(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料処理機と、
前記燃料電池を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環回路と、
前記冷却水循環回路に設けられたヒーターを具備し冷却水を貯える冷却水タンクと、
前記冷却水循環回路の前記冷却水タンクの下流に設けられ前記冷却水循環回路の廃熱を吸収して貯湯槽内に蓄熱する熱交換器と、
前記冷却水循環回路の前記熱交換器の下流で前記燃料電池を介して設けられ前記冷却水循環回路内の冷却水を循環させる自給能力をもたない低揚程の循環ポンプと、
前記燃料処理機に水を供給する自給能力をもつ供給ポンプと、
前記冷却水タンクと前記循環ポンプとをつなぐ前記冷却水循環回路から分岐して前記燃料処理機に前記供給ポンプを介して反応用の水を供給する給水回路を備えた燃料電池システムであって、
その燃料電池システムの初期水はり時に、
前記冷却水タンク内の冷却水を前記熱交換器と前記燃料電池を介して水頭差によって前記循環ポンプに充填し、このとき前記供給ポンプを運転して前記冷却水タンク内の冷却水を吸い込むことで前記循環ポンプへの充填を補助し、前記冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムの冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行う時に、前記循環ポンプと前記供給ポンプを同時に運転することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池システムの冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行う時に、前記循環ポンプと前記供給ポンプを交互に運転することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子膜を電解質に用いた固体高分子型燃料電池（以下、「燃料電池」と略す）が燃料電池システムに組み込まれている。この燃料電池は、水素ガスを主成分とする燃料ガス中の水素と空気中の酸素との間の発熱反応である電気化学反応により発電する。なお、燃料ガスは、例えば、都市ガス等の炭化水素ガスを水蒸気改質すると得られる。
【０００３】
前記燃料電池の発電では前述の電気化学反応（発熱反応）が進行するので、燃料電池の発電中の運転温度が、その反応に適した温度（例えば、７０℃〜８０℃程度）に維持されるよう、燃料電池の内部温度を一定に保つ機構が一般的に採用されている。
【０００４】
例えば、燃料電池に冷却水が流れる冷却水経路が配され、当該経路を流れる冷却水の流量などの制御によって燃料電池の内部温度が調整されている。一方、燃料電池を通過した高温状態の冷却水の熱を熱交換によって熱媒体が回収して、このような熱媒体が蓄熱器に蓄えられると、燃料電池システムにおいて蓄熱することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図５は、特許文献１に開示された、燃料電池システムに搭載された排熱回収装置を示したものである。
【０００６】
図５において、スタック冷却水タンク３の冷却水は、スタック循環ポンプ４により、燃料電池スタック２から熱交換器８を通って再びスタック冷却水タンク３へ循環されている。
【０００７】
また、水素製造装置１から出た水素は熱交換器９を通り、燃料電池スタック２のアノード極を通り電気化学反応（発熱反応）後、熱交換器６を通り、機外へ排出される。
【０００８】
また一方、排熱回収水は排熱回収水ポンプ５により熱交換器８へ搬送される。燃料電池スタック２内の発電により発生した熱量は熱交換器８により熱交換され、湯水となって図示しない貯湯槽へ回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１００８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の構成では、運転初期に循環ポンプ４により冷却水タンク３及び燃料電池スタック２の冷却水部へ冷却水を充填する場合（以下初期水張りとする）、その冷却水の充填に多くの時間を要するという課題があった。
【００１１】
すなわち、前記循環ポンプ４は燃料電池の発電時の運転温度を、その反応に適した温度に維持されるよう冷却水を循環させている。この循環量はきわめて微量に制御する必要があり、そのため前記循環ポンプ４は高揚程のものを使用することができない。また、連続
使用に耐えるため自給能力はないが耐久性のある遠心式ポンプを使用する必要があった。そしてこの循環ポンプ４を用いて前記冷却水タンク３及び燃料電池スタック２の冷却水部内へ冷却水を充填させるため、冷却タンクからの貯水の自然落下による循環ポンプ４の冷却水の充填をまって循環ポンプの運転をおこなう。この双方の理由により循環冷却水の充填完了に多くの時間を要していた。
【００１２】
また、前記循環ポンプが低揚程のため前記循環ポンプ４を用いて前記冷却水タンク３及び燃料電池スタック２の冷却水部内への冷却水の充填が十分に行われず、いわゆるエア噛みが発生し、燃料電池スタック２の十分な冷却効果をえることができないという課題とポンプにキャビテーションが発生し、ポンプの耐久性能を低下させるという課題も複合的に有していた。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑み、燃料電池システム等に利用される冷却回路への初期水張り時間を短縮し、ひいては発電開始時間の短縮を実現するとともに、冷却回路内のエア噛みを防止して、使い勝手のよい、耐久性にすぐれた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料処理機と、前記燃料電池を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環回路と、前記冷却水循環回路に設けられたヒーターを具備し冷却水を貯える冷却水タンクと、前記冷却水循環回路の前記冷却水タンクの下流に設けられ前記冷却水循環回路の廃熱を吸収して貯湯槽内に蓄熱する熱交換器と、前記冷却水循環回路の前記熱交換器の下流で前記燃料電池を介して設けられ前記冷却水循環回路内の冷却水を循環させる自給能力をもたない低揚程の循環ポンプと、前記燃料処理機に水を供給する自給能力をもつ供給ポンプと、前記冷却水タンクと前記循環ポンプとをつなぐ前記冷却水循環回路から分岐して前記燃料処理機に前記供給ポンプを介して反応用の水を供給する給水回路を備えた燃料電池システムであって、その燃料電池システムの初期水はり時に、前記冷却水タンク内の冷却水を前記熱交換器と前記燃料電池を介して水頭差によって前記循環ポンプに充填し、このとき前記供給ポンプを運転して前記冷却水タンク内の冷却水を吸い込むことで前記循環ポンプへの充填を補助し、前記冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行うものである。すなわち、冷却水タンクからの貯水の自然落下による循環ポンプの冷却水の充填を補助することができる。これにより前記冷却水ポンプの循環運転を早期に実施することができ初期水張り時間を短縮することができる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池システムは初期水張り時に前記循環ポンプと供給ポンプを同時に運転するものである。この方式によれば、供給ポンプの運転による循環ポンプの冷却水の充填を待たずに、循環ポンプの運転を開始する。これにより、より循環ポンプの冷却水の充填を待って循環ポンプの運転を行う方式より、循環ポンプの冷却水の充填完了後すぐ、循環ポンプによる初期水張りが開始されるためタイムラグのない初期水張りを行うことができる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムは初期水張り時に前記循環ポンプと供給ポンプを交互に運転するものである。この方式によれば、供給ポンプによる、初期水張りと循環ポンプによる初期水張りを交互に行うことになる。このように初期水張りを複数回行うことにより１回の初期水張りで十分にできなかった冷却水回路内の空気抜きを十分に行うことができ、エア噛みのない水張りを行うことができる。そしてエア噛みを無くすことにより、燃料電池スタック２の十分な冷却効果をえることができるとともに、キャビテーションが発生せず、ポンプの耐久性能を向上することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池システム等に利用される冷却回路への初期水張り時間を短縮し、発電開始時間の短縮を実現するとともに、冷却回路内のエア噛みを防止して、燃料電池の十分な冷却効果を得ることができるとともに、キャビテーションが発生せず、ポンプの耐久性能を向上することができる燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す構成図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態３における燃料電池システムのシーケンスを示すフローチャート
【図５】従来の燃料電池システムを示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料処理機と、前記燃料電池を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環回路と、前記冷却水循環回路に設けられたヒーターを具備し冷却水を貯える冷却水タンクと、前記冷却水循環回路の前記冷却水タンクの下流に設けられ前記冷却水循環回路の廃熱を吸収して貯湯槽内に蓄熱する熱交換器と、前記冷却水循環回路の前記熱交換器の下流で前記燃料電池を介して設けられ前記冷却水循環回路内の冷却水を循環させる自給能力をもたない低揚程の循環ポンプと、前記燃料処理機に水を供給する自給能力をもつ供給ポンプと、前記冷却水タンクと前記循環ポンプとをつなぐ前記冷却水循環回路から分岐して前記燃料処理機に前記供給ポンプを介して反応用の水を供給する給水回路を備えた燃料電池システムであって、その燃料電池システムの初期水はり時に、前記冷却水タンク内の冷却水を前記熱交換器と前記燃料電池を介して水頭差によって前記循環ポンプに充填し、このとき前記供給ポンプを運転して前記冷却水タンク内の冷却水を吸い込むことで前記循環ポンプへの充填を補助し、前記冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行うことを特徴とする燃料電池システムであって、冷却水タンクからの貯水の水頭差による循環ポンプの冷却水の充填を補助することができる。この構成により、従来燃料電池冷却用冷却ポンプのみで行っていた、初期水張り時間を短縮することができる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明の燃料電池システムの冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行う時に、前記循環ポンプと前記供給ポンプを同時に運転することを特徴とする燃料電池システムであって、供給ポンプの運転による循環ポンプの冷却水の充填を待たずに、循環ポンプの運転を開始する。これにより、より循環ポンプの冷却水の充填を待って循環ポンプの運転を行う方式より、循環ポンプの冷却水の充填完了後すぐ、循環ポンプによる初期水張りが開始されるためタイムラグのない初期水張りを行うことができる。
【００２１】
第３の発明は、第１の発明の燃料電池システムの冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行う時に、前記循環ポンプと前記供給ポンプを交互に運転することを特徴とする燃料電池システムである。この方式によれば、供給ポンプによる、初期水張りと循環ポンプによる初期水張りを交互に行うことになる。このように複数回行うことにより１回の初期水張りで十分にできなかった冷却水回路内の空気抜きを十分に行うことができ、エア噛みのない水張りを行うことができる。そしてエア噛みを無くすことにより、ポンプにキャビテーションが発生せず、ポンプの耐久性能を向上することができる。また、エア噛みを無くすことにより、冷却回路内を冷却水で満たすことにより燃料電池、熱交換器の十分な冷却効果を
得ることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの構成を示すものであり、図２は初期水張りのシーケンスを示すフローチャートである。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態の燃料電池システムの具体的な構成例および動作例について、燃料電池システムの構成例とシーケンスを示すフローチャートをもとに図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【００２６】
図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料ガス（水素ガス）を用いて発電および発熱する燃料電池１と燃焼ガス中のメタンと、改質反応を起こさせ、水素を発生させる燃料処理機１０を備える。
【００２７】
燃料電池１では、燃料電池１のアノード（図示せず）に供給された燃料ガスと、燃料電池１のカソード（図示せず）に供給された酸化ガス（例えば、空気）と、が電気化学的に反応（発熱反応）して、電力および熱が発生する。燃料電池１によって生成された電力は、例えば、様々な電気機器において利用できる。また、燃料電池１によって生成された熱は、様々な用途に利用でき、例えば、家庭の暖房や給湯などにおいても利用できる。
【００２８】
なお、燃料電池１の内部構造は公知である。よって、その詳細な説明は省略する。燃料電池１の発電では、上述の電気化学反応（発熱反応）が進行するので、燃料電池１の発電中の運転温度が、その反応に適した温度（例えば、７０℃〜８０℃程度）に維持されるよう、燃料電池１の温度を一定に保つ機構が一般的に採用されている。
【００２９】
まず燃料電池冷却回路について説明する。
【００３０】
燃料電池冷却回路は、図１に示すように、燃料電池１の発電中に前記燃料電池１を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環回路２と、前記冷却水循環回路２に設けられたヒーター３を具備し冷却水を貯える冷却水タンク４と、前記冷却水循環回路２内の冷却水を循環させる循環ポンプ６と、前記冷却水循環回路２の廃熱を吸収して貯湯槽２０内に蓄熱する熱交換器５と、燃料電池１の冷却水出口に設けられた温度検出器７を備えたものである。図１では、冷却水の流れの方向が実線の矢印によって示されている。前記冷却水循環回路２は冷却水タンク４と熱交換器５をつなぐ冷却水循環回路ａ２１と、熱交換器５と燃料電池１をつなぐ冷却水循環回路ｂ２２と、燃料電池１と循環ポンプ６をつなぐ冷却水循環回路ｃ２３と、循環ポンプ６と冷却タンク４をつなぐ冷却水循環回路ｄ２４で構成されている。
【００３１】
つぎに、燃料電池１に都市ガス等を用いて燃料ガス（水素ガス）を供給する燃料処理機１０に改質反応のための反応用の水を供給する改質水供給回路について説明する。
【００３２】
改質水供給回路は前記冷却水循環回路２の冷却水循環回路ｄ２４から分岐した給水回路１２と、燃料処理機に反応用の水を供給する供給ポンプ１１と、燃料処理機１０への反応用の水の入り切りを行う燃料処理弁ａ１５ａと、供給ポンプ１１から分岐した凝縮水回路
１４と、燃料処理弁ｂ１５ｂと、凝縮水タンク１６と、冷却水供給ポンプ１３と、冷却水供給回路１７ｂを備えている。図１では、冷却水の流れの方向が点線の矢印によって示されている。前記給水回路１２は、冷却水タンク４と循環ポンプ６をつなぐ冷却水循環回路ｃ２４から分岐して、供給ポンプ１１をつなぐ給水回路ａ３１と、供給ポンプ１１、燃料処理弁ａ１５ａをつなぐ給水回路ｂ３２と、燃料処理弁ａ１５ａと燃料処理機１０をつなぐ給水回路ｃ３３と、前記給水回路ｂ３２の途中から分岐して燃料処理弁ｂ１５ｂをつなぐ給水回路ｄ３４と、燃料処理弁ｂ１５ｂと凝縮水タンク１６をつなぐ給水回路ｅ３５で構成されている。
【００３３】
また前記冷却水供給回路１７ｂは冷却水供給回路ｃ１７ｃ、冷却水供給回路ｄ１７ｄ、冷却水供給回路ｅ１７ｅ、で構成されている。
【００３４】
つぎに燃料電池の発電工程を通水、循環回路の循環水充填運転（以下水張り）燃料処理、燃料電池の発電の順に説明する。
【００３５】
燃料電池システムの循環回路内へ水を充填するため、水張りを行う。
【００３６】
まず凝縮水タンク１６への水の補給を行う。貯湯循環ポンプ２１を運転し、凝縮水タンク弁２２を「開」にして貯湯槽内２０の貯水を貯湯循環回路４１、貯湯循環ポンプ２１、貯湯循環回路ｂ４２から分岐した凝縮水回路ａ５１、凝縮水回路ｂ５２を介して凝縮水タンク１６に補給する。凝縮水タンク１６内の水位が上昇すると凝縮水タンクレベルスイッチ１７が満水を検知して、貯湯循環ポンプ２１を停止するとともに凝縮水タンク弁２２を「閉」にする（ステップＳ１）。
【００３７】
次に冷却水タンク４への冷却水の補給を行う。まず冷却水供給ポンプ１３の運転を実施する。これにより、凝縮水タンク１６内の貯水が冷却水供給回路ｃ１７ｃ、冷却水供給回路ｄ１７ｄ、イオン交換樹脂１８、冷却水供給回路ｅ１７ｅ、を通り、冷却水タンク４に導かれる。冷却水タンク４内の水位が上昇すると冷却水タンクレベルスイッチ８が満水を検知して、冷却水供給ポンプ１３を停止する。なおこの冷却水タンク４への冷却水の補給のために、凝縮水タンク１６内の貯水が減少した場合は、凝縮水タンクレベルスイッチ１７が減水を検知して、再度前述の凝縮水タンク１６への水の補給水を行う（ステップＳ２）。
【００３８】
冷却タンク４内に冷却水が補給されるとその冷却水が冷却水循環回路ａ２１、熱交換器５、燃料電池１を通って水頭差により循環ポンプに充填される。
【００３９】
このとき燃料処理弁ｂ１５ｂを「開」にして自給能力のある供給ポンプ１１を運転して前記水頭差による循環ポンプ６への貯水の充填を補助する（ステップＳ３、Ｓ５）。このとき供給ポンプ１１の運転により冷却タンク４から供給された冷却水は凝縮タンク１６へ排出され、凝縮水タンク１６の貯水が一定量を超えるとオーバーフロー１６ｂから機外に排出される。そして、タイマ等により循環ポンプへの貯水の充填完了を待って、循環ポンプ６の運転を行う（ステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９）。循環ポンプ６は冷却水で満たされているため冷却水循環回路２内の冷却水の循環を問題なく実施できる。そして、タイマの完了により循環ポンプの運転を停止する（ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２）。
【００４０】
この循環ポンプ６の運転により、冷却水タンク４内の冷却水は熱交換器５、燃料電池１を循環し再度冷却水タンク４へ循環する。この冷却水循環回路２内へ冷却水を充填する工程の際に冷却水タンク４の減水を冷却水タンクレベルスイッチ８が検知した場合は、再度冷却水タンク４への補給水を実施する。
【００４１】
また、前記冷却水循環回路２内に冷却水を充填する工程終了後、燃料処理機１０へ冷却水タンク４から燃焼ガス中のメタンと、改質反応を起こさせ、水素を発生させるために反応用の水を供給する。すなわち燃料処理弁ａ１５ａを「開」にし、供給ポンプ１１を運転し、燃料処理機１０へ導かれる。
【００４２】
前記の冷却水循環回路２内の冷却水の充填が完了すると燃料処理機１０から燃料ガス（水素ガス）が燃料電池１に供給され酸化ガス（例えば、空気）と、反応して発電が開始される。そして、この発電により電力および熱が発生する。この電力は電気機器により消費され、発生した熱は熱交換器５により、貯湯槽２０から貯湯循環ポンプ２１により貯湯循環回路２２を循環する貯湯水により熱交換され貯湯槽２０に蓄熱される。
【００４３】
前記貯湯循環回路２２は貯湯槽２０と貯湯循環ポンプ２１をつなぐ貯湯循環回路ａ４１と、貯湯循環ポンプ２１と熱交換器５をつなぐ貯湯循環回路ｂ４２と、熱交換器５と貯湯槽２０をつなぐ貯湯循環回路ｃ４３から構成されている。
【００４４】
また、前記燃料電池システムにおいて発電時に余剰電量が生じた場合は、その余剰電力をヒーターにより熱に変換し、貯湯槽２０に蓄熱する。具体的には冷却水タンク４に設けられた余剰ヒーター３により余剰電力を温水に変換する。この冷却水タンク内の温水は循環ポンプ６により熱交換器５へ送られ、貯湯槽２０から貯湯循環ポンプ２１により貯湯循環回路２２を循環する貯湯水により熱交換され貯湯槽２０に蓄熱される。循環ポンプ６は余剰ヒーター３で加熱された冷却水タンク４内の貯水が高温になるため冷却水タンク６の直下へは設置することができず熱交換器５、燃料電池１より下流の冷却水タンク６から十分離れた位置に設置される。
【００４５】
以上のように、構成された燃料電池システムにおける冷却水循環回路によれば、前記冷却水循環回路２内に冷却水を充填する際、循環ポンプ６、供給ポンプ１１の２つを利用することにより、発明が解決しようとする課題で説明した低揚程の循環ポンプ６の弱点を供給ポンプ１１で補うことにより従来の記冷却水循環回路２内に冷却水を充填する工程に要していた時間を、削減することができ、ひいては燃料電池の発電開始時間を短縮することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の第２の実施例について図１、および初期水張りのシーケンスを示すフローチャート図３を用いて説明を行う。
【００４７】
燃料電池の発電工程、通水、循環回路の循環水充填運転、燃料処理、燃料電池の発電の順についての説明については（実施の形態１）と同様であるため省略する。本実施の形態は、循環ポンプ６と供給ポンプ１１の運転時期に特徴を有する。
【００４８】
実施の形態１で説明した燃料電池システムの冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行う時に、低揚程で自給能力のない循環ポンプ６と自給能力のある供給ポンプ１１を同時に運転する。すなわち供給ポンプ１１の運転による循環ポンプの冷却水の充填を待たずに、循環ポンプの運転を同時に開始する。これにより、循環ポンプの冷却水の充填を待って循環ポンプの運転を行う方式より、（実施の形態１）で説明した水頭差による循環ポンプの冷却水の充填完了後すぐ、循環ポンプによる初期水張りが開始されるためタイムラグのない初期水張りを行うことができる。
【００４９】
まず凝縮水タンク１６、冷却水タンク４への初期水張りを行う（ステップＳ２１、Ｓ２２）。次に燃料処理弁ｂ１５ｂを「開」にしする（ステップＳ２３）。
【００５０】
次に供給ポンプ１１と循環ポンプ６を同時に運転する（ステップＳ２５）。
【００５１】
そして、タイマの完了により燃料処理弁ｂ１５ｂを「閉」にし、循環ポンプの運転を停止する（ステップＳ２７、Ｓ２８）。
【００５２】
熱交換器５、燃料電池１はその性能を得るためにおきな通水抵抗を持っている。特に実施の形態１で説明したように、発電時に余剰電量が生じた場合は、その余剰電力をヒーターにより熱に変換し、貯湯槽２０に蓄熱する。具体的には冷却水タンク４に設けられた余剰ヒーター３により余剰電力を高温水に変換する。このため循環ポンプ６が余剰ヒーター３で高温になる冷却水タンク４の貯水の影響を受けないように冷却水タンク４、熱交換器５、燃料電池１の下流の位置に設置された場合はさらにその影響を顕著に受けることになる。この課題に対しても供給ポンプ１１に自給能力の高いポンプを同時に使用することにより、冷却水タンク４内の貯水を高揚程で吸い込むことで、前記冷却水循環回路２内に冷却水を充填する工程の際、熱交換器５、燃料電池１内の冷却水回路のエア噛みを防止することができ、これにより初期設定性能を満たす十分な熱交換性能を確保することができる。
【００５３】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の第３の実施例について図１、および初期水張りのシーケンスを示すフローチャート図４を用いて説明を行う。
【００５４】
燃料電池の発電工程、通水、循環回路の循環水充填運転、燃料処理、燃料電池の発電の順についての説明については（実施の形態１）と同様であるため省略する。本実施の形態は、循環ポンプ６と供給ポンプ１１の運転時期に特徴を有する。
【００５５】
実施の形態１で説明した燃料電池システムの冷却水循環回路内へ冷却水の充填を行う時に、低揚程で自給能力のない循環ポンプ６と自給能力のある供給ポンプ１１を交互に運転することを特徴とする燃料電池システムである。
【００５６】
凝縮水タンク１６、冷却タンク４内に冷却水が補給されるとその冷却水が冷却水循環回路ａ２１、熱交換器５、燃料電池１を通って水頭差により循環ポンプに充填される（ステップＳ４１、Ｓ４２）。
【００５７】
このとき燃料処理弁ｂ１５ｂを「開」にして自給能力のある供給ポンプ１１を運転して前記水頭差による循環ポンプ６への貯水の充填を補助する。このとき供給ポンプ１１の運転により冷却タンク４から供給された冷却水は凝縮タンク１６へ排出される（ステップＳ４３、Ｓ４５、）。そして、タイマ等により循環ポンプ６への貯水の充填完了を待って燃料処理弁ｂ１５ｂを「閉」にして、供給ポンプ１１の運転を停止し（ステップＳ４４、Ｓ４６、Ｓ４７、Ｓ４８）、循環ポンプ６の運転を行う（ステップＳ４９）。そして、前記循環ポンプ６の運転の所定時間経過後、循環ポンプ６を停止させる（ステップＳ５０、Ｓ５１、Ｓ５２）。
【００５８】
その後前記供給ポンプ１１と循環ポンプ６の運転サイクルを再度実装する。すなわち供給ポンプ１１を再度運転し、前記タイマ等により循環ポンプ６への貯水の充填完了を待って供給ポンプ１１の運転を停止し、循環ポンプ６の運転を行う（ステップＳ６１〜Ｓ７０）。
【００５９】
この方式によれば、供給ポンプ１１による初期水張りと循環ポンプ６による初期水張りを交互に行うことになる。このように初期水張りを交互に行うことにより１回の初期水張りで十分にできなかった冷却水回路内の空気抜きを十分に行うことができ、エア噛みのな
い水張りを行うことができる。そしてエア噛みを無くすことにより、ポンプにキャビテーションが発生せず、ポンプの耐久性能を向上することができる。また、エア噛みを無くすことにより、冷却回路内を冷却水で満たすことにより燃料電池の十分な冷却効果を得ることができる。
【００６０】
なおこの供給ポンプ１１と循環ポンプ６の運転サイクルは更に数回繰り返して、より完全なエア噛み対策を行うことができる。
【００６１】
熱交換器５、燃料電池１はその性能を得るために大きな通水抵抗を持っている。とくに熱交換器５にプレート式熱交換器を採用した場合はその影響が顕著になる。プレート式熱交換器は凹凸形にプレス成形された伝熱板を重ね、交互にそれぞれの流体が流れるようにした構造の熱交換器ある。このため複数のプレートを組み合わせた場合、循環ポンプ６の能力が低い場合プレートの全てに冷却水が充填されず所定の伝熱性能をえることができない。特に実施の形態１で説明したように、発電時に余剰電量が生じた場合は、その余剰電力をヒーターにより熱に変換し、貯湯槽２０に蓄熱する。具体的には冷却水タンク４に設けられた余剰ヒーター３により余剰電力を高温水に変換する。このため循環ポンプ６が余剰ヒーター３で高温になる冷却水タンク４の冷却水の影響を受けないように冷却水タンク４、熱交換器５、燃料電池１の下流に設置された場合はさらにその影響を受けることになる。
【００６２】
この課題に対しても供給ポンプ１１に自給能力の高いポンプを使用して、循環ポンプ６を運転する前に供給ポンプ１１を運転して、熱交換器５に冷却水タンク４内の冷却水を導きいれる。そして一定時間の供給ポンプ１１の運転後循環ポンプ６を一定時間運転する。このサイクルを交互に繰り返すことにより、冷却水タンク４内の貯水が冷却水循環回路２、熱交換器５、燃料電池１と徐々に充填されていき最終的に冷却水循環回路２内を冷却水で充填することができる。そして、冷却水回路２が冷却水で充填されると、エア噛みを防止して、初期設定性能を満たす十分な熱交換性能を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係る燃料電池システムは、冷却水循環回路、熱交換器、燃料電池に冷却水をエア噛み無く充填でき、これにより初期設定性能を満たす十分な熱交換性能を確保して、安定した発電を実施することができる燃料電池システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  燃料電池
２  冷却水循環回路
３  余剰ヒーター
４  冷却水タンク
５  熱交換器
６  循環ポンプ
７  温度検出器
８  冷却水タンクレベルスイッチ
１０  燃料処理機
１１  供給ポンプ
１２  給水回路
１３  冷却水供給ポンプ
１４  凝縮水回路
１５ａ  燃料処理弁１
１５ｂ  燃料処理弁２
１６  凝縮水タンク
１６ｂ  オーバーフロー
１７  凝縮水タンクレベルスイッチ
１７ｂ  冷却水供給回路
１８  イオン交換樹脂
２０  貯湯槽
２１  貯湯循環ポンプ
２２  貯湯循環回路
【図１】
0005564916.tif 000002
【図２】
0005564916.tif 000003
【図３】
0005564916.tif 000004
【図４】
0005564916.tif 000005
【図５】
0005564916.tif 000006