燃料電池システム
【課題】エア逃がし弁における周辺が汚れることを抑制させる燃料電池システムが提供される。
【解決手段】システムは、燃料電池１を有する発電系１８と、発電系１８から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路７５と、発電系１８の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系４Ａと、貯湯槽７７と、循環通路７８と、水循環源７９と、循環通路７８に残留するエアを含み得る水を吐出させるエア逃がし弁９と、排気ガス通路７５を流れる排気ガスと循環通路７８を流れる水とを熱交換させる熱交換器７６と、エア逃がし弁９から排出されるエアを含み得る水を排気ガス通路７５および改質水貯留系４Ａのうちの少なくとも一方に逃がすエア逃がし操作を行う逃がし通路９６とを有する。
【解決手段】システムは、燃料電池１を有する発電系１８と、発電系１８から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路７５と、発電系１８の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系４Ａと、貯湯槽７７と、循環通路７８と、水循環源７９と、循環通路７８に残留するエアを含み得る水を吐出させるエア逃がし弁９と、排気ガス通路７５を流れる排気ガスと循環通路７８を流れる水とを熱交換させる熱交換器７６と、エア逃がし弁９から排出されるエアを含み得る水を排気ガス通路７５および改質水貯留系４Ａのうちの少なくとも一方に逃がすエア逃がし操作を行う逃がし通路９６とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯槽から導出されている循環通路を流れる水に含まれているエアを水と共に循環通路の外部に吐出させるエア逃がし弁を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、エア逃がし弁をもつ燃料電池システムを開示する。この燃料電池システムは、アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池をもつ発電系と、発電系において発生した高温の排気ガスを発電系から外部に排出させるための排気ガス通路と、燃料電池の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、温水を貯留する貯湯槽と、貯湯槽の外部において貯湯槽の吐水口と入水口とを繋ぐ循環通路と、貯湯槽の貯湯室の水を循環通路を介して循環させる循環ポンプと、排気ガス通路を流れる高温の排気ガスと循環通路を流れる低温の水とを熱交換させる熱交換器とを備える。
【０００３】
このものによれば、循環通路には、循環通路に残留するエアを含む水を吐出させるためのエア逃がし口をもつエア逃がし弁が設けられている。この場合、循環通路に残留するエアを循環通路のエア逃がし弁から吐出させることができるため、循環通路にエアが残留するときであっても、エアはエア逃がし弁から吐出されて除去される。なお、循環通路に多量のエアが残留する場合には、熱交換器の熱交換機能が低下するおそれがある。具体的には、循環通路におけるエアの存在により、水の通過抵抗が増加し、循環通路における水の循環性が影響されるおそれがある。更には、排気ガス通路を流れる高温の排気ガスと、循環通路を流れる低温の水とを熱交換させる熱交換効率が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６-２２８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記した燃料電池システムによれば、循環通路に残留するエアを水と共に循環通路のエア逃がし弁から吐出させることができるものの、その水はエア逃がし弁の周辺に廃棄されるため、エア逃がし弁の周辺が汚れるおそれがある。この場合、他の部品も汚れ、耐久性および寿命が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、循環通路に残留するエアを逃がしエア逃がし操作において、エア逃がし弁から吐出されるエア逃がし水によりエア逃がし弁における周辺が汚れることを抑制させる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の様相１に係る燃料電池システムは、（i）アノード流体およびカソード流体が供給されて発電するための燃料電池をもつ発電系と、(ii)発電系から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路と、(iii)発電系の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、(iv)温水を貯留する貯湯室と貯湯室に連通する吐水口および入水口をもつ貯湯槽と、(v)貯湯槽の外部において貯湯槽の吐水口と入水口とを繋ぐ循環通路と、(vi)循環通路に設けられ貯湯槽の貯湯室の水を循環通路を介して循環させる水循環源と、(vii)循環通路に設けられ循環通路に残留するエアを含み得るエア逃がし水を吐出させるためのエア逃がし口をもつエア逃がし弁と、(viii)排気ガス通路および循環通路に接続され排気ガス通路を流れる排気ガスと循環通路を流れると共に前記排気ガス通路の排気ガスよりも相対的に低温の水とを熱交換させる熱交換器と、（ix）排気ガス通路および改質水貯留系のうちの少なくとも一方とエア逃がし弁のエア逃がし口とを接続させ、エア逃がし弁のエア逃がし口から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を少なくとも一方に逃がすエア逃がし操作を行う配管で形成された逃がし通路とを具備する。
【０００８】
本様相によれば、逃がし通路は配管を構成しており、排気ガス通路および改質水貯留系のうちの少なくとも一方とエア逃がし弁のエア逃がし口とを接続させている。このため、エア逃がし操作が行われると、エア逃がし弁のエア逃がし口から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を、排気ガス通路および改質水貯留系のうちの少なくとも一方に、逃がし通路を介して逃がす。このため燃料電池システムにおいて、エア逃がし弁の周辺にエア逃がし水が飛散して汚れることが抑制される。
【０００９】
ここで、排気ガス通路および改質水貯留系は、エアおよび水の双方の排出を許容する部位であり、少なくとも一部を大気に開放させている。改質水貯留系は、改質水を溜める水タンク、および、凝縮水を精製させて浄化させる浄水部のうちの少なくとも一つを有することができる。
【００１０】
（２）本発明の様相２に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、改質水貯留系は水を精製させる第１水精製材を有しており、エア逃がし水が逃がされる前記一方は改質水貯留系であり、エア逃がし弁のエア逃がし口から排出されるエア逃がし水を、逃がし通路を介して移送させて第１水精製材で精製させ、改質水として利用する。
【００１１】
本様相によれば、エア逃がし水が改質水貯留系に移送されるため、エア逃がし水を第１水精製材で精製させて改質水貯留系の改質水（改質用の水）として利用できる。この場合、改質水貯留系は、エア逃がし水を精製して浄化できる第１水精製材を有する。第１水精製材はイオン交換樹脂を例示できる。
【００１２】
（３）本発明の様相３に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、排気ガス通路は、排気ガスを外気に放出させるガス出口に連通しており、エア逃がし水が逃がされる一方は排気ガス通路であり、エア逃がし水は排気ガス通路のガス出口から外気に放出される。本様相によれば、エア逃がし操作においてエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水（循環通路の水）は、排気ガス通路に移送され、ガス出口から外気に放出される。エア逃がし水の純水度が低いときであっても、システムに影響を与えずに対処できる。
【００１３】
（４）本発明の様相４に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、貯湯槽の貯湯室に給水するための給水弁が設けられ、エア逃がし弁および水循環源を制御させる制御部が設けられており、施工者、ユーザ等により給水弁を開放させて貯湯槽の貯湯室に水を供給させる給水操作が実行され、給水操作の実行中または給水操作の終了後に、貯湯室に水を供給させた状態において、制御部は、水循環源を駆動させて貯湯室の水を吐水口から吐出させて入水口に帰還させることにより貯湯室の水を循環通路を介して循環させる循環操作と、循環操作の少なくとも一時期においてエア逃がし弁を開放させることによりエア逃がし操作と、を実行する。
【００１４】
本様相によれば、給水弁を開放させて貯湯槽の貯湯室に水を供給させる給水操作の実行中または給水操作の終了後に、制御部は、貯湯室に水を供給させた状態において水循環源を駆動させて貯湯室の水を吐水口から吐出させて入水口に帰還させることにより、貯湯室の水を循環通路を介して循環させる循環操作を実行する。制御部は、循環操作の少なくとも一時期において、エア逃がし弁を開放させることにより、循環通路に対して水エア逃がし操作を実行する。この場合、水エア逃がし操作によりエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水を、排気ガス通路または改質水貯留系に逃がす。本様相によれば、貯湯槽への給水と併せてエア逃がし操作を行い得る。
【００１５】
（５）本発明の様相５に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、エア逃がし操作においてエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水は、改質水貯留系に移送されて改質ユニットの水張りを行い、制御部は、改質水貯留系に貯留される水の水位が規定水位以上のとき、エア逃がし操作を終了すると共に改質水貯留系における水張りを終了する。水エア逃がし操作によりエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水を、改質水貯留系に逃がして移送させても改質水貯留系の水張りを行うことができる。この場合、改質水貯留系に貯留される水の水位が規定水位以上のとき、改質水貯留系における水張り動作が終了される。このように本様相によれば、循環通路のエア逃がし操作と改質水貯留系における水張り動作とが併行されて実施されるため、時間が節約される。
【００１６】
（６）本発明の様相６に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、逃がし通路は、逃がし通路を流れる水を精製させる第２水精製材を有しており、改質水貯留系に接続されている。エア逃がし弁から逃がし通路を流れるエア逃がし水は、逃がし通路に設けられた第２水精製材により精製されて浄化され、浄化された状態で改質水貯留系に移送される。このため、改質水貯留系の汚れが抑制される。第２水精製材はイオン交換樹脂等を例示できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明に係る燃料電池システムによれば、循環通路に残留するエアを逃がすエア逃がし操作において、エア逃がし弁から吐出されるエア逃がし水によりエア逃がし弁における周辺が汚れることを抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図２】実施形態１に係り、制御部の入力および出力の関係を示すブロック図である。
【図３】実施形態３に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図４】実施形態４に係り、制御部が実行するフローチャートである。
【図５】実施形態５に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図６】実施形態６に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図７】実施形態７に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図８】実施形態８に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図９】実施形態９に係り、燃料電池システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
エア逃がし弁は、改質水貯留系の上方に設けられていることが好ましい。重力を利用して、エア逃がし水をエア逃がし弁から改質水貯留系に流下させ得るためである。但し、水循環源によりエア逃がし水をエア逃がし弁から改質水貯留系に移送させ得るときには、エア逃がし弁は、改質水貯留系の下方に設けられていても良い。貯湯槽への水張り時において、エア逃がし操作を行い得る。改質水貯留系への水張り時に併せてエア逃がし操作を行い得る。水張りとは、規定水位まで水を供給させることをいう。
【００２０】
以下、本発明の各実施形態について説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１および図２は実施形態１の概念を示す。図１に示すように、燃料電池システムは発電モジュール１８（発電系）を有する。発電モジュール１８は、燃料電池１と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて原料ガス（例えば都市ガス）を改質させて水素を主要成分（例えば３０モル％以上）として含むアノードガス（アノード流体）を形成する改質部３とを有する。更に、燃料電池システムは、蒸発部２に供給される液相状の水を精製させて貯留する改質水貯留系４Ａと、これらを収容する筐体として機能するケース５とを有する。燃料電池１は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、例えば、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池に適用できる。
【００２２】
改質部３は、一般的には、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。改質部３および蒸発部２は改質器２Ａを構成しており、燃料電池１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８（発電系）が形成される。発電運転時には、改質器２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において加熱される。発電運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。燃焼部１０５は改質部３および蒸発部２を加熱させる。燃料通路６は、都市ガス配管等の燃料源６３からの燃料を改質器２Ａに供給させるものであり、遮断弁６９、脱硫器６２、燃料ポンプ６０および流量センサ６４をもつ。配置順は特に限定されない。燃料電池１のカソード１１には、カソードガス（空気、カソード流体）をカソード１１に供給させるためのカソードガス通路７０が繋がれている。カソードガス通路７０には、カソードガス搬送用のガス搬送源として機能するカソードポンプ７１、流量センサ７２が設けられている。
【００２３】
図１に示すように、ケース５は、外気に連通する吸気口５０と、排気ガスを外気に放出させるための排気口５１と、吸気口５０付近（外気）の温度を検知する温度センサ５７とをもつ。温度センサ５７は必要に応じて設ければ良い。ケース５には、改質部３で改質される液相状の水を溜める改質水貯留系４Ａが配置されている。改質水貯留系４Ａは、第１水精製材４３ａを有する浄水部４３と、浄水部４３で浄化された水を改質水として溜める水タンク４とを備えている。浄水部４３と水タンク４とは水通路４５で繋がれている。水タンク４の水位を検知するための水位センサ４ｓが、水タンク４に設けられている。
【００２４】
図１に示すように、重力を利用して凝縮水を流すように、水タンク４および浄水部４３を有する改質水貯留系４Ａは、発電モジュール１８（発電系）の下側に位置するように配置されている。水タンク４内の水を排出させる排水路４０ｋおよび排水バルブ４０ｍが改質水貯留系４Ａの一部として水タンク４に設けられている。水タンク４からオーバーフローした水は、オーバーフロー通路４７を介して図略の排水部に排出される。更に、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が設けられている。加熱部４０は、水タンク４に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。加熱部４０は必要に応じて搭載できる。なお、水タンク４内の余剰の水量は、オーバーフロー通路４７を介して排出されるため、発電運転時において基本的にはほぼ同一となるようにされていることが好ましい。
【００２５】
図１に示すように、水タンク４の吐出口４ｐと蒸発部２の入口ポートとを連通させる給水通路８が、配管としてケース５内に設けられている。図１に示すように、ケース５内において、水タンク４は蒸発部２の下側に配置されている。給水通路８は、水タンク４内に溜められている水を水タンク４の吐出口４ｐから蒸発部２の入口ポートに向けて蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８には、水タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水搬送源として改質水ポンプ８０が設けられている。なお改質水ポンプ８０は水タンク４の吐出口４ｐにおいて水タンク４と一体的に設けられていても良い。給水通路８において、改質水ポンプ８０の下流で且つ蒸発部２の上流において水センサ８７が設けられている。水センサ８７は給水通路８において蒸発部２の入口ポートの直前に配置されていることが好ましい。
【００２６】
図２に示すように、制御部１００は、入力処理回路１００ａ、出力処理回路１００ｂ、タイマー計測機能をもつＣＰＵ１００ｃ、メモリ１００ｍとを有する。制御部１００は、改質水ポンプ８０、カソードポンプ７１、燃料ポンプ６０、遮断弁６９、エア逃がし弁９を制御することができる。図２に示すように、水センサ８７、温度センサ５７、水張り開始スイッチ１３０、タンク４の水位センサ４ｓの検知信号が制御部１００にそれぞれ入力される。水張り開始スイッチ１３０は、貯湯槽７７または改質水貯留系４Ａへの水張りを開始させる指令を出力するために、操作盤等に設けられている。
【００２７】
本実施形態によれば、図１に示すように、貯湯槽７７はケース５の外部に設けられており、槽ケース７７ｄ内に収容されている。貯湯槽７７に、水道水等の水を供給させるための補充通路７７ｋおよび給水弁７７ｖが設けられている。貯湯槽７７から循環通路７８がケース５の内部に向けて導出されている。循環通路７８は、貯湯槽７７の下部の吐水口７７ｐから熱交換器７６に向かう往路７８ａと、熱交換器７６から貯湯槽７７の上部の入水口７７ｉに向かう復路７８ｃとを有する。往路７８ａに循環ポンプ７９（水循環源）が設けられている。
【００２８】
復路７８ｃには、エア逃がし口９０をもつエア逃がし弁９（逃がし弁）が設けられている。エア逃がし弁９は、電磁弁等のアクチュエータで開閉される弁が好ましいが、手動式の弁でも良い。エア逃がし弁９は、ケース５内において復路７８ｃのうちのできるだけ上部に設けられていることが好ましい。循環通路７８においてエアは上側に移行する傾向があるためである。但し、必要に応じて、エア逃がし弁９は往路７８ａに設けることにしても良い。図１に示すように、エア逃がし弁９はケース５内において、熱交換器７６と入水口７７ｉとの間に設けられている。ケース５内において、逃がし通路９６の配管の一端部９６ｅは、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０に接続されている。ケース５内において、逃がし通路９６の配管の他端部９６ｆは、排気ガス通路７５のうち熱交換器７６よりも下流の部位に接続されている。
【００２９】
排気ガス通路７５は、ケース５内において、発電モジュール１８の出口１８ｐからケース５に設けられたガス出口７５ｐに向けて導出されている。排気ガスはガス出口７５ｐからケース５の外気に放出される。排気ガス通路７５は分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に繋がれている。分岐部７５ｍはエア逃がし弁９からの配管が接続される９６ｆよりも下方に位置することが好ましい。それは、エア逃がし水を重力を利用して分岐部７５ｍに移送させるためである。排気ガス通路７５を流れる高温の排気ガスは、熱交換器７６で冷却されるため、排気ガスに含まれる水蒸気は凝縮されて凝縮水を生成させる。生成された凝縮水は、凝縮水通路４２を介して重力により浄水部４３に至る。浄水部４３に至った凝縮水は第１水精製材４３ａにより生成されて純水として浄化される。
【００３０】
システムを起動させるときには、制御部１００は、発電モードに先だって暖機モードを実行する。暖機モードでは、制御部１００は、遮断弁６９を開放させた状態で、燃料ポンプ６０を駆動させて原料ガスを燃料通路６を介して発電モジュール１８の蒸発部２、改質部３および燃料電池１を介して燃焼部１０５に供給させる。制御部１００はカソードポンプ７１も駆動させ、カソードガス通路７０を介して空気（カソードガス、カソード流体）を発電モジュール１８のカソード１１を介して燃焼部１０５に供給させる。図略の着火部が着火すると、燃焼部１０５において原料ガスが空気により燃焼する。燃焼部１０５における燃焼熱により、改質部３、蒸発部２および燃料電池１が加熱される。さらに改質部３および蒸発部２が所定温度以上となると、改質水ポンプ８０を駆動し改質部３での改質反応を開始し、改質ガスとカソードガスが燃焼部１０５で燃焼され、燃料電池１を加熱する。改質部３、蒸発部２および燃料電池１が所定の温度域に加熱されると、制御部１００は暖機モードを終了させ、発電モードに移行させる。
【００３１】
制御部１００は改質水ポンプ８０を駆動させると、水タンク４内の液相状の改質水は、水タンク４の吐出口４ｐから給水通路８を搬送され、水センサ８７を介して蒸発部２に供給される。改質水は、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は、燃料通路６から供給される燃料（ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い）と共に改質部３に移動する。改質部３において原料ガスは、水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス、アノード流体）となる（吸熱反応）。アノードガスはアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソードポンプ７１が駆動してカソードガス（酸素含有ガス、ケース５内の空気、カソード流体）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。
【００３２】
暖機モードおよび発電モードにおいて、発電モジュール１８で発生した高温の排気ガスは、排気ガス通路７５を介してケース５の外方に排気される。排気ガス通路７５の途中には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。図１に示すように、貯湯槽７７に繋がる循環通路７８および循環ポンプ７９（水循環源）が設けられている。循環通路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の低温の水は、循環ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の下側に設けられている吐水口７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６に至り、熱交換器７６で排気ガスにより加熱される。熱交換器７６で加熱された水は、復路７８ｃを介して入水口７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水が循環するため、温水となる。前記した高温の排気ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で冷却されるため、凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水通路４２を介して重力により浄水部４３に流下される。従って、浄水部４３および水タンク４は発電モジュール１８の下側に位置する。
【００３３】
浄水部４３はイオン交換樹脂等の水精製剤４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。即ち、凝縮水は精製させて浄化されて純水化される。不純物が除去された水は浄水部４３から水通路４５を通過し、水タンク４に移動し、水タンク４に改質水（改質水用の水）として溜められる。ここで、改質水ポンプ８０が駆動すると、水タンク４内の改質水は給水通路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において燃料を改質させる改質反応として消費される。ここで、発電運転において、蒸発部２に供給させる単位時間あたりの改質水は、改質反応におけるＳ／Ｃ値の適正範囲に基づいて決定されることが好ましい。Ｓ／Ｃ値は、水蒸気改質において水蒸気（steam）と、炭素成分を含む原料ガスである原料ガス（carbon）とのモル比の比率を意味する。水蒸気改質の一般的は式（１）とされている。
（１）…ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋[（ｍ／２）＋ｎ]Ｈ２
ｎ＝１、ｍ＝４の場合には、メタンを水蒸気改質させる。上記式において、Ｓ／Ｃ値＝ｎＨ２Ｏ／ＣｎＨｍ＝２ｎ／ｎ＝２が基準となる。発電モジュール１８の保護性を考慮すると、一般的には、Ｓ／Ｃ値は２．５〜３．０が好ましい範囲とされている。但しこれに限定されるものではない。
【００３４】
本実施形態に係る燃料電池システムによれば、発電運転中においては、発電モジュール１８の出口１８ｐから排気ガス通路７５に排出される排気ガスは高温であり、改質器２Ａで発生した水蒸気を含む。このように水蒸気を含む高温の排気ガスは、熱交換器７６で冷却されるため、水蒸気は冷却されて凝縮水となり、凝縮水通路４２を経て浄水部４３に重力により流下する。ここで、熱交換器７６で生成される凝縮水の単位時間あたりの流量をＷ１とし、水タンク４から蒸発部２に移行して水蒸気として消費される改質水の単位時間あたりの流量をＷ２とするとき、Ｗ１≧Ｗ２の関係となる。このため、発電運転中において、本実施形態に係る燃料電池システムは、基本的には、外部から水を改質水貯留系４Ａに補給せずとも良い水自立システムである。但し、燃料電池システムを設置場所に新しく設置するとき、長あるいは、期間使用時には改質水貯留系４Ａの水タンク４および浄水部４３に水を新しく補給することが好ましい。
【００３５】
本実施形態によれば、逃がし通路９６はパイプ状の配管で形成されている。図１に示すように、逃がし通路９６の一端部９６ｅは、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０に接続されている。逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５の中間部７５ｘに接続されている。中間部７５ｘは排気ガス通路７５のうちガス出口７５ｐと熱交換器７６との間に位置する。このため、エア逃がし弁９を開放させてエア逃がし操作が行われるとき、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を、逃がし通路９６を介して排気ガス通路７５の中間部７５ｘに逃がす。このため燃料電池システムにおいて、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００３６】
エア逃がし水に含まれる液相状の水は、排気ガス通路７５の中間部７５ｘから重力により分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に至り、更に重力により浄水部４３に移送され、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、水通路４５を介して水タンク４に向けて改質水として浄水部４３の水圧（大気圧及び水頭差）により移送される。従って、排気ガス通路７５において、中間部７５ｘと分岐部７５ｍとの間の通路部分７５ｈは、重力を利用して流水できるように、中間部７５ｘから分岐部７５ｍに向けて下降するように傾斜していることが好ましい。
【００３７】
本実施形態によれば、上記したようにエア逃がし水は、改質器２Ａに供給される改質水として使用できる。このようにエア逃がし操作においてエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から吐出された水は、改質水として再利用される。この場合、ランニングコストの低減化に有利である。従って、改質水貯留系４Ａはエア逃がし弁９からの合流点７５ｘよりも下方に位置することが好ましい。エア逃がし弁９からのエア逃がし水を重力を利用して改質水貯留系４Ａに移送させるためである。
【００３８】
エア逃がし水に含まれていた気相状のエアは、排気ガス通路７５をガス出口７５ｐに向けて流れ、ガス出口７５ｐからケース５の外部に放出される。あるいは、水と共に分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に至り、更に浄水部４３に移送されても良い。浄水部４３は大気連通口４３ｗを介してケース５内の大気に連通されているため、ケース５内に放出される。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００４０】
また本実施形態によれば、燃料電池システムが設置場所に新しく設置されるとき、あるいは、長期放置後で貯湯槽７７の水が抜かれているときには、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒが空状態である。このため貯湯槽７７の貯湯室７７ｒの水張りが行われる。貯湯槽７７の水張り時において、循環通路７８の水にエアが残留するおそれがある。循環通路７８の水に残留するエアを逃がさないと、熱交換器７６において、排気ガス通路７５を流れる高温の排気ガスの熱が循環通路７８の水に効率よく熱交換されないおそれがある。この場合、熱交換器７６が過熱され、過熱に起因して熱交換器７６が故障したりする。更に、残留するエアの影響で、循環通路７８において単位時間あたりの水搬送量が少なくなるおそれがある。
【００４１】
そこで本実施形態によれば、循環通路７８のエアを流すエア逃がし操作を貯湯槽７７の水張り時において行う。即ち、貯湯槽７７の水張りにおいて、給水弁７７ｖを開放させて貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに補充通路７７ｋから水を供給させる給水操作が行われる。給水操作により貯湯室７７ｒの水量が次第に増加する。給水操作の実行中または給水操作の終了後において、貯湯室７７ｒに規定量以上の水が供給されている状態で、制御部１００は、循環ポンプ７９（水循環源）を規定回転数（ｒｐｍ）で駆動させ、貯湯室７７ｒの水を吐水口７７ｐから吐出させて循環通路７８を通過させて入水口７７ｉに帰還させることにより、貯湯室７７ｒの水を循環通路７８を介して複数回にわたり循環させる循環操作を行う。このような循環操作の少なくとも一時期において、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれる。この結果、貯湯室７７ｒまたは循環通路７８に残留するエアは、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して排気ガス通路７５に排出される。
【００４２】
更に、前述した実施形態のように、排気ガス通路７５に排出されたエア逃がし水に含まれる液相状の水は、分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に至り、更に重力により浄水部４３に移送され、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、水通路４５を介して水タンク４に移送される。従って、エア逃がし操作が経過するにつれて、改質水貯留系４Ａを構成する浄水部４３および水タンク４の水位が次第に上昇する。水タンク４の水位センサ４ｓが水タンク４の規定水位（ほぼ満水状態）を検知したら、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０が閉鎖される。
【００４３】
上記したように本実施形態によれば、エア逃がし操作においてエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から吐出されたエア逃がし水は、改質水貯留系４Ａに貯留されて改質水として再利用される。このように循環通路７８に残留するエアを逃がしエア逃がし操作と併せて、改質水貯留系４Ａを構成する浄水部４３および水タンク４の水張り操作も同様に行い得る。これにより燃料電池システムの施工時間の短縮、施工操作性の向上を図り得る。
【００４４】
（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。但し、エア逃がし弁９はケース５内に設けられているものの、手動で開閉される手動弁とされている。施工業者やメンテナンス者などがケース５の扉５ｒを開放させてエア逃がし弁９を手動で操作することができる。
【００４５】
（実施形態４）
図４は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏するため、図１および図２を準用する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。エア逃がし弁９は、制御部１００からの指令で開閉する電磁弁とされている。
【００４６】
本実施形態によれば、燃料電池システムが設置場所に設置されるとき、あるいは、長期放置後で貯湯槽７７の水が抜かれているときには、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒが空状態である。このため貯湯槽７７の貯湯室７７ｒの水張りが行われる。水張りは次のように行うことができる。施工者、ユーザ等により給水弁７７ｖを開放させて貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに補充通路７７ｋを介して新しい水（水道水等の原水）を供給させる給水操作が行われる。制御部１００は、（i）給水操作の実行中または給水操作の終了後に、貯湯室７７ｒに水が供給されている状態において、循環ポンプ７９（水循環源）を回転駆動させて、貯湯室７７ｒの水を吐水口７７ｐから循環通路７８に吐出させて入水口７７ｉに帰還させることにより、貯湯室７７ｒの水を循環通路７８を介して複数回循環させる循環操作と、（ii）循環操作の少なくとも一時期において、エア逃がし弁９を開放させるエア逃がし操作と、を実行する。この結果、エア逃がし弁９から吐出されたエア逃がし水は、前述したように浄水部４３を介して水タンク４に移送され、水タンク４の水位を上昇させる。水タンク４の水位が規定水位以上になれば、制御部１００はエア逃がし弁９を閉鎖させてエア逃がし操作を終了させることが好ましい。水タンク４の水位が規定水位以上になることは、エア逃がし弁９が開放している時間を、タイマー機能を有する制御部１００が計測すること、あるいは、水タンク４の水位センサ４ｓの検知信号に基づいて検知することができる。上記したように本実施形態によれば、循環通路７８のエア逃がし操作と、改質水貯留系４Ａの水張り操作とを併行させて行うことができ、施工業者などが行う操作を簡素化できる。
【００４７】
本実施形態によれば、前述したように、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに供給されている水（例えば水道水等の原水）を循環通路７８および逃がし通路９６を介して浄水部４３に移送させ、浄水部４３の第１水精製材４３ａで精製させることができる。そして、第１水精製材４３ａで精製させた水を改質水として水タンク４に供給させて改質水貯留系４Ａの水張りを行う。このため、施工、メンテナンス等にあたり、施工業者、メンテナンス者等は、改質水貯留系４Ａに補給するための重量物でもある純水を貯蔵させた純水タンクを設置場所やメンテナンス場所に逐一持ち運ばなくても良い利点が得られる。
【００４８】
図４は実施形態４に係る制御則の一例を示す。制御則は図４に限定されるものではない。図４に示すように、施工者、ユーザ等が給水弁７７ｖを開放させて、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに水（例えば水道水）を供給させる給水操作が行われる（ステップＳ２）。
【００４９】
ここで、貯湯室７７ｒの水位が所定水位になったか否かは、給水弁７７ｖを開放している時間、あるいは、貯湯室７７ｒに水位センサが搭載されているときには、水位センサの検知信号に基づいて判定される（ステップＳ４）。また、貯湯槽内の圧力を検出する圧力スウィッチ等で水道水圧がかかったことを検知しても良い。
【００５０】
このように貯湯室７７ｒに水が供給されている状態において、制御部１００は循環ポンプ７９（水循環源）をオンさせて（ステップＳ６）、貯湯室７７ｒの水を吐水口７７ｐから吐出させて入水口７７ｉに帰還させることにより、貯湯室７７ｒの水を循環通路７８を介して循環させる循環操作を行う。循環通路７８の水に残留するエアの状態の安定化を図る等のため、制御部１００は、循環ポンプ７９の開始後において規定時間待機する（ステップＳ８）。その後、制御部１００は、エア逃がし弁９を開放させてエア逃がし操作を実行する（ステップＳ１０）。水タンク４の水位が規定水位未満であれば（ステップＳ１２のＮＯ）、制御部１００はエア逃がし操作を継続させる。水タンク４の水位が規定水位（例えば、ほぼ満水状態）以上になれば（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御部１００は循環ポンプ７９をオフさせ（ステップＳ１４）、エア逃がし弁９を閉鎖させて（ステップＳ１６）、エア逃がし操作を終了させる。ここで、水タンク４の水位が所定水位になったか否かは、エア逃がし弁９を開放している時間、あるいは、水タンク４に水位センサ４ｓが搭載されているときには、水位センサ４ｓの検知信号に基づいて判定される。上記したように、給水操作が行われれば、エア逃がし操作と併せて、貯湯槽７７の水張り、改質水貯留系４Ａの水張りの双方をほぼ同時時期に行い得る。この場合、システムの設置時間の短縮、メンテナンス時間の短縮、メンテナンスコストの低減に有利である。なお、給水弁７７ｖを開放させつつ、エア逃がし操作を実行させても良い。また給水操作（給水弁７７ｖの開弁）を制御部１００が実行するようにしても良い。この場合、例えば水張り開始スイッチが操作されれば、エア逃がし操作と併せて、貯湯槽７７の水張り、改質水貯留系４Ａの水張りの双方をほぼ同時時期に自動的に行い得る。給水弁７７ｖの閉鎖は、施工者、ユーザ等または制御部１００が行えば良い。
【００５１】
（実施形態５）
図５は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００５２】
本実施形態によれば、図５に示すように、逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５ではなく、浄水部４３、特に浄水部４３の上部に直接的に接続されている。エア逃がし弁９を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれると、循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して浄水部４３に直接的に排出される。エア逃がし水は、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、更に、水通路４５を介して水タンク４に移送され、改質器２Ａに供給される改質水として使用される。このようにエア逃がし操作においてエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から吐出されたエア逃がし水は、改質水として再利用される。
【００５３】
（実施形態６）
図６は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図６に示すように、逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５ではなく、浄水部４３、特に浄水部４３の上部に直接的に接続されている。エア逃がし弁９を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれると、循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して浄水部４３に直接的に排出される。エア逃がし水は、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、水通路４５を介して水タンク４に移送され、改質器２Ａに供給される改質水として使用される。図６に示すように、逃がし通路９６には、逃がし通路９６を流れるエア逃がし水を精製させて浄化させるための第２水精製材９７を有する副浄水部９７ｓが設けられている。第２水精製材９７はエア逃がし水を精製させるため、使用されるのは施工時等の限られた場合のみのため、水精製材４３ａよりも使用量を減少させることが可能である。また、水精製材４３ａが後段にあるため、精製仕様を低下させることも可能である。
【００５４】
貯湯槽７７の貯湯室７７ｒ内の水は、補充通路７７ｋから補充されるものであり、純水に比較すると、純度が低下している。従って、循環通路７８を流れる水、エア逃がし弁９６のエア逃がし口９０から吐出されて逃がし通路９６を流れるエア逃がし水も純度が低下しているおそれがある。そこで、逃がし通路９６を流れるエア逃がし水が第２水精製材９７で精製されて浄化された後、その水は、浄水部４３および水タンク４に移送される。この場合、水タンク４の上流に位置する浄水部４３の第１水精製材４３ａの汚れが抑制される。図６から理解できるように、副浄水部９７ｓが熱交換器７６に、特に、熱交換器７６のうち循環通路７８の反対側に取り付けられており、副浄水部９７ｓの取付性の確保に有利である。
【００５５】
（実施形態７）
図７は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。すなわち、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００５６】
本実施形態によれば、図７に示すように、逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５ではなく、浄水部４３ではなく、水タンク４、特に水タンク４の上部に直接的に接続されている。逃がし通路９６を流れるエア逃がし水を精製させて浄化させるイオン交換樹脂等で形成された第２水精製材９７をもつ副浄水部９７ｓが逃がし通路９６に設けられている。エア逃がし弁９を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれると、循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を流れ、第２水精製材９７で浄化された後に、水タンク４に直接的に排出される。このようにエア逃がし水は、第２水精製材９７で浄化されて純水化され、改質器２Ａに供給される改質水として使用される。このように逃がし通路９６を流れるエア逃がし水を精製させて浄化させる第２水精製材９７をもつ副浄水部９７ｓが、逃がし通路９６に設けられている。このため浄水部４３の第１水精製材４３ａの使用量の増加を抑制させることができる。また、水タンクにエア逃がし水を供給することで、エア逃がし水が水精製器４３に急激に流入することによる水精製材４３ａの巻上げ等を抑制することができる。なお、本作業後の運転において、凝縮水が水精製器４３に溜まり４５を通じ水タンクに回収できる容量分以上の容量を改質水タンク４が有することが望ましい。それにより、本構成においても、水タンク４が水枯れとなる前に回収した凝縮水で水自立運転が可能となる。
【００５７】
（実施形態８）
図８は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図８に示すように、水タンク４の底部には、水タンク４内の水を空にするための排水バルブ４０ｍおよび排水路４０ｋが、改質水貯留系４Ａの構成要素の一部として設けられている。逃がし通路９６の他端部９６ｆは、排水路４０ｋのうち排水バルブ４０ｍよりも下流に接続されている。循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を流れ、排水路４０ｋから直接的に排出される。この場合、エア逃がし水が浄化部４３の第１水精製材４３ａと接触しないため、第１水精製材４３ａの汚れが抑制され、第１水精製材４３ａの長寿命化に有利である。
【００５８】
（実施形態９）
図９は実施形態９を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図９に示すように、水タンク４のオーバーフロー水を流出させるオーバーフロー通路４７が改質水貯留系４Ａの構成要素の一部として水タンク４の上部に形成されている。逃がし通路９６の他端部９６ｆはオーバーフロー通路４７に接続されている。具体的には、他端部９６ｆは、オーバーフロー通路４７のうち水タンク４からオーバーフローする部位４７ｒよりも低い位置に接続されている。これにより逃がし通路９６の他端部９６ｆから吐出されるエア逃がし水は、水タンク４側に逆流しないようにされている。この場合、エア逃がし水が浄化部４３の第１水精製材４３ａと接触しないため、第１水精製材４３ａの汚れが抑制され、第１水精製材４３ａの長寿命化に有利である。
【００５９】
（実施形態１０）
本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏するため、図１および図２を準用できる。発電運転では、循環ポンプ７９が回転して、貯湯槽７７の水を循環通路７８を介して循環させ、発電モジュール１８から排出された排気ガスの排熱を熱交換７６において循環通路７８の温水として回収する。発電運転中において、循環ポンプ７９について、単位時間あたりの指示回転数に対して、単位時間あたりの実回転数が過剰に増加する場合には、循環通路７８にエアが残留しており、循環ポンプ７９のポンプ負荷が過剰に軽減されていることが予測される。そこで、制御部１００は、循環ポンプ７９について、単位時間あたりの指示回転数Ｎsetに対して、単位時間あたりの実回転数Ｎrealが回転数ΔＮ以上過剰に増加する場合には、制御部１００は、循環通路７８にエアが残留していると推定し、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０を規定時間ΔＴset開放させ、循環通路７８を流れる水をエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して逃がす。あるいは、循環ポンプ７９について、単位時間あたりの実回転数Ｎrealが単位時間あたりの指示回転数Ｎsetに接近または同一となるまで、制御部１００はエア逃がし弁９のエア逃がし口９０を開放させ、循環通路７８を流れる水をエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して逃がす。実回転数Ｎrealは、循環ポンプ７９に設けた回転数センサにより検知できる。接近とは、Ｎreal／Ｎsetが例えば１．３〜１．０の範囲内が好ましい。なお、エアの残留を検出する手段として、熱交換器７５の温度、もしくは配管７８ｃ内の水温を用いて所定温度に戻るまで上記制御をしても良い。エアが残留した場合、熱交換器７５内部等において、水が流れない部分が発生するため、熱交換器や湯温が高温となることを検出するものである。
【００６０】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実行できる。燃料電池は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に限定されず、場合によっては、固体高分子形燃料電池でも良いし、リン酸形燃料電池でも良く、アルカリ水溶液形燃料電池でも良く、他のタイプの燃料電池でも良い。エア逃がし弁９は、ケース５内において復路７８ｃに設けられているが、往路７８ａに設けることにしても良い。またエア逃がし弁９は、循環通路７８の経路内の上下方向の上部等、エアが溜まりやすい部位に設けることが望ましい。加熱部４０は水タンク４に設けられているが、廃止されていても良い。燃料としては、都市ガスに限定されず、プロパンガス、ブタンガス、バイオガス、メタノール、ガソリン、灯油等を例示できる。逃がし通路９６の他端部９６ｆは凝縮水通路４２に接続させても良い。改質水貯留系４Ａでは、第１水精製材４３ａを有する浄水部４３が上流に、水タンク４が下流に設けられているが、これに限らず、水タンク４が上流で、浄水部４３が下流に設けられていても良い。各本実施形態においても、循環通路７８のエア逃がし操作と、改質水貯留系４Ａの水張り操作とを併行させて行うことができる。すなわち、各実施形態においても、前述したように、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに供給されている水を循環通路７８、逃がし通路９６を介して浄水部４３に移送させ、浄水部４３の第１水精製材４３ａで精製させることにしても良い。この場合、精製させた水を改質水として水タンク４に供給させて改質水貯留系４Ａの水張りを行うことができる。この場合、施工業者、メンテナンス者等は、改質水貯留系４Ａに補給たるための純水を貯蔵させた純水タンクを設置場所やメンテナンス場所に逐一持ち運ばなくても良い利点が得られる。前述したように、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに供給されている水（例えば水道水等の原水）を循環通路７８および逃がし通路９６を介して浄水部４３に移送させ、浄水部４３の第１水精製材４３ａで精製させる。この場合、浄水部４３を複数に分割し、水精製性能を増加させることができる。なお、流量センサ６４、７２は必要に応じて設ければ良い。
【００６１】
本明細書から次の技術的思想が把握される。
［付記項１］アノード流体およびカソード流体が供給されて発電するための燃料電池をもつ発電系と、前記発電系から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路と、前記発電系の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、温水を貯留する貯湯室と前記貯湯室に連通する吐水口および入水口をもつ貯湯槽と、前記貯湯槽の外部において前記貯湯槽の前記吐水口と前記入水口とを繋ぐ循環通路と、前記循環通路に設けられ前記貯湯槽の前記貯湯室の水を前記循環通路を介して循環させる水循環源と、前記循環通路に設けられ前記循環通路に存在する水を吐出させるための逃がし口をもつ逃がし弁と、前記排気ガス通路および前記循環通路に接続され前記排気ガス通路を流れる排気ガスと前記循環通路を流れると共に前記排気ガス通路の排気ガスよりも相対的に低温の水とを熱交換させる熱交換器と、前記改質水貯留系と前記逃がし弁の前記逃がし口とを直接的または他の通路を介して間接的に接続させ、前記逃がし弁の前記逃がし口から排出される水を前記改質水貯留系に逃がす逃がし操作を行う逃がし通路とを具備する燃料電池システム。循環通路を流れる水を逃がし弁から逃がし通路を介して改質水貯留系に供給させ、改質水貯留系における水位を高めることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１は燃料電池、１０はアノード、１０５は燃焼部、１１はカソード、１８は発電モジュール（発電系）、１９は断熱壁、２Ａは改質器、２は蒸発部、３は改質部、４Ａは改質水貯留系、４は水タンク、４３は浄水部、４３ａは第１水精製材、５はケース、６は燃料通路、６０は燃料ポンプ、６２は脱硫器、７０はカソードガス通路、７１はカソードポンプ、７３はアノードガス通路、７５は排気ガス通路、７５ｐはガス出口、７７は貯湯槽、７７ｋは補充通路、７７ｖは給水弁、７８ａは往路、７８ｃは復路、７９は循環ポンプ（水循環源）、８は給水通路、８０は改質水ポンプ、８７は水センサ、９はエア逃がし弁、９０はエア逃がし口、９６は逃がし通路、９６ｅは一端部、９６ｆは他端部、９７は第２水精製材、９７ｓは副浄水部、１００は制御部を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯槽から導出されている循環通路を流れる水に含まれているエアを水と共に循環通路の外部に吐出させるエア逃がし弁を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、エア逃がし弁をもつ燃料電池システムを開示する。この燃料電池システムは、アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池をもつ発電系と、発電系において発生した高温の排気ガスを発電系から外部に排出させるための排気ガス通路と、燃料電池の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、温水を貯留する貯湯槽と、貯湯槽の外部において貯湯槽の吐水口と入水口とを繋ぐ循環通路と、貯湯槽の貯湯室の水を循環通路を介して循環させる循環ポンプと、排気ガス通路を流れる高温の排気ガスと循環通路を流れる低温の水とを熱交換させる熱交換器とを備える。
【０００３】
このものによれば、循環通路には、循環通路に残留するエアを含む水を吐出させるためのエア逃がし口をもつエア逃がし弁が設けられている。この場合、循環通路に残留するエアを循環通路のエア逃がし弁から吐出させることができるため、循環通路にエアが残留するときであっても、エアはエア逃がし弁から吐出されて除去される。なお、循環通路に多量のエアが残留する場合には、熱交換器の熱交換機能が低下するおそれがある。具体的には、循環通路におけるエアの存在により、水の通過抵抗が増加し、循環通路における水の循環性が影響されるおそれがある。更には、排気ガス通路を流れる高温の排気ガスと、循環通路を流れる低温の水とを熱交換させる熱交換効率が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６-２２８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記した燃料電池システムによれば、循環通路に残留するエアを水と共に循環通路のエア逃がし弁から吐出させることができるものの、その水はエア逃がし弁の周辺に廃棄されるため、エア逃がし弁の周辺が汚れるおそれがある。この場合、他の部品も汚れ、耐久性および寿命が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、循環通路に残留するエアを逃がしエア逃がし操作において、エア逃がし弁から吐出されるエア逃がし水によりエア逃がし弁における周辺が汚れることを抑制させる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の様相１に係る燃料電池システムは、（i）アノード流体およびカソード流体が供給されて発電するための燃料電池をもつ発電系と、(ii)発電系から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路と、(iii)発電系の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、(iv)温水を貯留する貯湯室と貯湯室に連通する吐水口および入水口をもつ貯湯槽と、(v)貯湯槽の外部において貯湯槽の吐水口と入水口とを繋ぐ循環通路と、(vi)循環通路に設けられ貯湯槽の貯湯室の水を循環通路を介して循環させる水循環源と、(vii)循環通路に設けられ循環通路に残留するエアを含み得るエア逃がし水を吐出させるためのエア逃がし口をもつエア逃がし弁と、(viii)排気ガス通路および循環通路に接続され排気ガス通路を流れる排気ガスと循環通路を流れると共に前記排気ガス通路の排気ガスよりも相対的に低温の水とを熱交換させる熱交換器と、（ix）排気ガス通路および改質水貯留系のうちの少なくとも一方とエア逃がし弁のエア逃がし口とを接続させ、エア逃がし弁のエア逃がし口から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を少なくとも一方に逃がすエア逃がし操作を行う配管で形成された逃がし通路とを具備する。
【０００８】
本様相によれば、逃がし通路は配管を構成しており、排気ガス通路および改質水貯留系のうちの少なくとも一方とエア逃がし弁のエア逃がし口とを接続させている。このため、エア逃がし操作が行われると、エア逃がし弁のエア逃がし口から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を、排気ガス通路および改質水貯留系のうちの少なくとも一方に、逃がし通路を介して逃がす。このため燃料電池システムにおいて、エア逃がし弁の周辺にエア逃がし水が飛散して汚れることが抑制される。
【０００９】
ここで、排気ガス通路および改質水貯留系は、エアおよび水の双方の排出を許容する部位であり、少なくとも一部を大気に開放させている。改質水貯留系は、改質水を溜める水タンク、および、凝縮水を精製させて浄化させる浄水部のうちの少なくとも一つを有することができる。
【００１０】
（２）本発明の様相２に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、改質水貯留系は水を精製させる第１水精製材を有しており、エア逃がし水が逃がされる前記一方は改質水貯留系であり、エア逃がし弁のエア逃がし口から排出されるエア逃がし水を、逃がし通路を介して移送させて第１水精製材で精製させ、改質水として利用する。
【００１１】
本様相によれば、エア逃がし水が改質水貯留系に移送されるため、エア逃がし水を第１水精製材で精製させて改質水貯留系の改質水（改質用の水）として利用できる。この場合、改質水貯留系は、エア逃がし水を精製して浄化できる第１水精製材を有する。第１水精製材はイオン交換樹脂を例示できる。
【００１２】
（３）本発明の様相３に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、排気ガス通路は、排気ガスを外気に放出させるガス出口に連通しており、エア逃がし水が逃がされる一方は排気ガス通路であり、エア逃がし水は排気ガス通路のガス出口から外気に放出される。本様相によれば、エア逃がし操作においてエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水（循環通路の水）は、排気ガス通路に移送され、ガス出口から外気に放出される。エア逃がし水の純水度が低いときであっても、システムに影響を与えずに対処できる。
【００１３】
（４）本発明の様相４に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、貯湯槽の貯湯室に給水するための給水弁が設けられ、エア逃がし弁および水循環源を制御させる制御部が設けられており、施工者、ユーザ等により給水弁を開放させて貯湯槽の貯湯室に水を供給させる給水操作が実行され、給水操作の実行中または給水操作の終了後に、貯湯室に水を供給させた状態において、制御部は、水循環源を駆動させて貯湯室の水を吐水口から吐出させて入水口に帰還させることにより貯湯室の水を循環通路を介して循環させる循環操作と、循環操作の少なくとも一時期においてエア逃がし弁を開放させることによりエア逃がし操作と、を実行する。
【００１４】
本様相によれば、給水弁を開放させて貯湯槽の貯湯室に水を供給させる給水操作の実行中または給水操作の終了後に、制御部は、貯湯室に水を供給させた状態において水循環源を駆動させて貯湯室の水を吐水口から吐出させて入水口に帰還させることにより、貯湯室の水を循環通路を介して循環させる循環操作を実行する。制御部は、循環操作の少なくとも一時期において、エア逃がし弁を開放させることにより、循環通路に対して水エア逃がし操作を実行する。この場合、水エア逃がし操作によりエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水を、排気ガス通路または改質水貯留系に逃がす。本様相によれば、貯湯槽への給水と併せてエア逃がし操作を行い得る。
【００１５】
（５）本発明の様相５に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、エア逃がし操作においてエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水は、改質水貯留系に移送されて改質ユニットの水張りを行い、制御部は、改質水貯留系に貯留される水の水位が規定水位以上のとき、エア逃がし操作を終了すると共に改質水貯留系における水張りを終了する。水エア逃がし操作によりエア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水を、改質水貯留系に逃がして移送させても改質水貯留系の水張りを行うことができる。この場合、改質水貯留系に貯留される水の水位が規定水位以上のとき、改質水貯留系における水張り動作が終了される。このように本様相によれば、循環通路のエア逃がし操作と改質水貯留系における水張り動作とが併行されて実施されるため、時間が節約される。
【００１６】
（６）本発明の様相６に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、逃がし通路は、逃がし通路を流れる水を精製させる第２水精製材を有しており、改質水貯留系に接続されている。エア逃がし弁から逃がし通路を流れるエア逃がし水は、逃がし通路に設けられた第２水精製材により精製されて浄化され、浄化された状態で改質水貯留系に移送される。このため、改質水貯留系の汚れが抑制される。第２水精製材はイオン交換樹脂等を例示できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明に係る燃料電池システムによれば、循環通路に残留するエアを逃がすエア逃がし操作において、エア逃がし弁から吐出されるエア逃がし水によりエア逃がし弁における周辺が汚れることを抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図２】実施形態１に係り、制御部の入力および出力の関係を示すブロック図である。
【図３】実施形態３に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図４】実施形態４に係り、制御部が実行するフローチャートである。
【図５】実施形態５に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図６】実施形態６に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図７】実施形態７に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図８】実施形態８に係り、燃料電池システムを示す図である。
【図９】実施形態９に係り、燃料電池システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
エア逃がし弁は、改質水貯留系の上方に設けられていることが好ましい。重力を利用して、エア逃がし水をエア逃がし弁から改質水貯留系に流下させ得るためである。但し、水循環源によりエア逃がし水をエア逃がし弁から改質水貯留系に移送させ得るときには、エア逃がし弁は、改質水貯留系の下方に設けられていても良い。貯湯槽への水張り時において、エア逃がし操作を行い得る。改質水貯留系への水張り時に併せてエア逃がし操作を行い得る。水張りとは、規定水位まで水を供給させることをいう。
【００２０】
以下、本発明の各実施形態について説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１および図２は実施形態１の概念を示す。図１に示すように、燃料電池システムは発電モジュール１８（発電系）を有する。発電モジュール１８は、燃料電池１と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて原料ガス（例えば都市ガス）を改質させて水素を主要成分（例えば３０モル％以上）として含むアノードガス（アノード流体）を形成する改質部３とを有する。更に、燃料電池システムは、蒸発部２に供給される液相状の水を精製させて貯留する改質水貯留系４Ａと、これらを収容する筐体として機能するケース５とを有する。燃料電池１は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、例えば、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池に適用できる。
【００２２】
改質部３は、一般的には、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。改質部３および蒸発部２は改質器２Ａを構成しており、燃料電池１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８（発電系）が形成される。発電運転時には、改質器２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において加熱される。発電運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。燃焼部１０５は改質部３および蒸発部２を加熱させる。燃料通路６は、都市ガス配管等の燃料源６３からの燃料を改質器２Ａに供給させるものであり、遮断弁６９、脱硫器６２、燃料ポンプ６０および流量センサ６４をもつ。配置順は特に限定されない。燃料電池１のカソード１１には、カソードガス（空気、カソード流体）をカソード１１に供給させるためのカソードガス通路７０が繋がれている。カソードガス通路７０には、カソードガス搬送用のガス搬送源として機能するカソードポンプ７１、流量センサ７２が設けられている。
【００２３】
図１に示すように、ケース５は、外気に連通する吸気口５０と、排気ガスを外気に放出させるための排気口５１と、吸気口５０付近（外気）の温度を検知する温度センサ５７とをもつ。温度センサ５７は必要に応じて設ければ良い。ケース５には、改質部３で改質される液相状の水を溜める改質水貯留系４Ａが配置されている。改質水貯留系４Ａは、第１水精製材４３ａを有する浄水部４３と、浄水部４３で浄化された水を改質水として溜める水タンク４とを備えている。浄水部４３と水タンク４とは水通路４５で繋がれている。水タンク４の水位を検知するための水位センサ４ｓが、水タンク４に設けられている。
【００２４】
図１に示すように、重力を利用して凝縮水を流すように、水タンク４および浄水部４３を有する改質水貯留系４Ａは、発電モジュール１８（発電系）の下側に位置するように配置されている。水タンク４内の水を排出させる排水路４０ｋおよび排水バルブ４０ｍが改質水貯留系４Ａの一部として水タンク４に設けられている。水タンク４からオーバーフローした水は、オーバーフロー通路４７を介して図略の排水部に排出される。更に、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が設けられている。加熱部４０は、水タンク４に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。加熱部４０は必要に応じて搭載できる。なお、水タンク４内の余剰の水量は、オーバーフロー通路４７を介して排出されるため、発電運転時において基本的にはほぼ同一となるようにされていることが好ましい。
【００２５】
図１に示すように、水タンク４の吐出口４ｐと蒸発部２の入口ポートとを連通させる給水通路８が、配管としてケース５内に設けられている。図１に示すように、ケース５内において、水タンク４は蒸発部２の下側に配置されている。給水通路８は、水タンク４内に溜められている水を水タンク４の吐出口４ｐから蒸発部２の入口ポートに向けて蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８には、水タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水搬送源として改質水ポンプ８０が設けられている。なお改質水ポンプ８０は水タンク４の吐出口４ｐにおいて水タンク４と一体的に設けられていても良い。給水通路８において、改質水ポンプ８０の下流で且つ蒸発部２の上流において水センサ８７が設けられている。水センサ８７は給水通路８において蒸発部２の入口ポートの直前に配置されていることが好ましい。
【００２６】
図２に示すように、制御部１００は、入力処理回路１００ａ、出力処理回路１００ｂ、タイマー計測機能をもつＣＰＵ１００ｃ、メモリ１００ｍとを有する。制御部１００は、改質水ポンプ８０、カソードポンプ７１、燃料ポンプ６０、遮断弁６９、エア逃がし弁９を制御することができる。図２に示すように、水センサ８７、温度センサ５７、水張り開始スイッチ１３０、タンク４の水位センサ４ｓの検知信号が制御部１００にそれぞれ入力される。水張り開始スイッチ１３０は、貯湯槽７７または改質水貯留系４Ａへの水張りを開始させる指令を出力するために、操作盤等に設けられている。
【００２７】
本実施形態によれば、図１に示すように、貯湯槽７７はケース５の外部に設けられており、槽ケース７７ｄ内に収容されている。貯湯槽７７に、水道水等の水を供給させるための補充通路７７ｋおよび給水弁７７ｖが設けられている。貯湯槽７７から循環通路７８がケース５の内部に向けて導出されている。循環通路７８は、貯湯槽７７の下部の吐水口７７ｐから熱交換器７６に向かう往路７８ａと、熱交換器７６から貯湯槽７７の上部の入水口７７ｉに向かう復路７８ｃとを有する。往路７８ａに循環ポンプ７９（水循環源）が設けられている。
【００２８】
復路７８ｃには、エア逃がし口９０をもつエア逃がし弁９（逃がし弁）が設けられている。エア逃がし弁９は、電磁弁等のアクチュエータで開閉される弁が好ましいが、手動式の弁でも良い。エア逃がし弁９は、ケース５内において復路７８ｃのうちのできるだけ上部に設けられていることが好ましい。循環通路７８においてエアは上側に移行する傾向があるためである。但し、必要に応じて、エア逃がし弁９は往路７８ａに設けることにしても良い。図１に示すように、エア逃がし弁９はケース５内において、熱交換器７６と入水口７７ｉとの間に設けられている。ケース５内において、逃がし通路９６の配管の一端部９６ｅは、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０に接続されている。ケース５内において、逃がし通路９６の配管の他端部９６ｆは、排気ガス通路７５のうち熱交換器７６よりも下流の部位に接続されている。
【００２９】
排気ガス通路７５は、ケース５内において、発電モジュール１８の出口１８ｐからケース５に設けられたガス出口７５ｐに向けて導出されている。排気ガスはガス出口７５ｐからケース５の外気に放出される。排気ガス通路７５は分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に繋がれている。分岐部７５ｍはエア逃がし弁９からの配管が接続される９６ｆよりも下方に位置することが好ましい。それは、エア逃がし水を重力を利用して分岐部７５ｍに移送させるためである。排気ガス通路７５を流れる高温の排気ガスは、熱交換器７６で冷却されるため、排気ガスに含まれる水蒸気は凝縮されて凝縮水を生成させる。生成された凝縮水は、凝縮水通路４２を介して重力により浄水部４３に至る。浄水部４３に至った凝縮水は第１水精製材４３ａにより生成されて純水として浄化される。
【００３０】
システムを起動させるときには、制御部１００は、発電モードに先だって暖機モードを実行する。暖機モードでは、制御部１００は、遮断弁６９を開放させた状態で、燃料ポンプ６０を駆動させて原料ガスを燃料通路６を介して発電モジュール１８の蒸発部２、改質部３および燃料電池１を介して燃焼部１０５に供給させる。制御部１００はカソードポンプ７１も駆動させ、カソードガス通路７０を介して空気（カソードガス、カソード流体）を発電モジュール１８のカソード１１を介して燃焼部１０５に供給させる。図略の着火部が着火すると、燃焼部１０５において原料ガスが空気により燃焼する。燃焼部１０５における燃焼熱により、改質部３、蒸発部２および燃料電池１が加熱される。さらに改質部３および蒸発部２が所定温度以上となると、改質水ポンプ８０を駆動し改質部３での改質反応を開始し、改質ガスとカソードガスが燃焼部１０５で燃焼され、燃料電池１を加熱する。改質部３、蒸発部２および燃料電池１が所定の温度域に加熱されると、制御部１００は暖機モードを終了させ、発電モードに移行させる。
【００３１】
制御部１００は改質水ポンプ８０を駆動させると、水タンク４内の液相状の改質水は、水タンク４の吐出口４ｐから給水通路８を搬送され、水センサ８７を介して蒸発部２に供給される。改質水は、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は、燃料通路６から供給される燃料（ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い）と共に改質部３に移動する。改質部３において原料ガスは、水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス、アノード流体）となる（吸熱反応）。アノードガスはアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソードポンプ７１が駆動してカソードガス（酸素含有ガス、ケース５内の空気、カソード流体）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。
【００３２】
暖機モードおよび発電モードにおいて、発電モジュール１８で発生した高温の排気ガスは、排気ガス通路７５を介してケース５の外方に排気される。排気ガス通路７５の途中には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。図１に示すように、貯湯槽７７に繋がる循環通路７８および循環ポンプ７９（水循環源）が設けられている。循環通路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の低温の水は、循環ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の下側に設けられている吐水口７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６に至り、熱交換器７６で排気ガスにより加熱される。熱交換器７６で加熱された水は、復路７８ｃを介して入水口７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水が循環するため、温水となる。前記した高温の排気ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で冷却されるため、凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水通路４２を介して重力により浄水部４３に流下される。従って、浄水部４３および水タンク４は発電モジュール１８の下側に位置する。
【００３３】
浄水部４３はイオン交換樹脂等の水精製剤４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。即ち、凝縮水は精製させて浄化されて純水化される。不純物が除去された水は浄水部４３から水通路４５を通過し、水タンク４に移動し、水タンク４に改質水（改質水用の水）として溜められる。ここで、改質水ポンプ８０が駆動すると、水タンク４内の改質水は給水通路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において燃料を改質させる改質反応として消費される。ここで、発電運転において、蒸発部２に供給させる単位時間あたりの改質水は、改質反応におけるＳ／Ｃ値の適正範囲に基づいて決定されることが好ましい。Ｓ／Ｃ値は、水蒸気改質において水蒸気（steam）と、炭素成分を含む原料ガスである原料ガス（carbon）とのモル比の比率を意味する。水蒸気改質の一般的は式（１）とされている。
（１）…ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋[（ｍ／２）＋ｎ]Ｈ２
ｎ＝１、ｍ＝４の場合には、メタンを水蒸気改質させる。上記式において、Ｓ／Ｃ値＝ｎＨ２Ｏ／ＣｎＨｍ＝２ｎ／ｎ＝２が基準となる。発電モジュール１８の保護性を考慮すると、一般的には、Ｓ／Ｃ値は２．５〜３．０が好ましい範囲とされている。但しこれに限定されるものではない。
【００３４】
本実施形態に係る燃料電池システムによれば、発電運転中においては、発電モジュール１８の出口１８ｐから排気ガス通路７５に排出される排気ガスは高温であり、改質器２Ａで発生した水蒸気を含む。このように水蒸気を含む高温の排気ガスは、熱交換器７６で冷却されるため、水蒸気は冷却されて凝縮水となり、凝縮水通路４２を経て浄水部４３に重力により流下する。ここで、熱交換器７６で生成される凝縮水の単位時間あたりの流量をＷ１とし、水タンク４から蒸発部２に移行して水蒸気として消費される改質水の単位時間あたりの流量をＷ２とするとき、Ｗ１≧Ｗ２の関係となる。このため、発電運転中において、本実施形態に係る燃料電池システムは、基本的には、外部から水を改質水貯留系４Ａに補給せずとも良い水自立システムである。但し、燃料電池システムを設置場所に新しく設置するとき、長あるいは、期間使用時には改質水貯留系４Ａの水タンク４および浄水部４３に水を新しく補給することが好ましい。
【００３５】
本実施形態によれば、逃がし通路９６はパイプ状の配管で形成されている。図１に示すように、逃がし通路９６の一端部９６ｅは、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０に接続されている。逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５の中間部７５ｘに接続されている。中間部７５ｘは排気ガス通路７５のうちガス出口７５ｐと熱交換器７６との間に位置する。このため、エア逃がし弁９を開放させてエア逃がし操作が行われるとき、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を、逃がし通路９６を介して排気ガス通路７５の中間部７５ｘに逃がす。このため燃料電池システムにおいて、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００３６】
エア逃がし水に含まれる液相状の水は、排気ガス通路７５の中間部７５ｘから重力により分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に至り、更に重力により浄水部４３に移送され、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、水通路４５を介して水タンク４に向けて改質水として浄水部４３の水圧（大気圧及び水頭差）により移送される。従って、排気ガス通路７５において、中間部７５ｘと分岐部７５ｍとの間の通路部分７５ｈは、重力を利用して流水できるように、中間部７５ｘから分岐部７５ｍに向けて下降するように傾斜していることが好ましい。
【００３７】
本実施形態によれば、上記したようにエア逃がし水は、改質器２Ａに供給される改質水として使用できる。このようにエア逃がし操作においてエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から吐出された水は、改質水として再利用される。この場合、ランニングコストの低減化に有利である。従って、改質水貯留系４Ａはエア逃がし弁９からの合流点７５ｘよりも下方に位置することが好ましい。エア逃がし弁９からのエア逃がし水を重力を利用して改質水貯留系４Ａに移送させるためである。
【００３８】
エア逃がし水に含まれていた気相状のエアは、排気ガス通路７５をガス出口７５ｐに向けて流れ、ガス出口７５ｐからケース５の外部に放出される。あるいは、水と共に分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に至り、更に浄水部４３に移送されても良い。浄水部４３は大気連通口４３ｗを介してケース５内の大気に連通されているため、ケース５内に放出される。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００４０】
また本実施形態によれば、燃料電池システムが設置場所に新しく設置されるとき、あるいは、長期放置後で貯湯槽７７の水が抜かれているときには、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒが空状態である。このため貯湯槽７７の貯湯室７７ｒの水張りが行われる。貯湯槽７７の水張り時において、循環通路７８の水にエアが残留するおそれがある。循環通路７８の水に残留するエアを逃がさないと、熱交換器７６において、排気ガス通路７５を流れる高温の排気ガスの熱が循環通路７８の水に効率よく熱交換されないおそれがある。この場合、熱交換器７６が過熱され、過熱に起因して熱交換器７６が故障したりする。更に、残留するエアの影響で、循環通路７８において単位時間あたりの水搬送量が少なくなるおそれがある。
【００４１】
そこで本実施形態によれば、循環通路７８のエアを流すエア逃がし操作を貯湯槽７７の水張り時において行う。即ち、貯湯槽７７の水張りにおいて、給水弁７７ｖを開放させて貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに補充通路７７ｋから水を供給させる給水操作が行われる。給水操作により貯湯室７７ｒの水量が次第に増加する。給水操作の実行中または給水操作の終了後において、貯湯室７７ｒに規定量以上の水が供給されている状態で、制御部１００は、循環ポンプ７９（水循環源）を規定回転数（ｒｐｍ）で駆動させ、貯湯室７７ｒの水を吐水口７７ｐから吐出させて循環通路７８を通過させて入水口７７ｉに帰還させることにより、貯湯室７７ｒの水を循環通路７８を介して複数回にわたり循環させる循環操作を行う。このような循環操作の少なくとも一時期において、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれる。この結果、貯湯室７７ｒまたは循環通路７８に残留するエアは、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して排気ガス通路７５に排出される。
【００４２】
更に、前述した実施形態のように、排気ガス通路７５に排出されたエア逃がし水に含まれる液相状の水は、分岐部７５ｍを介して凝縮水通路４２に至り、更に重力により浄水部４３に移送され、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、水通路４５を介して水タンク４に移送される。従って、エア逃がし操作が経過するにつれて、改質水貯留系４Ａを構成する浄水部４３および水タンク４の水位が次第に上昇する。水タンク４の水位センサ４ｓが水タンク４の規定水位（ほぼ満水状態）を検知したら、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０が閉鎖される。
【００４３】
上記したように本実施形態によれば、エア逃がし操作においてエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から吐出されたエア逃がし水は、改質水貯留系４Ａに貯留されて改質水として再利用される。このように循環通路７８に残留するエアを逃がしエア逃がし操作と併せて、改質水貯留系４Ａを構成する浄水部４３および水タンク４の水張り操作も同様に行い得る。これにより燃料電池システムの施工時間の短縮、施工操作性の向上を図り得る。
【００４４】
（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。但し、エア逃がし弁９はケース５内に設けられているものの、手動で開閉される手動弁とされている。施工業者やメンテナンス者などがケース５の扉５ｒを開放させてエア逃がし弁９を手動で操作することができる。
【００４５】
（実施形態４）
図４は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏するため、図１および図２を準用する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。エア逃がし弁９は、制御部１００からの指令で開閉する電磁弁とされている。
【００４６】
本実施形態によれば、燃料電池システムが設置場所に設置されるとき、あるいは、長期放置後で貯湯槽７７の水が抜かれているときには、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒが空状態である。このため貯湯槽７７の貯湯室７７ｒの水張りが行われる。水張りは次のように行うことができる。施工者、ユーザ等により給水弁７７ｖを開放させて貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに補充通路７７ｋを介して新しい水（水道水等の原水）を供給させる給水操作が行われる。制御部１００は、（i）給水操作の実行中または給水操作の終了後に、貯湯室７７ｒに水が供給されている状態において、循環ポンプ７９（水循環源）を回転駆動させて、貯湯室７７ｒの水を吐水口７７ｐから循環通路７８に吐出させて入水口７７ｉに帰還させることにより、貯湯室７７ｒの水を循環通路７８を介して複数回循環させる循環操作と、（ii）循環操作の少なくとも一時期において、エア逃がし弁９を開放させるエア逃がし操作と、を実行する。この結果、エア逃がし弁９から吐出されたエア逃がし水は、前述したように浄水部４３を介して水タンク４に移送され、水タンク４の水位を上昇させる。水タンク４の水位が規定水位以上になれば、制御部１００はエア逃がし弁９を閉鎖させてエア逃がし操作を終了させることが好ましい。水タンク４の水位が規定水位以上になることは、エア逃がし弁９が開放している時間を、タイマー機能を有する制御部１００が計測すること、あるいは、水タンク４の水位センサ４ｓの検知信号に基づいて検知することができる。上記したように本実施形態によれば、循環通路７８のエア逃がし操作と、改質水貯留系４Ａの水張り操作とを併行させて行うことができ、施工業者などが行う操作を簡素化できる。
【００４７】
本実施形態によれば、前述したように、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに供給されている水（例えば水道水等の原水）を循環通路７８および逃がし通路９６を介して浄水部４３に移送させ、浄水部４３の第１水精製材４３ａで精製させることができる。そして、第１水精製材４３ａで精製させた水を改質水として水タンク４に供給させて改質水貯留系４Ａの水張りを行う。このため、施工、メンテナンス等にあたり、施工業者、メンテナンス者等は、改質水貯留系４Ａに補給するための重量物でもある純水を貯蔵させた純水タンクを設置場所やメンテナンス場所に逐一持ち運ばなくても良い利点が得られる。
【００４８】
図４は実施形態４に係る制御則の一例を示す。制御則は図４に限定されるものではない。図４に示すように、施工者、ユーザ等が給水弁７７ｖを開放させて、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに水（例えば水道水）を供給させる給水操作が行われる（ステップＳ２）。
【００４９】
ここで、貯湯室７７ｒの水位が所定水位になったか否かは、給水弁７７ｖを開放している時間、あるいは、貯湯室７７ｒに水位センサが搭載されているときには、水位センサの検知信号に基づいて判定される（ステップＳ４）。また、貯湯槽内の圧力を検出する圧力スウィッチ等で水道水圧がかかったことを検知しても良い。
【００５０】
このように貯湯室７７ｒに水が供給されている状態において、制御部１００は循環ポンプ７９（水循環源）をオンさせて（ステップＳ６）、貯湯室７７ｒの水を吐水口７７ｐから吐出させて入水口７７ｉに帰還させることにより、貯湯室７７ｒの水を循環通路７８を介して循環させる循環操作を行う。循環通路７８の水に残留するエアの状態の安定化を図る等のため、制御部１００は、循環ポンプ７９の開始後において規定時間待機する（ステップＳ８）。その後、制御部１００は、エア逃がし弁９を開放させてエア逃がし操作を実行する（ステップＳ１０）。水タンク４の水位が規定水位未満であれば（ステップＳ１２のＮＯ）、制御部１００はエア逃がし操作を継続させる。水タンク４の水位が規定水位（例えば、ほぼ満水状態）以上になれば（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御部１００は循環ポンプ７９をオフさせ（ステップＳ１４）、エア逃がし弁９を閉鎖させて（ステップＳ１６）、エア逃がし操作を終了させる。ここで、水タンク４の水位が所定水位になったか否かは、エア逃がし弁９を開放している時間、あるいは、水タンク４に水位センサ４ｓが搭載されているときには、水位センサ４ｓの検知信号に基づいて判定される。上記したように、給水操作が行われれば、エア逃がし操作と併せて、貯湯槽７７の水張り、改質水貯留系４Ａの水張りの双方をほぼ同時時期に行い得る。この場合、システムの設置時間の短縮、メンテナンス時間の短縮、メンテナンスコストの低減に有利である。なお、給水弁７７ｖを開放させつつ、エア逃がし操作を実行させても良い。また給水操作（給水弁７７ｖの開弁）を制御部１００が実行するようにしても良い。この場合、例えば水張り開始スイッチが操作されれば、エア逃がし操作と併せて、貯湯槽７７の水張り、改質水貯留系４Ａの水張りの双方をほぼ同時時期に自動的に行い得る。給水弁７７ｖの閉鎖は、施工者、ユーザ等または制御部１００が行えば良い。
【００５１】
（実施形態５）
図５は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。本実施形態においても実施形態１と同様に、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００５２】
本実施形態によれば、図５に示すように、逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５ではなく、浄水部４３、特に浄水部４３の上部に直接的に接続されている。エア逃がし弁９を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれると、循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して浄水部４３に直接的に排出される。エア逃がし水は、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、更に、水通路４５を介して水タンク４に移送され、改質器２Ａに供給される改質水として使用される。このようにエア逃がし操作においてエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から吐出されたエア逃がし水は、改質水として再利用される。
【００５３】
（実施形態６）
図６は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図６に示すように、逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５ではなく、浄水部４３、特に浄水部４３の上部に直接的に接続されている。エア逃がし弁９を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれると、循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して浄水部４３に直接的に排出される。エア逃がし水は、浄水部４３の第１水精製材４３ａにより精製されて浄化されて純水化され、水通路４５を介して水タンク４に移送され、改質器２Ａに供給される改質水として使用される。図６に示すように、逃がし通路９６には、逃がし通路９６を流れるエア逃がし水を精製させて浄化させるための第２水精製材９７を有する副浄水部９７ｓが設けられている。第２水精製材９７はエア逃がし水を精製させるため、使用されるのは施工時等の限られた場合のみのため、水精製材４３ａよりも使用量を減少させることが可能である。また、水精製材４３ａが後段にあるため、精製仕様を低下させることも可能である。
【００５４】
貯湯槽７７の貯湯室７７ｒ内の水は、補充通路７７ｋから補充されるものであり、純水に比較すると、純度が低下している。従って、循環通路７８を流れる水、エア逃がし弁９６のエア逃がし口９０から吐出されて逃がし通路９６を流れるエア逃がし水も純度が低下しているおそれがある。そこで、逃がし通路９６を流れるエア逃がし水が第２水精製材９７で精製されて浄化された後、その水は、浄水部４３および水タンク４に移送される。この場合、水タンク４の上流に位置する浄水部４３の第１水精製材４３ａの汚れが抑制される。図６から理解できるように、副浄水部９７ｓが熱交換器７６に、特に、熱交換器７６のうち循環通路７８の反対側に取り付けられており、副浄水部９７ｓの取付性の確保に有利である。
【００５５】
（実施形態７）
図７は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。すなわち、エア逃がし弁９の周辺にエア逃がし水が飛散することが抑制される。従って、飛散したエア逃がし水によりケース５内が汚れることが回避され、ケース５内の他の部品の耐久性および長寿命化に貢献できる。
【００５６】
本実施形態によれば、図７に示すように、逃がし通路９６の他端部９６ｆは排気ガス通路７５ではなく、浄水部４３ではなく、水タンク４、特に水タンク４の上部に直接的に接続されている。逃がし通路９６を流れるエア逃がし水を精製させて浄化させるイオン交換樹脂等で形成された第２水精製材９７をもつ副浄水部９７ｓが逃がし通路９６に設けられている。エア逃がし弁９を開放作動させるエア逃がし操作が行なわれると、循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を流れ、第２水精製材９７で浄化された後に、水タンク４に直接的に排出される。このようにエア逃がし水は、第２水精製材９７で浄化されて純水化され、改質器２Ａに供給される改質水として使用される。このように逃がし通路９６を流れるエア逃がし水を精製させて浄化させる第２水精製材９７をもつ副浄水部９７ｓが、逃がし通路９６に設けられている。このため浄水部４３の第１水精製材４３ａの使用量の増加を抑制させることができる。また、水タンクにエア逃がし水を供給することで、エア逃がし水が水精製器４３に急激に流入することによる水精製材４３ａの巻上げ等を抑制することができる。なお、本作業後の運転において、凝縮水が水精製器４３に溜まり４５を通じ水タンクに回収できる容量分以上の容量を改質水タンク４が有することが望ましい。それにより、本構成においても、水タンク４が水枯れとなる前に回収した凝縮水で水自立運転が可能となる。
【００５７】
（実施形態８）
図８は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図８に示すように、水タンク４の底部には、水タンク４内の水を空にするための排水バルブ４０ｍおよび排水路４０ｋが、改質水貯留系４Ａの構成要素の一部として設けられている。逃がし通路９６の他端部９６ｆは、排水路４０ｋのうち排水バルブ４０ｍよりも下流に接続されている。循環通路７８に残留するエアを含むエア逃がし水は、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を流れ、排水路４０ｋから直接的に排出される。この場合、エア逃がし水が浄化部４３の第１水精製材４３ａと接触しないため、第１水精製材４３ａの汚れが抑制され、第１水精製材４３ａの長寿命化に有利である。
【００５８】
（実施形態９）
図９は実施形態９を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図９に示すように、水タンク４のオーバーフロー水を流出させるオーバーフロー通路４７が改質水貯留系４Ａの構成要素の一部として水タンク４の上部に形成されている。逃がし通路９６の他端部９６ｆはオーバーフロー通路４７に接続されている。具体的には、他端部９６ｆは、オーバーフロー通路４７のうち水タンク４からオーバーフローする部位４７ｒよりも低い位置に接続されている。これにより逃がし通路９６の他端部９６ｆから吐出されるエア逃がし水は、水タンク４側に逆流しないようにされている。この場合、エア逃がし水が浄化部４３の第１水精製材４３ａと接触しないため、第１水精製材４３ａの汚れが抑制され、第１水精製材４３ａの長寿命化に有利である。
【００５９】
（実施形態１０）
本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏するため、図１および図２を準用できる。発電運転では、循環ポンプ７９が回転して、貯湯槽７７の水を循環通路７８を介して循環させ、発電モジュール１８から排出された排気ガスの排熱を熱交換７６において循環通路７８の温水として回収する。発電運転中において、循環ポンプ７９について、単位時間あたりの指示回転数に対して、単位時間あたりの実回転数が過剰に増加する場合には、循環通路７８にエアが残留しており、循環ポンプ７９のポンプ負荷が過剰に軽減されていることが予測される。そこで、制御部１００は、循環ポンプ７９について、単位時間あたりの指示回転数Ｎsetに対して、単位時間あたりの実回転数Ｎrealが回転数ΔＮ以上過剰に増加する場合には、制御部１００は、循環通路７８にエアが残留していると推定し、エア逃がし弁９のエア逃がし口９０を規定時間ΔＴset開放させ、循環通路７８を流れる水をエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して逃がす。あるいは、循環ポンプ７９について、単位時間あたりの実回転数Ｎrealが単位時間あたりの指示回転数Ｎsetに接近または同一となるまで、制御部１００はエア逃がし弁９のエア逃がし口９０を開放させ、循環通路７８を流れる水をエア逃がし弁９のエア逃がし口９０から逃がし通路９６を介して逃がす。実回転数Ｎrealは、循環ポンプ７９に設けた回転数センサにより検知できる。接近とは、Ｎreal／Ｎsetが例えば１．３〜１．０の範囲内が好ましい。なお、エアの残留を検出する手段として、熱交換器７５の温度、もしくは配管７８ｃ内の水温を用いて所定温度に戻るまで上記制御をしても良い。エアが残留した場合、熱交換器７５内部等において、水が流れない部分が発生するため、熱交換器や湯温が高温となることを検出するものである。
【００６０】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実行できる。燃料電池は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に限定されず、場合によっては、固体高分子形燃料電池でも良いし、リン酸形燃料電池でも良く、アルカリ水溶液形燃料電池でも良く、他のタイプの燃料電池でも良い。エア逃がし弁９は、ケース５内において復路７８ｃに設けられているが、往路７８ａに設けることにしても良い。またエア逃がし弁９は、循環通路７８の経路内の上下方向の上部等、エアが溜まりやすい部位に設けることが望ましい。加熱部４０は水タンク４に設けられているが、廃止されていても良い。燃料としては、都市ガスに限定されず、プロパンガス、ブタンガス、バイオガス、メタノール、ガソリン、灯油等を例示できる。逃がし通路９６の他端部９６ｆは凝縮水通路４２に接続させても良い。改質水貯留系４Ａでは、第１水精製材４３ａを有する浄水部４３が上流に、水タンク４が下流に設けられているが、これに限らず、水タンク４が上流で、浄水部４３が下流に設けられていても良い。各本実施形態においても、循環通路７８のエア逃がし操作と、改質水貯留系４Ａの水張り操作とを併行させて行うことができる。すなわち、各実施形態においても、前述したように、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに供給されている水を循環通路７８、逃がし通路９６を介して浄水部４３に移送させ、浄水部４３の第１水精製材４３ａで精製させることにしても良い。この場合、精製させた水を改質水として水タンク４に供給させて改質水貯留系４Ａの水張りを行うことができる。この場合、施工業者、メンテナンス者等は、改質水貯留系４Ａに補給たるための純水を貯蔵させた純水タンクを設置場所やメンテナンス場所に逐一持ち運ばなくても良い利点が得られる。前述したように、貯湯槽７７の貯湯室７７ｒに供給されている水（例えば水道水等の原水）を循環通路７８および逃がし通路９６を介して浄水部４３に移送させ、浄水部４３の第１水精製材４３ａで精製させる。この場合、浄水部４３を複数に分割し、水精製性能を増加させることができる。なお、流量センサ６４、７２は必要に応じて設ければ良い。
【００６１】
本明細書から次の技術的思想が把握される。
［付記項１］アノード流体およびカソード流体が供給されて発電するための燃料電池をもつ発電系と、前記発電系から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路と、前記発電系の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、温水を貯留する貯湯室と前記貯湯室に連通する吐水口および入水口をもつ貯湯槽と、前記貯湯槽の外部において前記貯湯槽の前記吐水口と前記入水口とを繋ぐ循環通路と、前記循環通路に設けられ前記貯湯槽の前記貯湯室の水を前記循環通路を介して循環させる水循環源と、前記循環通路に設けられ前記循環通路に存在する水を吐出させるための逃がし口をもつ逃がし弁と、前記排気ガス通路および前記循環通路に接続され前記排気ガス通路を流れる排気ガスと前記循環通路を流れると共に前記排気ガス通路の排気ガスよりも相対的に低温の水とを熱交換させる熱交換器と、前記改質水貯留系と前記逃がし弁の前記逃がし口とを直接的または他の通路を介して間接的に接続させ、前記逃がし弁の前記逃がし口から排出される水を前記改質水貯留系に逃がす逃がし操作を行う逃がし通路とを具備する燃料電池システム。循環通路を流れる水を逃がし弁から逃がし通路を介して改質水貯留系に供給させ、改質水貯留系における水位を高めることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１は燃料電池、１０はアノード、１０５は燃焼部、１１はカソード、１８は発電モジュール（発電系）、１９は断熱壁、２Ａは改質器、２は蒸発部、３は改質部、４Ａは改質水貯留系、４は水タンク、４３は浄水部、４３ａは第１水精製材、５はケース、６は燃料通路、６０は燃料ポンプ、６２は脱硫器、７０はカソードガス通路、７１はカソードポンプ、７３はアノードガス通路、７５は排気ガス通路、７５ｐはガス出口、７７は貯湯槽、７７ｋは補充通路、７７ｖは給水弁、７８ａは往路、７８ｃは復路、７９は循環ポンプ（水循環源）、８は給水通路、８０は改質水ポンプ、８７は水センサ、９はエア逃がし弁、９０はエア逃がし口、９６は逃がし通路、９６ｅは一端部、９６ｆは他端部、９７は第２水精製材、９７ｓは副浄水部、１００は制御部を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード流体およびカソード流体が供給されて発電するための燃料電池をもつ発電系と、前記発電系から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路と、前記発電系の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、温水を貯留する貯湯室と前記貯湯室に連通する吐水口および入水口をもつ貯湯槽と、前記貯湯槽の外部において前記貯湯槽の前記吐水口と前記入水口とを繋ぐ循環通路と、前記循環通路に設けられ前記貯湯槽の前記貯湯室の水を前記循環通路を介して循環させる水循環源と、前記循環通路に設けられ前記循環通路に残留するエアを含み得るエア逃がし水を吐出させるためのエア逃がし口をもつエア逃がし弁と、前記排気ガス通路および前記循環通路に接続され前記排気ガス通路を流れる排気ガスと前記循環通路を流れると共に前記排気ガス通路の排気ガスよりも相対的に低温の水とを熱交換させる熱交換器と、前記排気ガス通路および前記改質水貯留系のうちの少なくとも一方と前記エア逃がし弁の前記エア逃がし口とを接続させ、前記エア逃がし弁の前記エア逃がし口から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を前記少なくとも一方に逃がすエア逃がし操作を行う配管で形成された逃がし通路とを具備する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記改質水貯留系は水を精製させる第１水精製材を有しており、前記エア逃がし水が逃がされる前記一方は改質水貯留系であり、前記エア逃がし弁の前記エア逃がし口から排出される前記エア逃がし水を、前記逃がし通路を介して前記改質水貯留系に移送させて前記第１水精製材で精製させ、改質水として利用する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１において、前記排気ガス通路は、前記排気ガスを外気に放出させるガス出口に連通しており、前記エア逃がし水が逃がされる前記一方は前記排気ガス通路であり、前記エア逃がし水は前記排気ガス通路の前記ガス出口から外気に放出される燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記貯湯槽の前記貯湯室に給水するための給水弁が設けられ、前記エア逃がし弁および前記水循環源を制御させる制御部が設けられており、
前記制御部は、前記給水弁を開放させて前記貯湯槽の前記貯湯室に水を供給させる給水操作の実行中または前記給水操作の終了後に、前記貯湯室に水を供給させた状態において前記水循環源を駆動させて前記貯湯室の水を前記吐水口から吐出させて前記入水口に帰還させることにより前記貯湯室の水を前記循環通路を介して循環させる循環操作と、前記循環操作の少なくとも一時期において前記エア逃がし弁を開放させるエア逃がし操作とを実行する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記エア逃がし操作において前記エア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水は、前記改質水貯留系に移送されて前記改質水貯留系の水張りを行い、前記制御部は、前記改質水貯留系に貯留される水の水位が規定水位以上のとき、前記エア逃がし操作を終了すると共に前記改質水貯留系における水張りを終了する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記逃がし通路は、前記逃がし通路を流れる水を精製させる第２水精製材を有しており、前記改質水貯留系に接続されている燃料電池システム。
【請求項１】
アノード流体およびカソード流体が供給されて発電するための燃料電池をもつ発電系と、前記発電系から排出される排気ガスを通過させるための排気ガス通路と、前記発電系の作動に伴い発生した凝縮水を溜める改質水貯留系と、温水を貯留する貯湯室と前記貯湯室に連通する吐水口および入水口をもつ貯湯槽と、前記貯湯槽の外部において前記貯湯槽の前記吐水口と前記入水口とを繋ぐ循環通路と、前記循環通路に設けられ前記貯湯槽の前記貯湯室の水を前記循環通路を介して循環させる水循環源と、前記循環通路に設けられ前記循環通路に残留するエアを含み得るエア逃がし水を吐出させるためのエア逃がし口をもつエア逃がし弁と、前記排気ガス通路および前記循環通路に接続され前記排気ガス通路を流れる排気ガスと前記循環通路を流れると共に前記排気ガス通路の排気ガスよりも相対的に低温の水とを熱交換させる熱交換器と、前記排気ガス通路および前記改質水貯留系のうちの少なくとも一方と前記エア逃がし弁の前記エア逃がし口とを接続させ、前記エア逃がし弁の前記エア逃がし口から排出されるエアを含み得るエア逃がし水を前記少なくとも一方に逃がすエア逃がし操作を行う配管で形成された逃がし通路とを具備する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記改質水貯留系は水を精製させる第１水精製材を有しており、前記エア逃がし水が逃がされる前記一方は改質水貯留系であり、前記エア逃がし弁の前記エア逃がし口から排出される前記エア逃がし水を、前記逃がし通路を介して前記改質水貯留系に移送させて前記第１水精製材で精製させ、改質水として利用する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１において、前記排気ガス通路は、前記排気ガスを外気に放出させるガス出口に連通しており、前記エア逃がし水が逃がされる前記一方は前記排気ガス通路であり、前記エア逃がし水は前記排気ガス通路の前記ガス出口から外気に放出される燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記貯湯槽の前記貯湯室に給水するための給水弁が設けられ、前記エア逃がし弁および前記水循環源を制御させる制御部が設けられており、
前記制御部は、前記給水弁を開放させて前記貯湯槽の前記貯湯室に水を供給させる給水操作の実行中または前記給水操作の終了後に、前記貯湯室に水を供給させた状態において前記水循環源を駆動させて前記貯湯室の水を前記吐水口から吐出させて前記入水口に帰還させることにより前記貯湯室の水を前記循環通路を介して循環させる循環操作と、前記循環操作の少なくとも一時期において前記エア逃がし弁を開放させるエア逃がし操作とを実行する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記エア逃がし操作において前記エア逃がし弁から吐出されたエア逃がし水は、前記改質水貯留系に移送されて前記改質水貯留系の水張りを行い、前記制御部は、前記改質水貯留系に貯留される水の水位が規定水位以上のとき、前記エア逃がし操作を終了すると共に前記改質水貯留系における水張りを終了する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記逃がし通路は、前記逃がし通路を流れる水を精製させる第２水精製材を有しており、前記改質水貯留系に接続されている燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１４８４９（Ｐ２０１３−１１４８４９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８９７５（Ｐ２０１１−２５８９７５）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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