JP2000228209A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の始動時に燃料電池を迅速に適正な
温度にすると共に燃料電池システムのエネルギ効率をよ
り高くする。 【解決手段】 燃料電池システム２０は、燃料電池３０
を包み込むように配置された加温装置４０を備える。加
温装置４０には、酸素が供給されると酸化反応を生じて
発熱し、水素が供給されると還元反応が生じて元に戻る
発熱体が充填されている。燃料電池３０の始動時には、
ブロワ６０により加温装置４０に空気を導入して加温装
置４０内の発熱体を発熱させることにより燃料電池３０
を加温する。燃料電池３０が定常運転になると、燃料電
池３０から排出される燃料オフガスを加温装置４０に導
入して発熱体を還元する。この結果、燃料電池３０は迅
速に適温となる。また、空気や燃料オフガスを用いて繰
り返し燃料電池３０を加温できるから、システム全体の
エネルギ効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、詳しくは、燃料の供給を受けて発電する燃料電
池を中心として構成される燃料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料としての水素を含有する燃料ガスと
酸素を含有する酸化ガスとの供給を受ける燃料電池（例
えば固体高分子型燃料電池やりん酸型燃料電池など）で
は、次式（１）および（２）の反応により、化学エネル
ギが直接電気エネルギに変換される。

【０００３】 アノード反応（燃料極） Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１） カソード反応（酸素極） ２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ （２）

【０００４】こうした反応を効率よく行なうために燃料
を電極へ連続的に供給すると共に、上述の反応が効率よ
く生じるよう燃料電池の温度は管理されている。例え
ば、固体高分子型燃料電池であれば高分子膜の許容温度
などを考慮して８０〜１１０℃程度に管理されており、
りん酸型燃料電池であれば１００〜２００℃程度に管理
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池の始動時では、燃料電池は適正な温度に至っていない
から、効率よく上述の反応を行なって発電することがで
きないという問題があった。また、上述の式（２）の反
応から明らかなように、燃料電池では水が生成されるか
ら、冬季にはその水が燃料電池の内部で凍って燃料の電
極への連続的な供給を妨げるという問題もあった。

【０００６】こうした問題に対して、本出願人は燃料電
池の始動時に燃料の一部を燃焼させて得られる熱を熱源
として燃料電池を加温する燃料電池システムを提案して
（特開平８−２７３６８９号公報）、燃料電池の始動時
に燃料電池を迅速に適正な温度にすると共に、冬季に燃
料電池内で凍った氷を解凍し燃料の電極への連続的な供
給を確保している。

【０００７】本発明の燃料電池システムは、前述の提案
のシステムとは異なる手法により燃料電池の始動時に燃
料電池を迅速に適正な温度にすることを目的の一つとす
る。また、本発明の燃料電池システムは、エネルギ効率
をより高くすることを目的の一つとする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池システムは、上述の目的の少なくとも一
部を達成するために以下の手段を採った。

【０００９】本発明の第１の燃料電池システムは、燃料
の供給を受けて発電する燃料電池を中心として構成され
る燃料電池システムであって、酸化反応により発熱する
発熱体を収納する発熱体収納手段と、該発熱体収納手段
に酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段
と、前記発熱体により生じる熱を熱源として前記燃料電
池を加温する加温手段とを備えることを要旨とする。

【００１０】この本発明の燃料電池システムによれば、
酸化ガス供給手段により発熱体収納手段に酸素を含有す
る酸化ガスを供給して発熱体収納手段に収納された発熱
体の酸化反応を生じさせ、これにより生じる熱を熱源と
して加温手段により燃料電池を加温することができる。
したがって、酸化ガス供給手段による酸化ガスの発熱体
収納手段への供給を管理することにより何時でも燃料電
池を加温することができる。

【００１１】こうした本発明の燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池の始動時に前記加温手段により該燃料
電池が加温されるよう該加温手段を制御する加温制御手
段を備えるものとすることもできる。こうすれば、燃料
電池の始動時に迅速に燃料電池を加温して運転に適正な
温度とすることができる。

【００１２】この加温制御手段を備える本発明の燃料電
池システムにおいて、前記酸化ガスにより酸化された前
記発熱体を還元可能な還元ガスを前記発熱体収納手段に
供給する還元ガス供給手段と、前記燃料電池の加温が終
了した後に前記還元ガス供給手段により前記発熱体収納
手段に前記還元ガスが供給されるよう該還元ガス供給手
段を制御する還元制御手段とを備えるものとすることも
できる。こうすれば、発熱体を還元して再び発熱に使用
することができる。この結果、発熱体の交換を行なうこ
となしに燃料電池の始動時の加温を繰り返し行なうこと
ができる。この態様の本発明の燃料電池システムにおい
て、前記還元ガスは水素を含有する水素リッチガスであ
るものとすることもできる。また、この還元ガスにより
発熱体を還元する態様の本発明の燃料電池システムにお
いて、前記燃料電池は水素を含有する燃料ガスを燃料の
一つとする燃料電池であり、前記還元ガスは前記燃料電
池の発電に用いられた燃料ガスの残余のガスであるもの
とすることもできる。こうすれば、燃料ガスを有効に用
いることができるから、エネルギ効率も向上させること
ができる。

【００１３】また、加温制御手段を備える本発明の燃料
電池システムにおいて、前記発熱体収納手段に熱を供給
可能な熱供給手段と、前記燃料電池の加温が終了した後
に前記熱供給手段により前記発熱体収納手段に熱が供給
されるよう該熱供給手段を制御する熱供給制御手段とを
備え、前記発熱体は熱の供給を受けて還元される材料で
あるものとすることもできる。こうすれば、発熱体を還
元して再び発熱に使用することができる。この結果、発
熱体の交換を行なうことなしに燃料電池の始動時の加温
を繰り返し行なうことができる。

【００１４】この態様の本発明の燃料電池システムにお
いて、炭化水素系からなる燃料を改質して水素を含有す
る燃料ガスを生成する改質器を備え、前記熱供給手段は
前記改質器の熱を前記発熱体収納手段に供給する手段で
あるものとすることもできる。こうすれば改質器の熱を
用いて発熱体を還元することができるから、特別な熱源
を設ける必要がない。

【００１５】これらの種々の態様を含めた本発明の燃料
電池システムにおいて、前記加温手段は、前記燃料電池
の少なくとも一部に接触して該燃料電池に熱を供給する
前記発熱体収納手段であるものとすることもできる。こ
うすれば発熱体収納手段そのものが加温手段になるから
コンパクトなシステムにすることができる。ここで、
「燃料電池の少なくとも一部に接触して」であるから、
発熱体収納手段が燃料電池に併設して設けられているも
のを含む他、発熱体収納手段の一部または全部が燃料電
池の内部に設けられているものや発熱体収納手段が燃料
電池を覆うものなども含まれる。

【００１６】また、本発明の燃料電池システムにおい
て、前記発熱体収納手段は内部に前記発熱体により生じ
る熱と熱交換可能な管路を有し、前記加温手段は前記発
熱体収納手段の内部の管路を介して所定のガスを前記燃
料電池の燃料の流路の少なくとも一部に供給する手段で
あるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池と
発熱体収納手段とを別体のものとすることができるか
ら、一体のものとしたものと比して燃料電池や発熱体収
納手段の構成をシンプルなものにすることができる。な
お、「燃料の流路の少なくとも一部」であるから、アノ
ード側の燃料の流路にのみ所定のガスを供給するものや
カソード側の燃料の流路にのみ所定のガスを供給するも
のが含まれる他、アノード側の燃料の流路とカソード側
の燃料の流路の双方に所定のガスを供給するものや、そ
れらの流路の一部のみに所定のガスを供給するものなど
も含まれる。この態様の本発明の燃料電池システムにお
いて、前記所定のガスは空気であるものとすることもで
きる。こうすれば、所定のガスを貯蔵する必要がない。

【００１７】こうした加温された所定のガスにより燃料
電池を加温する本発明の燃料電池システムにおいて、前
記燃料電池の燃料の流路に不活性ガスを供給可能な不活
性ガス供給手段と、前記加温手段による前記燃料電池の
加温が終了したとき前記不活性ガス供給手段により前記
燃料電池の燃料の流路に前記不活性ガスが供給されるよ
う該不活性ガス供給手段を制御する不活性ガス供給制御
手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、
燃料電池の運転を開始したときに燃料電池の燃料の流路
に残留している所定のガスと燃料との反応を防止するこ
とができる。特に、水素を含有する燃料ガスの流路に所
定のガスとして空気を供給するものではその効果が大き
い。

【００１８】さらに、本発明の燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池は該燃料電池と熱交換可能な熱交換媒
体の流路を有し、前記発熱体収納手段は内部に前記発熱
体により生じる熱と熱交換可能な管路を有し、前記加温
手段は前記発熱体収納手段の内部の管路を介して前記熱
交換媒体を該熱交換媒体の流路に供給する手段であるも
のとすることもできる。こうすれば、燃料電池と熱交換
可能な熱交換媒体を加温することにより燃料電池を加温
することができる。この態様の本発明の燃料電池システ
ムにおいて、前記熱交換媒体の流路は、前記燃料電池を
冷却する冷却媒体の流路であるものとすることができ
る。こうすれば、燃料電池を冷却する冷却媒体を加温す
ることにより燃料電池を加温することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池システム２０の構成の概略を示す構成図であ
る。図示するように、実施例の燃料電池システム２０
は、メタノールを貯蔵するメタノールタンク２２と、水
を貯蔵する水タンク２４と、メタノールタンク２２から
供給されるメタノールと水タンク２４から供給される水
とから水素を含有する燃料ガスを生成する改質器２６
と、改質器２６により生成された燃料ガスと酸素を含有
する酸化ガス（例えば、空気）との供給を受けて発電す
る固体高分子型の燃料電池３０と、燃料電池３０を加温
する加温装置４０と、燃料電池システム２０の運転をコ
ントロールする電子制御ユニット５０とを備える。

【００２０】改質器２６には、メタノールの改質反応に
必要な熱を供給する必要から改質器２６を加熱する燃焼
部２８が設けられている。この燃焼部２８にはメタノー
ルタンク２２から改質器２６に至るメタノールの供給管
からの分岐管が接続されており、メタノールタンク２２
から燃料としてのメタノールが供給されるようになって
いる。また、燃焼部２８には、燃料電池３０で用いた燃
料ガスの残余のガス（以下、燃料オフガスという）も導
入され、燃料オフガス中の水素を燃料として燃焼できる
ようになっている。なお、燃焼部２８による改質器２６
の加熱は、電子制御ユニット５０により制御されてお
り、改質器２６中の図示しない各反応層の温度は反応に
適した温度に略一定に保たれるようになっている。

【００２１】燃料電池３０は、単電池３１を複数積層し
て構成される固体高分子型燃料電池である。図２に燃料
電池３０を構成する単電池３１の概略構成を示す。図示
するように、単電池３１は、フッ素系樹脂などの高分子
材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電解
質膜３２と、白金または白金と他の金属からなる合金の
触媒が練り込められたカーボンクロスにより形成され触
媒が練り込められた面で電解質膜３２を挟持してサンド
イッチ構造を構成するガス拡散電極としてのアノード３
３およびカソード３４と、このサンドイッチ構造を両側
から挟みつつアノード３３およびカソード３４とで燃料
ガスや酸化ガスの流路３６，３７を形成すると共に隣接
する単電池３１との間の隔壁をなす２つのセパレータ３
５とにより構成されている。

【００２２】加温装置４０は、燃料電池３０を包み込む
ように構成されており、その内部には発熱体としての鉄
が充填されている。この発熱体としての鉄は酸素の供給
を受けて次式（３）の反応により酸化する際に発熱し、
式（３）の生成物である酸化第二鉄は還元剤としての水
素の供給を受けて次式（４）の反応により鉄に還元され
る。

【００２３】 ２Ｆｅ＋（３／２）Ｏ₂→Ｆｅ₂Ｏ₃＋１９７．３ｋｃａｌ （３） Ｆｅ₂Ｏ₃＋３Ｈ₂→２Ｆｅ＋３Ｈ₂Ｏ−２３．６ｋｃａｌ （４）

【００２４】加温装置４０の内部には、発熱体としての
鉄に酸素を含有する酸化ガスや水素を含有する水素リッ
チガスを供給するガス供給管４２が設けられている。こ
のガス供給管４２の供給口４３は流入管４５に接続され
ており、この流入管４５は、三方弁６２を介してブロワ
６０により燃料電池３０のカソード３４に酸化ガスとし
ての空気を供給する酸化ガス供給管７０に接続されると
共に三方弁６４を介して燃料電池３０のアノード３３側
から排出される燃料オフガスのオフガス排出管７２に接
続されている。一方、ガス供給管４２の排出口４４は排
出管４６に接続されており、この排出管４６は、三方弁
６６を介してオフガス排出管７２の三方弁６４より下流
側に接続されている。また、オフガス排出管７２の三方
弁６４と三方弁６６との間の管路には管路を仕切る仕切
弁６８が設けられている。

【００２５】したがって、流入管４５と酸化ガス供給管
７０とが連通し流入管４５とオフガス排出管７２とが連
通しないように三方弁６２と三方弁６４とを操作し、排
出管４６とオフガス排出管７２とが連通するように三方
弁６６を操作すると共に仕切弁６８によりオフガス排出
管７２を仕切ってブロワ６０を駆動すれば、酸化ガスと
しての空気がガス供給管４２を介して加温装置４０に供
給されて鉄が酸化し発熱して燃料電池３０を加温する。
一方、流入管４５とオフガス排出管７２とが連通し流入
管４５と酸化ガス供給管７０とが連通しないよう三方弁
６２と三方弁６４とを操作し、排出管４６とオフガス排
出管７２とが連通するよう三方弁６６を操作すると共に
仕切弁６８によりオフガス排出管７２を仕切れば、燃料
オフガスがガス供給管４２を介して加温装置４０に供給
されて酸化第二鉄が燃料オフガス中の水素によって還元
されて鉄になる。なお、燃料電池３０を定常運転してい
るときには、流入管４５が酸化ガス供給管７０やオフガ
ス排出管７２と連通しないよう三方弁６２と三方弁６４
とが操作され、排出管４６がオフガス排出管７２と連通
しないよう三方弁６６が操作されると共に、燃料電池３
０から排出される燃料オフガスが改質器２６の燃焼部２
８に導入されるよう仕切弁６８は開口されている。

【００２６】電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中
心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとし
て構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ５
４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ５６と、入出力
ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット
５０には、燃料電池３０に取り付けられた燃料電池温度
センサ３８からの燃料電池３０の温度ＴＳや加温装置４
０に取り付けられた加温装置温度センサ４８からの加温
装置４０の温度ＴＦ，燃料電池システム２０を始動する
際に操作者により操作されるスタータスイッチ５８から
のスタータ信号ＳＴ，改質器２６に取り付けられた図示
しない改質器温度センサからの改質器２６の反応層の温
度などが入力ポートを介して入力されている。また、電
子制御ユニット５０からは、ブロワ６０への駆動信号や
三方弁６２，６４，６６のアクチュエータ６３，６５，
６７への駆動信号，仕切弁６８のアクチュエータ６９へ
の駆動信号，改質器２６の燃焼部２８やメタノールや水
の図示しない供給ポンプなどへの駆動信号などが出力ポ
ートを介して出力されている。

【００２７】次に、こうして構成された燃料電池システ
ム２０の動作、特に燃料電池３０の始動時の動作につい
て説明する。図３は、燃料電池３０の始動時に電子制御
ユニット５０により実行される燃料電池始動時制御ルー
チンの一例を示すフローチャートである。このルーチン
は、操作者によりスタータスイッチ５８が操作されてス
タータ信号ＳＴがＯＮとされたときに実行される。

【００２８】燃料電池始動時制御ルーチンが実行される
と、ＣＰＵ５２は、まず加温装置４０へ空気を導入する
処理を実行する（ステップＳ１００）。具体的には、電
子制御ユニット５０の出力ポートから三方弁６２，６
４，６６のアクチュエータ６３，６５，６７や仕切弁６
８のアクチュエータ６９，ブロワ６０に駆動信号を出力
して、流入管４５と酸化ガス供給管７０とが連通し流入
管４５とオフガス排出管７２とが連通しないよう三方弁
６２と三方弁６４とを操作し、排出管４６とオフガス排
出管７２とが連通するよう三方弁６６を操作すると共に
仕切弁６８によりオフガス排出管７２を仕切った後にブ
ロワ６０を駆動して空気を加温装置４０のガス供給管４
２に供給するのである。この結果、加温装置４０に充填
された鉄は空気中の酸素と反応して酸化第二鉄となる際
に発熱し、燃料電池３０を加温する。

【００２９】続いて、燃料電池温度センサ３８により検
出される燃料電池３０の温度ＴＳを読み込み（ステップ
Ｓ１０２）、読み込んだ温度ＴＳを閾値Ｔｒｅｆと比較
する（ステップＳ１０４）。閾値Ｔｒｅｆは、実施例で
は燃料電池３０が定常運転しているときの適正な温度よ
り若干低い温度に設定されているが、定常運転している
ときの適正な温度やこれよりずっと低い温度に設定して
も差し支えない。燃料電池３０の温度ＴＳが閾値Ｔｒｅ
ｆに至っていないときには、燃料電池３０の運転開始の
条件としてはまだ良くないと判断し燃料電池３０の温度
ＴＳが閾値Ｔｒｅｆ以上となるまで燃料電池３０の温度
ＴＳを読み込んで閾値Ｔｒｅｆと比較する処理を繰り返
す。

【００３０】燃料電池３０の温度ＴＳが閾値Ｔｒｅｆ以
上となったら、燃料電池３０の運転を開始する条件が成
立したと判断し、加温装置４０への空気の導入を停止す
ると共に燃料電池３０の運転を開始する（ステップＳ１
０６，Ｓ１０８）。具体的には、電子制御ユニット５０
の出力ポートから三方弁６２，６４，６６のアクチュエ
ータ６３，６５，６７や仕切弁６８のアクチュエータ６
９に駆動信号を出力して、流入管４５と酸化ガス供給管
７０とが連通せず流入管４５とオフガス排出管７２とが
連通するよう三方弁６２と三方弁６４とを操作し、排出
管４６とオフガス排出管７２とが連通しないよう三方弁
６６を操作すると共に仕切弁６８を開口した後に燃料電
池３０に燃料ガスを供給するのである。この結果、改質
器２６により生成される燃料ガスが燃料電池３０を構成
する各単電池３１のセパレータ３５の流路３６に供給さ
れると共にブロワ６０により酸化ガスとしての空気がセ
パレータ３５の流路３７に供給されて、燃料電池３０は
上述した式（１）および式（２）の反応により発電す
る。

【００３１】次に、燃料電池３０が定常運転されるのを
待って（ステップＳ１１０）、加温装置４０に燃料オフ
ガスを導入する処理を実行する（ステップＳ１１２）。
燃料電池３０の運転が定常運転に至ったか否かの判定
は、燃料電池３０から出力される電圧や電流の値，改質
器２６の運転の状態などにより判定することができる
し、定常運転に至るまでの時間を予め計っておいてその
時間より長い時間を経過したときに定常運転に至ったと
判定することもできる。加温装置４０に燃料オフガスを
導入する処理は、具体的には、電子制御ユニット５０の
出力ポートから三方弁６４，６６のアクチュエータ６
５，６７や仕切弁６８のアクチュエータ６９に駆動信号
を出力して、流入管４５とオフガス排出管７２とが連通
するよう三方弁６４を操作し、排出管４６とオフガス排
出管７２とが連通するよう三方弁６６を操作すると共に
仕切弁６８によりオフガス排出管７２を仕切ることによ
り行なう。この操作により、燃料電池３０から排出され
た燃料オフガスが流入管４５を介して加温装置４０に供
給され、加温装置４０に充填されて酸化された鉄（酸化
第二鉄）は燃料オフガス中の水素によって還元されて鉄
に戻される。

【００３２】そして、所定時間が経過するのを待って
（ステップＳ１１４）、加温装置４０への燃料オフガス
の導入を停止して（ステップＳ１１６）、本ルーチンを
終了する。ここで、所定時間が経過するのを待つのは、
加温装置４０に充填されて酸化された鉄（酸化第二鉄）
が水素によって十分に還元されて鉄に戻されるのを待つ
ためである。したがって、所定時間は、加温装置４０に
充填されて酸化された鉄のほぼすべてが還元されるのに
要する時間以上の時間に設定されるものであり、加温装
置４０に充填される鉄の量や加温装置４０の構造などに
より定められる。加温装置４０への燃料オフガスの導入
の停止は、具体的には、電子制御ユニット５０の出力ポ
ートから三方弁６４，６６のアクチュエータ６５，６７
や仕切弁６８のアクチュエータ６９に駆動信号を出力し
て、流入管４５とオフガス排出管７２とが連通しないよ
う三方弁６４を操作し、排出管４６とオフガス排出管７
２とが連通しないよう三方弁６６を操作すると共に仕切
弁６８を開口することにより行なう。

【００３３】以上説明した実施例の燃料電池システム２
０によれば、燃料電池３０の始動時に燃料電池３０を加
温することができる。この結果、燃料電池３０を始動時
から効率よく運転することができる。また、燃料電池３
０の内部に生じる水が凍る冬季や厳寒地でも水の凍結に
よる各単電池３１への燃料ガスや酸化ガスの供給の阻害
を防止することができる。しかも、加温装置４０に充填
された鉄を酸化する酸化ガスとして空気を用いるから、
特別な酸化ガスを蓄える必要がない。また、酸化された
発熱体である鉄（酸化第二鉄）は、燃料電池３０を加温
した後に還元剤としての水素により還元されて鉄に戻さ
れるから、発熱体としての鉄を取り換えることなく繰り
返し燃料電池３０の始動時の加温に使用することができ
る。しかも、酸化第二鉄を還元する還元ガスとして燃料
オフガスを用いるから、特別な還元ガスを蓄える必要が
なく、メタノールや燃料ガスの一部を燃焼して燃料電池
を加温するものに比してシステム全体としてのエネルギ
効率を向上させることができる。

【００３４】実施例の燃料電池システム２０では、燃料
電池３０を包み込むように加温装置４０を構成したが、
加温装置で燃料電池３０を完全に包み込まない構成とし
たり、燃料電池３０に加温装置を密接して配置しその接
触部から熱を供給する構成としたり、燃料電池の内部に
加温装置を含ませ燃料電池を内部から加温するものとし
てもよい。

【００３５】次に本発明の第２の実施例としての燃料電
池システム１２０について説明する。図４は、第２実施
例の燃料電池システム１２０の概略の構成を示す概略構
成図である。図示するように、第２実施例の燃料電池シ
ステム１２０は、メタノールタンク１２２から供給され
るメタノールと水タンク１２４から供給される水とから
水素を含有する燃料ガスを生成する改質器１２６と、改
質器１２６により生成された燃料ガスと酸素を含有する
酸化ガス（例えば、空気）との供給を受けて発電する固
体高分子型の燃料電池１３０と、燃料電池１３０を加温
する加温装置１４０と、燃料電池１３０のアノード側を
パージするパージガス（例えば、アルゴンなどの不活性
ガスなど）を貯蔵するパージガスタンク１８０と、燃料
電池システム１２０の運転をコントロールする電子制御
ユニット１５０とを備える。第２実施例の燃料電池シス
テム１２０が備えるこれらの構成のうち、加温装置１４
０の構造と管路の接続状態，パージガスタンク１８０の
設置を除いて第１実施例の燃料電池システム２０と同一
の構成である。したがって、第２実施例の燃料電池シス
テム１２０の構成のうち第１実施例の燃料電池システム
２０の構成と同一の構成についてはその説明を省略す
る。なお、第２実施例の燃料電池システム１２０では、
第１実施例の燃料電池システム２０の構成に相当する構
成に対して１００を加えた符号を付けて表示した。

【００３６】加温装置１４０は、燃料電池１３０を包み
込む形状になっていない点を除いて第１実施例の加温装
置４０と同様である。即ち、内部に発熱体としての鉄が
充填されており、内部にこの発熱体としての鉄に酸素を
含有する酸化ガスや水素を含有する水素リッチガスを供
給するガス供給管１４２が設けられている。

【００３７】ガス供給管１４２の第１出入口１４３は第
１出入管１４５に接続されており、第１出入管１４５
は、三方弁１６２を介して酸化ガス供給管１７０に接続
されていると共に、三方弁１７４を介してオフガス排出
管１７２に接続されている。ガス供給管１４２のもう一
方の出入り口である第２出入口１４４は第２出入管１４
６に接続されており、第２出入管１４６は、三方弁１６
６と三方弁１６４とを介してそれぞれ改質器１２６によ
り生成された燃料ガスを燃料電池３０に供給する燃料ガ
ス供給管１７１と酸化ガス供給管７０とに接続されてい
ると共に、三方弁１６８を介してオフガス排出管１７２
に接続されている。

【００３８】したがって、第１出入管１４５と酸化ガス
供給管１７０とが連通するよう三方弁１６２を操作し、
第２出入管１４６と酸化ガス供給管１７０および燃料ガ
ス供給管１７１とが連通するよう三方弁１６４および三
方弁１６６を操作すると共に、第１出入管１４５とオフ
ガス排出管１７２が連通せず第２出入管１４６とオフガ
ス排出管１７２とが連通しないよう三方弁１７４と三方
弁１６８とを操作してブロワ１６０を駆動すれば、酸化
ガスとしての空気が第１出入管１４５から加温装置１４
０に供給されて鉄が酸化され発熱する。この熱で加温さ
れた空気は、第２出入管１４６を介して燃料電池１３０
のアノード側およびカソード側の流路に供給されるか
ら、燃料電池１３０を加温することができる。一方、第
１出入管１４５と酸化ガス供給管１７０とが連通しない
よう三方弁１６２を操作し、第２出入管１４６と酸化ガ
ス供給管１７０および燃料ガス供給管１７１とが連通し
ないよう三方弁１６４と三方弁１６６とを操作すると共
に、第２出入管１４６とオフガス排出管１７２とを連通
し第１出入管１４５とオフガス排出管１７２とを連通す
るよう三方弁１６８と三方弁１７４とを操作すれば、燃
料オフガスが第２出入管１４６を介して加温装置１４０
に供給されて酸化第二鉄が燃料オフガス中の水素によっ
て還元されて鉄になる。なお、燃料電池１３０を定常運
転しているときには、第１出入管１４５が酸化ガス供給
管１７０やオフガス排出管１７２のいずれとも連通しな
いよう三方弁１６２と三方弁１７４とが操作され、第１
出入管１４５が酸化ガス供給管１７０や酸化ガス供給管
１７０，燃料ガス供給管１７１のいずれとも連通しない
よう三方弁１６８と三方弁１７４とが操作されている。
こうした三方弁１６２，１６４，１６６，１６８，１７
４のアクチュエータ１６３，１６５，１６７，１６９，
１７５は電子制御ユニット１５０に信号ラインで接続さ
れており、電子制御ユニット１５０からの駆動信号によ
って駆動制御されている。

【００３９】パージガスタンク１８０の出口１８１は三
方弁１８２を介して燃料ガス供給管１７１に接続されて
おり、出口１８１と燃料ガス供給管１７１を連通するよ
う三方弁１８２を操作することにより燃料電池１３０の
アノード側にパージガスが供給できるようになってい
る。なお、三方弁１８２のアクチュエータ１８３は電子
制御ユニット１５０に信号ラインで接続されており、電
子制御ユニット１５０からの駆動信号によって駆動制御
されている。

【００４０】次に、こうして構成された第２実施例の燃
料電池システム１２０による燃料電池１３０の始動時の
動作について説明する。図５は、燃料電池１３０の始動
時に電子制御ユニット１５０により実行される燃料電池
始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートであ
る。このルーチンは、操作者によりスタータスイッチ１
５８が操作されてスタータ信号ＳＴがＯＮとされたとき
に実行される。

【００４１】燃料電池始動時制御ルーチンが実行される
と、ＣＰＵ１５２は、まず加温装置１４０へ空気を導入
する処理を実行する（ステップＳ２００）。具体的に
は、電子制御ユニット１５０の出力ポートから三方弁１
６２，１６４，１６６，１６８，１７４のアクチュエー
タ１６３，１６５，１６７，１６９，１７５とブロワ１
６０に駆動信号を出力して、第１出入管１４５と酸化ガ
ス供給管１７０とが連通するよう三方弁１６２を操作
し、第２出入管１４６と酸化ガス供給管１７０および燃
料ガス供給管１７１とが連通するよう三方弁１６４と三
方弁１６６とを操作すると共に、第１出入管１４５とオ
フガス排出管１７２が連通せず第２出入管１４６とオフ
ガス排出管１７２とが連通しないよう三方弁１７４と三
方弁１６８とを操作した後にブロワ１６０を駆動して空
気を加温装置１４０のガス供給管１４２に供給するので
ある。この結果、加温装置１４０に充填された鉄は空気
中の酸素と反応して酸化第二鉄となる際に発熱し、この
発熱により加温された残余の空気が燃料電池１３０のア
ノード側およびカソード側の燃料の流路に供給されるか
ら、燃料電池１３０は加温される。

【００４２】続いて、燃料電池温度センサ１３８により
検出される燃料電池１３０の温度ＴＳが閾値Ｔｒｅｆ以
上となるのを待って、加温装置１４０への空気の導入を
停止する（ステップＳ２０２，Ｓ２０４，Ｓ２０６）。
ここで、燃料電池１３０の温度ＴＳが閾値Ｔｒｅｆ以上
になるのを待つ理由については第１実施例と同様であ
る。加温装置１４０への空気の導入の停止は、具体的に
は、電子制御ユニット１５０の出力ポートから三方弁１
６２，１６４，１６６，１６８，１７４のアクチュエー
タ１６３，１６５，１６７，１６９，１７５とブロワ１
６０に駆動信号を出力して、第１出入管１４５と酸化ガ
ス供給管１７０とが連通しないよう三方弁１６２を操作
し、第２出入管１４６と酸化ガス供給管１７０および燃
料ガス供給管１７１とが連通しないよう三方弁１６４と
三方弁１６６とを操作すると共に、第１出入管１４５と
オフガス排出管１７２が連通し第２出入管１４６とオフ
ガス排出管１７２とが連通するよう三方弁１７４と三方
弁１６８とを操作することにより行なう。

【００４３】次に、アノード側の燃料の流路をパージす
る処理を実行する（ステップＳ２０７）。パージは、具
体的には、電子制御ユニット１５０の出力ポートから三
方弁１８２のアクチュエータ１８３に駆動信号を出力し
てパージガスタンク１８０の出口１８１と燃料ガス供給
管１７１とが連通するように三方弁１８２を操作するこ
とにより行なわれる。なお、このパージの処理は、更に
パージの終了処理として操作した三方弁１８２を元に戻
す処理も含まれる。

【００４４】そして、燃料電池１３０の運転を開始し
（ステップＳ２０８）、燃料電池１３０が定常運転され
るのを待って（ステップＳ２１０）、加温装置１４０に
燃料オフガスを導入する処理を実行する（ステップＳ２
１２）。加温装置１４０への燃料オフガスの導入は、具
体的には、電子制御ユニット１５０の出力ポートから三
方弁１６８，１７４のアクチュエータ１６９，１７５に
駆動信号を出力して、第２出入管１４６とオフガス排出
管１７２とが連通するように三方弁１６８を操作すると
共に第１出入管１４５とオフガス排出管１７２とが連通
するよう三方弁１７４を操作することにより行なわれ
る。この操作により、燃料電池１３０から排出された燃
料オフガスが第２出入管１４６を介して加温装置１４０
に供給され、加温装置１４０に充填されて酸化された鉄
（酸化第二鉄）は燃料オフガス中の水素によって還元さ
れて鉄に戻される。

【００４５】そして、所定時間が経過するのを待って
（ステップＳ２１４）、加温装置１４０への燃料オフガ
スの導入を停止して（ステップＳ２１６）、本ルーチン
を終了する。ここで、所定時間の意味は第１実施例と同
様である。加温装置１４０への燃料オフガスの導入の停
止は、具体的には、電子制御ユニット１５０の出力ポー
トから三方弁１６８，１７４のアクチュエータ１６９，
１７５に駆動信号を出力して、第２出入管１４６とオフ
ガス排出管１７２とが連通しないよう三方弁１６８を操
作し、第１出入管１４５とオフガス排出管１７２とが連
通しないよう三方弁１７４を操作することにより行なわ
れる。

【００４６】以上説明した第２実施例の燃料電池システ
ム１２０によれば、燃料電池１３０の始動時に燃料電池
１３０を内部から加温することができる。この結果、燃
料電池１３０を迅速に加温して始動することができると
共に、燃料電池１３０を始動時から効率よく運転するこ
とができる。また、燃料電池１３０の内部に生じる水が
凍る冬季や厳寒地でも水の凍結による各単電池への燃料
ガスや酸化ガスの供給の阻害を防止することができる。
しかも、加温装置１４０に充填された鉄を酸化する酸化
ガスとして空気を用いるから、特別な酸化ガスを蓄える
必要がない。また、酸化された発熱体である鉄（酸化第
二鉄）は、燃料電池１３０を加温した後に還元剤として
の水素により還元されて鉄に戻されるから、発熱体とし
ての鉄を取り換えることなく繰り返し燃料電池１３０の
始動時の加温に使用することができる。しかも、酸化第
二鉄を還元する還元ガスとして燃料オフガスを用いるか
ら、特別な還元ガスを蓄える必要がなく、メタノールや
燃料ガスの一部を燃焼して燃料電池を加温するものに比
してシステム全体としてのエネルギ効率を向上させるこ
とができる。

【００４７】第２実施例の燃料電池システム１２０で
は、加温装置１４０により加温された空気を燃料電池１
３０のアノード側とカソード側の双方の燃料の流路に流
して燃料電池１３０を加温したが、加温装置１４０によ
り加温された空気をアノード側の流路にだけ流すものと
してもよく、あるいはカソード側の流路にのみ流すもの
としてもよい。特にカソード側の流路にのみ流す構成と
すれば、パージガスによるパージは不要となり、燃料電
池１３０の始動の手順が簡単なものとなる。

【００４８】次に本発明の第３の実施例としての燃料電
池システム２２０について説明する。図６は、第３実施
例の燃料電池システム２２０の概略の構成を示す概略構
成図である。図示するように、第３実施例の燃料電池シ
ステム２２０は、メタノールタンク２２２から供給され
るメタノールと水タンク２２４から供給される水とから
水素を含有する燃料ガスを生成する改質器２２６と、改
質器２２６により生成された燃料ガスと酸素を含有する
酸化ガス（例えば、空気）との供給を受けて発電する固
体高分子型の燃料電池２３０と、燃料電池２３０を加温
する加温装置２４０と、燃料電池１３０を冷却する冷却
装置２８０と、燃料電池システム２２０の運転をコント
ロールする電子制御ユニット２５０とを備える。第３実
施例の燃料電池システム２２０が備えるこれらの構成の
うち、加温装置２４０の構造と燃料電池２３０の構造と
冷却装置２８０とが異なる点を除いて第１実施例の燃料
電池システム２０と同一の構成である。したがって、第
３実施例の燃料電池システム２２０の構成のうち第１実
施例の燃料電池システム２０の構成と同一の構成につい
てはその説明を省略する。なお、第３実施例の燃料電池
システム２２０では、第１実施例の燃料電池システム２
０の構成に相当する構成に対して２００を加えた符号を
付けて表示した。

【００４９】燃料電池２３０は、第１実施例の燃料電池
３０と同一の構成に加えて、燃料電池２３０を冷却する
ための冷却媒体としての冷却水の流路（以下、冷却水流
路という）２３９が設けられている。

【００５０】加温装置２４０は、燃料電池１３０を包み
込む形状になっていない点は第２実施例の加温装置１４
０と同様であり、内部には発熱体としての鉄が充填され
ており、この発熱体としての鉄に酸素を含有する酸化ガ
スや水素を含有する水素リッチガスを供給するガス供給
管２４２が設けられている。加温装置２４０は、さら
に、内部に熱交換可能な熱交換管路２８７を備え、この
熱交換管路２８７は冷却装置２８０からの分岐管２８
６，２８８に接続されている。加温装置２４０のガス供
給管２４２と酸化ガス供給管２７０およびオフガス排出
管２７２の接続は第１実施例の加温装置４０と同様であ
る。

【００５１】冷却装置２８０は、燃料電池２３０の冷却
水流路２３９に接続された冷却管路２８４と、これに冷
却水を圧送するポンプ２８１と、冷却水を貯蔵する冷却
水タンク２８２とから構成されている。冷却管路２８４
は、三方弁２９４と三方弁２９６を介して分岐管２８６
と分岐管２８８とそれぞれ接続されている。また、冷却
管路２８４は、ポンプ２８１の上流側に取り付けられた
三方弁２９２と燃料電池２３０の下流側に設けられた三
方弁２９８を介して循環路を形成できるようになってい
る。したがって、冷却管路２８４が分岐管２８６，２８
８とそれぞれ連通するように三方弁２９４と三方弁２９
６とを操作すると共に冷却管路２８４が循環路となるよ
う三方弁２９２と三方弁２９８とを操作してポンプ２８
１を駆動すれば、加温装置２４０が発熱しているときに
は、冷却水は、分岐管２８６を介して加温装置２４０内
の熱交換管路２８７に至り、ここで熱交換して加温さ
れ、分岐管２８８と冷却管路２８４を介して燃料電池２
３０の冷却水流路２３９に圧送されて燃料電池２３０を
加温する。なお、三方弁２９２，２９４，２９６，２９
８のアクチュエータ２９３，２９５，２９７，２９９
は、電子制御ユニット１５０に信号ラインにより接続さ
れており、電子制御ユニット１５０からの駆動信号によ
って駆動制御を受けるようになっている。

【００５２】次に、こうして構成された第３実施例の燃
料電池システム２２０による燃料電池２３０の始動時の
動作について説明する。図７は、燃料電池２３０の始動
時に電子制御ユニット２５０により実行される燃料電池
始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートであ
る。このルーチンは、操作者によりスタータスイッチ２
５８が操作されてスタータ信号ＳＴがＯＮとされたとき
に実行される。

【００５３】燃料電池始動時制御ルーチンが実行される
と、ＣＰＵ２５２は、まず加温装置２４０へ空気を導入
して加温装置２４０内の発熱体としての鉄を酸化させて
発熱させる処理を実行する（ステップＳ３００）。具体
的な動作については第１実施例で説明した動作と同様で
ある。続いて加温装置２４０へ冷却水流路を接続する処
理を実行し（ステップＳ３０１）、冷却水ポンプである
ポンプ２８１を駆動する（ステップＳ３０２）。加温装
置２４０への冷却水流路の接続は、具体的には、電子制
御ユニット２５０の出力ポートから三方弁２９２，２９
４，２９６，２９８のアクチュエータ２９３，２９５，
２９７，２９９に駆動信号を出力して、冷却管路２８４
と分岐管２８６および分岐管２８８とを連通するよう三
方弁２９４と三方弁２９６とを操作すると共に冷却管路
２８４が循環流路となるよう三方弁２９２と三方弁２９
８とを操作することにより行なわれる。こうしたステッ
プＳ３００ないしＳ３０２の処理によって、加温装置２
４０内の熱交換管路２８７で熱交換により加温された冷
却水により燃料電池２３０を加温することができる。

【００５４】続いて、燃料電池温度センサ２３８により
検出される燃料電池２３０の温度ＴＳが閾値Ｔｒｅｆ以
上となるのを待って、加温装置２４０への空気の導入を
停止すると共に加温装置２４０への冷却水流路の接続を
解除して冷却水のポンプ２８１を停止する処理を実行す
る（ステップＳ３０３〜Ｓ３０８）。ここで、燃料電池
２３０の温度ＴＳが閾値Ｔｒｅｆ以上になるのを待つ理
由と、加温装置２４０への空気の導入の停止の動作は第
１実施例における理由と動作と同一である。加温装置２
４０への冷却水流路の接続の解除は、具体的には、電子
制御ユニット２５０の出力ポートから三方弁２９２，２
９４，２９６，２９８のアクチュエータ２９３，２９
５，２９７，２９９に駆動信号を出力して、冷却管路２
８４と分岐管２８６および分岐管２８８との連通を解除
するよう三方弁２９４と三方弁２９６とを操作すると共
に冷却管路２８４が循環流路とならないよう三方弁２９
２と三方弁２９８とを操作することにより行なわれる。

【００５５】そして、第１実施例の燃料電池システム２
０が実行する図３の燃料電池始動時制御ルーチンのステ
ップＳ１０８ないしＳ１１６の処理と同一の処理である
ステップＳ３０９ないしＳ３１６の処理、即ち、燃料電
池２３０の運転を開始し、燃料電池２３０が定常運転さ
れるのを待って加温装置２４０に燃料オフガスを導入
し、所定時間が経過するのを待って、加温装置２４０へ
の燃料オフガスの導入を停止する処理を行なって、本ル
ーチンを終了する。これらの処理の詳細な説明は重複す
るからここでは省略する。

【００５６】以上説明した第３実施例の燃料電池システ
ム２２０によれば、燃料電池２３０の始動時に冷却水を
加温することによって燃料電池２３０を加温することが
できる。この結果、燃料電池２３０を迅速に加温して始
動することができると共に、燃料電池２３０を始動時か
ら効率よく運転することができる。この他、第３実施例
の燃料電池システム２２０でも第１実施例の燃料電池シ
ステム２０が奏する効果と同様な効果を奏することがで
きる。

【００５７】第３実施例の燃料電池システム２２０で
は、冷却装置２８０を用いて冷却水を加温することによ
り燃料電池２３０を加温するものとしたが、冷却装置２
８０以外の熱交換装置を設け、この熱交換装置の熱交換
媒体を加温装置２４０により加温し、加温された熱交換
媒体により燃料電池２３０を加温するものとしてもよ
い。もとより冷却装置２８０の冷却水に代えて他の如何
なる熱交換媒体を用いてもよい。

【００５８】第１ないし第３実施例の燃料電池システム
２０，１２０，１３０では、メタノールを改質する改質
器２６，１２６，２２６を備えるものとしたが、炭化水
素系の燃料、例えば、飽和炭化水素や不飽和炭化水素，
飽和炭化水素系のアルコールや不飽和炭化水素系のアル
コールなどを改質する改質器を備えるものとしてもよ
く、また、改質器２６，１２６，２２６に代えて水素を
貯蔵する水素タンクなどを備え、この水素タンクから燃
料電池３０，１３０，２３０に水素を供給する構成とし
てもよい。

【００５９】第１ないし第３実施例の燃料電池システム
２０，１２０，２２０では、燃料電池３０，１３０，２
３０を固体高分子型の燃料電池として構成したが、りん
酸型燃料電池など他の燃料電池であっても差し支えな
い。

【００６０】第１ないし第３実施例の燃料電池システム
２０，１２０，２２０では、加温装置４０，１４０，２
４０に充填された鉄を酸化するための酸化ガスとして空
気を用いたが、他の酸化ガスを用いるものとしてもよ
い。また、第１ないし第３実施例の燃料電池システム２
０，１２０，２２０では、酸化第二鉄を還元する還元ガ
スとして燃料オフガスを用いたが、改質器２６，１２
６，２２６により生成される燃料ガスを直接用いるもの
としてもよく、他の還元ガスを用いるものとしても差し
支えない。

【００６１】第１ないし第３実施例の燃料電池システム
２０，１２０，２２０では、酸化第二鉄を還元する還元
ガスとして燃料オフガスを用いたが、次式（５）に示す
ように、酸化第二鉄は熱を加えることにより熱分解を生
じて鉄に還元されるから、還元ガスによる酸化第二鉄の
還元に代えて熱分解による酸化第二鉄の還元としてもよ
い。

【００６２】 Ｆｅ₂Ｏ₃→２Ｆｅ＋（３／２）Ｏ₂−１９７．３ｋｃａｌ （５）

【００６３】こうした熱分解による酸化第二鉄の還元を
行なう燃料電池システム３２０の構成の一例を模式的に
図８に示す。図８には、燃料ガス供給管や酸化ガス供給
管，オフガス排出管などの管路は省略してある。これら
の管路については図１や図４，図６と同様である。この
変形例の燃料電池システム３２０は、改質器３２６と加
温装置３４０とに熱交換可能な熱交換媒体を循環させる
循環路３４６と、熱交換媒体を循環路３４６に循環させ
るための循環ポンプ３４７と、加温装置３４０と燃料電
池３３０とに熱交換可能な熱交換媒体を循環させる循環
路３４８と、熱交換媒体を循環路３４８に循環させるた
めの循環ポンプ３４９とを備える。循環路３４８と循環
ポンプ３４９とによる加温装置３４０と燃料電池３３０
との熱交換は第３実施例の冷却装置２８０による熱交換
に相当するから、これ以上の説明は省略する。改質器３
２６は、通常６００ないし８００℃で運転される反応層
を有するから循環路３４６に熱交換媒体を循環させれ
ば、加温装置３４０に熱を供給することができる。この
結果、加温装置３４０に充填され酸化された鉄は、改質
器３２６から供給される熱により熱分解する。

【００６４】こうした循環路３４６を循環する熱交換媒
体による改質器３２６から加温装置３４０への熱の供給
を、図３の燃料電池始動時制御ルーチンのステップＳ１
１２ないしＳ１１６の処理や図５の燃料電池始動時制御
ルーチンのステップＳ２１２ないしＳ２１６の処理，図
７の燃料電池始動時制御ルーチンのステップＳ３１２な
いしＳ３１６の処理に代えて行なうことができる。こう
すれば、燃料オフガスを加温装置４０，１４０，２４０
に供給する必要がなくなる。

【００６５】なお、この変形例の燃料電池システム３２
０では、改質器３２６の反応層の熱を用いて加温装置３
４０に充填され酸化された鉄を熱分解したが、改質器３
２６とは異なる熱源を別に用意するものとしてもよい。

【００６６】第１ないし第３実施例の燃料電池システム
２０，１２０，２２０では、加温装置４０，１４０，２
４０に充填する発熱体として鉄を用いたが、酸化反応に
より発熱し還元が可能な材料であれば如何なるものでも
使用できる。例えば、鉄に代えて珪素やカルシウム，マ
グネシウム，チタンなどを加温装置４０，１４０，２４
０の発熱体として充填するものとしてもよい。この場
合、発熱体の還元は燃料オフガスによってもよいし、熱
分解によってもよい。なお、各材料の反応式は以下の通
りである。

【００６７】珪素の場合 Ｓｉ＋Ｏ₂→ＳｉＯ₂＋２１６．４ｋｃａｌ ＳｉＯ₂＋２Ｈ₂→Ｓｉ＋２Ｈ₂Ｏ−１００．８ｋｃａｌ ＳｉＯ₂→Ｓｉ＋Ｏ₂−２１６．４ｋｃａｌ

【００６８】カルシウムの場合 Ｃａ＋（１／２）Ｏ₂→ＣａＯ＋１５１．６ｋｃａｌ ＣａＯ＋Ｈ２→Ｃａ＋Ｈ₂Ｏ−９３．８ｋｃａｌ ＣａＯ→Ｃａ＋（１／２）Ｏ₂−１５１．６ｋｃａｌ

【００６９】マグネシウムの場合 Ｍｇ＋（１／２）Ｏ₂→ＭｇＯ＋１４３．７ｋｃａｌ ＭｇＯ＋Ｈ₂→Ｍｇ＋Ｈ₂Ｏ−８５．９ｋｃａｌ ＭｇＯ→Ｍｇ＋（１／２）Ｏ₂−１４３．７ｋｃａｌ

【００７０】チタンの場合 Ｔｉ＋（１／２）Ｏ₂→ＴｉＯ＋１２４．９ｋｃａｌ ＴｉＯ＋Ｈ₂→Ｔｉ＋Ｈ₂Ｏ−６７．１ｋｃａｌ ＴｉＯ→Ｔｉ＋（１／２）Ｏ₂−１２４．９ｋｃａｌ

【００７１】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である燃料電池システム２
０の構成の概略を示す構成図である。

【図２】 燃料電池３０を構成する単電池３１の概略の
構成を示す構成図である。

【図３】 燃料電池３０の始動時に電子制御ユニット５
０により実行される燃料電池始動時制御ルーチンの一例
を示すフローチャートである。

【図４】 第２実施例の燃料電池システム１２０の概略
の構成を示す概略構成図である。

【図５】 第２実施例の燃料電池１３０の始動時に電子
制御ユニット１５０により実行される燃料電池始動時制
御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図６】 第３実施例の燃料電池システム２２０の概略
の構成を示す概略構成図である。

【図７】 第３実施例の燃料電池２３０の始動時に電子
制御ユニット２５０により実行される燃料電池始動時制
御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図８】 熱分解による酸化第二鉄の還元を行なう燃料
電池システム３２０の構成の一例を模式的に示す模式図
である。

【符号の説明】

２０，１２０，２２０，３２０ 燃料電池システム、２
２，１２２，２２２メタノールタンク、２４，１２４，
２２４ 水タンク、２６，１２６，２２６，３２６ 改
質器、２８，１２８，２２８ 燃焼部、３０，１３０，
２３０，３３０ 燃料電池、３１ 単電池、３２ 電解
質膜、３３ アノード、３４ カソード、３５ セパレ
ータ、３６，３７ 流路、３８ 燃料電池温度センサ、
４０，１４０，２４０，３４０ 加温装置、４２，１４
２，２４２ ガス供給管、４３，２４３ 供給口、４
４，２４４ 排出口、４５，２４５ 流入管、４６，２
４６ 排出管、４８，１４８，２４８ 加温装置温度セ
ンサ、５０，１５０，２５０，３５０ 電子制御ユニッ
ト、５２，１５２，２５２，３５２ ＣＰＵ、５４，１
５４，２５４，３５４ ＲＯＭ、５６，１５６，２５
６，３５６ ＲＡＭ、５８，１５８，２５８ スタータ
スイッチ、６０，１６０，２６０ ブロワ、６２，６
４，６６，１６２，１６４，１６６，１６８，１７４，
１８２，２６２，２６４，２６６，２９２，２９４，２
９６，２９８ 三方弁、６３，６５，６７，１６３，１
６５，１６７，１６９，１７５，１８３，２６３，２６
５，２６７，２９３，２９５，２９７，２９９ アクチ
ュエータ、６８，２６８ 仕切弁、６９，２６９ アク
チュエータ、７０，１７０，２７０ 酸化ガス供給管、
７２，１７２，２７２ オフガス排出管、１７１ 燃料
ガス供給管、１８０ パージガスタンク、１８１ 出
口、２３９ 冷却水流路、２８０ 冷却装置、２８１ポ
ンプ、２８２ 冷却水タンク、２８６，２８８ 分岐
管、２８７ 熱交換管路、３４６，３４８ 循環路、３
４７，３４９ 循環ポンプ。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料の供給を受けて発電する燃料電池を
   中心として構成される燃料電池システムであって、 酸化反応により発熱する発熱体を収納する発熱体収納手
   段と、 該発熱体収納手段に酸素を含有する酸化ガスを供給する
   酸化ガス供給手段と、 前記発熱体により生じる熱を熱源として前記燃料電池を
   加温する加温手段とを備える燃料電池システム。
2. 【請求項２】 前記燃料電池の始動時に前記加温手段に
   より該燃料電池が加温されるよう該加温手段を制御する
   加温制御手段を備える請求項１記載の燃料電池システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記酸化ガスにより酸化された前記発熱体を還元可能な
   還元ガスを前記発熱体収納手段に供給する還元ガス供給
   手段と、 前記燃料電池の加温が終了した後に、前記還元ガス供給
   手段により前記発熱体収納手段に前記還元ガスが供給さ
   れるよう該還元ガス供給手段を制御する還元制御手段と
   を備える燃料電池システム。
4. 【請求項４】 前記還元ガスは水素を含有する水素リッ
   チガスである請求項３記載の燃料電池システム。
5. 【請求項５】 請求項３記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記燃料電池は、水素を含有する燃料ガスを燃料の一つ
   とする燃料電池であり、 前記還元ガスは、前記燃料電池の発電に用いられた燃料
   ガスの残余のガスである燃料電池システム。
6. 【請求項６】 請求項２記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記発熱体収納手段に熱を供給可能な熱供給手段と、 前記燃料電池の加温が終了した後に、前記熱供給手段に
   より前記発熱体収納手段に熱が供給されるよう該熱供給
   手段を制御する熱供給制御手段とを備え、 前記発熱体は熱の供給を受けて還元される材料である燃
   料電池システム。
7. 【請求項７】 請求項６記載の燃料電池システムであっ
   て、 炭化水素系からなる燃料を改質して水素を含有する燃料
   ガスを生成する改質器を備え、 前記熱供給手段は、前記改質器の熱を前記発熱体収納手
   段に供給する手段である燃料電池システム。
8. 【請求項８】 前記加温手段は、前記燃料電池の少なく
   とも一部に接触して該燃料電池に熱を供給する前記発熱
   体収納手段である請求項１ないし７いずれか記載の燃料
   電池システム。
9. 【請求項９】 請求項１ないし７いずれか記載の燃料電
   池システムであって、 前記発熱体収納手段は、内部に前記発熱体により生じる
   熱と熱交換可能な管路を有し、 前記加温手段は、前記発熱体収納手段の内部の管路を介
   して所定のガスを前記燃料電池の燃料の流路の少なくと
   も一部に供給する手段である燃料電池システム。
10. 【請求項１０】 前記所定のガスは空気である請求項９
    記載の燃料電池システム。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０記載の燃料電池シ
    ステムであって、 前記燃料電池の燃料の流路に不活性ガスを供給可能な不
    活性ガス供給手段と、 前記加温手段による前記燃料電池の加温が終了したと
    き、前記不活性ガス供給手段により前記燃料電池の燃料
    の流路に前記不活性ガスが供給されるよう該不活性ガス
    供給手段を制御する不活性ガス供給制御手段とを備える
    燃料電池システム。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし７いずれか記載の燃料
    電池システムであって、 前記燃料電池は、該燃料電池と熱交換可能な熱交換媒体
    の流路を有し、 前記発熱体収納手段は、内部に前記発熱体により生じる
    熱と熱交換可能な管路を有し、 前記加温手段は、前記発熱体収納手段の内部の管路を介
    して前記熱交換媒体を該熱交換媒体の流路に供給する手
    段である燃料電池システム。
13. 【請求項１３】 前記熱交換媒体の流路は、前記燃料電
    池を冷却する冷却媒体の流路である請求項１２記載の燃
    料電池システム。