JP2010287361A

JP2010287361A - 燃料電池システム

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Publication number: JP2010287361A
Application number: JP2009138889A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Kokubu; 洋文國分; Kouichi Kusumura; 浩一楠村; Masataka Ozeki; 正高尾関
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: JP5434283B2

Abstract

【課題】冷却水流路の冷却水量が減少した場合、水位検知器を使用しており、部品点数が多くなっており、燃料電池システムのコスト増加の要因となっていた。水位検知器を使用しなくても、冷却水流路の冷却水量の減少を検知す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１において、燃料電池２と、冷却水流路６と、冷却水ポンプ７と温度検知器８を備え、温度検知器８を冷却水ポンプ７より高い位置とすることを特徴とし、冷却水の温度が予め定められた範囲から外れた場合に、燃料電池システムの運転を停止させることで、安価な構成が実現でき、また、冷却水ポンプの故障を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料電池の第１熱媒体の温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止することを特徴とする燃料電池システムに関するものである。

燃料電池は水素リッチな燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して水と熱を発生する装置である。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして取り出せるので発電効率が高い。また、発電の際に発生する熱を温熱源として有効利用することができるが、燃料電池本体の温度が上昇すると、セルの触媒の劣化が促進し、燃料電池本体の温度が低下すると発電効率が低下する。したがって、燃料電池は種類に応じた運転時の適正な温度があり、燃料電池本体が一定の温度になるように燃料電池本体の温度を制御する必要がある。

従来の燃料電池システムの第１熱媒体流路の構成としては、図２０に示される構成があった（例えば、特許文献１参照）。図２０において、２０１は燃料電池システム、２０２は燃料電池、２０６は冷却水流路、２０７は第１熱媒体を燃料電池へ流通させる第１熱媒体搬送手段、２０９は第１熱媒体と第２の熱媒体で熱交換を行う熱交換器、２１４は第１熱媒体を貯めるタンク、２１５はタンクの水位を検知する水位検知器である。

タンク２１４の水位は、水位検知器２１５により水位低下を検知して、所定時間を超えた場合に、タンク２１４の水位低下により、運転を停止させている。

特開２００５−１２２９５９号公報

しかしながら、前記従来の燃料電池システムの構成では、第１熱媒体の蒸発や第１熱媒体の蒸発や漏洩等により、第１熱媒体流路の第１熱媒体量が減少した場合、第１熱媒体量の減少を水位検知器により検知しているため、部品点数が多くなり、燃料電池システムのコスト増加の要因となっていた。

そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水位検知器を使用しなくても、第１熱媒体流路の第１熱媒体量の減少を検知する燃料電池システムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を達成するために、本発明は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、燃料電池で発生した熱を外部へ取り出すための第１熱媒体と、第１熱媒体を燃料電池へ流通させる第１熱媒体搬送手段と、第１熱媒体の温度を検知する温度検知器とを備え、第１熱媒体搬送手段は温度検知器より低い位置に構成することで、温度検知器が検知する第１熱媒体の温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止することを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、水位検知器を使用しなくても、第１熱媒体の蒸発や第１熱媒体
の漏洩等により、第１熱媒体流路の第１熱媒体量が次第に減少し、第１熱媒体搬送手段が第１熱媒体で満たされなくなるまでに、第１熱媒体の温度が予め定められた範囲から外れたことを検知して運転を停止させることができるのである。

本発明の燃料電池システムは、第１熱媒体の蒸発や第１熱媒体の漏洩等により、第１熱媒体流路の第１熱媒体量が次第に減少した場合、第１熱媒体搬送手段の信頼性を保ちつつ、第１熱媒体量の減少を検知できるので、水位検知器を削減でき、燃料電池システムの低コスト化を実現できるのである。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態３における冷却水ポンプ搬送能力の上限値の例を示す特性図本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態４における冷却水ポンプ搬送能力の異常閾値（上限値）の例を示す特性図本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態５における排熱回収ポンプ搬送能力の上限値の例を示す特性図本発明の実施の形態６における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態６における排熱回収ポンプ搬送能力の異常閾値（上限値）の例を示す特性図本発明の実施の形態７における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態８における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態８における冷却水ポンプの下限値の例を示す特性図本発明の実施の形態９における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態９における冷却水ポンプ搬送能力の異常閾値（下限値）の例を示す特性図本発明の実施の形態１０における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態１０における排熱回収ポンプ搬送能力の下限値の例を示す特性図本発明の実施の形態１１における燃料電池システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態１１における排熱回収ポンプ搬送能力の異常閾値（下限値）の例を示す特性図従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図

第１の本発明は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、燃料電池で発生した熱を外部へ取り出すための第１熱媒体と、第１熱媒体を燃料電池へ流通させる第１熱媒体搬送手段と、第１熱媒体の温度を検知する温度検知器とを備え、第１熱媒体搬送手段は温度検知器より低い位置に構成することで、第１熱媒体の蒸発や漏洩等により、第１熱媒体流路の第１熱媒体量が次第に減少した場合に、温度検知器部は第１熱媒体搬送手段より高い位置に配置しているため、第１熱媒体搬送手段が第１熱媒体で満たされなくなる前に、温度検知器部が第１熱媒体で満たされなくなり、温度検知器が予め定められた範囲から外れたことを検知して運転を停止させることが可能になり、水
位検知器を使用しなくても、第１熱媒体搬送手段は常に第１熱媒体で満たされている燃料電池システムが実現できるのである。

第２の本発明は、特に、第１の本発明の温度検知器は燃料電池の第１熱媒体の流入口近傍と燃料電池の第１熱媒体の流出口近傍との少なくとも一方に備え、温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することにより、第１熱媒体の蒸発や漏洩等により、第１熱媒体流路の第１熱媒体量が次第に減少した場合に、温度検知器部は燃料電池よりも高い位置に構成しているため、温度検知部が燃料電池より低い位置に構成している場合と比べて、より早期に温度検知器部が第１熱媒体で満たされなくなり、温度検知器が予め定められた範囲から外れたことを検知して運転を停止させることが可能になり、水位検知器を使用しなくても、第１熱媒体搬送手段は常に第１熱媒体で満たされている燃料電池システムが実現できるのである。

第３の本発明は、特に、第１または第２の本発明の第１熱媒体搬送手段を燃料電池の上面より低い位置に配置することにより、第１熱媒体の蒸発や漏洩等により、第１熱媒体流路の第１熱媒体量が次第に減少した場合に、温度検知器を燃料電池より上面に備えることができなくても、温度検知部は第１熱媒体搬送手段より高い位置に配置しているため、第１熱媒体搬送手段が第１熱媒体で満たされなくなる前に、温度検知器部が第１熱媒体で満たされなくなり、温度検知器が予め定められた範囲から外れたことを検知して運転を停止させることが可能になり、水位検知器を使用しなくても、第１熱媒体搬送手段は常に第１熱媒体で満たされている燃料電池システムが実現できるのである。

第４の本発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの本発明の温度検知器は燃料電池の第１熱媒体の流入口近傍と燃料電池の第１熱媒体の流出口近傍の両方に備えることにより、第１熱媒体の蒸発や漏洩等により第１熱媒体流路の第１熱媒体量が次第に減少した場合に、第１熱媒体の流入口近傍と流出口近傍の温度差が予め定められた範囲から外れたことを検知して、運転を停止することができるため、第１の本発明とあわせて、第１熱媒体流路の第１熱媒体量の減少を検知することができる。

第５の本発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの本発明の第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力に温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備え、第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した上限値および下限値を設けることにより、第１熱媒体の温度上昇および温度低下を抑制することができる。

第６の本発明は、特に、特に、第１〜第４のいずれか１つの本発明の第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力に温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備え、第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値を設けることにより、第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力に温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備えた場合でも第１熱媒体流路の第１熱媒体量の減少を検知することができるだけでなく、第１熱媒体搬送手段に発電電力に対応した異常閾値を設けて運転を停止させることにより、第１および第４の本発明とあわせて、より正確に第１熱媒体流路の第１熱媒体量の減少を検知することができる。

第７の本発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの本発明に加えて、第１熱媒体と第２の熱媒体で熱交換を行う熱交換器と、第２熱媒体を搬送する第２熱媒体搬送手段とを有し、第２熱媒体搬送手段の第２熱媒体搬送能力に温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備え、第２流量調整器に発電電力に対応した上限値および下限値を設けることにより、第２熱媒体搬送手段の第２熱媒体搬送能力に温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備えた場合でも、第１熱媒体流路の第１熱媒体量の減少を検知することができるだけでなく、第１熱媒体搬送手段に発電電力に対応した
上限値および下限値を設けることにより、第１熱媒体の温度上昇および温度低下を抑制することができる。

第８の本発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの本発明の第２流量調整器に発電電力に対応した異常閾値を設けることにより、第２熱媒体搬送手段の第２熱媒体搬送能力に温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備えた場合でも第１熱媒体流路の第１熱媒体量の減少を検知することができるだけでなく、第２熱媒体搬送手段に発電電力に対応した異常閾値を設けて運転を停止させることにより、第１および第４の本発明とあわせて、より正確に第１熱媒体流路の第１熱媒体量の減少を検知することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。

図１において、本実施の形態における燃料電池システム１は、水素リッチな燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池２と、燃料電池２が発電した直流電力を交流電力に変換するとともに電力系統３と連系し負荷４に電力供給をするインバータ５と、発電時に発生する熱を回収し燃料電池２の温度制御を行う冷却水を通流する冷却水流路６と、冷却水を冷却水循環流路６に通流させる冷却水ポンプ７と、冷却水流路６において冷却水の燃料電池２流入口の冷却水温度を検知する温度検知器８ａと、燃料電池２により加熱された冷却水を冷却する熱交換器９と、熱交換器９での熱交換により排熱を回収する排熱回収水流路１０と、排熱回収水を通流させる排熱回収ポンプ１１と、一連の冷却水通流およびインバータ５からの出力電力を制御する制御部１５とを備えている。

本実施の形態では、冷却水ポンプ７は燃料電池底面より低い位置に備え、温度検知器８ａの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、および流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、および第１熱媒体の具体的な実施の一例であり、制御部１５は温度検知器が検知する第１熱媒体の温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止することの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。本実施の形態における冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知部を燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における燃料電池２の底面より低い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。

また、本実施の形態における構成部材としての排熱回収水流路１０、排熱回収ポンプ１１、流体としての排熱回収水は、各々、第７の本発明における第２熱媒体経路、第２熱媒体搬送手段、および第２熱媒体の具体的な実施の一例である。

まず、本実施の形態における燃料電池システム１の具体的動作を説明する。

燃料電池システム１は、水素リッチな燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池２に供給することにより発電を行う。燃料電池２での発電では直流電力が出力される。出力さ
れた直流電力はインバータ５により交流電力に変換された後、電力系統３と連系し、負荷４に電力供給する。ここで制御部１５は、インバータ５に対して交流電力の発電出力値を指令するとともに、インバータ５での発電出力値に応じて燃料ガスおよび酸化剤ガス流量を流量調整器など（図示せず）を用いて適切に制御する。

一方、燃料電池２では、発電の際に同時に熱も生成される。燃料電池２を通流する冷却水は冷却水流路６を通じて、冷却水ポンプ７を作動させることにより、燃料電池２に供給されて、燃料電池２の内部での熱交換により燃料電池を冷却させる。燃料電池２から流出された冷却水は、熱交換器９に通流されて、冷却される。冷却された冷却水は冷却水ポンプ７により再度循環され、燃料電池２に供給される。さらに燃料電池システム１では、排熱回収ポンプ１１を作動することにより燃料電池システム１の外部から排熱回収水を導入する。排熱回収水流路１０に導入された排熱回収水は、排熱回収ポンプ１１により通流後、熱交換器９に供給される。熱交換器９では、冷却水流路６より供給された冷却水と熱交換することにより、排熱回収水は加熱される。加熱された排熱回収水は排熱回収水流路１０を通じて、燃料電池システム１の外部へ排出される。なお排出された排熱回収水に関しては、図示していない風呂、床暖房、給湯などの熱負荷に対して直接供給することもできるし、貯湯タンクなどのバッファーに貯えたのち、前述の熱負荷に供給することもできる。

制御部１５は、燃料電池２流入口の温度検知器８ａが検知する冷却水温度が所定温度（例えば６０℃）になるように、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで排熱回収水流路１０の排熱回収流量を制御する。たとえば、温度検知器８ａの検知する冷却水温度が所定温度より高い６２℃になった場合は、温度検知器８ａが検知する冷却水温度を低下させるため、排熱回収ポンプ１１の能力を制御して排熱回収流量を増加させて熱交換器９での熱交換量を増加させる。また温度検知器８ａが検知する冷却水温度が所定温度より低い５８℃になった場合は、温度検知器８ａが検知する冷却水温度を上昇させるため、排熱回収ポンプ１１の能力を制御して排熱回収流量を減少させて熱交換器９での熱交換量を減少させる。なお、冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７の能力は、一定の能力として動作する。

以上のように構成された燃料電池システム１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム１の制御部１５は、第１の本発明における温度検知器８ａが検知する冷却水温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止する温度の具体的な一例として、燃料電池２流入口の温度検知器８ａに所定温度６０℃に比べて５℃低い５５℃を下限の異常閾値として設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなる。冷却水流路６内の水が蒸発または漏洩が発生し続けると、温度検知器８ａの検知部を通過する冷却水量は次第に減少し、温度検知器８ａの検知部は冷却水と接触しなくなり、温度検知器８ａは温度低下を検知する。例えば、温度検知器８ａが下限の異常閾値である５５℃まで低下したことを検知すると、制御部１５は、燃料電池システム１の運転を停止させる。このとき、冷却水ポンプ７は温度検知器８ａの検知部より低い位置に構成しているので、冷却水ポンプ７は水で満たされおり、冷却水ポンプ７に水が満たされない状態での運転による冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図２において、図１と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図２に示すように燃料電池システム２１は図１に示す燃料電池システム１と比較して、冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａに加えて、燃料電池２流出口にも温度検知器８ｂを備えている点で異なっている。

本実施の形態では、冷却水ポンプ７は燃料電池２の底面より低い位置に備え、温度検知器８ａの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に、温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の底面より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。本実施の形態における冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知部を燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における燃料電池２の底面より低い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における温度検知器８ａ、温度検知器８ｂは、各々、第２または第４の本発明における第１熱媒体の流入口近傍の温度検知器、第１熱媒体の流出口近傍の温度検知器の具体的一例であり、制御部１５は第４の本発明における第１熱媒体の流入口近傍と流出口近傍の温度差が予め定められた範囲から外れたことを検知することの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。また、本実施の形態における構成部材としての排熱回収水流路１０、排熱回収ポンプ１１、流体としての排熱回収水は、各々、第７の本発明における第２熱媒体経路、第２熱媒体搬送手段、および第２熱媒体の具体的な実施の一例である。

制御部１５は、燃料電池２流入口の温度検知器８ａが検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで排熱回収水流路１０の排熱回収流量を制御する。なお、冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７は、一定の能力で運転する。

以上のように構成された燃料電池システム２１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム２１の制御部１５は、第４の本発明における冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａと燃料電池２流出口の温度検知器８ｂとの温度差の異常閾値の具体的な一例として、（燃料電池２流出口の温度−燃料電池２流入口の温度差＝１５℃（正常時：１０℃））を設定する。

このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなる。冷却水流路６内の水が蒸発または漏洩が発生し続けると、温度検知器８ａの検知部を通過する冷却水量は次第に減少し、温度検知器８ａの検知部は冷却水と接触しなくなり、温度検知器８ａは温度低下を検知する。燃料電池２を流れる冷却水の循環量は低下することから、燃料電池２の生成熱による熱回収量が増え、温度検知器８ｂの検知部を通過する冷却水温度は上昇する。例えば、温度検知器８ａが５４℃、温度検知器８ｂが７３℃を検知すると、両者の温度差が１５℃以上であることから、制御部１５は、燃料電池システム２１の運転を停止させる。温度検知器８ａと温度検知器８ｂとの温度差の異常により、燃料電池システム２１の運転を停止させることができるため、冷却水ポンプ７に水が満たされない状態での運転を防止でき、実施の形態１とあわせることで、より正確に冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図３において、図１と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図３に示すように燃料電池システム３１は図１に示す燃料電池システム１と比較して、燃料電池２は冷却水経路の最高部に構成しており、冷却水は燃料電池２の側面から流入し、燃料電池２の側面から流出する点で異なっている。

本実施の形態では、燃料電池２の流入口の温度検知器８ａの検知部および燃料電池２の流出口の温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の上面より低く、燃料電池２の底面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の底面より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、ラジエター３９および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、熱交換器、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。また、本実施の形態における燃料電池２の底面より低い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。また、制御部１５は第５の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した上限値を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂが検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、冷却水ポンプ７の搬送能力を変化させることで冷却水流路６の冷却水流量を制御し、ラジエター３９の能力は、一定の搬送能力で運転する。すなわちたとえば、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度が所定温度より高い７２℃になった場合は、燃料電池２の生成熱による温度上昇を抑えるために、冷却水ポンプ７の搬送能力を制御させることにより冷却水流量を増加させて、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度を低下させる。また、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度が所定温度より低い６８℃になった場合は、燃料電池２の生成熱により温度上昇させるため、冷却水ポンプ７の搬送能力を低下させることにより冷却水流量を減少させて温度検知器８ｂが検知する冷却水温度を上昇させる。また、制御部１５は、冷却水ポンプ搬送能力に、発電電力に対応した上限値を設けており、その一例を図４に示す。図４において、横軸は発電電力、縦軸は冷却水ポンプ搬送能力であり、冷却水ポンプの最大搬送能力を１００％とする。冷却水ポンプの搬送能力の上限値は、発電電力に対して、一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは４０％、最高発電電力１，０００Ｗでは９５％とし、冷却水ポンプの搬送能力は上限値を超えないように制御する。たとえば、２００Ｗ運転時に、温度検知器８ｂが所定温度より高い７２℃を検知した場合は冷却水ポンプ７の搬送能力を増加させるが、冷却水ポンプ７の搬送能力が上限値である４５％となった場合には、制御部１５は冷却水ポンプ７の搬送能力を４５％以上には増加させない。

以上のように構成された燃料電池システム３１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム３１の制御部１５は、第１の本発明における温度検知器８ｂが検知する冷却水温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止する温度の具体的な一例として、温度検知器８ｂに、所定温度７０℃に比べて５℃高い７５℃を上限の異常閾値として設定する。また、制御部１５は第５の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した上限値を設けることの具体的な実施の一例として、図４に示す上限値を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少すると、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。燃料電池２を通過する冷却水量が低下するため、燃料電池２の生成熱による熱回収量が増加し、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度は次第に上昇する。制御部１５は温度検知器８ｂ
が検知する冷却水温度を低下させるため、冷却水ポンプ７の搬送能力を増加させることにより、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度は一旦低下するが、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、燃料電池２を通過する冷却水量はさらに減少するため、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度は上昇し、冷却水ポンプ７の搬送能力も増加する。例えば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路内の水量が低下し続け、冷却水ポンプ７の搬送能力が９５％まで増加すると、制御部１５は、冷却水ポンプ７の搬送能力を９５％以上には増加させないことから、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度は次第に増加する。温度検知器８ｂが異常閾値である７５℃まで上昇したことを検知すると、制御部１５は、燃料電池システム３１の運転を停止させる。このとき、温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の上面より低い位置に構成しているが、冷却水ポンプ７は温度検知器８ｂの検知部より低い位置に構成しているので、冷却水ポンプ７には水で満たされおり、冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。また、冷却水ポンプ７の搬送能力に上限値を備えることで、冷却水流路の水量低下をより早く検知できるのである。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図５において、図３と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図５に示すように燃料電池システム５１は図３に示す燃料電池システム３１と比較して、冷却水の燃料電池２の流出口の温度検知器８ｂの検知部が燃料電池２の上面より高い位置に構成している点で異なっている。

本実施の形態では、燃料電池２の流出口の温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の底面より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、ラジエター３９および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、熱交換器、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。また、本実施の形態における冷却水の燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知部を燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における燃料電池２の底面より低い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。また、制御部１５は、第６の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、ラジエター３９の能力を変化させることでラジエター３９での放熱量を制御し、冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７の能力は、一定の能力で運転する。また、制御部１５は、冷却水ポンプ搬送能力に、発電電力に対応した異常閾値を設けており、その一例を図６に示す。図６において、横軸は発電電力、縦軸は冷却水ポンプ搬送能力であり、冷却水ポンプの最大搬送能力を１００％とする。冷却水ポンプの搬送能力の異常閾値（上限値）は、発電電力に対して一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは３０％、最高発電電力１，０００Ｗでは８５％とし、制御部１５は冷却水ポンプ７の搬送能力の上限値となった場合は、燃料電池システム５１の運転を停止する。

以上のように構成された燃料電池システム５１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム５１の制御部１５は、第６の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値を設けることの具体的な実施の一例として、図６に示す異常閾値（上限値）を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。燃料電池２を通過する冷却水量が低下し、燃料電池２の生成熱による熱回収量が増加するため、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は次第に上昇する。制御部１５は温度検知器８ｂの検知する冷却水温度を低下させるため、冷却水ポンプ７の搬送能力を増加させることにより、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は一旦低下するが、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、燃料電池２を通過する冷却水量はさらに減少するため、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は上昇し、冷却水ポンプ７の搬送能力も次第に増加する。例えば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路内の水量が低下し続け、冷却水ポンプ７の搬送能力が異常閾値である８５％まで増加すると、制御部１５は、燃料電池システム５１の運転を停止させる。冷却水ポンプの搬送能力に異常閾値を設けることで、燃料電池システム５１の運転を停止させることができるため、冷却水ポンプ７に水が満たされない状態での運転を防止でき、実施の形態１とあわせることで、より正確に冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図７において、図３と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図７に示すように燃料電池システム７１は図３に示す燃料電池システム３１と比較して、制御部１５は、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知する冷却水温度を制御する点で異なっている。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、および第１熱媒体の具体的な実施の一例であり、制御部１５は温度検知器８ｂが検知する第１熱媒体の温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止することの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。また、本実施の形態における燃料電池２の底面より低い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における構成部材としての排熱回収水流路１０、排熱回収ポンプ１１、流体としての排熱回収水は、各々、第７の本発明における第２熱媒体経路、第２熱媒体搬送手段、および第２熱媒体の具体的な実施の一例であり、制御部１５は第７の本発明における第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した上限値を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで排熱回収水流路１０の排熱回収流量を制御する。なお、冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７の能力は、一定の能力として動作する。また、制御部１５は、排熱回収ポンプ１１
の搬送能力に、発電電力に対応した上限値を設けており、その一例を図８に示す。図８において、横軸は発電電力、縦軸は排熱回収ポンプ１１搬送能力であり、排熱回収ポンプ１１の最大搬送能力を１００％とする。排熱回収ポンプ１１の搬送能力の上限値は、発電電力に対して一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは３０％、最高発電電力１，０００Ｗでは８０％とし、排熱回収ポンプ１１の搬送能力の上限値を超えないように制御する。たとえば、２００Ｗ運転時に、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度が、所定温度より高い７２℃になった場合は排熱回収ポンプ１１の搬送能力を増加させるが、排熱回収ポンプ１１の搬送能力が上限値である３０％となった場合には、制御部１５は排熱回収ポンプ１１の搬送能力３０％で維持する。

以上のように構成された燃料電池システム７１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム７１の制御部１５は、第１の本発明における温度検知器８ｂが検知する温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止する温度の具体的な一例として、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂに、所定温度７０℃に比べて５℃高い７５℃を上限の異常閾値として設定する。また、制御部１５は第７の本発明における第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した上限値を設けることの具体的な実施の一例として、図８に示す上限値を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。燃料電池２を通過する冷却水量が低下するため、燃料電池２の生成熱による回収熱量が増加し、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は次第に上昇する。制御部１５は温度検知器８ｂの検知する冷却水温度を低下させるため、排熱回収ポンプ１１の搬送能力を増加させることにより、燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知する冷却水温度が低下し、さらに温度検知器８ｂの検知する冷却水温度も低下するが、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、燃料電池２を通過する冷却水量はさらに減少するため、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は燃料電池２の生成熱による熱回収量の増加により上昇し、排熱回収ポンプ１１の搬送能力も増加する。例えば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路の水量が低下し続け、排熱回収ポンプ１１の搬送能力が８０％まで増加すると、制御部１５は、排熱回収ポンプ１１の搬送能力を８０％以上には増加させないことから、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は次第に増加する。温度検知器８ｂが異常閾値である７５℃まで上昇したことを検知すると、制御部１５は、燃料電池システム７１の運転を停止させる。冷却水ポンプ７は温度検知器８ｂの検知部より低い位置に構成しているので、冷却水ポンプ７には水で満たされおり、冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。また、排熱回収ポンプ１１の搬送能力に上限値を備えることで、冷却水流路の水量低下をより早く検知できるのである。

（実施の形態６）
図９は、本発明の実施の形態６における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図９において、図９と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図９に示すように燃料電池システム９１は図３に示す燃料電池システム３１と比較して、冷却水ポンプ７は、燃料電池２の上面より高い位置に設ける点で異なっている。冷却水の燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの温度検知部は、冷却水ポンプ７より高い位置に構成する。

本実施の形態では、燃料電池２の流入口の温度検知器８ａの検知部は燃料電池２の上面より低い位置に備え、燃料電池２の流出口の温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の上面より高く、温度検知器
８ｂの検知部より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。また、本実施の形態における冷却水の燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知部を燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における構成部材としての排熱回収水流路１０、排熱回収ポンプ１１、流体としての排熱回収水は、各々、第８の本発明における第２熱媒体経路、第２熱媒体搬送手段、および第２熱媒体の具体的な実施の一例であり、また、制御部１５は、第８の本発明における第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで排熱回収水流路１０の排熱回収流量を制御し、冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７の能力は、一定の能力として動作する。また、制御部１５は、排熱回収ポンプ１１の搬送能力に、発電電力に対応した異常閾値（上限値）を設けており、その一例を図１０に示す。図１０において、横軸は発電電力、縦軸は排熱回収ポンプ１１搬送能力であり、排熱回収ポンプ１１の最大搬送能力を１００％とする。排熱回収ポンプ１１の搬送能力の上限値は、発電電力に対して、一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは４０％、最高発電電力１，０００Ｗでは７０％とし、制御部１５は排熱回収ポンプ１１の搬送能力が上限値となった場合は、燃料電池システム９１の運転を停止する。

以上のように構成された燃料電池システム９１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム９１の制御部１５は、第８の本発明における第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値を設けることの具体的な実施の一例として、図８に示す異常閾値（上限値）を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。燃料電池２を通過する冷却水量が低下するため、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は燃料電池２の生成熱による回収熱量の増加により次第に上昇する。制御部１５は温度検知器８ｂの検知する冷却水温度を低下させるため、排熱回収ポンプ１１の搬送能力を増加させることにより、燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知する冷却水温度が低下し、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度も低下するが、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、燃料電池２を通過する冷却水量はさらに減少するため、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度は燃料電池２の生成熱により上昇し、排熱回収ポンプ１１の搬送能力も増加する。例えば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路の冷却水量が低下し続け、排熱回収ポンプ１１の搬送能力が異常閾値である７０％まで増加すると、制御部１５は燃料電池システム９１の運転を停止させる。冷却水ポンプの搬送能力に異常閾値を設けることで、燃料電池システム９１の運転を停止させることができるため、冷却水ポンプ７に水が満たされない状態での運転を防止でき、実施の形態１とあわせることで、より正確に冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

（実施の形態７）
図１１は、本発明の実施の形態７における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図１１において、図１と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図１１に示すように燃料電池システム１１１は図１に示す燃料電池システム１と比較して、冷却水は、燃料電池２の底面から流入し、燃料電池２の上面から流出する点で異なっている。

本実施の形態では、温度検知器８ａの検知部は燃料電池２の底面より低い位置に、温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の底面より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。本実施の形態における冷却水の燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知部を燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における燃料電池２の底面より低い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における温度検知器８ａ、温度検知器８ｂは、各々、第２または第４の本発明における第１熱媒体の流入口近傍の温度検知器、第１熱媒体の流出口近傍の温度検知器の具体的一例であり、制御部１５は第４の本発明における第１熱媒体の流入口近傍と流出口近傍の温度差が予め定められた範囲から外れたことを検知することの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。また、本実施の形態における構成部材としての排熱回収水流路１０、排熱回収ポンプ１１、流体としての排熱回収水は、各々、第７の本発明における第２熱媒体経路、第２熱媒体搬送手段、および第２熱媒体の具体的な実施の一例である。

制御部１５は、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂが検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで排熱回収水流路１０の排熱回収流量を制御する。冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７は、一定の能力で運転する。

以上のように構成された燃料電池システム１１１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム１１１の制御部１５は、第４の本発明における冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａと冷却水の燃料電池２流出口の温度検知器８ｂとの温度差の異常閾値の具体的な一例として、（燃料電池２流出口の温度−燃料電池２流入口＝０℃）を設定する。このとき、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少して、温度検知器８ｂの検知部を通過する冷却水量が減少し、温度検知器８ｂの検知部が冷却水と接触しなくなると、温度検知器８ｂは温度低下を検知する。制御部１５は、温度検知器８ｂが検知する冷却水温度を上昇させるため、排熱回収ポンプ１１の搬送能力を低下させることにより、熱交換器９での回収熱量が低下し、燃料電池２流入口の温度検知器８ａが検知する冷却水温度は上昇する。たとえば、温度検知器８ａが６３℃、温度検知器８ｂが５５℃を検知すると、制御部１５は、燃料電池２流出口の温度より燃料電池２流入口の温度が低いことを検知して、燃料電池システム１１１の運転を停止させる。温度検知器８ａと温度検知器８ｂとの温度差の異常により、燃料電池システム１１１の運転を停止させることができるため、冷却水ポンプ７に水が満たされない状態での運転を防止でき、実施の形態１とあわせることで、より正確に冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

本実施の形態では、温度検知部は冷却水ポンプ７の吐出側に構成しているため、冷却水循環量が減少した場合、温度検知部が冷却水ポンプ７の吸入側に構成している実施の形態１の構成と比較してより長く水で満たされることから、より長く燃料電池システム１１１の運転を継続できる。

一方で温度検知部が冷却水ポンプ７の吸入側に構成している実施の形態１の構成は、実施の形態７の構成と比較して、温度検知部がより早く温度異常値からはずれることから、より早く燃料電池システム１の運転を停止することができる。

（実施の形態８）
図１２は、本発明の実施の形態８における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図１２において、図１と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図１２に示すように燃料電池システム１２１は図１１に示す燃料電池システム１１１と比較して、冷却水ポンプ７は、燃料電池２の上面より低く、燃料電池の底面より高い位置に設ける点で異なっている。

本実施の形態では、温度検知器８ａの検知部は燃料電池２の底面より低い位置に、温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の底面より高く、燃料電池２の上面より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、ラジエター３９、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、熱交換器、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。また、本実施の形態における温度検知器８ａ、温度検知器８ｂは、各々、第２または第４の本発明における第１熱媒体の流入口近傍の温度検知器、第１熱媒体の流出口近傍の温度検知器の具体的一例であり、制御部１５は第４の本発明における第１熱媒体の流入口近傍と流出口近傍の温度差が予め定められた範囲から外れたことを検知することの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。また、本実施の形態における燃料電池２の上面より低く、底面より高い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。また、制御部１５は第５の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した下限値を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、冷却水ポンプ７の搬送能力を変化させることで冷却水流路６の冷却水流量を制御し、ラジエター３９の能力は一定の能力で運転する。また、制御部１５は、冷却水ポンプ搬送能力に、発電電力に対応した下限値を設けており、その一例を図１３に示す。図１３において、横軸は発電電力、縦軸は冷却水ポンプ搬送能力であり、冷却水ポンプの最大搬送能力を１００％とする。冷却水ポンプの搬送能力の下限値は、発電電力に対して、一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは１０％、最高発電電力１，０００Ｗでは５０％とし、冷却水ポンプの搬送能力は下限値以下にならないように制御する。たとえば、２００Ｗ運転時に、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度が所定温度より低い６８℃になった場合は冷却水ポンプ７の搬送能力を低下させるが、冷却水ポンプ７の搬送能力が下限値である１０％となった場合には、制御部１５は冷却水ポンプ７の搬送能力を１０％で維持する。

以上のように構成された燃料電池システム１２１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム１２１の制御部１５は、第４の本発明における冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａと燃料電池２流出口の温度検知器８ｂとの温度差の異常閾値の具体的な一例として、（燃料電池２流出口の温度−燃料電池２流入口の温度差＝０℃（正常時：１０℃））を設定する。また、制御部１５は第５の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した下限値を設けることの具体的な実施の一
例として、図１３に示す下限値を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、温度検知器８ｂの検知部を通過する冷却水量は次第に減少し、温度検知器８ｂの検知部は冷却水と接触しなくなり、温度検知器８ｂは温度低下を検知する。制御部１５は温度検知器８ｂの検知する冷却水温度を上昇させるため、冷却水ポンプ７の搬送能力を低下させるが、温度検知器８ｂの検知部は冷却水と接触していないことから、温度は上昇せず、冷却水ポンプ７の搬送能力は低下しつづける。

たとえば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路内の水量が低下し続け、冷却水ポンプ７の搬送能力が５０％まで低下すると、制御部１５は、冷却水ポンプ７の搬送能力を５０％で維持する。冷却水ポンプ７の搬送能力が５０％以下に低下した場合、燃料電池２を通過する冷却水の循環量がさらに低下し、燃料電池２の生成熱による回収熱量が増加するため、温度検知器８ｂの検知する冷却水温度はさらに上昇するが、温度検知器８ｂの温度検知部は冷却水と接触していないことから、温度検知器８ｂは温度上昇を検知しないため、冷却水ポンプ７の搬送能力に下限値を設けることで、温度検知器８ｂの検知部を通過する冷却水の温度上昇を防止できるのである。なお、温度検知器８ａが６０℃、温度検知器８ｂが５８℃を検知すると、制御部１５は、燃料電池２流出口の温度より燃料電池２流入口の温度が低いことを検知して、燃料電池システム１２１の運転を停止させる。
冷却水ポンプ７は温度検知器８ｂの検知部より低い位置に構成しているので、冷却水ポンプ７には水で満たされおり、冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

（実施の形態９）
図１４は、本発明の実施の形態９における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図１４において、図１２と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図１４に示すように燃料電池システム１４１は図１２に示す燃料電池システム１２と比較して、制御部１５が第６の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値（下限値）を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている点で異なる。

本実施の形態では、温度検知器８ｂの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の底面より高く、燃料電池２の上面より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、ラジエター３９、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、熱交換器、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。本実施の形態における燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知部を燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における燃料電池２の上面より低く、底面より高い位置に冷却水ポンプ７を設ける構成は第３の本発明における第１熱媒体搬送手段は燃料電池の上面より低い位置に配置することの具体的一例である。また、制御部１５は第５の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した下限値を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知する冷却水温度が所定温度（
例えば７０℃）になるように、冷却水ポンプ７の搬送能力を変化させることで冷却水流路６の冷却水流量を制御し、ラジエター３９の能力は、一定の搬送能力で運転する。また、制御部１５は、冷却水ポンプ搬送能力に、発電電力に対応した下限値を設け、その一例を図１５に示す。図１５において、横軸は発電電力、縦軸は冷却水ポンプ搬送能力であり、冷却水ポンプの最大搬送能力を１００％とする。冷却水ポンプの搬送能力の下限値は、発電電力に対して、一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは１５％、最高発電電力１，０００Ｗでは６０％とし、制御部１５は、冷却水ポンプの搬送能力が下限値になれば、燃料電池システム１４１の運転を停止させる。

以上のように構成された燃料電池システム１４１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム１４１の制御部１５は、第６の本発明における第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値（下限値）を設けることの具体的な実施の一例として、図１５に示す上限値を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、燃料電池２流出口の温度検知器８ｂの検知部を通過する冷却水量は次第に減少し、温度検知器８ｂの検知部は冷却水と接触しなくなり、温度検知器８ｂは温度低下を検知する。制御部１５は温度検知器８ｂの検知する冷却水温度を上昇させるため、冷却水ポンプ７の搬送能力を低下させるが、温度検知器８ｂの検知部は冷却水と接触しないことから、温度検知器８ｂは冷却水の温度上昇を検知せず、冷却水ポンプ７の搬送能力は低下しつづける。例えば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路内の水量が低下し続け、冷却水ポンプ７の搬送能力が６０％まで低下すると、制御部１５は、燃料電池システム１４１の運転を停止させる。冷却水ポンプ７の搬送能力に異常閾値を設けることで、燃料電池システム１４１の運転を停止させることができるため、冷却水ポンプ７に水が満たされない状態での運転を防止でき、実施の形態１とあわせることで、より正確に冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

（実施の形態１０）
図１６は、本発明の実施の形態１０における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図１６において、図１と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図１６に示すように燃料電池システム１６１は図１に示す燃料電池システム１と比較して、冷却水ポンプ７を、燃料電池２の上面より高い位置に設ける点で異なっている。
本実施の形態では、温度検知器８ａの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の上面より高く、温度検知器８ａの検知部より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、熱交換器、および第１熱媒体の具体的な実施の一例であり、制御部１５は温度検知器が検知する第１熱媒体の温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止することの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。本実施の形態における冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知部を冷却水ポンプと燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における構成部材としての排熱回収水流路１０、排熱回収ポンプ１１、流体としての排熱回収水は、各々、第７の本発明における第２熱媒体経路、第２熱媒体搬送手段、および第２熱媒体の具体的な実施の一例であり、第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した下限値を設けることの具体的
な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで排熱回収水流路１０の排熱回収流量を制御する。冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７の能力は、一定の能力として動作する。また、制御部１５は、排熱回収ポンプ１１の搬送能力に、発電電力に対応した下限値を設けており、その一例を図１７に示す。図１７において、横軸は発電電力、縦軸は排熱回収ポンプ１１搬送能力であり、排熱回収ポンプ１１の最大搬送能力を１００％とする。排熱回収ポンプ１１の搬送能力の下限値は、発電電力に対して、一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは１０％、最高発電電力１，０００Ｗでは４０％とし、制御部１５は排熱回収ポンプ１１の搬送能力の下限値以下にならないように制御する。すなわち、たとえば、２００Ｗ運転時に、温度検知器８ａの検知する冷却水温度が、所定温度より低い５８℃になった場合は排熱回収ポンプ１１の搬送能力を低下させるが、排熱回収ポンプ１１の搬送能力が下限値である４０％となった場合には、制御部１５は排熱回収ポンプ１１の搬送能力４０％で維持する。

以上のように構成された燃料電池システム１６１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム１６１の制御部１５は、第１の本発明における温度検知器８ａが検知する温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止する温度の具体的な一例として、燃料電池２流入口の温度検知器８ａに、所定温度６０℃に比べて５℃低い５５℃を下限値として設定する。また、制御部１５は第７の本発明における第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した下限値を設けることの具体的な実施の一例として、図１７に示す下限値を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、温度検知器８ａの検知部を通過する冷却水量は次第に減少し、温度検知器８ａの検知部は冷却水と接触しなくなり、温度検知器８ａは温度低下を検知する。制御部１５は温度検知器８ａの検知する冷却水温度を上昇させるため、排熱回収ポンプ１１の搬送能力を低下させるが、温度検知器８ａの検知部は冷却水と接触しないことから、温度検知器８ａは温度上昇を検知せず、排熱回収ポンプ１１の搬送能力は低下しつづける。例えば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路内の水量が低下し続け、排熱回収ポンプ１１の搬送能力が４０％まで低下すると、制御部１５は、排熱回収ポンプ１１の搬送能力を４０％で維持する。排熱回収ポンプ１１の搬送能力が４０％以下に低下した場合、熱交換器での熱回収量がさらに低下するため、温度検知器８ａの検知する冷却水温度はさらに上昇するが、温度検知器８ａの検知部は冷却水と接触していないことから、温度検知器８ａは温度上昇を検知しない。そのため、排熱回収ポンプ１１の搬送能力に下限値を設けることで、温度検知器８ａの検知部を通過する冷却水の温度上昇を防止できるのである。温度検知器８ａが５５℃以下であることを検知すると、制御部１５は、燃料電池システム１６１の運転を停止させる。

冷却水ポンプ７は温度検知器８ａの検知部より低い位置に構成しているので、冷却水ポンプ７には水で満たされおり、冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

（実施の形態１１）
図１８は、本発明の実施の形態１１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、図１８において、図１と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図１８に示すように燃料電池システム１８１は図１６に示す燃料電池システム１６と比
較して、制御部１５が第８の本発明における第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値（下限値）を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている点で異なる。

本実施の形態では、温度検知器８ａの検知部は燃料電池２の上面より高い位置に備える。また、冷却水ポンプ７は燃料電池２の上面より高く、温度検知器８ａの検知部より低い位置に備える。

なお本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、冷却水ポンプ７、および、流体としての冷却水は、各々、第１の本発明における第１熱媒体経路、第１熱媒体搬送手段、熱交換器、および第１熱媒体の具体的な実施の一例である。本実施の形態における冷却水の燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知部を冷却水ポンプと燃料電池２の上面より高い位置に設ける構成は第２の本発明における温度検知器の少なくとも一つは燃料電池の上面より高い位置に配置することの具体的一例である。また、本実施の形態における構成部材としての排熱回収水流路１０、排熱回収ポンプ１１、流体としての排熱回収水は、各々、第８の本発明における第２熱媒体経路、第２熱媒体搬送手段、および第２熱媒体の具体的な実施の一例であり、第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値（下限値）を設けることの具体的な実施の一例としてその機能を備えている。

制御部１５は、燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知する冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）になるように、排熱回収ポンプ１１の能力を変化させることで排熱回収水流路１０の排熱回収流量を制御する。冷却水流路６に冷却水を通流させる冷却水ポンプ７の能力は、一定の能力として動作する。また、制御部１５は、排熱回収ポンプ１１の搬送能力に、発電電力に対応した異常閾値（下限値）を設けており、その一例を図１９に示す。図１９において、横軸は発電電力、縦軸は排熱回収ポンプ１１搬送能力であり、排熱回収ポンプ１１の最大搬送能力を１００％とする。排熱回収ポンプ１１の搬送能力の下限値は、発電電力に対して、一次直線となるように設定し、最低発電電力２００Ｗでは１５％、最高発電電力１，０００Ｗでは４５％とし、制御部１５は排熱回収ポンプ１１の搬送能力の下限値以下になった場合は、燃料電池システム１８１の運転を停止する。

以上のように構成された燃料電池システム１８１について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態における燃料電池システム１８１の制御部１５は、第８の本発明における第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値（下限値）を設けることの具体的な実施の一例として、図１９に示す下限値を設定する。このとき、冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩すると、冷却水流路６の冷却水の循環量が次第に減少し、冷却水流路６の上部から水が満たされなくなり、冷却水流路６の最高部に配置した燃料電池２も水で満たされなくなる。冷却水流路６内の水が蒸発もしくは漏洩しつづけると、燃料電池２流入口の温度検知器８ａの検知部を通過する冷却水量は次第に減少し、温度検知器８ａの検知部は冷却水と接触しなくなり、温度検知器８ａは温度低下を検知する。制御部１５は温度検知器８ａの検知する冷却水温度を上昇させるため、排熱回収ポンプ１１の搬送能力を低下させるが、温度検知器８ａの検知部は冷却水と接触しないことから、温度検知器８ａは温度上昇を検知せず、排熱回収ポンプ１１の搬送能力は低下しつづける。例えば、１，０００Ｗ運転時に冷却水流路内の水量が低下し続け、排熱回収ポンプ１１の搬送能力が４５％まで低下すると、制御部１５は、燃料電池システム１８の運転を停止させる。排熱回収ポンプ１１の搬送能力に異常閾値を設けることで、燃料電池システム１８１の運転を停止させることができるため、冷却水ポンプ７に水が満たされない状態での運転を防止でき、実施の形態１とあわせることで、より正確に冷却水ポンプ７の故障を防止でき、水位検知器を使用しなくても、冷却水流路６の冷却水量の減少を検知することができるのである。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池で発生した熱を外部へ取り出すための熱媒体を有した燃料電池システム等に有用である。

２１、３１、５１、７１、９１、１１１、１２１、１４１、１６１、１８１燃料電池システム
２燃料電池
３系統電力
４負荷
５インバータ
６冷却水流路
７冷却水ポンプ
８ａ燃料電池流入側の温度検知器
８ｂ燃料電池流出側の温度検知器
９熱交換器
１０排熱回収水流路
１１排熱回収ポンプ
１５制御部
３９ラジエター

Claims

水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発生した熱を外部へ取り出すための第１熱媒体と、
前記第１熱媒体を前記燃料電池へ流通させる第１熱媒体搬送手段と、
前記第１熱媒体の温度を検知する温度検知器とを備え、
前記第１熱媒体搬送手段は前記温度検知器より低い位置に構成し、
前記温度検知器が検知する前記第１熱媒体の温度が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止することを特徴とする燃料電池システム。
前記温度検知器は前記燃料電池の前記第１熱媒体の流入口近傍と前記燃料電池の前記第１熱媒体の流出口近傍との少なくとも一方に備え、
前記温度検知器の少なくとも一つは前記燃料電池の上面より高い位置に配置することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
前記第１熱媒体搬送手段は前記燃料電池の上面より低い位置に配置することを特徴する請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
前記温度検知器は前記燃料電池の前記第１熱媒体の流入口近傍と前記燃料電池の前記第１熱媒体の流出口近傍の両方に備え、
温度差が予め定められた範囲から外れた場合に運転を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力を前記温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備え、
前記第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した上限値および下限値を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力を前記温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備え、
前記第１熱媒体搬送手段の第１熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記第１熱媒体と第２の熱媒体で熱交換を行う熱交換器と、
前記第２熱媒体を搬送する第２熱媒体搬送手段とを有し、
前記第２熱媒体搬送手段の第２熱媒体搬送能力を前記温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備え、
前記第２熱媒体搬送手段の第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した上限値および下限値を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記第２熱媒体搬送手段の第２熱媒体搬送能力を前記温度検知器の検知温度に基づいて変化させる搬送能力調整手段を備え、
前記第２熱媒体搬送手段の第２熱媒体搬送能力に発電電力に対応した異常閾値を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。