JP2002083621A - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents
燃料電池システムおよびその運転方法Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な構成および工程で、リン酸型燃料電池ス
タックの運転温度を適正運転温度に保持することを可能
にする。 【解決手段】燃料電池スタック１２に温度調整用媒体を
循環供給するための媒体循環経路７２と、温度調整用媒
体入口５４ａおよび温度調整用媒体出口５４ｂの媒体温
度を検出する第１および第２温度センサ８４ａ、８４ｂ
とを備える。媒体循環経路７２には、媒体循環用のポン
プ７４と、媒体加熱用のヒータ７６と、媒体冷却用のラ
ジエータ７８と、前記ラジエータ７８をバイパスするバ
イパス経路８０と、前記温度調整用媒体を前記ラジエー
タ７８と前記バイパス経路８０とに選択的に供給するた
めの媒体流路切り換え手段８２とが設けられる。
タックの運転温度を適正運転温度に保持することを可能
にする。 【解決手段】燃料電池スタック１２に温度調整用媒体を
循環供給するための媒体循環経路７２と、温度調整用媒
体入口５４ａおよび温度調整用媒体出口５４ｂの媒体温
度を検出する第１および第２温度センサ８４ａ、８４ｂ
とを備える。媒体循環経路７２には、媒体循環用のポン
プ７４と、媒体加熱用のヒータ７６と、媒体冷却用のラ
ジエータ７８と、前記ラジエータ７８をバイパスするバ
イパス経路８０と、前記温度調整用媒体を前記ラジエー
タ７８と前記バイパス経路８０とに選択的に供給するた
めの媒体流路切り換え手段８２とが設けられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リン酸を含浸させ
た電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで
構成される接合体を有し、前記接合体をセパレータによ
り挟持した複数の発電セルが積層されたリン酸型燃料電
池スタックを備える燃料電池システムおよびその運転方
法に関する。
た電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで
構成される接合体を有し、前記接合体をセパレータによ
り挟持した複数の発電セルが積層されたリン酸型燃料電
池スタックを備える燃料電池システムおよびその運転方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）
は、炭化珪素多孔質（マトリックス）に濃厚リン酸を含
浸させた電解質層の両側に、それぞれカーボンを主体と
するアノード側電極およびカソード側電極を対設して構
成される接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によっ
て挟持することにより構成される発電セルを備えてい
る。通常、この発電セルが所定数だけ積層されることに
より、燃料電池スタックとして使用されている。
は、炭化珪素多孔質（マトリックス）に濃厚リン酸を含
浸させた電解質層の両側に、それぞれカーボンを主体と
するアノード側電極およびカソード側電極を対設して構
成される接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によっ
て挟持することにより構成される発電セルを備えてい
る。通常、この発電セルが所定数だけ積層されることに
より、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を
含有するガス（水素含有ガス）は、触媒電極上で水素が
イオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移
動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、
直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード
側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有する
ガス（酸素含有ガス）あるいは空気が供給されているた
めに、このカソード側電極において、水素イオン、電子
および酸素が反応して水が生成される。
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を
含有するガス（水素含有ガス）は、触媒電極上で水素が
イオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移
動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、
直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード
側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有する
ガス（酸素含有ガス）あるいは空気が供給されているた
めに、このカソード側電極において、水素イオン、電子
および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】一般に、リン酸型燃料電池では、運転温度
が比較的に高い状態（１２０℃〜２００℃前後）での定
格出力（定格負荷）により発電が行われているために、
運転に伴って発生する生成水が水蒸気化されて外部に排
出されている。ところが、低負荷状態で運転すると、リ
ン酸型燃料電池の自己発熱量が放熱量を下回り、前記リ
ン酸型燃料電池の温度が低下してしまう。これにより、
高温度で蒸発していた生成水が電解質層（電解質膜マト
リックス層）中に液状水として溜まってしまい、電解質
層および電極に蓄積可能な量を超える液状水が、反応ガ
ス流路に導入されるおそれがある。
が比較的に高い状態（１２０℃〜２００℃前後）での定
格出力（定格負荷）により発電が行われているために、
運転に伴って発生する生成水が水蒸気化されて外部に排
出されている。ところが、低負荷状態で運転すると、リ
ン酸型燃料電池の自己発熱量が放熱量を下回り、前記リ
ン酸型燃料電池の温度が低下してしまう。これにより、
高温度で蒸発していた生成水が電解質層（電解質膜マト
リックス層）中に液状水として溜まってしまい、電解質
層および電極に蓄積可能な量を超える液状水が、反応ガ
ス流路に導入されるおそれがある。
【０００５】しかしながら、電解質層を構成するリン酸
は、親水性がきわめて高く、反応ガス流路に導入された
液状水とともに電解質層および電極から流出してしま
う。これにより、電解質層中のリン酸が不足し、発電セ
ルの発電性能が低下するとともに、燃料電池自体の寿命
が短くなるという問題が指摘されている。
は、親水性がきわめて高く、反応ガス流路に導入された
液状水とともに電解質層および電極から流出してしま
う。これにより、電解質層中のリン酸が不足し、発電セ
ルの発電性能が低下するとともに、燃料電池自体の寿命
が短くなるという問題が指摘されている。
【０００６】そこで、この種の問題を解決するために、
例えば、特開昭６４−２７１６４号公報に開示されてい
る燃料電池の運転温度制御装置が知られている。この従
来技術では、図５に示すように、燃料電池の電池本体１
の出力端子（集電用電極）にモータ等の負荷２が接続さ
れるとともに、この電池本体１には、前記電池本体１内
に冷却空気を供給するための冷却系３が配管接続されて
いる。この冷却系３は、ブロア４を含む空気循環管路５
と、この空気循環管路５から分岐し可変ダンパ６を介し
て大気側に開放する吸気管路５ａと、大気側に開放した
排気管路５ｂとを備えている。
例えば、特開昭６４−２７１６４号公報に開示されてい
る燃料電池の運転温度制御装置が知られている。この従
来技術では、図５に示すように、燃料電池の電池本体１
の出力端子（集電用電極）にモータ等の負荷２が接続さ
れるとともに、この電池本体１には、前記電池本体１内
に冷却空気を供給するための冷却系３が配管接続されて
いる。この冷却系３は、ブロア４を含む空気循環管路５
と、この空気循環管路５から分岐し可変ダンパ６を介し
て大気側に開放する吸気管路５ａと、大気側に開放した
排気管路５ｂとを備えている。
【０００７】空気循環管路５には冷却媒体加熱用のヒー
タ７が配置されており、このヒータ７が制御部８を介し
て燃料電池から給電を受けるように構成されている。こ
の制御部８は、電池本体１内に配置された温度センサ９
の出力信号に基づいてヒータ７の制御を行うと同時に、
可変ダンパ６の開度制御も行うものである。
タ７が配置されており、このヒータ７が制御部８を介し
て燃料電池から給電を受けるように構成されている。こ
の制御部８は、電池本体１内に配置された温度センサ９
の出力信号に基づいてヒータ７の制御を行うと同時に、
可変ダンパ６の開度制御も行うものである。
【０００８】このような構成において、電池本体１の温
度が高い高負荷運転領域では、温度センサ９の出力信号
に基づいて可変ダンパ６の開度が調整され、運転温度が
適正に維持される。一方、燃料電池の負荷低下に伴っ
て、電池本体１の温度が低下する際には、温度センサ９
の検出温度に基づいて、制御部８の作用下に可変ダンパ
６が閉じられて新たな外気の吸気が停止される。これと
同時に、制御部８はヒータ７を作動させて冷却系３を流
れる冷却空気を昇温させ、これによって電池本体１の運
転温度を高めるために必要な熱量を供給している。
度が高い高負荷運転領域では、温度センサ９の出力信号
に基づいて可変ダンパ６の開度が調整され、運転温度が
適正に維持される。一方、燃料電池の負荷低下に伴っ
て、電池本体１の温度が低下する際には、温度センサ９
の検出温度に基づいて、制御部８の作用下に可変ダンパ
６が閉じられて新たな外気の吸気が停止される。これと
同時に、制御部８はヒータ７を作動させて冷却系３を流
れる冷却空気を昇温させ、これによって電池本体１の運
転温度を高めるために必要な熱量を供給している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、電池本体１内に配置された温度センサ９
からの出力信号に基づいた制御基準を、燃料電池（単位
発電セル）の適正運転温度としているため、燃料電池ス
タックを構成する個々の燃料電池について、それぞれ制
御基準を設定する必要がある。しかも、電池本体１内で
は、積層方向および各燃料電池内部にも温度分布が存在
しており、精度よく制御を行うためには相当に多数の温
度センサ９を配置しなければならない。このため、燃料
電池スタック全体の構成が複雑化してしまうという問題
がある。
従来技術では、電池本体１内に配置された温度センサ９
からの出力信号に基づいた制御基準を、燃料電池（単位
発電セル）の適正運転温度としているため、燃料電池ス
タックを構成する個々の燃料電池について、それぞれ制
御基準を設定する必要がある。しかも、電池本体１内で
は、積層方向および各燃料電池内部にも温度分布が存在
しており、精度よく制御を行うためには相当に多数の温
度センサ９を配置しなければならない。このため、燃料
電池スタック全体の構成が複雑化してしまうという問題
がある。
【００１０】さらに、温度調整用媒体は、冷却系３を構
成する空気循環管路５に沿ってその一部分が循環される
ものの、残りの部分は排気管路５ｂから排出されてい
る。これにより、一旦昇温された温度調整用媒体が冷却
系３の外部に放出されてしまい、電池本体１の温度上昇
効率が低下するという不具合が指摘されている。
成する空気循環管路５に沿ってその一部分が循環される
ものの、残りの部分は排気管路５ｂから排出されてい
る。これにより、一旦昇温された温度調整用媒体が冷却
系３の外部に放出されてしまい、電池本体１の温度上昇
効率が低下するという不具合が指摘されている。
【００１１】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な構成および工程で、運転温度を効率的に適正
温度に保持することが可能な燃料電池システムおよびそ
の運転方法を提供することを目的とする。
り、簡単な構成および工程で、運転温度を効率的に適正
温度に保持することが可能な燃料電池システムおよびそ
の運転方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池システムでは、リン酸型燃料電池スタック内に
温度調整用媒体を循環供給する媒体循環経路と、前記リ
ン酸型燃料電池スタックの媒体入口および媒体出口の媒
体温度を検出する第１および第２温度センサとを備えて
いる。このため、リン酸型燃料電池スタック全体の自己
発熱量と放熱量とのバランス、すなわち、前記リン酸型
燃料電池スタックの運転温度が適正運転温度領域内にあ
るか否かを、第１および第２温度センサのみにより確実
に検出することができ、構成の簡素化が容易に図られ
る。
燃料電池システムでは、リン酸型燃料電池スタック内に
温度調整用媒体を循環供給する媒体循環経路と、前記リ
ン酸型燃料電池スタックの媒体入口および媒体出口の媒
体温度を検出する第１および第２温度センサとを備えて
いる。このため、リン酸型燃料電池スタック全体の自己
発熱量と放熱量とのバランス、すなわち、前記リン酸型
燃料電池スタックの運転温度が適正運転温度領域内にあ
るか否かを、第１および第２温度センサのみにより確実
に検出することができ、構成の簡素化が容易に図られ
る。
【００１３】しかも、各発電セル毎に判断基準値（制御
基準）を定める必要がなく、第１および第２温度センサ
のみを用いてリン酸型燃料電池スタックの媒体入口およ
び媒体出口の媒体温度を検出するだけで、前記リン酸型
燃料電池スタック全体が適正運転温度であるか否かの判
断が可能となる。これにより、汎用性を有効に向上させ
ることができる。
基準）を定める必要がなく、第１および第２温度センサ
のみを用いてリン酸型燃料電池スタックの媒体入口およ
び媒体出口の媒体温度を検出するだけで、前記リン酸型
燃料電池スタック全体が適正運転温度であるか否かの判
断が可能となる。これにより、汎用性を有効に向上させ
ることができる。
【００１４】さらに、媒体循環経路には、媒体循環用の
ポンプと、媒体加熱用のヒータと、媒体冷却用の熱交換
器と、前記熱交換器をバイパスするバイパス経路と、温
度調整用媒体を前記熱交換器と前記バイパス経路とに選
択的に供給する媒体流路切り換え手段とが配設されてい
る。
ポンプと、媒体加熱用のヒータと、媒体冷却用の熱交換
器と、前記熱交換器をバイパスするバイパス経路と、温
度調整用媒体を前記熱交換器と前記バイパス経路とに選
択的に供給する媒体流路切り換え手段とが配設されてい
る。
【００１５】このため、低負荷運転時には、媒体加熱用
のヒータを介して媒体循環経路で温度調整用媒体が加熱
され、この加熱された温度調整用媒体がリン酸型燃料電
池スタック内を循環することによって、前記リン酸型燃
料電池スタックを適正運転温度まで効率よく昇温させる
ことができる。その際、加熱された温度調整用媒体は熱
交換器で放熱されることなくバイパス経路を通って循環
し、リン酸型燃料電池スタックを効率的に昇温すること
が可能になる。
のヒータを介して媒体循環経路で温度調整用媒体が加熱
され、この加熱された温度調整用媒体がリン酸型燃料電
池スタック内を循環することによって、前記リン酸型燃
料電池スタックを適正運転温度まで効率よく昇温させる
ことができる。その際、加熱された温度調整用媒体は熱
交換器で放熱されることなくバイパス経路を通って循環
し、リン酸型燃料電池スタックを効率的に昇温すること
が可能になる。
【００１６】このように、温度調整用媒体は、媒体循環
経路内に設置された熱交換器とバイパス経路とに選択的
に供給されてこの媒体循環経路内を循環しており、前記
温度調整用媒体の放熱を最小限に抑えることができる。
従って、リン酸型燃料電池スタックを適正運転温度に保
持するために使用される電力（媒体加熱用のヒータへの
給電力）を最小限に抑制するとともに、前記リン酸型燃
料電池スタックの急激な温度低下を防止することがで
き、低負荷時の適正運転温度の保持が確実に遂行され
る。
経路内に設置された熱交換器とバイパス経路とに選択的
に供給されてこの媒体循環経路内を循環しており、前記
温度調整用媒体の放熱を最小限に抑えることができる。
従って、リン酸型燃料電池スタックを適正運転温度に保
持するために使用される電力（媒体加熱用のヒータへの
給電力）を最小限に抑制するとともに、前記リン酸型燃
料電池スタックの急激な温度低下を防止することがで
き、低負荷時の適正運転温度の保持が確実に遂行され
る。
【００１７】一方、リン酸型燃料電池スタックが適正運
転温度に至ると、媒体加熱用のヒータへの電力の供給が
停止される。次いで、媒体循環経路を循環する温度調整
用媒体は、媒体流路切り換え手段の作用下に、熱交換器
を通過することにより冷却される。これにより、リン酸
型燃料電池スタックを適正運転温度に確実に維持（冷
却）することができる。
転温度に至ると、媒体加熱用のヒータへの電力の供給が
停止される。次いで、媒体循環経路を循環する温度調整
用媒体は、媒体流路切り換え手段の作用下に、熱交換器
を通過することにより冷却される。これにより、リン酸
型燃料電池スタックを適正運転温度に確実に維持（冷
却）することができる。
【００１８】また、本発明の請求項２に係る燃料電池シ
ステムでは、媒体流路切り換え手段が、熱交換器の入口
側および出口側を開閉する第１および第２開閉弁と、バ
イパス経路を開閉する第３開閉弁とを備えている。この
ため、第１乃至第３開閉弁を開閉駆動するだけで、温度
調整用媒体を熱交換器とバイパス経路とに選択的に供給
することができ、簡単な構成および制御で、媒体流路を
確実に切り換えることが可能になる。
ステムでは、媒体流路切り換え手段が、熱交換器の入口
側および出口側を開閉する第１および第２開閉弁と、バ
イパス経路を開閉する第３開閉弁とを備えている。この
ため、第１乃至第３開閉弁を開閉駆動するだけで、温度
調整用媒体を熱交換器とバイパス経路とに選択的に供給
することができ、簡単な構成および制御で、媒体流路を
確実に切り換えることが可能になる。
【００１９】さらにまた、本発明の請求項３に係る燃料
電池システムの運転方法では、リン酸型燃料電池スタッ
クの媒体入口側の媒体温度および媒体出口側の媒体温度
が検出される。次いで、媒体出口側の媒体温度から媒体
入口側の媒体温度を引いた値が０以下になった際、温度
調整用媒体が熱交換器をバイパスしてバイパス経路に供
給されるとともに、リン酸型燃料電池スタック内の発電
セルからヒータに給電して前記ヒータの作用下に前記温
度調整用媒体が加温される。このため、リン酸型燃料電
池スタックを適正運転温度に保持する際に使用される電
力が最小限に抑えられ、経済的なものになるとともに、
低負荷運転時の適正運転温度を有効に保持することがで
きる。
電池システムの運転方法では、リン酸型燃料電池スタッ
クの媒体入口側の媒体温度および媒体出口側の媒体温度
が検出される。次いで、媒体出口側の媒体温度から媒体
入口側の媒体温度を引いた値が０以下になった際、温度
調整用媒体が熱交換器をバイパスしてバイパス経路に供
給されるとともに、リン酸型燃料電池スタック内の発電
セルからヒータに給電して前記ヒータの作用下に前記温
度調整用媒体が加温される。このため、リン酸型燃料電
池スタックを適正運転温度に保持する際に使用される電
力が最小限に抑えられ、経済的なものになるとともに、
低負荷運転時の適正運転温度を有効に保持することがで
きる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料電池システム１０の概略構成説明図である。
燃料電池システム１０の概略構成説明図である。
【００２１】燃料電池システム１０を構成する燃料電池
スタック１２は、発電セル１４を備え、この発電セル１
４が矢印Ａ方向に所定数だけ積層されており、その積層
方向両端側に前記発電セル１４に対して電気的に一体的
に接続される集電用電極１６ａ、１６ｂが配置されると
ともに、前記集電用電極１６ａ、１６ｂ間に所定数の温
度調整用セル１８が介装されている。
スタック１２は、発電セル１４を備え、この発電セル１
４が矢印Ａ方向に所定数だけ積層されており、その積層
方向両端側に前記発電セル１４に対して電気的に一体的
に接続される集電用電極１６ａ、１６ｂが配置されると
ともに、前記集電用電極１６ａ、１６ｂ間に所定数の温
度調整用セル１８が介装されている。
【００２２】集電用電極１６ａ、１６ｂの外側にシート
状の絶縁部材（図示せず）を介してエンドプレート２０
ａ、２０ｂが配置され、前記エンドプレート２０ａ、２
０ｂが図示しないタイロッド等により締め付けられるこ
とにより、発電セル１４、集電用電極１６ａ、１６ｂお
よび温度調整用セル１８が一体的に矢印Ａ方向に締め付
け保持される。集電用電極１６ａ、１６ｂには、例え
ば、モータ等の負荷２２が接続されている。
状の絶縁部材（図示せず）を介してエンドプレート２０
ａ、２０ｂが配置され、前記エンドプレート２０ａ、２
０ｂが図示しないタイロッド等により締め付けられるこ
とにより、発電セル１４、集電用電極１６ａ、１６ｂお
よび温度調整用セル１８が一体的に矢印Ａ方向に締め付
け保持される。集電用電極１６ａ、１６ｂには、例え
ば、モータ等の負荷２２が接続されている。
【００２３】発電セル１４は、運転（作動）温度が１２
０℃〜２００℃前後に設定されたリン酸型燃料電池（Ｐ
ＡＦＣ）であり、図１および図２に示すように、ＳｉＣ
等の無機材料で形成された多孔質材や塩基性ポリマー、
特にポリベンズイミダゾールのマトリックスにリン酸を
保持させた電解質（電解質層）２４の両側に、カソード
側電極２６およびアノード側電極２８が配設される接合
体３０を有するとともに、前記カソード側電極２６およ
び前記アノード側電極２８には、例えば、多孔質層であ
る多孔質カーボンペーパ等からなるガス拡散層が配設さ
れる。接合体３０の両側に一対のセパレータ３２が配置
されることにより、発電セル１４が構成される。
０℃〜２００℃前後に設定されたリン酸型燃料電池（Ｐ
ＡＦＣ）であり、図１および図２に示すように、ＳｉＣ
等の無機材料で形成された多孔質材や塩基性ポリマー、
特にポリベンズイミダゾールのマトリックスにリン酸を
保持させた電解質（電解質層）２４の両側に、カソード
側電極２６およびアノード側電極２８が配設される接合
体３０を有するとともに、前記カソード側電極２６およ
び前記アノード側電極２８には、例えば、多孔質層であ
る多孔質カーボンペーパ等からなるガス拡散層が配設さ
れる。接合体３０の両側に一対のセパレータ３２が配置
されることにより、発電セル１４が構成される。
【００２４】セパレータ３２は、導電性材料、例えば、
緻密質のカーボン材料や金属材料で形成され、このセパ
レータ３２のカソード側電極２６に対向する一方の面に
は、酸化剤ガス流路３４が形成されるとともに、前記セ
パレータ３２のアノード側電極２８に対向する他方の面
には、燃料ガス流路３６が形成される。酸化剤ガス流路
３４および燃料ガス流路３６は、水平方向に蛇行しなが
ら鉛直方向に設けられている。
緻密質のカーボン材料や金属材料で形成され、このセパ
レータ３２のカソード側電極２６に対向する一方の面に
は、酸化剤ガス流路３４が形成されるとともに、前記セ
パレータ３２のアノード側電極２８に対向する他方の面
には、燃料ガス流路３６が形成される。酸化剤ガス流路
３４および燃料ガス流路３６は、水平方向に蛇行しなが
ら鉛直方向に設けられている。
【００２５】温度調整用セル１８は、燃料電池スタック
１２内で、例えば、８セルおきに配置されている。この
温度調整用セル１８は、図２に示すように、流路プレー
ト３８と、この流路プレート３８に重ね合わされて温度
調整用媒体通路４０を形成する蓋プレート４２と、前記
温度調整用媒体通路４０に供給される温度調整用媒体を
発電セル１４から電気的に絶縁するための絶縁シート体
４４ａ、４４ｂと、前記温度調整用セル１８を挟んで前
記発電セル１４同士を互いに電気的に接続するための導
電プレート４６ａ、４６ｂとを備える。
１２内で、例えば、８セルおきに配置されている。この
温度調整用セル１８は、図２に示すように、流路プレー
ト３８と、この流路プレート３８に重ね合わされて温度
調整用媒体通路４０を形成する蓋プレート４２と、前記
温度調整用媒体通路４０に供給される温度調整用媒体を
発電セル１４から電気的に絶縁するための絶縁シート体
４４ａ、４４ｂと、前記温度調整用セル１８を挟んで前
記発電セル１４同士を互いに電気的に接続するための導
電プレート４６ａ、４６ｂとを備える。
【００２６】図１に示すように、エンドプレート２０ａ
には、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口５０ａ
と、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口５２ａ
と、温度調整用媒体を排出するための温度調整用媒体出
口５４ｂとが設けられるとともに、エンドプレート２０
ｂには、未使用の燃料ガスを排出するための燃料ガス出
口５０ｂと、未使用の酸化剤ガスを排出するための酸化
剤ガス出口５２ｂと、温度調整用媒体を供給するための
温度調整用媒体入口５４ａとが設けられる。
には、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口５０ａ
と、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口５２ａ
と、温度調整用媒体を排出するための温度調整用媒体出
口５４ｂとが設けられるとともに、エンドプレート２０
ｂには、未使用の燃料ガスを排出するための燃料ガス出
口５０ｂと、未使用の酸化剤ガスを排出するための酸化
剤ガス出口５２ｂと、温度調整用媒体を供給するための
温度調整用媒体入口５４ａとが設けられる。
【００２７】燃料ガス入口５０ａには、燃料ガス供給路
５６が接続されている。この燃料ガス供給路５６には、
上流側から下方側に向かって水素または水素含有ガスが
貯蔵される貯蔵源５８と、減圧弁６０と、ガス流量制御
器６２とが、順次、設けられている。
５６が接続されている。この燃料ガス供給路５６には、
上流側から下方側に向かって水素または水素含有ガスが
貯蔵される貯蔵源５８と、減圧弁６０と、ガス流量制御
器６２とが、順次、設けられている。
【００２８】酸化剤ガス入口５２ａには、酸化剤ガス供
給路６４が接続されるとともに、この酸化剤ガス供給路
６４には、上流側から下流側に向かってコンプレッサ６
６と、減圧弁６８と、ガス流量制御器７０とが、順次、
配設されている。
給路６４が接続されるとともに、この酸化剤ガス供給路
６４には、上流側から下流側に向かってコンプレッサ６
６と、減圧弁６８と、ガス流量制御器７０とが、順次、
配設されている。
【００２９】燃料電池スタック１２には、温度調整用媒
体入口５４ａと温度調整用媒体出口５４ｂとに連通し、
前記燃料電池スタック１２内に温度調整用媒体を循環供
給する媒体循環経路７２が設けられる。媒体循環経路７
２には、媒体循環用のポンプ７４と、媒体加熱用のヒー
タ７６と、媒体冷却用のラジエータ（熱交換器）７８
と、前記ラジエータ７８をバイパスするバイパス経路８
０と、前記温度調整用媒体を前記ラジエータ７８と前記
バイパス経路８０とに選択的に供給する媒体流路切り換
え手段８２とが配設される。
体入口５４ａと温度調整用媒体出口５４ｂとに連通し、
前記燃料電池スタック１２内に温度調整用媒体を循環供
給する媒体循環経路７２が設けられる。媒体循環経路７
２には、媒体循環用のポンプ７４と、媒体加熱用のヒー
タ７６と、媒体冷却用のラジエータ（熱交換器）７８
と、前記ラジエータ７８をバイパスするバイパス経路８
０と、前記温度調整用媒体を前記ラジエータ７８と前記
バイパス経路８０とに選択的に供給する媒体流路切り換
え手段８２とが配設される。
【００３０】媒体循環経路７２には、燃料電池スタック
１２の温度調整用媒体入口５４ａおよび温度調整用媒体
出口５４ｂの媒体温度を検出する第１および第２温度セ
ンサ８４ａ、８４ｂが設けられている。ラジエータ７８
に対向して冷却用ファン８６が設けられるとともに、媒
体流路切り換え手段８２は、前記ラジエータ７８の入口
側および出口側を開閉する第１および第２開閉弁８８、
９０と、バイパス経路８０を開閉する第３開閉弁９２と
を備える。
１２の温度調整用媒体入口５４ａおよび温度調整用媒体
出口５４ｂの媒体温度を検出する第１および第２温度セ
ンサ８４ａ、８４ｂが設けられている。ラジエータ７８
に対向して冷却用ファン８６が設けられるとともに、媒
体流路切り換え手段８２は、前記ラジエータ７８の入口
側および出口側を開閉する第１および第２開閉弁８８、
９０と、バイパス経路８０を開閉する第３開閉弁９２と
を備える。
【００３１】第１および第２温度センサ８４ａ、８４ｂ
は、温度測定・判断回路９４に接続されており、この温
度測定・判断回路９４で処理された信号は、開閉弁制御
回路９６、ガス流量制御回路９８およびヒータ制御回路
１００の制御に用いられる。開閉弁制御回路９６は、第
１乃至第３開閉弁８８、９０および９２を制御するもの
であり、ガス流量制御回路９８は、ガス流量制御器６
２、７０を制御するものであり、ヒータ制御回路１００
は、ヒータ７６を制御するものである。このヒータ制御
回路１００は、電力分配器１０２を介して燃料電池スタ
ック１２による発電力を前記ヒータ７６に給電するよう
に制御する。
は、温度測定・判断回路９４に接続されており、この温
度測定・判断回路９４で処理された信号は、開閉弁制御
回路９６、ガス流量制御回路９８およびヒータ制御回路
１００の制御に用いられる。開閉弁制御回路９６は、第
１乃至第３開閉弁８８、９０および９２を制御するもの
であり、ガス流量制御回路９８は、ガス流量制御器６
２、７０を制御するものであり、ヒータ制御回路１００
は、ヒータ７６を制御するものである。このヒータ制御
回路１００は、電力分配器１０２を介して燃料電池スタ
ック１２による発電力を前記ヒータ７６に給電するよう
に制御する。
【００３２】このように構成される燃料電池システム１
０の動作について、本発明に係る運転方法との関連で、
図３に示すタイミングチャートおよび表１を参照して以
下に説明する。
０の動作について、本発明に係る運転方法との関連で、
図３に示すタイミングチャートおよび表１を参照して以
下に説明する。
【００３３】まず、水素または水素含有ガスが、燃料ガ
スとして貯蔵源５８から燃料ガス供給路５６に供給さ
れ、この燃料ガスが燃料ガス入口５０ａから燃料電池ス
タック１２内に供給される。一方、酸素含有ガスまたは
空気である酸化剤ガスが、コンプレッサ６６を介して酸
化剤ガス供給路６４に供給され、この酸化剤ガスが酸化
剤ガス入口５２ａから前記燃料電池スタック１２内に供
給される。さらに、媒体循環経路７２から温度調整用媒
体入口５４ａを介して、燃料電池スタック１２内に温度
調整用媒体が供給される。
スとして貯蔵源５８から燃料ガス供給路５６に供給さ
れ、この燃料ガスが燃料ガス入口５０ａから燃料電池ス
タック１２内に供給される。一方、酸素含有ガスまたは
空気である酸化剤ガスが、コンプレッサ６６を介して酸
化剤ガス供給路６４に供給され、この酸化剤ガスが酸化
剤ガス入口５２ａから前記燃料電池スタック１２内に供
給される。さらに、媒体循環経路７２から温度調整用媒
体入口５４ａを介して、燃料電池スタック１２内に温度
調整用媒体が供給される。
【００３４】エンドプレート２０ａの燃料ガス入口５０
ａに供給された燃料ガスは、セパレータ３２に形成され
ている燃料ガス流路３６に供給され、この燃料ガス流路
３６に沿って水平方向に蛇行しながら重力方向に移動す
る。その際、燃料ガス中の水素ガスは、発電セル１４の
アノード側電極２８に供給される。そして、未使用の燃
料ガスは、エンドプレート２０ｂに設けられている燃料
ガス出口５０ｂから排出される。
ａに供給された燃料ガスは、セパレータ３２に形成され
ている燃料ガス流路３６に供給され、この燃料ガス流路
３６に沿って水平方向に蛇行しながら重力方向に移動す
る。その際、燃料ガス中の水素ガスは、発電セル１４の
アノード側電極２８に供給される。そして、未使用の燃
料ガスは、エンドプレート２０ｂに設けられている燃料
ガス出口５０ｂから排出される。
【００３５】一方、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス
入口５２ａに供給された酸化剤ガスは、セパレータ３２
に形成されている酸化剤ガス流路３４に導入され、この
酸化剤ガス流路３４に沿って水平方向に蛇行しながら重
力方向に移動する間、この空気中の酸素ガスがカソード
側電極２６に供給される。また、未使用の空気は、エン
ドプレート２０ｂに設けられている酸化剤ガス出口５２
ｂから排出される。これにより、発電セル１４で発電が
行われ、モータ等の負荷２２に電力が供給されることに
なる。
入口５２ａに供給された酸化剤ガスは、セパレータ３２
に形成されている酸化剤ガス流路３４に導入され、この
酸化剤ガス流路３４に沿って水平方向に蛇行しながら重
力方向に移動する間、この空気中の酸素ガスがカソード
側電極２６に供給される。また、未使用の空気は、エン
ドプレート２０ｂに設けられている酸化剤ガス出口５２
ｂから排出される。これにより、発電セル１４で発電が
行われ、モータ等の負荷２２に電力が供給されることに
なる。
【００３６】上記の運転は、図３中、領域に示す定格
負荷運転時（定格出力時）、またはそれ以上の高負荷運
転時であり、燃料電池スタック１２の自己発熱量が放熱
量よりも大きく、前記燃料電池スタック１２全体の温度
が上昇している。このため、温度調整用媒体が温度調整
用媒体入口５４ａから燃料電池スタック１２内に導入さ
れ、燃料電池スタック１２内の過剰な熱を奪って温度調
整用媒体出口５４ｂから排出されることにより、前記燃
料電池スタック１２内が適正運転温度になるように温度
調整される。
負荷運転時（定格出力時）、またはそれ以上の高負荷運
転時であり、燃料電池スタック１２の自己発熱量が放熱
量よりも大きく、前記燃料電池スタック１２全体の温度
が上昇している。このため、温度調整用媒体が温度調整
用媒体入口５４ａから燃料電池スタック１２内に導入さ
れ、燃料電池スタック１２内の過剰な熱を奪って温度調
整用媒体出口５４ｂから排出されることにより、前記燃
料電池スタック１２内が適正運転温度になるように温度
調整される。
【００３７】その際、温度調整用媒体の温度が上昇して
いる。従って、温度調整用媒体出口５４ｂ側の媒体温度
が温度調整用媒体入口５４ａ側の媒体温度よりも高くな
り、その媒体温度差ΔＴが正の値となる。本実施形態で
は、媒体温度差ΔＴを制御パラメータとして使用してお
り、この媒体温度差ΔＴが０以上であるか、０未満であ
るかを検出し、その値に基づいて制御する。
いる。従って、温度調整用媒体出口５４ｂ側の媒体温度
が温度調整用媒体入口５４ａ側の媒体温度よりも高くな
り、その媒体温度差ΔＴが正の値となる。本実施形態で
は、媒体温度差ΔＴを制御パラメータとして使用してお
り、この媒体温度差ΔＴが０以上であるか、０未満であ
るかを検出し、その値に基づいて制御する。
【００３８】
【表１】
【００３９】そこで、図３および表１に示すように、燃
料ガスおよび酸化剤ガスである反応ガス流量が大となる
とともに、媒体流路切り換え手段８２を構成する第１お
よび第２開閉弁８８、９０が開放される一方、第３開放
弁９２が閉塞される。これにより、媒体循環経路７２に
ラジエータ７８が連通し、温度調整用媒体出口５４ｂか
ら排出される温度調整用媒体は、ラジエータ７８を通過
することによって熱を外部に放出して冷却された後、温
度調整用媒体入口５４ａから燃料電池スタック１２内に
供給される。従って、燃料電池スタック１２を、定格出
力時における適正運転温度に維持することが可能にな
る。
料ガスおよび酸化剤ガスである反応ガス流量が大となる
とともに、媒体流路切り換え手段８２を構成する第１お
よび第２開閉弁８８、９０が開放される一方、第３開放
弁９２が閉塞される。これにより、媒体循環経路７２に
ラジエータ７８が連通し、温度調整用媒体出口５４ｂか
ら排出される温度調整用媒体は、ラジエータ７８を通過
することによって熱を外部に放出して冷却された後、温
度調整用媒体入口５４ａから燃料電池スタック１２内に
供給される。従って、燃料電池スタック１２を、定格出
力時における適正運転温度に維持することが可能にな
る。
【００４０】一方、図３中、領域に示すように、燃料
電池システム１０に対する要求電力が減少し、燃料電池
スタック１２が低負荷運転（低負荷出力時）に移行する
際、前記燃料電池スタック１２の自己発熱量が減少する
ことにより、該燃料電池スタック１２の温度が徐々に低
下していく。その際、温度調整用媒体入口５４ａから燃
料電池スタック１２内に導入される温度調整用媒体と、
前記燃料電池スタック１２の発電セル１４との熱交換量
が減少し、前記温度調整用媒体の温度上昇が減少する。
電池システム１０に対する要求電力が減少し、燃料電池
スタック１２が低負荷運転（低負荷出力時）に移行する
際、前記燃料電池スタック１２の自己発熱量が減少する
ことにより、該燃料電池スタック１２の温度が徐々に低
下していく。その際、温度調整用媒体入口５４ａから燃
料電池スタック１２内に導入される温度調整用媒体と、
前記燃料電池スタック１２の発電セル１４との熱交換量
が減少し、前記温度調整用媒体の温度上昇が減少する。
【００４１】このため、温度調整用媒体出口５４ｂから
排出される比較的低温の温度調整用媒体は、ラジエータ
７８で冷却された後に温度調整用媒体入口５４ａから燃
料電池スタック１２内に導入され、発電セル１４から吸
熱を行うようになる。この間、第１および第２温度セン
サ８４ａ、８４ｂにより検出される媒体温度の温度差、
すなわち、制御パラメータである媒体温度差ΔＴは、徐
々に減少して０から負の値に移行する。
排出される比較的低温の温度調整用媒体は、ラジエータ
７８で冷却された後に温度調整用媒体入口５４ａから燃
料電池スタック１２内に導入され、発電セル１４から吸
熱を行うようになる。この間、第１および第２温度セン
サ８４ａ、８４ｂにより検出される媒体温度の温度差、
すなわち、制御パラメータである媒体温度差ΔＴは、徐
々に減少して０から負の値に移行する。
【００４２】第１および第２温度センサ８４ａ、８４ｂ
の検出信号は、温度測定・判断回路９４に送られ、この
温度測定・判断回路９４では、温度調整用媒体の媒体温
度差ΔＴが正の値から減少して０となったことを検出す
ると、ヒータ制御回路１００、ガス流量制御回路９８お
よび開閉弁制御回路９６に対して同時に指令信号を送
る。ヒータ制御回路１００では、媒体循環経路７２に設
置されたヒータ７６に燃料電池スタック１２から電力を
供給するように制御が行われ、温度調整用媒体入口５４
ａに導入される直前の温度調整用媒体が、前記ヒータ７
６により加温される。
の検出信号は、温度測定・判断回路９４に送られ、この
温度測定・判断回路９４では、温度調整用媒体の媒体温
度差ΔＴが正の値から減少して０となったことを検出す
ると、ヒータ制御回路１００、ガス流量制御回路９８お
よび開閉弁制御回路９６に対して同時に指令信号を送
る。ヒータ制御回路１００では、媒体循環経路７２に設
置されたヒータ７６に燃料電池スタック１２から電力を
供給するように制御が行われ、温度調整用媒体入口５４
ａに導入される直前の温度調整用媒体が、前記ヒータ７
６により加温される。
【００４３】ガス流量制御回路９８には、燃料電池シス
テム１０に対する要求出力に必要な燃料ガスおよび酸化
剤ガスの供給量に加えて、燃料電池スタック１２からヒ
ータ７６に供給される電力に必要な前記燃料ガスおよび
前記酸化剤ガスを供給する指令が与えられる。このた
め、ガス流量制御器６２、７０が駆動され、上記の必要
とされる燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池スタック
１２に供給するように制御される。
テム１０に対する要求出力に必要な燃料ガスおよび酸化
剤ガスの供給量に加えて、燃料電池スタック１２からヒ
ータ７６に供給される電力に必要な前記燃料ガスおよび
前記酸化剤ガスを供給する指令が与えられる。このた
め、ガス流量制御器６２、７０が駆動され、上記の必要
とされる燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池スタック
１２に供給するように制御される。
【００４４】開閉弁制御回路９６には、第１および第２
開閉弁８８、９０を閉塞する一方、第３開閉弁９２を開
放させる指令が与えられる。従って、図４に示すよう
に、温度調整用媒体は、ラジエータ７８を通ることなく
バイパス経路８０を通って燃料電池スタック１２内に循
環供給されるとともに、ヒータ７６により加温されて前
記燃料電池スタック１２を昇温させる。
開閉弁８８、９０を閉塞する一方、第３開閉弁９２を開
放させる指令が与えられる。従って、図４に示すよう
に、温度調整用媒体は、ラジエータ７８を通ることなく
バイパス経路８０を通って燃料電池スタック１２内に循
環供給されるとともに、ヒータ７６により加温されて前
記燃料電池スタック１２を昇温させる。
【００４５】次いで、図３中、領域に示すように、燃
料電池スタック１２の温度が上昇して媒体温度差ΔＴが
負から増加して０に至ると、温度測定・判断回路９４が
ヒータ制御回路１００、ガス流量制御回路９８および開
閉弁制御回路９６に指令信号を送る。これにより、ヒー
タ制御回路１００を介してヒータ７６への電力の供給が
停止されるとともに、ガス流量制御回路９８を介して燃
料ガスおよび酸化剤ガスの供給量が燃料電池システム１
０の要求出力に応じた量に減少される。さらに、第１お
よび第２開閉弁８８、９０が開放されるとともに、第３
開閉弁９２が閉塞され、温度調整用媒体がラジエータ７
８を通る経路に切り換えられる。
料電池スタック１２の温度が上昇して媒体温度差ΔＴが
負から増加して０に至ると、温度測定・判断回路９４が
ヒータ制御回路１００、ガス流量制御回路９８および開
閉弁制御回路９６に指令信号を送る。これにより、ヒー
タ制御回路１００を介してヒータ７６への電力の供給が
停止されるとともに、ガス流量制御回路９８を介して燃
料ガスおよび酸化剤ガスの供給量が燃料電池システム１
０の要求出力に応じた量に減少される。さらに、第１お
よび第２開閉弁８８、９０が開放されるとともに、第３
開閉弁９２が閉塞され、温度調整用媒体がラジエータ７
８を通る経路に切り換えられる。
【００４６】このように、本実施形態では、燃料電池ス
タック１２の温度調整用媒体入口５４ａと温度調整用媒
体出口５４ｂとに第１および第２温度センサ８４ａ、８
４ｂが配置されることにより、前記燃料電池スタック１
２の自己発熱量と該燃料電池スタック１２からの放熱量
とのバランス、すなわち、前記燃料電池スタック１２の
運転温度が適正運転温度領域内にあるか否かを検出する
ことができる。従って、各発電セル１４毎に判断基準値
を定める必要がなく、第１および第２温度センサ８４
ａ、８４ｂのみを用いるだけで、燃料電池スタック１２
全体が適正運転温度であるか否かの判断を確実に行うこ
とができ、簡単な構成で汎用性に優れるという効果が得
られる。
タック１２の温度調整用媒体入口５４ａと温度調整用媒
体出口５４ｂとに第１および第２温度センサ８４ａ、８
４ｂが配置されることにより、前記燃料電池スタック１
２の自己発熱量と該燃料電池スタック１２からの放熱量
とのバランス、すなわち、前記燃料電池スタック１２の
運転温度が適正運転温度領域内にあるか否かを検出する
ことができる。従って、各発電セル１４毎に判断基準値
を定める必要がなく、第１および第２温度センサ８４
ａ、８４ｂのみを用いるだけで、燃料電池スタック１２
全体が適正運転温度であるか否かの判断を確実に行うこ
とができ、簡単な構成で汎用性に優れるという効果が得
られる。
【００４７】さらに、本実施形態では、温度調整用媒体
が媒体循環経路７２内を循環するだけであり、前記媒体
循環経路７２に対して前記温度調整用媒体が排出された
り、新たな温度調整用媒体が供給されたりすることがな
い。すなわち、温度調整用媒体は、媒体循環経路７２に
配設されるラジエータ７８とバイパス経路８０とに選択
的に供給されることにより、必要に応じて放熱処理が施
されるだけである。これにより、温度調整用媒体の放熱
を最小限に抑えた状態で、ヒータ７６を介して前記温度
調整用媒体が加温されるため、燃料電池スタック１２を
適正運転温度に保持するために使用される電力（ヒータ
７６に供給される電力）を最小限に抑制することができ
る。
が媒体循環経路７２内を循環するだけであり、前記媒体
循環経路７２に対して前記温度調整用媒体が排出された
り、新たな温度調整用媒体が供給されたりすることがな
い。すなわち、温度調整用媒体は、媒体循環経路７２に
配設されるラジエータ７８とバイパス経路８０とに選択
的に供給されることにより、必要に応じて放熱処理が施
されるだけである。これにより、温度調整用媒体の放熱
を最小限に抑えた状態で、ヒータ７６を介して前記温度
調整用媒体が加温されるため、燃料電池スタック１２を
適正運転温度に保持するために使用される電力（ヒータ
７６に供給される電力）を最小限に抑制することができ
る。
【００４８】しかも、燃料電池スタック１２の急激な温
度低下を有効に防止し、低負荷運転時における適正運転
温度の保持が確実に行われるという利点が得られる。特
に、燃料電池システム１０の運転制御が、燃料電池スタ
ック１２の温度調整用媒体出口５４ｂと温度調整用媒体
入口５４ａとの媒体温度差ΔＴを制御パラメータとして
行われている。このため、簡単な制御で、燃料電池スタ
ック１２を適正運転温度に高精度に保持することが可能
になり、前記燃料電池スタック１２を介して良好な発電
が確実に行われるという効果がある。
度低下を有効に防止し、低負荷運転時における適正運転
温度の保持が確実に行われるという利点が得られる。特
に、燃料電池システム１０の運転制御が、燃料電池スタ
ック１２の温度調整用媒体出口５４ｂと温度調整用媒体
入口５４ａとの媒体温度差ΔＴを制御パラメータとして
行われている。このため、簡単な制御で、燃料電池スタ
ック１２を適正運転温度に高精度に保持することが可能
になり、前記燃料電池スタック１２を介して良好な発電
が確実に行われるという効果がある。
【００４９】
【発明の効果】本発明に係る燃料電池システムでは、リ
ン酸型燃料電池スタックの媒体入口および媒体出口の媒
体温度を検出する第１および第２温度センサを備えるこ
とにより、前記リン酸型燃料電池スタックの運転温度が
適正運転温度領域内にあるか否かを、簡単な構成で確実
に検出することができるとともに、汎用性の向上を図る
ことが可能になる。
ン酸型燃料電池スタックの媒体入口および媒体出口の媒
体温度を検出する第１および第２温度センサを備えるこ
とにより、前記リン酸型燃料電池スタックの運転温度が
適正運転温度領域内にあるか否かを、簡単な構成で確実
に検出することができるとともに、汎用性の向上を図る
ことが可能になる。
【００５０】さらに、温度調整用媒体が媒体循環経路内
を循環して熱交換器とバイパス経路とに選択的に供給さ
れている。このため、温度調整用媒体の放熱を最小限に
抑えることができ、リン酸型燃料電池スタックを最小限
の電力で適正運転温度に確実に保持することが可能にな
る。
を循環して熱交換器とバイパス経路とに選択的に供給さ
れている。このため、温度調整用媒体の放熱を最小限に
抑えることができ、リン酸型燃料電池スタックを最小限
の電力で適正運転温度に確実に保持することが可能にな
る。
【００５１】また、本発明に係る燃料電池システムの運
転方法では、リン酸型燃料電池スタックの媒体出口側の
媒体温度から媒体入口側の媒体温度を引いた値を制御パ
ラメータとして使用している。これにより、リン酸型燃
料電池スタックの低負荷運転時においても、簡単な制御
で、効率よく前記リン酸型燃料電池スタックの運転温度
を適正運転温度に保持することができる。
転方法では、リン酸型燃料電池スタックの媒体出口側の
媒体温度から媒体入口側の媒体温度を引いた値を制御パ
ラメータとして使用している。これにより、リン酸型燃
料電池スタックの低負荷運転時においても、簡単な制御
で、効率よく前記リン酸型燃料電池スタックの運転温度
を適正運転温度に保持することができる。
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概
略構成説明図である。
略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタ
ックの内部構成説明図である。
ックの内部構成説明図である。
【図３】前記燃料電池システムの運転方法を説明するタ
イミングチャートである。
イミングチャートである。
【図４】前記燃料電池システムの動作説明図である。
【図５】従来技術に係る燃料電池の概略説明図である。
１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタ
ック １４…発電セル １６ａ、１６ｂ…集
電用電極 １８…温度調整用セル ２０ａ、２０ｂ…エ
ンドプレート ２４…電解質 ２６…カソード側電
極 ２８…アノード側電極 ３０…接合体 ３２…セパレータ ３８…流路プレート ４０…温度調整用媒体通路 ４２…蓋プレート ５０ａ…燃料ガス入口 ５０ｂ…燃料ガス出
口 ５２ａ…酸化剤ガス入口 ５２ｂ…酸化剤ガス
出口 ５４ａ…温度調整用媒体入口 ５４ｂ…温度調整用
媒体出口 ５６…燃料ガス供給路 ６２、７０…ガス流
量制御器 ７２…媒体循環経路 ７４…ポンプ ７６…ヒータ ８０…バイパス経路 ８２…媒体流路切り換え手段 ８４ａ、８４ｂ…温
度センサ ８８、９０、９２…開閉弁 ９４…温度測定・判
断回路 ９６…開閉弁制御回路 ９８…ガス流量制御
回路 １００…ヒータ制御回路
ック １４…発電セル １６ａ、１６ｂ…集
電用電極 １８…温度調整用セル ２０ａ、２０ｂ…エ
ンドプレート ２４…電解質 ２６…カソード側電
極 ２８…アノード側電極 ３０…接合体 ３２…セパレータ ３８…流路プレート ４０…温度調整用媒体通路 ４２…蓋プレート ５０ａ…燃料ガス入口 ５０ｂ…燃料ガス出
口 ５２ａ…酸化剤ガス入口 ５２ｂ…酸化剤ガス
出口 ５４ａ…温度調整用媒体入口 ５４ｂ…温度調整用
媒体出口 ５６…燃料ガス供給路 ６２、７０…ガス流
量制御器 ７２…媒体循環経路 ７４…ポンプ ７６…ヒータ ８０…バイパス経路 ８２…媒体流路切り換え手段 ８４ａ、８４ｂ…温
度センサ ８８、９０、９２…開閉弁 ９４…温度測定・判
断回路 ９６…開閉弁制御回路 ９８…ガス流量制御
回路 １００…ヒータ制御回路
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 修二 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H027 AA04 CC06 KK48 MM16 MM21
Claims (3)
- 【請求項１】リン酸を含浸させた電解質をアノード側電
極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有
し、前記接合体をセパレータにより挟持した複数の発電
セルが積層されるリン酸型燃料電池スタックと、 前記リン酸型燃料電池スタックの媒体入口と媒体出口と
に連通し、該リン酸型燃料電池スタック内に温度調整用
媒体を循環供給する媒体循環経路と、 前記媒体入口および前記媒体出口の媒体温度を検出する
第１および第２温度センサと、 を備えるとともに、 前記媒体循環経路には、媒体循環用のポンプと、 媒体加熱用のヒータと、 媒体冷却用の熱交換器と、 前記熱交換器をバイパスするバイパス経路と、 前記温度調整用媒体を前記熱交換器と前記バイパス経路
とに選択的に供給する媒体流路切り換え手段と、 が配設されることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池システムにおい
て、前記媒体流路切り換え手段は、前記熱交換器の入口
側および出口側を開閉する第１および第２開閉弁と、 前記バイパス経路を開閉する第３開閉弁と、 を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項３】リン酸型燃料電池スタックの媒体入口と媒
体出口とに連通し、前記リン酸型燃料電池スタック内に
温度調整用媒体を供給する媒体循環経路を備えるととも
に、前記媒体循環経路には、媒体循環用のポンプと、媒
体加熱用のヒータと、媒体冷却用の熱交換器と、前記熱
交換器をバイパスするバイパス経路とが配設された燃料
電池システムの運転方法であって、 前記リン酸型燃料電池スタック内に温度調整用媒体を循
環供給するとともに、前記リン酸型燃料電池スタックの
媒体入口側の媒体温度および媒体出口側の媒体温度を検
出する工程と、 前記媒体出口側の媒体温度から前記媒体入口側の媒体温
度を引いた値が０以下になった際、前記温度調整用媒体
を前記熱交換器に送ることなく前記バイパス経路に供給
するとともに、前記リン酸型燃料電池スタック内の発電
セルから前記ヒータに給電して前記温度調整用媒体を加
温する工程と、 を有することを特徴とする燃料電池システムの運転方
法。
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