WO2009093456A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2009093456A1
WO2009093456A1 PCT/JP2009/000229 JP2009000229W WO2009093456A1 WO 2009093456 A1 WO2009093456 A1 WO 2009093456A1 JP 2009000229 W JP2009000229 W JP 2009000229W WO 2009093456 A1 WO2009093456 A1 WO 2009093456A1
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fuel cell
cell system
water
temperature
anode
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PCT/JP2009/000229
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Shinji Miyauchi
Yoshikazu Tanaka
Hitoshi Oishi
Motomichi Katou
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Panasonic Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to control of a fuel cell system, and more particularly, to protection operation control of the fuel cell system against a rise in outside air temperature.
  • the fuel cell system generates power by electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas (these are called reaction gases) supplied from the outside to the fuel cell. At this time, heat is generated by the reaction of the reaction gas. For this reason, a heat medium is supplied to the fuel cell in order to keep the generated fuel cell at a constant temperature.
  • the heat medium supplied into the fuel cell exchanges heat in the fuel cell, is heated, and is discharged from the fuel cell. The discharged heat medium is cooled by exchanging heat with a heat exchanger, and supplied again to the fuel cell.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell power generation system disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.
  • a fuel cell power generation system 200 disclosed in Patent Document 1 includes a fuel cell 201, a reformer 203 having a combustion section (burner heating section) 202, an anode offgas heat exchanger 204, a cathode offgas.
  • a heat exchanger 205, a cooling water heat exchanger 206, and a hot water storage tank 207, and a heat exchange medium that exchanges heat with the heat medium (cooling water) discharged from the fuel cell 201 is an anode off-gas heat exchanger 204,
  • the cathode offgas heat exchanger 205, the cooling water heat exchanger 206, and the hot water tank 207 are configured to circulate through a circulation path 208 that connects in this order.
  • the anode offgas heat exchanger 204 recovers heat by exchanging heat between the anode offgas discharged from the fuel cell 201 and the heat exchange medium.
  • the anode off-gas after heat exchange is supplied as a combustion gas to the combustion unit 202 of the reformer 203 via the anode off-gas path 210.
  • the water condensed in the anode offgas heat exchanger 206 is configured to be supplied to the water tank 209.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system disclosed in Patent Document 2. As shown in FIG.
  • the anode off-gas discharged from the fuel cell 301 is removed by the moisture remover 302 and then the burner 304 of the fuel processor 303.
  • the moisture remover 302 is configured to store the removed moisture, and is contained in the moisture (water) removed by the moisture remover 302.
  • the impurity ions are removed by the impurity removing means 305 (that is, the impurity ions are ion-exchanged by an ion exchange resin), and the water after removing the impurity ions is supplied to the fuel processor 303.
  • the present invention has been made in view of at least one of the first problem and the second problem of the prior art, and a water reservoir and anode off gas for storing water separated from the anode off gas by a gas-liquid separator.
  • a fuel cell system equipped with a combustor that burns the increase in the water vapor partial pressure of the anode off-gas in a high-temperature environment prevents the occurrence of abnormalities (non-ignition abnormality or misfiring abnormality) due to combustion failure
  • the present invention also relates to a fuel cell system including a water reservoir that stores water separated from anode off gas by a gas-liquid separator and a purifier that purifies water (water) of the water reservoir.
  • a second object of the present invention is to provide a fuel cell system that can suppress the deterioration of the purifier due to the rise in water temperature.
  • a fuel cell system includes a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, and an anode off-gas flow through which an anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell flows.
  • a gas-liquid separator having a reservoir, a gas-liquid separator that is provided in the anode off-gas flow path, separates the moisture from the anode off-gas, and stores the separated moisture as water, and temperature detection for detecting a water temperature of the reservoir
  • an operation permitter configured not to permit the operation of the fuel cell system when the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than a first threshold value higher than the standard environmental temperature.
  • the reformer that generates the fuel gas from a raw material by a reforming reaction, the anode offgas supplied from the anode offgas flow path is burned, and the reformer is heated.
  • a hydrogen generator having a combustor configured to:
  • the first threshold value may be a water temperature in the water reservoir that is estimated that a dew point of the anode off gas existing above the water in the water reservoir is equal to or higher than a dew point at which the combustor misfires. .
  • the water in the water reservoir evaporates in a high temperature environment before the fuel cell system is started and during operation, and the water vapor partial pressure of the anode off-gas rises. It is possible to suppress the occurrence of abnormal ignition or misfiring).
  • the water temperature in the water reservoir changes in synchronization with the change in the ambient temperature (outside air temperature) surrounding the fuel cell system, the water temperature in the water reservoir and the outside air temperature have a correlation. For this reason, the dew point of the anode off gas can be estimated based on the water temperature in the water reservoir.
  • a water user using the water in the water reservoir and a purifier configured to purify the water supplied from the water reservoir to the water user.
  • the first threshold value may be a temperature equal to or lower than a heat-resistant upper limit temperature of the purifier.
  • the water temperature of the water reservoir rises in a high temperature environment, and water that exceeds the durability temperature of the purifier is supplied to the purifier. Can be suppressed.
  • the fuel cell system may include a water flow path including the water reservoir, and the temperature detector may include a water temperature detector that detects a water temperature in the water flow path.
  • the temperature detector may include an outside air temperature detector that detects an outside air temperature.
  • the operation permitter may operate the fuel cell system when the temperature detected by the temperature detector is lower than a second threshold value that is lower than the first threshold value. It may be configured to allow.
  • the operation permitter may be configured such that the temperature detected by the temperature detector before the start of the fuel cell system is lower than the first threshold and not lower than the second threshold.
  • the operation of the fuel cell system may be permitted.
  • the operation permission device is configured such that the detected temperature of the temperature detector becomes the second threshold value after the detected temperature of the temperature detector becomes equal to or higher than the first threshold value.
  • the fuel cell system may be configured not to be allowed to operate until it becomes less than the value.
  • the fuel cell system includes a raw material gas supply device for supplying the raw material to the reformer or the combustor, an igniter provided in the combustor, and a controller.
  • the combustor is configured to combust the raw material gas supplied from the raw material gas supply device in the start-up process, and the operation permission device detects the temperature detected by the temperature detector as the first threshold value.
  • the controller does not combust before the ignition operation of the igniter.
  • At least one of the source gas supply unit and the igniter may be controlled so as to supply more source gas than usual.
  • the controller may control the raw material gas supply device so that the flow rate of the raw material gas supplied to the combustor is larger than usual.
  • the controller may control the igniter so that the ignition operation is delayed more than usual.
  • the controller may control the igniter so that its operation time is longer than usual.
  • the fuel cell system includes a raw material gas supply device for supplying the raw material to the reformer or the combustor, an igniter provided in the combustor, and a controller.
  • the combustor is configured to combust the raw material gas supplied from the raw material gas supply device in the start-up process, and the operation permission device detects the temperature detected by the temperature detector as the first threshold value.
  • the controller sets the ignition operation time of the igniter more than usual. The igniter may be controlled to be longer.
  • the fuel cell system according to the present invention includes a failure notification device for notifying that the fuel cell system has failed when the temperature detected by the temperature detector becomes equal to or higher than the first threshold in a season other than summer. Also good.
  • the temperature detected by the temperature detector cannot be assumed to be equal to or higher than the first threshold value.
  • the operation permitter determines that the fuel cell system has failed, Appropriate measures can be taken to recover from the abnormal state by maintenance work or the like.
  • a non-permission notification device that notifies the fact may be provided.
  • the fuel cell system of the present invention at least one of the occurrence of an abnormal combustion failure (non-ignition, misfire, etc.) in the combustor and the progress of deterioration of the purifier in a high-temperature environment before start-up and during operation. It becomes possible to suppress the occurrence of either of these problems, and the reliability of the fuel cell system is improved.
  • an abnormal combustion failure non-ignition, misfire, etc.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a cell stack of the fuel cell in the fuel cell system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically showing the contents of the operation permission processing of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of a fuel cell system according to Modification 1 of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart schematically showing the contents of the operation permission processing of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart schematically showing the contents of the operation permission process of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell power generation system disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system disclosed in Patent Document 2.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a fuel cell system 100 As shown in FIG. 1, a fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes a casing 101 in which a fuel cell 11 and the like are arranged and a remote controller 102, and operates the remote controller 102. Thus, the fuel cell system can be started and stopped.
  • the fuel cell 11 in the fuel cell system 100 is composed of a polymer electrolyte fuel cell, and the fuel cell 11 includes cells 9 having a plate-like overall shape stacked in the thickness direction. The cell stack is formed.
  • the fuel cell 11 is not limited to a polymer electrolyte fuel cell, and a fuel cell such as a phosphoric acid fuel cell may be used.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a cell stack of the fuel cell 11 in the fuel cell system 100 shown in FIG.
  • the cell 9 includes an MEA 3 (Membrane-Electrode-Assembly: electrolyte membrane-electrode assembly), a gasket 4, an anode separator 5a, and a cathode separator 5b.
  • the MEA 3 includes a polymer electrolyte membrane 1 that selectively transports hydrogen ions, an anode 2a, and a cathode 2b.
  • the anode 2a and the cathode 2b (these are referred to as gas diffusion electrodes) are polymers. It is provided on both surfaces of the electrolyte membrane 1 so as to be located inward from the peripheral edge.
  • a pair of ring-shaped rubber gaskets 4 is disposed around the anode 2a and the cathode 2b with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween. And the electroconductive anode separator 5a and the cathode separator 5b are arrange
  • a main surface (hereinafter referred to as an inner surface) that contacts the MEA 3 of the anode separator 5a is provided with a groove-like fuel gas flow path 6 through which fuel gas flows, while the main surface that contacts the MEA 3 of the cathode separator 5b
  • a groove-like oxidant gas flow path 7 through which the oxidant gas flows is provided on the surface (hereinafter referred to as the inner surface).
  • cooling water flow paths 8 through which the cooling water flows are provided on the outer surfaces of the anode separator 5a and the cathode separator 5b.
  • a fuel gas supply manifold hole around the polymer electrolyte membrane 1, the gasket 4, and the separators 5a and 5b, there are a fuel gas supply manifold hole, a fuel gas discharge manifold hole, and an oxidant gas supply manifold, each including a through hole in the thickness direction.
  • a hole, an oxidizing gas discharge manifold hole, a cooling water supply manifold hole, and a cooling water discharge manifold hole (all not shown).
  • a cell stack is formed, and a current collector plate, an insulating plate, and an end plate (all not shown) are provided at both ends of the cell stack.
  • the cell stack 90 is formed by arranging and fastening with a fastener (not shown).
  • manifold holes such as fuel gas supply manifold holes provided in the polymer electrolyte membrane 1, the gasket 4, and the separators 5a and 5b are connected in the thickness direction so that the fuel gas supply manifold is provided. Etc., each manifold is formed.
  • a fuel gas internal channel 71 is constituted by a fuel gas supply manifold, a fuel gas discharge manifold, and a fuel gas channel 6 provided in each anode separator 5a so as to connect them (FIG. 1).
  • Oxidant gas supply manifold, oxidant gas discharge manifold, and oxidant gas flow path 7 provided in each cathode separator 5b so as to connect these, and oxidant gas internal flow path 72 is The cooling water supply manifold, the cooling water discharge manifold, and the cooling water flow path 8 provided in each of the separators 5a and 5b so as to connect them are configured (see FIG. 1). Not shown).
  • the hydrogen generator 13 has a burner heating unit 81 and a reformer 83 as a combustor of the present invention, and the burner heating unit 81 has an igniter 82.
  • a combustion gas supply port (not shown) of the burner heating unit 81 is connected to a downstream end of the fuel gas internal flow channel 71 of the fuel cell 11 through an anode off gas supply channel (anode off gas flow channel) 34 described later.
  • the surplus fuel gas that has not been used in the anode 2a of the fuel cell 11 is supplied as off-gas (combustion gas).
  • the raw material gas supply device 12 is connected to the burner heating unit 81 via the combustion gas supply path 31a so that the raw material gas is supplied to the burner heating unit 81 when the fuel cell system 100 is started. It is configured.
  • a combustion air supply device (not shown) is connected to the burner heating unit 81 via a fuel air supply path (not shown) so that combustion air is supplied to the burner heating unit 81. It is configured.
  • the burner heating unit 81 the anode off gas (or the combustion gas supply passage 31a) supplied from the anode 2a of the fuel cell 11 through the fuel gas internal passage 71 and the anode off gas supply passage 34 is supplied. And the combustion air supplied via the combustion air supply path are ignited by an igniter 82, and combustion gas is generated.
  • a gas supply path 31 is connected. In the middle of the source gas supply path 31, a source gas supplier 12 is provided, and the flow rate of the source gas supplied to the hydrogen generator 13 is adjusted.
  • a cathode recovery water tank 27 is connected to a reforming water supply port (not shown) of the hydrogen generator 13 via a reforming water supply path 44 described later.
  • a purifier 22 for removing impurities in the recovered water
  • a first pump 23 capable of adjusting the flow rate.
  • an ion exchange resin is used for the purifier 22, but the present invention is not limited to this, and any impurity can be used as long as impurities in the recovered water tank can be removed as exemplified by activated carbon, zeolite, and the like. A remover may be used.
  • the raw material gas supplied through the raw material gas supply path 31 and the reforming water supply path 44 are supplied using heat transfer from the combustion gas generated by the burner heating unit 81.
  • a reforming reaction is performed with the water thus formed in the reformer 83, thereby generating a hydrogen-rich reformed gas.
  • the generated reformed gas is subjected to a shift reaction and an oxidation reaction by a transformer and a CO remover (not shown) to generate a hydrogen-rich fuel gas in which carbon monoxide is reduced to about 10 ppm. Supplied.
  • the upstream end of the fuel gas internal flow path 71 of the fuel cell 11 is connected to a fuel gas discharge port (not shown) of the hydrogen generator 13 via the fuel gas supply path 32.
  • the upstream end of the oxidant gas internal flow path 72 is connected to an oxidant gas supply port (not shown) of the oxidant gas supply device 14 via the oxidant gas supply path 33.
  • the oxidant gas supply unit 14 is configured by a blower (not shown) whose suction port is open to the atmosphere and a humidifier (not shown) that humidifies the sucked air with a certain amount of water vapor.
  • the oxidant gas is supplied to the fuel cell 11.
  • the oxidant gas supply unit 14 may be configured to use fans such as a sirocco fan.
  • a cooling water circulation path 41 is connected to the fuel cell 11, and a second pump 24 capable of adjusting the flow rate is provided in the middle of the cooling water circulation path 41.
  • the cooling water circulation path 41 has a cooling water forward path 41a and a cooling water return path 41b.
  • the upstream end of the cooling water forward path 41 a is connected to the outlet (not shown) of the primary flow path of the cooling water heat exchanger 17, and the downstream end thereof is connected to the cooling water supply port (not shown) of the fuel cell 11.
  • the upstream end of the cooling water return passage 41b is connected to a cooling water discharge port (not shown) of the fuel cell 11, and the downstream end thereof is the inlet (not shown) of the primary flow path of the cooling water heat exchanger 17. It is connected to the.
  • the cooling water supplied to the fuel cell 11 collects heat generated when the reaction gas is reacted, and the inside of the fuel cell 11 can be maintained at an appropriate temperature. Further, the cooling water from which the heat generated in the fuel cell 11 is recovered is heat-exchanged with a heat medium (hot water) flowing through a secondary flow path of the cooling water heat exchanger 17 described later in the cooling water heat exchanger 17. It is cooled by doing.
  • a heat medium hot water
  • the upstream end of the anode offgas supply path 34 is connected to the downstream end of the fuel gas internal flow path 71 of the fuel cell 11, and the downstream end is connected to the offgas supply port of the burner heating unit 81.
  • a gas-liquid separator 10 including an anode condenser 15 and an anode recovery water tank (water reservoir) 26 is provided in the middle of the anode off gas supply path 34, and the primary flow path and anode off gas of the anode condenser 15 are provided.
  • the piping which comprises the supply path 34 is connected.
  • An anode recovery water tank 26 is connected to the anode off gas supply path 34 on the downstream side of the anode condenser 15.
  • two pipes constituting the anode off gas supply path 34 are connected to the upper part of the anode recovery water tank 26, and one pipe is connected to the upper part of the anode condenser 15 and the anode recovery water tank 26.
  • the other pipe is provided so as to connect the upper part of the anode recovery water tank 26 and the burner heating unit 81.
  • anode off gas a surplus fuel gas that has not been used in the anode 2a of the fuel cell 11 flows in the anode condenser 15 through the secondary flow path of the anode condenser 15 described later (hot water storage water).
  • the water vapor contained in the anode off gas is condensed.
  • the condensed water is stored in the anode recovery water tank 26 as recovery water.
  • the anode off gas whose water vapor is reduced by condensation is supplied to the burner heating unit 81.
  • a temperature detector (for example, a thermistor) 28 is provided inside the anode recovery water tank 26, and the temperature detector 28 detects the temperature of the recovered water stored in the anode recovery water tank 26.
  • the control device 21 described later is configured to acquire the water temperature detected by the temperature detector 28.
  • the anode recovery water tank 26 is connected to the cathode recovery water tank 27 by a connection channel 48, and the connection channel 48 is provided with a valve (not shown) for communicating or blocking the channel. It has been. Then, the control device 21 opens a valve (not shown) when a predetermined amount of the recovered water stored in the anode recovered water tank 26 is stored. Thereby, the recovered water stored in the anode recovery water tank 26 is supplied to the cathode recovery water tank 27.
  • the recovery water in the cathode recovery water tank 27 is configured to be supplied to the purifier 22. That is, the recovered water in the recovered water tank 27 that is a water reservoir of the gas-liquid separator is configured to flow through the purifier 22
  • an oxidant gas discharge path 35 is connected to the fuel cell 11. Specifically, the upstream end of the oxidant gas discharge path 35 is connected to the downstream end of the oxidant gas internal flow path 72 of the fuel cell 11, and the downstream end is connected to the fuel cell system 100 (housing 101). Open to the outside.
  • a cathode condenser 16 is provided in the middle of the oxidant gas discharge path 35, and a secondary flow path of the cathode condenser 16 and a pipe constituting the oxidant gas discharge path 35 are connected. Further, the upstream end of the cathode recovery water flow path 43 is connected to the downstream side of the cathode condenser 16 in the oxidant gas discharge path 35, and the downstream end thereof is connected to the cathode recovery water tank 27.
  • surplus oxidant gas that has not been used in the cathode 2b of the fuel cell 11 is heated in the cathode condenser 16 through the secondary flow path of the cathode condenser 16 (described later) and the heat.
  • the water vapor contained in the oxidant gas is condensed.
  • the condensed water is separated from the gas by an appropriate means, flows through the cathode recovery water channel 43, and is stored in the cathode recovery water tank 27 as recovered water.
  • the oxidant gas whose water vapor has been reduced by condensation is discharged to the outside of the fuel cell system 100.
  • a hot water storage tank 19 is disposed inside the housing 101.
  • the hot water storage tank 19 is formed so as to extend in the vertical direction, and a so-called stacked boiling type hot water storage tank is used.
  • An exhaust heat recovery circuit 45 is connected to the hot water storage tank 19. Specifically, the upstream end of the exhaust heat recovery circuit 45 is connected to the lower part of the hot water storage tank 19, and the downstream end thereof is connected to the upper part of the hot water storage tank 19.
  • a third pump 25 capable of adjusting the flow rate is provided in the middle of the exhaust heat recovery circuit 45. Further, in the middle of the exhaust heat recovery circuit 45, an anode condenser 15, a cathode condenser 16, and a cooling water heat exchanger 17 are arranged in this order.
  • a pipe constituting the recovery circuit 45 is connected.
  • a hot water supply path 46 for supplying hot water stored in the hot water storage tank 19 to the user is connected to the upper part of the hot water storage tank 19.
  • a water supply path 47 for supplying city water is connected to the lower part of the hot water storage tank 19, and when the amount of water stored in the hot water storage tank 19 is smaller than the predetermined amount of stored water, a predetermined amount of city water is supplied. Is configured to be supplied.
  • an outside air temperature detector 20 and a control device 21 are disposed inside the housing 101.
  • the outside air temperature detector 20 is composed of a thermistor, detects the outside air temperature of the fuel cell system 100, and the control device 21 is configured to acquire the outside air temperature detected by the outside air temperature detector 20. ing.
  • the control device 21 has a controller 51 and an operation permitter 52.
  • the control device 21 is configured by a computer such as a microcomputer, and includes a CPU, an internal memory including a semiconductor memory, a communication unit, and a clock unit (all not shown) having a calendar function.
  • the controller 51 and the operation permitter 52 are realized by predetermined software stored in the internal memory.
  • the operation permitter 52 acquires the temperature of the water stored in the anode recovery water tank 26 detected by the temperature detector 28, and determines whether to permit the operation of the fuel cell system 100 based on the acquired water temperature. Determine. Then, the operation permitter 52 outputs a predetermined control signal to the remote controller 102 described later, and controls the display of information related to the operation permission on the display unit 61. Further, the controller 51 outputs a control signal to the source gas supply unit 12 and / or the igniter 82 based on the determination result of the operation permission unit 52 to control them.
  • the operation permitter 52 is configured to output the control signal directly to the remote controller 102 and control the display of information related to the operation permission on the display unit 61. However, the present invention is not limited to this. It is good also as a structure which outputs a control signal to the controller 51, and the controller 51 controls the display of the information regarding the driving
  • the controller 51 processes these pieces of information and performs various controls relating to the fuel cell system including these controls.
  • the operation permission / rejection control by the operation permitter 52 and the control of the raw material gas supplier 12 and / or the igniter 82 by the controller 51 will be described later.
  • control device means not only a single controller but also a controller group in which a plurality of controllers cooperate to execute control of the fuel cell system 100.
  • the controller 21 does not need to be composed of a single controller, and a plurality of controllers may be arranged in a distributed manner so that they cooperate to control the fuel cell system 100. .
  • the remote controller 102 includes a control unit (not shown) configured by a microcomputer, a communication unit (not shown), a display unit 61, and a key operation unit 63.
  • the control unit controls the communication unit and the like. ing.
  • the remote controller 102 receives the control signal by the communication unit, and the control unit processes this and transmits it to the display unit 61.
  • the display unit 61 displays that the operation of the fuel cell system 100 is not permitted (for example, during protection operation) or that the operation is permitted (for example, the display of characters during the protection operation is canceled). Therefore, the remote controller 102 corresponds to a non-permitted alarm device of the present invention.
  • an operation signal input from the key operation unit 63 of the remote control 102 is transmitted to the control device 21 via the control unit and the communication unit of the remote control 102 and received by the communication unit of the control device 21 to be received from the controller 51 or This is transmitted to the operation permitter 52.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically showing the contents of the operation permission process of the fuel cell system 100 according to the first embodiment.
  • the operation permission device 52 acquires the water temperature detected by the temperature detector 28 (step S1).
  • the operation permitter 52 compares the first threshold value stored in the internal memory unit with the water temperature acquired in step S1 (step S2).
  • the first threshold value is defined as a value that satisfies at least one of the following two conditions.
  • the first condition is (I) a temperature higher than the standard environmental temperature, exists above the recovered water in the anode recovery water tank 26, and is introduced into the burner heating unit 81.
  • the dew point of the anode off gas is the water temperature (for example, 45 ° C.) in the anode recovery water tank 26 that is estimated to be equal to or higher than the dew point at which the burner heating unit 81 misfires.
  • the dew point of the anode off gas flowing into the burner heating unit 81 is estimated based on the water temperature in the anode recovered water tank 26. Can do. Further, since the water temperature in the anode recovery water tank 26 and the outside air temperature have a correlation, the dew point of the anode off gas flowing into the burner heating unit 81 is estimated based on the temperature detected by the outside air temperature detector 20. Also good. In this case, the first threshold value is higher than the standard environmental temperature with respect to the detected temperature detected by the outside air temperature detector 20, and the dew point of the anode off gas introduced into the burner heating unit 81.
  • the outside air temperature value estimated to be equal to or higher than the dew point at which the burner heating unit 81 misfires is appropriately set.
  • the first threshold value the water vapor partial pressure of the anode off-gas supplied to the burner heating unit 81 in a high-temperature environment before the fuel cell system 100 is started and during operation.
  • the combustion failure abnormality non-ignition abnormality, misfire abnormality, etc.
  • the first threshold is preferably (II) a temperature higher than the standard environmental temperature and not higher than the heat-resistant upper limit temperature (for example, 50 ° C.) of the purifier 22.
  • the water temperature of the recovery water in the anode recovery water tank 26 is based on the temperature detected by the outside air temperature detector 20. It may be estimated.
  • the first threshold value is higher than the standard environmental temperature with respect to the detected temperature detected by the outside air temperature detector 20, and the water temperature of the anode recovery water tank 26 is equal to that of the purifier 22.
  • An outside air temperature value estimated to be a temperature equal to or lower than the heat resistant upper limit temperature (for example, 50 ° C.) is appropriately set.
  • deterioration of the purifier 22 proceeds as the recovered water whose water temperature has increased in a high temperature environment flows before the fuel cell system 100 is started and during operation. Can be suppressed.
  • the first threshold value is set so as to satisfy both the conditions (I) and (II) (for example, 45 ° C.), the first threshold value is obtained when the first threshold value satisfies only the respective conditions. It is more preferable because it is expected to realize both of the effects.
  • the first threshold value that satisfies the two conditions may be a temperature value different from each other, or may be the same temperature value.
  • a second threshold eg, 40 ° C.
  • the water temperature that was equal to or higher than the second threshold value and lower than the first threshold value is (iii) equal to or higher than the first threshold value, and (iV) the water temperature that is equal to or higher than the first threshold value.
  • the operation permission processing by the operation permission device 52 will be specifically described in case where it is less than the first threshold value and greater than or equal to the second threshold value.
  • step S3 When water temperature is less than 2nd threshold value, it progresses to step S3 from step S2.
  • the operation permitter 52 compares the second threshold value stored in the internal memory unit with the water temperature acquired in step S1.
  • the process proceeds to step S7.
  • step S7 the operation permission device 52 turns on the operation permission flag.
  • the controller 51 satisfies a predetermined activation condition, for example, the user operates the key operation unit 63 of the remote controller 102 to instruct the start of operation of the fuel cell system 100, and the control unit of the remote controller 102
  • the operation start request signal is input to the controller 51, the operation of the fuel cell system 100 is started. Further, when the fuel cell system 100 is in operation, the controller 51 continues the operation.
  • the operation permitter 52 outputs a signal not to display a display indicating that the protection operation is being performed on the display unit 61 on the remote controller 102 (step S8). Thereby, the display unit 61 of the remote controller 102 does not display a display indicating that the protection operation is being performed.
  • step S1 When the water temperature that is lower than the second threshold is equal to or higher than the second threshold and lower than the first threshold, the water temperature acquired in step S1 is equal to or higher than the second threshold and the first If it is less than the threshold, the process proceeds from step S2 to step S3.
  • step S3 the operation permitter 52 compares the second threshold value stored in the storage unit with the water temperature acquired in step S1.
  • the process proceeds to step S4.
  • step S4 the operation permission device 52 determines whether or not the operation permission flag is ON. As described above, when the water temperature is lower than the second threshold, the operation permission flag is set to ON in step S7. For this reason, when the water temperature that is lower than the second threshold is equal to or higher than the second threshold and lower than the first threshold, the operation permission flag is ON, and the process proceeds to step S7.
  • step S7 the operation permission device 52 sets the operation permission flag to ON again in the same manner as in the above (i). That is, the state where the operation permission flag is ON is maintained.
  • the controller 51 of the remote controller 102 instructs the controller 51.
  • the controller 51 confirms that the operation permission flag is ON, and starts the operation of the fuel cell system 100. Further, when the fuel cell system 100 is in operation, the controller 51 continues the operation.
  • the operation permitter 52 outputs again a signal that does not cause the remote controller 102 to display a display indicating that the protective operation is being performed on the display unit 61 (step S8). Thereby, the display unit 61 of the remote controller 102 does not display a display indicating that the protection operation is being performed.
  • step S9 When it is more than a 1st threshold value, it progresses to step S9 from step S2.
  • the operation permission flag is turned OFF.
  • the operation permitter 52 outputs a signal for displaying a “protecting operation” display to notify the remote controller 102 that the operation of the fuel cell system is not permitted on the display unit 61 ( Step S10).
  • the display unit 61 of the remote controller 102 displays “protecting operation in progress”, and the user can understand why the fuel cell system is not started and operated.
  • step S1 When the water temperature that is equal to or higher than the first threshold is lower than the first threshold and equal to or higher than the second threshold, the water temperature acquired in step S1 is lower than the first threshold and the second If it is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds from step S2 to step S3. In step S3, since the water temperature is equal to or higher than the second threshold value, the process proceeds to step S4.
  • step S4 the operation permission device 52 determines whether or not the operation permission flag is ON. As described above, when the water temperature is equal to or higher than the first threshold, the operation permitter 52 turns off the operation permission flag in step S9. For this reason, when the water temperature that is equal to or higher than the first threshold is lower than the first threshold and equal to or higher than the second threshold, the operation permission flag is OFF, and the process proceeds to step S5. The controller 51 turns off the operation permission flag in step S9 and stops the operation of the fuel cell system 100.
  • step S5 the operation permission device 52 turns the operation permission flag off again. That is, the state where the operation permission flag is OFF is maintained. Thereby, the controller 51 maintains the operation stop state of the fuel cell system 100.
  • the operation permitter 52 sends a signal to the remote controller 102 to display the display of “protecting operation”. Output (step S6). Thereby, the display of “protecting operation” is maintained on the display unit 61 of the remote controller 102.
  • the operation permitter 52 already uses the fuel cell system itself even if the water temperature is lower than the first threshold and equal to or higher than the second threshold. If the operation of 100 is permitted (if the operation permission flag is ON), the operation of the fuel cell system 100 is permitted. On the other hand, after the temperature of the outside air becomes equal to or higher than the first threshold, the operation of the fuel cell system 100 is not permitted until it becomes equal to or lower than the second threshold. That is, the difference between the first threshold value in step S2 and the second threshold value in step S3 becomes hysteresis, and an unnecessary chattering operation in the operation control of the operation permitter 52 can be suppressed.
  • the stop process is defined as an operation from when the control device 21 outputs a stop signal until the fuel cell system 100 completes the process. Further, the fuel cell system 100 stopping its operation means a standby state after the stop process is completed until the next start command is output from the control device 21. Meanwhile, the control device 21 and the outside temperature detector 20 are operating.
  • the remote controller 102 When the user operates the key operation unit 63 of the remote controller 102 to instruct the start of operation of the fuel cell system 100, the remote controller 102 outputs an operation start request signal to the controller 51.
  • the controller 51 issues an activation command and outputs a raw material supply signal to the burner heating unit 81 to the raw material gas supplier 12 when the operation permission flag is ON.
  • a combustion air supply signal to the burner heating unit 81 is output to a combustion air supply unit (not shown).
  • the raw material gas is supplied to the burner heating unit 81 from the raw material gas supply device 12 through the combustion gas supply passage 31a, and from the combustion air supply device through the fuel air supply passage (not shown).
  • the combustion air is supplied to the burner heating unit 81.
  • the controller 51 outputs a supply signal to the source gas supply device 12 and the combustion air supply device, and then outputs an ignition signal to the igniter 82 after a predetermined time has elapsed.
  • the igniter 82 performs an ignition operation, and the raw material gas and the combustion air supplied to the burner heating unit 81 are combusted to generate combustion gas.
  • the controller 51 outputs a source gas supply signal to the hydrogen generator 13 to the source gas supplier 12.
  • the raw material gas is supplied from the raw material gas supply device 12 to the hydrogen generator 13, and the hydrogen generator 13 generates fuel gas.
  • the generated fuel gas is used in the anode 2a of the fuel cell 11.
  • Excess fuel gas that has not been used in the anode 2 a of the fuel cell 11 is supplied to the anode offgas supply path 34.
  • the anode off gas supplied to the anode off gas supply path 34 flows through the anode off gas supply path 34, the water vapor contained in the anode off gas is condensed into water by the anode condenser 15 and separated.
  • the anode off gas from which the water has been separated is supplied to the burner heating unit 81.
  • the controller 51 When the anode off gas is supplied to the burner heating unit 81, the controller 51 outputs a source gas supply stop signal from the source gas supply unit 12 to the burner heating unit 81. Thereby, the source gas supply device 12 stops the supply of the source gas to the burner heating unit 81.
  • the operation permitter 52 is: The operation of the fuel cell system 100 is stopped.
  • the anode off-gas having an increased water vapor partial pressure remains in the anode off-gas supply path 34.
  • the outside air temperature decreases and the temperature detected by the temperature detector 28 becomes lower than the second threshold value
  • liquid water from the anode off gas is condensed on the inner surface of the anode off gas supply path 34.
  • the operation permission device 52 permits the operation of the fuel cell system 100 and satisfies a predetermined activation condition
  • the controller 51 issues a start command and restarts (restarts) the operation of the fuel cell system 100
  • the burner heating unit 81 is supplied with condensed water as well as the anode off gas.
  • the igniter 82 only performs a normal ignition operation (i.e., performs an ignition operation for a predetermined time and repeats this ignition operation a predetermined number of times)
  • the raw material gas supplied to the burner heating unit 81 reacts with the combustion air, and promptly Ignition and combustion may not start.
  • “normal” in this specification refers to cases other than the case where the temperature detected by the temperature detector 28 is equal to or higher than the first threshold and then lower than the second threshold.
  • the controller 51 controls the source gas supplier 12 and / or the igniter 82 as follows. Ignition operation is performed.
  • the controller 51 determines that the amount of the raw material gas supplied from the raw material gas supply device 12 to the burner heating unit 81 after the start command is issued and before the ignition operation by the igniter 82 is started is the normal start processing.
  • the raw material gas supply device 12 is controlled so as to be more than that. Specifically, the raw material gas supplier 12 is controlled so that the flow rate of the raw material gas supplied to the burner heating unit 81 before the ignition operation is started is larger than that in the normal startup process.
  • the combustion air supply device is controlled so that the combustion air is supplied from the combustion air supply device via the fuel air supply path. Thereby, more raw material gas than usual is supplied to the burner heating part 81, and the gas containing the dew condensation water supplied to the burner heating part 81 at the time of restarting is scavenged with raw material gas and combustion air.
  • the controller 51 controls the igniter 82 to perform an ignition operation after a predetermined time has elapsed, as in a normal case.
  • the burner heating unit 81 is ignited by the ignition operation of the igniter 82 because the gas containing the dew condensation water supplied to the burner heating unit 81 is scavenged with the raw material gas and the combustion air.
  • the source gas and the combustion air can be combusted.
  • controller 51 may scavenge the gas containing the dew condensation water supplied to the burner heating part 81 more fully with source gas and combustion air, the flow volume of source gas will become larger than a normal starting process.
  • the igniter 82 is ignited after elapse of a time longer than the gas flow time (the predetermined time) to the burner heating unit 81 before the ignition operation in the normal startup process. You may control to perform operation
  • the ignition operation by the igniter 82 of the burner heating unit 81 is performed. Ignition is improved.
  • the controller 51 controls the source gas supply unit 12 so that the flow rate of the source gas supplied from the source gas supply unit 12 to the burner heating unit 81 is the same as that in the normal startup process.
  • the ignition operation is performed after a long time has elapsed since the supply of the raw material gas from the raw material gas supply device 12 is started compared to the case of the normal start-up process (the ignition operation is delayed from the case of the normal start-up process). ) May be controlled as follows.
  • the controller 51 controls the raw material gas supply device 12 so that the flow rate of the raw material gas supplied from the raw material gas supply device 12 to the burner heating unit 81 is the same as the normal flow rate.
  • the ignition operation is started after the lapse of the same predetermined time as in the normal start-up process, but the upper limit value of the number of retries of the ignition operation is higher than the normal case. It may be controlled to increase the number of times, and the operation time per ignition operation may be controlled to be longer than the normal startup process.
  • the ignitability during the ignition operation by the igniter 82 of the burner heating unit 81 can be improved.
  • the temperature detector 28 when the temperature (water temperature; outside air temperature) detected by the temperature detector 28 is equal to or higher than the first threshold value, the anode off gas above the recovered water in the anode recovered water tank 26 The water vapor partial pressure rises, and there is a possibility that the combustion failure of the burner heating unit 81 (ignition failure, misfire after starting combustion, etc.) may occur.
  • the temperature of the water condensed in the anode condenser 15 and recovered in the anode recovery water tank 26 rises, and the temperature of the recovered water flowing through the purifier 22 becomes the purifier 22 ( For example, when the durability temperature of the ion exchange resin) is exceeded, deterioration of the purifier 22 may be promoted.
  • the operation permitter 52 when the operation permitter 52 is equal to or higher than the first threshold that is higher than the standard environment temperature, the temperature detected by the temperature detector 28, the fuel cell system. It is controlled not to allow 100 operations.
  • production of the subject of at least any one of the said 1st subject and the 2nd subject can be suppressed. That is, the first effect of suppressing the occurrence of combustion failure abnormality (non-ignition abnormality or misfiring abnormality) of the burner heating unit 81 of the fuel cell system 100 and the second effect of suppressing deterioration of the purifier 22. It is possible to realize at least one of the effects.
  • the fuel cell system 100 when the temperature detected by the temperature detector 28 becomes equal to or higher than the first threshold value and then becomes lower than the second threshold value and the fuel cell system 100 is restarted,
  • the raw material gas is supplied so that the amount of the raw material gas supplied from the raw material gas supply device 12 to the burner heating unit 81 before the ignition operation by the igniter 82 is started is larger than that in the normal startup process.
  • the gas supply device 12 By controlling the gas supply device 12, the ignitability of the burner heating unit 81 at the time of restart can be improved, and unnecessary operation errors (abnormal ignition failure) of the fuel cell system 100 can be suppressed.
  • the reliability of 100 can be improved.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of a fuel cell system of Modification 1 in fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 according to the first modification has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the first embodiment, but is not provided with an anode condenser.
  • the liquid separator 10 is substantially composed of an anode recovery water tank 26.
  • the anode off-gas supply channel 34 connects the fuel gas internal channel 71 and the burner heating unit 81 via the anode recovery water tank 26.
  • the water vapor contained in the anode off gas is condensed while flowing through the anode off gas supply path 34.
  • the condensed water is stored in the recovered water tank 26 so that the condensed water and gas can be separated. That is, the recovered water tank 26 functions as a gas-liquid separator.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 6 is a flowchart schematically showing the contents of the operation permission process of the fuel cell system shown in FIG.
  • the fuel cell system 100 according to the second embodiment of the present invention has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the first embodiment.
  • the difference is that the tank 26 and the cathode recovery water tank 27 are replaced with one recovery water tank 18.
  • an anode recovered water flow path 42 that connects the anode off gas supply path 34 and the recovered water tank 18 is provided downstream of the anode condenser 15 in the anode off gas supply path 34. Yes.
  • a cathode recovery water flow path 43 that connects the oxidant gas discharge path 35 and the recovered water tank 18 (here, the anode recovery water flow path 42) is provided on the downstream side of the cathode condenser 16 in the oxidant gas discharge path 35. It has been.
  • the water condensed in the anode condenser 15 is separated from the gas at the branch point between the anode off-gas supply path 34 and the anode recovery water flow path 42, and flows through the anode recovery water flow path 42 as recovered water. It is stored in the recovered water tank 18.
  • the water condensed in the cathode condenser 16 is separated from the gas at the branch point between the oxidant gas discharge path 35 and the cathode recovery water flow path 43 opened to the atmosphere, and passes through the cathode recovery water flow path 43.
  • the collected water is stored in the recovered water tank 18 as recovered water.
  • the temperature detector 28 is not provided, and the outside air temperature detected by the outside air temperature detector 20 is stored in the water reservoir (here Then, the water temperature stored in the recovered water tank 18) is detected as a substitute temperature, and the control device 21 is configured to acquire the outside air temperature detected by the outside air temperature detector 20. Then, the operation permitter 52 acquires the outside air temperature detected by the outside air temperature detector 20, and the same as in the first embodiment based on whether or not the acquired outside air temperature is equal to or higher than the first threshold value. It is determined whether or not the operation of the fuel cell system 100 is permitted.
  • the first threshold value set for the detected temperature of the outside air temperature detector 20 is appropriately set so as to satisfy at least one of the first condition and the second condition as in the first embodiment.
  • the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the second embodiment, but the operation control by the operation permitter 52 and the remote controller 102 as an abnormality alarm device. Will also be described below.
  • FIG. 7 is a flowchart schematically showing the contents of the operation permission process of the fuel cell system according to the third embodiment.
  • the processing when the outside air temperature becomes equal to or higher than the first threshold is different from that in the fuel cell system 100 according to the second embodiment.
  • step S11 the operation permitter 52 acquires the current time from the clock unit. Then, the operation permitter 52 determines whether or not the time information acquired in Step S11 corresponds to the summer season (for example, July to September) stored in the storage unit (Step S12).
  • the operation permission flag is turned off (step S15).
  • the predetermined activation condition for example, the user operates the key operation unit 63 of the remote controller 102 to instruct the start of operation of the fuel cell system 100, and the control unit of the remote controller 102 Even when the operation start request signal is input to the controller 51, the operation start operation of the fuel cell system 100 is not performed. Further, when the fuel cell system 100 is in operation, the controller 51 stops the operation.
  • the operation permitter 52 outputs a signal for displaying a “protecting operation” display to notify the remote controller 102 that the operation of the fuel cell system is not permitted on the display unit 61 ( Step S16).
  • the display unit 61 of the remote controller 102 displays “protecting operation in progress”, and the user can understand the reason why the fuel cell system 100 is not started and operated.
  • the operation permitter 52 turns off the operation permission flag (step S13).
  • the predetermined activation condition for example, the user operates the key operation unit 63 of the remote controller 102 to instruct the start of operation of the fuel cell system 100, and the control unit of the remote controller 102 Even when the operation start request signal is input to the controller 51, the operation start operation of the fuel cell system 100 is not performed. Further, when the fuel cell system 100 is in operation, the controller 51 stops the operation.
  • the operation permitter 52 outputs a signal on the display unit 61 of the remote controller 102 to display a display indicating that a predetermined device in the fuel cell system is likely to be faulty and needs maintenance (step S14). ).
  • the display unit 61 displays that the fuel cell system 100 has an abnormality requiring maintenance.
  • the control unit of the remote controller 102 sends a signal notifying the maintenance company that the fuel cell system 100 is in abnormality. Output. That is, the remote controller 102 functions as an abnormality alarm.
  • the remote controller 102 is configured to function as an abnormality alarm, but is not limited thereto, and the communication unit of the control device 21 functions as an abnormality alarm, that is, the communication unit of the control device 21 You may comprise so that the signal which alert
  • the temperature of the recovered water stored in the anode recovered water tank 26 is detected by the temperature detector 28 as the temperature of the anode recovered water tank 26.
  • the present invention is not limited to this.
  • the temperature of the anode recovery water tank 26 the temperature of the recovery water stored in the cathode recovery water tank 27 may be detected, and the temperature of the anode recovery water tank 26 is determined from the temperature of the cooling water circulating in the cooling water circulation path 41.
  • the heat medium circulating in the exhaust heat recovery circuit 45 is water
  • the temperature of the anode recovery water tank 26 may be estimated from this temperature. That is, as long as the water temperature in the water path existing in the fuel cell system can be detected, it may be provided at any location.
  • the temperature detector 28 is composed of a thermistor.
  • the present invention is not limited to this, and it may be composed of a thermocouple.
  • the outside temperature detector 20 was comprised with the thermistor, it is not limited to this, You may comprise with the thermocouple.
  • the outside air temperature detector 20 may be installed at any location in the fuel cell system 100 (inside the casing 101) as long as it can detect a temperature correlated with the outside air temperature. You may comprise so that it may provide outside (the outer side including the outer wall surface of the housing
  • the outside air temperature detector 20 may be configured as an outside air temperature obtaining device that obtains the outside air temperature from the outside using a communication signal without providing a thermocouple, a thermistor, or the like.
  • the operation permitter 52 turns on / off the operation permission flag to permit / deny operation of the fuel cell system 100, and the controller 51 confirms ON / OFF of the operation permission flag
  • the controller 51 issues an activation command regardless of whether the operation permission flag is ON or OFF.
  • the permitter 52 is not permitted to drive, the start command issued from the controller 51 is blocked, thereby prohibiting the operation, and when permitted, the start command is not blocked.
  • the configuration may be such that driving permission is executed.
  • the controller 51 outputs an operation continuation signal regardless of whether the operation permission flag is ON or OFF.
  • control is performed.
  • the operation disapproval that is, the operation of the fuel cell system 100 is stopped
  • the operation continuation signal is not blocked.
  • a configuration may be adopted in which operation permission (that is, operation continuation of the fuel cell system 100) is executed.
  • the fuel cell system of the present invention can be used to heat a reformer burner when the fuel cell system is started up in a high temperature environment or when the outside air temperature rises to a high temperature environment during operation of the fuel cell system. This is useful in the technical field of fuel cells because it can suppress non-ignition abnormalities and misfiring abnormalities due to an increase in the water vapor content of the anode off-gas in the section.
  • the fuel cell system of the present invention can be used when the fuel cell system is started in a high temperature environment, or when the outside air temperature rises during operation of the fuel cell system and becomes a high temperature environment. Since water that exceeds the endurance temperature can be suppressed from being supplied to the purifier, it is useful in the technical field of fuel cells.

Abstract

　本発明の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池（１１）と、燃料電池（１１）のアノード（２ａ）から排出されるアノードオフガスが通流するアノードオフガス流路（３４）と、アノードオフガス流路（３４）に設けられ、アノードオフガスからその水分を分離させ、分離させた水分を水として貯える貯水器（１８）を有する気液分離器（１０）と、貯水器（１８）の温度を検知する温度検知器（２８）と、温度検知器（２８）の検知温度が標準環境温度よりも高い第１の閾値以上である場合には、燃料電池システムの運転を許可しないように構成されている運転許可器（５２）と、を備える。

Description

燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システムの制御に関するものであり、特に、外気温度上昇に対する燃料電池システムの保護動作制御に関する。
　燃料電池システムは、外部から燃料電池に供給された燃料ガスと酸化剤ガス（これらを反応ガスという）を電気化学反応により発電を行うが、このとき、反応ガスの反応により熱が生じる。このため、燃料電池には、発熱した燃料電池内を一定温度に保つために、熱媒体が供給される。燃料電池内に供給された熱媒体は、燃料電池内で熱交換を行い、加熱されて燃料電池から排出される。排出された熱媒体は、熱交換器で熱交換をすることにより冷却され、再び、燃料電池に供給される。
　このような熱媒体を循環させる燃料電池システムとして、熱交換媒体（熱媒体）の経路を複雑化することなく効率的に熱回収を行うことのできる燃料電池発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。図８は、特許文献１に開示されている燃料電池発電システムの概略構成を示す模式図である。
　図８に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池発電システム２００は、燃料電池２０１、燃焼部（バーナ加熱部）２０２を有する改質器２０３、アノードオフガス熱交換器２０４、カソードオフガス熱交換器２０５、冷却水熱交換器２０６、及び貯湯槽２０７を備えており、燃料電池２０１から排出された熱媒体（冷却水）と熱交換する熱交換媒体が、アノードオフガス熱交換器２０４、カソードオフガス熱交換器２０５、冷却水熱交換器２０６、及び貯湯槽２０７をこの順に接続する循環経路２０８を循環するように構成されている。また、特許文献１に開示されている燃料電池システム２００では、アノードオフガス熱交換器２０４は、燃料電池２０１から排出されたアノードオフガスと熱交換媒体との間で熱交換することにより熱を回収する。そして、熱交換した後のアノードオフガスを燃焼用ガスとして改質器２０３の燃焼部２０２にアノードオフガス経路２１０を介して供給するように構成されている。また、アノードオフガス熱交換器２０６で凝縮された水が水タンク２０９に供給されるよう構成されている。
　　また、燃料電池から排出されたアノードオフガスを燃焼用ガスとして燃焼部に供給する燃料電池システムとして、水分除去器で水分を除去した後のアノードオフガスをバーナ（燃焼部）に供給する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。図９は、特許文献２に開示されている燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
　図９に示すように、特許文献２に開示されている燃料電池システム３００では、燃料電池３０１から排出されたアノードオフガスが水分除去器３０２で水分を除去された後、燃料処理器３０３のバーナ３０４に供給される。また、特許文献２に開示されている燃料電池システム３００では、水分除去器３０２は、除去した水分を溜めるように構成されていて、該水分除去器３０２で除去された水分（水）に含有された不純物イオンを不純物除去手段３０５で除去（すなわち、不純物イオンをイオン交換樹脂によってイオン交換）し、不純物イオンを除去した後の水を燃料処理器３０３に供給するように構成されている。
特許第３９４３４０５号 特開２００６－１４７２６４号公報
　ところで、上記特許文献１に開示されている燃料電池発電システム２００では、燃料電池発電システム２００を取り巻く周囲温度（外気温度）が高くなると、外気温度上昇の影響により、水タンク２０９より蒸発した水分が、アノードオフガスが流れるアノードオフガス経路２１０に拡散し、アノードオフガス経路２１０内の水蒸気分圧が上昇する。この場合、第１の課題として、燃焼部２０２の燃焼動作において、燃焼部２０２に通常よりも水蒸気を多く含んだアノードオフガスが供給され、燃焼不良（着火不良や燃焼開始後の失火等）の異常が発生する場合があった。
　同様に、上記特許文献２に開示されている燃料電池システム３００においても、燃料電池システム３００の周囲温度（外気温度）が高くなると、水分除去器３０２に溜められている水の温度が上昇し、水分除去器３０２内のオフガスや水分除去器３０２外のアノードオフガスの水蒸気分圧が上昇する。この場合、上記と同様に第１の課題である燃焼不良の異常が発生する場合があった。
　また、第２の課題として、特許文献２に開示されている燃料電池システム３００の周囲温度（外気温度）が高くなると、不純物除去手段３０５に供給される水の温度が上昇し、不純物除去手段３０５を通流する水の水温が、不純物除去手段３０５（例えば、イオン交換樹脂）の耐久温度を超え、不純物除去手段３０５の劣化が促進されるおそれがあった。
　本発明は、上記従来技術の第１の課題及び第２の課題の少なくともいずれか一方を鑑みてなされたものであり、気液分離器でアノードオフガスより分離された水分を貯える貯水器とアノードオフガスを燃焼させる燃焼器とを備える燃料電池システムにおいて、高温環境下でのアノードオフガスの水蒸気分圧の上昇により、燃焼器の燃焼不良による異常（不着火異常や失火異常）が発生することを抑制することができる燃料電池システムを提供することを第１の目的とする。
　また、本発明は、気液分離器でアノードオフガスより分離された水分を貯える貯水器と貯水器の水分（水）を浄化する浄化器とを備える燃料電池システムにおいて、高温環境下での貯水器の水温上昇により、浄化器の劣化が進行するのを抑制することができる燃料電池システムを提供することを第２の目的とする。
　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、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスが通流するアノードオフガス流路と、前記アノードオフガス流路に設けられ、前記アノードオフガスからその水分を分離させ、分離させた水分を水として貯える貯水器を有する気液分離器と、前記貯水器の水温を検知する温度検知器と、前記温度検知器の検知温度が標準環境温度よりも高い第１の閾値以上である場合には、燃料電池システムの運転を許可しないように構成されている運転許可器と、を備える。
　これにより、次の２つの効果の少なくともいずれか一方が奏される。燃料電池システムの起動前及び運転中の少なくともいずれか一方において高温環境下でアノードオフガスの水蒸気分圧が上昇することにより、燃料電池システムの燃焼器の燃焼不良の異常（不着火異常や失火異常）が発生することを抑制することが可能となる（第１の効果）。また、燃料電池システムの起動前及び運転中の少なくともいずれか一方において高温環境下で水温の上昇した貯水器の水が通流することにより、浄化器の劣化が進行するのを抑制することが可能となり、燃料電池システムの信頼性が向上する（第２の効果）。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、原料から改質反応により前記燃料ガスを生成する改質器と、前記アノードオフガス流路から供給される前記アノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱するように構成された燃焼器と、を有する水素生成器を備え、
　前記第１の閾値は、前記貯水器内の前記水よりも上方に存在する前記アノードオフガスの露点が前記燃焼器が失火する露点以上になると推定される前記貯水器内の水温であってもよい。
　これにより、燃料電池システムの起動前及び運転中の少なくともいずれか一方において高温環境下で貯水器の水が蒸発し、アノードオフガスの水蒸気分圧が上昇して、燃焼器の燃焼不良の異常（不着火異常や失火異常）が発生することを抑制することが可能となる。ここで、貯水器内の水温は、燃料電池システムを取り巻く周囲温度（外気温度）の変化に同調して変化するものであるから、貯水器内の水温と外気温度とは相関関係を有する。このため、アノードオフガスの露点を貯水器内の水温を基に推定することができる。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記貯水器内の前記水を利用する水利用器と、前記貯水器より前記水利用器に供給される前記水を浄化するように構成された浄化器と、を備え、前記第１の閾値は、前記浄化器の耐熱上限温度以下の温度であってもよい。
　これにより、燃料電池システムの起動前及び運転中の少なくともいずれか一方において、高温環境下で貯水器の水温が上昇し、浄化器の耐久温度を超えるような水が、浄化器に供給されるのを抑制することが可能となる。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記貯水器を含む水流路を備え、前記温度検知器は、前記水流路内の水温を検知する水温検知器を含んでもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記温度検知器は、外気温度を検知する外気温検知器を含んでもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記運転許可器は、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値未満の場合には、前記燃料電池システムの運転を許可するように構成されていてもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記運転許可器は、前記燃料電池システムの起動前の前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値未満、かつ、前記第２の閾値以上のとき、既に前記運転許可器により運転が許可されている状態である場合には、前記燃料電池システムの運転を許可するように構成されていてもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記運転許可器は、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上になった後には、前記温度検知器の検知温度が前記第２の閾値未満になるまで前記燃料電池システムの運転を許可しないように構成されていてもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記原料を前記改質器又は前記燃焼器に供給するための原料ガス供給器と、前記燃焼器に設けられた点火器と、制御器と、を備え、前記燃焼器は、起動処理において前記原料ガス供給器から供給された前記原料ガスを燃焼するように構成されており、前記運転許可器が、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上になってから後に前記第２の閾値未満になり、前記燃料電池システムの運転を許可してからの前記燃料電池システムの起動において、前記制御器は、前記点火器の点火動作までに前記燃焼器に通常よりも多くの原料ガスを供給するように前記原料ガス供給器及び前記点火器の少なくともいずれか一方を制御してもよい。
　これにより、燃焼器の点火器による点火動作時の着火性が向上し、燃焼状態が良好になり、燃料電池システムの信頼性が向上する。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記燃焼器に供給される原料ガスの流量を通常より多くなるように前記原料ガス供給器を制御してもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、その点火動作を通常よりも遅らせるように前記点火器を制御してもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、その作動時間を通常よりも長くするように前記点火器を制御してもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記原料を前記改質器又は前記燃焼器に供給するための原料ガス供給器と、前記燃焼器に設けられた点火器と、制御器と、を備え、前記燃焼器は、起動処理において前記原料ガス供給器から供給された前記原料ガスを燃焼するように構成されており、前記運転許可器が、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上になってから後に前記第２の閾値未満になり、前記燃料電池システムの運転を許可してからの前記燃料電池システムの起動において、前記制御器は、前記点火器の点火動作時間を通常よりも長くなるように前記点火器を制御してもよい。
　また、本発明に係る燃料電池システムでは、夏期以外の季節に前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上となると前記燃料電池システムの故障の旨を報知する故障報知器を備えていてもよい。
　夏期以外の季節には、温度検知器の検知温度が、第１の閾値以上となることは想定できないため、この場合は、運転許可器は、燃料電池システムの故障と判断することで、その後のメンテナンス作業等により異常状態から復帰するための適切な処置を行うことが可能となる。
　さらに、本発明に係る燃料電池システムでは、前記運転許可器が、前記燃料電池システムの運転を許可しない場合、その旨を報知する不許可報知器を備えていてもよい。
　これにより、利用者は燃料電池システムの起動及び運転の少なくともいずれか一方がなされない理由を理解することができ、使い勝手が良好となる。
　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
　本発明の燃料電池システムによれば、起動前及び運転中の少なくともいずれか一方において高温環境下で、燃焼器における燃焼不良（不着火や失火等）の異常発生及び浄化器の劣化進行の少なくともいずれか一方の不具合発生を抑制することが可能となり、燃料電池システムの信頼性が向上する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの機能ブロック図である。 図２は、図１に示す燃料電池システムにおける燃料電池のセルスタックの概略構成を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの運転許可処理の内容を概略的に示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムにおける変形例１の燃料電池システムの機能ブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの機能ブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの運転許可処理の内容を概略的に示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの運転許可処理の内容を概略的に示すフローチャートである。 図８は、特許文献１に開示されている燃料電池発電システムの概略構成を示す模式図である。 図９は、特許文献２に開示されている燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
符号の説明
１　高分子電解質膜
２ａ　アノード
２ｂ　カソード
３　ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質膜－電極接合体）
４　ガスケット
５ａ　アノードセパレータ
５ｂ　カソードセパレータ
６　燃料ガス流路
７　酸化剤ガス流路
８　冷却水流路
９　セル
１０　気液分離器
１１　燃料電池
１２　原料ガス供給器
１３　水素生成装置
１４　酸化剤ガス供給器
１５　アノード凝縮器
１６　カソード凝縮器
１７　冷却水熱交換器
１８　回収水タンク
１９　貯湯タンク
２０　外気温度検知器
２１　制御装置
２２　浄化器
２３　第１ポンプ
２４　第２ポンプ
２５　第３ポンプ
２６　アノード回収水タンク（貯水器）
２７　カソード回収水タンク
２８　温度検知器
３１　原料ガス供給路
３１ａ　燃焼用ガス供給路
３２　燃料ガス供給路
３３　酸化剤ガス供給路
３４　アノードオフガス供給路（アノードオフガス流路）
３５　酸化剤ガス排出路
４１　冷却水循環路
４１ａ　冷却水往路
４１ｂ　冷却水復路
４２　アノード回収水流路
４３　カソード回収水流路
４４　改質用水供給路
４５　排熱回収循環路
４６　貯湯水供給路
４８　接続流路
５１　制御器
５２　運転許可器
６１　表示部
６２　異常報知器
６３　キー操作部
７１　燃料ガス内部流路
７２　酸化剤ガス内部流路
８１　バーナ加熱部
８２　点火器
８３　改質器
９０　セルスタック
１００　燃料電池システム
１０１　筐体
１０２　リモコン
２００　燃料電池発電システム
２０１　燃料電池
２０２　燃焼部
２０３　改質器
２０４　アノードオフガス熱交換器
２０５　カソードオフガス熱交換器
２０６　冷却水熱交換器
２０７　貯湯槽
２０８　循環経路
２０９　水タンク
２１０　アノードオフガス経路
３００　燃料電池システム
３０１　燃料電池
３０２　水分除去器
３０３　燃料処理器
３０４　バーナ
３０５　不純物除去手段
　以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
　[燃料電池システムの構成]
　図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの機能ブロック図である。
　図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、その内部に燃料電池１１等が配置された筐体１０１とリモコン１０２を備えており、リモコン１０２を操作することにより、燃料電池システムの運転開始及び運転停止を行うことができるように構成されている。
　まず、筐体１０１内部の構成について説明する。
　筐体１０１の内部には、燃料電池１１、原料ガス供給器１２、水素生成器１３、酸化剤ガス供給器１４、アノード凝縮器１５、カソード凝縮器１６、冷却水熱交換器１７、アノード回収水タンク２６、貯湯タンク１９、外気温度検知器２０、及び制御装置２１が配設されている。本実施の形態１に係る燃料電池システム１００における燃料電池１１は、高分子電解質形燃料電池で構成されており、燃料電池１１は、板状の全体形状を有するセル９が、その厚み方向に積層されてなるセルスタックで構成されている。なお、燃料電池１１としては、高分子電解質形燃料電池に限定されず、リン酸形燃料電池等の燃料電池を用いてもよい。
　ここで、燃料電池１１の構成について、図２を参照しながら詳細に説明する。図２は、図１に示す燃料電池システム１００における燃料電池１１のセルスタックの概略構成を模式的に示す断面図である。
　図２に示すように、セル９は、ＭＥＡ３（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質膜－電極接合体）と、ガスケット４と、アノードセパレータ５ａとカソードセパレータ５ｂと、を有している。ＭＥＡ３は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜１と、アノード２ａと、カソード２ｂと、を有しており、アノード２ａ及びカソード２ｂ（これらを、ガス拡散電極という）が、高分子電解質膜１の両面に、その周縁部より内方に位置するように設けられている。
　また、アノード２ａ及びカソード２ｂの周囲には、高分子電解質膜１を挟んで一対のリング状のゴム製のガスケット４が配設されている。そして、ＭＥＡ３とガスケット４を挟むように、導電性のアノードセパレータ５ａとカソードセパレータ５ｂが配設されている。アノードセパレータ５ａのＭＥＡ３と当接する主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流する溝状の燃料ガス流路６が設けられており、一方、カソードセパレータ５ｂのＭＥＡ３と当接する主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流する溝状の酸化剤ガス流路７が設けられている。また、アノードセパレータ５ａ及びカソードセパレータ５ｂ（以下、これらをセパレータ５ａ、５ｂという）の外面には、それぞれ、冷却水が通流する冷却水流路８が設けられている。
　なお、高分子電解質膜１、ガスケット４、及びセパレータ５ａ、５ｂの周囲には、それぞれ、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給用マニホールド孔、燃料ガス排出用マニホールド孔、酸化剤ガス供給用マニホールド孔、酸化剤ガス排出用マニホールド孔、冷却水供給用マニホールド孔、及び冷却水排出用マニホールド孔が設けられている（いずれも、図示せず）。
　そして、このように形成したセル９をその厚み方向に積層することにより、セル積層体が形成され、セル積層体の両端に集電板、絶縁板、及び端板（いずれも図示せず）を配置し、締結具（図示せず）で締結することでセルスタック９０が形成される。このセル９を積層したときに、高分子電解質膜１、ガスケット４、及びセパレータ５ａ、５ｂに設けられた燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔は、厚み方向につながって、燃料ガス供給用マニホールド等のマニホールドがそれぞれ形成される。なお、燃料ガス供給用マニホールドと、燃料ガス排出用マニホールドと、これらを接続するように各アノードセパレータ５ａに設けられた燃料ガス流路６と、から燃料ガス内部流路７１が構成され（図１参照）、酸化剤ガス供給用マニホールドと、酸化剤ガス排出用マニホールドと、これらを接続するように各カソードセパレータ５ｂに設けられた酸化剤ガス流路７と、から酸化剤ガス内部流路７２が構成され（図１参照）、冷却水供給用マニホールドと、冷却水排出マニホールドと、これらを接続するように各セパレータ５ａ、５ｂに設けられた冷却水流路８と、から冷却水内部流路（図示せず）が構成される。
　次に、筐体１０１内部に配設された各機器の構成について、図１を参照しながら説明する。
　水素生成器１３は、本発明の燃焼器としてのバーナ加熱部８１と改質器８３を有しており、バーナ加熱部８１は、点火器８２を有している。バーナ加熱部８１の燃焼用ガス供給口（図示せず）は、後述するアノードオフガス供給路（アノードオフガス流路）３４を介して、燃料電池１１の燃料ガス内部流路７１の下流端と接続されており、燃料電池１１のアノード２ａで使用されなかった余剰の燃料ガスが、オフガス（燃焼用ガス）として供給されるように構成されている。また、バーナ加熱部８１には、燃焼用ガス供給路３１ａを介して原料ガス供給器１２が接続されており、燃料電池システム１００起動時等に、原料ガスがバーナ加熱部８１に供給されるように構成されている。さらに、バーナ加熱部８１には、図示されない燃料用空気供給路を介して、燃焼用空気供給器（図示せず）が接続されており、バーナ加熱部８１に燃焼用空気が供給されるように構成されている。
　これにより、バーナ加熱部８１では、燃料電池１１のアノード２ａから燃料ガス内部流路７１及びアノードオフガス供給路３４を介して供給されたアノードオフガス（または、燃焼用ガス供給路３１ａを介して供給された原料ガス）と、燃焼用空気供給路を介して供給された燃焼用空気と、を点火器８２により点火することで燃焼させて、燃焼ガスが生成される。
　また、水素生成器１３の原料ガス供給口（図示せず）には、燃料電池システム１００（正確には、筐体１０１）の外部から原料ガス（例えば、都市ガス等）を供給するための原料ガス供給路３１が接続されている。原料ガス供給路３１の途中には、原料ガス供給器１２が設けられており、水素生成器１３に供給する原料ガスの流量を調整している。
　さらに、水素生成器１３の改質用水供給口（図示せず）には、後述する改質用水供給路４４を介してカソード回収水タンク２７が接続されており、改質用水供給路４４の途中には、回収水中の不純物を除去する浄化器２２と流量調整可能な第１ポンプ２３が設けられている。これにより、カソード回収水タンク２７に回収された水（回収水）が、第１ポンプ２３によって浄化器２２に通流され、回収水中の不純物が浄化器２２で除去され、浄化器２２を通流した水が、水素生成器１３の改質器８３に供給される。なお、本実施の形態では、浄化器２２にイオン交換樹脂を用いるが、これに限定されず、活性炭、ゼオライト等に例示されるように回収水タンクの不純物を除去可能であれば、いずれの不純物除去剤を使用しても構わない。
　そして、水素生成器１３では、バーナ加熱部８１で生成された燃焼ガスからの伝熱を利用して、原料ガス供給路３１を介して供給された原料ガスと、改質用水供給路４４を通じて供給された水と、改質器８３で改質反応させることにより、水素リッチな改質ガスが生成される。生成された改質ガスは、図示されない変成器及びＣＯ除去器で、シフト反応及び酸化反応させることにより、一酸化炭素が１０ｐｐｍ程度まで低減された水素リッチな燃料ガスが生成され、燃料電池１１に供給される。
　燃料電池１１の燃料ガス内部流路７１の上流端は、燃料ガス供給路３２を介して、水素生成器１３の燃料ガス排出口（図示せず）と接続されており、また、燃料電池１１の酸化剤ガス内部流路７２の上流端は、酸化剤ガス供給路３３を介して、酸化剤ガス供給器１４の酸化剤ガス供給口（図示せず）と接続されている。酸化剤ガス供給器１４は、ここでは、吸入口が大気開放されているブロワ（図示せず）と吸入された空気を一定量の水蒸気で加湿する加湿器（図示せず）で構成されていて、燃料電池１１に酸化剤ガスを供給するように構成されている。なお、酸化剤ガス供給器１４は、シロッコファンなどのファン類を用いる構成としてもよい。これにより、燃料電池１１では、水素生成器１３から供給された燃料ガスと、酸化剤ガス供給器１４から供給された酸化剤ガスと、が電気化学的に反応して、水が生成し、熱と電気が発生する。
　また、燃料電池１１には、冷却水循環路４１が接続されており、冷却水循環路４１の途中には、流量調整可能な第２ポンプ２４が設けられている。冷却水循環路４１は、冷却水往路４１ａと冷却水復路４１ｂを有している。冷却水往路４１ａの上流端は、冷却水熱交換器１７の一次流路の出口（図示せず）に接続され、その下流端は、燃料電池１１の冷却水供給口（図示せず）に接続されている。また、冷却水復路４１ｂの上流端は、燃料電池１１の冷却水排出口（図示せず）に接続され、その下流端は、冷却水熱交換器１７の一次流路の入口（図示せず）に接続されている。これにより、燃料電池１１に供給された冷却水が、反応ガスを反応させたときに発生する熱を回収し、燃料電池１１内を適切な温度に維持することができる。また、燃料電池１１で発生した熱を回収した冷却水は、冷却水熱交換器１７で、後述する冷却水熱交換器１７の二次流路を通流する熱媒体（貯湯水）と熱交換することで冷却される。
　また、上述したように燃料電池１１の燃料ガス内部流路７１の下流端には、アノードオフガス供給路３４の上流端が接続され、その下流端は、バーナ加熱部８１のオフガス供給口と接続されている。アノードオフガス供給路３４の途中には、アノード凝縮器１５とアノード回収水タンク（貯水器）２６から構成される気液分離器１０が設けられていて、アノード凝縮器１５の一次流路とアノードオフガス供給路３４を構成する配管とが接続されている。また、アノードオフガス供給路３４におけるアノード凝縮器１５の下流側には、アノード回収水タンク２６が接続されている。より詳しくは、アノード回収水タンク２６の上部には、アノードオフガス供給路３４を構成する、２つの配管が接続されていて、一方の配管は、アノード凝縮器１５とアノード回収水タンク２６の上部とを接続するように設けられ、他方の配管は、アノード回収水タンク２６の上部とバーナ加熱部８１とを接続するように設けられている。
　これにより、燃料電池１１のアノード２ａで使用されなかった余剰の燃料ガス（アノードオフガス）が、アノード凝縮器１５で、後述するアノード凝縮器１５の二次流路を通流する熱媒体（貯湯水）と熱交換し、アノードオフガス中に含まれる水蒸気が凝縮される。凝縮された水は、回収水としてアノード回収水タンク２６に貯えられる。一方、水蒸気が凝縮により低減されたアノードオフガスは、バーナ加熱部８１に供給される。
　また、アノード回収水タンク２６の内部には、温度検知器（例えば、サーミスタ）２８が設けられていて、温度検知器２８は、アノード回収水タンク２６内部に貯えられた回収水の温度を検知し、後述する制御装置２１は、温度検知器２８が検知した水温を取得するように構成されている。なお、アノード回収水タンク２６は、カソード回収水タンク２７と接続流路４８により接続されていて、該接続流路４８には、流路を連通又は遮断するための弁（図示せず）が設けられている。そして、制御装置２１は、アノード回収水タンク２６内に貯えられた回収水が所定量貯まると、図示されない弁を開放する。これにより、アノード回収水タンク２６内に貯えられた回収水が、カソード回収水タンク２７に供給される。そして、上記の通り、カソード回収水タンク２７の回収水は浄化器２２に供給されるよう構成されている。つまり、気液分離器の貯水器である回収水タンク２７内の回収水は、浄化器２２を通流するよう構成されている。
　さらに、燃料電池１１には、酸化剤ガス排出路３５が接続されている。具体的には、燃料電池１１の酸化剤ガス内部流路７２の下流端に、酸化剤ガス排出路３５の上流端が接続されていて、その下流端は、燃料電池システム１００（筐体１０１）の外部に開口している。酸化剤ガス排出路３５の途中には、カソード凝縮器１６が設けられており、カソード凝縮器１６の二次流路と酸化剤ガス排出路３５を構成する配管とが接続されている。また、酸化剤ガス排出路３５におけるカソード凝縮器１６の下流側には、カソード回収水流路４３の上流端が接続され、その下流端は、カソード回収水タンク２７に接続されている。
　これにより、燃料電池１１のカソード２ｂで使用されなかった余剰の酸化剤ガスが、カソード凝縮器１６で、後述するカソード凝縮器１６の二次流路を通流する熱媒体（貯湯水）と熱交換し、酸化剤ガス中に含まれる水蒸気が凝縮される。凝縮された水は、適宜な手段により、ガスと分離されて、カソード回収水流路４３を通流して、回収水としてカソード回収水タンク２７に貯えられる。一方、水蒸気が凝縮により低減された酸化剤ガスは、燃料電池システム１００の外部に排出される。
　また、筐体１０１の内部には、貯湯タンク１９が配設されている。貯湯タンク１９は、ここでは、鉛直方向に延びるように形成されていて、いわゆる積層沸き上げ型の貯湯タンクを使用している。貯湯タンク１９には、排熱回収循環路４５が接続されている。具体的には、排熱回収循環路４５の上流端が、貯湯タンク１９の下部に接続され、その下流端が、貯湯タンク１９の上部に接続されている。排熱回収循環路４５の途中には、流量調整可能な第３ポンプ２５が設けられている。また、排熱回収循環路４５の途中には、アノード凝縮器１５、カソード凝縮器１６、及び冷却水熱交換器１７が、この順で配設されていて、それぞれの二次流路と排熱回収循環路４５を構成する配管とが接続されている。
　これにより、貯湯タンク１９の下部にある温度の低い熱媒体（貯湯水）が、排熱回収循環路４５を通流する間に、アノード凝縮器１５、カソード凝縮器１６、及び冷却水熱交換器１７で、熱交換をして、加熱されて、温度の高い熱媒体（お湯）として貯湯タンク１９の上部に供給される。このとき、アノード凝縮器１５では、最も温度の低い熱媒体とアノードオフガスとの間で熱交換されるので、アノードオフガス中の水蒸気が充分に凝縮され、バーナ加熱部８１には、水蒸気が充分に低減されたガスが供給される。
　また、貯湯タンク１９の上部には、貯湯タンク１９に貯えられたお湯を利用者に供給するための貯湯水供給路４６が接続されている。また、貯湯タンク１９の下部には、市水を供給するための水供給路４７が接続されていて、貯湯タンク１９の貯水量が、所定の貯水量よりも少ない場合に、所定量の市水が供給されるように構成されている。
　また、筐体１０１の内部には、外気温度検知器２０及び制御装置２１が配設されている。外気温度検知器２０は、ここでは、サーミスタで構成されており、燃料電池システム１００の外気温度を検知し、制御装置２１は、外気温度検知器２０が検知した外気温度を取得するように構成されている。
　制御装置２１は、制御器５１及び運転許可器５２を有している。制御装置２１は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ、半導体メモリから構成された内部メモリ、通信部、及びカレンダー機能を有する時計部（いずれも図示せず）を有している。そして、内部メモリに格納された所定のソフトウェアによって、制御器５１及び運転許可器５２が実現されている。
　運転許可器５２は、温度検知器２８で検知されたアノード回収水タンク２６に貯えられている水の温度を取得し、この取得した水温に基づいて燃料電池システム１００の運転を許可するか否かを判定する。そして、運転許可器５２は、後述するリモコン１０２に、所定の制御信号を出力して表示部６１での運転許可に関する情報の表示を制御する。また、制御器５１は、運転許可器５２の判定結果に基づいて、原料ガス供給器１２及び／又は点火器８２に制御信号を出力して、これらを制御する。なお、ここでは、運転許可器５２が、リモコン１０２に直接制御信号を出力して表示部６１での運転許可に関する情報の表示制御をする構成としたが、これに限定されず、運転許可器５２から制御器５１に制御信号を出力し、制御器５１が、リモコン１０２の表示部６１での運転許可に関する情報の表示を制御する構成としてもよい。
　そして、制御器５１が、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システムに関する各種の制御を行う。なお、運転許可器５２による運転許否制御及び制御器５１による原料ガス供給器１２及び／又は点火器８２の制御については、後述する。
　ここで、本明細書において、制御装置とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御装置２１は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して燃料電池システム１００を制御するように構成されていてもよい。
　次に、筐体１０１の外部に配置されているリモコン１０２について説明する。
　リモコン１０２は、マイコンで構成された制御部（図示せず）、通信部（図示せず）、表示部６１、及びキー操作部６３を有していて、制御部が、通信部等を制御している。また、リモコン１０２は、制御信号を通信部で受信し、これを制御部が処理して表示部６１に伝達する。これにより、表示部６１は、燃料電池システム１００の運転を許可しない旨（例えば、保護動作中）や運転を許可する旨（例えば、保護動作中の文字の表示を解除する）を表示する。従って、リモコン１０２は、本発明の不許可報知器に相当する。
　また、リモコン１０２のキー操作部６３から入力された操作信号が、リモコン１０２の制御部及び通信部を介して、制御装置２１に送信され、制御装置２１の通信部で受信されて制御器５１又は運転許可器５２に伝達される。
　なお、以下の説明では、その説明を簡略化するために、制御装置２１とリモコン１０２との信号のやりとりは、双方の通信部による通信及びリモコン１０２における制御部の処理を省略して記述する。
　[燃料電池システムの動作]
　本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作について説明する。なお、燃料電池システム１００の一般的動作は、周知であるため、その詳細な説明は省略する。
　まず、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の運転許可器５２による運転制御について、図３を参照しながら詳細に説明する。
　図３は、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の運転許可処理の内容を概略的に示すフローチャートである。
　まず、運転許可器５２は、温度検知器２８で検知された水温を取得する（ステップＳ１）。ついで、運転許可器５２は、内部メモリ部に記憶されている第１の閾値とステップＳ１で取得した水温を比較する（ステップＳ２）。
　ここで、上記第１の閾値は、次の２つの条件のうち少なくともいずれか一方を満たす値として、定義される。まず、第１の条件として、第１の閾値は、（Ｉ）標準環境温度よりも高い温度であって、アノード回収水タンク２６内の回収水よりも上方に存在し、バーナ加熱部８１に導入されるアノードオフガスの露点が、バーナ加熱部８１が失火する露点以上になると推定されるアノード回収水タンク２６内の水温（例えば、４５℃）であることが好ましい。回収水上方に存在するアノードオフガスの水蒸気分圧は、回収水の水温に比例することから、バーナ加熱部８１に流入するアノードオフガスの露点をアノード回収水タンク２６内の水温を基に推定することができる。また、アノード回収水タンク２６内の水温と外気温度とは相関関係を有することから、バーナ加熱部８１に流入するアノードオフガスの露点を外気温度検知器２０で検知された温度を基に推定してもよい。なお、この場合、上記第１の閾値は、外気温検知器２０で検知される検知温度に対して、標準環境温度よりも高い温度であって、バーナ加熱部８１に導入されるアノードオフガスの露点が、バーナ加熱部８１が失火する露点以上になると推定される外気温度値が適宜設定される。このように、第１の閾値が設定されることにより、燃料電池システム１００の起動前及び運転中の少なくともいずれか一方において、高温環境下でバーナ加熱部８１に供給されるアノードオフガスの水蒸気分圧が上昇することによって、燃料電池システム１００の燃焼器の燃焼不良の異常（不着火異常や失火異常等）を抑制することができる。
　また、第２の条件として、第１の閾値は、（ＩＩ）標準環境温度よりも高く、浄化器２２の耐熱上限温度（例えば、５０℃）以下の温度であることが好ましい。上述したように、アノード回収水タンク２６内の水温と外気温度とは相関関係を有することから、アノード回収水タンク２６内の回収水の水温を外気温度検知器２０で検知された温度を基に推定してもよい。なお、この場合、上記第１の閾値は、外気温検知器２０で検知される検知温度に対して、標準環境温度よりも高い温度であって、アノード回収水タンク２６の水温が浄化器２２の耐熱上限温度（例えば、５０℃）以下の温度になると推定される外気温度値が適宜設定される。
　このように、第１の閾値を定義することにより、燃料電池システム１００の起動前及び運転中に高温環境下で水温が上昇した回収水が通流することにより、浄化器２２の劣化が進行するのを抑制することができる。
　なお、上記第１の閾値について、上記条件（I）及び条件（II）の両方を満たすよう設定すると（例えば、４５℃）、第１の閾値が、それぞれの条件のみを満たす値の場合に奏される効果の両方の実現が期待されるのでより好ましい。また、２つの条件を満たす第１の閾値は、互いに異なる温度値であってもよく、また、同じ温度値であってもよい。
　次に、温度検知器２８で検知された水温が、（ｉ）第１の閾値よりも低い温度である第２の閾値（例えば、４０℃）未満である場合、（ｉｉ）第２の閾値未満であった水温が、第２の閾値以上、かつ、第１の閾値未満となった場合、（ｉｉｉ）第１の閾値以上である場合、及び（ｉＶ）第１の閾値以上であった水温が、第１の閾値未満、かつ、第２の閾値以上となった場合、に場合分けして、運転許可器５２による運転許可処理を具体的に説明する。
　（ｉ）水温が第２の閾値未満である場合
　ステップＳ１で取得した水温が、第２の閾値未満である場合には、ステップＳ２からステップＳ３に進む。ステップＳ３では、運転許可器５２は、内部メモリ部に記憶されている第２の閾値とステップＳ１で取得した水温を比較する。ここでは、水温が第２の閾値未満であるので、ステップＳ７に進む。
　ステップＳ７では、運転許可器５２は、運転許可フラグをＯＮにする。このとき、制御器５１は、所定の起動条件を満足した場合、例えば、利用者がリモコン１０２のキー操作部６３を操作して、燃料電池システム１００の運転開始を指示し、リモコン１０２の制御部から制御器５１に運転開始要求信号が入力された場合には、燃料電池システム１００の運転を開始する。また、燃料電池システム１００が運転中である場合には、制御器５１は、その運転を継続する。
　次に、運転許可器５２は、リモコン１０２に、表示部６１に保護動作中という表示を表示させない信号を出力する（ステップＳ８）。これにより、リモコン１０２の表示部６１は、保護動作中という表示を表示しない。
　そして、本処理のスタートに戻る。
　（ｉｉ）第２の閾値未満であった水温が、第２の閾値以上、かつ、第１の閾値未満となった場合
　ステップＳ１で取得した水温が、第２の閾値以上、かつ、第１の閾値未満である場合には、ステップＳ２からステップＳ３に進む。ステップＳ３では、運転許可器５２は、記憶部に記憶されている第２の閾値とステップＳ１で取得した水温を比較する。ここでは、外気温度が第２の閾値以上であるので、ステップＳ４に進む。
　ステップＳ４では、運転許可器５２は、運転許可フラグがＯＮであるか否かを判定する。上述したように、水温が第２の閾値未満である場合には、ステップＳ７で運転許可フラグをＯＮにしている。このため、第２の閾値未満であった水温が、第２の閾値以上、かつ、第１の閾値未満となった場合には、運転許可フラグはＯＮであるため、ステップＳ７に進む。
　ステップＳ７では、運転許可器５２は、上記（ｉ）と同様に、再度、運転許可フラグをＯＮにする。すなわち、運転許可フラグがＯＮである状態を維持させる。これにより、所定の起動条件を満足した場合、例えば、利用者がリモコン１０２のキー操作部６３を操作して、燃料電池システム１００の運転開始を指示し、リモコン１０２の制御部から制御器５１に運転開始要求信号が入力された場合には、制御器５１は、運転許可フラグがＯＮになっていることを確認して、燃料電池システム１００の運転を開始する。また、燃料電池システム１００が運転中である場合には、制御器５１は、その運転を継続する。
　次に、運転許可器５２は、リモコン１０２に、表示部６１に保護動作中という表示を表示させない信号を再度出力する（ステップＳ８）。これにより、リモコン１０２の表示部６１は、保護動作中という表示を表示しない。
　そして、本処理のスタートに戻る。
　（ｉｉｉ）第１の閾値以上である場合
　ステップＳ１で取得した水温が、第１の閾値以上である場合には、ステップＳ２からステップＳ９に進む。ステップＳ９では、運転許可フラグをＯＦＦにする。これにより、制御器５１は、所定の起動条件を満足した場合、例えば、利用者がリモコン１０２のキー操作部６３を操作して、燃料電池システム１００の運転開始を指示し、リモコン１０２の制御部から制御器５１に運転開始要求信号が入力された場合であっても、燃料電池システム１００の運転開始動作を行わない。また、燃料電池システム１００が運転中である場合には、制御器５１は、その運転を停止させる。
　ついで、運転許可器５２は、リモコン１０２に、表示部６１に燃料電池システムの運転が許可されない状態であることを外部に報知するため、「保護動作中」の表示を表示させる信号を出力する（ステップＳ１０）。これにより、リモコン１０２の表示部６１には、「保護動作中」の表示がされ、利用者は、燃料電池システムの起動及び運転がなされない理由を理解することができる。
　そして、本処理のスタートに戻る。
　（ｉＶ）第１の閾値以上であった水温が、第１の閾値未満、かつ、第２の閾値以上となった場合
　ステップＳ１で取得した水温が、第１の閾値未満、かつ、第２の閾値以上である場合には、ステップＳ２からステップＳ３に進む。ステップＳ３では、水温が、第２の閾値以上であるので、ステップＳ４に進む。
　ステップＳ４では、運転許可器５２は、運転許可フラグがＯＮであるか否かを判定する。上述したように、水温が第１の閾値以上である場合には、運転許可器５２は、ステップＳ９で運転許可フラグをＯＦＦにしている。このため、第１の閾値以上であった水温が、第１の閾値未満、かつ、第２の閾値以上となった場合には、運転許可フラグはＯＦＦであるため、ステップＳ５に進む。なお、制御器５１は、ステップＳ９で運転許可フラグをＯＦＦにするとともに燃料電池システム１００の運転を停止させている。
　ステップＳ５では、運転許可器５２は、再度、運転許可フラグをＯＦＦにする。すなわち、運転許可フラグがＯＦＦの状態を維持させる。これにより、制御器５１は、燃料電池システム１００の運転停止状態を維持する。
　ついで、運転許可器５２は、リモコン１０２の表示部６１に燃料電池システムの運転が許可されない状態であることを外部に報知するため、「保護動作中」の表示を表示させるようリモコン１０２に信号を出力する（ステップＳ６）。これにより、リモコン１０２の表示部６１には、「保護動作中」の表示が維持される。
　そして、本プログラムのスタートに戻る。
　このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、運転許可器５２は、水温が第１の閾値未満、かつ、第２の閾値以上であっても、既に、自身により燃料電池システム１００の運転を許可していれば（運転許可フラグがＯＮになっていれば）、燃料電池システム１００の運転を許可する。一方、外気の温度が、第１の閾値以上となった後では、第２の閾値以下になるまで、燃料電池システム１００の運転を許可しないように構成されている。つまり、ステップＳ２における第１の閾値とステップＳ３における第２の閾値の差がヒステリシスとなり、運転許可器５２の運転制御において不要なチャタリング動作を抑制することができる。
　なお、本発明においては、停止処理を、制御装置２１が停止信号を出力してから、燃料電池システム１００がその処理を完了するまでの動作として定義する。また、燃料電池システム１００がその動作を停止しているとは、停止処理を完了してから制御装置２１より次の起動指令が出力されるまでの間の待機状態をいい。その間、制御装置２１及び外気温度検知器２０は動作している。
　次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の制御器５１による原料ガス供給器１２及び／又は点火器８２の制御について、図１を参照しながら説明する。
　まず、利用者がリモコン１０２のキー操作部６３を操作して、燃料電池システム１００の運転開始を指示すると、リモコン１０２は制御器５１に運転開始要求信号を出力する。制御器５１は、リモコン１０２から運転開始要求信号が入力されると、運転許可フラグがＯＮの場合、起動指令を発して、原料ガス供給器１２にバーナ加熱部８１への原料供給信号を出力するとともに、図示されない燃焼用空気供給器にバーナ加熱部８１への燃焼用空気供給信号を出力する。これにより、バーナ加熱部８１には、原料ガス供給器１２から燃焼用ガス供給路３１ａを介して、原料ガスが供給され、また、燃焼用空気供給器から図示されない燃料用空気供給路を介して、バーナ加熱部８１に燃焼用空気が供給される。
　ついで、制御器５１は、原料ガス供給器１２及び燃焼用空気供給器にそれぞれ供給信号を出力してから、所定の時間経過後に点火器８２に点火信号を出力する。これにより、点火器８２が点火動作を行い、バーナ加熱部８１に供給された原料ガスと燃焼用空気とが燃焼して、燃焼ガスが生成される。
　次に、制御器５１は、原料ガス供給器１２に水素生成器１３への原料ガス供給信号を出力する。これにより、原料ガス供給器１２から水素生成器１３に原料ガスが供給され、水素生成器１３で燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料電池１１のアノード２ａで使用される。燃料電池１１のアノード２ａで使用されなかった余剰の燃料ガスは、アノードオフガス供給路３４に供給される。アノードオフガス供給路３４に供給されたアノードオフガスは、アノードオフガス供給路３４を通流する間に、アノード凝縮器１５で、アノードオフガス中に含まれる水蒸気が水に凝縮されて、分離される。水を分離したアノードオフガスは、バーナ加熱部８１に供給される。
　バーナ加熱部８１にアノードオフガスが供給されるようになると、制御器５１は、原料ガス供給器１２からバーナ加熱部８１への原料ガスの供給停止信号を出力する。これにより、原料ガス供給器１２は、バーナ加熱部８１への原料ガスの供給を停止する。
　ところで、上述したように、燃料電池システム１００の運転中に温度検知器２８で検知された温度（水温；外気温度）が、第１の閾値以上になったような場合、運転許可器５２は、燃料電池システム１００の運転を停止させる。この場合、アノードオフガス供給路３４に水蒸気分圧の上昇したアノードオフガスが残留する。この後、外気温度が低下し、温度検知器２８の検知温度が第２の閾値未満になった場合、アノードオフガスからの液水がアノードオフガス供給路３４内表面に結露する。
　このため、水温が、第１の閾値以上になり、その後、第２の閾値未満になって、運転許可器５２が燃料電池システム１００の運転を許可した状態で、所定の起動条件を満足し、制御器５１により起動指令が発せられ、燃料電池システム１００の運転を再開（再起動）する場合、バーナ加熱部８１にはアノードオフガスとともに結露水も供給される。点火器８２が通常の点火動作（所定時間点火動作を行い、この点火動作を所定回数繰り返す）を行っただけでは、バーナ加熱部８１に供給される原料ガスと燃焼用空気とが反応し、速やかに着火及び燃焼開始しない場合がある。なお、本明細書における「通常」とは、温度検知器２８で検知された温度が第１閾値以上になり、その後、第２の閾値未満になった場合以外をいう。
　そこで、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の運転を再開するときには、制御器５１が、原料ガス供給器１２及び／又は点火器８２を制御して、以下のように点火動作を行う。
　制御器５１は、起動指令を発した後、点火器８２による点火動作が開始されるまでの間に、原料ガス供給器１２からバーナ加熱部８１に供給される原料ガスの量が通常の起動処理よりも多くなるように原料ガス供給器１２を制御する。具体的には、点火動作が開始されまでの間にバーナ加熱部８１に供給される原料ガスの流量が、通常の起動処理よりも多くなるように原料ガス供給器１２が制御される。また、同時に、燃焼用空気供給器から燃料用空気供給路を介して、燃焼用空気が供給されるように燃焼用空気供給器を制御する。これにより、バーナ加熱部８１に通常よりも多くの原料ガスが供給され、再起動時にバーナ加熱部８１に供給される結露水を含むガスが原料ガス及び燃焼用空気で掃気される。
　ついで、制御器５１は、通常の場合と同じように、所定の時間経過後に、点火器８２に点火動作を行うように制御する。上述したように、バーナ加熱部８１内は、該バーナ加熱部８１に供給される結露水を含むガスが原料ガス及び燃焼用空気で掃気されているため、点火器８２の点火動作により、着火して、原料ガスと燃焼用空気を燃焼させることができる。なお、制御器５１は、バーナ加熱部８１に供給される結露水を含むガスをより充分に原料ガス及び燃焼用空気で掃気するために、原料ガスの流量が通常の起動処理よりも多くなるように原料ガス供給器１２を制御だけでなく、通常の起動処理における上記点火動作前のバーナ加熱部８１へのガス通流時間（上記所定の時間）よりも長い時間経過後に、点火器８２に点火動作を行うように制御してもよい。
　これにより、温度検知器２８の検知温度が第１の閾値以上になった後に第２の閾値未満になり燃料電池システム２００が起動した場合において、バーナ加熱部８１の点火器８２による点火動作時の着火性が向上する。
　なお、制御器５１は、原料ガス供給器１２からバーナ加熱部８１に供給される原料ガスの流量を通常の起動処理の場合と同じ流量になるように、原料ガス供給器１２を制御し、一方、点火器８２を通常の起動処理の場合よりも原料ガス供給器１２から原料ガスの供給を開始してから長い時間経過後に、点火動作を行う（点火動作を通常の起動処理の場合よりも遅らせる）ように制御してもよい。
　このような制御によっても、点火器８２が点火動作を開始するまでの間に、バーナ加熱部８１に通常よりも多くの原料ガスが供給され、バーナ加熱部８１の点火器８２による点火動作時の着火性を向上させることができる。
　また、上記のような点火器８２により点火動作が開始されまでの間に原料ガス供給器１２からバーナ加熱部８１に供給される原料ガスの量を増加させる制御方法に代えて、点火器８２の点火動作時間を通常の起動処理よりも長くするよう制御しても構わない。例えば、制御器５１は、原料ガス供給器１２からバーナ加熱部８１に供給される原料ガスの流量を通常と同じ流量になるように、原料ガス供給器１２を制御し、一方、原料ガス供給器１２から原料ガスの供給が開始されてから、点火器８２を通常の起動処理の場合と同じ所定時間経過後に、点火動作を開始させるが、その点火動作のリトライ回数の上限値を通常の場合よりも多くするように制御してもよく、また、点火動作１回当たりの動作時間を通常の起動処理よりも長くなるよう制御してもよい。
　このような制御によっても、バーナ加熱部８１の点火器８２による点火動作時の着火性を向上させることができる。
　[燃料電池システムの作用効果]
　次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の作用効果について説明する。
　上述したように、第１の課題として、温度検知器２８で検知された温度（水温；外気温度）が第１の閾値以上になった場合、アノード回収水タンク２６の回収水上方のアノードオフガスの水蒸気分圧が上昇し、バーナ加熱部８１の燃焼不良（着火不良や燃焼開始後の失火等）の異常が発生する可能性がある。また、第２の課題として、アノード凝縮器１５で凝縮されて、アノード回収水タンク２６に回収された水の温度が上昇し、浄化器２２を通流する回収水の水温が、浄化器２２（例えば、イオン交換樹脂）の耐久温度を超えるような場合には、浄化器２２の劣化が促進される場合がある。
　しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、運転許可器５２が、温度検知器２８で検知された温度が標準環境温度よりも高い第１の閾値以上の場合には、燃料電池システム１００の運転を許可しないように制御している。
　このため、上記第１の課題及び第２の課題の少なくともいずれか一方の課題の発生を抑制することができる。つまり、燃料電池システム１００のバーナ加熱部８１の燃焼不良の異常（不着火異常や失火異常）が発生することを抑制するという第１の効果、及び浄化器２２の劣化を抑制するという第２の効果の少なくともいずれか一方を実現することが可能になる。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、温度検知器２８の検知温度が第１の閾値以上になった後に第２の閾値未満になり燃料電池システム１００が再起動した場合において、制御器５１が、点火器８２による点火動作が開始されるまでの間に、原料ガス供給器１２からバーナ加熱部８１に供給される原料ガスの量が通常の起動処理よりも多くなるように原料ガス供給器１２を制御することにより、再起動時のバーナ加熱部８１の着火性を向上させ、燃料電池システム１００の不要な動作エラー（着火不良の異常）を抑制することができ、燃料電池システム１００の信頼性が向上することができる。
　（変形例１）
　図４は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００における変形例１の燃料電池システムの機能ブロック図である。
　図４に示すように、本変形例１に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、アノード凝縮器が設けられておらず、気液分離器１０が実質的にアノード回収水タンク２６で構成されている点が異なる。具体的には、アノードオフガス供給路３４は、アノード回収水タンク２６を介して、燃料ガス内部流路７１とバーナ加熱部８１とを接続している。そして、アノードオフガス中に含まれる水蒸気は、アノードオフガス供給路３４を通流する間に、凝集する。この凝縮した水は、回収水タンク２６に貯えられることで、凝縮した水とガスとを分離することができる。すわわち、回収水タンク２６が、気液分離器として機能する。
　このように構成された本変形例１に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
　（実施の形態２）
　図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの機能ブロック図であり、図６は、図５に示す燃料電池システムの運転許可処理の内容を概略的に示すフローチャートである。
　図５及び図６に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、２つのアノード回収水タンク２６とカソード回収水タンク２７を１つの回収水タンク１８に置換している点が異なる。また、回収水タンク１８を設けたことにより、アノードオフガス供給路３４におけるアノード凝縮器１５の下流側に、アノードオフガス供給路３４と回収水タンク１８とを接続するアノード回収水流路４２が設けられている。さらに、酸化剤ガス排出路３５におけるカソード凝縮器１６の下流側に、酸化剤ガス排出路３５と回収水タンク１８（ここでは、アノード回収水流路４２）とを接続するカソード回収水流路４３が設けられている。
　これにより、アノード凝縮器１５で凝縮された水は、アノードオフガス供給路３４とアノード回収水流路４２との分岐点において、ガスと分離されて、アノード回収水流路４２を通流して、回収水として回収水タンク１８に貯えられる。また、カソード凝縮器１６で凝縮された水は、大気中に開放された酸化剤ガス排出路３５とカソード回収水流路４３との分岐点において、ガスと分離されて、カソード回収水流路４３を通流して、回収水として回収水タンク１８に貯えられる。
　また、図５に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、温度検知器２８が設けられておらず、外気温度検知器２０で検知された外気温度を、貯水器（ここでは、回収水タンク１８）に貯えられた水温を代替する温度として検知し、制御装置２１は、外気温度検知器２０が検出した外気温度を取得するように構成されている。そして、運転許可器５２は、外気温度検知器２０で検出された外気温度を取得し、この取得した外気温度が、上記第１の閾値以上であるか否かに基づいて実施の形態１と同様に燃料電池システム１００の運転を許可するか否かを判定する。なお、外気温度検知器２０の検知温度に対して設定される第１の閾値は、実施の形態１と同様に第１の条件及び第２の条件の少なくともいずれか一方を満たすように適宜設定される。
　このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
　（実施の形態３） 
　本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、実施の形態２に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、運転許可器５２による運転制御と、リモコン１０２が異常報知器としても機能する点が異なり、以下に説明する。
　図７は、本実施の形態３に係る燃料電池システムの運転許可処理の内容を概略的に示すフローチャートである。
　図７に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池システムでは、外気温度が第１閾値以上となったときの処理が、実施の形態２に係る燃料電池システム１００と異なる。
　具体的には、ステップＳ１で取得した外気温度が、第１の閾値以上である場合には、ステップＳ２からステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、運転許可器５２は、時計部から現在の時刻を取得する。そして、運転許可器５２は、ステップＳ１１で取得した時刻情報が、記憶部に記憶されている夏季（例えば、７月～９月）に該当するか否かを判定する（ステップＳ１２）。
　現在時刻が夏季に該当する場合には、運転許可フラグをＯＦＦにする（ステップＳ１５）。これにより、制御器５１は、所定の起動条件を満足した場合、例えば、利用者がリモコン１０２のキー操作部６３を操作して、燃料電池システム１００の運転開始を指示し、リモコン１０２の制御部から制御器５１に運転開始要求信号が入力された場合であっても、燃料電池システム１００の運転開始動作を行わない。また、燃料電池システム１００が運転中である場合には、制御器５１は、その運転を停止させる。
　ついで、運転許可器５２は、リモコン１０２に、表示部６１に燃料電池システムの運転が許可されない状態であることを外部に報知するため、「保護動作中」の表示を表示させる信号を出力する（ステップＳ１６）。これにより、リモコン１０２の表示部６１には、「保護動作中」の表示がされ、利用者は、燃料電池システム１００の起動及び運転がなされない理由を理解することができる。
　そして、本処理のスタートに戻る。
　一方、現在時刻が夏季に該当しない場合には、運転許可器５２は、運転許可フラグをＯＦＦにする（ステップＳ１３）。これにより、制御器５１は、所定の起動条件を満足した場合、例えば、利用者がリモコン１０２のキー操作部６３を操作して、燃料電池システム１００の運転開始を指示し、リモコン１０２の制御部から制御器５１に運転開始要求信号が入力された場合であっても、燃料電池システム１００の運転開始動作を行わない。また、燃料電池システム１００が運転中である場合には、制御器５１は、その運転を停止させる。
　ついで、運転許可器５２は、リモコン１０２の表示部６１に燃料電池システム内の所定の機器が故障である可能性が高く、メンテナンスが必要である旨の表示を表示させる信号を出力する（ステップＳ１４）。
　これにより、表示部６１は、燃料電池システム１００にメンテナンスが必要な異常が起きていることを表示する。また、リモコン１０２の制御部は、運転許可器５２からのメンテナンスが必要な異常に対応する異常表示信号が入力されると、メンテナンス会社に燃料電池システム１００が当該異常である旨を報知する信号を出力する。すなわち、リモコン１０２が、異常報知器として機能する。なお、ここでは、リモコン１０２が、異常報知器として機能するように構成したが、これに限定されず、制御装置２１の通信部が異常報知器として機能する、すなわち、制御装置２１の通信部が直接メンテナンス会社に燃料電池システム１００の異常を報知する信号を出力するように構成してもよい。
　そして、運転許可器５２は、本処理を終了する。
　このように、本実施の形態３においては、夏期以外の季節には、外気温度検知器２０の検知温度が、第１の閾値以上となる可能性が低いことから、燃料電池システム１００の故障と判断し、速やかな故障修理等のメンテナンス対応することが可能となる。
　なお、上記実施の形態においては、アノード回収水タンク２６の温度として、アノード回収水タンク２６に貯えられた回収水の温度を温度検知器２８で検知する構成としたが、これに限定されず、例えば、アノード回収水タンク２６の温度として、カソード回収水タンク２７に貯えられた回収水の温度を検知してもよく、冷却水循環路４１を循環する冷却水の温度からアノード回収水タンク２６の温度を算出してもよく、排熱回収循環路４５を循環する熱媒体が水である場合、この温度からアノード回収水タンク２６の温度を推定してもよい。つまり、燃料電池システム内に存在する水経路内の水温を検知可能であれば、いずれの箇所に設けても構わない。
　また、上記実施の形態においては、温度検知器２８をサーミスタで構成されているとしたが、これに限定されず、熱電対で構成されていてもよい。また、外気温度検知器２０をサーミスタで構成されているとしたが、これに限定されず、熱電対で構成されていてもよい。また、外気温度検知器２０は、外気温度と相関する温度を検知可能であれば、燃料電池システム１００内（筐体１０１の内側）のいずれの箇所に設置してもよいし、燃料電池システムの外部（筐体１０１の外壁面を含む外側）に設けるように構成してもよい。さらに、外気温度検知器２０として熱電対やサーミスタ等を配設せずに、外部から外気温度を通信信号により取得する外気温度取得器として構成してもよい。
　また、上記実施の形態においては、燃料電池システム１００の運転許可／不許可を運転許可器５２が運転許可フラグをＯＮ／ＯＦＦし、制御器５１が運転許可フラグのＯＮ／ＯＦＦを確認して、起動指令を発することにより行ったが、これに限定されず、例えば、燃料電池システム１００の起動において、制御器５１は、運転許可フラグのＯＮ／ＯＦＦに係わらず、起動指令を発するようにし、運転許可器５２が、運転不許可の場合には、制御器５１から発せられる起動指令を阻止することにより、運転不許可を実行し、運転許可の場合には、起動指令の阻止を行わないことにより、運転許可を実行する構成としてもよい。また、燃料電池システム１００の運転中において、制御器５１は運転許可フラグのＯＮ／ＯＦＦに係わらず、運転継続信号を出力するようにし、運転許可器５２が、運転不許可の場合には、制御器５１から出力される運転継続信号を阻止することにより、運転不許可（すなわち、燃料電池システム１００の運転を停止）を実行し、運転許可の場合には、運転継続信号の阻止を行わないことにより、運転許可（すなわち、燃料電池システム１００の運転継続）を実行する構成としてもよい。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムを高温環境下で起動する場合に、又は燃料電池システムの運転中に外気温度が上昇して高温環境下となった場合に、改質器のバーナ加熱部でのアノードオフガスの含水蒸気量の上昇による不着火異常や失火異常を抑制することができるため、燃料電池の技術分野で有用である。
　また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムを高温環境下で起動する場合に、又は燃料電池システムの運転中に外気温度が上昇して高温環境下となった場合に、イオン交換樹脂の耐久温度を超えるような水が、浄化器に供給されるのを抑制することができるため、燃料電池の技術分野で有用である。

Claims (14)

  1. 　燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
    　前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスが通流するアノードオフガス流路と、
    　前記アノードオフガス流路に設けられ、前記アノードオフガスからその水分を分離させ、分離させた水分を水として貯える貯水器を有する気液分離器と、
    　前記貯水器の水温を検知する温度検知器と、
    　前記温度検知器の検知温度が標準環境温度よりも高い第１の閾値以上である場合には、燃料電池システムの運転を許可しないように構成されている運転許可器と、を備える、燃料電池システム。
  2. 　原料から改質反応により前記燃料ガスを生成する改質器と、前記アノードオフガス流路から供給される前記アノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱するように構成された燃焼器と、を有する水素生成器を備え、
    　前記第１の閾値は、前記貯水器内の前記水よりも上方に存在する前記アノードオフガスの露点が前記燃焼器が失火する露点以上になると推定される水温である、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記貯水器内の前記水を利用する水利用器と、
    　前記貯水器より前記水利用器に供給される前記水を浄化するように構成された浄化器と、を備え、
    　前記第１の閾値は、前記浄化器の耐熱上限温度以下の温度である、請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記貯水器を含む水流路を備え、
    　前記温度検知器は、前記水流路内の水温を検知する水温検知器を含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記温度検知器は、外気温度を検知する外気温検知器を含む、請求項１～３に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記運転許可器は、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値未満の場合には、前記燃料電池システムの運転を許可するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記運転許可器は、前記燃料電池システムの起動前の前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値未満、かつ、前記第２の閾値以上のとき、既に前記運転許可器により運転が許可されている状態である場合には、前記燃料電池システムの運転を許可するように構成されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記運転許可器は、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上になった後には、前記温度検知器の検知温度が前記第２の閾値未満になるまで前記燃料電池システムの運転を許可しないように構成されている、請求項１又は７に記載の燃料電池システム。
  9. 　前記原料を前記改質器又は前記燃焼器に供給するための原料ガス供給器と、
    　前記燃焼器に設けられた点火器と、
    　制御器と、を備え、
    　前記燃焼器は、起動処理において前記原料ガス供給器から供給された前記原料ガスを燃焼するように構成されており、
    　前記運転許可器が、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上になってから後に前記第２の閾値未満になり、前記燃料電池システムの運転を許可してからの前記燃料電池システムの起動において、
    　前記制御器は、前記点火器の点火動作までに前記燃焼器に通常よりも多くの原料ガスを供給するように前記原料ガス供給器及び前記点火器の少なくともいずれか一方を制御する、請求項２に記載の燃料電池システム。
  10. 　前記制御器は、前記燃焼器に供給される原料ガスの流量を通常より多くなるように前記原料ガス供給器を制御する、請求項９に記載の燃料電池システム。
  11. 　前記制御器は、その点火動作を通常よりも遅らせるように前記点火器を制御する、請求項９又は１０に記載の燃料電池システム。
  12. 　前記原料を前記改質器又は前記燃焼器に供給するための原料ガス供給器と、
    　前記燃焼器に設けられた点火器と、
    　制御器と、を備え、
    　前記燃焼器は、起動処理において前記原料ガス供給器から供給された前記原料ガスを燃焼するように構成されており、
    　前記運転許可器が、前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上になってから後に前記第２の閾値未満になり、前記燃料電池システムの運転を許可してからの前記燃料電池システムの起動において、
    　前記制御器は、前記点火器の点火動作時間を通常よりも長くなるように前記点火器を制御する、請求項２に記載の燃料電池システム。
  13. 　夏期以外の季節に前記温度検知器の検知温度が前記第１の閾値以上となると前記燃料電池システムの故障の旨を報知する故障報知器を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
  14. 　前記運転許可器が、前記燃料電池システムの運転を許可しない場合、その旨を報知する不許可報知器を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
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