(57)【要約】【課題】燃料電池に対する冷却媒体の供給異常に対処すること。【解決手段】燃料電池（スタック）１に冷却水を供給する冷却水ライン５及び冷却水ポンプ８と、冷却水と熱交換する熱回収ライン７、熱交換器６及び熱回収水ポンプ１２と、スタック１に供給される前の冷却水の入口温度Ｔ１を検出する第１温度センサ９と、スタック１に供給された後の冷却水の出口水温Ｔ２を検出する第２温度センサ１０と、スタック１の運転時に、各センサ９，１０で検出される水温Ｔ１，Ｔ２に基づき各ポンプ８，１２を制御して冷却水を目標温度に制御するコントローラ２０と備える。コントローラ２０は、スタック１の起動時に、スタック１の暖機終了時間経過までの間で、出口水温Ｔ２と入口水温Ｔ１との温度差が基準温度差を超えたときに冷却水の供給異常と判断する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に冷却媒体を供給するための供給手段と、
前記冷却媒体の温度を調節するための温調手段と、
前記燃料電池における冷却媒体の温度を検出するための第１の温度検出手段と、
前記温調手段における冷却媒体の温度を検出するための第２の温度検出手段と、
前記燃料電池の運転時に、前記供給手段及び前記温調手段を制御することにより、前記冷却媒体を所定の目標温度に制御するための制御手段と
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の起動時に、前記制御手段が前記供給手段及び前記温調手段を制御しているときに、前記燃料電池の暖機終了時間が経過するまでの間で、前記第１の温度検出手段により検出される温度と前記第２の温度検出手段により検出される温度との温度差が所定の基準温度差を超えたとき、または前記燃料電池の暖機開始から所定の時間経過後に前記第１の温度検出手段により検出される温度と前記第２の温度検出手段により検出される温度との温度差が所定の基準温度差を超えたとき、または前記燃料電池の暖機開始から所定の時間経過後に前記第１の温度検出手段により検出される温度が所定の温度に達しなかったとき、前記冷却媒体の供給異常と判断する起動時異常判断手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記起動時異常判断手段により前記冷却媒体の供給異常と判断されたとき、本システムの運転を停止する起動時停止制御手段を備えた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】
燃料と酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に冷却媒体を供給するための供給手段と、
前記冷却媒体の温度を調節するための温調手段と、
前記冷却媒体の温度を検出するための温度検出手段と、
前記燃料電池の運転時に、前記供給手段及び前記温調手段を制御することにより、前記冷却媒体を所定の目標温度に制御するための制御手段と
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の発電時に、前記制御手段が前記供給手段及び前記温調手段を制御しているときに、前記温度検出手段により検出される温度が上昇変化してから前記供給手段及び前記温調手段の少なくとも一方により前記冷却媒体の温度を下げるように制御し、その後に所定時間が経過する間に前記温度検出手段により検出される温度が低下しないとき、前記冷却媒体の供給異常と判断する発電時異常判断手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記発電時異常判断手段により前記冷却媒体の供給異常と判断されたとき、本システムの運転を停止する発電時停止制御手段を備えたことを特徴とする請求項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】
この発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池に供給して電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムにおいて、燃料電池（スタック）を安定運転させるためには、発電中のスタックの温度をある範囲内に制御する必要がある。そのために、発電に伴うスタックでの発熱分を冷却水等の媒体でスタック外へ持ち去って熱交換部で別系統の媒体と熱交換する、すなわちスタックでの発熱分を回収することで、冷却水温度を設定温度範囲内に制御している。この制御により、スタックの内部温度を安定させ、安全かつ安定した発電を行うことが可能となる。
【０００３】
下記の特許文献１乃至５には、スタックに冷却水ラインを通じて冷却水を供給し、その冷却水温度を制御することで、スタック内部温度を安定させて燃料電池システムを運転することが記載される。特に、特許文献１乃至３には、スタックの冷却水ライン入口側に第１の温度センサを設け、スタックの冷却水ライン出口側に第２の温度センサを設けて、これら二つの温度センサの検出値、二つの温度センサによる検出値の温度差に基づき冷却水温度を制御することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０９６３７号公報（第２，５，６頁、図１〜３）
【特許文献２】特開２００２−１８４４３５号公報（第５頁、図１）
【特許文献３】特開平９−８２３５１号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献４】特開平９−２１３３５７号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献５】特開平７−２４９４２３号公報（第２，４，５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記特許文献１乃至５に記載の技術において、冷却水温度の制御方法については、様々な方法が考えられる。しかしながら、冷却水温度制御もシステムの安定運転には必須の課題ではあるが、スタックに対する冷却水の供給が停止してしまったときには、それを速やかに検知して対処しなければスタックに破損を招いてしまうおそれがある。
【０００６】
また、燃料電池システムの起動時には、発電開始前にスタックを設定温度以上に昇温させる必要がある。通常は、スタック冷却水を昇温させ、その温められた冷却水によりスタックを暖機することが行われる。しかしながら、システム起動時からスタック冷却水が供給されないと、スタックが暖機されないので、発電のステップへ進むことができず、スタックが設定温度以上に昇温されるのを待ち続けることになる。仮に、スタックが十分に温められた状態で、原料ガスをスタックに供給して発電を開始しても、スタックに冷却水が供給されなければ、上記した通り発電時の発熱により不具合を引き起こしかねない。
【０００７】
更に、スタックの内部温度が発電を開始する設定温度よりも低い場合、発電を開始するまでの間にスタックを設定温度まで昇温させる必要がある。通常、スタックの冷却水を温めることにより、スタックの暖機が行われる。ここで、冷却水を温める手段として、改質器の燃焼排気のようなシステム内部の熱源から回収した熱を利用したり、ヒータ等を使用したりすることが考えられる。しかしながら、スタックに対する冷却水の供給が停止してしまっては、冷却水を昇温させるための熱交換相手となる媒体が十分に冷却されなくなり、ヒータ付近の配管等の部品が局所的に高温になってしまう。そして、各部品が耐熱温度を超えてしまうと、それらが破損するおそれもある。従って、システム起動時から冷却水が供給されないと、結果として発電をすることができず、発電を継続することができず、配管等が破損するおそれもある。また、それまでに改質器を起動するために必要となったエネルギーも無駄になってしまう。
【０００８】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却媒体の供給を制御することで燃料電池の内部温度を制御するシステムにつき、冷却媒体の供給異常に対処することを可能とした燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料と酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、燃料電池に冷却媒体を供給するための供給手段と、冷却媒体の温度を調節するための温調手段と、燃料電池における冷却媒体の温度を検出するための第１の温度検出手段と、温調手段における冷却媒体の温度を検出するための第２の温度検出手段と、燃料電池の運転時に、供給手段及び温調手段を制御することにより、冷却媒体を所定の目標温度に制御するための制御手段とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の起動時に、制御手段が供給手段及び温調手段を制御しているときに、燃料電池の暖機終了時間が経過するまでの間で、第１の温度検出手段により検出される温度と第２の温度検出手段により検出される温度との温度差が所定の基準温度差を超えたとき、または燃料電池の暖機開始から所定の時間経過後に第１の温度検出手段により検出される温度と第２の温度検出手段により検出される温度との温度差が所定の基準温度差を超えたとき、または燃料電池の暖機開始から所定の時間経過後に第１の温度検出手段により検出される温度が所定の温度に達しなかったとき、冷却媒体の供給異常と判断する起動時異常判断手段を備えたことを趣旨とする。
ここで、冷却媒体の供給異常とは、冷却媒体の流量が少なくなったり、冷却媒体の供給が停止したりすることを意味し、その原因として、冷却媒体の供給手段の故障や供給ラインにおける圧損上昇などが挙げられる。
【００１０】
上記発明の構成によれば、燃料電池の運転時に、制御手段が供給手段及び温調手段を制御することにより、所定の目標温度に制御された冷却媒体が燃料電池に供給され、その燃料電池の内部温度が所定の設定温度に制御される。
ここで、燃料電池の起動時に、燃料電池に冷却媒体が正常に供給されるときは、冷却媒体が保有する熱が燃料電池の暖機に使われることから、暖機終了時間が経過するまでの間で、第１の温度検出手段により検出される温度と第２の温度検出手段により検出される温度との温度差は、ほぼ一定の状態を保つことになる。
これに対し、燃料電池の起動時に、燃料電池に冷却媒体が正常に供給されないとき、すなわち供給異常となるときは、冷却媒体の保有する熱が燃料電池の暖機に使われないことから、暖機終了時間が経過するまでの間で、上記した温度差が徐々に増大することになる。従って、この温度差が所定の基準温度差を超えたとき、起動時異常判断手段は、冷却媒体の供給異常と判断し、供給異常の発生が検知される。
あるいは、燃料電池の起動時に、冷却媒体の供給異常となるときは、冷却媒体の保有する熱が燃料電池の暖機に使われないことから、燃料電池の暖機開始から所定の時間経過後に、上記した温度差が増大することになる。従って、この温度差が所定の基準温度差を超えたとき、起動時異常判断手段は、冷却媒体の供給異常と判断し、供給異常の発生が検知される。
あるいは、燃料電池の起動時に、冷却媒体の供給異常となるときは、冷却媒体の保有する熱が燃料電池の暖機に使われないことから、燃料電池の暖機開始から所定の時間経過後に、燃料電池における冷却媒体の温度は上昇していない。従って、この冷却媒体の温度が所定の温度に達しなかったとき、起動時異常判断手段は、冷却媒体の供給異常と判断し、供給異常の発生が検知される。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、起動時異常判断手段により冷却媒体の供給異常と判断されたとき、本システムの運転を停止する起動時停止制御手段を備えたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、冷却媒体の供給異常が判断されたとき、起動時停止制御手段により本システムの運転が停止されるので、燃料電池が冷却媒体の供給不足の影響を受けることがない。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、燃料と酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、燃料電池に冷却媒体を供給するための供給手段と、冷却媒体の温度を調節するための温調手段と、冷却媒体の温度を検出するための温度検出手段と、燃料電池の運転時に、供給手段及び温調手段を制御することにより、冷却媒体を所定の目標温度に制御するための制御手段とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電時に、制御手段が供給手段及び温調手段を制御しているときに、温度検出手段により検出される温度が上昇変化してから供給手段及び温調手段の少なくとも一方により冷却媒体の温度を下げるように制御し、その後に所定時間が経過する間に温度検出手段により検出される温度が低下しないとき、冷却媒体の供給異常と判断する発電時異常判断手段を備えたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、燃料電池の運転時に、制御手段が供給手段及び温調手段を制御することにより、所定の目標温度に制御された冷却媒体が燃料電池に供給され、その燃料電池の内部温度が所定の温度に制御される。
ここで、燃料電池の発電時に、燃料電池に冷却媒体が正常に供給されるときは、冷却媒体が燃料電池の冷却に使われることから、温度検出手段により検出される冷却媒体の温度は目標温度を超えることはない。
これに対し、燃料電池の発電時に、燃料電池に冷却媒体が正常に供給されないとき、すなわち供給異常となるときは、冷却媒体が燃料電池の冷却には使われないことから、供給手段及び温調手段の少なくとも一方により冷却媒体の温度を下げるように制御し、その後に所定時間が経過しても、温度検出手段により検出される冷却媒体の温度は低下しないことになる。従って、このとき、発電時異常判断手段は、冷却媒体の供給異常と判断し、供給異常の発生が検知される。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、発電時異常判断手段により冷却媒体の供給異常と判断されたとき、本システムの運転を停止する発電時停止制御手段を備えたことを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、冷却媒体の供給異常が判断されたとき、発電時停止制御手段により本システムの運転が停止されるので、燃料電池が冷却媒体の供給不足の影響を受けることがない。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、冷却媒体の供給を制御することで燃料電池の内部温度を制御するシステムにつき、燃料電池の起動時における冷却媒体の供給異常に対処することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、冷却媒体の供給異常が起きたときに、燃料電池の破損を未然に防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、冷却媒体の供給を制御することで燃料電池の内部温度を制御するシステムにつき、燃料電池の発電時における冷却媒体の供給異常に対処することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、冷却媒体の供給異常が起きたときに、燃料電池の破損を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の燃料電池システムを具体化した第１実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１に燃料電池システムの概略構成図を示す。この燃料電池システムは、燃料電池（スタック）１と、そのスタック１に改質器２から水素を含む改質ガス（燃料ガス）を供給する改質ガスライン３と、スタック１に酸素を含む酸化剤ガス（カソードエア）を供給するカソードエアライン４と、スタック１を冷却するためにスタック１に冷却媒体としての冷却水を供給する冷却水ライン５と、スタック１で発生する熱を回収するために熱交換器６を介して冷却水ライン５との間で熱交換を行う熱回収ライン７とを備える。
【００２３】
スタック１は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。そして、スタック１は、改質ガスとカソードエアの供給を受け、これらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。改質器２は、原料ガスと改質水（水蒸気）の供給を受けて改質ガスを生成し、そのガスを改質ガスライン３へ導出する。
【００２４】
冷却水ライン５は、スタック１の内部及び熱交換器６の内部を通り、冷却水を循環させる閉じたループに構成される。冷却水ライン５には、熱交換器６の下流側に冷却水ポンプ８が設けられる。このポンプ８を駆動することにより、冷却水ライン５に冷却水が循環する。このポンプ８の出力を変えることにより、冷却水流量が変わる。これら冷却水ライン５及び冷却水ポンプ８により、スタック１に冷却水を供給するための本発明の供給手段が構成される。
【００２５】
スタック１の入口側近傍の冷却水ライン５には、スタック１における冷却水の温度を検出するための本発明における第１の温度検出手段及び温度検出手段としての第１温度センサ９が設けられる。このセンサ９により、スタック１の入口１ａに入る前の冷却水の温度（入口水温）Ｔ１が検出される。また、熱交換器６の出口側近傍の冷却水ライン５には、熱交換器６における冷却水の温度を検出するための本発明における第２の温度検出手段としての第２温度センサ１０が設けられる。このセンサ１０により、熱交換器６の出口から流出する冷却水の温度（出口水温）Ｔ２が検出される。ここで、第２温度センサ１０は、熱源となる熱交換器６に比較的近い位置に配置されることになる。これに対し、第１温度センサ９は、熱交換器６から比較的遠い位置に配置されることになる。
【００２６】
熱回収ライン７は、貯湯槽１１の内部及び熱交換器６の内部を通り、熱回収水を循環させる閉じたループに構成される。熱回収ライン７には、熱交換器６の下流側に、熱回収水ポンプ１２が設けられる。このポンプ１２を駆動することにより、熱回収ライン７を熱回収水が循環する。このポンプ１２の出力を変えることにより、熱回収水流量が変わる。これら熱回収ライン７、熱交換器６及び熱回収水ポンプ１２により、冷却水の温度を調節するための本発明の温調手段が構成される。
【００２７】
上記した冷却水ポンプ８、熱回収水ポンプ１２、第１温度センサ９及び第２温度センサ１０は、コントローラ２０に電気的に接続される。コントローラ２０は、スタック１の運転時に、第１及び第２の温度センサ９，１０により検出される入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２に基づき、冷却水ポンプ８及び熱回収水ポンプ１２を制御することにより、冷却水を所定の目標温度に制御する。この制御を実行するコントローラ２０が、本発明の制御手段に相当する。
【００２８】
また、コントローラ２０は、各温度センサ９，１０により検出される入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２に基づき、システムの起動時及び発電時におけるスタック１に対する冷却水の供給異常を判断する。これら判断を実行するコントローラ２０は、本発明の起動時異常判断手段及び発電時異常判断手段に相当する。更に、コントローラ２０は、冷却水の供給異常と判断したとき、本システムの運転を停止させる。この制御を実行するコントローラ２０は、本発明の起動時停止制御手段及び発電時停止制御手段に相当する。
【００２９】
加えて、コントローラ２０には、報知器２１が接続される。この報知器２１は、例えば、ブザーとランプより構成される。コントローラ２０は、各種異常などを検出したときに報知器２１を動作させる。
【００３０】
次に、冷却水の供給異常検出に係る制御について具体的に説明する。図２に、コントローラ２０が、燃料電池システムの起動時に実行する制御プログラムをフローチャートに示す。
【００３１】
コントローラ２０は、ステップ１００で、スタック１の暖機を開始し、ステップ１１０で、所定時間（暖機終了時間）が経過するのを待つ。
【００３２】
そして、所定時間が経過すると、ステップ１２０で、コントローラ２０は、第１及び第２の温度センサ９，１０により検出される入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２を読み込む。
【００３３】
その後、ステップ１３０で、コントローラ２０は、読み込まれた出口水温Ｔ２と入口水温Ｔ１との温度差ΔＴを算出する。
【００３４】
そして、ステップ１４０で、コントローラ２０は、温度差ΔＴが所定の基準温度差αより大きいか否かを判断する。この判断が否定の場合、コントローラ２０は、スタック１に対する冷却水の供給が正常であるものとして、スタック１の暖機を完了する。一方、上記の判断結果が肯定である場合、スタック１に対する冷却水の供給異常であるものとして、コントローラ２０は、ステップ１５０で、異常報知の処理を実行する。すなわち、報知器２１を動作させる。そして、コントローラ２０は、この燃料電池システムの運転を停止させる。
【００３５】
図３，４に、システム起動時における冷却水温度（入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２）の挙動の一例をタイムチャートに示す。
【００３６】
システム起動時に、コントローラ２０は、次のような異常検出のための処理を実行する。すなわち、スタック１の暖機を行うために、冷却水ポンプ８及び熱回収水ポンプ１２を駆動させてスタック１に冷却水を供給する。このとき、スタック１に冷却水が正常に供給されていると、図３に示すように、スタック１の暖機開始時である時刻ｔ０以降、若干の温度差はあるものの、入口水温Ｔ１と出口水温Ｔ２は共に上昇を示すことになる。このときの水温上昇は、例えば、図５にタイムチャートで示すように、時刻ｔ０で冷却水を温め始めてから所定の設定時間Δｔ１が経過した時刻ｔ１に、その時刻ｔ１の水温Ｔｂが、起動開始時刻ｔ０の水温Ｔａより高ければ、冷却水温の上昇が確認でき、冷却水が正常に流れていることが分かる。あるいは、水温上昇は、例えば、図６にタイムチャートで示すように、時刻ｔ０で冷却水を温め始めてから所定の設定時間Δｔ２の間隔で、所定の設定温度Ｔsetになるまで、冷却水温が上昇し続けるかどうかを繰り返し確認する方法がある。ここでは、各設定時間Δｔ２ごとに温度が上昇変化していれば、スタック１が暖機されて冷却水温の上昇が確認でき、冷却水が正常に流れていることが分かる。
【００３７】
ここで、スタック１への冷却水の供給が停止してしまうと、図４に示すように、スタック１を暖機するために熱交換器６に近い出口水温Ｔ２は上昇するが、熱交換器６から遠い入口水温Ｔ１は上昇しないか、鈍い上昇を示すことになる。この場合、スタック１の暖機開始から所定時間が経過するまでの時刻ｔ１までの間で、出口水温Ｔ２と入口水温Ｔ１との温度差ΔＴが基準温度差αより大きくなると、コントローラ２０は、スタック１に対する冷却水の供給異常と判断して、システムの運転を停止させる。
【００３８】
図７に、コントローラ２０が、燃料電池システムの起動時に実行する別の制御プログラムをフローチャートに示す。
【００３９】
先ず、ステップ１００で、コントローラ２０は、スタック１の暖機を開始する。
【００４０】
次に、ステップ１２０で、コントローラ２０は、第１及び第２の温度センサ９，１０により検出される入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２を読み込む。
【００４１】
次に、ステップ１３０で、コントローラ２０は、読み込まれた出口水温Ｔ２と入口水温Ｔ１との温度差ΔＴを算出する。
【００４２】
そして、ステップ１４０で、コントローラ２０は、温度差ΔＴが所定の基準温度差αより大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、スタック１に対する冷却水の供給異常であるものとして、コントローラ２０は、ステップ１５０で、異常報知の処理を実行する。すなわち、報知器２１を動作させる。そして、コントローラ２０は、この燃料電池システムの運転を停止させる。
【００４３】
一方、ステップ１４０での判断結果が否定である場合、コントローラ２０は、ステップ１６０で、所定の暖機終了時間が経過したか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、コントローラ２０は、ステップ１２０の処理に戻る。一方、この判断結果が肯定である場合、コントローラ２０は、スタック１に対する冷却水の供給が正常であるものとして、スタック１の暖機を完了する。
【００４４】
図８に、コントローラ２０が、燃料電池システムの起動時に実行する別の制御プログラムをフローチャートに示す。
【００４５】
コントローラ２０は、ステップ１００で、スタック１の暖機を開始し、ステップ１１０で、所定時間が経過するのを待つ。
【００４６】
次に、ステップ１７０で、コントローラ２０は、第１の温度センサにより検出される入口水温Ｔ１を読み込む。
【００４７】
次に、ステップ１８０で、コントローラ２０は、読み込まれた入口水温Ｔ１が所定の基準温度β以上であるか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、スタック１に対する冷却水の供給異常であるものとして、コントローラ２０は、ステップ１５０で、異常報知の処理を実行する。すなわち、報知器２１を動作させる。そして、コントローラ２０は、この燃料電池システムの運転を停止させる。
【００４８】
一方、ステップ１８０での判断結果が肯定である場合、コントローラ２０は、スタック１に対する冷却水の供給が正常であるものとして、スタック１の暖機を完了する。
【００４９】
また、燃料電池システムの発電時に、コントローラ２０が実行する制御プログラムについて説明する。図９に、その制御プログラムをフローチャートに示す。
【００５０】
ステップ２００で、コントローラ２０は、第１及び第２の温度センサ９，１０により検出される入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２を読み込む。
【００５１】
次に、ステップ２１０で、コントローラ２０は、入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２が上昇変化したか否かを判断する。この判断には、図５，６を参照して説明した確認方法を用いることができる。この判断結果が否定である場合、コントローラ２０は、ステップ２００の処理へ戻る。この判断結果が肯定である場合、コントローラ２０は、処理をステップ２２０へ移行する。
【００５２】
そして、ステップ２２０で、コントローラ２０は、冷却水ポンプ８あるいは熱回収水ポンプ１２、あるいは両者８，１２の出力を所定時間だけ増大させる。
【００５３】
次に、ステップ２３０で、コントローラ２０は、改めて、第１及び第２の温度センサ９，１０で検出される入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２を読み込む。
【００５４】
そして、ステップ２４０で、コントローラ２０は、入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２が上昇したか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、コントローラ２０は、ステップ１に対する冷却水の供給が正常であるものとして、ステップ２００の処理へ戻る。
【００５５】
一方、ステップ２４０の判断結果が肯定である場合、スタック１に対する冷却水の供給異常であるものとして、コントローラ２０は、ステップ２５０で、異常報知の処理を実行する。すなわち、報知器２１を動作させる。また、ステップ２６０で、コントローラ２０は、この燃料電池システムの運転を停止させる。
【００５６】
図１０に、システムの発電時における冷却水温度（入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２）を挙動の一例をタイムチャートに示す。
【００５７】
システム発電中、冷却水がスタック１へ正常に供給されているときには、冷却水ポンプ８あるいは熱回収水ポンプ１２、あるいは両者８，１２の出力を上げて冷却水流量及び熱回収水流量を増加させることで、入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２は、ほぼ一定に保たれ、結果的にスタック１の内部温度を所定の温度範囲内に制御することができる。これに対し、スタック１への冷却水の供給が停止すると、スタック１の内部の冷却水温度が上昇し、図１０に示すように時刻ｔ１の近傍で、入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２は上昇変化を示すことになる。そこで、図１０（ｂ）に示すように、コントローラ２０は、時刻ｔ１から冷却水ポンプ８あるいは熱回収水ポンプ１２、あるいは両者８，１２の出力を増大させる。そして、各ポンプ８，１２の出力を増大させても、入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２が低下することなく上昇を続けるので、時刻ｔ２で、コントローラ２０は、スタック１への冷却水の供給異常と判断して、システムの運転を停止させることになる。
【００５８】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、システムの運転時には、コントローラ２０が、冷却水ポンプ８あるいは熱回収水ポンプ１２、あるいは両者８，１２の駆動を制御することにより、所定の目標温度に制御された冷却水がスタック１に供給され、そのスタック１の内部温度が所定の設定温度に制御される。
【００５９】
ここで、スタック１の起動時に、スタック１に冷却水が正常に供給されるときは、冷却水が保有する熱がスタック１の暖機に使われることから、暖機終了時間が経過するまでの間で、出口水温Ｔ２と入口水温Ｔ１との温度差ΔＴは、ほぼ一定の状態を保つことになる。
【００６０】
これに対し、スタック１の起動時に、スタック１に冷却水が正常に供給されないとき、すなわち供給異常となるときは、冷却水の保有する熱がスタック１の暖機に使われないことから、暖機終了時間が経過するまでの間で、温度差ΔＴは徐々に増大することになる。従って、この温度差ΔＴが所定の基準温度差αを超えたとき、コントローラ２０は、スタック１に対する冷却水の供給異常と判断し、その供給異常の発生が検知される。
【００６１】
あるいは、スタック１の起動時に、冷却水の供給異常となるときは、冷却水の保有する熱がスタック１の暖機に使われないことから、スタック１の暖機開始から所定の時間経過後に、上記した温度差ΔＴが増大することになる。従って、この温度差ΔＴが所定の基準温度差αを超えたとき、コントローラ２０は、冷却水の供給異常と判断し、その供給異常の発生が検知される。
【００６２】
あるいは、スタック１の起動時に、冷却水の供給異常となるときは、冷却水の保有する熱がスタック１の暖機に使われないことから、スタック１の暖機開始から所定の時間経過後に、スタック１における冷却水の温度は上昇していない。従って、この冷却水の温度が所定の基準温度βに達しなかったとき、コントローラ２０は、冷却水の供給異常と判断し、その供給異常の発生が検知される。
【００６３】
このため、上記のような供給異常の検知を受けて、その冷却水の供給異常に早期に対処することができる。この実施形態では、報知器２１により、異常が報知されるので、供給異常の発生を使用者に速やかに知らせることができる。
【００６４】
この実施形態では、上記のように冷却水の供給異常が検知されたときに、コントローラ２０が、この燃料電池システムの運転を停止させるので、スタック１が冷却水の供給不足の影響を受けることがない。このため、冷却水の供給異常が起きたときに、スタック１の破損を未然に防止することができる。また、冷却水の供給停止をシステムが運転を開始してから早い段階で検知することができるので、そのままシステムの運転を継続させた場合に比べ、システムの起動エネルギーの浪費を防ぐことができる。また、スタック１を暖機するための熱源となる熱交換器６の周辺部位が異常高温となることを防止することもできる。このため、熱交換器６の周辺部位の破損を未然に防止することができる。
【００６５】
一方、スタック１の発電時に、スタック１に冷却水が正常に供給されないとき、すなわち供給異常となるときは、冷却水がスタック１の冷却には使われなくなる。このことから、冷却水ポンプ８及び熱回収水ポンプ１２の出力を増大させても、スタック１が冷やされることがないので、入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２は上昇を続けることになる。このとき、コントローラ２０は、冷却水の供給異常と判断し、供給異常の発生が検知される。このため、その検知を受けて、冷却水の供給異常に早期に対処することができる。この実施形態では、報知器２１により、異常が報知されるので、供給異常の発生を使用者に速やかに知らせることができる。
【００６６】
この実施形態では、上記のように冷却水の供給異常が検知されたときに、コントローラ２０が、この燃料電池システムの運転を停止させるので、スタック１が冷却水の供給不足の影響を受けることがない。このため、スタック１の破損を未然に防止することができる。また、スタック１が異常に高温となることを避け、このシステムに不具合を発生させることなく安全に停止させることができる。ここで、例えば、冷却水ポンプ８の故障が原因で冷却水の供給が停止したとすると、この実施形態では、早期に冷却水の供給異常を検知できるので、スタック１を含む各種構成機器の破損を未然に防止することができる。このため、冷却水ポンプ８を交換するだけで済み、システムの補修にかかる費用や時間を大幅に削減することができる。
【００６７】
［第２実施形態］
次に、本発明の燃料電池システムを具体化した第２実施形態を図面を参照して説明する。
【００６８】
この実施形態では、システム起動時における冷却水の供給異常検出の方法において、第１実施形態と構成が異なる。
【００６９】
図１１に、システム起動時における冷却水温度（入口水温Ｔ１及び出口水温Ｔ２）を挙動の一例をタイムチャートに示す。
【００７０】
スタック１の起動時に、スタック１の暖機を行うために、図１１において、コントローラ２０が、時刻ｔ０で冷却水ポンプ８あるいは熱回収水ポンプ１２、あるいは両者８，１２の駆動を開始した後、所定の設定時間Δｔが経過した時刻ｔ１の時点で、熱交換器６から比較的遠い位置における入口水温Ｔ１の温度変化ΔＴ１に基づき冷却水の供給異常を判断する。この場合、コントローラ２０は、時刻ｔ０からスタック１の冷却水の加熱を開始し、設定時間Δｔが経過した時刻ｔ１における入口水温Ｔ１の温度変化ΔＴ１が設定値以下となるとき、冷却水の供給異常と判断して、システムの運転を停止させる。また、スタック１に冷却水が正常に供給されていると、入口水温Ｔ１と出口水温Ｔ２は同じ傾向で上昇するため、コントローラ２０は、冷却水の加熱を開始してから設定時間Δｔが経過するまでの間に、温度差ΔＴが設定値以上になるとき、システムの運転を停止させる。
【００７１】
従って、この実施形態でも、システム起動時において、スタック１に対する冷却水の供給異常に対し、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７２】
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもができる。
【００７３】
（１）前記各実施形態では、燃料電池システムの冷却水ライン５に冷却水流量を計測する流量計を設けない構成とした。これに対し、冷却水ラインに冷却水流量を計測する流量計を併設した構成としてもよい。この場合、上記した温度センサ９，１０を使用しての冷却水の供給異常の判断と流量計の計測値とを組み合わせることにより、流量計の故障を検知することができる。すなわち、各温度センサ９，１０の検出値から判断される冷却水の供給が正常である場合に、流量計の計測値がゼロとなったときには、流量計が故障しているものと判断することがきる。従って、流量計が故障していても冷却水の供給異常と判断されない限り、システムの運転を停止させる必要がなく、流量計を交換するタイミングを計ることができる。
【００７４】
（２）前記各実施形態では、冷却媒体として冷却水を使用したが、水以外の流体を使用してもよい。
【００７５】
（３）前記各実施形態では、燃料電池システムにおいて、熱交換器６の下流側に冷却水ポンプ８を設けたが、冷却水ポンプは必ずしも熱交換器の下流側でなくてもよく、例えば、熱交換器の上流側に冷却水ポンプを設けてもよい。
【００７６】
（４）前記各実施形態では、第２温度センサ１０を、熱交換器６の出口側近傍の冷却水ライン５に設けたが、この第２温度センサ１０を熱交換器６の中に設けてもよい。
【００７７】
（５）前記第１実施形態では、図９に示す発電中の処理において、第１温度センサ９と第２温度センサ１０の両方を使用したが、それらのセンサ９，１０の何れか一方のみを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】起動時の制御プログラムを示すフローチャート。
【図３】冷却水温の挙動を示すタイムチャート。
【図４】冷却水温の挙動を示すタイムチャート。
【図５】冷却水温変化の確認方法を示すタイムチャート。
【図６】冷却水温変化の確認方法を示すタイムチャート。
【図７】起動時の別の制御プログラムを示すフローチャート。
【図８】起動時の別の制御プログラムを示すフローチャート。
【図９】発電時の制御プログラムを示すフローチャート。
【図１０】冷却水温の挙動を示すタイムチャート。
【図１１】第２の実施形態に係り、冷却水温の挙動を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００７９】
１    スタック（燃料電池）
５    冷却水ライン（供給手段）
６    熱交換器（温調手段）
７    熱回収ライン（温調手段）
８    冷却水ポンプ（供給手段）
９    第１温度センサ（第１の温度検出手段、温度検出手段）
１０  第２温度センサ（第２の温度検出手段）
１２  熱回収水ポンプ（温調手段）
２０  コントローラ（制御手段、起動時異常判断手段、起動時停止制御手段、発電時異常判断手段、発電時停止制御手段）
Ｔ１  入口水温
Ｔ２  出口水温
ΔＴ  温度差
α    基準温度差
【図１】
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【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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