JP2003243012A

JP2003243012A - 燃料電池用暖機装置

Info

Publication number: JP2003243012A
Application number: JP2002038955A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Shimada; 毅昭島田; Yoshio Nuitani; 芳雄縫谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-29
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP4128369B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低温下の車両を駆動するのに際して、燃料電
池の安全性を確保しつつ速やかに暖機できるとともに、
搭載性を良好に保持しつつ各熱利用機器をその種類に応
じて段階的に暖機することができる燃料電池用暖機装置
を提供する。【解決手段】燃料電池２に熱交換用の伝熱水３を供給
させる低温時水流路４ａと、熱利用機器であるヒータ１
６に熱交換用の伝熱水３を供給させるヒータ用低温時水
流路４ｂと、水素と酸化剤とを燃焼させる燃焼部を備え
た触媒燃焼器５とを備えている。これらの流路４ａ、４
ｂを燃焼器５に対して熱交換可能に設け、かつ、前記流
路４ａを前記流路４ｂより前記燃焼器５の燃焼部に近い
位置に配置することを特徴とする燃料電池用暖機装置１
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素と酸素の電気
化学反応によって発電する燃料電池を加温するための燃
料電池用暖機装置に係り、特に燃料ガスを燃焼させて加
熱した伝熱流体を用いて燃料電池を加熱する燃料電池用
暖機装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両の駆動源として、水素と酸素
とを電気化学反応させて発電する燃料電池が注目されて
いる。燃料電池は低温環境下で反応の進行が遅く発電量
が少ないため、低温環境下の燃料電池を一定温度まで加
熱する必要があり、燃料電池を加熱するために燃料電池
用暖機装置が提案されている。例えば、特開２０００−
１６４２３３号公報に示されているように、冷却水（不
凍液）の循環流路中に燃焼器を設け、この燃料器に導入
された燃料ガスを燃焼させて冷却水を加熱するととも
に、この燃焼させた燃焼ガスを燃料ガス供給経路または
酸化剤ガス供給経路に供給することにより、燃料電池を
加熱するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃焼ガ
スを燃料電池に直接導入すると、燃料電池を急速に暖機
できるが、燃焼ガスの温度変化が急激であるため、燃料
電池を適切な温度に保つのが難しいという問題があっ
た。また、燃焼ガスを燃料電池に供給すると、燃焼ガス
に含まれる成分が燃料電池の電解質膜に対して悪影響を
与えるおそれもある。また、燃焼ガス中に残存する水素
（または酸素）が、燃料電池の酸素極側（または水素極
側）に導入されてしまい、発電量が低下するおそれがあ
るという問題があった。

【０００４】加えて、車両には燃料電池以外にも様々な
熱利用機器が搭載されているが、これらの熱利用機器は
その種類に応じて好適な温度が異なる。しかし、熱利用
機器のそれぞれに対して温度調整機構を設けると設備が
大型化するため、搭載性が悪化するという問題があっ
た。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、低温下で燃料電池を速やかに暖機できるとと
もに、搭載性を良好に保持しつつ各熱利用機器をその種
類に応じた好適な温度で暖機することができる燃料電池
用暖機装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、後
述する実施の形態における燃料電池２）に熱交換用の伝
熱流体（例えば、後述する実施の形態における伝熱水
３）を供給させる燃料電池用流体流路（例えば、後述す
る実施の形態における低温時水流路４ａ）と、熱利用機
器（例えば、後述する実施の形態におけるヒータ１６，
水素タンク３１）に熱交換用の伝熱流体を供給させる熱
利用機器用流体流路（例えば、後述する実施の形態にお
けるヒータ用低温時水流路４ｂ、循環流路３２）と、水
素と酸化剤とを燃焼させる燃焼部を備えた燃焼器（例え
ば、後述する実施の形態における触媒燃焼器５）とを備
え、これらの燃料電池用流体流路と熱利用機器用流体流
路とを燃焼器に対して熱交換可能に設け、かつ、前記燃
料電池用流体流路を前記熱利用機器用流体流路より前記
燃焼器の燃焼部に近い位置に配置することを特徴とする
燃料電池用暖機装置（例えば、後述する実施の形態にお
ける燃料電池用暖機装置１）である。

【０００７】この発明によれば、前記水素は酸化剤（例
えば、酸素を含む空気）とともに燃焼器の燃焼部に供給
され、該燃焼部で燃焼する。前記燃焼部で発生した燃焼
熱は、前記燃料電池用流体流路の伝熱流体と熱利用機器
用流体流路の伝熱流体にそれぞれ伝達され、これらの伝
熱流体を加熱する。上述したように、前記燃料電池用流
体流路が前記熱利用機器用流体流路よりも前記燃焼器の
燃焼部に近い位置に配置されているため、前記燃料電池
用流体流路の伝熱流体が、前記熱利用機器用流体流路の
伝熱流体よりも優先的に加熱される。このため、低温時
の燃料電池を速やかに暖機して、所望の出力を得られる
ようにできるとともに、前記熱利用機器もその種類に応
じた好適な温度で暖機することができる。また、燃料電
池や熱利用機器を単一の燃焼器で暖機することができる
ため、装置の小型化が図られる。加えて、燃料電池に燃
焼ガスを直接導入せずに、燃焼器で熱交換した伝熱流体
により燃料電池を暖機するため、燃料電池に対する安全
性を確保しつつ暖機することができる。

【０００８】請求項２に記載した発明は、前記燃焼器の
燃焼部は、前記燃料電池の水素排出経路（例えば、後述
する実施の形態における水素ガス排出経路７）に接続さ
れていることを特徴とする燃料電池用暖機装置である。

【０００９】この発明によれば、燃料電池から排出され
る未反応の水素ガスが前記燃焼器に供給されるため、こ
の未反応の水素ガスを燃焼部で燃焼させて燃料電池や熱
利用機器の暖機に寄与させることができる。

【００１０】請求項３に記載した発明は、前記燃焼器の
燃焼部は、前記燃料電池の水素供給経路（例えば、後述
する実施の形態における水素ガス供給経路８）に接続さ
れていることを特徴とする燃料電池用暖機装置である。

【００１１】この発明によれば、前記燃料電池から排出
される水素ガスに加え、燃料電池に供給される前の水素
ガス供給経路中の水素ガスも前記燃焼器に導入して燃焼
させることができるため、伝熱流体をより短時間で加熱
することができ、低温下の燃料電池をより短時間で暖機
することができる。

【００１２】請求項４に記載した発明は、前記燃料電池
に供給する水素を貯蔵する水素タンク（例えば、後述す
る実施の形態における水素吸蔵タンク３１）が前記熱利
用機器を構成し、該水素タンクが前記熱利用機器用流体
流路（例えば、後述する実施の形態における循環流路３
２）上に設けられていることを特徴とする燃料電池用暖
機装置（例えば、後述する実施の形態における燃料電池
用暖機装置３０）である。

【００１３】この発明によれば、前記水素タンクから水
素ガスを供給する際には吸熱を伴うが、前記熱利用機器
用流体流路中の伝熱流体により前記水素タンクを暖機す
ることができるため、水素タンクから放出した熱量を補
うことができる。このため、前記水素タンクが低温の場
合においても、水素ガスを連続的に安定して供給でき、
燃料電池に充分な量の水素を供給することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態における
燃料電池用暖機装置を図面と共に説明する。図１は本発
明の第１の実施の形態における燃料電池用暖機装置１を
示す概略構成図である。前記燃料電池用暖機装置１は車
両に搭載され、この車両に駆動源として搭載された燃料
電池２を暖機するためのものである。本実施の形態にお
ける燃料電池２は、固体高分子型（ＰＥＭ型）の燃料電
池である。前記燃料電池２は、アノード電極とカソード
電極（いずれも図示せず）とを備えており、アノード電
極に燃料ガス（例えば水素）が供給されるとともに、カ
ソード電極に酸化剤ガス（例えば酸素を含む空気）が供
給され、水素および酸素の電気化学反応によって発電す
る。

【００１５】前記燃料電池２への水素の供給源として水
素タンク１０が設けられている。この水素タンク１０は
水素ガス供給経路８を介して前記燃料電池２に接続さ
れ、燃料電池２のアノード電極に水素ガスを供給する。
また、前記燃料電池２には前記アノード電極を通過した
水素ガスを排出するための水素ガス排出経路７が接続さ
れている。なお、前記燃料電池２には、カソード電極へ
の酸素の供給源や供給経路、またカソード電極からの酸
素の排出経路が接続されているが、これらについては図
示と説明を省略する。

【００１６】前記燃料電池２には、伝熱流体としての伝
熱水３が流通する循環流路４が接続され、該循環流路４
を介して前記燃料電池２に伝熱水３が流入し、かつ流出
する。前記循環流路４上には切替バルブＶ１〜Ｖ５が設
けられ、これらの切替バルブＶ１〜Ｖ５により、伝熱水
３の流通経路が低温時水流路４ａ、４ｂまたは通常時水
流路４ａ’、４ｂ’に切り替えられる。これらの切替バ
ルブＶ１〜Ｖ５には、制御装置（ＥＣＵ、図２参照）１
１が接続され、該制御装置１１からの制御信号により切
替バルブＶ１〜Ｖ５の切替制御を行っている。前記循環
流路４（４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’）については詳細
を後述する。

【００１７】そして、燃料電池用暖機装置１には、水素
ガスを燃焼させる触媒燃焼器５が設けられている。前記
触媒燃焼器５は、セラミックハニカム上に酸化触媒（例
えば白金）を担持したものである。前記触媒燃焼器５に
水素を導入する水素ガス導入路６は、前記燃料電池２の
水素ガス排出経路７に接続しているとともに、前記水素
ガス供給経路８に流量制御弁９を介して接続している。
この流量制御弁９は前記制御装置１１に接続され、前記
制御装置１１からの制御信号により前記水素ガス供給経
路８から前記水素ガス導入路６に流入する水素の流量を
制御できるようにしている。また、前記水素ガス排出経
路７には、流量測定器（ＦＩ）１４が設けられ、該流量
測定器１４により前記水素ガス排出経路７中の水素流量
を測定できるようにしている。この流量測定器１４は、
前記制御装置１１に接続しており、測定した水素流量を
前記制御装置１１に送信可能としている。

【００１８】前記水素導入路６には混合部１２が設けら
れており、該混合部１２には空気を導入するための空気
導入路１３が接続されている。この混合部１２にて水素
が空気と混合されることで触媒燃焼器５に供給される水
素の濃度が調整される。これにより、触媒燃焼器５に急
激に多量の水素が供給され、水素が充分燃焼しないまま
触媒燃焼器５を通過し（吹き抜け）たりすることを防止
できる。前記触媒燃焼器５は前段側に燃焼部５ａを有
し、この燃焼部５ａにて水素を燃焼させる。このため、
水素燃焼時には触媒燃焼器５の前段側の方が後段側より
も高い温度になる。そして、前記触媒燃焼器５の後段側
には熱交換部１５ａ、１５ｂを有している。これについ
ては詳細を後述する。混合ガス中の水素は前記触媒燃焼
器５内で燃焼した後、排出路１８から外部に排出され
る。

【００１９】以下、伝熱水３の流路である循環流路４に
ついて説明する。前記循環流路４は燃料電池２が低温始
動時に伝熱水３が流入する低温時水流路４ａと、熱利用
機器であるヒータ１６へ伝熱水３が流入するための低温
時水流路４ｂと、燃料電池２が通常運転時に伝熱水３が
流入する通常時水流路４ａ’および通常時水流路４ｂ’
から構成される。

【００２０】伝熱水３が燃料電池２から排出された直後
の循環流路４には温度センサＴ１が接続されており、該
温度センサＴ１により前記燃料電池２から排出されて循
環流路４を流れる伝熱水３の温度Ｔ_FCOUTを測定できる
ようにしている。前記循環流路４は、切替バルブＶ１に
よって触媒燃焼器５の燃焼部１５ｂを流通する低温時水
流路４ｂと、該燃焼部１５ｂを迂回する通常時水流路４
ｂ’のいずれかに切り替えられ、燃料電池２から排出さ
れた伝熱水３はこのいずれかの流路に流入する。低温時
水流路４ｂおよび通常時水流路４ｂ’はその後切替バル
ブＶ２のところで合流する。

【００２１】そして、切替バルブＶ２を通過した伝熱水
３は熱利用機器である車両の室内空調用のヒータ１６と
熱交換する構成となっている。ヒータ１６と熱交換した
後の伝熱水３は、切替バルブＶ３によって切替可能に構
成された、ラジエータ１７を迂回する流路、またはラジ
エータ１７と熱交換する流路のいずれかに流入し、該ラ
ジエータ１７を通過した伝熱水３は冷却される。その後
これらの流路は切替バルブＶ４で合流し、該切替バルブ
Ｖ４によって触媒燃焼器の熱交換部１５ａに通流する低
温時水流路４ａおよび、該熱交換部１５ａを迂回する通
常時水流路４ａ’とに切り替えられる。低温時水流路４
ａおよび通常時水流路４ａ’は切替バルブＶ５で合流
し、燃料電池２へ戻る還流路となっている。切替バルブ
Ｖ５と燃料電池２との間には温度センサＴ２が接続され
ており、該温度センサＴ２により前記燃料電池２に供給
される伝熱水３の温度Ｔ_FCINを測定できるようにしてい
る。前記温度センサＴ１と前記温度センサＴ２とはそれ
ぞれ制御装置１１に接続され、これらのセンサＴ１、Ｔ
２で測定した温度Ｔ_FCOUT、Ｔ_FCINを送信できるように
している。

【００２２】図２は、図１の燃料電池用暖機装置１が備
える制御装置１１の制御処理を示す説明図である。前記
制御装置１１は、上述したように、水素の流量測定器１
４、温度センサＴ１、Ｔ２、切替バルブＶ１〜Ｖ５に接
続し、これらの機器で測定した水素ガス排出経路７中の
反応残水素量（電気化学反応後の水素ガス中に残存する
水素量）、燃料電池２に供給される伝熱水の温度
Ｔ_FCIN、排出される伝熱水の温度Ｔ_FCOUTがそれぞれ入
力される。制御装置１１は、入力されたこれらの測定値
に基づいて切替バルブＶ１〜Ｖ５を切り換えて制御して
伝熱水３の流路を制御するとともに、流量制御弁９を制
御して前記水素ガス供給経路８から供給される水素の流
量を調整する。このようにして、前記制御装置１１は、
触媒燃焼器５に供給され、燃焼する水素の流量が所定の
値となるように制御を行う。

【００２３】図３は、図１の燃料電池用暖機装置１の工
程図である。まず、ステップＳ１００に示すように、燃
料電池２に水素や空気を供給して発電を開始させる。具
体的には、水素タンク１０に蓄えられた水素を水素ガス
供給経路８を介して燃料電池２のアノード電極に供給す
る。同様にして、酸素を含む空気を酸化剤ガス供給経路
（図示せず）を介して燃料電池２のカソード電極に供給
する。そして、ステップＳ１０２に示すように、循環流
路４に伝熱水（冷却水）３の循環を開始させる。初期段
階では、伝熱水３が循環流路４の通常時水流路４ａ’、
４ｂ’、ラジエータ１７と熱交換する流路を流通するよ
うに、前記制御装置１１により切替バルブＶ１〜Ｖ５が
制御されている。

【００２４】これにより、伝熱水３の流路は、燃料電池
２下流側で切替バルブＶ１に合流する。次に、前記切替
バルブＶ１下流側で分岐した前記通常時水流路４ｂ’を
介して、触媒燃焼器５を迂回するようにして切替バルブ
Ｖ２に合流する。前記切替バルブＶ２下流側の熱利用機
器であるヒータ１６用の熱交換部を介し、切替バルブＶ
３に合流する。そして、前記切替バルブＶ３下流側で分
岐した流路を介し、ラジエータ１７を通って切替バルブ
Ｖ４に合流する。それから、切替バルブＶ４下流側の前
記通常時水流路４ｂ’を介して触媒燃焼器５を迂回する
ようにして切替バルブＶ５に合流する。そして、切替バ
ルブＶ５を介して燃料電池２に合流する。

【００２５】次に、ステップＳ１０４に示すように、燃
料電池２の水素ガス供給経路（燃料配管）８が凍結によ
り閉塞しているかどうかを判定する。凍結（閉塞）して
いない場合（判定結果がＮＯの場合）には、後述するス
テップＳ１１２の処理に進む。凍結（閉塞）している場
合（判定結果がＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０６
に示すように、制御装置１１により流量制御弁９を開い
て、水素タンク１０の水素を触媒燃焼器５に供給する。
そして、ステップＳ１０８に示すように伝熱水３の循環
流路４が触媒燃焼器５の熱交換部１５ａおよび１５ｂを
流通するように（伝熱水３が低温時水流路４ａ、４ｂを
通るように）切替バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５を制御
する。その後、ステップＳ１１０に示すように伝熱水３
の循環流路４をラジエータ１７で冷却しないように、ラ
ジエータ１７を迂回させるよう制御装置１１で切替バル
ブＶ３を制御する。

【００２６】このとき伝熱水３の流路は、燃料電池２下
流側で切替バルブＶ１に合流する。次に、前記切替バル
ブＶ１下流側で分岐した前記低温時水流路４ｂを介し
て、触媒燃焼器５内に設けられた触媒燃焼器の熱交換部
１５ｂを貫通するようにして切替バルブＶ２に合流す
る。前記切替バルブＶ２下流側の熱利用機器であるヒー
タ１６を介し、切替バルブＶ３に合流する。そして、前
記切替バルブＶ３下流側で分岐した流路を介し、ラジエ
ータ１７を迂回するようにして切替バルブＶ４に合流す
る。それから、切替バルブＶ４下流側の前記低温時水流
路４ａを介して触媒燃焼器５の熱交換部１５ａを貫通し
て切替バルブＶ５に合流する。そして、切替バルブＶ５
を介して燃料電池２に合流する。

【００２７】そして、上述したステップＳ１０４の処理
に戻って再度判定を行い、燃料配管８の閉塞が無くなる
まで上述した一連の処理を繰り返す。なお、酸化剤ガス
供給経路（図示せず）が閉塞している場合にも、同様の
処理を行う。

【００２８】ステップＳ１１２の処理では、前記温度セ
ンサＴ１、Ｔ２により伝熱水３の温度Ｔ_FCIN、Ｔ_FCOUT
を計測する。そして、ステップＳ１１４に示すように、
制御装置１１により伝熱水の温度Ｔ_FCOUT、Ｔ_FCINが所
定値以上かどうかを判定する。判定結果がＹＥＳの場合
には、制御装置１１は車両外部が通常状態と判断して、
伝熱水３の流路をステップＳ１０２の場合と同様に（触
媒燃焼器５を迂回するように）して、一連の始動処理を
終了する。

【００２９】判定結果がＮＯの場合には、制御装置１１
は燃料電池２が低温状態であると判定して、ステップＳ
１１６に示すように、触媒燃焼器５で伝熱水３を加熱す
るように循環流路４を設定する。このときの伝熱水３の
流路は、ステップＳ１０８の場合と同様である。そし
て、ステップＳ１１８に示すように、ラジエータ１７を
迂回するように循環流路４を設定する。このときの伝熱
水３の流路は、ステップＳ１１０の場合と同様である。
そして、ステップＳ１１２の処理に戻り、上述した工程
を繰り返す。

【００３０】上述のようにしたため、低温下で燃料電池
２を作動させる際に、燃料電池２に供給される水素ガス
は、その大部分が発電に寄与せずに燃料電池２から未反
応のまま水素排出ガス排出経路７中に排出されるが、こ
の排出された水素ガスが前記水素ガス導入路６を介して
触媒燃料器５内に導入され、該触媒燃料器５内で燃焼す
る。前記触媒燃焼器５は前記循環流路４上に設けられて
いるため、水素ガスの燃焼熱で伝熱水３を加熱すること
ができ、この伝熱水３により燃料電池２が暖機される。
そして、燃料電池２が暖機されるに従って燃料電池２で
の水素の反応量が増大し、また燃料電池２での電気化学
反応は発熱を伴うため、燃料電池２の温度上昇はさらに
促進される。このように、燃料電池２に供給された未反
応の水素ガスにより燃料電池２の暖機を行うため、水素
ガスを無駄に排出することがなく、エネルギー効率を高
めることができる。

【００３１】また、本実施の形態においては、前記制御
装置１１により触媒燃焼器５内で燃焼される燃焼水素量
が所定の一定量となるように、前記制御弁９を制御す
る。図４は図１の触媒燃焼器に流入する水素流量と燃料
電池温度との関係を示すグラフである。同図に示したよ
うに、燃料電池２の温度上昇により反応が進行して排出
される水素の量が減少しても、前記制御弁９により燃料
電池２へ供給される水素の一部が触媒燃焼器５内に導入
され、確実に所定の量の水素を導入させるため、燃料電
池２が所定の温度になるまで暖機を確実に行うことがで
きる。このため、エネルギー効率を高めることができ
る。

【００３２】また、前記燃料電池２用の低温時用水流路
４ａが前記ヒータ１６の低温時用水流路４ｂよりも前記
燃焼器５の燃焼部５ａに近い位置に配置されているた
め、前記低温時用水流路４ａの伝熱水３が、低温時水流
路４ｂの伝熱水３よりも優先的に加熱される。このた
め、低温時の燃料電池２を速やかに暖機して、所望の出
力を得られるようにできるとともに、前記ヒータ１６も
その種類に応じた好適な温度で暖機することができる。
また、燃料電池２や熱利用機器であるヒータ１６を単一
の触媒燃焼器５で暖機することができるため、装置の小
型化が図られる。更に、燃料電池用の循環流路４ａを加
熱した後の燃焼ガスの熱を有効利用することができる。
加えて、燃料電池２に燃焼ガスを直接導入せずに、燃焼
器５で熱交換した伝熱水３により燃料電池２を暖機する
ため、燃料電池２に対する安全性を確保しつつ暖機する
ことができる。また、燃料電池２を加熱した伝熱水３を
更に熱交換部１５ｂで加熱することによって伝熱水３の
熱を有効利用することができる。

【００３３】次に、第２の実施の形態の燃料電池用暖機
装置３０について説明する。なお、本実施の形態におい
て前の実施の形態の部材に対応する部材については、同
一の符号を付して適宜その説明を省略する。図５は本発
明の第２の実施の形態における燃料電池用暖機装置３０
を示す概略説明図である。図６は図５の水素吸蔵タンク
（ＭＨタンク）３１を示す拡大図である。本実施の形態
においては、燃料電池２への水素供給源として、水素吸
蔵タンク（ＭＨタンク）３１を用いている。前記水素吸
蔵タンク３１は、内部に伝熱水３３が流通する循環流路
３２により貫通され、該循環流路３２中の伝熱水３３に
より伝熱される。前記循環流路３２は、前記触媒燃焼器
５内の熱交換部１５ｃ内を貫通し、触媒燃焼器５内の水
素の燃焼熱により加熱される。

【００３４】これにより、燃料電池２を暖機するのと並
行して、水素吸蔵タンク３１が加熱される。前記水素吸
蔵タンク３１から水素ガスを放出する際には吸熱を伴う
が、前記循環流路３２中の伝熱水３３により前記水素吸
蔵タンク３１を暖機することができるため、水素吸蔵タ
ンク３１から放出した熱量を補うことができる。このた
め、前記水素吸蔵タンク３１が低温の場合においても、
水素ガスを連続的に安定して供給でき、燃料電池２や触
媒燃焼器５に充分な量の水素を供給することができる。
よって、燃料電池２の始動を早めることができる。

【００３５】また、本実施の形態において、触媒燃焼器
５は、第１の実施の形態における燃料電池用の低温時水
流路４ａとの熱交換部１５ａ、ヒータ１６用の低温時水
流路４ｂとの熱交換部１５ｂに加え、水素吸蔵合金用の
循環流路３２との熱交換部１５ｃを備えている。このた
め燃料電池用の暖機装置の小型化および燃焼ガスの保持
する熱の有効利用を図ることができる。

【００３６】図７は図５の触媒燃焼器に流入する水素流
量と燃料電池温度との関係を示すグラフである。このよ
うに、燃料電池２の温度により暖機に必要となる燃料水
素量が異なる点を考慮して、前記燃焼水素量の所定の値
を設定したため、より効率的に燃料電池２の暖機を行う
ことができる。

【００３７】以上の実施の形態においては、伝熱流体と
して、伝熱水を用いた場合について説明したが、伝熱水
は純水または不凍液などの液体であってもよく、さらに
はガスであってもよい。また、水素タンクとして水素吸
蔵合金を収納した例を紹介したが、圧縮した水素を貯蔵
する高圧水素タンクを使用することもできる。この場合
高圧水素タンクから水素を放出する際に膨張によって熱
を奪うが、その熱を触媒燃焼熱によって補うことができ
る。

【００３８】また、実施の形態においては、未反応の水
素と水素供給経路中の水素とを触媒燃焼器に供給した
が、水素パージを行う場合には、このパージした水素を
触媒燃焼器に供給してもよい。また、第２の実施の形態
においては、熱利用機器のうち、室内用ヒータが水素吸
蔵タンクよりも優先的に加熱されるように伝熱水の流路
を配置したが、この順番はこれに限ったものではなく、
熱利用機器の必要な熱量に応じて適宜変更することがで
きる。

【００３９】また、未反応の水素のみで燃料電池２の暖
機をしてもよい。この場合には、燃料電池２が充分に暖
機されたときには、未反応のまま排出される水素の流量
は略一定に収束し、これにより伝熱水を加熱する熱量も
略一定に保持される。燃料電池２は発電によりさらに発
熱するため、燃料電池２の暖機に使用していた伝熱水
を、そのまま冷却媒体として使用することができる。他
にも発明の要旨を逸脱しない範囲での変更を行ってもよ
いことはもちろんである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載し
た発明によれば、低温時の燃料電池を速やかに暖機し
て、所望の出力を得られるようにできるとともに、前記
熱利用機器もその種類に応じた好適な温度で暖機するこ
とができる。また、装置の小型化が図られ、燃料電池に
対する安全性を確保しつつ暖機することができる。

【００４１】請求項２に記載した発明によれば、燃料電
池から排出される未反応の水素ガスを無駄に外部に放出
することなく利用できるため、エネルギー効率を高める
ことができる。特に、低温下で燃料電池を作動させる際
には、前記未反応の水素ガスの量が多いため、水素の利
用効率を高めることができる。

【００４２】請求項３に記載した発明によれば、燃料電
池に供給される伝熱流体をより短時間で加熱することが
でき、低温下の燃料電池をより短時間で暖機することが
できる。

【００４３】請求項４に記載した発明によれば、前記水
素タンクが低温の場合においても、水素ガスを連続的に
安定して供給でき、燃料電池に充分な量の水素を供給す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施の形態における燃
料電池用暖機装置を示す概略構成図である。

【図２】図１の燃料電池用暖機装置が備える制御装置
（ＥＣＵ）の制御処理を示す説明図である。

【図３】図１の燃料電池用暖機装置の工程図である。

【図４】図１の触媒燃焼器に流入する水素流量と燃料
電池温度との関係を示すグラフである。

【図５】図５は本発明の第２の実施の形態における燃
料電池用暖機装置を示す概略説明図である。

【図６】図５の水素吸蔵タンク（ＭＨタンク）を示す
拡大図である。

【図７】図５の触媒燃焼器に流入する水素流量と燃料
電池温度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１燃料電池用暖機装置２燃料電池３伝熱水（冷却水）４循環流路５触媒燃焼器６水素ガス導入路７水素ガス排出経路８水素ガス供給経路９流量制御弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池に熱交換用の伝熱流体を供給さ
せる燃料電池用流体流路と、熱利用機器に熱交換用の伝
熱流体を供給させる熱利用機器用流体流路と、水素と酸
化剤とを燃焼させる燃焼部を備えた燃焼器とを備え、これらの燃料電池用流体流路と熱利用機器用流体流路と
を前記燃焼器に対して熱交換可能に設け、かつ、前記燃
料電池用流体流路を前記熱利用機器用流体流路より前記
燃焼器の燃焼部に近い位置に配置することを特徴とする
燃料電池用暖機装置。
【請求項２】前記燃焼器の燃焼部は、前記燃料電池の
水素排出経路に接続されていることを特徴とする請求項
１に記載の燃料電池用暖機装置。
【請求項３】前記燃焼器の燃焼部は、前記燃料電池の
水素供給経路に接続されていることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の燃料電池用暖機装置。
【請求項４】前記燃料電池に供給する水素を貯蔵する
水素タンクが前記熱利用機器を構成し、該水素タンクが
前記熱利用機器用流体流路上に設けられていることを特
徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料
電池用暖機装置。