(57)【要約】【課題】燃料電池の冷却通路を流れる冷却水等の冷媒の電気伝導度の増加を低コストで検知することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池１と、冷媒を燃料電池１の冷却通路１０に流して燃料電池１を冷却する主冷却回路２と、主冷却回路２から分岐して設けられ主冷却回路２を流れる冷媒の一部を流し主冷却回路２に戻す分岐回路３と、分岐回路３に設けられ分岐回路３を流れる冷媒を処理する冷媒処理部と、主冷却回路２を流れる冷媒の温度の温度を検知する主冷却回路温度検知手段と、分岐回路３を流れる冷媒の温度または冷媒処理部４の温度を検知する分岐回路温度検知手段と、主冷却回路温度検知手段２０，２１で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段３５で検知された分岐回路温度との温度差に関する物理量に基づいて、冷媒処理部４に流れる冷媒流量の異状を検知する制御部５とを備える。【選択図】図１
2009187703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流れる冷却通路を有する燃料電池と、
冷媒を前記燃料電池の前記冷却通路に流して前記燃料電池を冷却する主冷却回路と、
前記主冷却回路から分岐して設けられ前記主冷却回路を流れる冷媒の一部を流し前記主冷却回路に戻す分岐回路と、
前記分岐回路に設けられ前記分岐回路を流れる冷媒の電気伝導度を低下させるように冷媒を処理する冷媒処理部と、
前記分岐回路を流れる冷媒の温度または前記冷媒処理部の温度を検知する分岐回路温度検知手段と、
前記分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度に関する物理量を求め、前記温度に関する前記物理量に基づいて、前記燃料電池の前記冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が異状である可能性が高いと判定する制御部とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
冷媒が流れる冷却通路を有する燃料電池と、
冷媒を前記燃料電池の前記冷却通路に流して前記燃料電池を冷却する主冷却回路と、
前記主冷却回路から分岐して設けられ前記主冷却回路を流れる冷媒の一部を流し前記主冷却回路に戻す分岐回路と、
前記分岐回路に設けられ前記分岐回路を流れる冷媒の電気伝導度を低下させるように冷媒を処理する冷媒処理部と、
前記主冷却回路を流れる冷媒の温度または前記燃料電池の温度を検知する主冷却回路温度検知手段と、
前記分岐回路を流れる冷媒の温度または前記冷媒処理部の温度を検知する分岐回路温度検知手段と、
前記主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と前記分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差に関する物理量を求め、前記温度差に関する前記物理量に基づいて、前記燃料電池の前記冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が異状である可能性が高いと判定する制御部とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記分岐回路の始端は、前記主冷却回路のうち前記燃料電池の前記冷却通路の入口側に設けられており、前記主冷却回路温度検知手段は、前記燃料電池の前記冷却通路の入口側に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１または２において、前記分岐回路の始端は、前記主冷却回路のうち前記燃料電池の前記冷却通路の出口側に設けられており、前記主冷却回路温度検知手段は、前記燃料電池の前記冷却通路の出口側に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記燃料電池および前記冷媒処理部を収容する収容室と前記収容室と外気とを連通させる空気取入口とを有するパッケージが設けられており、前記冷媒処理部は、前記空気取入口から取り入れた空気と接触可能な流路に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜４のうちの一項において、前記燃料電池および前記冷媒処理部を収容する収容室と、前記収容室に対して隔壁を介して仕切られた隔室とを有するパッケージが設けられており、前記冷媒処理部は前記隔室に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２〜６のうちの一項において、前記分岐回路を流れる冷媒の単位時間あたりの流量を調整する流量調整要素が前記分岐回路に設けられており、
前記主冷却回路温度検知手段または前記分岐回路温度検知手段で検知した温度が第１所定温度よりも高いとき、前記制御部は、前記分岐回路を流れる冷媒の単位時間あたりの流量を前記流量調整要素が減少させるように前記流量調整要素を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜６のうちの一項において、前記分岐回路を流れる冷媒の単位時間あたりの流量を調整する流量調整要素が前記分岐回路に設けられており、
前記主冷却回路温度検知手段または前記分岐回路温度検知手段で検知した温度が第２所定温度よりも低いとき、前記制御部は、前記分岐回路を流れる冷媒の単位時間あたりの流量を前記流量調整要素が増加させるように前記流量調整要素を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の冷却通路を流れる冷却液等の冷媒を処理するイオン交換器等の冷媒処理部を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１，２には、冷却通路をもつ燃料電池と、冷媒を燃料電池の冷却通路に流して燃料電池を冷却する主冷却回路と、燃料電池を迂回するバイパス通路とを有する燃料電池システムが開示されている。
【０００３】
このものによれば、冷却水の電気絶縁性が低下すると、燃料電池システムの高い発電効率が得られにくい。このため、冷却水の電気伝導度を検知する電気伝導度センサと、冷却水の電気伝導度を低下させるために冷却水を浄化処理するイオン交換器とが設けられている。イオン交換器により冷却水が浄化処理され、冷却水の電気伝導度が低下される。これにより高い発電効率が得られる。電気伝導度センサで検知された冷却水の電気伝導度が高くなると、冷却水をイオン交換器に通す流量を増加させている。
【特許文献１】特開２００４−１４３２４号公報
【特許文献２】特開２００４−７１３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記したシステムによれば、前述したように、冷媒の電気伝導度が高くなり、冷媒の電気絶縁性が低下すると、燃料電池で発生された電気エネルギの損失が増加するおそれがある。このため冷媒の電気伝導度の増加を応答性良く早期に発見することが好ましい。このため冷却水の電気伝導度を検知する電気伝導度センサが設けられている。しかながら、この電気伝導度センサは一般的には高価である。従って、冷却水の電気伝導度の増加を低コストで検知することが要請されている。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の冷却通路を流れる冷却水等の冷媒の電気伝導度が異状であることを低コストで判定することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明者は燃料電池システムについて長年にわたり開発を進めている。そして、（ｉ）燃料電池を冷却する冷媒を流す主冷却通路と、主冷却通路から分岐した分岐回路と、分岐回路に設けられ冷媒の電気伝導度を低下させる冷媒処理部とが設けられている燃料電池システムにおいては、発電運転中において、分岐回路側の冷媒の温度が所定温度以上に維持されているときには、一定流量以上の冷媒が冷媒処理部に正常に流れており、冷媒が冷媒処理部で正常に処理されており、冷媒の電気伝導度は正常であること、（ｉｉ）分岐回路側の温度が大きく低下するときには、一定流量以上の冷媒が冷媒処理部に流れておらず、冷媒が冷媒処理部で充分に処理されておらず、燃料電池の冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が増加している可能性が高いことを、本発明者は知見し、試験で確認し、様相１に係る発明を完成させた。
【０００７】
（２）更に、（ｉ）燃料電池を冷却する冷媒を流す主冷却通路と、主冷却通路から分岐した分岐回路と、分岐回路に設けられ冷媒の電気伝導度を低下させる冷媒処理部とが設けられている燃料電池システムにおいては、発電運転において、主冷却回路を流れる冷媒の温度と、分岐回路側の冷媒の温度とが基本的には同一または接近していること、（ｉｉ）主冷却回路を流れる冷媒の温度と、分岐回路側の冷媒の温度との温度差が小さなときには、一定流量以上の冷媒が冷媒処理部に正常に流れており、冷媒が冷媒処理部で正常に浄化処理されていること、（ｉｉｉ）燃料電池の冷却通路を含む主冷却回路を流れる冷媒の温度と分岐回路側の温度との温度差が大きいときには、一定流量以上の冷媒が冷媒処理部に流れておらず、冷媒が冷媒処理部で充分に浄化処理されておらず、燃料電池の冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が増加している可能性が高いことを、本発明者は知見し試験で確認し、様相２に係る発明を完成させた。
【０００８】
（３）すなわち、様相１に係る燃料電池システムは、冷媒が流れる冷却通路を有する燃料電池と、冷媒を燃料電池の冷却通路に流して燃料電池を冷却する主冷却回路と、主冷却回路から分岐して設けられ主冷却回路を流れる冷媒の一部を流し主冷却回路に戻す分岐回路と、分岐回路に設けられ分岐回路を流れる冷媒の電気伝導度を低下させるように冷媒を処理する冷媒処理部と、分岐回路を流れる冷媒の温度または冷媒処理部の温度を検知する分岐回路温度検知手段と、分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度に関する物理量を求め、温度に関する物理量に基づいて、燃料電池の冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が異状である可能性が高いと判定する制御部とを具備することを特徴とする。
【０００９】
（４）様相２に係る燃料電池システムは、冷媒が流れる冷却通路を有する燃料電池と、冷媒を燃料電池の冷却通路に流して燃料電池を冷却する主冷却回路と、主冷却回路から分岐して設けられ主冷却回路を流れる冷媒の一部を流し主冷却回路に戻す分岐回路と、分岐回路に設けられ分岐回路を流れる冷媒の電気伝導度を低下させるように冷媒を処理する冷媒処理部と、主冷却回路を流れる冷媒の温度または燃料電池の温度を検知する主冷却回路温度検知手段と、分岐回路を流れる冷媒の温度または冷媒処理部の温度を検知する分岐回路温度検知手段と、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差に関する物理量を求め、温度差に関する物理量に基づいて、燃料電池の冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が異状である可能性が高いと判定する制御部とを具備することを特徴とする。
【００１０】
（５）温度に関する物理量としては、温度自体、温度を電圧に換算した電圧、温度を電流に換算した電流等が挙げられる。また、温度差に関する物理量としては、温度自体の差、温度差を電圧に換算した電圧差、温度差を電流に換算した電流差等が挙げられる。
【００１１】
燃料電池は発電反応により発熱して次第に昇温する。昇温する度合が高く、燃料電池が過剰昇温されると、燃料電池の発電性能に影響を与える。そこで主冷却回路は、冷媒を燃料電池の冷却回路に流すことにより燃料電池を冷却し、燃料電池の過剰昇温を抑制する。冷媒は燃料電池から受熱して昇温する。ここで、主冷却回路を流れる冷媒の一部は、分岐回路に流れ、冷媒処理部を流れる。このように冷媒が冷媒処理部を流れると、冷媒に含まれている不純物は低減または除去され、冷媒の純度は増加し、冷媒の電気伝導度が低下し、冷媒の電気絶縁性が高くなる。この場合、燃料電池で発生された電気エネルギの損失が抑制される。
【００１２】
ところで、分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度が低下していると、分岐回路に流れる単位時間あたりの冷媒流量が低下していることに相当し、冷媒処理部が冷媒を処理する単位時間あたりの処理流量が低下していることに相当する。この場合、燃料電池の冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が増加し、冷媒の電気絶縁性が低下している可能性が高い。ひいては、燃料電池システムの発電効率が低下する可能性が高い。このため冷媒の電気伝導度が増加している異状を早期に発見することが好ましい。
【００１３】
（６）そこで様相１に係る発明によれば、分岐回路温度検知手段は、分岐回路を流れる冷媒の温度または冷媒処理部の温度を検知する。ここで、分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度が所定温度域にあるときには、主冷却回路を流れている冷媒、または、燃料電池を流れている冷媒は、基本的には、冷媒処理部を正常に流れており、冷媒の電気伝導度は正常であると判定される。『所定温度域』とは、燃料電池システムが正常に運転しているときにおける温度域であり、各システムに応じて予め決定されおり、例えば４０〜９０℃、または５０〜８０℃、６０〜７０℃が挙げられる。
【００１４】
これに対して、分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度が所定温度域よりも低いとき、主冷却回路を流れている冷媒は、冷媒処理部を正常に流れていないことに相当し、ひいては、冷媒が冷媒処理部で正常に浄化処理されておらず、冷媒の電気伝導度が増加している可能性が高いことに相当する。従って、制御部は、分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度に関する物理量に基づいて、冷媒処理部に流れる単位時間当たりの冷媒流量が低下していると判定され、ひいては冷媒の電気伝導度が増加しており、異状であると判定される。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷媒が冷媒処理部で正常に処理されておらず、冷媒の電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。この場合、燃料電池システムまたはユーザは、必要に応じて、燃料電池システムの発電運転を停止させたり、警告器で警告を出力したりできる。
【００１５】
（７）また、様相２に係る発明によれば、主冷却回路温度検知手段は、主冷却回路を流れる冷媒の温度または燃料電池の温度を検知する。分岐回路温度検知手段は、分岐回路を流れる冷媒の温度または冷媒処理部の温度を検知する。ここで、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差が相対的に小さいとき（温度差０も含む）には、主冷却回路を流れている冷媒、または、燃料電池を流れている冷媒は、基本的には、冷媒処理部を正常に流れている。この場合、冷媒の電気伝導度は正常であると判定される。
【００１６】
これに対して、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差が相対的に大きいときには、主冷却回路を流れている冷媒は、冷媒処理部を正常に流れていないことに相当する。すなわち、冷媒が良好に冷媒処理部に流れておらず、冷媒が冷媒処理部で良好に処理されていないことに相当する。
【００１７】
従って、制御部は、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差に関する物理量に基づいて、冷媒処理部に流れる単位時間当たりの冷媒流量が低下しており、冷媒の電気伝導度が増加しており、冷媒の電気伝導度が異状であると判定される。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷媒の電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。この場合、燃料電池システムまたはユーザは、必要に応じて、燃料電池システムの発電運転を停止させたり、警告器で警告を出力したりできる。
【００１８】
ここで、『温度差に関する物理量に基づいて』とは、温度差に関する物理量の差が所定値よりも増加するとき、あるいは、温度差に関する物理量の差が所定値よりも減少するときの双方が考えられる。従って、温度差が所定値よりも増加するとき、あるいは、温度差が所定値よりも減少するときの双方が考えられる。
【００１９】
後述するように、入口温度Ｔ１，出口温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１），分岐回路温度Ｔ３について、分岐回路の冷媒の流れが正常である場合、Ｔ１＝Ｔ３，Ｔ１≒Ｔ３であるとき、温度差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ３）、温度差ΔＴ（Ｔ２−Ｔ３）が採用されると、分岐回路に冷媒が流れないとＴ３が低下する。この場合には、温度差ΔＴが増加すると、冷媒の電気伝導度が低下している可能性が高いと判定される。また、Ｔ１＜Ｔ３であるとき、温度差ΔＴ（（Ｔ１−Ｔ３）の絶対値）が採用されると、分岐回路に冷媒が流れないとＴ３が低下する。この場合には、温度差ΔＴが減少するとき、冷媒の電気伝導度が低下している可能性が高いと判定される。
【００２０】
『冷媒の電気伝導度の異状』とは、燃料電池の冷却通路に流れる冷媒の電気伝導度が目標値よりも増加していることを意味する。原因としては、分岐回路における塵埃等の異物による詰まり現象、空気巻き込み現象により、分岐回路に流れる冷媒の単位時間当たりの流量が低下していることが例示される。このように制御部は、冷媒の電気伝導度が異状である可能性が高いと判定することができるため、冷媒が電気伝導度が高い状態で燃料電池システムが発電運転することを抑制することができる。
【００２１】
（８）ここで、燃料電池は膜電極接合体を有する。膜電極接合体はシート型でも良いし、チューブ型でも良い。主冷却回路は、冷媒を燃料電池に流して燃料電池を冷却する。冷媒は、液体状でも、気体状でも、気液混合状態でも良い。冷却水等の冷却液が例示される。電気エネルギロスを抑えるためには、燃料電池の冷却通路を流れる冷媒は高い電気絶縁性を有することが好ましい。分岐回路は、主冷却回路から分岐して設けられており、主冷却回路を流れる冷媒の一部を流し、主冷却回路に戻す。冷媒処理部は分岐回路に設けられており、分岐回路を流れる冷媒の電気伝導度を低下させるように冷媒を処理する機能をもつ。冷媒処理部としてはイオン交換樹脂、活性炭等が例示される。イオン交換樹脂は、冷媒に含まれているイオンを低下させることにより冷媒の電気絶縁性を高める。
【００２２】
（９）主冷却回路温度検知手段は、主冷却回路を流れる冷媒の温度または燃料電池の温度を検知するものであり、温度センサが例示される。主冷却回路を流れる冷媒の温度は、燃料電池の温度と同一またはそれに近い。分岐回路温度検知手段は、分岐回路を流れる冷媒の温度または冷媒処理部の温度を検知するものであり、温度センサが例示される。分岐回路を流れる冷媒の温度は、冷媒処理部の温度に近い。様相１によれば、制御部は、分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度に基づいて（分岐回路温度が所定温度域よりも低下するとき）、冷媒処理部に流れる冷媒流量が低下していることを検知することができ、ひいては冷媒の電気伝導度が増加しており、冷媒の電気伝導度が異状である可能性が高いと判定することができる。また様相２によれば、制御部は、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差に基づいて、冷媒処理部に流れる冷媒流量が低下していることを検知することができ、ひいては冷媒の電気伝導度が増加しており、冷媒の電気伝導度が異状である可能性が高いと判定することができる。
【００２３】
（１０）本発明に係る燃料電池システムよれば、次の態様が例示される。
【００２４】
・分岐回路の始端は、主冷却回路のうち燃料電池の冷却通路の入口側に設けられている態様が例示される。燃料電池は発電に伴い発熱する。発熱している燃料電池から受熱する前の冷媒の温度と、受熱後の冷媒の温度とを比較すると、前者は後者よりも相対的に低めである。このように分岐回路の始端が、主冷却回路のうち燃料電池の冷却通路の入口側に設けられていれば、温度が低めの冷媒が分岐回路を介して冷媒処理部に流れる。このため冷媒処理部の過剰昇温が抑制される。故に、熱による冷媒処理部の劣化が抑制される。更に、主冷却回路温度検知手段は燃料電池の冷却通路の入口側に設けられている態様が例示される。この場合、燃料電池の発電出力が変動したとしても、燃料電池の冷却通路の出口側に比較し、主冷却回路温度検知手段が検知する温度変動は抑えられる。この意味において、上記した判定の精度を高めるのに有利である。
【００２５】
・分岐回路の始端は、主冷却回路のうち燃料電池の冷却通路の出口側に設けられている態様が例示される。この場合、発熱している燃料電池から受熱した後の冷媒が分岐回路を介して冷媒処理部に流れるため、冷媒処理部は昇温し易くなる。
更に、主冷却回路温度検知手段は燃料電池の冷却通路の出口側に設けられている態様が例示される。燃料電池の出口側の冷媒は、発電運転中に発熱する燃料電池から受熱するため、燃料電池の入口側の冷媒よりも高温となる。この場合、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と、分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との双方を高温側に移行できる。そして分岐回路に流れる冷媒流量が低下して冷媒の電気伝導度が増加する可能性が高いとき、分岐回路温度は速やかに低下する。このため上記した温度差を応答性良く検知できる。この意味において、上記した判定の応答性を高めることができる。
【００２６】
・分岐回路を流れる冷媒の流量を調整する流量調整要素が分岐回路に設けられており、主冷却回路温度検知手段または分岐回路温度検知手段で検知した温度が第１所定温度よりも高いとき、制御部は、分岐回路を流れる冷媒の流量を流量調整要素が減少させるように流量調整要素を制御する態様が例示される。主冷却回路温度検知手段または分岐回路温度検知手段で検知した温度が第１所定温度よりも高いとき、冷媒処理部の昇温度は高い。この場合、冷媒処理部の耐熱性が高くないときには、熱による冷媒処理部の劣化を促進させるおそれがある。このため、分岐回路を流れる冷媒の流量を流量調整要素が減少させる。この結果、冷媒処理部を流れる冷媒の流量が減少するため、冷媒処理部の昇温度は抑制され、冷媒処理部の長寿命化を図り得る。但し、冷媒の電気伝導度が充分に低いことが好ましい。
【００２７】
・分岐回路を流れる冷媒の流量を調整する流量調整要素が分岐回路に設けられており、主冷却回路温度検知手段または分岐回路温度検知手段で検知した温度が第１所定温度よりも低いとき、制御部は、分岐回路を流れる冷媒の単位時間あたりの流量を流量調整要素が増加させるように流量調整要素を制御する態様が例示される。この場合、冷媒処理部は過剰昇温されていないため、冷媒処理部による処理される冷媒流量を増加させ、冷媒の電気絶縁性を更に高めることができる。このため、分岐回路を流れる冷媒の流量を流量調整要素が増加させる。
【００２８】
・燃料電池の冷却通路を流れる冷媒の電気伝導度が増加している異状を早期に判定するためには、冷媒処理部に流れる冷媒流量が低下していることを早期に検知できることが好ましい。この場合、分岐回路を流れる冷媒の流量が低下するとき、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差が、早期に相対的に大きくなることが好ましい。この場合、燃料電池および冷媒処理部を収容する収容室と、収容室と外気とを連通させる空気取入口とを有するパッケージが設けられている形態が例示される。ここで、冷媒処理部は、空気取入口から取り入れた空気と接触可能な流路に配置されている形態が例示される。このようにすれば、冷媒処理部は空気により積極的に冷却される。従って、分岐回路に詰まりが発生して冷媒処理部に流れる冷媒流量が低下するとき、分岐回路の冷媒温度および冷媒処理部の温度は、高い応答性で低下する。このため、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差が、高い応答性で応答する。故に、前記した異状を検知する検知の応答性を高めることができる。更に冷媒処理部は空気により積極的に冷却されるため、冷媒処理部の過剰昇温が抑制される。故に、冷媒処理部の耐熱性が高くないときに、特に有効である。
【００２９】
・燃料電池および冷媒処理部を収容する収容室と、収容室に対して隔壁を介して仕切られた隔室とを有するパッケージが設けられており、冷媒処理部は隔室に配置されている。燃料電池は発電反応により発熱するため、収容室は昇温される。この場合、熱による冷媒処理部の劣化が促進されるおそれがある。そこで、冷媒処理部は隔室に配置されている。隔室は燃料電池を有してないため、隔室の温度は収容室の平均温度よりも低い。このため冷媒処理部の熱による劣化が抑制される。冷媒処理部の耐熱性が高くないときに、特に有効である。更に、冷媒処理部は、発熱源となる燃料電池を有してない隔室に配置されていれば、冷媒処理部は隔室の空気により冷却され易い。従って、分岐回路に詰まりが発生し冷媒処理部に流れる冷媒流量が低下するとき、分岐回路の冷媒温度および冷媒処理部の温度は高い応答性で低下する。このため、主冷却回路温度検知手段で検知された主冷却回路温度と分岐回路温度検知手段で検知された分岐回路温度との温度差が高い応答性で応答する。故に、前記した異状を検知する検知の応答性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、燃料電池の冷却通路を流れる冷却水等の冷媒の電気伝導度が異状であることを低コストで判定することができる。これにより燃料電池システムまたはユーザは、燃料電池の冷却通路を流れている冷媒の電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。
【００３１】
上記したように冷却液等の冷媒の電気伝導度の低下を温度検知手段で検知することができる。温度検知手段は高価な電気伝導度センサよりも低コストであるため、産業用有益である。このため電気伝導度センサを廃止できる。但し、場合によっては、必要に応じて電気伝導度センサを併用しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
（実施形態１Ａ）
以下、本発明の実施形態１Ａについて図１を参照して説明する。図１において、燃料電池システムは、冷却水（冷媒）が流れる冷却通路を有する燃料電池１（スタック）と、冷却水（冷却液）を燃料電池１の冷却通路１０に流して燃料電池１を冷却する主冷却回路２と、主冷却回路２から分岐して設けられ主冷却回路２を流れる冷却水の一部を流し主冷却回路２に戻す分岐回路３と、分岐回路３に設けられ分岐回路３を流れる冷却水を処理する冷却水処理部（冷媒処理部）として機能するイオン交換器４と、主冷却回路２を流れる冷却水の温度の温度を検知する主冷却回路温度検知手段と、分岐回路３を流れる冷却水の温度を検知する分岐回路温度検知手段と、主冷却回路温度検知手段で検知された温度と分岐回路温度検知手段で検知された温度との差に基づいて、イオン交換器４に流れる冷却水流量の異状を検知する制御部５と、これらを収容する収容室６０をもつパッケージ６（筐体）とを有する。
【００３４】
イオン交換器４は、容器４０と、容器４０内に交換可能に収容された粒状またはシート状のイオン交換樹脂（冷媒浄化処理材料）の集合体とを有する。イオン交換器４のイオン交換樹脂は定期的に交換される。また冷却水の電気伝導度が異状であると判定されるとき、イオン交換器４のイオン交換樹脂は交換される。従ってシステム運転中においてイオン交換器４は冷却水の電気伝導度を常に低減できるように設定されている。冷却水の電気伝導度が異状であると判定されると、燃料電池システムの運転を停止させるか、あるいは、警告器５５で警告を発生しつつ運転することが好ましい。なお、イオン交換器４の周辺には発熱源がないようにされている。イオン交換器４の昇温を抑えるためである。
【００３５】
分岐回路３は、主冷却回路２からイオン交換器４の入口４ｉに向かう往路３０と、イオン交換器４の出口４ｐから主冷却回路２に向かう復路３１とを有する。
【００３６】
ここで、主冷却回路温度検知手段は主冷却回路２を流れる冷却水の温度の温度を検知するものであり、燃料電池１の冷却通路１０の入口側の入口温度Ｔ１を検知する入口温度センサ２０と、燃料電池１の冷却通路１０の出口側の出口温度Ｔ２を検知する出口温度センサ２１とで形成されている。分岐回路温度検知手段は、分岐回路３のうちイオン交換器４の出口側（復路３１）の温度Ｔ３を検知する分岐回路温度センサ３５で形成されている。なお、イオン交換器４の放熱量がある程度あるときには、分岐回路温度Ｔ３を入口温度Ｔ１に接近させつつも、分岐回路温度Ｔ３が入口温度Ｔ１よりも高温となることが抑制される。なお、入口温度センサ２０、出口温度センサ２１、分岐回路温度センサ３５の検知信号はそれぞれ制御部５に入力される。
【００３７】
本実施形態によれば、分岐回路３の始端３ａは、主冷却回路２のうち第１ポンプ２３の吐出口側（第１ポンプ２３の吐出口とアノード凝縮器２４との間）に繋がれており、終端３ｃは主冷却回路２のうち第１ポンプ２３の吸入口側に繋がれている。結果として、始端３ａは、燃料電池１の冷却通路１０の入口１０ｉの上流に繋がれている。このため、分岐回路温度Ｔ３および入口温度Ｔ１は共に燃料電池１から受熱直前の冷却水（温水）の温度であり、基本的には接近している（Ｔ１＝Ｔ３，Ｔ１≒Ｔ３）。但し、イオン交換器４での放熱を考慮すると、一般的には、Ｔ３はＴ１よりも微小低い温度である（Ｔ１＞Ｔ３）。
【００３８】
ここで、分岐回路３の塵埃等により詰まり等の影響で、分岐回路３を流れる冷却水の流量が低下すると、分岐回路温度Ｔ３は低下するため、入口温度Ｔ１よりも低めとなる。例えば、Ｔ３はＴ１よりも４℃以上低下する。
【００３９】
本実施形態によれば、主冷却回路２のうち燃料電池１の冷却通路１０の出口１０ｐから入口１０ｉにかけて、出口温度センサ２１、電気ヒータ２９、第１熱交換器２２、第１ポンプ２３（第１搬送源）、アノード凝縮器２４、入口温度センサ２０が直列に設けられている。なお、電気ヒータ２９は、燃料電池１の起動時等のように主冷却回路２を流れる冷却水の温度が過剰に低いときに、冷却水を暖めるものである。燃料電池１の定常運転時には、基本的には、電気ヒータ２９はオフとされている。
【００４０】
第１ポンプ２３が駆動すると、主冷却回路２の冷却水は、アノード凝縮器２４で受熱し、入口温度センサ２０を経て、燃料電池１の入口１０ｉから冷却通路１０に流れ、燃料電池１から受熱し、冷却通路１０を経て出口１０ｐから吐出され、更に分岐回路温度センサ２１、電気ヒータ２９、第１熱交換器２２を順に流れる。このため、燃料電池１が発電するときに発生した熱は、主冷却回路２の冷却水に回収される。更に、改質装置７０で発生したアノードガスの熱はアノード凝縮器２４を経て主冷却回路２の冷却水に回収される。なお、主冷却回路２の冷却水は、純水、プロピレングリコール水溶液等のような電気伝導度が低い液体（冷却液）が採用されている。
【００４１】
燃料電池１のアノードにアノードガス（例えば水素含有ガス）を供給するアノードガス供給系７について説明する。アノードガス供給系７は、改質装置７０と、改質装置７０を改質反応に適するように加熱するバーナ７１と、バーナ７１に燃焼用空気を供給する空気ポンプ７２（燃焼用空気搬送源）と、改質装置７０に燃料原料（天然ガス等）を供給する燃料ポンプ７３（燃料原料搬送源）と、改質装置７０の蒸発部に水（純水）を供給する水ポンプ７４（改質用水搬送源）と、改質装置７０の出口と燃料電池１のアノードのアノード入口とをアノード凝縮器２４およびアノード入口バルブ７５を経て繋ぐアノードガス供給通路７６とを有する。ここで、改質装置７０で生成されたアノードガスは、アノードガス供給通路７６を介して燃料電池１のアノードに供給される。
【００４２】
燃料電池１のカソードにカソードガス（例えば空気等の酸素含有ガス）を供給するカソードガス供給系８について説明する。カソードガス供給系８は、カソードガス供給通路８０と、カソードガス供給通路８０に設けられたポンプ８１（カソードガス供給源）、加湿器８２とを有する。ポンプ８１が駆動すると、カソードガスは加湿器８２の加湿部で加湿された後、燃料電池１のカソードに供給される。
【００４３】
アノードオフガス排出系９０について説明する。オフガスとは、燃料電池１において発電反応を経たガスという意味である。オフガスの活物質濃度は低下している。図１に示すように、アノードオフガス排出系９０は、燃料電池１のアノードのアノード出口とバーナ７１とを繋ぐアノードオフガス通路９１と、アノードオフガス通路９１に設けられたアノード出口バルブ９２と、アノードオフガス通路９１に設けられたアノードオフガス凝縮器９３とを有する。ここで、燃料電池１のアノードのアノード出口から排出されたアノードオフガスは可燃成分を含むため、アノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させた後、バーナ７１に供給され、燃焼される。
【００４４】
カソードオフガス排出系９５について説明する。図１に示すように、カソードガス排出系９５は、燃料電池１のカソードのカソード出口から排出されたカソードオフガスを加湿器８２の吸湿部を経て流すカソードオフガス通路９６と、カソードオフガス通路９６に設けられたカソードオフガス凝縮器９７とを有する。ここで、燃料電池１のカソードのカソード出口から排出されたカソードオフガスは、加湿器８２の吸湿部で吸湿された後、カソードオフガス凝縮器９７で水分を更に低下させ排気される。
【００４５】
バイパス系１００について説明する。バイパス系１００は燃料電池１のアノードのアノード入口から分岐してアノードオフガス通路９１に向かうバイパス通路１０１とバイパス通路１０１に設けられたバイパスバルブ１０２を有する。バイパスバルブ１０２を開放すると同時に、燃料電池１のアノード入口と出口に設置されたバルブ７５とバルブ９２を閉止すると、改質装置７０で生成されたアノードガスは燃料電池１をバイパスして、アノードオフガス凝縮器９３を経由してバーナ７１に供給され、バーナの燃料として燃焼する。このバイパス系１００は、改質装置７０が起動した後の暖気が不十分でアノードガス組成が燃料電池１の発電に適した状態でない場合や、発電停止後に改質装置７０に残存するアノードガスを燃焼処理する際に使用される。
【００４６】
図１に示すように、排熱回収系１２０は、第２ポンプ１２２（水搬送源）、アノードオフガス凝縮器９３、カソードオフガス凝縮器９７、燃焼排気熱交換器１２５、第２熱交換器１２７を経て循環する循環回路１２８を有する。第２ポンプ１２２が駆動すると、循環回路１２８を冷却水が循環し、アノードオフガス凝縮器９３、カソードオフガス凝縮器９７、燃焼排気熱交換器１２５の熱が回収される。これにより循環回路１２８を流れる冷却水が加熱される。
【００４７】
貯湯系１３０について説明する。図１に示すように、貯湯系１３０は、温水を貯留する貯湯槽１３１と、貯湯槽１３１の吐出口と貯湯槽１３１の吸入口とを繋ぐ貯湯回路１３２と、貯湯回路１３２に順に配置された第３ポンプ１３３（水搬送源）、第２熱交換器１２７、第１熱交換器２２とを有する。第３ポンプ１３３が駆動すると、貯湯回路１３２を水が第２熱交換器１２７および第１熱交換器２２を経て加熱される。排熱回収系１２０で回収された熱は第２熱交換器１２７により貯湯回路１３２の温水として回収される。主冷却回路２で回収された熱は第１熱交換器２２により貯湯回路１３２の温水として回収される。
【００４８】
なお、貯湯槽１３１において不足する水は、補給通路１３５から補給される。温水は給湯通路１３７から温水消費部に向けて吐出される。図１に示すように、パッケージ６の収容室６０には、燃料電池システムを構成する上記したほとんどの部品（燃料電池１、改質装置７０を含む）が収容されている。但し、貯湯槽は収容室６０の外方に配置されている。なお、制御部５は入力処理回路と出力処理回路とＣＰＵと記憶部（例えばＲＡＭ，ＲＯＭ）を有する。制御部５は、出力処理回路を介して、回ポンプ２３、１２２、１３３、８１、７２、７３、７４、バルブ７５、９２、１０２、電気ヒータ２９をそれぞれ制御する制御信号を出力する。
【００４９】
さて、燃料電池１は発電反応により発熱して次第に昇温する。昇温する度合が高く、燃料電池１が過剰昇温されると、燃料電池１の発電性能に影響を与える。そこで制御部５は、第１ポンプ２３を駆動させ、主冷却回路２の冷却水を循環させ、燃料電池１の冷却回路に流すことにより燃料電池１を冷却し、燃料電池１の過剰昇温を防止する。主冷却回路２を流れる冷却水の一部は、分岐回路３の往路３０に自動的に流れ、イオン交換器４を流れ、復路３１から主冷却回路２のうち第１ポンプ２３の吸入側に帰還する。このように冷却水がイオン交換器４を流れると、冷却水に含まれている不純物は低減または除去され、冷却水の純度は増加し、冷却水の電気伝導度が低下し、冷却水の電気絶縁性が高くなる。このように冷却水の電気伝導度が低下し、冷却水の電気絶縁性が高くなれば、燃料電池１で発生された電気エネルギの損失が抑制される。
【００５０】
ここで不純物とは製造時に混入する異物や、冷却回路を構成する材料からの溶出成分、純水以外の冷却液が自己分解成分などである。不純物の生成量は試験などにより事前に算出され、イオン交換器の処理能力は生成量に対して、十分な余裕を有するように設定される（例えば２倍）。
【００５１】
ところで、イオン交換器４に流れる冷却水の単位時間当たりの流量が低下することは、イオン交換器４に流れる冷却水をイオン交換器４が浄化処理する処理流量が低下していることに相当する。この場合、燃料電池１の冷却通路１０を流れる冷却水の電気伝導度が増加し、冷却水の電気絶縁性が低下するおそれがある。ひいては、燃料電池１で発生された電気エネルギの損失が増加するおそれがある。このため、イオン交換器４に流れる冷却水流量の異状を早期に発見することが好ましい。
【００５２】
ここで、本実施形態によれば、分岐回路３を流れる冷却水の流量が正常であれば、燃料電池１の入口側の入口温度センサ２０（主冷却回路温度検知手段）で検知された入口温度Ｔ１（主冷却回路温度）と、分岐回路温度センサ３５で検知された分岐回路３の分岐回路温度Ｔ３とは、前述したように、ほぼ同一であるかあるいはかなり接近している（Ｔ１＝Ｔ３，Ｔ１≒Ｔ３（Ｔ１＞Ｔ３））。このため、燃料電池１の入口温度センサ２０（主冷却回路温度検知手段）で検知された入口温度Ｔ１（主冷却回路温度）と、分岐回路温度センサ３５（分岐回路温度検知手段）で検知された分岐回路３の分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３，Ｔ１＞Ｔ３）は相対的に小さいか、または０である。このように差ΔＴが相対的に小さいときには、分岐回路３には詰まり等が発生していないことになる。従って、温度差ΔＴが所定温度差α１よりも小さいときには、主冷却回路２を流れている冷却水、基本的には、分岐回路３を介してイオン交換器４を正常に流れており、イオン交換器４で正常に処理されており、冷却水の電気伝導度は低く、冷却水の電気絶縁性は高いと制御部５により判定される。
【００５３】
これに対して、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）が相対的に大きいときには、すなわち、入口温度Ｔ１が高温であるにもかかわらず、分岐回路温度Ｔ３が入口温度Ｔ１よりもかなり低いことになる。この場合、主冷却回路２を流れている冷却水、つまり、燃料電池１の冷却通路１０を流れている冷却水は、分岐回路３を介してイオン交換器４に正常に流れていないと判定される。すなわち、冷却水がイオン交換器４に正常に流れておらず、主冷却回路２の冷却水がイオン交換器４で正常に処理されていないと判定される。従って、制御部５は、入口温度Ｔ１と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）を求め、温度差ΔＴが所定温度差α１よりも大きいとき、イオン交換器４を流れる冷却水の流量が低下している旨を判定することができる。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷却水がイオン交換器４であまり処理されておらず、主冷却回路２を流れる冷却水の電気伝導度が増加しており、電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。この場合、燃料電池システムまたはユーザは、必要に応じて、燃料電池システムの発電運転を停止させたり、警告器５５で警告を出力したりできる。
【００５４】
このように本実施形態によれば、燃料電池１を流れる冷却水の電気伝導度の低下を、温度検知手段である温度センサ２１，２３で検知することができる。温度センサ２１，２２，２３は高価な電気伝導度センサよりも低コストであるため、産業用有益である。このため電気伝導度センサを廃止することもできる。但し場合によっては、必要に応じて電気伝導度センサを併用しても良い。
【００５５】
本実施形態によれば、前述したように、イオン交換器４に流れる冷却水の異状を検知する基準である温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）に決定にあたり、燃料電池１の入口温度Ｔ１を用いる。ここで、燃料電池１への要求負荷に応じて燃料電池１の発電出力が変動するとき、出口温度Ｔ２は燃料電池１からの受熱の影響を受けるため、出口温度Ｔ２の変動は大きいものの、入口温度Ｔ１の変動は少ない。このため入口温度Ｔ１を基準温度とすれば、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）の検知精度を高めるのに有利である。
【００５６】
また、上記した異状検知の応答性を高めるためには、分岐回路３に異状が発生するとき、分岐回路温度Ｔ３が迅速に低くなり、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）が迅速に応答（増加）することが好ましい。この点本実施形態によれば、イオン交換器４はパッケージ６の外壁６ｍに接近しつつ対面しており、パッケージ６の外方の外気により冷却され易くされている。このため分岐回路３に異状が発生してイオン交換器４に流れる冷却水の流量が低下するとき、分岐回路温度Ｔ３は迅速に低くなり、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）が迅速に応答（増加）する。このため異状検知の応答性を高めることができる。更にイオン交換器４の過剰昇温が抑制され、イオン交換器４の長寿命化に有利である。
【００５７】
更に本実施形態によれば、図１に示すように、分岐回路３の始端３ａは、主冷却回路２のうち燃料電池１の冷却通路１０の入口１０ｉ側の上流に設けられている。具体的には、分岐回路３の始端３ａは主冷却回路２のうちアノード凝縮器２４の上流に設けられている。この場合、燃料電池１およびアノード凝縮器２４から受熱する前の冷却水が始端３ａから分岐回路３に流れ、更にイオン交換器４に流れる。このためイオン交換器４に供給される冷却水の温度が抑制され、イオン交換器４の過剰昇温が抑制される。このため熱によるイオン交換器４の劣化が抑制される。イオン交換器４の耐熱性が高くないときに、特に有効である。
【００５８】
（実施形態１Ｂ）
本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１を準用する。以下、実施形態１Ａと相違する部分を中心として説明する。本実施形態では、制御部５は、燃料電池１の冷却通路１０の出口側の出口温度センサ２１で検知された出口温度Ｔ２と、分岐回路３の冷却水の分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３，Ｔ２＞Ｔ３）を求める。そして制御部５は、温度差ΔＴが所定温度α２よりも大きいときには、すなわち、出口温度Ｔ２が高温であるにもかかわらず、分岐回路温度Ｔ３が過剰に低いとき、分岐回路３を介してイオン交換器４に流れる冷却水の流量が減少しており、イオン交換器４における冷却水の浄化処理が低下している旨を判定する。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷却水がイオン交換器４で正常に処理されておらず、主冷却回路２を流れる冷却水の電気伝導度が増加しており、冷却水の電気絶縁性が低下していることを判定することができる。この場合、燃料電池システムまたはユーザは、必要に応じて、燃料電池システムの発電運転を停止させたり、警告器５５で警告を出力したりできる。
【００５９】
ここで、分岐回路３に流れる冷却水の流量が低下しているとき、温度差ΔＴが大きい方が外乱等の影響を抑えつつ、イオン交換器４における冷却水の処理が異状である旨を検知する検知精度を高めることができる。上記したように本実施形態によれば、温度差ΔＴは燃料電池１の出口温度Ｔ２に基づく。出口温度Ｔ２は、発電により発熱している燃料電池１から受熱した後（直後）の冷却水の温度であるため、入口温度Ｔ１に比較して高温である。このため上記した温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３）をできるだけ大きくできる。故に、上記した検知精度を高めることができる。
【００６０】
なお本実施形態によれば、燃料電池１の発電中において出口温度Ｔ２が一定値または一定域（例えばプラスマイナス５℃）となるように、第１ポンプ２３および第３ポンプ１３３の単位時間あたりの回転数（駆動量）が制御されていることがより好ましい。
【００６１】
（実施形態１Ｃ）
本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａと相違する部分を中心として説明する。入口温度Ｔ１および出口温度Ｔ２を用いること無く、分岐回路温度Ｔ３を用いる。すなわち、分岐回路温度センサ３５は、分岐回路３のイオン交換器４の温度を検知する。ここで、分岐回路温度センサ３５で検知された分岐回路温度Ｔ３が所定温度域α３にあるときには、主冷却回路２を流れている冷却水は、基本的には、イオン交換器４に正常に流れており、冷却水の電気伝導度は正常であると判定される。所定温度域α３は、燃料電池システムが正常に運転しているときにおける温度域であり、システムに応じて予め決定されおり、例えば４０〜９０℃、または５０〜８０℃、６０〜７０℃が挙げられる。
【００６２】
これに対して、分岐回路温度Ｔ３が所定温度域α３よりも低いときには、主冷却回路２を流れている冷媒は、分岐回路３ひいてはイオン交換器４に正常に流れていないことに相当する。つまり、冷却水がイオン交換器４で正常に処理されておらず、冷却水の電気伝導度が増加している可能性が高いことに相当する。従って、制御部５は異状であり、冷却水の電気伝導度が増加していると判定する。
【００６３】
（実施形態１Ｄ）
図２は実施形態１Ｄを示す。本実施形態１Ａ，１Ｂと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａ，１Ｂと相違する部分を中心として説明する。燃料電池１が発電運転しているとき、入口温度Ｔ１は一定温度域（例えば６５〜７０℃）に制御されることが好ましい。この場合、前記した異状検知の検知精度を高めるのに一層有利となる。入口温度Ｔ１を一定温度域に制御するため、制御部５は主として第３ポンプ１３３を制御する。第３ポンプ１３３の単位時間当たりの回転数（駆動量）を増加させれば、第１熱交換器２２の熱交換量が増加し、主冷却回路２から貯湯回路１３２に伝達される熱交換量が増加し、貯湯回路１３２を流れる水が昇温し、主冷却回路２を流れる冷却水の温度の過剰な上昇が抑えられる。これに対して、主冷却回路２を流れる冷却水の温度が過剰に低下しているとき、第３ポンプ１３３の単位時間当たりの回転数（駆動量）を減少（回転数０を含む）させれば、第１熱交換器２２の熱交換量が減少し、主冷却回路２から貯湯回路１３２に伝達される熱交換量が減少し、主冷却回路２を流れる冷却水の温度の過剰な低下が抑えられる。このように燃料電池１の発電運転中には、入口温度Ｔ１は所定の温度域に維持されることが好ましい。
【００６４】
また出口温度Ｔ２は、入口温度Ｔ１に対して所定の温度域に維持されることが好ましい。この場合、出口温度Ｔ２は燃料電池１からの受熱量に影響される。このため制御部５は主として第１ポンプ２３を制御し、燃料電池１の冷却通路１０を流れる冷却水の単位時間当たりの流量（燃料電池１からの受熱量）を制御する。例えば、Ｔ２−Ｔ１＝２〜８℃、または２〜５℃にできる。但しこれに限定されるものではない。
【００６５】
図２は制御部５が実行するフローチャートの一例を示す。図２に示すように、入口温度Ｔ１、出口温度Ｔ２および温度Ｔ３を読み込む（ステップＳ１２）。入口温度Ｔ１に応じて第３ポンプ１３３の単位時間当たりの回転数を制御し（ステップＳ１４）、入口温度Ｔ１が一定温度域となるようにする。次に、出口温度Ｔ２と入口温度Ｔ１との温度差（Ｔ２−Ｔ１）が一定温度域となるように、温度差（Ｔ２−Ｔ１）に応じて第１ポンプ２３の単位時間当たりの回転数を制御する（ステップＳ１６）。温度差（Ｔ３−Ｔ１）が一定温度域となるように、温度差（Ｔ３−Ｔ１）に応じて第１ポンプ２３の単位時間当たりの回転数を制御することにしてもよい。フローチャートはこれに限定されない。
【００６６】
（実施形態１Ｅ）
図３は実施形態１Ｅを示す。本実施形態１Ａ，１Ｂ，１Ｃと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａ，１Ｂ，１Ｃと相違する部分を中心として説明する。分岐回路温度センサ３５は分岐回路３の往路３０の温度つまりイオン交換器４の入口側の温度を検知し、これを分岐回路温度Ｔ３とする。この場合、イオン交換器４から放熱される前の冷却水の温度を、分岐回路温度センサ３５は検知する。このため分岐回路温度Ｔ３を入口温度Ｔ１に更に一層接近させるのに有利である。従って、分岐回路３に流れる冷却水の流量が低下すると、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３，Ｔ１＞Ｔ３）が小さなときであっても、異状を検知することができる。              
【００６７】
（実施形態１Ｆ）
図４は実施形態１Ｆを示す。本実施形態１Ａ，１Ｂ，１Ｃと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａ，１Ｂ，１Ｃと相違する部分を中心として説明する。分岐回路温度センサ３５は、イオン交換器４のうち容器４０の温度、または、容器４０に保持されているイオン交換樹脂の温度を検知し、これを分岐回路温度Ｔ３とする。この場合、分岐回路温度Ｔ３を入口温度Ｔ１にできるだけ接近させるのに有利である。従って、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３，Ｔ１＞Ｔ３）が小さなときであっても、異状を検知することができる。
【００６８】
（実施形態２Ａ）
図５は実施形態２Ａを示す。本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａと相違する部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図５に示すように、分岐回路３の始端３ａは、主冷却回路２のうち燃料電池１の冷却通路１０の入口側に設けられている。具体的には、分岐回路３の始端３ａは、アノード凝縮器２４の下流に設けられている。
【００６９】
本実施形態によれば、図５に示すように、発電運転している燃料電池１から受熱する前の冷却水が始端３ａから分岐回路３に流れ、更にイオン交換器４に流れるため、イオン交換器４の過剰昇温が抑制される。このためイオン交換器４の熱による劣化が抑制される。イオン交換器４の耐熱性が高くないときに有効である。本実施形態によれば、制御部５は、燃料電池１の入口側の入口温度センサ２０で検知された入口温度Ｔ１と、分岐回路３の冷却水の分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ３）を求める。そして制御部５は、温度差ΔＴが所定温度α４よりも大きいときには、すなわち、入口温度Ｔ１に対して分岐回路温度Ｔ３が過剰に低いときには、分岐回路３を介してイオン交換器４に流れる単位時間当たりの冷却水流量が低下しており、イオン交換器４における冷却水の処理が異状である旨を検知する。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷却水がイオン交換器４で正常に処理されておらず、主冷却回路２を流れる冷却水の電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。
【００７０】
本実施形態では前述したように、分岐回路３の始端３ａは、主冷却回路２のうち燃料電池１の冷却通路１０の入口側に設けられている。この場合、図５から理解できるように、入口温度センサ２０と分岐回路３の始端３ａとの間には、発熱源は設けられていない。このためＴ１＝Ｔ３の関係，Ｔ１≒Ｔ３の関係に一層設定され易い。但し、イオン交換器４の放熱を考慮すると、Ｔ１およびＴ３は互いに接近しつつも、Ｔ１＞Ｔ３となり易い。
【００７１】
本実施形態によれば、温度差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ３）が小さなときであっても、分岐回路３を介してイオン交換器４に流れる単位時間当たりの冷却水流量が減少しており、イオン交換器４における冷却水の処理が低下しており、冷却水の電気伝導度が増加している旨を判定することができる。
【００７２】
なお本実施形態によれば、燃料電池１の発電運転において、入口温度Ｔ１が一定値または一定域（例えば一定値に対してプラスマイナス５℃の域）となるように、第１ポンプ２３および第３ポンプ１３３の単位時間あたりの回転数（駆動量）が制御部５により制御されていることがより好ましい。
【００７３】
また図５から理解できるように、入口温度センサ２０（主冷却回路温度検知手段）で検知される冷却水、分岐回路３を流れる冷却水は共に、アノード凝縮器２４から受熱している。従って、入口温度Ｔ１および分岐回路温度Ｔ３の双方を相対的に高温にできる。従って、分岐回路に流れる冷却水の流量が低下して分岐回路温度Ｔ３が低くなるとき、入口温度Ｔ１と分岐回路温度Ｔ３との差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ３）を相対的に大きくさせるのに有利である。このため上記検知精度を高めるのに貢献できる。
【００７４】
（実施形態２Ｂ）
本実施形態は実施形態２Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図５を準用する。以下、実施形態２Ａと相違する部分を中心として説明する。本実施形態では、制御部５は、燃料電池１の出口側の出口温度センサ２１で検知された主冷却回路温度Ｔ２と、分岐回路３の冷却水の分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３）を求める。そして制御部５は、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３）が所定温度α５よりも大きいときには、イオン交換器４に流れる冷却水流量が減少しており、異状であり、冷却水の電気伝導度が増加している旨を判定する。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷却水がイオン交換器４であまり処理されておらず、主冷却回路２を流れる冷却水の電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。なお本実施形態によれば、燃料電池１の発電中において、出口温度Ｔ２が一定値または一定域（例えば一定値に対してプラスマイナス５℃の域）となるように、第１ポンプ２３および第３ポンプ１３３の単位時間あたりの回転数（駆動量）が制御部５により制御されていることがより好ましい。
【００７５】
（実施形態３Ａ）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示すように、本実施形態によれば、分岐回路３の始端３ａは、主冷却回路２のうち燃料電池１の冷却通路１０の出口側に設けられている。この場合、分岐回路温度Ｔ３は入口温度Ｔ１よりも出口温度Ｔ２に接近し易い（Ｔ３＝Ｔ２，Ｔ３≒Ｔ２）。更に、発電運転により発熱する燃料電池１から受熱した後の冷却水が始端３ａから分岐回路３に流れ、イオン交換器４に流れるため、イオン交換器４は昇温し易くなる。このためイオン交換器４の耐熱性が高いときに有効である。
【００７６】
本実施形態においては、制御部５は、燃料電池１の出口温度センサ２１で検知された出口温度Ｔ２と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３）を求め、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３）が所定値α６よりも大きいとき、イオン交換器４に流れる冷却水の流量が低下しており、冷却水の電気伝導度が異状である旨を判定する。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷却水がイオン交換器４であまり処理されておらず、冷却水の電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。この場合、燃料電池システムまたはユーザは、必要に応じて、燃料電池システムの発電運転を停止させたり、警告器５５で警告を出力したりできる。
【００７７】
（実施形態３Ｂ）
本実施形態は実施形態３Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図６を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。本実施形態においては、燃料電池システムが正常であるときには、入口温度Ｔ１よりも分岐回路温度Ｔ３は高い。分岐回路３には、燃料電池１から受熱した後の相対的に高温の冷却水が流れるためである。システムの運転中において、制御部５は、燃料電池１の入口温度センサ２０で検知された入口温度Ｔ１と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝（Ｔ１−Ｔ３）の絶対値）を求める。燃料電池システムが正常であるときには、この温度差ΔＴが所定値α７よりも大きい。これに対して温度差ΔＴが所定値α７よりも小さいとき、イオン交換器４に流れる冷却水の流量が低下しており、異状であり、冷却水の電気伝導度が増加している旨を、制御部５は判定する。なお、本実施形態によれば、イオン交換器４に流れる冷却水の流量が低下する初期では、温度差ΔＴが所定値α７よりも次第に小さくなり、その後、温度差ΔＴが０となる。その後、温度Ｔ３が温度Ｔ１よりも低下するため、温度差ΔＴ（ΔＴ＝（Ｔ１−Ｔ３）の絶対値）が次第に増加する。
【００７８】
（実施形態４Ａ）
図７は実施形態４Ａを示す。本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａと相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、本実施形態によれば、分岐回路３の始端３ａは、第１ポンプ２３の吐出口とアノード凝縮器２４との間、ひいては第１ポンプ２３の吐出口と燃料電池１との間、すなわち、主冷却回路２のうち燃料電池１の入口側に設けられている。この場合、発電運転している燃料電池１から受熱する前の冷却水が始端３ａから分岐回路３に流れ、イオン交換器４に流れるため、イオン交換器４は昇温されにくい。この場合、イオン交換器４の熱による劣化が抑制される。
【００７９】
制御部５（コントローラ）は、入口温度Ｔ１と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）を求める。温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）が所定値α８よりも大きいときには、イオン交換器４に流れる冷却水流量が低下しており、冷却水の電気伝導度が異状である旨を判定することができる。これにより燃料電池システムまたはユーザは、冷却水がイオン交換器４であまり処理されておらず、冷却水の電気絶縁性が必ずしも充分ではないことを知ることができる。
【００８０】
更に図７に示すように、分岐回路３を流れる冷却水の流量を可変に調整する流量調整要素としての制御バルブ３７が分岐回路３の復路３１に設けられている。具体的には、制御バルブ３７が分岐回路３においてイオン交換器４の下流に設けられている。入口温度Ｔ１、出口温度Ｔ２、分岐回路温度Ｔ３のいずれか少なくとも一つで検知した温度が第１所定温度ＴＡよりも高いとき、主冷却回路２の冷却水の温度は上昇しすぎと考えれる。この場合、イオン交換器４の昇温度は高く、イオン交換器４の熱による劣化が進行するおそれがある。そこで制御部５は、分岐回路３を流れる冷却水の単位時間あたりの流量を減少させるように、制御バルブ３７の開度を小さくするか、０とする。この結果、イオン交換器４の熱による劣化が抑制される。上記した制御は、主冷却回路２を流れる冷却水の電気絶縁性が確保されているという条件のもとで行うことが好ましい。制御バルブ３７は分岐回路３の復路３１に限らず、往路３０に設けても良い。あるいは、主冷却回路２と分岐回路３とが交差する始端３ａに、三方バルブを流量調整要素として設けても良い。
【００８１】
（実施形態４Ｂ）
本実施形態は実施形態４Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図７を準用する。以下、実施形態４Ａと相違する部分を中心として説明する。本実施形態では、制御部５は、出口温度Ｔ２と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３，Ｔ２＞Ｔ３）を求める。そして制御部５は、温度差ΔＴが所定温度α９よりも大きいときには、すなわち、分岐回路温度Ｔ３が過剰に低いときには、イオン交換器４に流れる冷却水流量が減少しており、イオン交換器４による処理が低下しており、冷却水の電気伝導度が異状である旨を判定する。            
（実施形態４Ｃ）
図８は実施形態４Ｃを示す。本実施形態は実施形態４Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態４Ａと相違する部分を中心として説明する。分岐回路の往路３０には、流量調整要素としての可変絞り３７Ｅが設けられている。入口温度Ｔ１、出口温度Ｔ２、分岐回路温度Ｔ３のいずれか少なくとも一つで検知した温度が第１所定温度ＴＡよりも高いとき、主冷却回路２の冷却水の温度は上昇しすぎと考えれる。この場合、イオン交換器４の昇温度は高く、イオン交換器４の熱による劣化が進行するおそれがある。そこで制御部５は、分岐回路３を流れる冷却水の単位時間あたりの流量を減少させるように、可変絞り３７Ｅの開度を小さくするか、０とする。
【００８２】
（実施形態５Ａ）
図９は実施形態５Ａを示す。本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａと相違する部分を中心として説明する。前述したように、イオン交換器４に流れる単位時間あたりの冷却水の流量の異状を検知する精度を高めるためには、分岐回路３に流れる冷却水の流量が低下するとき、分岐回路温度Ｔ３を高い応答性で迅速に低下させることが好ましい。パッケージ６は、燃料電池１およびイオン交換器４等の燃料電池システムの構成機器（貯湯槽１３を除く）を収容する収容室６０を有する。パッケージ６は、収容室６０と外気とを連通させる空気取入口６２を有する。空気取入口６２から外気（一般的には、収容室６０よりも低温）が収容室６０に進入する。イオン交換器４は、空気取入口６２から取り入れた空気と接触可能な流路に配置されている。このためイオン交換器４は空気により積極的に冷却される。
【００８３】
従って、分岐回路３に詰まり等が発生し、分岐回路３に流れる冷却水の流量が低下するときには、冷却水からの受熱が低下するため、分岐回路温度Ｔ３を迅速に低くできる。この場合、入口温度Ｔ１（主冷却回路２の冷却水の温度）と分岐回路温度Ｔ３（イオン交換器４側の温度）との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）が応答性良く迅速に発生する。故に、前記異状を検知する検知の応答性を高めることができる。更に本実施形態によれば、イオン交換器４は空気により積極的に冷却されるため、イオン交換器４の過剰昇温が抑制され、イオン交換器４の耐熱性が高くないときに、特に有効である。
【００８４】
（実施形態５Ｂ）
本実施形態は実施形態５Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図９を準用する。以下、実施形態５Ａと相違する部分を中心として説明する。本実施形態では、制御部５は、出口温度Ｔ２と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３，Ｔ２＞Ｔ３）を求める。そして制御部５は、温度差ΔＴが所定温度α１１よりも大きいときには、すなわち、出口温度Ｔ２に対して分岐回路温度Ｔ３が過剰に低いときには、イオン交換器４に流れる単位時間当たりの冷却水の流量が減少しており、イオン交換器４による浄化処理が低下しており、異状であり、冷却水の電気伝導度が増加している旨を判定する。
【００８５】
また本実施形態においても、イオン交換器４は空気取入口６２に接近しているため、空気取入口６２から取り入れた空気により冷却され易い。ここで、万一、分岐回路３に詰まり等が発生し、分岐回路３を流れる冷却水の流量が減少するときには、イオン交換器４の温度は迅速に低下する。よって、分岐回路温度Ｔ３の低下の応答性が高い。このため温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３）が高い応答性で増加する。故にイオン交換器４における処理不良を検知する応答性を高めることができる利点が得られる。
【００８６】
（実施形態６Ａ）
図１０は実施形態６Ａを示す。本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａと相違する部分を中心として説明する。図１０に示すように、収容室６０に対して隔壁を介して仕切られた隔室６４を有するパッケージ６が設けられている。イオン交換器４は隔室６４に配置されている。燃料電池１は発電反応により発熱するため、パッケージ６の収容室６０は昇温される。この場合、イオン交換器４の熱劣化が進行するおそれがある。そこでイオン交換器４は隔室６４に配置されている。隔室６４は燃料電池１、改質装置７０、燃焼部等を有していない。このため隔室６４の温度は収容室６０の平均温度よりも低い。このため隔室６４に配置されているイオン交換器４が熱により劣化することが抑制される。イオン交換器４の耐熱性が高くないときに、特に有効である。
【００８７】
本実施形態では、制御部５は、燃料電池１の入口温度Ｔ１と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３，Ｔ１＞Ｔ３）を求める。そして制御部５は、温度差ΔＴが所定温度α１２よりも大きいときには、すなわち、分岐回路温度Ｔ３が過剰に低いときには、イオン交換器４に流れる冷却水流量が減少しており、イオン交換器４による状処理が異状であり、冷却水の電気伝導度が増加している旨を判定する。
【００８８】
イオン交換器４は、収容室６０ではなく、発熱源となる燃料電池１および改質装置７０を収容していない隔室６４に配置されているため、冷却され易い。このため、主冷却回路２では冷却水が円滑に流れているものの、万一、分岐回路３に詰まり等が発生し、分岐回路３を流れる冷却水の流量が低下するときには、イオン交換器４の冷却の応答性は高い。よって、分岐回路温度Ｔ３の低下の応答性が高い。このため温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３）が早期に増加する。故にイオン交換器４における処理不良を検知する応答性を高めることができる利点が得られる。
【００８９】
（実施形態６Ｂ）
本実施形態は実施形態６Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１０を準用する。以下、実施形態６Ａと相違する部分を中心として説明する。本実施形態では、制御部５は、出口温度Ｔ２と分岐回路温度Ｔ３との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３，Ｔ２＞Ｔ３）を求める。そして制御部５は、温度差ΔＴが所定温度α１４よりも大きいときには、すなわち、分岐回路温度Ｔ３が過剰に低いときには、イオン交換器４に流れる冷却水流量が減少しており、イオン交換器４による処理が異状である可能性が高いと判定する。
【００９０】
（実施形態７Ａ）
図１１は実施形態７Ａを示す。本実施形態は実施形態１Ａと基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施形態１Ａと相違する部分を中心として説明する。図１１に示すように改質装置７０および加湿器８２は設けられていない。燃料電池１のアノードに供給されるアノードガス（例えば水素ガス）を高圧で貯蔵するタンク７０Ｅが設けられている。温度差ΔＴは、入口温度センサ２０で検知された入口温度Ｔ１（または出口温度センサ２１で検知された出口温度Ｔ２）と、分岐回路３側の分岐回路温度Ｔ３とに基づいて求めることができる。
【００９１】
（制御形態）
図１２は制御部５が実行する制御形態の一例のフローチャートを示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。図１２に示すように、温度Ｔ１，温度Ｔ２，温度Ｔ３を読み込む（ステップＳ２２）。上記した温度差ΔＴを求める（ステップＳ２４）。入口温度Ｔ１を用いるときには、温度差ΔＴはＴ１−Ｔ３の式で求める。または出口温度Ｔ２を用いるときには、温度差ΔＴはＴ２−Ｔ３の式で求める。分岐回路３の流路に詰まりが発生し、分岐回路３を流れる冷却水の流量が低下していると、温度差ΔＴが所定温度よりも大きくなる。そこで温度差ΔＴが所定温度よりも大きいか否か判定する（ステップＳ２６）。温度差ΔＴが所定温度よりも小さいときには、必要量の冷却水がイオン交換器４に流れており、冷却水の電気伝導度は正常であると判定し（ステップＳ２８）、温度信号の読込を継続する。これに対して温度差ΔＴが所定温度よりも大きいとき、分岐回路３に流れる冷却水の流量が低下しており、イオン交換器４での浄化処理が充分ではなく、冷却水の電気伝導度に異状が生じていると判定し、異状警告を出力し（ステップＳ３０）、メインルーチンにリターンする。
【００９２】
（他の実施形態）
上記した各実施形態によれば、冷媒処理部はイオン交換樹脂を有するイオン交換器を用いているが、これに限らず、冷却水などの冷媒の電気絶縁性を高め得るものであれば良い。実施形態１Ａによれば、改質装置および加湿器を有するシステムに適用されているが、これに限らず、改質装置および加湿器を有しないシステムに適用しても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。すなわち、各実施形態は他の実施形態に特有の構造および機能を併有することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は定置用、車両用、電子機器用、電気機器用、可搬用の燃料電池システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施形態１Ａのシステム図である。
【図２】制御部が実行するフローチャートである。
【図３】実施形態１Ｅのシステム図である。
【図４】実施形態１Ｆのシステム図である。
【図５】実施形態２Ａのシステム図である。
【図６】実施形態３Ａのシステム図である。
【図７】実施形態４Ａのシステム図である。
【図８】実施形態４Ｃのシステム図である。
【図９】実施形態５Ａのシステム図である。
【図１０】実施形態６Ａのシステム図である。
【図１１】実施形態７Ａのシステム図である。
【図１２】制御部が実行するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９５】
１は燃料電池、１０は冷却通路、２は主冷却回路、２０は入口温度センサ（主冷却回路温度検知手段）、２１は出口温度センサ（主冷却回路温度検知手段）、２２は第２熱交換器、２４はアノード凝縮器、３は分岐回路、３５は分岐回路温度センサ（分岐回路温度検知手段）、３７は制御バルブ（流量調整要素）、４はイオン交換器（冷媒処理部）、４０は容器、５は制御部、５５は警告器、６はパッケージ、６２は空気取入口、６４は隔室を示す。
【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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【図１２】
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