专利名称：燃料电池系统及其运行方法
技术领域：
本发明涉及对其提供氢和氧，燃料电池一边用冷却水冷却一边进行发电的燃料电池系统。
背景技术：
向来，能够以高效率小规模进行发电的燃料电池系统，由于容易构筑利用发电时发生热能用的系统，作为能够实现高能量利用效率的分散型发电系统，开发研究正在进行。
燃料电池系统，作为其发电部的主体具备燃料电池。这种燃料电池是燃料(氢)和氧化剂(氧)具有的化学能借助于规定的电化学反应直接变换为电能的电池。从而，在燃料电池系统中进行发电运行时，对燃料电池分别提供作为燃料的氢和作为氧化剂的氧。于是，在燃料电池中，进行使用该提供的氢和氧的规定的电化学反应，借助于规定的电化学反应，氢和氧具有的化学能直接变换为电能，同时生成热和水。然后，在该燃料电池中的规定的电化学反应生成的电能由燃料电池系统提供给负荷。在这里，为了使燃料电池的温度在规定的温度范围内，伴随规定的电化学反应发生的热利用在燃料电池内部循环的冷却水回收。然后，该回收的热量在燃料电池系统具有的热交换器中使用于热水供应等目的。还有，通常燃料电池系统具备氢生成装置，由该氢生成装置生成富含氢的重整气体。然后该重整气体作为实质上的燃料提供给燃料电池。又，燃料电池系统具备空气供给装置，由该空气供给装置对燃料电池提供作为实质上的氧化剂的空气。
但是，燃料电池系统为了使发电运行中发热的燃料电池的温度在规定的温度范围内，具备对燃料电池进行冷却的冷却水的贮存用的冷却水箱、将该冷却水箱贮存的冷却水提供给燃料电池内的流路的泵、将利用该泵提供的冷却水在提供给燃料电池内的流路之前进行净化的水净化装置、以及将从燃料电池排出的温度上升了的冷却水的热使用于供应热水等目的用的热交换器。在这里，水净化装置为了去除在热交换器以及燃料电池中有可能溶解于冷却水中的金属离子等导电性离子，具备离子交换树脂(或离子去除过滤器)。而且在燃料电池系统进行发电运行时对该离子交换树脂提供通过燃料电池以及热交换器等的冷却水。借助于该离子交换树脂，去除溶解于冷却水中的金属离子等导电性离子，去除了该导电性离子的冷却水被提供给燃料电池，因此能够防止在燃料电池中导电性离子引起的短路。
但是，构成这种水净化装置的离子交换树脂几乎都存在耐热温度比较低的问题。这在离子交换树脂采用阴离子交换树脂的情况下特别显著。另一方面，即使是燃料电池采用固体高分子型燃料电池的情况下，发电运行时的燃料电池的温度也就上升到70℃～80℃左右。从而，为了对燃料电池进行冷却而利用泵循环的冷却水的温度也而利用泵循环的冷却水的温度，在热交换器中利用冷却水回收的热没有得到充分利用的情况下，也上升到70℃～80℃左右。因此在利用泵提供给水净化装置的冷却水的温度超过离子交换树脂的耐热温度等情况下，离子交换树脂受热劣化，因此会发生离子交换树脂寿命缩短的情况。
因此，提出了能够有效去除冷却水中溶解的导电性离子，避免对离子交换树脂的寿命产生不良影响的燃料电池系统(参照例如专利文献1)。
这种方案的燃料电池系统为了有效去除冷却水中溶解的导电性离子，避免对离子交换树脂的寿命产生不良影响，与一样的燃料电池系统的情况一样，具备贮存用于冷却燃料电池的冷却水的冷却水箱、将该冷却水箱中贮存的冷却水提供给燃料电池内的流路用的泵、以及将由该泵提供，从燃料电池排出的温度上升的冷却水的热使用于供给热水的目的用的热交换器，同时具备贮存在发电运行时从燃料电池排出的水的凝集水箱、将贮存于该凝集水箱中的水提供给冷却水箱用的第2泵以及水供给路径、将该第2泵提供的水提供给冷却水箱之前对其进行净化的水净化装置、以及用于将冷却水箱中剩余的冷却水排出到凝集水箱用的水排出路径。
在该提出的燃料电池系统的方案中，在燃料电池系统的发电运行开始时和结束时，或发电运行的开始时或结束时，使第2泵工作，利用水净化装置将凝集水箱中贮存的水净化，然后将其打入冷却水箱中。又，在发电运行中使第2泵动作，以此在凝集水箱与冷却水箱之间通过水供给路径和水净化装置以及排出路径使水循环。
如果采用提出的这种燃料电池系统，则从冷却水箱向凝集水箱回收的冷却水的温度即使是70℃以上的高温，也用于从燃料电池排出，被回收到凝集水箱的水的温度为40℃，所以从凝集水箱提供给水净化装置的水的温度超过离子交换树脂的耐热温度的情况得以消除。从而，通过采用这样的结构，能够去除冷却水中溶解的导电性离子，避免对离子交换树脂的寿命产生不良影响。又，如果采用在凝集水箱与冷却水箱之间通过水净化装置使水循环的方法，则水的净化能够连续进行，因此在燃料电池系统的发电运行中也能够维持冷却水的水质。
也就是说，如果采用如上所述提出的方案，则能够提供可去除冷却水中溶解的导电性离子，避免对离子交换树脂的寿命产生不良影响的燃料电池系统。
专利文献1日本特开2002-141095号公报发明内容但是，在上述已有的技术方案中，燃料电池系统的发电运行与水净化装置的净水运行存在成一整体不可分割的关系，在燃料电池系统发电运行停止时水净化装置的净水运行也停止，因此在燃料电池系统发电运行停止时存在水中的细菌繁殖的情况。这一细菌繁殖的问题在水净化装置中除了离子交换树脂外还具有活性碳的情况下由于该活性碳吸附并且贮存作为细菌的营养的全部有机碳(以下简称为TOC)，促进细菌繁殖，所以特别显著。而且在水中细菌繁殖显著的情况下，该繁殖的细菌会造成送水流路的堵塞或造成流路狭窄等，由于流路的堵塞或流路狭窄等，有时候会造成供给功能以及净化功能的障碍。这种水供给功能和净化功能的障碍是阻碍再度启动的燃料电池系统的正常发电运行的重要原因。
本发明是鉴于这样的情况而作出的，其目的在于，提供能够利用简单的结构有效抑制燃料电池系统发电运行停止时水中的细菌的繁殖的，水的供给功能和净化功能不容易发生障碍的燃料电池系统。
本发明人进行了锐意研究，结果查明，在燃料电池系统的发电运行停止时水中的细菌显著繁殖是因为由于水的循环，大量吸附和贮存TOC的水净化装置的活性碳的内部滞留着具有细菌的水的一部分。而且发现，为了抑制在燃料电池系统的发电运行停止时水中的细菌的显著繁殖，从大量吸附和贮存TOC的水净化装置的活性碳内部排出细菌，因此在停止期间以规定的周期和流量使水流向水净化装置的活性碳中是有效的。
于是，为了解决上述存在问题，本发明的第1种燃料电池系统，具备采用氧化剂气体和燃料气体进行发电的燃料电池、贮存从所述燃料电池排出的氧化剂气体和燃料气体中的至少任一种回收的水的回收水箱、贮存用于冷却所述燃料电池的冷却用水的净化水箱、将所述回收水箱的水提供给所述净化水箱用的水供给流路、在所述水供给流路从所述回收水箱向所述净化水箱通水用的泵、对借助于所述泵流通的水在所述水供给流路上在提供给所述净化水箱之前借助于内装的TOC吸附体进行净化的水净化装置、以及控制装置；所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，在所述水供给流路使水流动。
采用这样的结构时，控制装置进行这样的控制，即在所述燃料电池系统停止期间使所述泵工作，在所述水供给流路使水流动，因此能够在长时间抑制水中的细菌的繁殖。
在这种情况下，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵定期工作，在所述水供给流路使水定期流动。
采用这样的结构时，控制装置进行这样的控制，即在所述燃料电池系统停止期间使泵定期工作，在所述水供给流路使水定期流动，因此能够在长时间有效地抑制水中的细菌的繁殖。
在这种情况下，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵以能够抑制细菌繁殖的周期定期工作，在所述水供给流路使水定期流动。
采用这样的结构时，控制装置进行这样的控制，即在所述燃料电池系统停止期间使泵以能够抑制细菌繁殖的周期定期工作，在所述水供给流路使水定期流动，因此能够在长时间更有效地抑制水中的细菌的繁殖。
在这种情况下，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵以72小时以上168小时以下的周期定期工作，在所述水供给流路使水定期流动。
采用这样的结构时，控制装置进行这样的控制，即在所述燃料电池系统停止期间使泵以72小时以上168小时以下的周期定期工作，在所述水供给流路使水定期流动，因此能够在长时间现实地抑制水中的细菌的繁殖。又能够在有效抑制水中的细菌的繁殖的同时，使水净化装置具有的离子交换体的负荷降低到最低限度。
又，在上述情况下，作为水净化水箱，具备贮存所述冷却水的冷却水箱。
采用这样的结构时，净化水箱是贮存冷却水的冷却水箱，因此能够将冷却水箱内的水的净化度维持于一定的水准。
在这种情况下，具备将所述冷却水箱的水提供给所述回收水箱用的第2水供给流路，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，控制使水通过所述水供给流路以及第2水供给流路在所述冷却水箱与所述回收水箱之间循环。
采用这样的结构时，冷却水箱的水通过水供给流路以及第2水供给流路，依序通过第2水供给流路、回收水箱、以及水净化装置，返回冷却水箱形成循环，因此能够顺利进行水的循环。
又，本发明的第2种燃料电池系统，是在本发明的第1种燃料电池系统中，除了所述净化水箱外还具备贮存所述冷却水的冷却水箱，形成能够将所述净化水箱的水提供给所述冷却水箱的结构。
采用这样的结构时，能够分别独立贮存冷却水和净化水，因此能够顺利进行水的循环。
在这种情况下，还具备将所述净化水箱的水提供给所述冷却水箱用的第2泵。
采用这样的结构时，由于还具备将净化水箱的水提供给冷却水箱用的第2泵，所以能够根据需要将净化水箱的水适当提供给冷却水箱。
在上面所述的情况下，具备将所述冷却水箱的水提供给所述回收水箱用的第2水供给流路，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，控制使水通过所述水供给流路以及所述第2水供给流路在所述净化水箱、所述冷却水箱、以及所述回收水箱之间循环。
采用这样的结构时，净化水箱的水通过水供给流路以及第2水供给流路，依序通过冷却水箱、第2水供给流路、回收水箱、以及水净化装置，返回净化水箱形成循环，因此能够顺利进行水的循环。
又，在上述情况下，具备将所述净化水箱的水提供给所述回收水箱用的第3水供给流路，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，控制使水通过所述水供给流路以及所述第3水供给流路在所述净化水箱及所述回收水箱之间循环。
采用这样的结构时，净化水箱的水与冷却水箱的冷却水分离而不能够混合，因此能够防止将冷却水中含有的金属离子等导电性离子提供给水净化装置。
而且在上述情况下，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作时，在所述泵的每单位时间的送水能力为P1，所述泵的工作时间为T1，所述TOC吸附体的容积为V1的情况下，进行控制以使得所述P1、所述T1以及所述V1满足式(1)，即P1×T1≥V1 ......(1)采用这样的结构时，由于P1、T1、以及V1满足式(1)，能够将水净化装置具有的离子交换体的负荷减小到最低限度。
又，在这样的情况下，所述水净化装置还具备离子交换体。
采用这样的结构时，由于水净化装置还具备离子交换体，能够有效地净化回收水箱内的水。
采用本发明的实施形态的燃料电池系统，能够提供可利用简单的结构有效抑制燃料电池系统发电运行停止时水中的细菌的繁殖的，水的供给功能和净化功能不容易发生障碍的燃料电池系统。
图1是本发明实施形态1的燃料电池系统的结构的示意方框图。
图2是本发明实施形态2的燃料电池系统的结构的示意方框图。
图3是本发明实施形态3的燃料电池系统的结构的示意方框图。
符号说明1 燃料电池1a 冷却水用流路2a 燃料侧凝集器2b 氧化剂侧凝集器3 回收水箱3a 回收水排出口4 冷却水箱4a 冷却水排出口5 冷却水循环泵6 热交换器7 水净化装置7a 活性碳7b 离子交换树脂8 回收水供给泵9 电源开关10 电源装置11 净化水箱
11a 净化水排出口12 发净化水供给泵100～300 燃料电池系统101 控制装置A 第1循环路径B 第2循环路径C 第3循环路径a 废燃料气体路径b 废氧化剂气体路径c 燃料侧回收水路径d 氧化剂侧回收水路径e 冷却水供给路径f 冷却水排出路径g 净化水排出路径h 冷却水返回路径i 净化水排出路径j 净化水供给路径k 净化水返回路径l 净化水排出路径具体实施方式
下面首先参照图1～图3，对实施本发明的最佳实施形态进行详细说明。
实施形态1首先参照附图对本发明实施形态1的燃料电池系统的结构进行详细说明。
图1是本发明实施形态1的燃料电池系统的结构的示意方框图。还有，在图1中构成燃料电池系统的各结构要素之间的实线表示水和燃料气体或氧化剂气体等流动的路径，记在这些实线上的箭头表示水和燃料气体或氧化剂气体等在通常运行时的流动方向。又，图1中只表示说明本发明所需要的结构要素，此外的结构要素的图示省略。
如图1所示，本实施形态的燃料电池系统100，具备作为其发电部的主体的燃料电池1。作为这种燃料电池1，在本实施形态中，采用固体高分子型燃料电池。这种燃料电池1使用从图1中未特别表示出的氢生成装置排出，提供给燃料电池1的阳极侧(或燃料极一侧)的富氢的燃料气体(或重整气体)、以及利用具备图1中未特别表示出的鼓风机等的空气供给装置提供给燃料电池1的阴极侧(或空气极一侧)的氧化剂气体(通常是空气)，进行能够输出规定的功率的发电。具体地说，这种燃料电池1借助于使用规定的催化剂的规定的电化学反应，将燃料气体中的氢以及氧化剂气体中的氧具有的化学能直接变换为电能。借助于这样的能量变换动作，燃料电池1向连接于燃料电池系统100上的负荷提供电能(电力)。在这里，在本实施形态中，提供给燃料电池1的阴极侧的氧化剂气体，利用在燃料电池1的内部使用于发电之后的氧化剂气体具有的水分，预先调整为规定的加湿状态。又，在氧化剂气体的加湿度不足的情况下，通过使例如下述冷却水箱4中贮存的冷却水的一部分在燃料电池1的内部蒸发，以此将氧化剂气体的加湿度调整为合适的加湿度。又，提供给燃料电池1的阳极侧的燃料气体，在上述氢生成装置中被调整为规定的加湿状态。又，在发电运行时，燃料电池1发热。在该燃料电池1发生的热利用提供给在燃料电池1的内部形成的冷却水用流路1a的冷却水逐步回收。还有，关于燃料电池1的内部结构的详细说明，由于燃料电池1的内部结构与一般的固体高分子型燃料电池的内部结构相同，以此在这里将其省略。
又如图1所示，这种燃料电池系统100具备燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b。这些燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b，构成使用空气冷却风扇的水的凝集机构。这些燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b，构成凝集机构，由其回收在从燃料电池1排出的发电中未使用的剩余的燃料气体和(以下称为废燃料气体)以及剩余的氧化剂气体(以下称为废氧化剂气体)中包含的，在燃料电池1中由规定的电化学反应生成的水。在这里，从燃料电池1排出的废燃料气体和废氧化剂气体通过废燃料气体路径a和废氧化剂气体路径b，提供给燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b。又，利用燃料侧凝集器2a去除水分的废燃料气体，在本实施形态中被提供给上述氢生成装置。而且这种废燃料气体被提供给氢生成装置具有的火焰燃烧器，在该火焰燃烧器中为使重整反应进行而燃烧。又，利用氧化剂侧凝集器2b去除水分的废氧化剂气体，在本实施形态中被释放到燃料电池系统100的外部。又，利用燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b回收的水，通过燃料侧回收水路径c以及氧化剂侧回收水路径d，被提供给下述回收水箱3。还有，这些燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b的结构与通常的燃料电池系统中使用的凝集器的结构相同，因此在这里将关于其内部结构的更详细的说明省略。
又，这种燃料电池系统100具备回收水箱3。利用燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b回收的水，通过燃料侧回收水路径c和氧化剂侧回收水路径d被提供给该回收水箱3。而且该回收水箱3贮存从该燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b排出的水。在回收水箱3贮存的水被适当提供给使用燃料电池系统100的水的结构要素。还有，作为使用水的结构要素，有例如图1中没有特别图示的氢生成装置和下述冷却水箱4等。在这里，在该回收水箱3的本实施形态中，在侧壁上的规定的位置上设置排出水用的回收水排水口3a。回收水箱3中的过剩的水，从该回收水排水口3a，利用溢流向燃料电池系统100的外部排出。又，该回收水箱3通过这种溢流方式的回收水排水口3a与大气连通。借助于此适当控制回收水箱3中的贮水量。还有，回收水箱3的规定的位置上，通过开闭阀等连接在能够提供自来水等水的基础设施上连接的配管(在图1中未特别图示)。而且，在燃料电池系统100启动之前，为了在回收水箱3中贮存必要的水，从自来水管道通过所述配管和开闭阀等对回收水箱3供水。
又，这种燃料电池系统100具备冷却水箱4。这种冷却水箱4贮存发电运行时发热的燃料电池1冷却用的冷却水。这种冷却水箱4中贮存的冷却水利用柱塞泵等冷却水循环泵5通过冷却水供给路径e提供给燃料电池1内的冷却水用流路1a。又，从该冷却水用流路1a排出的由于燃料电池1的发热而温度上升的冷却水在热交换器6通过热传递冷却之后，通过冷却水排出路径f返回冷却水箱4。也就是说，该冷却水箱4中贮存的冷却水为了对在发电过程中发热的燃料电池1进行冷却，借助于冷却水循环泵5在冷却水箱4与形成于燃料电池1内部的冷却水用流路1a之间循环。通过利用该冷却水循环泵5进行的冷却水循环满足燃料电池1中发电时发生的热被逐步回收，以此对燃料电池1进行冷却。又，在该冷却水箱4的本实施形态中，在侧壁的规定的位置上设置排出冷却水用的冷却水排出口4a。在这一冷却水排出口4a上，配置冷却水返回路径h的一端。又，冷却水返回路径h的另一端配置于回收水箱3的内部。冷却水箱4中的过剩的冷却水从冷却水排出口4a借助于溢流，通过冷却水返回路径h向回收水箱3排出。又，这冷却水箱4通过该溢流方式的冷却水返回路径h、回收水箱3、以及回收水排水口3a与大气连通。
又，这种燃料电池系统100具备上述热交换器6。该热交换器6在燃料电池1的冷却水用流路1a排出的温度上升的冷却水与为提供热水等目的从燃料电池系统100的外部提供的水之间进行热交换。而且该热交换器6将热量被回收而得到冷却的冷却水通过冷却水排出路径f向冷却水箱4排出。还有，从热交换器6返回冷却水箱4的温度降低的冷却水借助于冷却水循环泵5，通过冷却水供给路径e再度从冷却水箱4被提供给燃料电池1的冷却水用流路1a。
又，这种燃料电池系统100具备具有规定杂质去除构件的水净化装置7。这种水净化装置7对利用柱塞泵等回收水供给泵8通过净化水排出路径g从回收水箱3向冷却水箱4提供的水进行净化。在这里，回收水供给泵8的电源端子通过能够接通和切断电力供应的电源开关9，连接于具备能够与燃料电池100的运行状况无关地提供电力的蓄电池等的电源装置10的输出端子上。又，在本实施形态中，水净化装置7具备作为杂质去除构件的活性碳7a和离子交换树脂7b。活性碳7a以吸附方式有选择地去除从大气中混入水中的细菌繁殖所需要的氧份TOC。又，离子交换树脂7b有选择地去除在燃料电池1和热交换器6中溶解于水中的金属离子等导电性离子。又，在本实施形态中，水净化装置7的容积采用约2L。还有，使用于水净化装置7的杂质去除构件不限于活性碳7a和离子交换树脂7b，只要是能够去除水中的导电性离子以及TOC等杂质的杂质去除构件(即离子交换体、TOC吸附体)，也可以采用沸石、陶瓷等任何杂质去除构件。
还有，这种燃料电池系统100具备控制装置101。这种控制装置101对构成燃料电池系统100的各结构要素的动作进行适当的控制。在这里，该控制装置101具备例如存储部、中央处理装置CPU等(在图1中没有特别图示)。还有，涉及燃料电池系统100的各构成元素的动作的程序预先存储于控制装置101的存储部，控制装置101根据该存储部存储的程序对燃料电池系统100的动作进行合适的控制。
而且如图1所示，在本实施形态的燃料电池系统100中，由回收水箱3、水净化装置7、净化水排出路径g、冷却水箱4、以及冷却水返回路径h，构成水的第1循环路径A。在该水的第1循环路径A中，回收水供给泵8从回收水箱3取出水，将该取出的水提供给水净化装置7。然后，将在水净化装置7中净化的水通过净化水排出路径g提供给冷却水箱4。提供给冷却水箱4的水的过剩部分，在从冷却水排出口4a排出之后通过冷却水返回路径h返回回收水箱3。这样，本实施形态的燃料电池系统100形成能够使回收水箱3中贮存的水在第1循环路径A循环的结构。
还有，本实施形态的燃料电池系统100具备原料供给装置、氢生成装置、以及空气供给装置(图1中未特别图示)。
原料供给装置向氢生成装置提供生成氢用的天然气等原料。在本实施形态中，该原料供给装置采用由基础设施提供天然气作为原料的结构。还有，在本实施形态中，生成氢用的原料采用天然气，但是并不限于这一实施形态，只要是包含例如LPG等碳氢化合物成份、甲醇等醇类、或石脑油成份等那样的至少由碳和氢构成的有机化合物的原料，可以使用任何原料。例如在使用LPG作为原料的情况下，在原料供给装置上配设LPG箱。
又，氢生成装置主要是使用包含由原料供给装置提供的天然气、LPG等的碳水化合物成份、甲醇等醇类或石脑油成份等例示的至少由碳和氢构成的有机化合物的原料和水蒸汽的重整反应进行，借助于该重整反应生成富含氢的燃料气体。还有，这种氢生成装置具备用于使重整反应进行的重整部、用于使该重整部排出的重整气体中的一氧化碳减少的一氧化碳转化部(以下称为转化部)、以及一氧化碳去除部(以下称为净化部)。重整部具备使重整反应进行用的重整催化剂、用于提供使重整反应顺利进行所需的热量的，使原料的一部分燃烧的，或从燃料气体的供应目的地(即燃料电池1)返回的废燃料气体燃烧的火焰燃烧器、以及燃烧空气供给用的西洛克风扇。又，转化部具备使重整部排出的燃烧气体中的一氧化碳与水蒸汽发生反应的转化催化剂。又，净化部具备使转化部排出的燃烧气体中的一氧化碳氧化或甲烷化用的一氧化碳去除催化剂。还有，这些转化部和净化部为了有效降低燃料气体中包含的一氧化碳，在适于这些化学反应的温度条件下分别运行。
又，空气供给装置通过吸入大气将作为氧化剂气体的空气提供给燃料电池1的阴极侧。该空气供给装置通常具备鼓风机作为鼓风机适于使用西洛克风扇等送风器。
下面参照附图详细说明本发明实施形态1的燃料电池系统的发电的基本动作。
在本说明书中，将燃料电池系统刚启动到燃料电池能够输出额定的功率输出的第1运行期间(启动动作期间)、该第1运行期间后的燃料电池能够输出额定功率输出的第2运行期间(通常运行期间)、以及该第2运行期间后进行燃料电池功率输出停止之前的后处理等的第3运行期间(停止动作期间)这三个运行期间，定义为燃料电池系统的发电运行的“运行期间”。又，将该燃料电池系统的运行期间以外的期间定义为燃料电池系统的发电运行的“停止期间”。还有，在该停止期间，对燃料电池系统的控制装置，由市电电源等提供控制装置工作所需要的电力。又，燃料电池系统的各结构要素处于能够利用控制装置进行控制实施合适的动作的状态。
燃料电池系统100利用控制装置101的控制进行以下动作。
首先，在图1所示的燃料电池系统100开始进行发电运行时，为了生成燃料电池1的发电运行所需的富氢燃料气体，使氢生成装置工作。具体地说，由原料供给装置将用于生成氢的原料即天然气提供给氢生成装置的重整部。又，为了生成用于进行重整反应的水蒸汽，向氢生成装置的重整部供水。这时为了使重整反应进行，在火焰燃烧器使废燃料气体等燃烧利用其发生的热对设置于重整部的重整催化剂进行加热。又，为了该废燃料气体等的燃烧，由燃烧空气供给用的西洛克风扇向火焰燃烧器提供空气。借助于此，氢生成装置的重整部利用水蒸汽重整反应生成富氢的燃料气体。还有，在该氢生成装置的重整部生成的重整气体，其后被提供给转化部和净化部。然后在该转化部和净化部有效地降低和去除燃料气体中包含的一氧化碳。然后在转化部和净化部中被有效减少和去除一氧化碳的优质的燃料气体被提供给燃料电池1的阳极侧。
由氢生成装置向燃料电池1的阳极侧提供富氢的燃料气体，同时从空气供给装置向燃料电池1的阴极侧提供氧化剂气体时，燃料电池1用提供给其阳极侧和阴极侧的燃料气体和氧化剂气体进行发电以输出规定的电力。还有，发电中未使用的废燃料气体从燃料电池1的阳极侧排出，利用燃料侧凝集器2a除湿之后经过废燃料气体路径a返回氢生成装置。然后被提供给氢生成装置具有的火焰燃烧器，在该火焰燃烧器中为了使重整反应进行而燃烧。又，从燃料电池1的阴极侧排出的废氧化剂气体利用氧化剂侧凝集器2b除湿之后，通过废氧化剂气体路径b被排放到燃料电池系统100外部。
进行该发电运行时，燃料电池1由于为发电而发生的电化学反应而发热。在该燃料电池1发生的热，通过使冷却水箱4具有的冷却水借助于冷却水循环泵5通过冷却水供给路径e和冷却水排出路径f在燃料电池1的内部形成的冷却水用流路1a循环而逐步回收。在这里，利用该冷却水循环泵5循环的冷却水回收的热在例如热交换器6中被使用于提供热水等目的。又，在由于某种原因冷却水箱4中的冷却水水量不足的情况下或冷却水箱4中贮存的冷却水的水质变差的情况下，根据需要由回收水箱3向冷却水箱4通过水净化装置7和净化水排出路径g补充净化过的水。该水的补充借助于回收水供给泵8的动作进行。回收水供给泵8通过使电源开关9接通，由电源装置10提供驱动用的电力进行补充水的工作。又，冷却水箱4中的冷却水量过剩的情况下，通过冷却水排水口4a和冷却水返回路径h由冷却水箱4向回收水箱3排出冷却水。以此维持冷却水箱4中的冷却水的水质，同时适当控制其贮水量。
又，在该发电运行时，从燃料电池1排出包含伴随发电生成的水的废燃料气体和废氧化剂气体。这些废燃料气体和废氧化剂气体通过废燃料气体路径a和废氧化剂气体路径b被提供给燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b。然后，在该燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b中，回收废燃料气体和废氧化剂气体中包含的水。然后这些燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b通过燃料侧回收水路径c和氧化剂侧回收水路径d将从废燃料气体和废氧化剂气体回收的水送到回收水箱3。
如上所述，从燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b向回收水箱3输送的水在发电运行时根据需要，借助于回收水供给泵8的动作提供给冷却水箱4。这时贮存于回收水箱3的水利用水净化装置7净化之后被提供给冷却水箱4。在该水净化装置7中，利用活性碳7a有选择地去除TOC，同时利用离子交换树脂7b有选择地去除金属离子等导电性离子。借助于此，回收水箱3中贮存的水得到净化，该净化过的水被提供给冷却水箱4。这样，在本实施形态的燃料电池系统100中，将利用燃料侧凝集器2a和氧化剂侧凝集器2b从废燃料气体和废氧化剂气体回收的水贮存于回收水箱3，借助于此，通常氢生成装置中使用的水和冷却水箱4中贮存的冷却水不从燃料电池系统100外部补充，能够连续进行发电动作。还有，在由于某种原因回收水箱3中的水量不足的情况下，从自来水管向回收水箱3补充水。又，回收水箱3中的水量过剩的情况下，过量的水从回收水箱3的回收水排水口3a借助于溢流排出到燃料电池系统100外部。以此对回收水箱3的贮水量进行恰当的控制。
但是，在燃料电池系统100中，如上所述回收水箱3内的回收水和冷却水箱4内的冷却水可能与大气接触，因此细菌和TOC等会从大气中混入回收水和冷却水中。在这里，混入回收水和冷却水中的TOC，通过利用回收水供给泵8使其在回收水箱3与冷却水箱4之间通过水净化装置7循环，利用水净化装置7的活性碳7a有选择地吸附。在这种情况下，活性碳7a的TOC吸附量相应于燃料电池系统100的发电运行经过的时间而增加。还有，TOC是细菌的养分，随着TOC吸附量的增加，促进细菌的繁殖。在回收水和冷却水中细菌大量繁殖的情况下，大量繁殖的细菌使水的流动性恶化，因此很可能在回收水和冷却水输送用的流路上发生流路堵塞或流路狭窄化。
另一方面，在燃料电池系统100中，通常其发电运行与水净化装置7的净化运行(例如在本实施形态中从回收水箱3向水净化装置7提供回收水，利用水净化装置7将该提供的回收水加以净化，将该净化过的水由水净化装置7提供给冷却水箱4的净化运行)形成不可分割的一体化关系。从而，在燃料电池系统100的发电运行停止的情况下，停止从回收水箱3向水净化装置7提供回收水。而且在燃料电池系统100发电运行停止时，由于具有细菌的水滞留在大量吸附水净化装置7的TOC富有营养的活性碳7a的内部，因此有细菌大量繁殖的情况。在这种情况下，在输送回收水和冷却水用的净化水排出路径g和冷却水返回路径h上发生流路闭塞或流路狭窄化造成的供给压力损耗等问题，因此有时候会在燃料电池系统100中发生水供给功能障碍和净化功能障碍。这种水供给功能和净化功能的障碍是在启动时妨碍燃料电池系统100正常发电运行的主要原因。
因此，在本实施形态中，为了提供能够以简单的机构更有效地抑制发电运行停止期间水中的细菌繁殖，不容易发生水供给功能障碍和净化功能障碍的燃料电池系统，在燃料电池系统100停止工作期间，控制装置101在规定的周期和期间接通电源开关9，以此由电源装置10向回收水供给泵8提供电力。然后使燃料电池系统100在停止期间以规定的周期和供给量使回收水供给泵8工作，使冷却水箱4内的冷却水从冷却水排水口4a溢流，在回收水箱3与冷却水箱4之间通过水净化装置7以规定的周期和循环量如图1所示的第1循环路径A那样强制使水循环。
在这里，在本实施形态中，使水循环的规定周期采用一周以内(168小时以内)，更理想的是采用3天以上(72小时以上)一周以内(168小时以内)，其理由是，在图1所示的第1循环路径A中，一周以上不使水循环的情况下，燃料电池系统100内的水中，会有细菌繁殖到使净化水排出路径g和冷却水返回路径h等水流动路径堵塞的程度。而且，因为以三天以下的周期使水循环时，对于水净化装置7的离子交换树脂7b的负荷增加，所以使水循环的规定周期规定为3天以上，是为了减小对离子交换树脂7b的负荷，防止其劣化。
又，在本实施形态中，使水循环时的规定的循环量规定为在一次循环动作中约2.0L。具体地说，在本实施形态中，鉴于水循环所涉及的电力消耗，在一个循环动作中以每分钟50cc的比例在40分钟之间使水循环。在这种情况下，一次循环动作的规定的循环量采用约2.4L比较理想。具体地说，更理想的是在一次循环动作中以每分钟60cc的比例在40分钟之间使水循环。其理由是，本实施形态的燃料电池系统100的水净化装置7的容积约为2L，如果如上所述将水的循环量定为约2.4L，则能够可靠置换滞留于水净化装置7中的与容积相应的水。
这样，在本实施形态中，在燃料电池系统100停止工作期间以规定的周期和期间使回收水供给泵8动作，借助于此以规定的周期和循环量在回收水箱3与冷却水箱4之间使水循环，借助于此，能够不浪费能量地有效地抑制燃料电池系统100中水中的细菌的显著繁殖。
本实施形态的燃料电池系统100的对细菌繁殖的抑制作用和效果推测和说明如下。
即在燃料电池系统100进行发电运行时，在构成水净化装置7的活性碳7a中逐步吸附和贮藏从大气逐步混入水中的TOC。这时活性碳7a附着的TOC的量，虽然与设置燃料电池系统100的环境和活性碳7a的TOC吸附能力有关系，但是认为是能够在比较短的时间内使细菌显著繁殖的量。
另一方面，细菌通常分类为需氧细菌和厌氧细菌。在这里，所谓需氧细菌是为了繁殖需要氧气的细菌。又，所谓厌氧细菌是为了繁殖不需要氧气的细菌。还有，由于在燃料电池系统100中在其运行期间和停止期间对循环或滞留的水不积极提供氧气，所以可以认为回收水箱3和水净化装置7的活性碳7a等的水中繁殖的细菌主要是厌氧细菌。
但是，细菌的繁殖速度因该细菌的种类而不同。例如需氧细菌为了繁殖一边消耗氧气和TOC，一边在大概20～30分钟进行一次频率(比率)地反复分裂。具体的说，一个需氧细菌20分钟进行一次频率(比率)地反复分裂，假设其后繁殖生成的需氧细菌中的任何一个都没有死去，则12小时以后繁殖到10亿个细菌。另一方面，厌氧细菌即使是在繁殖用的TOC充分存在的环境，繁殖速度也与需氧细菌的繁殖速度不同，大概每4小时反复进行一次分裂，在这种情况下以大概4小时一次的比例反复进行分裂，其后繁殖生成的厌氧细菌中的任何一个假定都没有死去，一个厌氧细菌12小时以后大约分裂为8个左右。
也就是说，可以认为在燃料电池系统100中，为了抑制水中的细菌的显著繁殖，不使大量吸附TOC的活性碳7a的内部有细菌的水长时间(例如本实施形态中的一周以上)滞留是非常有效的。
因此在本实施形态中，如上所述为了防止在活性碳7a内部有细菌的水长时间滞留，在燃料电池系统100停止工作期间以规定的周期和期间使回收水供给泵8动作，以此以规定的周期和循环量强制使水在回收水箱3与冷却水箱4之间循环。借助于此，以规定的周期从水净化装置7的活性碳7a排出具有细菌的水，防止具有细菌的水的滞留，因此能够不消耗能量地有效地抑制燃料电池系统100中水中的细菌的显著繁殖。而且，利用本发明能够提供水的供给功能和净化功能不容易发生障碍的可靠性高的燃料电池系统100。还有，燃料电池系统100的发电运行停止期间是例如负载消耗功率小的夜间、负载消耗功率小的长期外出期间等。在这样的夜间和外出期间，燃料电池系统100的发电运行停止，一方面由市电对负荷提供电力。
又，在本实施形态中，不是利用紫外线照射装置或加热装置等杀菌装置对燃料电池系统100内部的水中细菌的显著繁殖进行抑制，而只是在燃料电池系统100停止工作期间利用已经设置的回收水供给泵8使水循环进行抑制，因此能够不追加设置新的紫外线照射装置或加热装置等结构要素，又能够节省能量，以简单的结构有效地对其进行抑制。也就是说，能够提供确保经济性和节能的燃料电池系统100。
又，在本实施形态中将燃料电池系统100中水的循环周期设定为一周以内(168小时以内)，更理想的是设定为3天以上(72小时以上)，一周以内(168小时以内)。如果采用这样的形态，在使回收水供给泵8动作在冷却水箱4与回收水箱3之间使水循环时，通过长时间放置使水的温度冷却到较低的温度，这样能够防止对水净化装置7的活性碳7a和离子交换树脂7b供应的水温过高，因此能够防止活性碳7a和离子交换树脂7b受热劣化的情况发生。例如在将70℃的水提供给水净化装置7的情况下，活性碳7a的TOC等有机成份的吸附性能下降。又，在这种情况下，由于超过离子交换树脂7b的耐热温度，离子交换树脂7b受热改变性质。而且如果采用将水的循环周期如上所述设定为长周期的本实施形态，则回收水箱3和冷却水箱4中贮存的水的温度确实降低，因此活性碳7a的吸收特性下降和离子交换树脂7b的受热改变性质等问题能够在未发生前避免。也就是说，能够提供可以长期确保水净化装置7的水净化特性的燃料电池系统100。
在这里，在本实施形态中，在回收水箱3与冷却水箱4之间强制使水循环时的规定周期采用一周以内(168小时以内)，更理想的是，三天以上(72小时以上)，一周以内(168小时以内)，但是并不限于这样的周期。又，在本实施形态中，在回收水箱3与冷却水箱4之间强制使水循环时的规定循环量采用约2.0L，但是并不限于这样的循环量。也就是说，回收水箱3与冷却水箱4之间强制使水循环的规定周期和循环量只要能够使细菌的繁殖程度为燃料电池系统100中水的供给功能和净化功能不发生故障的程度，不管是什么样的周期和循环量都可以。
例如在水中的细菌的繁殖速度，由于因燃料电池系统100的结构和细菌的种类而变化，因此只要根据回收水箱3、冷却水箱4、水净化装置7等的容积和开放面积、以及细菌的种类等设定使水循环的周期和循环量即可。又，在水中，细菌的繁殖速度也因水温而变化。例如在水温低的冬季，在水中细菌的繁殖速度低。但是在水温高的夏季，在水中，细菌的繁殖速度快。又，燃料电池系统100的发电运行开始之后以比较短的周期使该发电运行停止的情况下，混入水中的TOC以及细菌的混入量比较少，因此其后细菌繁殖的概率比较小。从而，没有必要将使水循环的周期和循环量固定于一定值，鉴于燃料电池系统100的结构以及运行状况和细菌的种类等，只要将使水循环的规定周期和循环量适当加以设定即可。
又，在本实施形态中，表示出控制装置101进行控制强制使水在回收水箱3与冷却水箱4之间循环的形态，但是并不限于这样的形态。例如为了防止水在水净化装置的活性碳7a中长期滞留，控制装置101也可以采用使水净化装置7的活性碳7a内的水充分排出，在燃料电池系统100停止工作期间使回收水供给泵8工作，在净化水排出路径g中使水流动的控制形态。也就是说，只要是能够防止在水净化装置7的活性碳7a中水长期滞留的手段，不管是什么手段，也可以在燃料电池系统100中作为使水的供给功能和净化功能不发生障碍用的手段使用。
又，在本实施形态中，回收水箱3与冷却水箱4之间的水循环量，考虑到水净化装置7的容积约为2L，同时为了将水净化装置7内滞留的水利用回收水箱3提供的回收水可靠地加以置换，最好是每一次循环采用约2.4L。在这里，该水的循环量，为了在水净化装置7中可靠地进行水的置换，同时使对水净化装置7的离子交换树脂7b的负荷为最低限度，基本上采用与水净化装置7的容积相同的量。其理由是，在该水的循环量大幅度超过水净化装置7的容积的情况下，对于离子交换树脂7b的负荷增加，因此对离子交换树脂7b的寿命有不良影响。这样，将回收水箱3与冷却水箱4之间的水的循环量采用与水净化装置7的容积相同，在这个基础上，根据状况在离子交换树脂7b不受到不良影响的程度上使其比水净化装置7的容积稍大，这样能够不损害水净化装置7的净化功能地有效地抑制水中的细菌的繁殖。
还有，如上所述，为了不使燃料电池系统100中水的供给功能和净化功能发生障碍，防止水净化装置7的活性碳7a中水的滞留是重要的。基于重要的观点，在回收水箱3与冷却水箱4之间水的循环量最低限度也要设定为每一次的水循环量(流动量)为活性碳7a的容积以上。
又，在本实施形态中，如上所述，在燃料电池系统100停止工作期间以规定的周期和期间使回收水供给泵8工作，以此以规定的周期和循环量在回收水箱3与冷却水箱4之间强制使水循环。这时，由于强制使水循环，回收水箱3和冷却水箱4各自的水位在回收水箱3和冷却水箱4各自的深度方向上变动。在这里，该回收水箱3和冷却水箱4的水位变动有效地抑制了回收水箱3内的回收水的腐败随着时间经过而发展，而且有效地控制了冷却水箱4内的冷却水的腐败随时间的发展。其理由是在所谓贮水箱内的水的一般性腐败在水位不变动的状况下该贮水箱的内壁面和水与空气接触的界面特别容易发展。也就是说，如果采用本实施形态，在燃料电池系统100的停止运行期间使回收水供给泵8动作，强制使水循环，借助于此强制使回收水和冷却水的水位变动，因此即使是从回收水箱3和冷却水箱4的回收水排水口3a和冷却水排水口4a有细菌混入回收水和冷却水中的情况下，也能够有效抑制回收水和冷却水的腐败。在这里，这样的水的腐败抑制效果是作为水的循环动作造成的燃料电池系统特有的派生效果得到的。而且由于该水位变动造成的水的腐败抑制效果与水的循环作用造成的水的腐败抑制效果相互促进，能够使对在燃料电池系统100中水的腐败发展情况的抑制比以往任何时候都有效。
还有，在本实施形态中，对燃料电池系统100将固体高分子型燃料电池用作燃料电池1的实施形态进行说明，但是并不限于这样的形态。也可以采用例如燃料电池系统100具备磷酸型燃料电池或碱性燃料电池等作为燃料电池1的形态。即使是采用这样的结构，也能够得到与本实施形态相同的效果。
实施形态2图2是本发明实施形态2的燃料电池系统的结构的示意方框图。还有，在图2中也是构成燃料电池系统的各结构要素之间的实线表示水和燃料气体或氧化剂气体等流动的路径，记在这些实线上的箭头表示水和燃料气体或氧化剂气体等在通常运行时的流动方向。又，图2中也只表示说明本发明所需要的结构要素，此外的结构要素的图示省略。又，在图2中与实施形态1所示的燃料电池系统100的结构要素相同的结构要素标以相同的符号。
如图2所示，本实施形态的燃料电池系统200具有与实施形态1所示的燃料电池系统100的结构大致相同的结构。但是，本实施形态的燃料电池系统200的结构还具备贮存水净化装置7净化的水的净化水箱11、以及从该净化水箱11向冷却水箱4供水的净化水供给泵12，这一点与实施形态1所示的燃料电池系统100的结构不同。其他与实施形态1所示的燃料电池系统100相同。
如上所述，本实施形态的燃料电池系统200具备净化水箱11。该净化水箱11在将水净化装置7排出的净化水提供给冷却水箱4之前将其加以贮存。在这里，水净化装置7净化的水通过净化水排出路径i被提供给净化水箱11。又，在净化水箱11中过剩的水从设置于净化水箱11的规定的位置上的净化水排出口11a排出之后，通过净化水返回路径k返回回收水箱3。也就是说，在本实施形态中，形成图2所示的使水循环用的第2循环路径B，以取代实施形态1所示的水的第1循环路径A。这样，本实施形态所示的燃料电池系统200以设置净化水箱11，形成第2循环路径B，使冷却水箱4独立于图1所示的水的第1循环路径A这些特点为其特征事项。
又如图2所示，这一燃料电池系统200具备净化水供给泵12。该净化水供给泵12将净化水箱11中贮存的水通过净化水供给路径j提供给冷却水箱4。借助于该净化水供给泵12的动作，在冷却水箱4中的冷却水量不足的情况下从净化水箱11对冷却水箱4补充水。
在本实施形态中，为了防止在活性碳7a的内部长时间滞留具有细菌的水，通过在燃料电池系统200停止工作期间通过控制装置101以规定的周期和期间使电源开关9接通，从电源装置10对回收水供给泵8提供电力。于是以规定的周期和期间使回收水供给泵8工作，借助于此，以规定的周期和循环量从回收水箱3向水净化装置7供水。又，在水净化装置7中净化的水，被利用回收水供给泵8提供给水净化装置7的水推出，通过净化水排出路径i提供给净化水箱11。于是在净化水箱11中剩余的水在从净化水排水口11a排出之后通过净化水返回路径k返回回收水箱3。这样，本实施形态以在燃料电池系统200停止工作期间在回收水箱3与净化水箱11之间通过水净化装置7使水向第2循环路径B那样强制循环为其特征。于是，通过以规定的周期从水净化装置7的活性碳7a排出具有细菌的水，防止具有细菌的水的滞留，不浪费能量地可靠地而且有效地抑制了燃料电池系统200中水中细菌的显著繁殖。借助于本发明也能够提供水的供给功能和净化功能不容易发生障碍的可靠性高的燃料电池系统200。
又，如果采用本实施形态，由于图2所示的第2循环路径B与冷却水箱4是独立的，冷却水箱4中贮存的冷却水不返回回收水箱3。这样能够防止将在燃料电池1的冷却水用流路1a中溶解于冷却水的金属离子等导电性离子提供给水净化装置7，因此能够减少由于导电性离子而造成的离子交换树脂7b的负荷或消除该负荷。也就是说，能够抑制离子交换树脂7b的劣化。又，由于减少导电性离子造成的离子交换树脂7b的负荷，能够有效利用离子交换树脂7b的离子交换清除能力，这样能够更可靠地进行水的净化处理。其结果是，如果采用本实施形态，能够进一步改善燃料电池系统200中的水的净化程度。
还有，在本实施形态中也是，在回收水箱3与净化水箱11之间使水循环的周期和循环量例如预先对水中的细菌的繁殖程度进行取样评价，根据评价结果，也考虑燃料电池系统200的结果等适当进行设定。又，净化水箱11的大小(最大贮水量)根据确保在发电运行时冷却水箱4中不足的冷却水的水量的观点决定即可。还有，其他特点与实施形态1的情况相同。
实施形态3图3是本发明实施形态3的燃料电池系统的结构的示意方框图。还有，在图3中也是构成燃料电池系统的各结构要素之间的实线表示水和燃料气体或氧化剂气体等流动的路径，记在这些实线上的箭头表示水和燃料气体或氧化剂气体等在通常运行时的流动方向。又，图3中也只表示说明本发明所需要的结构要素，此外的结构要素的图示省略。又，在图3中与实施形态1和2所示的燃料电池系统100和200的结构要素相同的结构要素标以相同的符号。
如图3所示，本实施形态的燃料电池系统300具有与实施形态2所示的燃料电池系统200的结构大致相同的结构。但是，本实施形态的燃料电池系统300的结构在具备图2所示的净化水箱11和冷却水箱4这一点上与燃料电池系统200的结构相同，而不具有从净化水箱11向冷却水箱4提供净化的水用的净化水供给泵12这一点、以及形成能够从净化水箱11的净化水排水口11a向冷却水箱4借助于溢流提供净化水的结构这一点，与实施形态2所示的燃料电池系统200的结构不同。而且在形成在冷却水箱4的规定的位置上设置冷却水排水口4a，剩余的冷却水能够从该冷却水排水口4a通过冷却水返回路径h，返回回收水箱3这样的结构这一点上，与实施形态2所示的燃料电池系统200的结构不同。其他特点与实施形态1和2所示的燃料电池系统100以及200的结构相同。
如上所述，本实施形态的燃料电池系统300与实施形态2所示的燃料电池200的结构一样地具备净化水箱11。该净化水箱11与实施形态2的情况同样地贮存水净化装置7排出的净化水。在这里，水净化装置7净化的水与实施形态2情况一样通过净化水排出路径1，而不通过净化水排出路径i，提供给净化水箱11。而且，在本实施形态中，形成能够将在净化水箱11中过剩的水通过净化水排水口11a借助于溢流提供给冷却水箱4的结构。在这里，燃料电池系统300，如图3所示形成如下所述的结构，即能够在将净化水箱11中的溢流时的水位与冷却水箱4中溢流时的水位加以比较的情况下，使冷却水箱4中的溢流时的水位比净化水箱11中的溢流时的水位低的结构。从而能够使净化的水从净化水箱11向冷却水箱4流动，而反之冷却水不能够从冷却水箱4向净化水箱11流动。也就是说，在本实施形态的燃料电池系统300中，形成水能够从净化水箱11向冷却水箱4单向流动的结构。而且在冷却水箱4中过剩的冷却水从冷却水箱4的冷却水排水口4a借助于溢流排出，其后通过冷却水返回路径h返回回收水箱3。也就是说，在本实施形态中，如图3所示形成水的第3循环路径C，取代实施形态1和2所示的水的第1循环路径A和第2循环路径B。这样，本实施形态中所示的燃料电池系统300中，为了能够不使用泵等输水手段从净化水箱11向冷却水箱4供水，将净化水箱11的净化水排水口11a的一端连接于冷却水箱4的规定的位置上。这样就能够从净化水箱11向冷却水箱4供水。于是，燃料电池系统300以形成水的第3循环路径C取代第1循环路径A和第2循环路径B这一点为其特征。
在本实施形态中，为了防止具有细菌的水长时间滞留于活性碳7a的内部，在燃料电池系统300停止运行期间，控制装置101以规定的周期和期间使电源开关9接通，以此从电源装置10向回收水供给泵8提供电力。于是能够以规定的周期和期间使回收水供给泵8动作，借助于此，以规定的周期和循环量从回收水箱3向水净化装置7供水。又，在水净化装置7中净化的水被由回收水供给泵8向水净化装置7提供的水挤出，通过净化水排出路径1被提供给净化水箱11。于是，在净化水箱11中剩余的水借助于溢流通过净化水排水口11被提供给冷却水箱4。又，在冷却水箱4中剩余的水借助于溢流，通过冷却水排水口4a和冷却水返回路径h再度被提供给回收水箱3。还有，在本实施形态中，也与实施形态1和2的情况一样，净化水箱11、冷却水箱4与回收水箱3之间的水循环量，考虑到水净化装置7的容积为约为2L，同时为了将水净化装置7内滞留的水利用回收水箱3提供的水可靠地加以置换，(最好是)每一次循环采用约2.4L。
这样，本实施形态在燃料电池系统300停止工作期间在净化水箱11、冷却水箱4、以及回收水箱3之间强制使水如图3所示通过第3循环路径C循环。然后与实施形态1和2的情况一样，以规定的周期从水净化装置7的活性碳7a排出具有细菌的水防止具有细菌的水滞留，以此能够不浪费能量地可靠而且有效地抑制燃料电池系统300中的水中的细菌的显著繁殖。借助于本发明，也能够提供水的供给功能和净化功能不容易发生障碍的可靠性高的燃料电池系统300。
又，如果采用本实施形态，则能够不用泵等输水手段从净化水箱11向冷却水箱4供水，因此与实施形态2所示的燃料电池系统200的结构相比，能够简化燃料电池系统300的结构。而且由于不使用泵等输水手段，因此能够抑制燃料电池系统300的电力消耗，同时能够以更加低廉的价格提供燃料电池系统300。
还有，在本实施形态中，例示了冷却水箱4与净化水箱11借助于净化水排水口11a连接的形态，但是并不限于这样的形态。例如也可以将冷却水箱4与净化水箱11形成一体，形成冷却水箱4与净化水箱11的净化水用规定的隔板隔离，以便水能够从净化水箱11向冷却水箱4溢流的形态。采用这样的形态也能够得到与本实施形态得到的作用和效果相同的作用和效果。
又，在本实施形态中，使水在净化水箱11、冷却水箱4、和回收水箱3之间循环的周期和循环量，与实施形态1和2的情况一样适当设定即可。又，净化水箱1的大小(最大贮水量)也与第2实施形态的情况一样，只要根据确保发电运行时冷却水箱4中不足的冷却水的水量的观点决定即可。还有，其他特点与实施形态1和实施形态2的情况一样。
工业应用性本发明的实施形态的燃料电池系统作为能够利用简单的结构有效抑制燃料电池系统发电运行停止期间的水中的细菌繁殖的，水的供给功能和净化功能不容易发生障碍的燃料电池系统，能够使用于工业上。
权利要求
1.一种燃料电池系统，具备采用氧化剂气体和燃料气体进行发电的燃料电池、贮存从所述燃料电池排出的氧化剂气体和燃料气体中的至少任一种回收的水的回收水箱、贮存用于冷却所述燃料电池的冷却用水的净化水箱、将所述回收水箱的水提供给所述净化水箱用的水供给流路、在所述水供给流路从所述回收水箱向所述净化水箱通水用的泵、对借助于所述泵流通的水在所述水供给流路上在提供给所述净化水箱之前借助于内装的TOC吸附体进行净化的水净化装置、以及控制装置，其特征在于，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，在所述水供给流路使水流动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵定期工作，在所述水供给流路使水定期流动。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵以能够抑制细菌繁殖的周期定期工作，在所述水供给流路使水定期流动。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵以72小时以上168小时以下的周期定期工作，在所述水供给流路使水定期流动。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，作为水净化水箱，具备贮存所述冷却水的冷却水箱。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，具备将所述冷却水箱的水提供给所述回收水箱用的第2水供给流路，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，控制使水通过所述水供给流路以及第2水供给流路在所述冷却水箱与所述回收水箱之间循环。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，除了所述净化水箱外还具备贮存所述冷却水的冷却水箱，形成能够将所述净化水箱的水提供给所述冷却水箱的结构。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备将所述净化水箱的水提供给所述冷却水箱用的第2泵。
9.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，具备将所述冷却水箱的水提供给所述回收水箱用的第2水供给流路，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，控制使水通过所述水供给流路以及所述第2水供给流路在所述净化水箱、所述冷却水箱、以及所述回收水箱之间循环。
10.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，具备将所述净化水箱的水提供给所述回收水箱用的第3水供给流路，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，控制使水通过所述水供给流路以及所述第3水供给流路在所述净化水箱及所述回收水箱之间循环。
11.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作时，在所述泵的每单位时间的送水能力为P1，所述泵的工作时间为T1，所述TOC吸附体的容积为V1的情况下，进行控制以使得所述P1、所述T1以及所述V1满足式(1)，即P1×T1≥V1 ......(1)
12.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述水净化装置还具备离子交换体。
全文摘要
本发明的燃料电池系统，具备采用氧化剂气体和燃料气体进行发电的燃料电池(1)、贮存从所述燃料电池排出的废气回收的水的回收水箱(3)、贮存用于冷却所述燃料电池的冷却用水的贮水水箱(4)、将所述回收水箱的水提供给所述贮水水箱用的水供给流路(g)、在所述水供给流路从所述回收水箱向所述贮水水箱通水用的泵(8)、对借助于所述泵流通的水在所述水供给流路上在提供给所述贮水水箱之前借助于内装的TOC吸附体(7a)进行净化的水净化装置(7)、以及控制装置(101)，所述控制装置进行如下所述的控制，即在所述燃料电池系统停止工作期间使所述泵工作，在所述水供给流路使水流动。
文档编号H01M8/06GK1943068SQ200680000159
公开日2007年4月4日 申请日期2006年2月15日 优先权日2005年2月18日
发明者山本雅夫, 尾关正高 申请人:松下电器产业株式会社