(57)【要約】【課題】燃料電池システム等に利用される冷却経路への初期水張り時の冷却経路内の空気噛みを防止して、冷却経路の熱交換性能が優れ、安定した発電を継続する燃料電池システムを提供すること。【解決手段】本発明の燃料電池システム（１００）は、燃料電池スタック（１）と、冷却媒体を流す冷却媒体循環経路（５）と、ポンプ（６）と、熱交換器（７）およびタンク（８）を備えている。冷却媒体循環経路（５）の第２経路（５ｂ）には、開閉弁（１１）を備えた空気抜き経路（９）が設けられている。冷却媒体循環経路（５）への冷却媒体充填期間中の少なくとも一部期間に開放弁（１１）を開放することで、冷却媒体循環経路（５）内の空気溜まりが空気抜き経路（９）から大気に排出されることになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックが発電において発生する熱を回収する冷却媒体を流す冷却媒体循環経路と、
前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体を循環させるポンプと、
前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体の熱を回収する熱交換器と、
前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体を貯留する大気開放されたタンクと、を備え、
前記冷却媒体循環経路は、前記タンクに貯留される冷却媒体の規定の水位より低く設定された第１経路および第２経路で構成され、前記第２経路と前記タンクの接続部は前記タンクと前記第１経路の接続部よりも高く設定されており、
前記第２経路に空気抜き経路が設けられている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記空気抜き経路の最頂端は前記タンクの規定の水位より高い位置まで延びており、
前記空気抜き経路には開閉弁が設けられ、
前記開閉弁は、水張りの少なくとも一部期間に開放される請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水張りにおいて、前記タンクに供給された冷却媒体の貯留量が所定条件を満たしてから前記開閉弁を閉じる、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記タンクは、前記タンクと前記第２経路との接続部よりも上方に設けられ、前記タンク内に貯留された冷却媒体をオーバーフローさせるオーバーフロー経路を備え、
前記水張りにおいて、前記オーバーフロー経路から冷却媒体が排出されてから前記開閉弁を閉じる、請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記タンクは、前記タンク内の水位を検知する水位検知器を備え、
前記水張りにおいて、前記水位検知器が所定水位を検知してから前記開閉弁を閉じる請求項２または請求項３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、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させることで発電を行う燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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化剤としての酸素との電気化学反応により発電を行う。この電気化学反応は発熱反応であるため、発電の際に電気とともに熱が発生する。そのため、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、固体高分子型燃料電池であれば７０〜８０℃程度）に維持され発電を適切に行えるよう、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。
【０００３】
燃料電池の内部温度を一定に保つ方法としては、燃料電池に配置された冷却水循環経路を流れる冷却水の流量を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、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排熱回収経路の熱媒体が回収する事により、熱を利用することが出来る。
【０００４】
図３に示すように、特許文献１には、燃料電池スタック１０２、冷却水タンク１０３、冷却水循環ポンプ１０４、熱交換器１０８が記載されている。図３において冷却水タンク１０３の冷却水は、冷却水循環ポンプ１０４により、燃料電池スタック１０２を通って熱を回収し、熱交換器１０８を通って再び冷却水タンク１０３へ循環されている。ここで、熱媒体である排熱回収水は排熱回収ポンプ１０５により熱交換器１０８へ搬送され、冷却水と熱交換し湯水となり、図示しない貯湯槽へ回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、システムの施工時やメンテナンス後の復旧時などに、冷却水タンク１０３、燃料電池スタック１０２、冷却水循環ポンプ１０４及びこれらを繋ぐ冷却水循環経路への冷却水の充填（以下、「水張り」という。）をする際に空気噛みが生じ、十分な冷却性能を得られないという課題があった。
【０００７】
すなわち、冷却水循環ポンプ１０４は燃料電池スタック１０２の発電時の運転温度を、適した温度に維持するよう冷却水を循環させている。しかし、水張りの際に、空気溜りが燃料電池スタック１０２の冷却部に発生したり、滞留した場合には、燃料電池スタック１０２を冷却水で十分に冷却できない。また、空気溜りが冷却水循環ポンプ１０４内に発生したり、滞留した場合には、冷却水循環ポンプ１０４で空気噛みが発生する。冷却水ポンプ１０４で空気噛みが発生すると、冷却水の循環流量が不足し、燃料電池スタック１０２の十分な冷却ができない。また、空気溜まりが熱交換器１０７内に発生したり、滞留した場合には、熱交換器１０７での排熱回収が十分にできない。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、水張りの際に燃料電池システム内に配置された冷却水循環経路内の空気溜りの発生を防止し、燃料電池スタックの冷却の性能及び、冷却水循環経路の冷却水と排熱回収経路の熱媒体との熱交換性能が優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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の一態様における燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックが発電において発生する熱を回収する冷却媒体を流す冷却媒体循環経路と、前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体を循環させるポンプと、前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体の熱を回収する熱交換器と、前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体を貯留する大気開放されたタンクと、を備え、前記冷却媒体循環経路は、前記タンクに貯留される冷却媒体の規定の水位より低く設定された第１経路および第２経路で構成され、前記第２経路と前記タンクの接続部は前記タンクと前記第１経路の接続部よりも高く設定されており、前記第２経路に空気抜き経路が設けられているものである。
【００１０】
これによって、水張りにおいて冷却媒体循環経路に冷却媒体を充填する際、第２経路とタンクの接続部は、タンクと第１経路の接続部の高さよりも高く設定されているため、タンクの水位を利用して冷却媒体循環経路に冷却媒体を充填できる。また、第２経路に空気抜き経路が設けられているので、タンクへの冷却媒体の供給中に第２経路から冷却媒体が侵入し、冷却媒体循環経路内に空気溜りが閉じ込められた場合であっても、空気抜き経路から空気溜りを大気に放出し、確実に空気抜きを行なうことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムに利用される冷却経路内の空気溜りの発生を防止して、冷却経路の熱交換性能が優れ、安定した発電を継続する燃料電池システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の燃料電池システムの冷却水経路を示す概略構成図
【図２】本発明の燃料電池システムの変形例を示す概略構成図
【図３】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】
【００１３】
第１の発明にかかる燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックが発電において発生する熱を回収する冷却媒体を流す冷却媒体循環経路と、前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体を循環させるポンプと、前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体の熱を回収する熱交換器と、前記冷却媒体循環経路を流れる冷却媒体を貯留する大気開放されたタンクと、を備え、前記冷却媒体循環経路は、前記タンクに貯留される冷却媒体の規定の水位より低く設定された第１経路および第２経路で構成され、前記第２経路と前記タンクの接続部は前記タンクと前記第１経路の接続部よりも高く設定されており、前記第２経路に空気抜き経路が設けられているものである。
【００１４】
第１の発明にかかる燃料電池システムによれば、水張りにおいて冷却媒体循環経路に冷却媒体を充填する際、第２経路とタンクの接続部は、タンクと第１経路の接続部の高さよりも高く設定されているため、タンクの規定の水位を利用して冷却媒体循環経路に冷却媒体を充填できる。また、第２経路に空気抜き経路が設けられているので、タンクへ冷却媒体を供給中に第２経路から冷却媒体が侵入し、冷却媒体循環経路内に空気溜りが閉じ込められた場合であっても、空気抜き経路から空気溜りを大気に放出し、確実に空気抜きを行なうことができる。そして、燃料電池システムに利用される冷却経路内の空気溜りの発生を防止することで、冷却経路の熱交換性能が優れ、安定した発電を継続する燃料電池システムを実現できる。
【００１５】
第２の発明にかかる燃料電池システムは、特に、第１の発明において、前記空気抜き経路の最頂端は前記タンクの規定の高さより高い位置まで延びており、前記空気抜き経路には開閉弁が設けられ、前記開閉弁は、水張りの少なくとも一部期間に開放されるようにしたものである。
【００１６】
第２の発明にかかる燃料電池システムによれば、空気抜き経路の最頂端をタンクの規定の水位より高い位置に設けているので、水張りの際に空気抜き経路内の水位は最頂端まで達しない。そのため、水張りの際に空気抜き経路から冷却媒体が漏れることを防止できる。 
【００１７】
第３の発明にかかる燃料電池システムは、特に、第２の発明において、前記水張りにおいて、前記タンクに供給された冷却媒体の貯留量が所定条件を満たしてから前記開閉弁を閉じるようにしたものである。
【００１８】
第３の発明にかかる燃料電池システムによれば、タンクに供給された冷却媒体の貯留量が所定条件を満たしたことで冷却媒体循環経路内に冷却媒体が充填されたと判定し、開閉弁を閉じる。これにより、冷却媒体循環経路が冷却媒体で充填されたことを確認した後に開閉弁を閉じることで、冷却媒体循環経路から空気溜まりを確実に排除することができる。なお、所定条件については、例えば、予め冷却媒体循環経路が冷却媒体で充填された状態と、タンクに供給された冷却媒体の貯留量の関係とを対応付けておくことで設定することができる。
【００１９】
第４の発明にかかる燃料電池システムは、特に、第２および第３の発明において、前記タンクは、前記タンクと前記第２経路との接続部よりも上方に設けられ、前記タンク内に貯留された冷却媒体をオーバーフローさせるオーバーフロー経路を備え、前記水張りにおいて、前記オーバーフロー経路から冷却媒体が排出されてから前記開閉弁を閉じるようにしたものである。
【００２０】
第４の発明にかかる燃料電池システムによれば、オーバーフロー経路から冷却媒体が排出されたことで冷却媒体循環経路内に冷却媒体が充填されたと判定し、開閉弁を閉じる。これにより、開閉弁を閉じるタイミングを容易に判断できる。なお、開閉弁を閉じるタイミングは、オーバーフロー経路から冷却媒体の排出が開始された時点としても良いが、これに限定されない。例えば、オーバーフロー経路から冷却媒体の排出が開始されてから所定時間だけ経過した後に開閉弁を閉じるようにしても良い。
【００２１】
第５の発明にかかる燃料電池システムは、特に、第２および第３の発明において、前記タンクは、前記タンク内の水位を検知する水位検知器を備え、前記水張りにおいて、前記水位検知器が所定水位を検知してから前記開閉弁を閉じるようにしたものである。
【００２２】
第５の発明にかかる燃料電池システムによれば、水位検知器が所定水位を検知したことで冷却媒体循環経路内に冷却媒体が充填されたと判定し、開閉弁を閉じる。これにより、開閉弁を閉じるタイミングを容易に判断できる。なお、開閉弁を閉じるタイミングは、水位検知器が所定水位を検知した時点としても良いが、これに限定されない。例えば、水位検知器が所定水位を検知してから所定時間だけ経過した後に開閉弁を閉じるようにしても良い。
【００２３】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（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例を示した構成図である。図１に示すように燃料電池システム１００は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池スタック１を備える。例えば、燃料ガスは、都市ガスなどの炭化水素を含むガスを燃料処理器で改質反応させてできる改質ガスや、インフラから供給される水素ガスなどがある。なお、図１では重力の作用方向を上下方向としている。
【００２５】
燃料電池スタック１では、アノード２に供給された燃料ガスと、カソード３に供給された酸化剤ガス（例えば、空気）とが電気化学的に反応（発熱反応）して、電気および熱が発生する。
【００２６】
燃料電池スタック１によって生成された電気は、例えば、様々な電気機器において利用できる。また、燃料電池スタック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利用できる。
【００２７】
なお、燃料電池スタック１の内部構造の詳細な説明は省略する。
【００２８】
燃料電池スタック１の発電では電気化学反応（発熱反応）が進行するので、燃料電池スタック１の発電中の運転温度を、その反応に適した温度（例えば、固体高分子型燃料電池であれば７０〜８０℃）に維持するため、燃料電池スタック１を冷却する機構が一般的に採用されている。
【００２９】
次に、燃料電池スタック１を冷却する燃料電池冷却経路について説明する。
【００３０】
燃料電池冷却経路は図１に示すように、燃料電池スタック１が発電において発生する熱を回収する冷却媒体を流す冷却媒体循環経路５と、冷却媒体循環経路５を流れる冷却媒体を貯留する大気開放されたタンク８と、冷却媒体循環経路５を流れる冷却媒体を循環させるポンプ６と、冷却媒体が燃料電池スタック１から回収した熱を熱媒体が回収して貯湯タンク（図示せず）に蓄熱する排熱回収経路１７と、排熱回収経路１７を流れる熱媒体と冷却媒体循環経路５を流れる冷却媒体との熱交換を行う熱交換器７と、を備えたものである。冷却媒体としては、例えば、純水、水道水、不凍液などがある。
【００３１】
冷却媒体循環経路５は、タンク８に貯留される冷却媒体の規定の水位より低く設定された第１経路５ａおよび第２経路５ｂで構成され、第２経路５ｂには空気抜き経路９が設けられている。また、第２経路５ｂとタンク８の接続部は、第１経路５ａとタンク８の接続部よりも高く設定されている。
【００３２】
なお、タンク８の規定の水位は、冷却媒体循環経路５を冷却媒体で充填するために必要なタンク８内の冷却媒体の貯留量に基づいて設定される。
【００３３】
空気抜き経路９には、開閉制御することで冷却媒体循環経路５内の空気および冷却媒体を任意に排出することができる開閉弁１１が設けられている。開閉弁１１としては、例えば、電磁弁、手動弁、空気抜き栓 などを用いることができる。
【００３４】
また、本実施の形態１では、開閉弁１１は電磁弁とし、開閉弁１１の開閉動作は制御部１３により制御される。なお、制御部１３は例えばポンプ６などの他の機器の動作を制御してもよい。
【００３５】
また、空気抜き経路９は開閉弁１１を開状態とすることで大気に開放される構成となっている。
【００３６】
以上のように構成された燃料電池システムの水張りについて説明する。ここで、水張りとは、燃料電池スタックの冷却を行うための冷却媒体循環経路に冷却媒体（例えば、純水）を充填するものであり、例えば、燃料電池システムの施工時、あるいはメンテナンス後の復旧時に行う。
【００３７】
まず、冷却媒体をタンク８に供給する。ここで、冷却媒体の供給は、タンク８に設けた供給口から行う。なお、冷却媒体のタンク８への供給方法としては、ポンプなどの送液機器を用いてもよく、自然落下させてもよい。
【００３８】
開閉弁１１は、水張りの少なくとも一部期間に開放状態とする。なお、開閉弁１１を開放状態とするタイミングは、冷却媒体の供給開始前でもよく、供給開始後から水張り完了までの間としてもよい。
【００３９】
図１において、タンク８内に供給された冷却媒体は、第１経路５ａを経由して、燃料電池スタック１の冷却部４を通過し、第２経路５ｂのポンプ６、熱交換器７を経由してタンク８に導かれる。そして、冷却媒体が第２経路５ｂを経由し、再びタンク８へ流れた後は、オーバーフロー経路１２の高さまでタンク８に貯留される。タンク８の水位がオーバーフロー経路１２まで達すると、冷却媒体はオーバーフロー経路１２から排出される。
【００４０】
しかし、タンク８から冷却媒体循環経路５への冷却媒体の供給経路は上記に限らない。例えば、タンク８への供給速度が、タンク８から冷却媒体循環経路５に流入する速度より大きい場合には、冷却媒体循環経路５が冷却媒体で満たされるより前にタンク８内の水位が上がり、タンク８と第２経路５ｂの接続部から冷却媒体が侵入する場合がある。また、タンク８への冷却媒体の供給過程で、冷却媒体の跳ねが発生し、タンク８と第２経路５ｂの接続部から冷却媒体が侵入する場合がある。
【００４１】
このように、冷却媒体循環経路５の第１経路５ａと第２経路５ｂから冷却媒体が供給されると冷却媒体循環経路５内に空気溜りが閉じ込められる構成となる。
【００４２】
本実施の形態１の構成によれば、第２経路５ｂの空気抜き経路９に設けられた開閉弁１１を開放状態とすることで、冷却媒体循環経路５内の空気溜りを空気抜き経路９から大気に排出できる。これは、例えば燃料電池スタックや熱交換器など、圧力損失の高い要素を含む構成に特に有用である。
【００４３】
なお、本実施の形態１では、空気抜き経路９の最頂端は、オーバーフロー経路１２によって規定されるタンク８の規定の水位よりも高い位置まで延びた構成とした。かかる構成としたことで、水張りにおいて、空気抜き経路９内での冷却媒体の水位が最頂端に達しない。そのため、水張りの際に冷却媒体が空気抜き経路９から溢れることを防止できる。なお、開閉弁１１は最頂端に設けられていてもよい。
【００４４】
次に、タンク８に供給された冷却媒体の貯留量が所定条件を満たしてから開閉弁１１を閉状態とする。なお、所定条件については、予め冷却媒体循環経路が冷却媒体で充填された状態と、タンクに供給された冷却媒体の貯留量の関係とを対応付けておくことで設定することができる。
【００４５】
これによって、冷却媒体循環経路５が冷却媒体で充填されたことを、タンクに供給された冷却媒体の貯留量が所定条件を満たしたことから判定することができる。冷却媒体循環経路５が冷却媒体で充填されたことを確認した後に開閉弁１１を閉じることで、冷却媒体循環経路内から空気溜まりを確実に排除することができる。
【００４６】
本実施の形態１では、タンク８に供給された冷却媒体の貯留量の所定条件を、オーバーフロー経路１２から冷却媒体が排出されてからとした。このような構成とすることで、開閉弁１１を閉じるタイミングを容易に判断できる。
【００４７】
なお、開閉弁１１を閉じるタイミングは、オーバーフロー経路１２から冷却媒体の排出が開始された時点としても良いが、これに限定されない。例えば、オーバーフロー経路１２から冷却媒体の排出が開始されてから所定時間だけ経過した後に開閉弁１１を閉状態とするようにしても良い。ただし、ポンプ６が運転を開始する前に閉じる。
【００４８】
ここで、オーバーフロー経路１２から冷却媒体の排出が開始されてから所定時間だけ経過した後に開閉弁１１を閉状態とすることで、確実に冷却媒体循環経路５内の空気溜まりを排除することができる。
【００４９】
そして、オーバーフロー経路１２から冷却媒体が排出されることで、水張りを完了する。水張りが完了した後にポンプ６の運転を開始する。冷却媒体循環経路５内の空気溜まりを排除した後にポンプ６の運転を開始する構成とすることで、ポンプ６で空気噛みが発生することの防止できる。また、燃料電池スタックや熱交換器の熱交換性能の低下の防止をできる。
【００５０】
上記で説明した水張りが完了した後、燃料電池スタック１に燃料ガスと酸化剤ガスが供給され、発電により電気および熱が発生する。発生した熱は、ポンプ６により冷却媒体循環経路５内を循環する冷却媒体に回収され、熱交換器７で排熱回収水により熱交換され、貯湯タンク（図示せず）に蓄熱されることになる。
【００５１】
なお、本実施の形態１では、開閉弁１１の開閉動作は制御部１３により制御されるとしたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、作業者がタンク８への冷却媒体の供給状態や、オーバーフロー経路１２から冷却媒体の排出状態を見て開閉弁１１を手動で制御しても良い。
【００５２】
（実施の形態２）
次に、図２を用いて本発明の第２の実施形態における燃料電池システムについて説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態における燃料電池システムの構成例を示した構成図である。なお、図２では重力の作用方向を上下方向としている。また、実施の形態１と同じ構成要素については同じ符号を用いている。
【００５３】
なお、燃料電池の発電のメカニズムや、燃料電池システムの水張りについては、実施の形態１と同様であるため詳細な説明は省略する。
【００５４】
図２に示すように、燃料電池システム２００はタンク８内に水位検知器１４を有している。ここで、タンク８への冷却媒体の供給は冷却媒体供給弁１６が設けられた冷却媒体供給経路１５を介して行われる。ここで、冷却媒体供給弁１６は開閉弁であり、例えば、電磁弁、手動弁などを用いることができる。本実施の形態２では開閉弁１１は電磁弁とする。
【００５５】
また、本実施の形態２では開閉弁１１、冷却媒体供給弁１６の開閉制御および水位検知器１４との通信は制御部１３により行われる。
【００５６】
以下、実施の形態２における燃料電池システムの水張りについて説明する。なお、水張りの定義は実施の形態１と同様である。
【００５７】
まず、制御部１３は冷却媒体供給弁１６を開状態とし、冷却媒体供給経路１５を介してタンク８に冷却媒体の供給を開始する。
【００５８】
開閉弁１１は、水張りの少なくとも一部期間に開放状態とする。なお、開閉弁１１を開放状態とするタイミングは、冷却媒体の供給開始前でもよく、供給開始後から水張り完了までの間としてもよい。
【００５９】
図２において、タンク８内に供給された冷却媒体は、第１経路５ａを経由して、燃料電池スタック１の冷却部４を通過し、第２経路５ｂのポンプ６、熱交換器７を経由してタンク８に導かれる。そして、冷却媒体が第２経路５ｂを経由し、再びタンク８へ流れた後は、タンク８に貯留される。水位検知器１４が、タンク８の水位が予め設定された規定の水位まで達したことを検知すると、冷却媒体供給弁１６が閉状態に制御され、冷却媒体の供給が停止される。
【００６０】
なお、タンク８の規定の水位は、冷却媒体循環経路５を冷却媒体で充填するために必要なタンク８内の冷却媒体の貯留量に基づいて設定される。
【００６１】
しかし、タンク８から冷却媒体循環経路５への冷却媒体の供給経路は上記に限らない。例えば、タンク８への供給速度が、タンク８から冷却媒体循環経路５に流入する速度より大きい場合には、冷却媒体循環経路５が冷却媒体で満たされるより前にタンク８内の水位が上がり、タンク８と第２経路５ｂの接続部から冷却媒体が侵入する場合がある。また、タンク８への冷却媒体の供給過程で、冷却媒体の跳ねが発生し、タンク８と第２経路５ｂの接続部から冷却媒体が侵入する場合がある。
【００６２】
このように、冷却媒体循環経路５の第１経路５ａと第２経路５ｂから冷却媒体が供給されると冷却媒体循環経路５内に空気溜りが閉じ込められる構成となる。
【００６３】
本実施の形態２の構成によれば、第２経路５ｂの空気抜き経路９に設けられた開閉弁１１を開放状態とすることで、冷却媒体循環経路５内の空気溜りを空気抜き経路９から大気に排出できる。
【００６４】
なお、本実施の形態２では、空気抜き経路９の最頂端は、タンク８の規定の水位よりも高い位置まで延びた構成とした。かかる構成としたことで、水張りにおいて、空気抜き経路９内での冷却媒体の水位が最頂端に達しない。そのため、水張りの際に冷却媒体が空気抜き経路９から溢れることを防止できる。なお、開閉弁１１は最頂端に設けられていてもよい。
【００６５】
次に、タンク８に供給された冷却媒体の貯留量が所定条件を満たしてから開閉弁１１を閉状態とする。なお、所定条件については、予め冷却媒体循環経路が冷却媒体で充填された状態と、水位検知器１４により検知されるタンク内の水位（タンクに供給された冷却媒体の貯留量）とを対応付けておくことで設定することができる。
【００６６】
これによって、冷却媒体循環経路５が冷却媒体で充填されたことを、タンク内の水位が所定条件を満たしたことから判定することができる。冷却媒体循環経路５が冷却媒体で充填されたことを確認した後に開閉弁１１を閉じることで、冷却媒体循環経路内から空気溜まりを確実に排除することができる。
【００６７】
本実施の形態２では、タンク８に供給された冷却媒体の貯留量の所定条件を、水位検知器１４がタンク８内の水位が所定水位に達したことを検知してからとした。このような構成とすることで、開閉弁１１を閉じるタイミングを容易に判断できる。
【００６８】
なお、制御部１３が開閉弁１１を閉じるタイミングは、制御部１３が水位検知器１４によりタンク８内の水位が所定水位に達したことを検知した時点としても良いが、これに限定されない。例えば、制御部１３が水位検知器１４によりタンク８内の水位が所定水位に達したことを検知してから所定時間だけ経過した後に開閉弁１１を閉状態とするようにしても良い。ただし、ポンプ６が運転を開始する前に閉じる。
【００６９】
ここで、水位検知器１４がタンク８内の水位が所定水位に達したことを検知してから所定時間だけ経過した後に開閉弁１１を閉状態とすることで、確実に冷却媒体循環経路５内の空気溜まりを排除することができる。
【００７０】
そして、制御部１３は、水位検知器１４がタンク８内の水位が規定の水位に達したことを検知したことで、水張りが完了したと判定する。水張りが完了した後にポンプ６の運転を開始する。冷却媒体循環経路５内の空気溜まりを排除した後にポンプ６の運転を開始する構成とすることで、ポンプ６で空気噛みが発生することを防止できる。また、燃料電池スタックや熱交換器の熱交換性能の低下の防止をできる。
【００７１】
上記で説明した水張りが完了した後、燃料電池スタック１に燃料ガスと酸化剤ガスが供給され、発電により電気および熱が発生する。発生した熱は、ポンプ６により冷却媒体循環経路５内を循環する冷却媒体に回収され、熱交換器７で排熱回収水により熱交換され、貯湯タンク（図示せず）に蓄熱されることになる。
【００７２】
なお、上記本実施の形態１ならびに実施の形態２において、ポンプ６と熱交換器７を第２経路５ｂに設けたが、本発明はこの構成に限定されない。空気は重力の作用によって鉛直方向に排出される。そのため、ポンプ６、熱交換器７はタンク８の規定の水位よりも低い第１経路５ａに設置することで、空気溜まりは第１経路５ａから燃料電池スタック１の冷却部４を通過して第２経路５ｂに設けられた空気抜き経路９、もしくは、タンク８から外部に排出される。
【００７３】
なお、上記本実施の形態１ならびに実施の形態２において、ポンプ６の吐水方向は限定されない。
【００７４】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、冷却水循環経路、熱交換器、燃料電池スタック、冷却水循環ポンプに冷却水を空気噛み無く充填できる。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、例えば家庭用の燃料電池コージェネレーションシステム等として有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１      燃料電池スタック
２      アノード
３      カソード
４      冷却部
５      冷却媒体循環経路
５ａ    第１経路
５ｂ    第２経路
６      ポンプ
７      熱交換器
８      タンク
９      空気抜き経路
１１    開閉弁
１２    オーバーフロー経路
１３    制御部
１４    水位検知器
１５    冷却媒体供給経路
１６    冷却媒体供給弁
１７    排熱回収経路
１００  燃料電池システム
２００  燃料電池システム
【図１】
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【図２】
2019145334.tif 000004
【図３】
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