に示すように、燃料電池スタック１６の入口温度が上昇し始める。その後、図８(Ｂ)に示すように、燃料電池スタック１６の入口温度が目標温度に達すると、流量調整弁１２２の開度が閉方向へ段階的に切り替わり、これに伴って、燃料電池スタック１６の流路１１４の入口側に供給される水のうち、貯湯タンク２２を経由して供給される水の流量の比率が増加することで、燃料電池スタック１６の入口温度の上昇が抑制される。そして、流量調整弁１２２の開度が、燃料電池スタック１６の入口温度を目標温度に維持する一定の開度のまま推移する。
上記の制御により、燃料電池スタック１６で発電が行われている間、燃料電池スタック１６の温度(燃料電池スタック１６の入口温度及び出口温度)はスタック適正温度の範囲内に維持され、燃料電池スタック１６の耐久性に問題が生じたり、燃料電池スタック１６内の触媒が損傷することが抑制される。
また、燃料電池システム１０Ｂの停止条件が成立することで、ステップ２４０の判定が肯定されるとステップ２４２へ移行する。ステップ２４２において、制御部１５０は、流量調整弁１２２の開度を10(全開)にする。ステップ２４２の処理を行うとステップ２３０に戻る。
このように、本第２実施形態では、第１管路１１０の中間部と第２管路１１２の中間部とを連通するバイパス管路１２０を設けると共に、バイパス管路１２０の途中に流量調整弁１２２を設けたので、流量調整弁１２２の開度を調整することで、燃料電池スタック１６の入口温度を調整することが可能となる。
また、本第２実施形態では、燃料電池スタック１６の出口温度と目標温度との差に基づいて貯湯循環ポンプ１０８の作動を制御すると共に、燃料電池スタック１６の入口温度と目標温度との差に応じて流量調整弁１２２の開閉を制御するので、燃料電池スタック１６全体をスタック適正温度の範囲内に維持することができる。
なお、流量調整弁１２２はバイパス管路１２０の途中に設けることに限られるものではなく、例として図９に示す燃料電池システム１０Ｃのように、第１管路１１０の中間部、より詳しくは第１管路１１０のうち、バイパス管路１２０との分岐部と貯湯タンク２２の間に流量調整弁１２２を設けてもよいし、例として図１０に示す燃料電池システム１０Ｄのように、第２管路１１２の中間部、より詳しくは第２管路１１２のうち、バイパス管路１２０との分岐部と貯湯タンク２２の間に流量調整弁１２２を設けてもよい。
流量調整弁１２２を図９に示す位置又は図１０に示す位置に設けた場合、流量調整弁１２２の開度の変化に対する、燃料電池スタック１６の流路１１４の入口側に供給される水のうち、バイパス管路１２０を経由して供給される水の流量と貯湯タンク２２を経由して供給される水の流量との比率の変化の方向が、流量調整弁１２２を図８に示す位置に設けた場合と逆になる。このため、流量調整弁１２２を図９に示す位置又は図１０に示す位置に設けた場合には、図７に示す燃料電池スタック入口温度制御処理のうち、ステップ２３４,２４２で流量調整弁１２２の開度を０(全閉)にすると共に、ステップ２３８の制御において、燃料電池スタック１６の出口温度が目標温度よりも低い場合は、燃料電池スタック１６の出口温度が目標温度よりも高い場合よりも、流量調整弁１２２の開度が小さくなるように制御すればよい。
〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について説明する。なお、第２実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１１には本第３実施形態に係る燃料電池システム１０Ｅが示されている。燃料電池システム１０Ｅは、第２実施形態で説明した燃料電池システム１０Ｂ(図４)と比較して、貯湯タンク２２の入口側(上流側)に、貯湯タンク２２の入口側に供給される水の温度(以下「貯湯タンク２２の入口温度」という)を検出する貯湯タンク入口温度センサ１２６が設けられている点でのみ相違している。なお、貯湯タンク入口温度センサ１２６は本発明における第３温度検出部の一例である。
次に、図１２を参照し、本第３実施形態の作用として、本第３実施形態に係る燃料電池スタック入口温度制御処理について、第２実施形態で説明した燃料電池スタック入口温度制御処理(図７)と異なる部分についてのみ説明する。
本第３実施形態に係る燃料電池スタック入口温度制御処理は、ステップ２３４で流量調整弁１２２の開度を全開にした後に、次のステップ２３７において、制御部１５０が、燃料電池システム１０Ｅの発電条件が成立し、かつ貯湯タンク入口温度センサ１２６によって検出された貯湯タンク２２の入口温度が所定温度(例えば40℃)以上か否かを判定する。ステップ２３７の判定が否定された場合は、ステップ２３７の判定が肯定される迄ステップ２３７を繰り返し、流量調整弁１２２の開度が全開の状態を維持する。そして、ステップ２３７の判定が肯定されるとステップ２３８へ移行し、第２実施形態で説明したように、燃料電池スタック１６の入口温度と目標温度との差に基づいて流量調整弁１２２の開閉を制御する。
燃料電池スタック１６で発電を開始した当初は、発電に伴って発生した熱が流路１１４を形成する部材等の昇温に費やされることで、燃料電池スタック１６の出口温度は、或る程度の時間が経過するまでは定常運転時に排出される水の温度に達しない。そして、燃料電池スタック１６の流路１１４の出口側から排出された比較的低温の水を貯湯タンク２２に供給すると、貯湯タンク２２に貯留されている水の温度分布に乱れが生ずる。
これに対して本第３実施形態に係る燃料電池スタック入口温度制御処理は、貯湯タンク２２の入口温度が所定温度未満の間は、流量調整弁１２２の開度が全開の状態を維持するので、貯湯タンク２２を経由して循環する水の流量が制限される。これにより、燃料電池スタック１６で発電を開始した当初に、貯湯タンク２２に貯留されている水の温度分布に乱れが生ずることを抑制することができる。
なお、第３実施形態では、貯湯タンク入口温度センサ１２６によって検出された貯湯タンク２２の入口温度を用いてステップ２３７の判定を行っていたが、これに代えて、スタック出口温度センサ９４によって検出された、流路１１４の出口側から排出された水の温度を用いて、ステップ２３７の判定を行う(燃料電池システム１０Ｅの発電条件が成立し、かつスタック出口温度センサ９４によって検出された、流路１１４の出口側から排出された水の温度が所定温度(例えば40℃)以上か否かを判定する)ようにしてもよい。
また、第３実施形態では、流量調整弁１２２がバイパス管路１２０の途中に設けられた構成を説明したが、これに限定されるものではなく、第３実施形態において、流量調整弁１２２を図９に示す位置又は図１０に示す位置に設けてもよい。流量調整弁１２２を図９に示す位置又は図１０に示す位置に設けた場合、流量調整弁１２２の開度を０(全閉)とすることで、貯湯タンク２２を経由して循環する水の流量を０にすることができるので、貯湯タンク２２の入口温度が所定温度未満の期間に、貯湯タンク２２に貯留されている水の温度分布に乱れが生ずることを、より確実に防止することができる。
また、上記では本発明に係る燃料電池システムの制御プログラムの一例である燃料電池システム制御プログラム１６０が記憶部１５６に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、本発明に係る燃料電池システムの制御プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記録媒体に記録されている形態で提供することも可能である。
１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃ,１０Ｄ,１０Ｅ…燃料電池システム、１４…燃料処理装置、１６…燃料電池スタック、２２…貯湯タンク、５０…燃料電池セル、９４…スタック出口温度センサ、１０８…貯湯循環ポンプ、１１０…第１管路、１１２…第２管路、１１４…流路、１２０…バイパス管路、１２２…流量調整弁、１２４…スタック入口温度センサ、１２６…貯湯タンク入口温度センサ、１５０…制御部、１６０…燃料電池システム制御プログラム

Claims (8)

  1. 水が流通する流路が設けられ、供給された燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電する燃料電池スタックと、
    熱負荷に応じて供給するための水を貯留する貯湯タンクと、
    前記燃料電池スタックの前記流路の出口側と前記貯湯タンクとを連通する第１管路と、
    前記貯湯タンクと前記燃料電池スタックの前記流路の入口側とを連通する第２管路と、
    前記燃料電池スタックの前記流路、前記第１管路、前記貯湯タンク及び前記第２管路を含む第１循環路の途中に設けられ、前記貯湯タンクに貯留されている水を前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給するポンプと、
    を含む燃料電池システム。
  2. 前記燃料電池スタックの前記流路の出口側から排出された水の温度を検出する第１温度検出部と、
    前記第１温度検出部によって検出された水の温度に応じて前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の流量が変化するように前記ポンプの作動を制御する第１制御部と、
    を更に含む請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記第１管路の中間部と前記第２管路の中間部とを連通するバイパス管路と、
    前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水のうち、前記バイパス管路を経由して供給される水の流量と前記貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率を調整可能な比率調整部と、
    を更に含む請求項１記載の燃料電池システム。
  4. 前記比率調整部は、前記バイパス管路の途中、前記第１管路のうち前記バイパス管路との分岐部と前記貯湯タンクとの間、及び、前記第２管路のうち前記バイパス管路との分岐部と前記貯湯タンクとの間、の何れかの位置に設けられた流量調整弁である請求項３記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池スタックの前記流路の出口側から排出された水の温度を検出する第１温度検出部と、
    前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の温度を検出する第２温度検出部と、
    前記第１温度検出部によって検出された水の温度に応じて前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の流量が変化するように前記ポンプの作動を制御すると共に、前記第２温度検出部によって検出された水の温度に応じて、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水のうち、前記バイパス管路を通過する水の流量と前記貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率が変化するように、前記比率調整部を制御する第２制御部と、
    を更に含む請求項３又は請求項４記載の燃料電池システム。
  6. 前記第２制御部は、前記第１温度検出部又は前記第１管路を流通して前記貯湯タンクに供給される水の温度を検出する第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度未満の間は、前記第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度以上の場合よりも、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水に占める前記バイパス管路を通過する水の流量の比率が高くなるように、前記比率調整部を制御する請求項５記載の燃料電池システム。
  7. 水が流通する流路が設けられ、供給された燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電する燃料電池スタックと、
    熱負荷に応じて供給するための水を貯留する貯湯タンクと、
    前記燃料電池スタックの前記流路の出口側と前記貯湯タンクとを連通する第１管路と、
    前記貯湯タンクと前記燃料電池スタックの前記流路の入口側とを連通する第２管路と、
    前記燃料電池スタックの前記流路、前記第１管路、前記貯湯タンク及び前記第２管路を含む第１循環路の途中に設けられ、前記貯湯タンクに貯留されている水を前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給するポンプと、
    前記第１管路の中間部と前記第２管路の中間部とを連通するバイパス管路と、
    前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水のうち、前記バイパス管路を経由して供給される水の流量と前記貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率を調整可能な比率調整部と、
    前記燃料電池スタックの前記流路の出口側から排出された水の温度を検出する第１温度検出部と、
    前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の温度を検出する第２温度検出部と、
    コンピュータと、
    を含む燃料電池システムの前記コンピュータを、
    前記第１温度検出部によって検出された水の温度に応じて前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水の流量が変化するように前記ポンプの作動を制御すると共に、前記第２温度検出部によって検出された水の温度に応じて、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水のうち、前記バイパス管路を通過する水の流量と前記貯湯タンクを経由して供給される水の流量との比率が変化するように、前記比率調整部を制御する第２制御部
    として機能させるための燃料電池システムの制御プログラム。
  8. 前記第２制御部は、前記第１温度検出部又は前記第１管路を流通して前記貯湯タンクに供給される水の温度を検出する第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度未満の間は、前記第３温度検出部によって検出された水の温度が所定温度以上の場合よりも、前記燃料電池スタックの前記流路の入口側に供給される水に占める前記バイパス管路を通過する水の流量の比率が高くなるように、前記比率調整部を制御する請求項７記載の燃料電池システムの制御プログラム。
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