燃料电池系统通过从外部向燃料电池供给的燃料和氧化剂的电化 学反应进行发电，回收反应所产生的热量并以热水形式储存，并将该 热水有效地用于向外部的热供给。具体来说，向燃料电池内供给冷却 水，该供给的冷却水在燃料电池内进行热交换，被加热后从燃料电池 排出。然后，排出的冷却水通过在热交换器内与热介质(水)进行热 交换而被冷却，再次向燃料电池供给。
另一方面，在热交换器中热交换的热介质被电加热器进一步加热， 并被储存在热水储水箱中。此时，热介质中的溶解氧变成气泡，设置 在热介质流通的排热回收流路上的泵的性能降低，产生在送水控制中 引起故障的问题。
针对这样的问题，已知在循环经路(排热回收流路)上设置排气 阀的燃料电池系统(例如，参考专利文献1)。在专利文献1所公开的 燃料电池发电系统中，通过在包括热交换器和燃料电池的温水的循环 经路上设置排气阀，能够去除在循环经路内产生的气泡。
专利文献1：日本特开2003-223913号公报

但是，在专利文献1所公开的燃料电池发电系统中，没有考虑在 循环经路中流通的温水的流速。因此，当循环经路中流通的温水的流 速快的情况下，由于温水沿其流通方向对气泡所施加的力比气泡的浮 力大，因而气泡没有从排气阀排出，而是照旧在循环经路中流通。因 此，由于气泡滞留在循环经路内，会产生经路内的流路阻抗增加的问 题；或者，由于在经路内存在的气泡进入泵内，会产生泵的性能降低 的问题。
本发明是鉴于以上的问题而完成的，其目的在于提供以简易的构 成可靠地去除在排热回收流路内产生的气泡并可安全地运转的燃料电 池系统。
为了解决上述问题，本发明的燃料电池系统具备：燃料电池，通 过燃料和氧化剂的反应进行发电；冷却流路，其中流通冷却所述燃料 电池的第1热介质；热交换器，设置在所述冷却流路上；排热回收流 路，其中流通经由所述热交换器而与所述第1热介质进行热交换的第2 热介质；并且，在所述排热回收流路上设置有使所述第2热介质的流 速降低的减速部和将该减速部内的气泡向所述排热回收流路外放出的 气泡去除部。
于是，可以以简易的构成可靠地去除在排热回收流路内产生的气 泡，并能够安全地运转。
在本发明的燃料电池系统中，所述气泡去除部可以设置在所述热 交换器的下游侧。
在本发明的燃料电池系统中可以具备加热在所述排热回收流路中 流通的所述第2热介质的加热器，并且，所述气泡去除部可以设置在 所述排热回收流路的被所述加热器所加热的部分的下游侧。
在本发明的燃料电池系统中，所述减速部可以由所述排热回收流 路的沿铅垂方向向下延伸且所述第2热介质下降的部分构成，该部分 的横截面面积大于其上游部分和下游部分的横截面面积。
在本发明的燃料电池系统中，所述气泡去除部可以设置在所述减 速部的上方。
在本发明的燃料电池系统中，所述减速部可以被构成为，至少在 其的一部分中的所述第2热介质的流速为1.06×10-1m/sec以下。
在本发明的燃料电池系统中，在所述排热回收流路的除了所述减 速部以外的部分向下延伸的该排热回收流路可以被构成为，所述第2 热介质的流速为4.25×10-1m/sec以上。
在本发明的燃料电池系统中可以是：所述第2热介质为水，具备 储存经由所述热交换器而与所述第1热介质进行热交换的第2热介质 的热水储水箱。
而且，在本发明的燃料电池系统中可以为：所述加热器为使用所 述燃料电池中发电的剩余的电力的剩余电力加热器，所述减速部为以 使由所述剩余电力加热器加热的所述第2热介质的温度上升缓和的方 式构成的缓冲部，所述缓冲部设置在所述排热回收流路的被所述剩余 电力加热器所加热的部分的下游的部分，所述缓冲部的横截面面积比 位于该缓冲部的上游的所述排热回收流路的横截面面积大。
根据本发明的燃料电池系统，可以以简易的构成减少在排热回收 流路内产生的气泡，并能够安全地运转。
附图说明
图1为模式地表示本发明的第1实施方式所涉及的燃料电池系统 的构成的框图。
图2为表示测量替代构成排热回收流路7的配管的内径而在减速 部7c及部分7e中流通的第2热介质的流速和气泡的流通的结果的表。
符号说明
1 燃料电池                 2 输出控制器
3 冷却流路                 3a 冷却去路
3b 冷却回路                4 第1泵
5 热交换器                 6 加热器(剩余电力加热器)
7 排热回收流路             7a 排热回收去路
7b 排热回收回路            7c 减速部
7d 气泡去除部              7e 部分
8 第2泵                    9 热水储水箱
10 控制器                  11 系统电源
12 输出配线                13 系统连接点
14 外部电力负载            15 水供给配管
16 储热水供给配管          17 温度传感器

以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行详细说明。
(第1实施方式)
图1为模式地表示本发明的第1实施方式所涉及的燃料电池系统 的构成的框图。
首先，对第1实施方式所涉及的燃料电池系统的构成进行说明。
如图1所示，第1实施方式所涉及的燃料电池系统100具备燃料 电池1、发电电流控制器2、冷却流路3、第1泵4、热交换器5、加热 器(剩余电力加热器)6、排热回收流路7、第2泵8、热水储水箱9、 以及控制器10。
在燃料电池1中，从燃料供给器(图中没有表示)供给的含有氢 的燃料和从氧化剂供给器(图中没有表示)的含有氧的氧化剂进行电 化学反应，生成水，并产生热和电。而且，在燃料电池1的图中没有 表示的输出端子上，连接有发电电流控制器2。
发电电流控制器2控制向燃料电池系统100的外部输出的电流。 在此，由于燃料电池1产生直流电，因而，发电电流控制器2具有将 燃料电池1中产生的直流电变换为交流电的变流器(inverter)。在发电 电流控制器2的输出端子(图中没有表示)上连接有输出配线12的一 端，在输出配线12的另一端上设置有系统连接点13。
然后，在系统连接点13上，通过适当的配线连接有系统电源11， 发电电流控制器2和系统电源11在系统连接点13被系统连接。而且， 在系统连接点13上，通过适当的配线连接有外部电力负载14。进而， 在燃料电池1上，通过适当的配线连接有加热器(剩余电力加热器)6。 在此，外部电力负载14假想为一般家庭中所使用的电器。而且，剩余 电力加热器6使用夹套加热器等公知的电加热器。
控制器10由微机等电脑构成，具有由CPU等形成的演算处理部、 由存储器等形成的存储部、监视器等显示部、具有日历功能的计时部、 以及键盘等操作输入部(图中都没有表示)。演算处理部读取存储部中 容纳的规定的控制程序并执行它，由此进行燃料电池系统100所涉及 的各种的控制。而且，演算处理部对存储部中存储的数据或者从操作 输入部输入的数据进行处理。进而，在燃料电池1中发电的电力比外 部电力负载14所消耗的电力大的情况(产生剩余电力的情况)下，控 制器10使剩余电力通向剩余电力加热器6。于是，通过将剩余电力以 热能方式进行储存，谋求节能化。
而且，在燃料电池1上连接有冷却流路3，在冷却流路3的中途设 置有第1泵4。冷却流路3由冷却去路3a和冷却回路3b构成。冷却去 路3a的上游端和下游端分别与燃料电池1的热介质供给口(图中没有 表示)和第1泵4的吐出口(图中没有表示)连接。而且，冷却回路 3b的上游端和下游端分别与燃料电池1的热介质排出口(图中没有表 示)和第1泵4的吸入口(图中没有表示)连接。并且，热交换器5 的一次侧流路插入到冷却回路3b中。
第1泵4使用流量可调节的泵，使第1热介质(在此为水)经由 冷却流路3在燃料电池1和热交换器5之间循环。于是，燃料电池1 内的温度保持为适合进行发电的温度。而且，第1泵4也可以使用泵 和流量调节阀等流量调节器来调节在冷却流路3中流通的第1热介质 的流量。
在热交换器5的二次侧流路的入口部和出口部上，连接有排热回 收流路7的排热回收去路7a和排热回收回路7b。具体来说，在热交换 器5的二次侧流路的入口部连接有排热回收去路7a的下游端，在热交 换器5的二次侧流路的出口部连接有排热回收回路7b的上游端。并且， 排热回收去路7a的上游端与热水储水箱9的下部连接，另一方面，排 热回收回路7b的下游端与热水储水箱9的上部连接。
而且，在排热回收流路7的比热交换器5更位于下游的一侧(排 热回收回路7b)上，设置有加热器(剩余电力加热器)6。剩余电力加 热器6以可以根据来自控制器10的控制信号调整其加热量的方式构 成，加热在排热回收回路7b中流通的第2热介质(在此为水)。
进而，在排热回收流路7的中途设置有第2泵8。第2泵8使用流 量可调节的泵。通过使第2泵8动作，储存在热水储水箱9中的第2 热介质的一部分经过排热回收流路7(正确地说是排热回收去路7a) 向热交换器5供给，在热交换器5中，第2热介质与在冷却流路3中 流通的第1热介质进行热交换。然后，在热交换器5中与第1热介质 进行热交换而被加热的第2热介质在剩余电力加热器6中进一步被加 热，之后流过排热回收回路7b而被储存在热水储水箱9中。而且，第 2泵8也可以使用泵和流量调节阀等流量调节器来调节在排热回收流 路7中流通的第2热介质的流量。
热水储水箱9形成为筒状，以其中心轴沿铅垂方向延伸的方式设 置。在热水储水箱9的下端连接有用于供给城市自来水的水供给配管 15，在热水储水箱9的上部连接有用于向利用者供给储热水(热介质) 的储热水供给配管16。在储热水供给配管16上连接有利用储热水的热 负载(图中没有表示)。作为热负载可以举出热水供给器、暖房器或 者空调机。
但是，第2热介质被热交换器5和剩余电力加热器6加热，流过 排热回收回路7b而被储存在热水储水箱9中，但是，如上述那样的被 加热的第2热介质(水)中的溶解氧会变成气泡，如果该气泡在排热 回收流路7内滞留，则会增加在排热回收流路7中流通的第2热介质 的流速阻抗。因此，在第1实施方式所涉及的燃料电池系统中，在形 成排热回收流路7(正确地说是排热回收回路7b)的配管上，在设置 有剩余电力加热器6的部分的下游侧，设置有减速部7c和气泡去除阀 (气泡去除部)7d。
在形成排热回收流路7的配管的沿铅垂方向向下延伸的部分中， 由第2热介质下降的部分形成减速部7c，形成减速部7c的配管的横截 面面积比其上游侧和下游侧部分的配管的横截面面积大。并且，在减 速部7c中，在排热回收流路7中流通的第2热介质的流量为最大时(例 如，在家用燃料电池系统(1kW)的情况下为0.5L/min)，至少在减 速部7c中流通的第2热介质的流速为1.06×10-1m/sec以下。于是，含 有气泡的第2热介质在减速部7c中流通时，气泡的浮力比第2热介质 施加给气泡的力大。因此，气泡流通方向与第2热介质的流通方向相 反，气泡可以到达气泡去除阀7d，并从气泡去除阀7d向排热回收流路 7外放出。
而且，当排热回收流路7在除了减速部7c以外的形成排热回收流 路7的配管的沿铅垂方向向下延伸的部分中，具有第2热介质下降的 部分的情况(例如，具有部分7e的情况)下，在排热回收流路7中流 通的第2热介质的流量为最小时(例如，在家用燃料电池系统(300W) 的情况下为0.1L/min)，在部分7e中流通的第2热介质的流速为 4.25×10-1m/sec以上。于是，含有气泡的第2热介质在沿铅垂方向向下 流通(在部分7e中下降)的情况下，第2热介质施加给气泡的力比气 泡的浮力大，因而，气泡可以顺着第2热介质的流通在部分7e中下降。 因此，气泡不会滞留在部分7e的上部，可以防止第2热介质的流速阻 抗增加。
在此，对第1实施方式所涉及的燃料电池系统100的第2热介质 的流速，参照试验例进行更加详细的说明。
[试验例1]
在本试验例1中，构成排热回收流路7的配管为透明的配管，构 筑图1所示的燃料电池系统。然后，控制第2泵8使得第2热介质以 规定的流量在排热回收流路7中流通，在形成排热回收流路7的配管 的沿铅垂方向向下延伸的部分中，测量在第2热介质下降的部分(减 速部7c和部分7e)中流通的第2热介质的流速和气泡的流通。
图2为表示改变构成排热回收流路7的配管的内径而进行上述试 验的结果的表。如图2所示，在第2热介质的流速为0.106m/sec时， 气泡逆着水流而上升；在第2热介质的流速为0.425m/sec时，气泡顺 着水流而下降。
但是，在燃料电池系统中，一般来说，和用于使燃料电池内的温 度保持为规定的温度的热介质(在此为第1热介质)进行热交换的热 介质(在此为第2热介质)所流通的流路(在此为排热回收流路7)被 控制为，使得根据燃料电池的输出而以规定的流量流通热介质。
因此，如上所述，在第1实施方式所涉及的燃料电池系统100的 排热回收流路7的部分7e中，为了使气泡不滞留，在排热回收流路7 中流通的第2热介质的流量为最小(例如，在家用燃料电池系统(300W) 的情况下为0.1L/min)时，在部分7e中流通的第2热介质的流速为 4.25×10-1m/sec以上。另一方面，在减速部7c中，为了使气泡逆着水 流而上升，在排热回收流路7中流通的第2热介质的流量为最大时(例 如，在家用燃料电池系统(1kW)的情况下为0.5L/min)，至少在减 速部7c中流通的第2热介质的流速为1.06×10-1m/sec以下。
这样，在第1实施方式所涉及的燃料电池系统中，可以使用简易 的构成降低在排热回收流路中所产生的气泡，并能够安全地运转。
而且，在排热回收回路7b中的剩余电力加热器6的下游设置有温 度传感器17。在此，温度传感器17使用热电偶，测量由热交换器5 和剩余电力加热器6所加热的第2热介质的温度，并向控制器10传达 所测量到的温度。然后，在控制器10中，基于由温度传感器17测量 到的温度，进行燃料电池系统100的控制。具体来说，当由温度传感 器17测量到的温度比在存储部中存储的规定的第1阈值高的情况下， 控制器10通过控制第2泵8使得在排热回收流路7中流通的第2热介 质的流量减少。然后，当减少第2热介质的流量后的第2热介质的温 度比在存储部中存储的规定的第2阈值高的情况下，停止燃料电池系 统100的运转。
于是，可以降低异常高温的第2热介质向热水储水箱9的供给， 而且，通过使燃料电池系统100的运转停止，可以抑制由剩余电力加 热器6而使第2热介质过热的情况。
但是，燃料电池系统通常被控制为，根据外部电力负载14的负载 的变动而调整其发电量，但是，使负载变动和发电量一致是困难的。 因此，存在由燃料电池1所发电的电力一时地过剩，剩余电力变得过 大的情况。在这样的情况下，在剩余电力加热器6中，第2热介质变 得过热，由于沸腾等而变为异常的高温，但是，即使如上述那样地进 行控制，也可能会发生高温的第2热介质向热水储水箱9供给的情况。
但是，在第1实施方式所涉及的燃料电池系统100中，形成减速 部7c的配管的横截面面积比其上游侧和下游侧部分(正确地说为其附 近部分)的配管的横截面面积大，作为使由于剩余电力加热器6而过 热的第2热介质的温度上升缓和的缓冲部7c而起作用。通过这样的构 成，在由于供给有过大的剩余电力的剩余电力加热器6而使第2热介 质过热的情况下，如果过热的第2热介质流过排热回收回路7b而到达 减速部(缓冲部)7c，则过热的第2热介质的热量向存在于缓冲部7c 中的第2热介质传递，使急剧的温度上升缓和。从而降低异常高温的 第2热介质向热水储水箱9供给的可能性。
由此，在第1实施方式所涉及的燃料电池系统100中，在发生过 大的剩余电力的情况下，可以降低在剩余电力加热器6中过热的高温 的第2热介质向热水储水箱9供给的可能性。
产业上利用的可能性
本发明的燃料电池系统作为通过简易的构成能够减少在排热回收 流路中所产生的气泡并安全地运转的燃料电池系统是有用的。