(57)【要約】【課題】燃料電池コジェネレーションシステムの冷却水系統のエア抜き機能を高める。【解決手段】燃料電池（燃料電池スタック８）に冷却水（１２）を循環させる循環路（１０）と、前記循環路に前記冷却水を循環させるポンプ（冷却水ポンプ２０−１）と、前記燃料電池の発電開始前、前記ポンプを起動して前記ポンプの動作を断続させるとともに、断続動作中の前記ポンプの出力を変動させる制御部（３６）とを備える。また、制御部は、前記燃料電池の発電開始前または発電開始後、前記冷却水のエア抜きが必要であるかを判断し、エア抜きが必要であれば、前記ポンプの動作を断続させ、断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に冷却水を循環させる循環路と、
前記循環路に前記冷却水を循環させるポンプと、
前記燃料電池の発電開始前、前記ポンプを起動して前記ポンプの動作を断続させるとともに、断続動作中の前記ポンプの出力を変動させる制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項２】
燃料電池に冷却水を循環させる循環路と、
前記循環路に前記冷却水を循環させるポンプと、
前記燃料電池の発電開始前または発電開始後、前記冷却水のエア抜きが必要であるかを判断し、エア抜きが必要であれば、前記ポンプの動作を断続させ、断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項３】
前記ポンプの出力の変動は、前記ポンプの動作期間内での出力変動、前記ポンプの動作期間を単位とした出力変動、または前記ポンプの動作時間の時間変動の何れかまたは二以上を含む
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項４】
前記制御部は、前記ポンプの出力、前記燃料電池の温度、前記冷却水の温度、前記冷却水の流量のいずれかひとつまたは二以上に基づき、前記エア抜きが必要であるか否かを判断する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項５】
燃料電池に冷却水を循環させる循環路にポンプを備える燃料電池コジェネレーションシステムに搭載されたコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、
前記燃料電池の発電開始前に前記ポンプの制御情報を生成し、
前記制御情報に基づき、前記燃料電池の発電開始前に前記ポンプを起動し、該ポンプの動作を断続させ、かつ該断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる、
処理を前記コンピュータに実行させるための制御プログラム。
【請求項６】
燃料電池に冷却水を循環させる循環路にポンプを備える燃料電池コジェネレーションシステムに搭載されたコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、
前記燃料電池の発電開始前または発電開始後、前記冷却水のエア抜きが必要であるかを判断し、
エア抜きが必要であれば、前記ポンプの動作を断続させ、かつ断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる制御情報を生成する、
処理を前記コンピュータに実行させるための制御プログラム。
【請求項７】
燃料電池に冷却水を循環させる循環路にポンプを備える燃料電池コジェネレーションシステムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電開始前、前記ポンプを起動して前記ポンプの動作を断続させるとともに、断続動作中の前記ポンプの出力を変動させる
ことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムの制御方法。
【請求項８】
燃料電池に冷却水を循環させる循環路にポンプを備える燃料電池コジェネレーションシステムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電開始前または発電開始後、前記冷却水のエア抜きが必要であるかを判断し、
エア抜きが必要であれば、前記ポンプの動作を断続させ、断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる
ことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池ユニットの熱を冷却水により回収し、再利用する燃料電池コジェネレーションシステム、その制御プログラムおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池コジェネレーションシステム（以下、単に「システム」と称する）は、都市ガスなどの燃料ガスの燃焼により発電する燃料電池スタックの熱を回収し、燃料電池スタックを所定温度に維持するとともに、蓄積した回収熱を再利用する。このため、システムは冷却水系統を有する。この冷却水系統は燃料電池スタックに冷却水を循環させる循環路が備えられている。この循環路には冷却水循環を行うポンプが設置されている。
【０００３】
このシステムに関し、システム停止時に冷却水系統に空気圧を導入し、システム起動時に冷却水系統からエアを排除して燃料電池への悪影響を回避することが知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
燃料電池の冷却水中のエアに関し、燃料電池の暖気中に冷却液を温め、冷却水からエアを抜き取ることが知られている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３５８２５号公報
【特許文献２】特開２００７−１４９３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、冷却水系統に循環する冷却水の温度がシステムの起動から徐々に上昇し、冷却水中の溶存空気が気泡（エア）として現れる。システム停止から長時間が経過すると、冷却水系統にエア溜りが発生する場合がある。システム設置後、冷却水系統に水張りを行う際、冷却水系統にエアが入り込み、そのエアが抜け難い。
【０００７】
冷却水に残留するエアがポンプに絡むと、ポンプ機能の低下を来す。いわゆるポンプのエア噛みである。また、冷却水の熱を上水などに熱交換する熱交換器にエアが滞留すると、熱交換効率を低下させる。残留するエアを放置し、その残留量が増大すると、動作エラーを引き起こす原因になる。この動作エラーはたとえば、燃料電池のオーバーヒート、セパレータ内のエア残留による出力電圧の低下、熱交換機器の熱交換異常、冷却水の圧力異常、冷却水タンクのレベル異常などである。
【０００８】
冷却水系統は配管レイアウトで構成され、配管により様々な機器が連結されている。このため、冷却水系統内に生じたエアは冷却水内に溶存状態、気泡状態などの種々の状態で滞留している。このエアを冷却水系統から除去するには、冷却水系統に設置されたポンプをＯＮ／ＯＦＦさせて冷却水を動揺させて系統外に導くことが行われている。
【０００９】
しかしながら、冷却水の水張り時または起動時のポンプＯＮ／ＯＦＦ制御では、熱交換器内のエアや冷却水系統の各所に滞留するエアを完全に除去できない場合や、ポンプ自体にエア噛みをしているために冷却水循環が行えないなど、性能低下や既述のエラーが発生するという課題がある。発電時に生じたエアを残留させることは、同様に性能低下やエラーを生じるという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、冷却水系統のエア抜き機能を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料電池に冷却水を循環させる循環路と、前記循環路に前記冷却水を循環させるポンプと、前記燃料電池の発電開始前、前記ポンプを起動して前記ポンプの動作を断続させるとともに、断続動作中の前記ポンプの出力を変動させる制御部とを備える。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムは、既述の循環路およびポンプを備え、制御部が、前記燃料電池の発電開始前または発電開始後、前記冷却水のエア抜きが必要であるかを判断し、エア抜きが必要であれば、前記ポンプの動作を断続させ、断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる構成としてもよい。
【００１３】
上記燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、より好ましくは、前記ポンプの出力の変動は、前記ポンプの動作期間内での出力変動、前記ポンプの動作期間を単位とした出力変動、または前記ポンプの動作時間の時間変動の何れかまたは二以上を含んでもよい。
【００１４】
上記燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、より好ましくは、前記制御部は、前記ポンプの出力、前記燃料電池の温度、前記冷却水の温度のいずれかひとつまたは二以上から前記冷却水がエア噛み状態であるか否かを判断してもよい。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムの制御プログラムは、燃料電池に冷却水を循環させる循環路にポンプを備える燃料電池コジェネレーションシステムに搭載されたコンピュータに実行させるための制御プログラムである。この制御プログラムでは、前記燃料電池の発電開始前に前記ポンプの制御情報を生成し、前記制御情報に基づき、前記燃料電池の発電開始前に前記ポンプを起動し、該ポンプの動作を断続させ、かつ該断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる処理を前記コンピュータに実行させる。
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムの制御プログラムは、既述の制御プログラムであって、前記燃料電池の発電開始前または発電開始後、前記冷却水のエア抜きが必要であるかを判断し、エア抜きが必要であれば、前記ポンプの動作を断続させ、かつ断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる制御情報を生成する、処理を前記コンピュータに実行させる。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムの制御方法は、燃料電池に冷却水を循環させる循環路にポンプを備える燃料電池コジェネレーションシステムの制御方法である。この制御方法は、前記燃料電池の発電開始前、前記ポンプを起動して前記ポンプの動作を断続させるとともに、断続動作中の前記ポンプの出力を変動させる。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムの制御方法は、既述の制御方法であって、前記燃料電池の発電開始前または発電開始後、前記冷却水のエア抜きが必要であるかを判断し、エア抜きが必要であれば、前記ポンプの動作を断続させ、断続動作中に前記ポンプの出力を変動させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００２０】
(1) 燃料電池の発電開始前に、循環路を循環させる冷却水に含まれているエアを循環路から効率よく除去することができる。
【００２１】
(2) 燃料電池の発電開始前または発電開始後、冷却水のエア抜きが必要であるかを判断してエア抜きを行うので、循環路を循環させる冷却水に含まれているエアを循環路から効率よく除去することができる。
【００２２】
(3) 冷却水系統からエアを確実に除去でき、冷却水系統、熱交換系統、発電系統の性能低下やエラーを防止でき、燃料電池コジェネレーションシステムの信頼性を高めることができる。燃料電池のオーバーヒート、セパレータ内のエア残留による出力電圧の低下、熱交換機器の熱交換異常、冷却水の圧力異常、冷却水タンクのレベル異常などを未然に回避することができる。
【００２３】
そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図２】ポンプの制御系統の一例を示す図である。
【図３】冷却水制御機能の一例を示す図である。
【図４】起動時のポンプ出力を示す図である。
【図５】起動時のポンプ出力の変形例を示す図である。
【図６】起動から発電に至るポンプ出力を示す図である。
【図７】発電時のポンプ出力を示す図である。
【図８】発電時のポンプ出力の変形例を示す図である。
【図９】エア抜き必要状態の判断情報を示す図である。
【図１０】起動時のポンプ出力制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】発電時のエア抜き制御を含むポンプ出力制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図１３】ポンプの制御系統の一例を示す図である。
【図１４】エア抜き必要状態の判断情報を示す図である。
【図１５】起動時または発電時のエア抜き制御を含むポンプ出力制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】ポンプ入力電圧に対する冷却水量を表す図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図１８】起動中の冷却水温度の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
【００２６】
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムを示している。図１に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
【００２７】
この燃料電池コジェネレーションシステム２−１には、燃料電池ユニット４と貯湯ユニット６が含まれている。燃料電池ユニット４は、燃料ガスの燃焼により発電するとともに、発電により生じる熱を回収する（排熱回収）。貯湯ユニット６は、燃料電池ユニット４から回収した熱を熱源に用いて上水２２を加熱し、貯湯する。
【００２８】
燃料電池ユニット４には、燃料電池スタック８が設置されている。この燃料電池スタック８は燃料電池の一例であり、複数の燃料電池を備える。この燃料電池スタック８には、冷却水循環路（以下単に「循環路」と称する）１０が接続されており、この循環路１０には、燃料電池スタック８の起動時、発電時または水張り時に冷却水１２を循環させる。起動時は発電前の準備期間である。発電時は発電動作中である。これら起動時または発電時のいずれにも属さない時間として、たとえば、水張り時がある。この水張り時は循環路１０に冷却水１２を充填する場合である。
【００２９】
循環路１０は燃料電池ユニット４に冷却水１２を循環させる経路である。つまり、燃料電池ユニット４の出側から流出した冷却水１２を燃料電池ユニット４の入側に循環させる。冷却水１２にはたとえば、純水が用いられる。
【００３０】
この循環路１０には、エアベント１４、冷却水タンク１６、熱交換器１８および冷却水ポンプ２０−１が設置されている。エアベント１４は、循環する冷却水１２から気泡化したエアを排出させる。このエアベント１４は、冷却水タンク１６にエアベント機能つまり、エア抜き機能を備えていれば、省略してもよい。冷却水タンク１６には冷却水１２が溜められる。循環する冷却水１２は、冷却水タンク１６の上層側に戻され、冷却水タンク１６の冷却水１２は冷却水タンク１６の底側から流出させる。熱交換器１８は、冷却水１２に回収された排熱を上水２２側に熱交換する。つまり、冷却水１２を熱源とし、上水２２が加熱される。冷却水ポンプ２０−１は、燃料電池スタック８の起動時、発電時または水張り時に起動し、冷却水１２を循環路１０を通じて燃料電池スタック８に循環させる。
【００３１】
燃料電池スタック８の入側には温度センサ２４−１、燃料電池スタック８の出側には温度センサ２４−２が設置されている。温度センサ２４−１は、循環路１０から燃料電池スタック８に流入する冷却水１２の入側温度Ｔ１を検出する。温度センサ２４−２は、燃料電池スタック８から循環路１０に流出する冷却水１２の出側温度Ｔ２を検出する。
【００３２】
冷却水タンク１６にはヒータ２６およびレベルセンサ２８が設置されている。ヒータ２６は、熱源の一例であり、起動時、冷却水１２を予備加熱する。レベルセンサ２８は、冷却水タンク１６の冷却水レベルを検出する。この冷却水レベルは、循環路１０内の冷却水１２が適正量であるか否か（つまり、循環路１０に循環可能か否か）の判断に用いられる。
【００３３】
貯湯ユニット６には貯湯タンク３０が設置されている。貯湯タンク３０は上水２２を溜めており、下層側を低温度、上層側を高温度とする蓄熱（階層蓄熱）を行う。この貯湯タンク３０には貯湯循環路３２が接続されている。この貯湯循環路３２は、下層側から取り出された上水２２を上層側に戻す経路である。この貯湯循環路３２には熱交換器１８および貯湯ポンプ２０−２が設置されている。
【００３４】
貯湯ポンプ２０−２は貯湯循環路３２を通じて貯湯タンク３０の下層側から上水２２を取り出して貯湯循環路３２に循環させ、その上水２２を貯湯タンク３０の上層側に戻す。貯湯循環路３２に循環する上水２２は熱交換器１８に循環し、冷却水１２と上水２２との間で熱交換を行う。つまり、冷却水１２の温度が上水２２より高い場合には、上水２２が冷却水１２によって加熱される。また、上水２２の温度が冷却水１２の温度より高い場合には蓄熱している上水２２の熱で冷却水１２が加熱されることになる。
【００３５】
＜燃料電池コジェネレーションシステム２−１の制御系統３−１＞
【００３６】
図２は、燃料電池コジェネレーションシステム２−１の制御系統３−１を示している。図２において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００３７】
この制御系統３−１には制御部３６が設置されている。この制御部３６はたとえば、マイクロコンピュータ（μ−ＣＯＭ）などのコンピュータによって構成される。この制御部３６にはＣＰＵ（Central Processing Unit ）３８、ＲＯＭ（Read-Only Memory）４０、ＮＶＭ（Non Volatile Memory）４１、ＲＡＭ（Random-Access Memory）４２および入出部（Ｉ／Ｏ）４４が備えられる。これら機能部はバス４６により接続されている。
【００３８】
ＣＰＵ３８はＲＯＭ４０に格納されているＯＳ（Operating System）や制御プログラムなどの各種のプログラムを実行する。このＲＯＭ４０は、記憶媒体の一例であり、このＲＯＭ４０には不揮発性メモリが含まれる。ＮＶＭ４１は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリである。このＮＶＭ４１には設定情報などの各種の制御情報や後述の機能実現のための参照情報などの情報が格納される。この場合、ＲＯＭ４０に各種の制御情報を格納してもよい。ＲＡＭ４２は、情報処理のワークエリアを構成する。
【００３９】
Ｉ／Ｏ４４には温度センサ２４−１、２４−２、レベルセンサ２８の検出信号が取り込まれる。このＩ／Ｏ４４から発せられた制御出力は、冷却水ポンプ２０−１、貯湯ポンプ２０−２、加熱制御部４８に加えられる。
【００４０】
ヒータ２６はたとえば、交流ヒータであり、交流電源５０の供給により発熱する。加熱制御部４８は、ヒータ２６の給電制御部の一例であり、制御部３６の制御出力を受けることによりヒータ２６を給電状態または給電解除状態に制御する。
【００４１】
＜ＣＰＵ３８の制御機能＞
【００４２】
図３は、ＣＰＵ３８によって実行される冷却水制御機能５２を示している。この冷却水制御機能５２には、起動時（または水張り時）の冷却水制御機能５２−１と、発電時の冷却水制御機能５２−２とが含まれる。
【００４３】
(1) 起動時（または水張り時）の冷却水制御機能５２−１
【００４４】
起動時（または水張り時）の冷却水制御機能５２−１には、起動機能５６、ポンプ出力断続機能５８−１および出力変動機能６０−１が含まれる。
【００４５】
起動機能５６は、発電前の起動時（または水張り時）の機能であり、発電前に冷却水ポンプ２０−１を起動させる機能である。斯かる機能の実行により、主として冷却水１２からエアを排出させる。
【００４６】
ポンプ出力断続機能５８−１は、起動時（または水張り時）、冷却水ポンプ２０−１を起動させ、ポンプ出力Ｐを断続させる。
【００４７】
出力変動機能６０−１は、断続動作中の冷却水ポンプ２０−１のポンプ出力Ｐを変動させる。この変動形態は、動作期間を単位として出力レベルを変更してもよいし、動作期間中であれば時間経過に応じて出力レベルを変更してもよい。いずれの形態であっても、断続するポンプ出力Ｐの出力レベルを変動させれば、循環する冷却水１２を動揺させ、冷却水１２中のエアをエアベント１４または冷却水タンク１６に導き、外気に排出させることができる。つまり、冷却水１２からエアを抜き取ることができる。
【００４８】
(2) 発電時の冷却水制御機能５２−２
【００４９】
発電時の冷却水制御機能５２−２には、エア抜き必要状態の判断機能６２、ポンプ出力断続機能５８−２および出力変動機能６０−２が含まれる。
【００５０】
エア抜き必要状態の判断機能６２は、発電中に冷却水１２からエア抜きが必要であるかを判断する機能である。このエア抜き必要状態の判断（つまり、注意すべき状態）は、たとえば、
ａ）ポンプ出力Ｐの過増大（たとえば、通常の発電時ポンプ出力＋２０〔％〕）、
ｂ） 燃料電池スタック８の過昇温（たとえば、通常の燃料電池スタック温度＋１０〔℃〕）、
ｃ）冷却水１２の昇温不足（たとえば、発電移行時の通常の冷却水温度−１０〔℃〕）
ｄ）冷却水１２の過昇温（たとえば、通常の冷却水温度＋１０〔℃〕）
などである。
【００５１】
ａ）のポンプ出力Ｐの過増大は、冷却水ポンプ２０−１のエア噛みが原因で、通常出力では冷却水１２の流量が確保できず、ポンプ出力Ｐを増大させて冷却水１２の循環流量を確保することが原因である。そこで、ポンプ出力Ｐを監視すれば、つまり、冷却水ポンプ２０−１に対する入力レベルを監視すれば、エア抜き必要状態であるか否かを判断することができる。この場合、所定の出力を得るための入力増や、入力に対する所定出力の到達時間を監視し、その時間増からエア抜き必要状態であるか否かを判断してもよい。
【００５２】
ｂ）の燃料電池スタック８の過昇温は、ポンプ出力Ｐのエア噛みが原因で、冷却水流量が低下するために生じる。したがって、燃料電池スタック８のたとえば、出側温度Ｔ２を取り込み、その増減を監視し、判断すれば、エア抜き必要状態であるか否かを判定できる。
【００５３】
ｃ）の冷却水１２の昇温不足は、循環路１０側にエアが溜まることが原因で、冷却水１２の昇温に時間を要するため、発電移行時に適正な温度に到達していない場合である。したがって、燃料電池スタック８のたとえば、入側温度Ｔ１を取り込み、その値を判断すればエア抜きが必要であるか否かを判断することができる。
【００５４】
ｄ）の冷却水１２の過昇温は、熱交換器１８の循環路１０側にエアが溜ることが原因で冷却水１２からの熱の除去量（上水２２への変換量）が低下するために生じる。したがって、燃料電池スタック８のたとえば、入側温度Ｔ１を取り込み、その増減を監視し、判断すれば、エア抜き必要状態であるか否かを判定できる。
【００５５】
そこで、エア抜き必要状態か否かの判断には、既述のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）のいずれかまたは２以上を用いればよく、また、全部を用いてもよい。
【００５６】
発電時の冷却水制御機能５２−２におけるポンプ出力断続機能５８−２は、既述のエア抜き必要状態の判断機能６２によるエア抜き必要状態に到達した際、動作中のポンプ出力Ｐを断続させる。
【００５７】
そして、発電中の冷却水ポンプ２０−１の出力変動機能６０−２は、断続動作中の冷却水ポンプ２０−１のポンプ出力Ｐを変動させる。この発電中においても、ポンプ出力Ｐの変動形態は、動作期間を単位として出力レベルを変更してもよいし、動作期間中であれば時間経過に応じて出力レベルを変更してもよい。いずれの形態であっても、断続するポンプ出力Ｐの出力レベルを変動させれば、循環する冷却水１２を動揺させ、冷却水１２中のエアをエアベント１４または冷却水タンク１６に導き、外気に排出させ、冷却水１２からエアを抜き取ることができる。
【００５８】
＜冷却水ポンプ２０−１のポンプ制御＞
【００５９】
(1) 起動時（または水張り時）のポンプ出力制御
【００６０】
起動時（または水張り時）、冷却水ポンプ２０−１を起動して循環路１０に冷却水１２を循環させ、冷却水ポンプ２０−１の動作を断続させる（ＯＮ／ＯＦＦ制御）。このＯＮ／ＯＦＦ制御において、図４に示すように、冷却水ポンプ２０−１のポンプ出力Ｐを変動させる。
【００６１】
図４は、起動時（または水張り時）のＯＮ／ＯＦＦ制御における出力変動制御を示している。図４の横軸は時間ｔ、縦軸はポンプ出力Ｐの増減比率〔％〕を示している。
【００６２】
この出力変動制御では、時点ｔ０から時点ｔ１までの時間間隔Ｉ１、時点ｔ１から時点ｔ２までの時間間隔Ｉ２、時点ｔ２から時点ｔ３までの時間間隔Ｉ３、時点ｔ３から時点ｔ４までの時間間隔Ｉ４、時点ｔ４から時点ｔ５までの時間間隔Ｉ５、時点ｔ５から時点ｔ６までの時間間隔Ｉ６、時点ｔ６から時点ｔ７までの時間間隔Ｉ７、時点ｔ７から時点ｔ８までの時間間隔Ｉ８、時点ｔ８から時点ｔ９までの時間間隔Ｉ９、時点ｔ９から時点ｔ１０までの時間間隔Ｉ１０、時点ｔ１０から時点ｔ１１までの時間間隔Ｉ１１が設定されている。
【００６３】
時点ｔ０で起動を開始し、時間間隔Ｉ１でポンプ出力Ｐ＝０に設定している。時間間隔Ｉ２でポンプ出力Ｐ＝Ｐ５（但し、Ｐ５＞Ｐ１、Ｐ５＞Ｐ２、Ｐ５＞Ｐ３、Ｐ５＞Ｐ４、Ｐ５＜Ｐ６）に設定している。時間間隔Ｉ３でポンプ出力Ｐ＝０に設定している。時間間隔Ｉ４でポンプ出力Ｐ＝Ｐ２（但し、Ｐ２＞Ｐ１、Ｐ２＜Ｐ３、Ｐ２＜Ｐ４、Ｐ２＜Ｐ５）に設定している。時間間隔Ｉ５でポンプ出力Ｐ＝０に設定している。時間間隔Ｉ６でポンプ出力Ｐ＝Ｐ１（Ｐ１＜Ｐ３、Ｐ１＜Ｐ４）に設定している。時間間隔Ｉ７でポンプ出力Ｐ＝０に設定している。時間間隔Ｉ８でポンプ出力Ｐ＝Ｐ６（Ｐ６＞Ｐ５、Ｐ６＞Ｐ４、Ｐ６＞Ｐ３、Ｐ６＞Ｐ２、Ｐ６＞Ｐ１、たとえば、Ｐ６＝１００〔％〕）に設定している。時間間隔Ｉ９でポンプ出力Ｐ＝０に設定している。時間間隔Ｉ１０でポンプ出力Ｐ＝Ｐ３（Ｐ３＞Ｐ１、Ｐ３＞Ｐ２）に設定している。時間間隔Ｉ１１でポンプ出力Ｐ＝０に設定している。
【００６４】
この場合のポンプ出力制御では、時間間隔Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４＝Ｉ５＝Ｉ６＝Ｉ７＝Ｉ８＝Ｉ９＝Ｉ１０＝Ｉ１１に設定されている。また、ポンプ出力Ｐの変動は、０→Ｐ５→０→Ｐ２→０→Ｐ１→０→Ｐ６→０→Ｐ３→０のように交互に出力０を介在させたレベル変化（つまり、前回値と異なる出力であり、出力レベルのリズム化）を設定している。また、時間間隔Ｉ２：Ｐ５＝一定、時間間隔Ｉ４：Ｐ２＝一定、時間間隔Ｉ６：Ｐ１＝一定、時間間隔Ｉ８：Ｐ６＝一定、時間間隔Ｉ１０：Ｐ３＝一定に設定されている。
【００６５】
ポンプ出力制御の時間間隔Ｉは、Ｉ１≠Ｉ２≠Ｉ３≠Ｉ４≠Ｉ５≠Ｉ６≠Ｉ７≠Ｉ８≠Ｉ９≠Ｉ１０≠Ｉ１１でもよいし、Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３＜Ｉ４＜Ｉ５＜Ｉ６＜Ｉ７＜Ｉ８＜Ｉ９＜Ｉ１０＜Ｉ１１でもよいし、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４＞Ｉ５＞Ｉ６＞Ｉ７＞Ｉ８＞Ｉ９＞Ｉ１０＞Ｉ１１・・・でもよい。また、Ｉ１＝Ｉ３＝Ｉ５＝Ｉ７＝Ｉ９＝Ｉ１１＝Ｉｘ、Ｉ２＝Ｉ４＝Ｉ６＝Ｉ８＝Ｉ１０＝Ｉｙとし、Ｉｘ≠Ｉｙとしてもよい。
【００６６】
時間間隔を単位とする出力変動では、時間間隔Ｉ２：Ｐ５＝変動（増加または減少）、時間間隔Ｉ４：Ｐ２＝変動（増加または減少）、時間間隔Ｉ６：Ｐ１＝変動（増加または減少）、時間間隔Ｉ８：Ｐ６＝変動（増加または減少）、時間間隔Ｉ１０：Ｐ３＝変動（増加または減少）に設定してもよい。その出力変動も、ランプ関数などの単調変化でもよいし、アトランダムな出力変動でもよい。つまり、正弦関数などの出力変化であってもよい。
【００６７】
図４に示す起動時のポンプ出力の制御では、Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６、Ｉ８、Ｉ１０の５回の断続出力Ｐ＝Ｐ５、Ｐ２、Ｐ１、Ｐ６、Ｐ３を生成し、断続運転を実行している。これに対し、図５に示すように、Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６、Ｉ８の４回の断続出力Ｐ＝Ｐ５、Ｐ１、Ｐ６、Ｐ２を生成し、４回の断続運転を実行してもよい。断続回数は、エア抜き必要状態により変更してもよいし、デフォルト設定で一定回数としてもよい。
【００６８】
(2) 発電時のポンプ出力制御
【００６９】
ａ）燃料電池スタック８の発熱温度に応じた冷却水ポンプ２０−１の出力制御
【００７０】
燃料電池スタック８の入側温度Ｔ１、出側温度Ｔ２を参照し、燃料電池スタック８の発熱温度を所定温度に維持するための冷却水ポンプ２０−１の出力制御を行う。
【００７１】
図６は、既述の起動から移行した発電動作を示している。この場合、時点ｔ１１で燃料電池スタック８が発電動作に移行している。発電が開始されると、燃料電池スタック８は、燃料の燃焼により熱を発する。つまり、冷却水１２は燃料電池スタック８の排熱を吸収し、温められる。この燃料電池スタック８の温度推移は、温度センサ２４−１に検出される入側温度Ｔ１と、温度センサ２４−２に検出される出側温度Ｔ２により、ＣＰＵ３８で監視される。この温度推移を参照し、制御部３６では燃料電池スタック８の温度が所定温度に維持されるように冷却水ポンプ２０−１のポンプ出力Ｐを制御する。つまり、回転を増減することにより、冷却水１２の循環量を制御する。図６のＰは、ポンプ出力の変動を示している。このようなポンプ出力Ｐを増減することにより、燃料電池スタック８の温度が所定温度に制御される。
【００７２】
ｂ）発電時の冷却水ポンプ２０−１の出力制御
【００７３】
発電時には、冷却水ポンプ２０−１を制御し、燃料電池スタック８の発熱状態に応じて燃料電池スタック８に対する冷却水１２の循環量を制御する。この冷却水１２の循環において、冷却水１２のエア抜きが必要であるか（エア抜き必要状態＝注意すべき状態）を監視する。つまり、ポンプ出力Ｐによりエア抜きが必要であるかを判断し、その判断結果に応じてエア抜き処理を実行する。このエア抜き処理は、冷却水ポンプ２０−１の断続動作により実行される。
【００７４】
図７は、燃料電池スタック８の発熱温度に応じた冷却水ポンプ２０−１の出力制御を示している。時点ｔ１１で発電が開始され、時間間隔Ｉ１２では連続したポンプ制御に移行している。時点ｔ１２でエア抜き必要状態（注意すべき状態）となっている。つまり、時点ｔ１２がエア抜き必要状態の判断時である。斯かる判断に基づき、時点ｔ１２で断続動作に移行し、時点ｔ１６のエア抜き必要状態（注意すべき状態）の解除まで、断続動作が実行される。この場合、冷却水ポンプ２０−１の出力が時点ｔ１２ないしｔ１３（＝Ｉ１３）でポンプ出力Ｐ＝０、時点ｔ１３ないしｔ１４（＝Ｉ１４）でポンプ出力Ｐ＝Ｐ２、時点ｔ１４ないしｔ１５（＝Ｉ１５）でポンプ出力Ｐ＝０、時点ｔ１５ないしｔ１６（＝Ｉ１６）でポンプ出力Ｐ＝Ｐ５に制御されている。つまり、ポンプ出力Ｐを変動させている。
【００７５】
時点ｔ１６では、断続動作の後、エア抜き必要状態から脱したことを判断し、エア抜き必要状態の解除を行う。時点ｔ１６がエア抜き解除時点である。このエア抜き解除の判断は、既述のエア抜き必要状態の判断機能６２により実行される。このエア抜き解除により時点ｔ１６からポンプ出力Ｐを連続状態に移行させる。つまり、燃料電池スタック８の発熱温度に追従した循環流量で冷却水１２を循環させる。
【００７６】
図７に示すポンプ出力制御では、時点ｔ１２（エア抜き必要時点）でポンプ出力Ｐ＝０に設定し、断続動作を実行している。これに対し、図８に示すように、冷却水ポンプ２０−１の出力が時点ｔ１２ないしｔ１３（＝Ｉ１３）でポンプ出力Ｐ＝Ｐ７（たとえば、１００〔％〕出力）、時点ｔ１３ないしｔ１４（＝Ｉ１４）でポンプ出力Ｐ＝０、時点ｔ１４ないしｔ１５（＝Ｉ１５）でポンプ出力Ｐ＝Ｐ２、時点ｔ１５ないしｔ１６（＝Ｉ１６）でポンプ出力Ｐ＝０、時点ｔ１６ないしｔ１７（＝Ｉ１７）でポンプ出力Ｐ＝Ｐ５に制御されている。そして、時点ｔ１７のエア抜き必要状態の解除の後、連続した出力状態に移行している。
【００７７】
このようにエア抜き必要時点でポンプ出力をたとえば、１００〔％〕とし、最高のパワーでエア抜きを開始させれば、よりエア抜き効果が高められる。これにより、冷却水１２の循環量を増大することができ、この循環量の増大により燃料電池スタック８の過昇温を防止でき、燃料電池スタック８の電圧低下を回避することができる。
【００７８】
＜エア抜き必要状態の検出＞
【００７９】
ａ）ポンプ出力Ｐの過増大の検出
【００８０】
図９のＡは、エア抜き必要状態情報の一例であるポンプ出力Ｐの時間推移を示している。横軸に時間ｔ、縦軸にポンプ出力Ｐを示している。発電時、特定時点ｔｘにおけるポンプ出力Ｐの標準出力Ｐｓに対し、標準出力Ｐｓの＋２０〔％〕程度の増加出力Ｐｍを検出すれば、エア抜き必要状態と判断すればよい。標準出力Ｐｓおよび増加出力Ｐｍを表す情報はＲＯＭ４０に設定されたプログラム上のデータテーブルに書き込み、その書込み情報を参照すればよい。
【００８１】
ｂ）燃料電池スタック８の過昇温の検出
【００８２】
図９のＢは、エア抜き必要状態情報の一例である燃料電池スタック８の出側温度Ｔ２の時間推移を示している。横軸に時間ｔ、縦軸に出側温度Ｔ２を示している。発電時、特定時点ｔｘにおける出側温度Ｔ２に関し、標準温度Ｔ２ｓから＋１０〔℃〕程度の過昇温度Ｔ２ｍ〔℃〕を検出すれば、エア抜き必要状態と判断すればよい。標準温度Ｔ２ｓおよび過昇温度Ｔ２ｍを表す情報はＲＯＭ４０に設定されたプログラム上のデータテーブルに書き込み、その書込み情報を参照すればよい。
【００８３】
ｃ）冷却水１２の昇温不足の検出
【００８４】
図９のＣは、エア抜き必要状態情報の一例である燃料電池スタック８の入側温度Ｔ１の時間推移（起動時の推移）を示している。横軸に時間ｔ、縦軸に入側温度Ｔ１を示している。発電時、特定時点ｔｘにおける入側温度Ｔ１に関し、発電移行時の標準温度Ｔ１ｓに対し−１０〔℃〕程度の不足温度Ｔ１Ｌ〔℃〕を検出すれば、エア抜き必要状態と判断すればよい。標準温度Ｔ１ｓおよび不足温度Ｔ１Ｌを表す情報はＲＯＭ４０に設定されたプログラム上のデータテーブルに書き込み、その書込み情報を参照すればよい。
【００８５】
ｄ）冷却水１２の過昇温の検出
【００８６】
図９のＤは、エア抜き必要状態情報の一例である燃料電池スタック８の入側温度Ｔ１の時間推移を示している。横軸に時間ｔ、縦軸に入側温度Ｔ１を示している。発電時、特定時点ｔｘにおける入側温度Ｔ１に関し、標準温度Ｔ１ｓの＋１０〔℃〕程度の過昇温度Ｔ１ｍ〔℃〕を検出すれば、エア抜き必要状態と判断すればよい。標準温度Ｔ１ｓおよび過昇温度Ｔ１ｍを表す情報はＲＯＭ４０に設定されたプログラム上のデータテーブルに書き込み、その書込み情報を参照すればよい。
【００８７】
＜冷却水ポンプ２０−１のポンプ出力制御処理＞
【００８８】
(1) 起動時（または水張り時）のポンプ出力制御の処理手順
【００８９】
図１０は、起動時（または水張り時）のポンプ出力制御の処理手順を示している。この処理手順は、燃料電池コジェネレーションシステムの制御プログラムまたはその制御方法の一例である。
【００９０】
この処理手順では、ＣＰＵ３８が燃料電池スタック８の発電開始前に冷却水ポンプ２０−１の制御情報を生成する（Ｓ１０１）。ＣＰＵ３８は、既述の制御情報に基づき、燃料電池スタック８の発電前に冷却水ポンプ２０−１を起動する（Ｓ１０２）。起動させた冷却水ポンプ２０−１のポンプ動作を断続させ（Ｓ１０３）、断続動作中に冷却水ポンプ２０−１の出力を変動させる（Ｓ１０４）。
【００９１】
起動開始から時間経過を監視し、所定時間が経過したか否かを判断する（Ｓ１０５）。所定時間が経過する前には（Ｓ１０５のＮＯ）、Ｓ１０１〜Ｓ１０４の処理を繰り返し、時間経過を監視する（Ｓ１０５）。所定時間が経過すれば（Ｓ１０５のＹＥＳ）、起動状態から発電動作に移行する（Ｓ１０６）。
【００９２】
(2) 発電時のポンプ出力制御の処理手順
【００９３】
図１１は、発電時のポンプ出力制御の処理手順を示している。この処理手順は、燃料電池コジェネレーションシステムの制御プログラムまたはその制御方法の一例である。
【００９４】
燃料電池スタック８の発電開始前または発電開始後、冷却水１２のエア抜きが必要であるかを判断する（Ｓ２０１）。
【００９５】
エア抜きが必要であれば（Ｓ２０２のＹＥＳ）、冷却水ポンプ２０−１の動作を断続させ、かつ断続動作中に冷却水２０−１ポンプの出力を変動させる制御情報を生成する（Ｓ２０３）。
【００９６】
既述の制御情報により冷却水ポンプ２０−１の動作を断続させ、かつ断続動作中に冷却水ポンプ２０−１の出力を変動させる（Ｓ２０４）。
【００９７】
エア抜きが必要でなければ（Ｓ２０２のＮＯ）、冷却水ポンプ２０−１の動作を連続動作とする制御情報を生成する（Ｓ２０５）。この場合、制御情報により冷却水ポンプ２０−１の動作を連続動作とし、冷却水ポンプ２０−１の出力を燃料電池スタック８の発熱温度に追従させ、所定温度に維持させる（Ｓ２０６）。
【００９８】
＜第１の実施の形態の効果＞
【００９９】
(1) 燃料電池コジェネレーションシステム２−１において、水張り時や起動時に冷却水系統のエア抜きを適切に行うことができ、エア噛みに付随したエラー発生を抑制することができる。
【０１００】
(2) 燃料電池スタック８の起動時に冷却水ポンプ２０−１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、冷却水ポンプ２０−１のＯＮ／ＯＦＦ制御のポンプ出力Ｐを様々に変化させることができる。たとえば、冷却水ポンプ２０−１のＯＮ／ＯＦＦ制御では、ポンプ出力Ｐを変動させるので、冷却水１２中のエアを外気に押し流すことができる。
【０１０１】
(3) 冷却水１２からエア抜き必要時を判断し、ポンプ出力Ｐを出力変動を伴うＯＮ／ＯＦＦ制御により、燃料電池スタック８が異常高温に至る前にエアを燃料電池スタック８の外部に押し流すことができる。その結果、起動中や発電中のエアによる性能低下やエラー発生を防止できる。
【０１０２】
(4) 既述したとおり、起動時、水張り時または発電時の冷却水系統のエアによる性能低下やエラーを確実に防止でき、信頼性の高い燃料電池コジェネレーションシステムを実現することができる。
【０１０３】
〔第２の実施の形態〕
【０１０４】
図１２は、第２の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムを示している。図１２において、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。
【０１０５】
循環路１０には流量センサ３４が設置されている。この流量センサ３４は、循環路１０を循環する冷却水１２の循環流量を検出する。この場合、冷却水ポンプ２０−１の特定出力に対する検出流量Ｆは、冷却水１２に含まれるエア量に依存した値を呈する。
【０１０６】
＜燃料電池コジェネレーションシステム２−２の制御系統３−２＞
【０１０７】
図１３は、燃料電池コジェネレーションシステム２−２の制御系統３−２の一例を示している。この実施の形態では、既述の流量センサ３４がＩ／Ｏ４４に接続され、冷却水１２の検出流量ＦがＣＰＵ３８の演算情報として取り込まれる。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので同一符号を付し、その説明を割愛する。
【０１０８】
＜エア抜き必要状態の検出：冷却水１２中のエア検出＞
【０１０９】
図１４は、エア抜き必要状態情報の一例である冷却水１２の検出流量の時間推移を示している。横軸に時間ｔ、縦軸に検出流量Ｆ〔Ｌ／ｍｉｎ〕を示している。
【０１１０】
特定時点ｔｘのポンプ出力Ｐにおける標準流量Ｆｓに対し、検出流量Ｆｎは小さく、その減少量からエアが混入していることを推定できる。この多寡により、エア抜き必要状態であるか否かを判断すればよい。
【０１１１】
＜冷却水ポンプ２０−１のポンプ出力制御処理＞
【０１１２】
図１５は、冷却水ポンプ２０−１のポンプ出力制御処理の処理手順を示している。この処理手順では、燃料電池スタック８の発電開始前または発電開始後、冷却水１２のエア抜きが必要であるかを検出流量Ｆｎにより判断する（Ｓ３０１）。
【０１１３】
エア抜きが必要であれば（Ｓ３０２のＹＥＳ）、冷却水ポンプ２０−１の動作を断続させ、かつ断続動作中に冷却水ポンプ２０−１の出力を変動させる制御情報を生成する（Ｓ３０３）。
【０１１４】
既述の制御情報により冷却水ポンプ２０−１の動作を断続させ、かつ断続動作中に冷却水ポンプ２０−１の出力を変動させる（Ｓ３０４）。
【０１１５】
エア抜きが必要でなければ（Ｓ３０２のＮＯ）、冷却水ポンプ２０−１の動作を連続動作とする制御情報を生成する（Ｓ３０５）。発電中であれば、制御情報により冷却水ポンプ２０−１の動作を連続動作とし、冷却水ポンプ２０−１の出力を燃料電池スタック８の発熱温度に追従させ、所定温度に維持させる（Ｓ３０６）。燃料電池スタック８の発電開始前であれば、発電に移行させればよい。
【０１１６】
＜ポンプ入力電圧に対する冷却水流量Ｆ〔Ｌ／ｍｉｎ〕の検出＞
【０１１７】
循環路１０に通流する冷却水１２にエアが混入している場合には、そのエアが冷却水１２の通流を妨げる。冷却水ポンプ２０−１の入力電圧Ｖが同一であっても、エアが冷却水流量に影響を与えるため、冷却水流量Ｆ〔Ｌ／ｍｉｎ〕が低下する。そこで、冷却水ポンプ２０−１の入力電圧Ｖに対する冷却水流量Ｆを監視すれば、冷却水１２からエアの排出が必要であるか否かを判断することができる。
【０１１８】
図１６は、冷却水ポンプ２０−１の入力電圧Ｖ〔Ｖ〕に対する冷却水流量Ｆ〔Ｌ／ｍｉｎ〕を示している。図１６において、入力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４〔Ｖ〕は定格電圧Ｖｒ〔Ｖ〕に到達するまでの入力電圧である。Ｆ１は通常時の冷却水量であり、Ｆ２は異常時の冷却水量である。ΔＦ１は、入力電圧Ｖ１に対する通常時と異常時との流量差である。ΔＦ２は、入力電圧Ｖ２に対する通常時と異常時との流量差である。ΔＦ３は、入力電圧Ｖ３に対する通常時と異常時との流量差である。ΔＦ４は、入力電圧Ｖ４に対する通常時と異常時との流量差である。つまり、流量差ΔＦは、ΔＦ＝通常流量−（ａＸ＋ｂ）＠Ｖで与えられ、入力電圧Ｖに比例した値である。
【０１１９】
(1) 流量差によるエアの検出方法
【０１２０】
そこで、定格電圧Ｖｒに到達する前の入力電圧Ｖに対する冷却水流量Ｆを計測する。この入力電圧Ｖに対する通常時の流量Ｆとの流量差ΔＦを求め、この流量差ΔＦが異常時の流量差ΔＦに該当すれば、異常と判断し、エア抜き処理を実施すればよい。この場合、参照情報としての通常時の流量Ｆや流量差ΔＦは予めシステムごとに計測し、ＮＶＭ４１にテーブル化して格納し、異常か否かの判断に用いればよい。
【０１２１】
(2) 電圧差によるエアの検出方法
【０１２２】
図１６に示すように、流量Ｆ１（通常時）の入力電圧Ｖの開始電圧Ｖｓ１に対し、流量Ｆ２（異常時）では、開始電圧Ｖｓ２が生じている。つまり、開始電圧Ｖｓ１とＶｓ２との間には電圧差ΔＶが発生している。この電圧差ΔＶの値は、冷却水１２中のエアの多寡に依存している。通常の流量開始電圧差ΔＶはたとえば、＋１〔Ｖ〕程度である。
【０１２３】
そこで、電圧差ΔＶを計測し、その値が所定値ΔＶｒｅｆを超えていれば、異常と判断し、エア抜き処理を実施すればよい。この場合、参照情報としての開始電圧Ｖｓ（Ｖｓ１やＶｓ２）や電圧差ΔＶは予めシステムごとに計測し、ＮＶＭ４１にテーブル化して格納し、異常か否かの判断に用いればよい。
【０１２４】
＜第２の実施の形態の効果＞
【０１２５】
第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、冷却水１２の流量検知に基づいてエア抜きの必要状態を判断でき、発電前または発電中に冷却水１２のエアを除くことができる。発電前であれば、エア抜き後、速やかに発電動作に移行でき、発電中であれば、発電動作における機能低下やエラー発生を確実に防止でき、信頼性の高い動作を確保することができる。
【０１２６】
〔第３の実施の形態〕
【０１２７】
図１７は、第３の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステム２−３を示している。第１の実施の形態（図１）では、冷却水１２のエア抜き必要状態の検出および判定に、起動時に循環する冷却水１２の温度を温度センサ２４−１、２４−２の双方で検出し、その検出温度を用いている。この実施の形態（図１７）に示すように、燃料電池スタック８の入側にある温度センサ２４−１の検出温度（入側温度Ｔ１）のみを用いることにより、冷却水１２のエア抜き必要状態の検出および判定を行ってもよい。
【０１２８】
＜冷却水１２の温度検出および判定＞
【０１２９】
図１８は、ポンプ駆動時間に関する冷却水温度の推移およびポンプ出力を示している。断続するポンプ出力Ｐの出力変動が冷却水温度を変化させている。
【０１３０】
図１８において、時点ｔ０で起動指令を受けると、その後の時点ｔ１でヒータ２６が給電され、発熱状態（ＯＮ状態）となる。起動時の時点ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ９、ｔ１０、ｔ１１までの間、ポンプ出力Ｐの断続と増減するポンプ出力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６が付与されている。発電時には時点ｔ１１からポンプ出力Ｐ４で発電動作に移行している。これらは第１の実施の形態（図４）で記述したとおりである。
【０１３１】
このポンプ出力Ｐによって循環する冷却水１２の温度は、ポンプ出力Ｐとヒータ２６による加熱とによって上昇方向に推移している。起動前、冷却水１２の温度をＴ０とする。この冷却水１２の目標温度をＴｒｅｆとする。この場合、冷却水１２の通常時の温度推移をＴＵ、異常時の温度推移をＴｉ−１、Ｔｉ−２とする。これらの温度推移は循環する冷却水１２に含まれるエアの多寡に影響を受ける。したがって、異常温度を検出すればエア抜きが必要であるか否かを判定することができる。
【０１３２】
(1)通常時の温度推移ＴＵ
【０１３３】
起動前、冷却水１２の温度は、時点ｔ１で温度Ｔ０から時点ｔ２で温度Ｔ１−１に到達する。時点ｔ２ないしｔ３で温度Ｔ１−１が維持され、時点ｔ３ないしｔ４で温度Ｔ１−２に到達する。時点ｔ４ないしｔ５で温度Ｔ１−２が維持され、時点ｔ５ないしｔ６で温度Ｔ１−３に到達する。時点ｔ６ないしｔ７で温度Ｔ１−３が維持され、時点ｔ７ないしｔ８で目標温度Ｔｒｅｆに到達させている。時点ｔ８以降は目標温度Ｔｒｅｆが維持されている。
【０１３４】
(2)異常時の温度推移Ｔｉ−１
【０１３５】
起動前、冷却水１２の温度は、時点ｔ１でＴ０から時点ｔ２で温度Ｔ１−４（＜温度Ｔ１−１）に到達する。時点ｔ２ないしｔ３でＴ１−４が維持され、時点ｔ３ないしｔ４で温度Ｔ１−５（＜温度Ｔ１−２）に到達する。時点ｔ４ないしｔ５で温度Ｔ１−５が維持され、時点ｔ５ないしｔ６で温度Ｔ１−６（＜温度Ｔ１−３）に到達する。時点ｔ６ないしｔ７でＴ１−６が維持され、時点ｔ７ないしｔ８で温度Ｔ１−７（＜Ｔｒｅｆ）に到達する。時点ｔ８ないしｔ９で温度Ｔ１−７が維持され、時点ｔ９ないしｔ１０で温度Ｔ１−８（＞温度Ｔ１−１０）に到達し、時点ｔ１０ないしｔ１１で温度Ｔ１−８が維持され、時点ｔ１１以降は温度Ｔ１−８からなだらかに上昇している。しかしながら、冷却水１２の温度は目標温度Ｔｒｅｆに到達することはなく、異常状態となっている。
【０１３６】
(3)異常時の温度推移Ｔｉ−２
【０１３７】
起動前、冷却水１２の温度は、時点ｔ１ないしｔ７で温度Ｔ０が維持された後、時点ｔ７ないしｔ８の間で目標温度Ｔｒｅｆを遥かに超える温度Ｔ１−９｛＝Ｔｒｅｆ＋ΔＴ２（たとえば、１５〔℃〕）＞Ｔｒｅｆ｝に急激に上昇した後、Ｔ１−１０（＜Ｔｒｅｆ）に急降下している。時点ｔ８ないしｔ９で温度Ｔ１−１０が維持され、時点ｔ９ないしｔ１０で温度Ｔ１−１１（＞温度Ｔ１−１０）に到達し、時点ｔ１０ないし時点ｔ１１で温度Ｔ１−１１が維持され、時点ｔ１１以降は温度Ｔ１−１１からなだらかに上昇している。しかしながら、冷却水１２の温度は、急激な温度変化の後、目標温度Ｔｒｅｆに到達することはなく（つまり、昇温不足）、異常状態となっている。これは冷却水ポンプ２０−１にエア噛みが生じ、冷却水１２の流量が確保できず、冷却水１２の温度上昇が鈍化するためである。
【０１３８】
＜発電開始直前の冷却水の温度検出およびエア抜き必要状態の判定＞
【０１３９】
異常時の温度推移Ｔｉ−１では、通常時では時点ｔ８で目標温度Ｔｒｅｆに到達しているのに対し、時点ｔ１１で設定された起動時間の終了時点（ｔ１１）になっても目標温度Ｔｒｅｆに到達していない。この場合、発電開始直前の冷却水１２の検出温度Ｔ１−８と目標温度Ｔｒｅｆとの温度差ΔＴ１は所定値以上たとえば、−１０〔℃〕である。この温度差ΔＴ１を検出すれば、エア抜きが必要であるか否かを判定することができる。
【０１４０】
＜起動中の冷却水温度の過昇温の検出およびエア抜き必要状態の判定＞
【０１４１】
異常時の温度推移Ｔｉ−２では、起動中に過昇温（急激な温度上昇つまり、目標温度Ｔｒｅｆを急激に超える温度上昇）が生じている。これは既述の冷却水ポンプ２０−１のエア噛みが突然解消され、冷却水タンク１６内で過昇温となった冷却水１２が一気に流れるため、検出温度にピークが発生し、その後は徐々に入側温度Ｔ１が上昇する。この検出温度Ｔ１−９は目標温度Ｔｒｅｆに対し、温度差ΔＴ２である。この温度差ΔＴ２は所定値以上たとえば、＋１５〔℃〕である。この温度差ΔＴ２を検出すれば、エア抜きが必要であるか否かを判定することができる。
【０１４２】
〔他の実施の形態〕
【０１４３】
(1) 第１の実施の形態では、エア抜き必要状態の判断を冷却水ポンプ２０−１の出力、燃料電池スタック８の温度、冷却水１２の温度のいずれかまたは２つ以上または全部を用いて判断し、第２の実施の形態では、冷却水の流量を判断情報に用いている。そこで、エア抜き必要状態の判断では、第１の実施の形態の参照情報に第２の実施の形態の参照情報を加え、これらいずれかまたは２つ以上または全部を用いてエア抜き必要状態であるか否かを判断する構成としてもよい。
【０１４４】
(2) 第３の実施の形態では、温度センサ２４−１を備える燃料電池コジェネレーションシステム２−３を例示し、エア抜き必要状態の判定を行っている。これに対し、第１の実施の形態と同様に、二つの温度センサ２４−１、２４−２を設置し、これらの検出温度のいずれかまたはこれら検出温度の平均値を検出温度として用いてもよい。
【０１４５】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
起動時（水張り時）または発電時に冷却水からエアを除去でき、エア抜き後の冷却水を用いて冷却を行うことができ、発電機能の低下やエラー発生を防止することができ、信頼の高い燃料電池コジェネレーションシステムを構築できる。
【符号の説明】
【０１４７】
２−１、２−２  燃料電池コジェネレーションシステム
３−１、３−２  制御系統
４  燃料電池ユニット
６  貯湯ユニット
８  燃料電池スタック
１０  冷却水循環路
１２  冷却水
１４  エアベント
１６  冷却水タンク
１８  熱交換器
２０−１  冷却水ポンプ
２０−２  貯湯ポンプ
２２  上水
２４−１、２４−２  温度センサ
２６  ヒータ
２８  レベルセンサ
３０  貯湯タンク
３２  貯湯循環路
３４  流量センサ
３６  制御部
３８  ＣＰＵ
４０  ＲＯＭ
４２  ＲＡＭ
４４  入出部（Ｉ／Ｏ）
４６  バス
４８  加熱制御部
５０  交流電源
５２  冷却水制御機能
５２−１  起動時（または水張り時）の冷却水制御機能
５２−２  発電時の冷却水制御機能
５６  起動機能
５８−１、５８−２  ポンプ出力断続機能
６０−１、６０−２  出力変動機能
６２  エア抜き必要状態の判断機能
【図１】
2014086156.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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