WO2011108274A1 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

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cell system
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麻植　淳
菅　宏明
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system having a fuel cell and a method for operating the fuel cell system.
  • the fuel cell system is a system that generates electric power and heat through an electrochemical reaction between a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxidant gas (for example, air) supplied to the fuel cell.
  • a fuel gas hydrogen-containing gas
  • an oxidant gas for example, air
  • the generated electric power is supplied to some electric power loads (for example, electrical appliances such as lighting and air conditioners) used at home.
  • heat generated by power generation is recovered by cooling water supplied to the inside of the fuel cell.
  • the recovered heat is recovered as hot water through a heat exchanger, for example, and supplied to a heat load in the home (for example, a heat utilization device such as a hot water supply device or floor heating).
  • the fuel cell system is usually provided with a reformer for generating a hydrogen-containing gas.
  • a hydrogen-containing gas is generated by subjecting a raw material gas (for example, city gas (natural gas) or the like) and water to a steam reforming reaction in a reforming catalyst.
  • Such a fuel cell system often employs a method of using water collected inside the system as a water supply source of water or cooling water supplied to the reformer, that is, supplying water independently.
  • Examples of a method for recovering water inside the fuel cell system include a method for condensing and recovering water by cooling water vapor contained in the fuel gas and oxidant gas discharged from the fuel cell.
  • recovered water water recovered in the fuel cell system (hereinafter referred to as recovered water) does not contain sterilizing components such as chlorine components.
  • recovered water since the recovered water passes through various components and pipes in the fuel cell system when recovered, it contains a small amount of impurities such as organic components (TOC; Total Organic Carbon), and microorganisms such as fungi and bacteria. It is in a state suitable for the growth of.
  • TOC Total Organic Carbon
  • a fuel cell cogeneration system (for example, refer to Patent Document 1) that makes the water temperature temporarily higher than a predetermined temperature (for example, 70 ° C.) necessary for heat sterilization is known.
  • a recovered water tank for storing recovered water recovered from the exhaust gas of the fuel cell, a first purification unit for purifying the recovered water, and a second heat resistance temperature higher than the heat resistance temperature of the first purification unit.
  • a fuel cell power generation system that prevents water from passing through the first purification unit when the temperature of the recovered water in the recovered water tank is higher than the heat-resistant temperature of the first purification unit. Is known (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 described above still have room for improvement from the viewpoint of ensuring sufficient durability (for example, 10-year durability) required in the installation area. was there.
  • the fuel cell cogeneration system disclosed in Patent Document 1 does not take into account the thermal degradation of the ion exchange resin, the ion exchange resin is thermally degraded when the water temperature is set to a predetermined temperature or higher. There was a fear. Further, in the fuel cell power generation system disclosed in Patent Document 2, an anion exchange resin with low heat resistance is used for the first purification unit, and a cation exchange resin with high heat resistance is used for the second purification unit. However, the use of two types of ion exchange resins has led to an increase in system cost. Further, when the temperature of the water in the recovered water tank is high, water is not supplied to the first purification unit, so that anion exchange is not performed, and there is a possibility that the water is not sufficiently purified.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and by using a simple configuration, the cost can be reduced, water can be purified more reliably, and the life of the water purification device can be extended. It aims at providing the operating method of a fuel cell system and a fuel cell system which can suppress the maintenance frequency of a water purification apparatus rather than the conventional fuel cell system by aiming.
  • a fuel cell system is a fuel cell system having a fuel cell, and a heat medium circulation path through which a heat medium for recovering exhaust heat of the fuel cell circulates;
  • a heat medium tank that is provided in the heat medium circulation path and stores the heat medium, a first circulator that is provided in the heat medium circulation path and circulates the heat medium, and is recovered from exhaust gas generated in the fuel cell system.
  • the second circulator is operated so that the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than the first temperature.
  • the temperature detector detects a temperature higher than the first temperature and higher than the second temperature which is lower than the temperature at which the water purifier is thermally deteriorated
  • the temperature detector detects the second circulation Is configured to inhibit the operation of the vessel.
  • the maintenance frequency of the water purification device can be suppressed as compared with the conventional fuel cell system.
  • the fuel cell system operation method is a fuel cell system operation method including a fuel cell, and the fuel cell system circulates a heat medium for recovering exhaust heat of the fuel cell.
  • a heat medium circulation path, a heat medium tank provided in the heat medium circulation path and storing the heat medium, a first circulator provided in the heat medium circulation path and circulating the heat medium, and the fuel cell system A recovered water tank for storing water recovered from the exhaust gas generated in the step, a water circulation path connected to the recovered water tank for circulating the water, a second circulator provided in the water circulation path for circulating the water,
  • a water purification device that is provided in the water circulation path and purifies the water, the recovered water tank, the water purification device, and any of the water circulation paths between the recovered water tank and the water purification device
  • a temperature detector that detects the temperature of the water, and the heat medium circulation path and the water circulation path are configured such that the heat medium and the water can exchange heat.
  • the second circulator When the temperature detector detects a temperature lower than the first temperature at which bacteria can be sterilized, the second circulator is operated so that the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than the first temperature. And when the temperature detector detects a temperature higher than the first temperature and a temperature equal to or higher than a second temperature that is lower than a temperature at which the water purification device is thermally deteriorated, the operation of the second circulator Is prohibited.
  • the maintenance frequency of the water purification device can be suppressed as compared with the conventional fuel cell system.
  • the maintenance frequency of the water purification device can be suppressed as compared with the conventional fuel cell system by extending the life of the water purification device.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system of the second modification.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the fuel cell system according to Embodiment 1 is a fuel cell system having a fuel cell, and is provided in a heat medium circulation path through which a heat medium for recovering exhaust heat of the fuel cell circulates, and a heat medium circulation path.
  • a heat medium tank for storing the heat medium, a first circulator provided in the heat medium circulation path for circulating the heat medium, a recovered water tank for storing water recovered from the exhaust gas generated in the fuel cell system, and a water collection tank A water circulation path through which water circulates, a second circulator provided in the water circulation path for circulating water, a water purification device provided in the water circulation path for purifying water, a recovered water tank, and a water purification device
  • a temperature detector for detecting the temperature of the water provided in any one of the water circulation paths between the recovered water tank and the water purification device, and a controller, and the heat medium circulation path and the water circulation path are: Heat exchange between heat medium and water It is comprised so that it may be possible, and if a temperature detector detects the temperature lower than 1st temperature which can disinfect bacteria, the temperature which a temperature detector detects will become more than 1st temperature.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment configured to prohibit the operation of the second circulator.
  • the exhaust gas generated in the fuel cell system includes a fuel gas unused in the fuel cell (hereinafter referred to as off-fuel gas) and an oxidant gas (hereinafter referred to as off-fuel gas), and a hydrogen generator in the fuel cell system.
  • off-fuel gas a fuel gas unused in the fuel cell
  • off-fuel gas an oxidant gas
  • hydrogen generator in the fuel cell system. Is provided, for example, combustion exhaust gas discharged from a combustor for heating the inside of the hydrogen generator.
  • prohibiting the operation of the second circulator means that when the second circulator is in operation, the second circulator is stopped and the subsequent activation is prohibited, and the second circulator is stopped. In the case of the inside, even if the activation command for the second circulator is input to the controller, the activation of the second circulator is prohibited.
  • the bacterium is a concept including at least one of bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, and fungi such as mold.
  • the first temperature is appropriately set depending on the type of bacteria that are targets of growth inhibition.
  • the second temperature is appropriately set depending on the type of ion exchange resin used in the water purification device.
  • the ion exchange capacity in consideration of the maintenance frequency of the water purification device required in the area where the fuel cell system is installed. Is arbitrarily set in advance by experiments or simulations based on the ratio or the like that decreases from the initial value.
  • the first temperature may be set to 40 ° C. or higher and lower than 45 ° C.
  • the second temperature may be set to 45 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
  • the maintenance frequency of the water purification device can be suppressed as compared with the conventional fuel cell system.
  • the heat medium tank may be connected to a path downstream of the water purification apparatus in the water circulation path.
  • the water in the water circulation path is supplied to the heat medium tank, and the water supplied to the heat medium tank and the heat medium can exchange heat in the heat medium tank.
  • the controller may be configured to perform a circulating operation while the fuel cell system is stopped.
  • the controller starts the stop process of the fuel cell system, and the stop This refers to the period until the process is completed.
  • the term “while the fuel cell system is stopped” refers to the period from when the controller outputs a stop command to each device of the fuel cell system until each process is completed until the next fuel cell system is started.
  • the stop process is, for example, stopping power generation of a fuel cell, cooling a hydrogen generator when a fuel gas supply unit to be described later is a hydrogen generator, and negative pressure ( In order to prevent the water vapor from condensing), it means that the raw material gas is intermittently supplied to the hydrogen generator.
  • the condensed water having a relatively low temperature and the heat medium having a relatively high temperature are mixed, so that the temperature of the heat medium in the heat medium tank is lowered.
  • the amount of heat absorbed by the heat medium from the fuel cell increases, and the temperature of the fuel cell decreases, so that the power generation performance of the fuel cell may become unstable.
  • the temperature reduction of the fuel cell can be suppressed by performing the circulating operation while the fuel cell system is stopped, and the fuel cell system can stably generate power. It can be carried out.
  • the heat of the high-temperature heat medium immediately after stopping the power generation of the fuel cell can be used, and energy saving can be achieved.
  • the controller is performing the circulating operation while the fuel cell system is stopped, as compared with the case where the fuel cell is generating power and not performing the circulating operation.
  • the operation amount of the second circulator may be controlled to be increased.
  • the water circulation path includes a first water path for sending the heat medium from the heat medium tank to the recovered water tank, and for sending water from the recovered water tank to the heat medium tank.
  • the temperature detector is closer to the second connection port to which the second water path is connected than to the first connection port to which the first water path in the recovered water tank is connected. It may be arranged at a position.
  • the controller may be configured to execute the circulation operation every second predetermined time.
  • the first predetermined time is appropriately set based on the configuration of the heat medium circulation path, the heat medium tank, the water circulation path, the recovered water tank, and the like. For example, based on the environment in which germs such as a recovered water tank can be generated, specifically based on three factors: temperature (air temperature and water temperature), time during which the temperature is maintained, and amount of impurities such as organic components. Can be determined. These factors are based on experiments, simulations, etc., taking into account the temperature of the region where the fuel cell system is set, the power generation output / power generation / power generation time of the fuel cell system, the specific configuration of the fuel cell system described above, etc. Are arbitrarily set in advance.
  • the second predetermined time can be calculated based on the first temperature and the D value and Z value (heating temperature difference required to change the D value to 1/10 or 10 times) of the target bacteria. it can.
  • the target bacteria is not limited to one type, and may be a plurality of types of bacteria.
  • the second predetermined time may be calculated based on the D value and the Z value of the bacterium having the strictest sterilization conditions, or may be calculated by an average value of the D value and the Z value in these bacteria.
  • the first predetermined time may be set to 1 day or more and 7 days or less, and the second predetermined time may be set to 30 minutes or more and 180 minutes or less.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a fuel cell system 100 includes a fuel cell 101, a cooling water circulation path (heat medium circulation path) 71, a cooling water tank (heat medium tank) 102, a first circulator 105, A water circulation path 72, a recovered water tank 104, a second circulator 108, a water purification device 109, a temperature detector 111, and a controller 110 are provided.
  • the controller 110 causes the second circulator 108 so that the temperature detected by the temperature detector 111 is equal to or higher than the first temperature.
  • the temperature detector 111 detects a temperature higher than the first temperature and higher than the second temperature, which is lower than the temperature at which the water purification device 109 is thermally degraded
  • the second operation is performed. The operation of the circulator 108 is prohibited.
  • water is used as a heat medium for recovering the exhaust heat of the fuel cell 101.
  • water existing in the cooling water tank 102 and the cooling water circulation path 71 is referred to as cooling water
  • water existing in the recovered water tank 104 and the water circulation path 72 is referred to as recovery water.
  • the fuel cell 101 has an anode 11A and a cathode 11B.
  • the anode 11 ⁇ / b> A is configured to be supplied with fuel gas from the fuel gas supply device 106 via the fuel gas supply path 73.
  • the cathode 11B is configured to be supplied with an oxidant gas from an oxidant gas supply unit 107 via an oxidant gas supply path 74.
  • each fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell and a phosphoric acid fuel cell can be used. Further, since the configuration of the fuel cell 101 is the same as that of a general fuel cell, its detailed description is omitted.
  • the fuel gas supply device 106 may be in any form as long as it is configured to supply fuel gas to the anode 11A of the fuel cell 101.
  • the fuel gas supply device 106 may be constituted by, for example, a tank for storing fuel gas and a pump for sending fuel gas from the tank, and generates fuel gas by a reforming reaction using raw materials and water. You may be comprised with the hydrogen generator.
  • the oxidant gas supply unit 107 may have any form as long as it is configured to supply the oxidant gas to the cathode 11B of the fuel cell 101.
  • a fan such as a blower or a sirocco fan is used. Can be used.
  • the fuel gas supply device 106 or the oxidant gas supply device 107 may include a humidifier that humidifies the supplied gas.
  • the fuel gas supplied to the anode 11A and the oxidant gas supplied to the cathode 11B react electrochemically to generate water and generate electricity and heat.
  • the generated heat is recovered by the cooling water flowing through the cooling water circulation path 71 and the fuel cell 101 is cooled, as will be described later.
  • a part of the produced water is vaporized to humidify the reaction gas.
  • the steam obtained by humidifying the reaction gas and the generated water are discharged out of the fuel cell 101 together with the unused reaction gas.
  • fuel gas off fuel gas
  • water vapor and water generated that are not used in the fuel cell 101 are discharged out of the fuel cell system 100 via the off fuel gas path 75.
  • oxidant gas off-oxidant gas
  • water vapor a part of the oxidant gas (off-oxidant gas), water vapor, and generated water that is not used in the fuel cell 101 is discharged out of the fuel cell system 100 via the off-oxidant gas path 76.
  • the water vapor that humidifies the fuel gas condenses into water while flowing through the off-fuel gas path 75.
  • the water condensed in the off fuel gas path 75 and the water discharged to the off fuel gas path 75 are stored in the recovered water tank 104 as recovered water.
  • the water vapor humidified with the oxidant gas condenses into water while flowing through the off-oxidant gas path 76.
  • the water condensed in the off-oxidant gas path 76 and the water discharged to the off-oxidant gas path 76 are stored in the recovered water tank 104 as recovered water.
  • water is recovered from both the off-fuel gas path 75 and the off-oxidant gas path 76.
  • the fuel cell system 100 may adopt any form as long as water is recovered from at least one of the off-fuel gas path 75 and the off-oxidant gas path 76.
  • a configuration may be adopted in which a condenser that promotes condensation of water vapor is provided in at least one of the off-fuel gas path 75 and the off-oxidant gas path 76.
  • a condenser for example, a heat exchanger can be used.
  • the fuel cell 101 is provided with a cooling water circulation path 71 through which cooling water for cooling the fuel cell 101 flows.
  • a cooling water tank 102 and a first circulator 105 are provided in the cooling water circulation path 71.
  • the first circulator 105 may be in any form as long as the water in the cooling water circulation path 71 can be sent out. For example, a pump can be used.
  • a recovered water tank 104 is connected to the cooling water tank 102 via a water circulation path 72.
  • the water circulation path 72 includes a first water path 72A for sending cooling water from the cooling water tank 102 to the recovered water tank 104, and a second water path for sending recovered water from the recovered water tank 104 to the cooling water tank 102. 72B.
  • a second circulator 108 is provided in the water circulation path 72.
  • the second circulator 108 is configured to circulate water between the recovered water tank 104 and the cooling water tank 102.
  • a pump may be used, and an on-off valve that allows / blocks the flow of water in the pump and the water circulation path 72 may be used.
  • a water purification device 109 is provided in a path (second water path 72B) from the recovered water tank 104 to the cooling water tank 102 in the water circulation path 72.
  • the water purification device 109 may have any form as long as it can purify water. In the first embodiment, it is constituted by a casing filled with an ion exchange resin, and impurities (mainly ions) contained in water are adsorbed on the ion exchange resin to be purified.
  • the water purification apparatus 109 you may be comprised with the housing
  • the recovered water tank 104 is provided with a temperature detector 111. Specifically, the temperature detector 111 is closer to the second connection port 104C to which the second water path 72B is connected than the first connection port 104B to which the first water path 72A is connected in the recovered water tank 104. It is arranged.
  • the temperature detector 111 is configured to detect the temperature of the recovered water in the recovered water tank 104 and output the detected temperature to the controller 110.
  • a thermistor or the like can be used as the temperature detector 111.
  • the first connection port 104B and the second connection port 104C are provided so as to be separated from each other.
  • the first connection port 104B is provided in the lower part of the recovered water tank 104
  • the second connection port 104C is recovered. It is provided in the upper part of the water tank 104.
  • the high-temperature cooling water supplied from the first water path 72A to the recovered water tank 104 is suppressed from being immediately sent from the recovered water tank 104 to the second water path 72B. For this reason, the temperature in the recovered water tank 104 tends to be uniform.
  • the temperature detector 111 can detect a temperature close to the average temperature of the recovered water tank 104.
  • the temperature detector 111 was set as the structure provided in the collection
  • the temperature detector 111 may be provided in the water purification apparatus 109, and is provided in a path between the recovered water tank 104 and the water purification apparatus 109 in the water circulation path 72 (more precisely, the second water path 72B). May be.
  • the controller 110 may be in any form as long as it is a device that controls each device constituting the fuel cell system 100.
  • the controller 110 includes an arithmetic processing unit exemplified by a microprocessor, a CPU, and the like, a storage unit configured by a memory or the like that stores a program for executing each control operation, and a clock unit. . Then, in the controller 110, the arithmetic processing unit reads out a predetermined control program stored in the storage unit and executes it, thereby processing the information, and the fuel cell system 100 including these controls. Various controls are performed.
  • the controller 110 is not only configured as a single controller, but also configured as a controller group in which a plurality of controllers cooperate to execute control of the fuel cell system 100. I do not care.
  • the controller 110 may be configured by a micro control, or may be configured by an MPU, a PLC (Programmable Logic Controller), a logic circuit, or the like.
  • the fuel gas supply unit 106 operates to supply fuel gas to the anode 11A of the fuel cell 101. Further, the oxidant gas supply unit 107 is operated to supply the oxidant gas to the cathode 11B of the fuel cell 101. In the fuel cell 101, the fuel gas supplied to the anode 11A and the oxidant gas supplied to the cathode 11B react electrochemically to generate water and generate electricity and heat.
  • the generated electricity is supplied to an external power load by a power regulator (not shown).
  • the generated heat is recovered by the cooling water flowing through the cooling water circulation path 71 and the fuel cell 101 is cooled. Further, the water vapor in the unused reaction gas and the generated water are recovered in the recovered water tank 104.
  • the fuel cell 101 is a polymer electrolyte fuel cell
  • the fuel cell 101 is generally used while maintaining a temperature of about 70 ° C. For this reason, the temperature of the cooling water in the cooling water tank 102 is also about 70 ° C.
  • bacteria may enter from the atmosphere open port of the off-fuel gas path 75 or the off-oxidant gas path 76, the outlet of the drainage path (not shown) of the recovered water tank 104, and the like. Then, if the invading bacteria grow in the recovered water tank 104, the water circulation path 72, etc., the water circulation path 72 may cause a blockage of the flow path or a narrowing of the flow path, which may impair the water supply function and the purification function. There is.
  • the controller 110 suppresses the growth of bacteria by executing the circulation operation. Specifically, the controller 110 operates the second circulator 108 when the temperature detector 111 detects a temperature lower than the first temperature, which is a temperature at which bacteria can be sterilized.
  • the recovered water in the recovered water tank 104 flows through the second water path 72B and is supplied to the cooling water tank 102.
  • the recovered water supplied to the cooling water tank 102 is mixed with high-temperature (for example, about 70 ° C.) cooling water in the cooling water tank 102 and heated (heat exchanged with the cooling water).
  • high-temperature for example, about 70 ° C.
  • the cooling water supplied to the recovered water tank 104 is mixed with the recovered water in the recovered water tank 104 to heat the recovered water (heat exchange with the recovered water).
  • the controller 110 operates the second circulator 108 so that the temperature of the recovered water detected by the temperature detector 111 is equal to or higher than the first temperature.
  • the bacteria in the recovered water tank 104, the water circulation path 72, and the like can be sterilized by heating to suppress the growth of the bacteria.
  • the controller 110 When the temperature of the recovered water detected by the temperature detector 111 becomes equal to or higher than a second temperature that is lower than the temperature at which the ion exchange resin constituting the water purification device 109 is thermally deteriorated, the controller 110 The operation of the circulator 108 is prohibited (the operation of the second circulator 108 is stopped). Thereby, while being able to suppress the proliferation of the microbe in the collection
  • the first temperature can be appropriately set depending on the type of bacteria to be inhibited from growth, and may be set to a temperature of 40 ° C. or higher and lower than 45 ° C., for example.
  • 2nd temperature can be suitably set with the kind of ion exchange resin used for a water purification apparatus, for example, you may set to 45 degreeC or more and 50 degrees C or less.
  • the period (first predetermined time) for operating the second circulator 108 and the length of time (second predetermined time) for operating the second circulator 108 are determined by sterilizing the recovered water by heating.
  • the time can be appropriately set so that the amount of bacteria can be reduced to such an extent that the water supply function or the purification function of the water purification device 109 does not hinder due to the blockage of the channel or the narrowing of the channel.
  • the first predetermined time may be set to 1 day or more and 7 days or less
  • the second predetermined time may be set to 30 minutes or more and 180 minutes or less.
  • the first temperature and the second predetermined time can be calculated based on the D value and Z value (heating temperature difference required to change the D value to 1/10 or 10 times) of the target bacteria.
  • the target bacteria is not limited to one type, and may be a plurality of types of bacteria.
  • the second predetermined time may be calculated based on the D value and the Z value of the bacterium having the strictest sterilization conditions, or may be calculated by an average value of the D value and the Z value in these bacteria.
  • the first temperature and the second predetermined time can be set.
  • the first temperature, the second predetermined time, and the operation amount of the second circulator 108 because the heat resistant temperature is low. .
  • the controller 110 prohibits the operation of the second circulator 108 when the temperature detected by the temperature detector 111 is equal to or higher than the second temperature even when the circulating operation is not being executed. It is configured as follows. Thereby, the thermal deterioration of the water purification apparatus 109 can be suppressed.
  • the controller 110 may perform the circulation operation during the power generation operation of the fuel cell 101 or may be performed while the operation of the fuel cell system 100 is stopped.
  • the controller 110 is configured to execute the circulation operation while the fuel cell system 100 is stopped from the viewpoint of suppressing the temperature drop of the fuel cell 101 and stably generating the fuel cell 101. Is preferred.
  • the controller 110 performs the second circulation when the fuel cell system 100 is stopped and the circulation operation is performed, compared with the case where the fuel cell 101 is generating power and is not performing the circulation operation. Control may be performed to increase the amount of operation of the device 108.
  • the high-temperature cooling water is supplied to the recovered water tank 13 by operating the second circulator 108. For this reason, the temperature of the recovered water is raised and the recovered water is heated to a temperature equal to or higher than the first temperature, which is the sterilization temperature of the bacteria, and the growth of the bacteria contained in the recovered water can be suppressed.
  • the operation of the second circulator 108 is performed. Is prohibited. Thereby, it can suppress that recovered water is overheated, and can suppress the thermal deterioration of the 2nd circulator 108.
  • the maintenance frequency of the water purification apparatus 109 can be suppressed more than the conventional fuel cell system by extending the life of the water purification apparatus 109.
  • the fungus grows in a predetermined temperature range and is killed when exposed to a temperature higher than the predetermined temperature range.
  • the growth is suppressed. Therefore, when the temperature in the water circulation path 72 and the recovered water tank 104 is lower than the first temperature and is equal to or lower than the third temperature that can suppress the growth of bacteria, In the path 72 and the like, the bacteria do not grow sufficiently.
  • the controller 110 has the temperature detection means 111 lower than the first temperature and equal to or lower than the third temperature, which is a temperature at which fungus growth can be suppressed.
  • the third temperature can be set as appropriate depending on the type of bacteria to be inhibited from growth, and may be set to 30 ° C., for example. In the first modification, 30 ° C. is set as the third temperature, but this temperature is merely an example.
  • the third temperature may be set to 25 ° C., for example, when the main purpose is to suppress the growth of fungi with a large size of one solid (for example, Neosartorya pudofischeri) as a fungus. It may be set to 20 ° C.
  • the fuel cell system 100 of the first modification configured as described above has the same operational effects as the fuel cell system 100 according to the first embodiment.
  • the fuel cell system 100 of the first modification is configured not to increase the water temperature in the water circulation path 72 and the recovered water tank 104 except when necessary, so that it is possible to suppress a decrease in energy efficiency. This can save energy.
  • the fuel cell system of Modification 2 in Embodiment 1 is a mode in which the fuel cell system further includes a first heat exchanger provided so as to straddle the downstream path and the heat medium circulation path from the water purification apparatus of the water circulation path. This is just an example.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system of the second modification.
  • the basic configuration of the fuel cell system 100 of the second modification is the same as that of the fuel cell system 100 according to the first embodiment, except that a first heat exchanger 112 is further provided.
  • the first heat exchanger 112 is provided so as to straddle the path downstream of the water purification device 109 in the water circulation path 72 and the cooling water circulation path 71.
  • the first heat exchanger 112 may have any configuration as long as the cooling water in the cooling water circulation path 71 and the recovered water in the water circulation path 72 are configured to exchange heat. .
  • various heat exchangers such as a total heat exchanger can be used.
  • the cooling water tank 102 is not connected to the water circulation path 72 in the middle thereof (path downstream from the water purification device 109). 1 different from the fuel cell system 100 according to FIG.
  • the recovered water flowing through the water circulation path 72 is cooled and heated by the first heat exchanger 112 during the circulation operation. Exchange and heat. For this reason, the temperature of the recovered water is raised and the recovered water is heated to a temperature equal to or higher than the first temperature, which is the sterilization temperature of the bacteria, and the growth of the bacteria contained in the recovered water can be suppressed.
  • controller 110 operates the first circulator 105 when the temperature detector 111 detects a temperature lower than the first temperature and executes the circulation operation (when the second circulator 108 is operated). May be. Thereby, the heat exchange between the recovered water and the cooling water in the first heat exchanger 112 can be further promoted.
  • water cooling water
  • the present invention is not limited to this.
  • an antifreezing liquid such as an ethylene glycol-containing liquid may be used.
  • Embodiment 2 The fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention further includes a heater that heats the heat medium, and exemplifies a mode in which the controller is operated when the controller performs a circulation operation. .
  • the heater may be an electric heater provided in the heat medium tank.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2.
  • the fuel cell system 100 according to the second embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the first embodiment, but a heater 103 is provided in the cooling water tank 102. Is different.
  • the heater 103 may have any configuration as long as the cooling water in the cooling water tank 102 can be heated.
  • an electric heater may be used.
  • the controller 110 is comprised so that the heater 103 may be act
  • the fuel cell system 100 is in a standby state (the state in which the start of the fuel cell system 100 can be started when the start command is input next) after the operation stop process is completed.
  • the temperature of the cooling water in the cooling water tank 102 may be low.
  • the controller 110 operates the heater 103 when executing the circulation operation. For this reason, even when the cooling water in the cooling water tank 102 is at a low temperature, the cooling water is heated by the heater 103, so that the high-temperature cooling water can be supplied to the recovered water tank 13. Thereby, the temperature of the recovered water is raised and the recovered water is heated to a temperature equal to or higher than the first temperature, which is the sterilization temperature of the bacteria, and the growth of the bacteria contained in the recovered water can be suppressed.
  • the controller 110 operates the heater 103 when performing the circulating operation, so that the recovered water is more reliably heated to the first temperature or higher. And the growth of bacteria can be suppressed.
  • Embodiment 2 although the form which arrange
  • the heater 103 may be disposed in the cooling water circulation path 71 (including the cooling water tank 102) as long as the cooling water can be heated, and may be disposed outside the cooling water circulation path 71 (including the cooling water tank 102). You may arrange.
  • the controller 110 supplies the surplus power to the heater 103 when the surplus power is generated in the fuel cell system 100 and the temperature detector 111 detects a temperature lower than the first temperature, so that the circulation operation is performed. May be executed.
  • controller 110 is configured to stop the heater 103 and stop the second circulator 108 when the controller 110 executes the circulation operation and detects a temperature equal to or higher than the second temperature. Needless to say.
  • the controller operates the heater when the temperature detector does not detect a temperature equal to or higher than the first temperature when the controller is performing the circulating operation.
  • the embodiment to be made is illustrated.
  • the controller 110 operates the heater 103 when the temperature detector 111 does not detect a temperature equal to or higher than the first temperature during the circulation operation. It is configured as follows. That is, the controller 110 is configured to operate the heater 103 only when the temperature of the cooling water is low and the recovered water cannot be heated to the first temperature or higher.
  • the fuel cell system 100 of the first modification configured as described above has the same operational effects as the fuel cell system 100 according to the second embodiment. Further, in the fuel cell system 100 according to the first modification, the recovered water can be heated at a more appropriate timing, a decrease in energy efficiency can be suppressed, and energy saving performance can be improved.
  • a fuel cell system includes a hot water storage tank that stores hot water to be exchanged with a heat medium, a hot water storage path that is connected to the hot water storage tank and circulates the hot water, a heat medium circulation path, and a hot water storage A second heat exchanger provided to straddle the circulation path, and a third circulator provided in the hot water circulation path to circulate the hot water, and the controller performs the circulation operation when This is an example of controlling the first to third circulators so that the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than the first temperature and lower than the second temperature.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 according to the third embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the first embodiment, but has a hot water storage circulation path 77 and a second heat exchange.
  • a vessel 113, a hot water storage tank 114, and a third circulator 115 are further provided.
  • the second heat exchanger 113 is provided so as to straddle the water circulation path 72 and the hot water storage circulation path 77.
  • the second heat exchanger 113 may have any configuration as long as the cooling water in the cooling water circulation path 71 and the hot water in the hot water circulation path 77 are configured to be able to exchange heat. Good.
  • various heat exchangers such as a total heat exchanger can be used.
  • a hot water circulation path 77 is connected to the hot water storage tank 114. More specifically, the upstream end of the hot water storage circulation path 77 is connected to the lower part of the hot water storage tank 114, and the downstream end of the hot water storage circulation path 77 is connected to the upper part thereof. Further, a third circulator 115 is provided in the hot water storage circulation path 77. The third circulator 115 may have any form as long as the hot water (water) in the hot water circulation path 77 can be sent out. For example, a pump can be used.
  • the hot water existing in the lower part of the hot water storage tank 114 is supplied to the hot water storage circulation path 77 by the operation of the third circulator 115.
  • the hot water supplied to the hot water storage circulation path 77 exchanges heat with the cooling water flowing through the cooling water circulation path 71 in the second heat exchanger 113 while flowing through the hot water storage circulation path 77, thereby storing hot water. It is supplied to the upper part of the tank 114.
  • the controller 110 performs the circulating operation, the first circulator 105 and the second circulator so that the temperature detected by the temperature detector 111 is equal to or higher than the first temperature and lower than the second temperature.
  • the device 108 and the third circulator 115 are controlled. Specifically, for example, when the water temperature of the cooling water tank 102 and the recovered water tank 104 is low and the water temperature of the hot water storage tank 114 is high, the controller 110 increases the operation amount of the third circulator 115 to increase the second Heat exchange between the cooling water and the hot water in the heat exchanger 113 is promoted to heat the cooling water.
  • the controller 110 increases the operation amount of the third circulator 115 to increase the second heat exchanger.
  • the heat exchange between the cooling water and the hot water at 113 is promoted to heat the hot water.
  • the fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention further includes a water level detector that detects the water level in the heat medium tank, and the water level detector is formed in the heat medium tank and discharges the heat medium to the recovered water circulation path.
  • the water level detector is configured to detect the first water level that is lower than the outlet for discharging and the second water level that is lower than the first water level. Detects the water level below the second water level, operates the second circulator until the water level detector detects the first water level, and stops the second circulator when the water level detector detects the water level above the first water level.
  • the circulating operation is executed, even if the water level detector detects the water level below the first water level, the temperature detected by the temperature detector is not lower than the first temperature and lower than the second temperature. Example of operating the second circulator It is intended.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the first embodiment, but includes a water level detector 116 in the cooling water tank 102.
  • the water level detector 116 may be in any form as long as it can detect the water level in the cooling water tank 102 and output the detected water level in the cooling water tank 102 to the controller 110.
  • a float type water level sensor, an optical interface type water level sensor, an ultrasonic type water level sensor, an electrode type water level sensor, a pressure type water level sensor, or the like can be used.
  • the water level detector 116 includes a first water level that is lower than the discharge port 102A of the cooling water tank 102 for discharging the cooling water to the water circulation path 72 (more precisely, the first water path 72A) and the first water level. It is configured to detect a low second water level.
  • the controller 110 When the controller 110 does not execute the circulation operation, when the water level detector 116 detects the water level below the second water level, the controller 110 operates the second circulator 108 until the water level detector 116 detects the first water level.
  • the reason for this control is as follows. That is, a part of the water in the cooling water tank 102 is supplied to, for example, a hydrogen generator which is one of the devices constituting the fuel gas supply device 106, and the hydrocarbon gas reforming performed in the hydrogen generator is performed. It is used by being supplied to equipment constituting the fuel cell system 100, such as used for reaction.
  • a hydrogen generator which is one of the devices constituting the fuel gas supply device 106
  • the hydrocarbon gas reforming performed in the hydrogen generator is performed. It is used by being supplied to equipment constituting the fuel cell system 100, such as used for reaction.
  • the water in the cooling water tank 102 is supplied to a device such as a hydrogen generator, the water decreases as the fuel cell 101 generates power.
  • the controller 110 controls the second circulator 108 to operate so that the water in the recovered water tank 104 is sent to the cooling water tank 102.
  • the second water level is a water level that can secure a sufficient amount of
  • the controller 110 stops the second circulator 108 when the water level detector 116 detects the first water level which is lower than the discharge port 102A. This is because by continuing to operate the second circulator 108, the water level in the cooling water tank 102 exceeds the first water level and reaches the discharge port 102A, and the water in the cooling water tank 102 is sent to the recovered water tank 104. This is to prevent this.
  • the reason for such control will be described in more detail below.
  • the water in the cooling water tank 102 absorbs the heat of the fuel cell 101 and becomes high in temperature, so that a small amount of water from the cooling water tank 102 enters the recovered water tank 104. If sent, the temperature of the water in the recovered water tank 104 may become a temperature at which bacteria are likely to be generated.
  • relatively cool water is sent from the recovered water tank 104 to the cooling water tank 102, so that the water in the cooling water tank 102 decreases. .
  • the temperature of the cooling water tank 102 decreases, the temperature of the fuel cell 101 also decreases, and there is a possibility that power generation becomes unstable.
  • the water level detector 116 detects the first water level, the controller 110 stops the second circulator 108 so that bacteria are not generated in the recovered water tank 104.
  • the first water level can be arbitrarily set as long as it is higher than the second water level and lower than the discharge port 102A of the cooling water tank 102.
  • the controller 110 when the controller 110 is performing the circulation operation, even if the water level detector 116 detects the first water level, the temperature detected by the temperature detector 111 is equal to or higher than the first temperature, and The second circulator 108 is operated so as to be lower than the second temperature.
  • the controller 110 controls the second circulator 108 based on the detection signal from the water level detector 116 when the circulation operation is not performed, and the temperature detector 111 when the circulation operation is performed. Based on the detection signal from the water level detector 116 when the circulation operation is not performed, and the temperature detector 111 when the circulation operation is performed. Based on the detection signal from the water level detector 116 when the circulation operation is not performed, and the temperature detector 111 when the circulation operation is performed. Based on the detection signal from the water level detector 116 when the circulation operation is not performed, and the temperature detector 111 when the circulation operation is performed. Based on the detection signal from the water level detector 116 when the circulation operation is not performed, and the temperature detector 111 when the circulation operation is performed. Based on the detection signal from the water level detector 116 when the circulation operation is not performed, and the temperature detector 111 when the circulation operation is performed. Based on the detection signal from the water level detector 116 when the circulation operation is not performed, and the temperature detector 111 when the circulation operation is performed. Based on the detection signal from the water level detector 116
  • the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment configured as described above has the same effects as the fuel cell system 100 according to the first embodiment. Further, in the fuel cell system 100 according to Embodiment 4, when the circulation operation is not performed, when the water level detector 116 detects the water level equal to or higher than the first water level, the second circulator 108 is stopped, For example, since the high-temperature water in the cooling water tank 102 is not sent to the recovered water tank 104 during power generation without performing the circulation operation, the water temperature in the recovered water tank 104 is prevented from becoming a temperature at which bacteria are likely to be generated. can do.
  • the controller 110 is the discharge port 102A.
  • the second circulator 108 may be controlled so that an amount of water that does not discharge water from the recovered water tank 104 is sent to the cooling water tank 102.
  • the water level detector 116 can detect only one water level, such as a float type water level sensor, the first water level and the second water level are determined using the width capable of detecting the water level. May be.
  • the maintenance frequency of the water purification device can be suppressed as compared with the conventional fuel cell system by extending the life of the water purification device. It is useful in the field of

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Abstract

　本発明の燃料電池システムは、燃料電池（１０１）を有する燃料電池システムであって、媒体循環経路（７１）と、熱媒体タンク（１０２）と、第１循環器（１０５）と、回収水タンク（１０４）と、水循環経路（７２）と、第２循環器（１０８）と、水浄化装置（１０９）と、温度検知器（１１１）と、制御器（１１０）と、を備え、熱媒体循環経路（７１）と水循環経路（７２）は、熱媒体と水が熱交換可能なように構成されていて、制御器（１１０）は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を温度検知器（１１１）が検知すると、温度検知器（１１１）が検知する温度が第１温度以上となるように、第２循環器（１０８）を動作させる循環運転を実行し、水浄化装置（１０９）が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を温度検知器（１１１）が検知すると、第２循環器（１０８）の動作を禁止するように構成されている。

Description

燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
　本発明は、燃料電池を有する燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。
　燃料電池システムは、燃料電池に供給された燃料ガス（水素含有ガス）と酸化剤ガス（例えば、空気）が電気化学反応して、電力と熱を発生するシステムである。一般的な家庭用燃料電池システムでは、発生した電力は、家庭で使用する一部の電力負荷（例えば、照明や空調装置などの電化製品）に供給される。また、発電により生じる熱は、燃料電池の内部に供給された冷却水により回収される。この回収された熱は、例えば、熱交換器を介して、温水として回収され、家庭内の熱負荷（例えば、給湯機器や床暖房等の熱利用機器）に供給される。
　燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスは、インフラストラクチャーが整備されていないため、燃料電池システムには、通常、水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。改質器では、原料ガス（例えば、都市ガス（天然ガス）等）と水を、改質触媒において水蒸気改質反応させることにより、水素含有ガスが生成される。
　このような燃料電池システムでは、改質器に供給される水や冷却水の水供給源として、システム内部で回収した水を利用する、すなわち、水を自立供給する方法を採用することが多い。なお、燃料電池システム内部で水を回収する方法としては、例えば、燃料電池より排出される燃料ガス及び酸化剤ガス中に含まれる水蒸気を冷却することで水を凝縮、回収する方法が挙げられる。
　しかしながら、燃料電池システム内で回収された水（以下、回収水という）には、塩素成分等の殺菌成分が含まれていない。また、回収水は、回収される際に、燃料電池システム内の色々な部品や配管を通過するため、有機成分（ＴＯＣ；Ｔｏｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ）等の不純物が若干量含まれ、菌類や細菌といった微生物の増殖に好適な状態となっている。
　このため、水を回収した後の酸化剤ガスを排気する排気口や、回収水の余剰分を排水する排水口等から菌類等の微生物が浸入することで、菌類等の微生物が増殖するおそれがある。そして、微生物が増殖することで、回収水が通流する流路が流路閉塞又は流路狭窄等が発生することで、水の供給機能や浄化機能に障害が生じる場合がある。
　このような問題を解決するために、水温を一時的に加熱殺菌に必要な所定の温度（例えば、７０℃）以上にする燃料電池コージェネレーションシステム（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、燃料電池の排出ガスから回収した回収水を貯える回収水タンクと、回収水を浄化する第１の浄化ユニットと、該第１の浄化ユニットの耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２の浄化ユニットと、を備え、回収水タンク内の回収水の温度が第１の浄化ユニットの耐熱温度よりも高い場合には、第１の浄化ユニットに水を通過させないようにする、燃料電池発電システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２－２７０１９４号公報 特開２００７－２３４４７７号公報
　しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２をはじめとする従来技術であっても、設置地域において求められる充分な耐久性（例えば、１０年の耐久性）を確保する観点からは、未だ改善の余地があった。
　具体的には、特許文献１に開示されている燃料電池コージェネレーションシステムでは、イオン交換樹脂の熱劣化を考慮に入れていないので、水温を所定の温度以上にすると、イオン交換樹脂が熱劣化するおそれがあった。また、特許文献２に開示されている燃料電池発電システムでは、耐熱性の低いアニオン交換樹脂を第１の浄化ユニットに使用させ、耐熱性の高いカチオン交換樹脂を第２の浄化ユニットに使用させているが、２種類のイオン交換樹脂を使用することにより、システムのコストアップを招いていた。また、回収水タンク内の水の温度が高い場合には、第１の浄化ユニットには水を供給させないため、アニオン交換が行われず、水の浄化が充分に行われないおそれがあった。
　本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、シンプルな構成にすることで、コストを下げるとともに、より確実に水の浄化を行うことができ、かつ、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、制御器と、を備え、前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、前記制御器は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を前記温度検知器が検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上となるように、前記第２循環器を動作させる循環運転を実行し、前記第１温度よりも高く、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を前記温度検知器が検知すると、前記第２循環器の動作を禁止するように構成されている。
　これにより、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
　また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料電池を有する燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、を備え、前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、前記温度検知器が、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上となるように、前記第２循環器を動作させ、前記温度検知器が、前記第１温度よりも高く、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を検知すると、前記第２循環器の動作を禁止する。
　これにより、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
　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、以下の好適な実施形態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及び燃料電池システムの運転方法によれば、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
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概略構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、本変形例２の燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図３は、実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。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。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る燃料電池システムは、燃料電池を有する燃料電池システムであって、燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、熱媒体循環経路に設けられ、熱媒体を貯える熱媒体タンクと、熱媒体循環経路に設けられ、熱媒体を循環させる第１循環器と、燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、収水タンクに接続され、水が循環する水循環経路と、水循環経路に設けられ、水を循環させる第２循環器と、水循環経路に設けられ、水を浄化する水浄化装置と、回収水タンク、水浄化装置、及び回収水タンクと水浄化装置の間の水循環経路のいずれか１つに設けられ、水の温度を検知する温度検知器と、制御器と、を備え、熱媒体循環経路と水循環経路は、熱媒体と水が熱交換可能なように構成されていて、制御器は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を温度検知器が検知すると、温度検知器が検知する温度が第１温度以上となるように、第２循環器を動作させる循環運転を実行し、第１温度よりも高く、かつ、水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を温度検知器が検知すると、第２循環器の動作を禁止するように構成されている態様を例示するものである。
　ここで、燃料電池システムで生じる排ガスとしては、燃料電池で未使用の燃料ガス（以下、オフ燃料ガスという）や酸化剤ガス（以下、オフ燃料ガスという）、また、燃料電池システムに水素生成装置が設けられている場合、水素生成装置内を加熱するための燃焼器から排出される燃焼排ガスが挙げられる。
　また、第２循環器の動作を禁止するとは、第２循環器が作動中でなる場合には、第２循環器を停止させて、その後の起動を禁止することと、第２循環器が停止中の場合には、第２循環器の起動指令が制御器に入力されても、第２循環器の起動を禁止することと、を含む。
　また、菌とは、大腸菌及び枯草菌等の細菌、並びにカビ等の菌類のうち少なくともいずれか一つを含む概念である。
　また、第１温度は、増殖抑制の対象となる菌の種類によって適宜設定される。
　さらに、第２温度は、水浄化装置に用いられるイオン交換樹脂の種類によって、適宜設定され、例えば、燃料電池システムの設置地域で求められる水浄化装置のメンテナンス頻度等を考慮して、イオン交換能力が初期値から低下する比率等に基づいて、実験又はシミュレーション等により、予め任意に設定される。
　なお、第１温度は、４０℃以上、かつ、４５℃より低く設定され、第２温度は、４５℃以上、かつ、５０℃以下に設定されていてもよい。
　これにより、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、水循環経路の水浄化装置よりも下流側の経路に熱媒体タンクが接続されていてもよい。
　これにより、水循環経路内の水が熱媒体タンクに供給され、熱媒体タンク内で、熱媒体タンクに供給された水と熱媒体とが熱交換することができる。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、制御器は、燃料電池システムの停止中に、循環運転を行うように構成されていてもよい。
　ここで、燃料電池システムの停止中とは、制御器に停止指令が入力された場合又は予め設定された停止時間になった場合に、制御器が燃料電池システムの停止処理を開始し、当該停止処理が終了するまでの間をいう。換言すると、燃料電池システムの停止中とは、制御器が燃料電池システムの各機器に停止指令を出力し、次の燃料電池システムの起動に備えるまでの各処理が終了するまでの間をいう。
　また、停止処理とは、例えば、燃料電池の発電を停止させ、後述する燃料ガス供給器が水素生成装置である場合に、該水素生成装置を冷却させ、かつ、水素生成装置内の負圧（水蒸気が凝縮するためになる）を抑制するために断続的に原料ガスを水素生成装置に供給する等の処理を行うことをいう。
　ところで、燃料電池の発電中に、循環運転を実行すると、温度が比較的低い凝縮水と温度が比較的高い熱媒体が混じるため、熱媒体タンク内の熱媒体の温度が下がる。その結果、熱媒体が燃料電池から吸収する熱量が大きくなり、燃料電池の温度が下がるので燃料電池の発電性能が不安定になるおそれがある。
　しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止中に循環運転を行うことで、燃料電池の温度低下を抑制することができ、安定して、燃料電池での発電を行うことができる。また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、上記構成により、燃料電池の発電停止直後の高温の熱媒体の熱を利用することができ、省エネルギー化を図ることができる。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、制御器は、燃料電池の発電中、かつ、循環運転をしていない場合より、燃料電池システムの停止中、かつ、循環運転をしている場合の方が、第２循環器の操作量を大きくさせるように制御してもよい。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、水循環経路は、熱媒体タンクから回収水タンクに熱媒体を送るための第１水経路と、回収水タンクから熱媒体タンクに水を送るための第２水経路と、を有しており、温度検知器は、回収水タンクにおける第１水経路が接続される第１接続口より、第２水経路が接続される第２接続口に近い位置に配設されていてもよい。
　さらに、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、制御器は、循環運転を第１所定時間毎に第２所定時間実行するように構成されていてもよい。
　ここで、第１所定時間は、熱媒体循環経路、熱媒体タンク、水循環経路、及び回収水タンク等の構成から、適宜設定される。例えば、回収水タンク等の菌が発生し得る環境に基づいて、具体的には、温度（気温及び水温）、その温度が維持される時間、有機成分等の不純物の量の３つの要素に基づいて、定めることができる。これらの要素は、燃料電池システムが設定される地域の気温、燃料電池システムの発電出力・発電量・発電時間、上述した燃料電池システムの具体的な構成等を考慮して、実験又はシミュレーション等により、予め任意に設定される。
　また、第２所定時間は、第１温度と共に、対象とする菌のＤ値とＺ値（Ｄ値を１／１０又は１０倍に変化させるのに要する加熱温度差）を基に算出することができる。なお、対象とする菌は、１種類に限定されることはなく、複数の種類の菌を対象としてもよい。この場合、最も殺菌の条件が厳しい菌のＤ値とＺ値を基に第２所定時間を算出してもよく、これらの菌におけるＤ値とＺ値の平均値で算出してもよい。
　なお、第１所定時間は、１日以上、かつ、７日以下に設定され、第２所定時間は、３０分以上、かつ、１８０分以下に設定されていてもよい。
　次に、本実施の形態１に係る燃料電池システムの一例について、具体的に説明する。
　［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概略構成を模式的に示すブロック図である。
　図１に示すように、実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、冷却水循環経路（熱媒体循環経路）７１、冷却水タンク（熱媒体タンク）１０２、第１循環器１０５、水循環経路７２、回収水タンク１０４、第２循環器１０８、水浄化装置１０９、温度検知器１１１、及び制御器１１０、を備えている。制御器１１０は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を温度検知器１１１が検知すると、温度検知器１１１が検知する温度が第１温度以上となるように、第２循環器１０８を動作させる循環運転を実行し、第１温度よりも高く、かつ、水浄化装置１０９が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を温度検知器１１１が検知すると、第２循環器１０８の動作を禁止するように構成されている。
　なお、本実施の形態１においては、燃料電池１０１の排熱を回収する熱媒体として、水を用いている。また、本実施の形態１においては、冷却水タンク１０２及び冷却水循環経路７１内に存在する水を冷却水といい、回収水タンク１０４及び水循環経路７２内に存在する水を回収水という。
　燃料電池１０１は、アノード１１Ａとカソード１１Ｂを有している。アノード１１Ａには、燃料ガス供給路７３を介して、燃料ガス供給器１０６から燃料ガスが供給されるように構成されている。また、カソード１１Ｂには、酸化剤ガス供給路７４を介して、酸化剤ガス供給器１０７から酸化剤ガスが供給されるように構成されている。なお、燃料電池１０１としては、高分子電解質形燃料電池、リン酸形燃料電池等の各燃料電池を用いることができる。また、燃料電池１０１の構成については、一般的な燃料電池と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
　燃料ガス供給器１０６は、燃料電池１０１のアノード１１Ａに燃料ガスを供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよい。燃料ガス供給器１０６としては、例えば、燃料ガスを貯えるタンクと該タンクから燃料ガスを送出するポンプから構成されていてもよく、また、原料と水を用いて改質反応により燃料ガスを生成する水素生成装置で構成されていてもよい。また、酸化剤ガス供給器１０７は、燃料電池１０１のカソード１１Ｂに酸化剤ガスを供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよく、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。なお、燃料ガス供給器１０６又は酸化剤ガス供給器１０７は、供給するガスを加湿する加湿器を備えていてもよい。
　そして、燃料電池１０１では、アノード１１Ａに供給された燃料ガスとカソード１１Ｂに供給された酸化剤ガスが電気化学的に反応して、水が生成されるとともに、電気と熱が発生する。なお、発生した熱は、後述するように、冷却水循環経路７１を通流する冷却水により回収されて、燃料電池１０１が冷却される。また、生成された水の一部は、気化して反応ガスを加湿する。そして、反応ガスを加湿した水蒸気と生成された水は、未利用の反応ガスとともに燃料電池１０１外に排出される。
　具体的には、燃料電池１０１で未利用の燃料ガス（オフ燃料ガス）、水蒸気、及び生成された水は、オフ燃料ガス経路７５を介して燃料電池システム１００外に排出される。また、燃料電池１０１で未利用の酸化剤ガス（オフ酸化剤ガス）、水蒸気、及び生成された水の一部は、オフ酸化剤ガス経路７６を介して燃料電池システム１００外に排出される。
　燃料ガスを加湿した水蒸気は、オフ燃料ガス経路７５を通流する間に、水に凝縮する。オフ燃料ガス経路７５で凝縮した水及びオフ燃料ガス経路７５に排出された水は、回収水として、回収水タンク１０４に貯えられる。同様に、酸化剤ガスを加湿した水蒸気は、オフ酸化剤ガス経路７６を通流する間に、水に凝縮する。オフ酸化剤ガス経路７６で凝縮した水及びオフ酸化剤ガス経路７６に排出された水は、回収水として、回収水タンク１０４に貯えられる。
　なお、実施の形態１に係る燃料電池システム１００においては、オフ燃料ガス経路７５及びオフ酸化剤ガス経路７６の両方から水を回収する形態を採用したが、これに限定されない。燃料電池システム１００は、オフ燃料ガス経路７５及びオフ酸化剤ガス経路７６の少なくとも一方から水を回収すれば、どのような形態を採用してもよい。また、オフ燃料ガス経路７５及びオフ酸化剤ガス経路７６の少なくとも一方に、水蒸気の凝縮を促進する凝縮器を設ける形態を採用してもよい。凝縮器としては、例えば、熱交換器を使用することができる。
　また、燃料電池１０１には、燃料電池１０１を冷却するための冷却水が流れる冷却水循環経路７１が設けられている。冷却水循環経路７１には、冷却水タンク１０２及び第１循環器１０５が設けられている。第１循環器１０５としては、冷却水循環経路７１内の水を送出することができればどのような態様であってもよく、例えば、ポンプを使用することができる。
　冷却水タンク１０２には、水循環経路７２を介して、回収水タンク１０４が接続されている。水循環経路７２は、冷却水タンク１０２から回収水タンク１０４に冷却水を送出するための第１水経路７２Ａと、回収水タンク１０４から冷却水タンク１０２に回収水を送出するための第２水経路７２Ｂと、を有している。水循環経路７２には、第２循環器１０８が設けられている。第２循環器１０８は、回収水タンク１０４と冷却水タンク１０２との間で水を循環させるように構成されている。第２循環器１０８としては、例えば、ポンプを用いてもよく、ポンプと水循環経路７２内の水の通流を許可／遮断する開閉弁を用いてもよい。
　一方、水循環経路７２の回収水タンク１０４から冷却水タンク１０２へ向かう経路（第２水経路７２Ｂ）には、水浄化装置１０９が設けられている。水浄化装置１０９としては、水を浄化することができれば、どのような形態であってもよい。本実施の形態１においては、イオン交換樹脂が充填された筐体で構成されていて、水に含まれる不純物（主に、イオン）をイオン交換樹脂に吸着させて、浄化する。なお、水浄化装置１０９としては、活性炭フィルタ及び／又は逆浸透膜が設けられた筐体で構成されていてもよい。
　回収水タンク１０４には、温度検知器１１１が設けられている。具体的には、温度検知器１１１は、回収水タンク１０４における第１水経路７２Ａが接続される第１接続口１０４Ｂより、第２水経路７２Ｂが接続される第２接続口１０４Ｃに近い位置に配設されている。温度検知器１１１は、回収水タンク１０４内の回収水の温度を検知して、制御器１１０に検知した温度を出力するように構成されている。温度検知器１１１としては、例えば、サーミスタ等を使用することができる。
　第１接続口１０４Ｂと第２接続口１０４Ｃは、離間するように設けられていて、ここでは、第１接続口１０４Ｂは回収水タンク１０４の下部に設けられていて、第２接続口１０４Ｃは回収水タンク１０４の上部に設けられている。これにより、第１水経路７２Ａから回収水タンク１０４に供給された高温の冷却水が、すぐに回収水タンク１０４から第２水経路７２Ｂに送出されることが抑制される。このため、回収水タンク１０４内の温度が均一になりやすくなる。また、温度検知器１１１は、回収水タンク１０４の平均温度に近い温度を検知することができる。
　なお、本実施の形態１においては、温度検知器１１１は、回収水タンク１０４内に設ける構成としたが、これに限定されない。温度検知器１１１は、水浄化装置１０９内に設けてもよく、また、水循環経路７２（正確には、第２水経路７２Ｂ）の回収水タンク１０４と水浄化装置１０９との間の経路に設けてもよい。
　制御器１１０は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御器１１０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部と、時計部と、を備えている。そして、制御器１１０は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、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１００に関する各種の制御を行う。
　なお、制御器１１０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、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で構成される形態であっても構わない。また、制御器１１０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
　［燃料電池システムの動作］
　次に、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の発電運転時の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の諸動作は、制御器１１０が燃料電池システム１００の各機器を制御することにより行われる。
　燃料ガス供給器１０６が作動して、燃料電池１０１のアノード１１Ａに燃料ガスを供給する。また、酸化剤ガス供給器１０７が作動して、燃料電池１０１のカソード１１Ｂに酸化剤ガスを供給する。燃料電池１０１では、アノード１１Ａに供給された燃料ガスとカソード１１Ｂに供給された酸化剤ガスが電気化学的に反応して、水が生成されるとともに、電気と熱が発生する。
　発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部の電力負荷に供給される。また、発生した熱は、冷却水循環経路７１を通流する冷却水により回収されて、燃料電池１０１が冷却される。さらに、未使用の反応ガス中の水蒸気や生成された水は、回収水タンク１０４に回収される。なお、燃料電池１０１が、高分子電解質形燃料電池である場合、燃料電池１０１内は、７０℃程度の温度を保って使用されるのが、一般的である。このため、冷却水タンク１０２内の冷却水の温度も７０℃程度の温度となる。
　ところで、上述したように、オフ燃料ガス経路７５又はオフ酸化剤ガス経路７６の大気開放口や回収水タンク１０４の排水経路（図示せず）の出口等から菌が侵入する場合がある。そして、侵入した菌が、回収水タンク１０４や水循環経路７２等で増殖すると、水循環経路７２が流路閉塞又は流路狭窄等が発生することで、水の供給機能や浄化機能に障害が生じるおそれがある。
　しかしながら、実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、制御器１１０が、循環運転を実行することにより、菌の増殖を抑制している。具体的には、制御器１１０は、温度検知器１１１が、菌を殺菌することができる温度である第１温度より低い温度を検知すると、第２循環器１０８を作動させる。
　第２循環器１０８が作動することにより、回収水タンク１０４内の回収水が、第２水経路７２Ｂを通流して、冷却水タンク１０２に供給される。冷却水タンク１０２に供給された回収水は、冷却水タンク１０２内で、高温（例えば、７０℃程度）の冷却水と混合されて、加熱される（冷却水と熱交換する）。そして、冷却水タンク１０２内の冷却水が増加して、冷却水タンク１０２内の冷却水の水位が、所定の水位以上になると、オーバーフローして、第１水経路７２Ａから回収水タンク１０４に供給される。回収水タンク１０４に供給された冷却水は、回収水タンク１０４内で、回収水と混合され、回収水を加熱する（回収水と熱交換する）。
　このように、制御器１１０は、温度検知器１１１が検知する回収水の温度が、第１温度以上になるように、第２循環器１０８を作動させる。これにより、回収水タンク１０４や水循環経路７２等内における菌を加熱殺菌して、菌の増殖を抑制することができる。
　また、制御器１１０は、温度検知器１１１が検知する回収水の温度が、水浄化装置１０９を構成するイオン交換樹脂が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上になると、第２循環器１０８の作動を禁止する（第２循環器１０８の作動を停止させる）。これにより、回収水タンク１０４や水循環経路７２等内での菌の増殖を抑制することができるとともに、水浄化装置１０９の熱劣化を抑制することができる。
　ここで、第１温度は、増殖抑制の対象となる菌の種類によって適宜設定することができ、例えば、４０℃以上、かつ、４５℃より低い温度に設定してもよい。また、第２温度は、水浄化装置に用いられるイオン交換樹脂の種類によって、適宜設定することができ、例えば、４５℃以上、かつ、５０℃以下に設定してもよい。
　また、第２循環器１０８を動作させる周期（第１所定時間）及び第２循環器１０８を動作させる時間の長さ（第２所定時間）は、回収水を加熱殺菌することで、水循環経路７２内での流路閉塞又は流路狭窄等により水の供給機能や水浄化装置１０９の浄化機能に障害が生じない程度の菌量に低減できる時間に適宜設定することができる。第１所定時間は、例えば、１日以上、かつ、７日以下に設定し、第２所定時間は、３０分以上、かつ、１８０分以下に設定してもよい。
　さらに、第１温度と第２所定時間は、対象とする菌のＤ値とＺ値（Ｄ値を１／１０又は１０倍に変化させるのに要する加熱温度差）を基に算出することができる。なお、対象とする菌は、１種類に限定されることはなく、複数の種類の菌を対象としてもよい。この場合、最も殺菌の条件が厳しい菌のＤ値とＺ値を基に第２所定時間を算出してもよく、これらの菌におけるＤ値とＺ値の平均値で算出してもよい。
　より詳しくは、回収水タンク１０４内の回収水の温度が高いほど殺菌効果は大きいということを考慮して、冷却水タンク１０２及び回収水タンク１０４内の温度等の燃料電池システム１００の構成や運転条件に基づき、第１温度と第２所定時間を設定することができる。特に、水浄化装置１０９として、陰イオン交換樹脂を使用する場合には、その耐熱温度が低いため、第１温度、第２所定時間、及び第２循環器１０８の操作量を設定することが好ましい。
　なお、制御器１１０は、循環運転を実行していない場合であっても、温度検知器１１１が検知する温度が、第２温度以上である場合には、第２循環器１０８の作動を禁止するように構成されている。これにより、水浄化装置１０９の熱劣化を抑制することができる。
　また、制御器１１０は、循環運転を燃料電池１０１の発電運転中に行ってもよく、燃料電池システム１００の運転停止中に行ってもよい。また、制御器１１０は、燃料電池１０１の温度低下を抑制し、燃料電池１０１を安定して発電させる観点から、燃料電池システム１００の運転停止中に循環運転を実行するように構成されていることが好ましい。この場合、制御器１１０は、燃料電池１０１の発電中、かつ、循環運転をしていない場合より、燃料電池システムの１００停止中、かつ、循環運転をしている場合の方が、第２循環器１０８の操作量を大きくさせるように制御してもよい。
　このように構成された、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、第２循環器１０８を作動させることにより、高温の冷却水を回収水タンク１３に供給する。このため、回収水が昇温されて、回収水が菌の殺菌温度である第１温度以上に加熱され、回収水中に含まれる菌の増殖を抑制することができる。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、回収水の温度が、水浄化装置１０９を熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上になると、第２循環器１０８の作動を禁止する。これにより、回収水が過熱されることを抑制することができ、第２循環器１０８の熱劣化を抑制することができる。このため、水浄化装置１０９の長寿命化を図ることで、水浄化装置１０９のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができる。
　［変形例１］
　次に、本実施の形態１に係る燃料電池システムの変形例１について説明する。
　本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムは、温度検出手段が、第１温度より低く、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下の温度を検知すると、制御器が、循環運転を実行しないように構成されている態様を例示するものである。
　本実施の形態１における変形例１の燃料電池システム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ため、その構成の説明は省略する。
　ところで、菌は、所定の温度領域において増殖するものであり、所定の温度領域よりも高い温度にさらされると、死滅する。一方、所定の温度領域よりも低い温度にさらされると、その増殖が抑制される。したがって、水循環経路７２や回収水タンク１０４内の温度が、第１温度より低い温度であって、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下である場合には、水循環経路７２等内では、菌が充分に増殖しない。
　このため、本変形例１の燃料電池システム１００においては、制御器１１０が、温度検出手段１１１が、第１温度より低く、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下の温度を検知すると、循環運転を実行しないように構成されている。ここで、第３温度は、増殖抑制の対象となる菌の種類によって適宜設定することができ、例えば、３０℃に設定されていてもよい。なお、本変形例１においては、第３温度として、３０℃を設定したが、当該温度は例示である。第３温度は、例えば、菌として、１固体の大きさが大きいカビ（例えば、ネオサルトリア　シュードフィシェリ（Ｎｅｏｓａｒｔｏｒｙａ　ｐｅｕｄｏｆｉｓｃｈｅｒｉ）の増殖を抑制することを主目的とする場合、２５℃に設定してもよく、また、２０℃に設定してもよい。
　このように構成された、本変形例１の燃料電池システム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。また、本変形例１の燃料電池システム１００では、水循環経路７２や回収水タンク１０４内の水温を必要なとき以外に、上昇させないように構成されているため、エネルギー効率の低下を抑制することができ、省エネルギー化を図ることができる。
　［変形例２］
　次に、本実施の形態１に係る燃料電池システムの変形例２について説明する。
　本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムは、水循環経路の水浄化装置よりも下流側の経路と熱媒体循環経路とを跨ぐように設けられた第１熱交換器をさらに備える態様を例示するものである。
　図２は、本変形例２の燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
　図２に示すように、本変形例２の燃料電池システム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、第１熱交換器１１２をさらに備える点が異なる。具体的には、第１熱交換器１１２は、水循環経路７２の水浄化装置１０９よりも下流側の経路と冷却水循環経路７１とを跨ぐように設けられている。第１熱交換器１１２は、冷却水循環経路７１内の冷却水と、水循環経路７２内の回収水と、が、熱交換可能なように構成されていれば、どのような構成であってもよい。第１熱交換器１１２としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
　また、本変形例２の燃料電池システム１００では、水循環経路７２には、その途中（水浄化装置１０９よりも下流側の経路）に、冷却水タンク１０２が接続されていない点も、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と異なる。
　このように構成された本変形例２の燃料電池システム１００では、循環運転を実行しているときに、水循環経路７２を通流する回収水が、第１熱交換器１１２で、冷却水と熱交換して加熱される。このため、回収水が昇温されて、回収水が菌の殺菌温度である第１温度以上に加熱され、回収水中に含まれる菌の増殖を抑制することができる。
　なお、制御器１１０は、温度検知器１１１が第１温度より低い温度を検知して、循環運転を実行するとき（第２循環器１０８を作動させるとき）に、第１循環器１０５を作動させてもよい。これにより、第１熱交換器１１２での、回収水と冷却水との熱交換をより促進することができる。
　また、本変形例２においては、熱媒体として、水（冷却水）を用いたが、これに限定されず、例えば、エチレングリーコール含有液等の不凍液を用いてもよい。
　（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムは、熱媒体を加熱する加熱器をさらに備え、制御器が、循環運転を実行する場合には、加熱器を作動させる態様を例示するものである。
　また、本実施の形態２に係る燃料電池システムでは、加熱器は、熱媒体タンクに設けられた電気ヒータであってもよい。
　［燃料電池システムの構成］
　図３は、実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
　図３に示すように、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、加熱器１０３が冷却水タンク１０２内に設けられている点が異なる。加熱器１０３は、冷却水タンク１０２内の冷却水を加熱することができれば、どのような構成であってもよい。加熱器１０３としては、例えば、電気ヒータで構成されていてもよい。そして、制御器１１０は、循環運転を実行するときには、加熱器１０３を作動するように構成されている。
　ところで、例えば、燃料電池システム１００が、その運転停止処理が終了して、待機状態（次に、起動指令が入力されると、燃料電池システム１００の起動を開始することができる状態）になっている場合に、冷却水タンク１０２内の冷却水の水温が、低くなっている場合がある。
　しかしながら、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、制御器１１０が、循環運転を実行するときに、加熱器１０３を作動させる。このため、冷却水タンク１０２内の冷却水が低温である場合であっても、加熱器１０３により冷却水が加熱されるため、高温の冷却水を回収水タンク１３に供給することができる。これにより、回収水が昇温されて、回収水が菌の殺菌温度である第１温度以上に加熱され、回収水中に含まれる菌の増殖を抑制することができる。
　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。また、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、制御器１１０が、循環運転を実行するときに、加熱器１０３を作動するため、より確実に、回収水を第１温度以上に加熱することができ、菌の増殖を抑制することができる。
　なお、実施の形態２においては、加熱器１０３を冷却水タンク１０２内に配置する形態を採用したが、これに限定されない。加熱器１０３は、冷却水を加熱することができれば、冷却水循環経路７１（冷却水タンク１０２を含む）内に配置してもよく、また、冷却水循環経路７１（冷却水タンク１０２を含む）外に配置してもよい。
　また、制御器１１０は、燃料電池システム１００で余剰電力が発生し、かつ、温度検知器１１１が第１温度より低い温度を検知したときに、加熱器１０３に余剰電力を供給して、循環運転を実行してもよい。
　さらに、制御器１１０は、制御器１１０が、循環運転を実行して、第２温度以上の温度を検知すると、第２循環器１０８を停止させるとともに、加熱器１０３を停止させるように構成されていることは、言うまでもない。
　［変形例１］
　次に、本実施の形態２に係る燃料電池システムの変形例１について、説明する。
　本実施の形態２における変形例１の燃料電池システムは、制御器が、循環運転を実行しているときに、温度検知器が第１温度以上の温度を検知しない場合には、加熱器を作動させる態様を例示するものである。
　本変形例１の燃料電池システム１００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ため、その構成の説明は省略する。
　本変形例１の燃料電池システム１００では、制御器１１０は、循環運転を実行しているときに、温度検知器１１１が第１温度以上の温度を検知しない場合には、加熱器１０３を作動させるように構成されている。すなわち、制御器１１０は、冷却水の温度が低く、回収水を第１温度以上に加熱できない場合にのみ、加熱器１０３を作動させるように構成されている。
　このように構成された、本変形例１の燃料電池システム１００であっても、実施の形態２に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。また、本変形例１の燃料電池システム１００では、より的確なタイミングで回収水を加熱することができ、エネルギー効率の低下を抑制することができ、省エネルギー性を向上させることができる。
　（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、熱媒体と熱交換する貯湯水を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクに接続され、貯湯水が循環する貯湯循環経路と、熱媒体循環経路と貯湯循環経路とを跨ぐように設けられた第２熱交換器と、貯湯循環経路に設けられ、貯湯水を循環させる第３循環器と、を備え、制御器は、循環運転を実行するときに、温度検知器が検知する温度が、第１温度以上、かつ、第２温度より低くなるように、第１～第３循環器を制御する態様を例示するものである。
　［燃料電池システムの構成］
　図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
　図４に示すように、本実施の形態３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、貯湯循環経路７７と、第２熱交換器１１３と、貯湯タンク１１４と、第３循環器１１５と、がさらに設けられている点が異なる。具体的には、第２熱交換器１１３は、水循環経路７２と貯湯循環経路７７とを跨ぐように設けられている。第２熱交換器１１３は、冷却水循環経路７１内の冷却水と、貯湯循環経路７７内の貯湯水と、が、熱交換可能なように構成されていれば、どのような構成であってもよい。第２熱交換器１１３としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
　貯湯タンク１１４には、貯湯循環経路７７が接続されている。より詳細には、貯湯タンク１１４の下部に、貯湯循環経路７７の上流端が接続されていて、その上部に、貯湯循環経路７７の下流端が接続されている。また、貯湯循環経路７７には、第３循環器１１５が設けられている。第３循環器１１５としては、貯湯循環経路７７内の貯湯水（水）を送出することができればどのような態様であってもよく、例えば、ポンプを使用することができる。
　これにより、貯湯タンク１１４の下部に存在する貯湯水は、第３循環器１１５が作動することにより、貯湯循環経路７７に供給される。そして、貯湯循環経路７７に供給された貯湯水は、貯湯循環経路７７を通流する間に、第２熱交換器１１３で、冷却水循環経路７１を通流する冷却水と熱交換して、貯湯タンク１１４の上部に供給される。
　そして、制御器１１０は、循環運転を実行するときに、温度検知器１１１が検知する温度が、第１温度以上、かつ、第２温度より低くなるように、第１循環器１０５、第２循環器１０８、及び第３循環器１１５を制御する。具体的には、例えば、冷却水タンク１０２及び回収水タンク１０４の水温が低く、貯湯タンク１１４の水温が高い場合、制御器１１０は、第３循環器１１５の操作量を増加させて、第２熱交換器１１３での冷却水と貯湯水との間の熱交換を促進させて、冷却水を加熱させる。また、例えば、冷却水タンク１０２及び回収水タンク１０４の水温が高く、貯湯タンク１１４の水温が低い場合、制御器１１０は、第３循環器１１５の操作量を増加させて、第２熱交換器１１３での冷却水と貯湯水との間の熱交換を促進させて、貯湯水を加熱させる。
　このように構成された、本実施の形態３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４）
　本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムは、熱媒体タンク内の水位を検知する水位検知器をさらに備え、水位検知器は、熱媒体タンクに形成され、熱媒体を回収水循環経路に排出するための排出口より低い水位である第１水位及び該第１水位より低い水位である第２水位を検知するように構成され、制御器は、循環運転を実行しない場合には、水位検知器が第２水位以下の水位を検知すると、水位検知器が第１水位を検知するまで第２循環器を動作させ、水位検知器が第１水位以上の水位を検知すると第２循環器を停止させ、循環運転を実行している場合には、水位検知器が第１水位以下の水位を検知しても、温度検知器が検知する温度が第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、第２循環器を動作させる態様を例示するものである。
　［燃料電池システムの構成］
　図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
　図５に示すように、本実施の形態４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、冷却水タンク１０２内に水位検知器１１６が設けられている点が異なる。水位検知器１１６は、冷却水タンク１０２内の水位を検知して、検知した冷却水タンク１０２の水位を制御器１１０に出力することができれば、どのような態様であってもよい。水位検知器１１６としては、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。水位検知器１１６は、冷却水を水循環経路７２（正確には、第１水経路７２Ａ）に排出するための冷却水タンク１０２の排出口１０２Ａより低い水位である第１水位及び該第１水位より低い第２水位を検知するように構成されている。
　そして、制御器１１０は、循環運転を実行しない場合には、水位検知器１１６が第２水位以下の水位を検知すると、水位検知器１１６が第１水位を検知するまで第２循環器１０８を動作させる。
　このように制御する理由は、下記の通りである。すなわち、冷却水タンク１０２内の水の一部が、例えば、燃料ガス供給器１０６を構成する機器の１つである水素生成器に供給され、水素生成器において行われる炭化水素系ガスの改質反応に用いられる等、燃料電池システム１００を構成する機器に供給されて、使用される。そして、冷却水タンク１０２内の水は、水素生成器等の機器に供給されると、燃料電池１０１が発電するにつれて減少する。このため、制御器１１０は、水位検知器１１６が第２水位を検知した場合は、第２循環器１０８を動作させて、回収水タンク１０４内の水を冷却水タンク１０２に送るように制御して、水素生成器等の機器に送る水を確保する。なお、第２水位は、水素生成器等に水を送出することができる充分な水量を確保できる水位であり、冷却水タンク１０２の容量等によって、適宜設定することができる。
　一方、制御器１１０は、水位検知器１１６が排出口１０２Ａより低い水位である第１水位を検知すると、第２循環器１０８を停止させる。これは、第２循環器１０８を動作させ続けることにより、冷却水タンク１０２内の水位が第１水位を超えて排出口１０２Ａに達し、冷却水タンク１０２内の水が回収水タンク１０４に送られることを防止するためである。
　このように制御する理由を、以下により詳細に説明する。燃料電池１０１が発電している場合は、冷却水タンク１０２内の水は燃料電池１０１の熱を吸収して温度が高くなっているので、冷却水タンク１０２から少量の水が回収水タンク１０４に送られると、回収水タンク１０４内の水の温度が、菌が発生しやすい温度になるおそれがある。一方、冷却水タンク１０２から大量の水が回収水タンク１０４に送られると、その分回収水タンク１０４から比較的冷たい水が冷却水タンク１０２に送られるので、冷却水タンク１０２の水が低下する。冷却水タンク１０２の温度が下がると、燃料電池１０１の温度も下がり、発電が不安定になるおそれがある。また、冷却水タンク１０２内の水と、図４に示す貯湯タンク１１４内の水と熱交換して、貯湯タンク１１４にお湯をためるような場合には、冷却水タンク１０２内の水の温度が下がると、利用できるお湯の量が少なくなり、燃料電池システム１００の効率が下がるおそれがある。このため、制御器１１０は、水位検知器１１６が第１水位を検知すると、第２循環器１０８を停止させて、回収水タンク１０４内での菌の発生等が生じないようにしている。なお、第１水位は、第２水位よりも高く、冷却水タンク１０２の排出口１０２Ａよりも低ければ、任意に設定することができる。
　また、制御器１１０は、循環運転を実行している場合には、水位検知器１１６が、第１水位を検知しても、温度検知器１１１が検知する温度が、第１温度以上、かつ、第２温度より低くなるように、第２循環器１０８を動作させる。
　すなわち、制御器１１０は、循環運転を実行しない場合には、水位検知器１１６からの検知信号に基づいて、第２循環器１０８を制御し、循環運転を実行する場合には、温度検知器１１１からの検知信号に基づいて、制御する。
　このように構成された、本実施の形態４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。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム１００では、循環運転を実行しない場合には、水位検知器１１６が第１水位以上の水位を検知すると、第２循環器１０８を停止させることにより、例えば、循環運転を実行しない発電中において、冷却水タンク１０２内の高温の水が回収水タンク１０４に送られなくなるので、回収水タンク１０４内の水温が菌の発生しやすい温度になることを抑制することができる。
　なお、水位検知器１１６が第１水位と第２水位の両方を検知できる構成について説明したが、一つの水位だけを検知して、その水位を検知した場合に、制御器１１０は、排出口１０２Ａから水が排出されないような水量を回収水タンク１０４から冷却水タンク１０２に送るように第２循環器１０８を制御してもよい。また、水位検知器１１６が、フロート式水位センサ等のように、一つの水位しか検知できない場合には、水位を検知することができる幅を利用して、第１水位と第２水位とを定めてもよい。
　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。したがって、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形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
　本発明の燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、水浄化装置の長寿命化を図ることで、水浄化装置のメンテナンス頻度を従来の燃料電池システムよりも抑制することができるため、燃料電池の分野で有用である。
　１１Ａ　アノード
　１１Ｂ　カソード
　７１　冷却水循環経路（熱媒体循環経路）
　７２　水循環経路
　７２Ａ　第１水経路
　７２Ｂ　第２水経路
　７３　燃料ガス供給路
　７４　酸化剤ガス供給路
　７５　オフ燃料ガス経路
　７６　オフ酸化剤ガス経路
　７７　貯湯循環経路
　１００　燃料電池システム
　１０１　燃料電池
　１０２　冷却水タンク（熱媒体タンク）
　１０２Ａ　排出口
　１０３　加熱器
　１０４　回収水タンク
　１０４Ｂ　第１接続口
　１０４Ｃ　第２接続口
　１０５　第１循環器
　１０６　燃料ガス供給器
　１０７　酸化剤ガス供給器
　１０８　第２循環器
　１０９　水浄化装置
　１１０　制御器
　１１１　温度検知器
　１１２　第１熱交換器
　１１３　第２熱交換器
　１１４　貯湯タンク
　１１５　第３循環器
　１１６　水位検知器
 

Claims (16)

  1. 　燃料電池を有する燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、
    　前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、
    　前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、
    　前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、
    　前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、
    　前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、
    　前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、
    　前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、
    　制御器と、を備え、
    　前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、
    　前記制御器は、菌を殺菌することができる第１温度より低い温度を前記温度検知器が検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上となるように、前記第２循環器を動作させる循環運転を実行し、
    　前記第１温度よりも高く、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を前記温度検知器が検知すると、前記第２循環器の動作を禁止するように構成されている、燃料電池システム。
  2. 　前記水循環経路の前記水浄化装置よりも下流側の経路に前記熱媒体タンクが接続されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記水循環経路の前記水浄化装置よりも下流側の経路と前記熱媒体循環経路とを跨ぐように設けられた第１熱交換器をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記熱媒体を加熱する加熱器をさらに備え、
    　前記制御器は、前記循環運転を実行する場合には、前記加熱器を作動させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記熱媒体を加熱する加熱器をさらに備え、
    　前記制御器は、前記循環運転を実行しているときに、前記温度検知器が前記第１温度以上の温度を検知しない場合には、前記加熱器を作動させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記加熱器は、前記熱媒体タンクに設けられた電気ヒータである、請求項４又は５に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記熱媒体と熱交換する貯湯水を貯える貯湯タンクと、
    　前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯水が循環する貯湯循環経路と、
    　前記熱媒体循環経路と前記貯湯循環経路とを跨ぐように設けられた第２熱交換器と、
    　前記貯湯循環経路に設けられ、前記貯湯水を循環させる第３循環器と、を備え、
    　前記制御器は、前記循環運転を実行するときに、前記温度検知器が検知する温度が、前記第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、前記第１～第３循環器を制御する、請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記熱媒体タンク内の水位を検知する水位検知器をさらに備え、
    　前記水位検知器は、前記熱媒体タンクに形成され、前記熱媒体を前記回収水循環経路に排出するための排出口より低い水位である第１水位及び前記第１水位より低い水位である第２水位を検知するように構成され、
    　前記制御器は、前記循環運転を実行しない場合には、前記水位検知器が前記第２水位以下の水位を検知すると、前記水位検知器が前記第１水位を検知するまで前記第２循環器を動作させ、前記水位検知器が前記第１水位以上の水位を検知すると前記第２循環器を停止させ、
    　前記循環運転を実行している場合には、前記水位検知器が前記第１水位以下の水位を検知しても、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上、かつ、前記第２温度より低くなるように、前記第２循環器を動作させる、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
  9. 　前記制御器は、前記燃料電池システムの停止中に、前記循環運転を行うように構成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. 　前記制御器は、前記燃料電池の発電中、かつ、前記循環運転をしていない場合より、前記燃料電池システムの停止中、かつ、前記循環運転をしている場合の方が、前記第２循環器の操作量を大きくさせるように制御する、請求項１～９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  11. 　前記水循環経路は、前記熱媒体タンクから前記回収水タンクに前記熱媒体を送るための第１水経路と、前記回収水タンクから前記熱媒体タンクに前記水を送るための第２水経路と、を有しており、
    　前記温度検知器は、前記回収水タンクにおける前記第１水経路が接続される第１接続口より、前記第２水経路が接続される第２接続口に近い位置に配設されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
  12. 　前記制御器は、前記循環運転を第１所定時間毎に第２所定時間実行するように構成されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  13. 　前記第１所定時間は、１日以上、かつ、７日以下に設定され、
    　前記第２所定時間は、３０分以上、かつ、１８０分以下に設定されている、請求項１２に記載の燃料電池システム。
  14. 　前記制御器は、前記温度検出手段が、前記第１温度より低く、かつ、菌の増殖を抑制することができる温度である第３温度以下の温度を検知すると、前記循環運転を実行しないように構成されている、請求項１～１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  15. 　前記第１温度は、４０℃以上、かつ、４５℃より低く設定され、
    　前記第２温度は、４５℃以上、かつ、５０℃以下に設定されている、請求項１～１４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  16. 　燃料電池を有する燃料電池システムの運転方法であって、
    　前記燃料電池システムは、
    　前記燃料電池の排熱を回収するための熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、
    　前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を貯える熱媒体タンクと、
    　前記熱媒体循環経路に設けられ、前記熱媒体を循環させる第１循環器と、
    　前記燃料電池システムで生じる排ガスから回収される水を貯える回収水タンクと、
    　前記回収水タンクに接続され、前記水が循環する水循環経路と、
    　前記水循環経路に設けられ、前記水を循環させる第２循環器と、
    　前記水循環経路に設けられ、前記水を浄化する水浄化装置と、
    　前記回収水タンク、前記水浄化装置、及び前記回収水タンクと前記水浄化装置の間の前記水循環経路のいずれか１つに設けられ、前記水の温度を検知する温度検知器と、を備え、
    　前記熱媒体循環経路と前記水循環経路は、前記熱媒体と前記水が熱交換可能なように構成されていて、
    　前記温度検知器が、菌を殺菌することができる温度である第１温度より低い温度を検知すると、前記温度検知器が検知する温度が前記第１温度以上となるように、前記第２循環器を動作させ、
    　前記温度検知器が、前記第１温度よりも高く、かつ、前記水浄化装置が熱劣化する温度よりも低い温度である第２温度以上の温度を検知すると、前記第２循環器の動作を禁止する、燃料電池システムの運転方法。
     
     
     
     
     
     
     
     
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