JPWO2016157737A1 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

燃料電池（２）と熱交換する冷却水を循環経路（３）で循環させる循環ポンプ（４）を間欠運転する際の運転停止から運転再開までの時間を停止時間とした場合に、燃料電池（２）の起動中の間欠運転時の停止時間である第１停止時間より、燃料電池（２）の発電中の間欠運転時の停止時間である第２停止時間が短くなるように、制御器（１５）は、燃料電池（２）の起動中と発電中に循環ポンプ（４）を間欠運転する。これにより、燃料電池（２）と熱交換する冷却水が通流する循環経路（３）に残留するエアをより確実に排除して、燃料電池（２）を構成する部材の熱劣化を防止する。

Description

本発明は、燃料電池と熱交換する冷却水が通流する循環経路を備えた燃料電池システムおよびその運転方法に関する。

従来、この種の燃料電池システムには、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素との電気化学反応（発熱反応）により発電する燃料電池が組み込まれている。

燃料電池は、発電中に、発熱反応が進行する。そこで、燃料電池は、発電中の運転温度を発熱反応に適した温度（例えば、６０℃〜８０℃程度）に維持する構成を備える。具体的には、燃料電池システムは、燃料電池に冷却水循環経路を備え、冷却水循環経路には冷却水を循環させるポンプが設置されている。これにより、発電中において、燃料電池の内部温度を一定に保つように制御している。

上記燃料電池システムは、通常、冷却水循環経路を循環する冷却水の温度が上昇すると、冷却水中に溶存する空気が気泡（エア）として現れる。また、燃料電池システムの停止から長時間が経過すると、冷却水循環経路内にエア溜りが発生する場合がある。さらに、燃料電池システムの設置後、最初に冷却水循環経路に水張りを行う際、冷却水循環経路にエアが入り込む。入り込んだエアは、冷却水循環経路から抜け難い。そして、冷却水に残留するエアがポンプに絡むと、ポンプのエア噛みが発生して、ポンプの機能が低下する。

そこで、図５に示すような冷却水循環経路の循環ポンプを間欠運転して、冷却水循環経路からエアを排除する構成の燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に開示された燃料電池システムの構成を示す概略図である。

図５に示すように、特許文献１の燃料電池システム１０１は、燃料電池１０２と、循環経路１０３と、循環ポンプ１０４と、冷却水タンク１０５と、熱交換器１０６と、制御器１０７などから構成されている。燃料電池１０２は、燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する。循環経路１０３は、燃料電池１０２の発電の際に発生した熱を回収する冷却水を循環させる。循環ポンプ１０４は、循環経路１０３に設けられ、冷却水を循環させる。冷却水タンク１０５は、循環経路１０３に設けられ、冷却水を蓄える。熱交換器１０６は、循環経路１０３に設けられ、冷却水の排熱を回収する。制御器１０７は、循環ポンプ１０４などの動作を制御する。

具体的には、制御器１０７は、燃料電池１０２の発電開始前、または発電中において、循環経路１０３のエア抜きが必要と判断した場合、循環ポンプ１０４を間欠運転する。これにより、循環経路１０３内に残留するエアを排除して、循環ポンプ１０４の機能低下を抑制している。

しかしながら、上記燃料電池システム１０１は、エア抜きのために燃料電池１０２の発電中に循環ポンプ１０４を停止した場合、循環ポンプ１０４を停止している時間によっては、燃料電池１０２の内部の温度が高くなる。これにより、燃料電池１０２を構成する部材の耐熱温度を超えて、温度が上昇する虞がある。

特開２０１４−０８６１５６号公報

本発明は、循環経路に残留するエアをより確実に排除して、燃料電池の構成部材の熱劣化を防止できる燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。

つまり、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と熱交換する熱媒体を送る循環ポンプを間欠運転する際の運転停止から運転再開までの時間を停止時間とする場合、燃料電池の起動中の間欠運転時の停止時間である第１停止時間より、燃料電池の発電中の間欠運転時の停止時間である第２停止時間が短くなるように構成する。

この構成によれば、燃料電池の起動中において、循環経路に熱媒体として水を充填する水張り中は、循環経路に溜ったエアを充分排除できる第１停止時間の間、循環ポンプを停止させる。そして、第１停止時間経過後に、循環ポンプを再動作させる運転を繰り返す間欠運転を行う。また、燃料電池の発電中は、第１停止時間より短い、燃料電池の内部の温度が燃料電池を構成する部材の耐熱温度を超えることのない第２停止時間の間、循環ポンプを停止させる。そして、第２停止時間経過後に、循環ポンプを再動作させる運転を繰り返す間欠運転を行う。

これにより、循環経路に残留するエアを、より確実に排除して、燃料電池の構成部材の熱劣化を防止する。

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概略図である。 図２は、同実施の形態の燃料電池システムにおける循環経路の水張りステップの動作を示すフローチャートである。 図３は、同実施の形態の燃料電池システムにおける発電中の循環経路のエア抜き動作を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態２の燃料電池システムにおける発電中の循環経路のエア抜き動作を示すフローチャートである。 図５は、従来の燃料電池システムの概略図である。

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、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。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における燃料電池システム１について、図１を用いて説明する。

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の一例を示す概略図である。

図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、燃料電池２と、循環経路３と、循環ポンプ４と、冷却水タンク５と、熱交換器６などを備える。

循環経路３は、燃料電池２、循環ポンプ４、冷却水タンク５、熱交換器６を、順次、環状に連接する。循環経路３は、燃料電池２の発電時において発生する熱を回収する冷却水を循環させる。冷却水は、循環ポンプ４の駆動によって、燃料電池２、循環ポンプ４、冷却水タンク５、熱交換器６の順に、循環経路３内を流れる。

燃料電池２は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学反応（発熱反応）により発電を行う。

循環ポンプ４は、循環経路３の冷却水の流れ方向で燃料電池２の下流側（すなわち、吸い込み側が燃料電池２側）に配置される。循環ポンプ４は、循環経路３内に冷却水を通流させる。なお、循環ポンプ４として、脈動などが生じ難い、例えば渦巻き型ポンプなどが用いられる。

冷却水タンク５は、循環経路３の循環ポンプ４の出口側（下流側）である吐出口４ａ側に配置され、冷却水を貯える。

熱交換器６は、循環経路３の冷却水タンク５の出口側（下流側）である流出口５ａ側に配置される。熱交換器６は、燃料電池２により加熱された冷却水を冷却し、熱媒体として排熱回収水に伝達する。

燃料電池２と循環ポンプ４との間の循環経路３には、燃料電池２の出口部２ａから流出する冷却水の温度を検知する冷却水温度センサ７が設けられている。

また、冷却水タンク５には、水位センサ８と、排水口９が設けられている。水位センサ８は、冷却水タンク５内の冷却水の水位を検知する。排水口９は、冷却水タンク５の側壁の上部近傍に設けられ、冷却水タンク５からオーバーフローした冷却水を、排水経路１３に排水する。

なお、冷却水タンク５は、循環経路３の最高の高さとなる位置近傍に設けられる。これにより、冷却水タンク５を介して循環経路３に溜まるエアを抜いて、外部に排出できる。一方、冷却水タンク５から熱交換器６に冷却水を供給する流出口５ａは、冷却水タンク５の流入口９ａよりも低い位置に配置される。

さらに、燃料電池システム１は、図１に示すように、凝縮水タンク１０と、冷却水供給経路１１と、冷却水供給ポンプ１２と、排水経路１３などを備える。

凝縮水タンク１０は、燃料電池２から排出される排空気および排ガスに含まれる水を凝縮させた凝縮水を貯える。冷却水供給経路１１は、凝縮水タンク１０内の凝縮水を冷却水タンク５に供給する。冷却水供給ポンプ１２は、冷却水供給経路１１に配置され、凝縮水タンク１０内の凝縮水を、流入口９ａから冷却水タンク５に送る（供給する）。排水経路１３は、冷却水タンク５の排水口９からオーバーフローした冷却水を凝縮水タンク１０に戻す経路として機能する。

ここで、本実施の形態の燃料電池システム１は、冷却水タンク５、排水口９、排水経路１３ならびに凝縮水タンク１０を通じて、冷却水タンク５内ならびに凝縮水タンク１０内で、冷却水を大気開放している。なお、冷却水タンク５は、上述したように、循環経路３に溜まったエアを気液分離して排気するために、燃料電池システム１の最も高い位置に設置するのが好ましい。上記配置により、エアは、密度が小さいため、自然に上昇して、外部に排気される。

循環ポンプ４は、内部に、循環ポンプ４の回転数を検知する回転検知器１４を備える。このとき、循環ポンプ４の吐出口４ａは、循環ポンプ４内に溜まったエアが抜けるように、上向きにするのが好ましい。

燃料電池システム１の制御器１５は、少なくとも循環ポンプ４、冷却水供給ポンプ１２を制御する。また、制御器１５は、冷却水温度センサ７で冷却水温度を、水位センサ８で冷却水タンク５内の所定量の冷却水の有無を検知する。さらに、制御器１５は、回転検知器１４で循環ポンプ４の回転数を検知する。つまり、制御器１５は、検知した、冷却水温度、冷却水の有無および回転数に基づいて、循環ポンプ４、冷却水供給ポンプ１２を制御する。

以上のように、本実施の形態の燃料電池システム１は、構成される。

以下に、本実施の形態における燃料電池システム１の動作について、具体的に説明する。

燃料電池システム１は、水素を多く含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池２に供給して発電を行う。燃料電池２は、発電により直流電力を発生して出力する。燃料電池２から出力された直流電力は、図示しないインバータにより交流電力に変換される。変換された交流電力は、電力系統と連系し、負荷（例えば、家庭内の電気機器など）に供給される。

一方、燃料電池２においては、発電の際に、発熱反応により熱が生成される。そこで、制御器１５は、循環ポンプ４を作動して、循環経路３内の冷却水を循環させて燃料電池２に供給する。これにより、燃料電池２の内部で発生した熱を冷却水と熱交換して、燃料電池２を冷却する。このとき、制御器１５は、冷却水温度センサ７で検知する温度が、例えば７０℃程度になるように、循環ポンプ４のフィードバック制御を行う。

以上のように、本実施の形態の燃料電池システム１は、動作する。

以下に、本実施の形態の燃料電池システム１における循環経路３の水張りステップの動作について、図２を用いて説明する。なお、水張りステップは、燃料電池２の起動中に実行される。

図２は、同実施の形態の燃料電池システムにおける循環経路の水張りステップの動作を示すフローチャートである。

図２に示すように、循環経路３の水張りステップを開始すると、まず、制御器１５は、冷却水供給ポンプ１２を起動する。冷却水供給ポンプ１２は、冷却水供給経路１１を介して、凝縮水タンク１０に貯えられた水（凝縮水）を汲み上げ、冷却水タンク５に供給する（ステップＳ１０１）。

そして、制御器１５は、冷却水タンク５内に所定量の水が有るか無いかを水位センサ８で検知する（ステップＳ１０２）。このとき、冷却水タンク５内に所定量の「水が無い」と判断された場合（ステップＳ１０２のＮｏ）、「水あり」と判断されるまで、ステップＳ１０２の判定動作を繰り返す。

一方、冷却水タンク５内に所定量の「水あり」と判断された場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、制御器１５は冷却水供給ポンプ１２を停止する（ステップＳ１０３）。

なお、燃料電池２および熱交換器６は、その性能を得るために、大きな通水抵抗を持っている。そのため、循環経路３にエアが溜まっていると、冷却水タンク５に冷却水を補給しても、循環経路３に冷却水を充填できない。

そこで、冷却水供給ポンプ１２を停止後、制御器１５は循環ポンプ４を動作させて、揚程を増加させる（ステップＳ１０４）。これにより、循環経路３内のエア抜き動作を行う。このとき、循環経路３にエアが溜まり、循環ポンプ４内に水が満たされていない場合は、循環ポンプ４は空転する。そのため、回転検知器１４が検知する循環ポンプ４の回転数が増加する。これにより、以下に具体的に示すように、循環経路３内のエア抜き動作が必要か否かを判断する。

つまり、制御器１５は、回転検知器１４で、循環ポンプ４の回転数がＸ（ｒｐｍ）以下か否かを判定する（ステップＳ１０５）。なお、回転数Ｘ（ｒｐｍ）は、循環ポンプ４が空転していない場合の最大回転数に相当する。このとき、回転数がＸ（ｒｐｍ）以下を検知した場合（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、循環ポンプ４が空転していないと判断する。そして、制御器１５は、循環ポンプ４を停止させる（ステップＳ１０６）。これにより、循環経路３の水張りステップを終了して、図示しない燃料電池２の発電ステップに移行する。

一方、循環ポンプ４の回転数がＸ（ｒｐｍ）を超える場合（ステップＳ１０５のＮｏ）、制御器１５は、循環ポンプ４の起動から所定時間経過したか否か、さらに循環ポンプ４の回転数がＸ（ｒｐｍ）以下か否かを判定する（ステップＳ１０７）。このとき、所定時間が経過せず、回転数がＸ（ｒｐｍ）を超える場合（ステップＳ１０７のＮｏ）、ステップＳ１０５に戻って、以降のステップを実行する。なお、上記起動からの所定時間は、例えば６０秒程度である。

一方、所定時間が経過し、回転数がＸ（ｒｐｍ）以下の場合（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、制御器１５は、例えば第１停止時間の間、循環ポンプ４を停止させ、その後、循環ポンプ４を再度動作させる運転を繰り返す間欠運転（第１運転または第１運転ステップに相当）を実行する（ステップＳ１０８）。ここで、第１停止時間とは、間欠駆動時における、循環ポンプ４の運転停止から運転再開までの停止時間である。なお、第１停止時間は、例えば３０秒程度である。

なお、通常、循環ポンプ４は、連続で動作している場合、エアが循環ポンプ４の中心に溜まる傾向がある。そこで、ステップＳ１０８において、循環ポンプ４の動作を第１停止時間の間、一旦停止させる。これにより、循環ポンプ４の中心に溜まったエアを、循環ポンプ４の停止中に循環経路３内に流動させて効率的に抜くことができる。

つぎに、制御器１５は、回転検知器１４で検知した回転数がＸ（ｒｐｍ）以下か否かを判定する（ステップＳ１０９）。これにより、ステップ１０８の第１運転または第１運転ステップ時の間欠運転で、エアが抜けたか否かを再度判断する。このとき、回転数がＸ（ｒｐｍ）以下を検知した場合（ステップＳ１０９のＹｅｓ）、制御器１５は循環ポンプ４が空転していないと判断する。そして、制御器１５は、循環ポンプ４を停止させる（ステップＳ１１０）。これにより、循環経路３の水張りステップを終了して、図示しない燃料電池２の発電ステップに移行する。

一方、ステップＳ１０８で循環ポンプ４の間欠運転を実行しても、循環ポンプ４の回転数がＸ（ｒｐｍ）を超える場合（ステップＳ１０９のＮｏ）、制御器１５は循環経路３に異常があると判断し、循環ポンプ４を停止させる（ステップＳ１１１）。そして、制御器１５は、循環経路３に異常があることを外部に報知して、循環経路３の水張りステップを終了する。このとき、異常の報知は、例えば燃料電池システム１に設けた表示部へのアラーム表示や、音などにより実行される。

以上のように、燃料電池システム１における循環経路３の水張りステップが実行される。

以下に、燃料電池システム１の燃料電池２の発電中における循環経路３のエア抜き動作について、図３を用いて説明する。

図３は、同実施の形態の燃料電池システムにおける発電中の循環経路のエア抜き動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、燃料電池２の発電中における循環経路３のエア抜き動作を開始すると、まず、制御器１５は、発電開始から所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。なお、上記発電からの所定時間は、例えば３０分程度である。

このとき、発電開始から所定時間経過していない場合（ステップＳ２０１のＮｏ）、制御器１５は、循環ポンプ４を起動してから所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ２０２）。なお、上記起動からの所定時間は、例えば５分程度である。

そして、循環ポンプ４の起動から所定時間経過している場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、制御器１５は、第２停止時間の間、循環ポンプ４を停止させ、その後、循環ポンプ４を再度動作させる運転を繰り返す間欠運転（第２運転または第２運転ステップに相当）を実行する（ステップＳ２０３）。ここで、第２停止時間とは、間欠駆動時における、循環ポンプ４の運転停止から運転再開までの停止時間である。なお、第２停止時間は、例えば３秒程度である。つまり、上述したように、第２停止時間は、第１停止時間よりも短く設定される。

その後、発電開始から所定時間経過したか否かを判定するステップＳ２０１に戻り、以降のステップ動作を順次繰り返す。

一方、燃料電池２の発電開始から所定時間経過した場合（ステップＳ２０１のＹｅｓ）、発電中における循環経路３のエア抜き動作を終了する。

なお、循環ポンプ４は、連続で動作している場合、エアが循環ポンプ４の中心に溜まる傾向がある。そこで、ステップＳ２０３において、循環ポンプ４の動作を第２停止時間の間、一旦停止させる動作を繰り返す間欠運転を実行する。これにより、循環ポンプ４の中心に溜まったエアを、循環ポンプ４の停止中に循環経路３内に流動させて効率的に抜くことができる。

つぎに、図２および図３で説明した循環ポンプ４の間欠運転における第１停止時間と第２停止時間との関係について、説明する。

図３で説明した燃料電池２の発電中に循環経路３に残留するエアの量は、図２で説明した水張りステップ中に循環経路３に残留するエアの量よりも、少ない。

そこで、本実施の形態では、燃料電池２の発電中の間欠運転における循環ポンプ４の第２停止時間（上述の３秒程度）を、水張りステップ中の間欠運転における循環ポンプ４の第１停止時間（上述の３０秒程度）よりも短く設定している。この場合、第２停止時間は、循環ポンプ４の停止中に、燃料電池２の発電中の温度が燃料電池２の構成部材の耐熱温度を超えない時間に設定される。これにより、燃料電池２の構成部材の熱劣化を防止できる。

以上のように、本実施の形態では、燃料電池２の起動中（すなわち、循環経路３に冷却水を充填する水張りステップ中）、循環経路３に溜ったエアを充分排除できる第１停止時間だけ、循環ポンプ４を停止させる。その後、循環ポンプ４を再動作させる運転を繰り返す。つまり、循環ポンプ４を、第１運転に相当する間欠駆動する。

一方、燃料電池２の発電中は、燃料電池２の内部の温度が、燃料電池２を構成する部材の耐熱温度を超えない第２停止時間だけ、循環ポンプ４を停止させる。その後、循環ポンプ４を再動作させる運転を繰り返す。つまり、循環ポンプ４を、第２運転に相当する間欠駆動する。これにより、循環経路３に残留するエアを効率的に排除できる。さらに、燃料電池２の構成部材の熱劣化を防止できる。

また、本実施の形態では、図３に示すように、燃料電池２の発電開始後、所定時間経過未満の場合は、必ず第２停止時間だけ循環ポンプ４を停止する。その後、循環ポンプ４を再度動作させる運転を繰り返す間欠運転を実行する。これにより、燃料電池２の発電中の開始時において、効果的に循環経路３に残留するエアを排除できる。さらに、燃料電池２の構成部材の熱劣化を防止できる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における燃料電池システム１について、図４を参照しながら、説明する。

図４は、本発明の実施の形態２の燃料電池システムにおける発電中の循環経路のエア抜き動作を示すフローチャートである。

図４に示すように、実施の形態２は、図３を用いて実施の形態１で説明した発電中における循環経路３のエア抜き動作後、再度、循環経路３のエア抜き動作を実行する点で異なる。なお、上記以外は、実施の形態１と同様であるので、同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

つまり、本実施の形態の燃料電池システム１は、図３に示す燃料電池２の発電中における循環経路３のエア抜き動作を終了後、図３に示すＡに移行する。そして、本実施の形態では、図４に示すＡ以降の循環経路３のエア抜き動作（第２運転）を、以下のように、さらに実行する。

図４に示すように、まず、制御器１５は、循環ポンプ４を起動してから所定時間経過したか否か、さらに回転検知器１４で検知した循環ポンプ４の回転数がＸ（ｒｐｍ）以下か否かを判定する（ステップ３０１）。なお、上記起動からの所定時間は、例えば５分程度である。

このとき、循環ポンプ４を起動してから所定時間が経過せず、回転数がＸ（ｒｐｍ）を超える場合（ステップＳ３０１のＮｏ）、制御器１５は循環ポンプ４が空転していると判断する。つまり、空転により、循環ポンプ４に出力異常が発生したと判断する。そして、制御器１５は、循環ポンプ４を第２停止時間だけ停止させ、その後、循環ポンプ４を再度動作させる運転を繰り返す間欠運転（第２運転または第２運転ステップに相当）を実行する（ステップＳ３０２）。ここで、第２停止時間とは、間欠駆動時における、循環ポンプ４の運転停止から運転再開までの停止時間である。

その後、燃料電池２の発電開始から所定時間経過したか否かを判定する、図３に示すステップＳ２０１に戻り、以降のステップの動作を繰り返して、循環経路３のエア抜き動作（第２運転）を終了する。なお、図示していないが、図４に示す循環経路３のエア抜き動作（第２運転）を実行後、循環経路３のエア抜き動作を終了する構成としてもよい。

一方、循環ポンプ４の起動から所定時間が経過し、回転数がＸ（ｒｐｍ）以下の場合（ステップＳ３０１のＹｅｓ）、図３に示す循環経路３のエア抜き動作を開始するステップＳ２０１に戻り、以降のステップの動作を実行して、循環経路３のエア抜き動作を終了する。

以上のように、本実施の形態では、図３に示す循環経路３のエア抜き動作（第２運転）を終了後、制御器１５が循環ポンプ４の空転を判断した場合、再度、第２運転を実行し、循環ポンプ４を第２停止時間だけ停止させる。そして、制御器１５は、循環ポンプ４を再度動作させる運転を繰り返す間欠運転（第２運転または第２運転ステップに相当）を実行する。そのため、循環経路３に残留するエアを、さらに排除することができる。さらに、燃料電池２を構成する部材の熱劣化を効果的に防止できる。

なお、本実施の形態では、図４に示す循環経路３のエア抜き動作を、図３で説明した循環経路３のエア抜き動作の後に実行する例で説明したが、これに限られない。例えば、本実施の形態の循環経路３のエア抜き動作を、個別に実施してもよい。つまり、所定回転数以上の場合のみエア抜き動作を実行する。これにより、循環経路３から、より効率的にエアを排除できる。

以上で説明したように、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池と熱交換する熱媒体が通流する循環経路と、循環経路に熱媒体を送る循環ポンプと、循環ポンプを制御する制御器とを備える。さらに、制御器は、燃料電池の起動中に循環ポンプを間欠運転する第１運転と、燃料電池の発電中に循環ポンプを間欠運転する第２運転とを行う。そして、制御器は、間欠運転する際の循環ポンプの運転停止から運転再開までの時間を停止時間とした場合、第１運転時の停止時間である第１停止時間より、第２運転時の停止時間である第２停止時間が短くなるように制御する構成としてもよい。

この構成によれば、燃料電池の起動中において、循環経路に熱媒体としての水を充填する水張り中は、循環経路に溜ったエアを充分排除できる第１停止時間の間、循環ポンプを停止させる。そして、第１停止時間の経過後に、循環ポンプを再動作させる運転を繰り返す間欠運転（第１運転）を実行する。一方、燃料電池の発電中は、燃料電池の内部の温度が燃料電池を構成する部材の耐熱温度を超えない第２停止時間の間、循環ポンプを停止させる。そして、第２停止時間経過後に、循環ポンプを再動作させる運転を繰り返す間欠運転（第２運転）を実行する。

これにより、循環経路に残留するエアを、より確実に排除して、燃料電池の構成部材の熱劣化を防止する。

また、本発明の燃料電池システムの制御器は、燃料電池の発電を開始後、第２運転を所定時間行ってもよい。これにより、循環経路に残留するエアをより確実に排除して、燃料電池の構成部材の熱劣化を防止できる。

また、本発明の燃料電池システムの制御器は、循環ポンプの出力に異常が生じた場合、第２運転を行ってもよい。これにより、燃料電池の発電中に、無駄に第２運転（循環ポンプの間欠運転）を行う必要がない。

また、本発明の燃料電池システムの制御器は、燃料電池の発電を開始後、第２運転を所定時間行った後、循環ポンプの出力に異常が生じた場合、さらに第２運転を行ってもよい。これにより、循環経路に残留するエアをより確実に排除して、燃料電池の構成部材の熱劣化を防止できる。

また、本発明は、燃料電池と、燃料電池と熱交換する熱媒体が通流する循環経路と、循環経路に熱媒体を送るポンプを備える燃料電池システムの運転方法である。さらに、燃料電池システムの運転方法は、燃料電池の起動中に循環ポンプを間欠運転する第１運転ステップと、燃料電池の発電中にポンプを間欠運転する第２運転ステップとを備える。そして、燃料電池システムの運転方法は、間欠運転する際の循環ポンプの運転停止から運転再開までの時間を停止時間とした場合、第１運転ステップでの停止時間である第１停止時間より、第２運転ステップでの停止時間である第２停止時間が短い時間で運転してもよい。

この運転方法によれば、燃料電池の起動中において、循環経路に熱媒体としての水を充填する水張り中は、循環経路に溜ったエアを充分排除できる第１停止時間の間、ポンプを停止させる。そして、第１停止時間経過後、循環ポンプを再動作させる運転を繰り返す間欠運転（第１運転ステップ）を実行する。一方、燃料電池の発電中は、燃料電池の内部の温度が、燃料電池を構成する部材の耐熱温度を超えない第２停止時間の間、循環ポンプを停止させる。そして第２停止時間経過後、循環ポンプを再動作させる運転を繰り返す間欠運転（第２運転ステップ）を実行する。

これにより、循環経路に残留するエアをより確実に排除して、燃料電池の構成部材の熱劣化を防止できる。

本発明は、循環経路に残留するエアをより確実に排除して、燃料電池を構成する部材の熱劣化を防止できる。そのため、燃料電池と熱交換する冷却水が通流する循環経路を備えた燃料電池システムなどに有用である。

１，１０１ 燃料電池システム
２，１０２ 燃料電池
２ａ 出口部
３，１０３ 循環経路
４，１０４ 循環ポンプ
４ａ 吐出口
５，１０５ 冷却水タンク
５ａ 流出口
６，１０６ 熱交換器
７ 冷却水温度センサ
８ 水位センサ
９ 排水口
９ａ 流入口
１０ 凝縮水タンク
１１ 冷却水供給経路
１２ 冷却水供給ポンプ
１３ 排水経路
１４ 回転検知器
１５，１０７ 制御器

Claims (5)

1. 燃料電池と、前記燃料電池と熱交換する熱媒体が通流する循環経路と、前記循環経路に熱媒体を送る循環ポンプと、前記循環ポンプを制御する制御器とを備え、
   前記制御器は、前記燃料電池の起動中に前記循環ポンプを間欠運転する第１運転と、前記燃料電池の発電中に前記循環ポンプを間欠運転する第２運転とを行い、
   前記制御器は、間欠運転する際の前記循環ポンプの運転停止から運転再開までの時間を停止時間とした場合、前記第１運転時の前記停止時間である第１停止時間より、前記第２運転時の前記停止時間である第２停止時間が短くなるように制御する燃料電池システム。
2. 前記制御器は、前記燃料電池の発電を開始後、前記第２運転を所定時間行う請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記制御器は、前記循環ポンプの出力に異常が生じた場合、前記第２運転を行う請求項１記載の燃料電池システム。
4. 前記制御器は、前記燃料電池の発電を開始後、前記第２運転を所定時間行った後、前記循環ポンプの出力に異常が生じた場合には、さらに前記第２運転を行う請求項１記載の燃料電池システム。
5. 燃料電池と、前記燃料電池と熱交換する熱媒体が通流する循環経路と、前記循環経路に熱媒体を送る循環ポンプと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
   前記燃料電池の起動中に前記循環ポンプを間欠運転する第１運転ステップと、
   前記燃料電池の発電中に前記循環ポンプを間欠運転する第２運転ステップと、を含み、
   間欠運転する際の前記循環ポンプの運転停止から運転再開までの時間を停止時間とした場合、前記第１運転ステップでの前記停止時間である第１停止時間より、前記第２運転ステップでの前記停止時間である第２停止時間が短い、
   燃料電池システムの運転方法。

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