JP2004047210A

JP2004047210A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2004047210A
Application number: JP2002201079A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Aramaki; 荒巻　和喜
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】燃料電池が発電可能となるまでの時間を短縮し、かつ水容器内の解氷のための消費燃料、電力を削減する。
【解決手段】燃料電池（１）が、電池部と加湿部とからなり、水を蓄える水容器（５）と、この水容器（５）内の水を燃料電池（１）内部の前記加湿部へと供給する水供給装置（６、８）と、前記加湿部で使用されなかった水を水容器（５）へと戻す戻り通路（１１）とを備える。この場合に燃料電池（１）内部の電池部で使用されなかった水素と酸素を燃焼させる燃焼器（２）と、燃料電池（１）の起動時に水容器（５）内の水が凍っているとき、この燃焼器（２）で燃焼したガスを水に代えて燃料電池（１）内部の前記加湿部に供給する燃焼ガス供給手段（３、８、２１、２２、２３）とを設ける。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は燃料電池システム、特に起動時の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池車両の起動方法には例えば特開２０００−２３６９７８号公報に示されるようなものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固体高分子型燃料電池は、電解質にプロトン導電性を有する高分子膜を用い、この膜の両側に薄い多孔質触媒電極を有する。そして、それぞれの電極に水素と空気（または酸素）を供給し、水素と空気中の酸素との反応により発電させるものである。
【０００４】
この場合、プロトンが高分子膜を移動する際には電気浸透効果により数個の水分子を伴って移動するため高分子膜のアノード側が乾燥しがちになり、このことが高分子膜の電気伝導度を低下させ、発電能力を低下させてしまう。これを防ぐには、水素ガスを加湿して、また空気も加湿して電極へと供給することであり、このため、多孔質セパレータの一方の面に水を、他の面に電池への供給ガス（水素、空気）を流し、セパレータを透過してくる水蒸気で供給ガスを加湿して電池に供給している。
【０００５】
このように、電池への供給ガスを加湿する部分（加湿部）と、供給ガスを電極に受けて発電する部分（電池部）とがドッキングして一体化されたものが、内部加湿方式の固体高分子型燃料電池である。
【０００６】
上記の加湿部はさらに、水（純水）を蓄える容器と、この容器内の水を加湿部へと供給する水供給手段と、加湿部で使用されなかった水を容器へと戻す戻り通路とを備えている。
【０００７】
こうした燃料電池システムを０℃以下の外気中に放置すると容器内の水が凝結するためこの状態では水素と空気の供給ガスを加湿することができない。従ってこの場合には、容器内の氷が解凍するのを待ってからでないと燃料電池を起動させることができない。
【０００８】
そこで上記の従来装置では、燃料電池内部に温水等の媒体が流れる温水通路を形成しておき、０℃以下の低温状態では加熱用ヒータを働かせて加熱した温水を燃料電池内部の温水通路に流すことにより燃料電池が発電可能となる温度にまで昇温させるようにしている。
【０００９】
この従来装置を水容器に適用し、水容器内に温水通路を設けて０℃以下の低温状態で加熱用ヒータを働かせて加熱した温水を水容器内の温水通路に流すことにより、水容器内の氷を溶かそうとすることを考えると、加熱用ヒータが電気ヒータである場合に早期に水容器内の氷を溶かそうとすれば、非常に大きな熱量が必要になり電気ヒータが大型化して燃費が悪化する。かといって小さな熱量しか発生しない電気ヒータを用いたのでは、燃料電池が発電可能となるまでの時間が長引いてしまう。
【００１０】
また、加熱用ヒータとして燃焼式ヒータを用いる場合には、燃料電池が発電可能となるまでの時間を短縮できるものの、燃焼式ヒータを別に設ける必要があり、コストアップになる。
【００１１】
そこで本発明は、燃料電池で使用されなかった供給ガスは燃焼器に導いて燃焼させていることに着目し、燃料電池の起動時に容器内の水が凍結しているときには燃焼器で燃焼させたガスを水に代えて加湿部に供給することにより、燃焼ガス中の水蒸気を用いて起動直後より供給ガスの加湿を行わせつつ燃焼ガス中の水蒸気から生成される凝縮水を加熱して水容器内に導いて水容器内の氷を溶かし、これにより水容器内の解氷のために電気ヒータにより加熱した温水を水容器内に設けた温水通路に流す場合に比べて、燃料電池が発電可能となるまでの時間を短縮し、かつ水容器内の解氷のための消費燃料、電力を削減することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、燃料電池が、電解質としての高分子膜の両側に電極を有し、これら電極にそれぞれ供給ガスとしての水素及び酸素を導いて両者の反応により発電を行わせる電池部と、多孔質セパレータの一方の面に水を、他の面に前記供給ガスを流し、該セパレータを透過してくる水蒸気で供給ガスを加湿する加湿部とからなり、前記水を蓄える水容器と、この水容器内の水を燃料電池内部の前記加湿部へと供給する水供給装置と、前記加湿部で使用されなかった水を水容器へと戻す戻り通路とを備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池内部の電池部で使用されなかった水素と酸素を燃焼させる燃焼器と、燃料電池の起動時に前記水容器内の水が凍っているとき、この燃焼器で燃焼したガスを水に代えて燃料電池内部の前記加湿部に供給する燃焼ガス供給手段とを設ける。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の起動時に水容器内の水が凍っているとき、燃焼ガスを水に代えて燃料電池内部の加湿部に供給することで、燃料電池を直接に温度上昇させることができる。また、燃焼器における水素と酸素の燃焼により水蒸気が生成されるために供給ガスに対する加湿も行える。
【００１４】
さらに、生成された水蒸気は燃焼ガスを燃料電池内部の加湿部に供給するための通路や燃料電池内部で冷やされて凝縮水へと変化すると共に、凝縮水へと変化する際には熱を放出し、この熱がさらに燃料電池を加熱するとともに、既に生じている凝縮水をも加熱する。そして、高温となった凝縮水は燃料電池より出て戻り通路より水容器内へと流れ込んで氷を溶かす。
【００１５】
このようにして、請求項１に記載の発明によれば、燃焼ガスを利用することにより、水容器内の水が凍っている状態においても、燃料電池で発電を行いながら燃料電池の昇温、供給ガスの加湿を行いつつ、水容器内の解氷を行うことができる。この場合に燃焼ガスにより燃料電池を直接加熱するので、水容器内の解氷のために電気ヒータにより加熱した温水を水容器内に設けた温水通路に流す場合に比べて、燃料電池が定格発電可能となるまでの時間を短縮でき、かつ水容器内の解氷のための消費燃料、電力も削減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１実施形態の燃料電池システムの概略構成図を示す。
【００１８】
図において、燃料電池１はその内部に空気通路、水素通路および水通路を備えた内部加湿方式の固体高分子型燃料電池である。すなわち、燃料電池１は加湿部と電池部とからなり、加湿部では多孔質セパレータの一方の面に水（例えば純水）、反対側の面に供給ガス（空気又は水素）を流し、セパレータを透過してくる水蒸気で供給ガスを加湿する。そして加湿した水素と空気の供給ガスを電池部の各電極に供給し、これら供給ガスの反応により発電を行わせるようになっている。燃料電池１で発生した電力は走行用電動モータやバッテリ等の電気機器に供給される。
【００１９】
燃料電池１内部の加湿部に水を供給するため、電動モータ７により駆動される水供給ポンプ６を備える。
【００２０】
まず、燃料電池を起動してしばらくたった後の通常運転時について述べると、水供給ポンプ６は水タンク５（水容器）内の水を加圧し水供給通路８を介して燃料電池１内部の加湿部に供給する。燃料電池１内部の加湿部で供給ガスの加湿に使用されなかった水は戻り通路１１を介して熱交換器１２に導かれ、ここで冷却された後に水タンク５へと戻される。
【００２１】
燃料電池１内部の電池部で発電のために消費されなかった余剰の空気と水素は燃焼器２に送られて燃焼され、燃焼後のガスは排気通路３を介してコンデンサ４へと送られる。コンデンサ４では燃焼ガスを冷却して水を分離し、この燃焼ガスから分離された水は通路１６より水タンク５へと回収される。
【００２２】
このように、水供給ポンプ６、水供給通路８からなる水供給装置を備える（請求項８に記載の発明）のであるが、水タンク５内の水温が０℃以下にある燃料電池の起動時には水タンク５内の水が凍り、液状の水を燃料電池１内部の加湿部へと供給できなくなるので、本発明では通路２１、三方弁２２、２３からなる燃焼ガス供給手段を設けている（請求項８に記載の発明）。
【００２３】
これについて説明すると、排気通路３から分岐して水供給ポンプ６下流の水供給通路８に合流する通路２１が設けられ、この通路２１の分岐部と合流部とにそれぞれ三方弁２２、２３を備える。
【００２４】
一方の三方弁２２はＯＦＦ状態（図示状態）で三方弁２２上流の排気通路３と三方弁２２下流の排気通路３とを連通し、三方弁２２上流の排気通路３と通路２１との連通を遮断しているが、ＯＮ状態に切換えられると、三方弁２２上流の排気通路３と三方弁２２下流の排気通路３との連通を遮断し、三方弁２２上流の排気通路３と通路２１とを連通する。
【００２５】
また、三方弁２３はＯＦＦ状態（図示状態）で三方弁２３上流の水供給通路８と三方弁２３下流の水供給通路８とを連通し、通路２１と三方弁２３下流の水供給通路８との連通を遮断しているが、ＯＮ状態に切換えられると、三方弁２３上流の供給通路８と三方弁２３下流の供給通路８との連通を遮断し、通路２１と三方弁２３下流の供給通路８とを連通する。
【００２６】
このため、２つの三方弁２２、２３が共にＯＦＦ状態にあるときには通常運転時と同様であり、これに対して三方弁２２、２３が共にＯＮ状態になると、通常運転時と相違して、燃焼器２からのガスが、三方弁２２上流の排気通路３、通路２１、三方弁２３下流の水供給通路８を還流して燃料電池１内部の加湿部へと供給される。すなわち、通路２１と三方弁２２、２２とは燃焼器２からのガスをコンデンサ４へと導くのか、それとも燃料電池１内部の加湿部へと還流させるのかを切換えるためのものである。
【００２７】
燃料電池１内部の加湿部より外部に出る戻り通路１１からは、熱交換器１２の上流より分岐して熱交換器１２を迂回するバイパス通路２５が設けられ、このバイパス通路２５の分岐部にも三方弁２６を備える。この三方弁２６はＯＦＦ状態（図示の状態）で三方弁２６上流の戻り通路１１と三方弁２６下流の戻り通路１１とを連通し、三方弁２６上流の戻り通路１１とバイパス通路２５との連通を遮断しているが、ＯＮ状態に切換えられると、三方弁２６上流の戻り通路１１と三方弁２６下流の戻り通路１１との連通を遮断し、三方弁２６上流の戻り通路１１とバイパス通路２５とを連通する。
【００２８】
さらに、戻り通路１１からの燃料電池の停止時における水抜きのため、三方弁２６と熱交換器１２の間の戻り通路１１から分岐して大気に開放される水抜き通路２７が設けられ、この水抜き通路２７にＯＦＦ状態（図示の状態）でこの通路２７を開放し、ＯＮ状態になるとこの通路２７を遮断する切換弁２８を備える。
【００２９】
上記３つの三方弁２２、２３、２６及び切換弁２８をＯＮ、ＯＦＦ制御するほか、電動モータ７の駆動制御、燃料電池１への供給ガスの供給制御を行うため、主にマイコンからなるコントローラ３１を備える。コントローラ３１には水タンク５内の水温を検出する水温センサ３２とイグニッションスイッチ３３からの信号が入力し、これらの信号に基づいて燃料電池１の起動時に水タンク５内が氷結していることを判定したときには水供給ポンプ６は働かせることなく停止しておき、空気と水素の供給ガスを燃料電池１に供給した後に燃焼器２で燃焼させ、その高温の燃焼ガスを燃料電池１内部の加湿部に供給することにより、燃料電池１の昇温と供給ガスの加湿を行うだけでなく、燃焼ガス中の水蒸気が冷やされて生じる凝縮水を加熱した後で水タンク５内に導いて水タンク５内の解氷を行う。
【００３０】
なお、ここでは、図１に示した燃料電池１を含むシステムを車両に搭載し、燃料電池１からの電力で車両駆動用モータ１５を駆動して車両を走行させる、いわゆる燃料電池車の場合で説明する。燃料電池車においても、エンジンを搭載する車両と同じに燃料電池１の始動や燃料電池１の停止を指示するスイッチが設けられており、このスイッチをイグニッションスイッチと称している。
【００３１】
コントローラ３１で行われる制御内容を図２のフローチャートにより説明する。図２のフローは一定時間毎に実行する。
【００３２】
図２においてステップ１ではイグニッションスイッチ（図では「ＩＧＮ　ＳＷ」で略記）３３の信号をみる。イグニッションスイッチ３３が今回にＯＮ状態にあり、かつ前回はＯＦＦ状態であるとき、つまりイグニッションスイッチ３３がＯＦＦからＯＮへと切換えられたとき（起動直後）には、ステップ３、４に進んで、切換弁２８をＯＮとすると共に三方弁２６をＯＮとする。切換弁２８のＯＮによって水抜き通路２７が遮断され、三方弁２６のＯＮによって燃料電池１内部の加湿部を出た流体は、三方弁２６上流の戻し通路１１、バイパス通路２５、戻し通路１１と流れて純水タンク５へと導かれる。これは、熱交換器１２は通常運転時に燃料電池１内部で温度上昇した水を冷却するためのものであり、水タンク５内の水温が０℃以下の起動時にはなるべく暖かい水を水タンク５に供給したいので、熱交換器１２をバイパスして流すようにしたものである。
【００３３】
ステップ７では水温センサ３２からの水温を読み込み、これと０℃をステップ８において比較する。水温が０℃以下であるときには水タンク５内の水が凍結していると判断し、ステップ９で２つの三方弁２２、２３をＯＮ状態に切換える。三方弁２２、２３のＯＮへの切換により、燃焼器２を出たガスは、三方弁２２上流の排気通路３、通路２１、三方弁２３下流の供給通路８からなる還流通路を流れて燃料電池１内部の加湿部へと導かれる。
【００３４】
また、水タンク５内が氷結している状態では水供給ポンプ６を作動させても液状の水を燃料電池１内部の加湿部へと供給できないので、ステップ１０で電動モータ７をＯＦＦとする。
【００３５】
ステップ１１、１２では、燃焼器２を活性化させると共に、空気と水素の供給ガスの燃料電池１内部の加湿部への供給を開始する。燃焼器２が触媒であれば、触媒は活性化した状態にならないと空気中の酸素と水素を反応（燃焼）させることができないので、燃焼器２の活性化とはヒータ等を用いて触媒を活性温度にまで上昇させることである。あるいは触媒が活性化するまでは燃焼器２の上流端に設けたグロープラグで供給ガスに点火して燃焼させるようにしてもよい。
【００３６】
イグニッションスイッチ３３が今回、前回ともＯＮの状態であれば、ステップ１、２よりステップ５、６に進んで切換弁２８、三方弁２６ともＯＮ状態に保持する。このときもステップ７で水温を読み込み、水温が０℃以下であればステップ９〜１２の操作を繰り返す。
【００３７】
水温が０℃以下にある燃料電池１の起動時にステップ９〜１２の操作を繰り返すと、燃焼器２触媒が活性化する前は空気と水素が未反応のまま上記の還流通路を流れて燃料電池１内部の加湿部に供給されるが、燃焼器２触媒が活性化したタイミングからは空気中の酸素と水素が反応して燃焼し高温となった燃焼ガスが上記の還流通路を流れて燃料電池１内部の加湿部に供給され、加湿部より燃料電池１の外へと出た燃焼ガスは戻り通路を経て水タンク５へと導かれ、水タンク５上部の大気開放孔５ａから大気へと排出される。
【００３８】
この場合、燃焼ガスには水素の燃焼によって大量の水蒸気を含んでいるために、水温が０℃以下にある起動時、つまり冷間状態にある上記の還流通路や燃料電池１内部で冷却されると、燃焼ガス中の水蒸気は凝縮水に変化する。水蒸気が凝縮水に変化するときには気化潜熱を放出するため大量の熱が発生し、また燃焼ガスの高い温度によって上記の還流通路および燃料電池１内部が効率的に暖められる。また、電池部が定格発電可能な温度に達して発電を行うようになると、この電池部による発電に伴う熱が燃料電池１内部の加湿部に与えられるため、加湿部を通過する凝縮水はさらに高温になって燃料電池１を出て水タンク５へと流入する。
【００３９】
この高温の凝縮水の水タンク５への流入により、水タンク５内で氷結していた水が徐々に溶かされる。
【００４０】
やがて、水タンク３７内の水が全て溶けると、水タンク５内の解氷は終了である。従ってこのとき、つまり水タンク５内の水温が０℃を越えたときには通常運転モードへと移行させるため、ステップ８よりステップ１３、１４に進み、三方弁２２、２３をＯＦＦ状態へと切換えると共に、電動モータ７をＯＮ状態へと切換える。三方弁２２、２３のＯＦＦへの切換により、燃焼器２からの燃焼ガスはコンデンサ４へと導かれ、また解凍されて液体となった水タンク５内の水は水供給ポンプ６により加圧されて水供給通路８より燃料電池１内部の加湿部へと供給される。
【００４１】
このように、本実施形態では、水タンク５内の水が凍っている起動時に、燃焼器２からの燃焼ガスを燃料電池１内部の加湿部に直接に供給することによって、冷間状態にある還流通路や燃料電池１内部の加湿部を加熱して電池部をも加熱し、電池部を定格発電可能な温度へと上昇させ、その一方で温度低下した燃焼ガスより凝縮水が生成されるためこの凝縮水を用いて燃料電池の加湿を行う。これを続けると凝縮水が増えてゆき、この凝縮水が水タンク５に流れ込む。そのうち燃料電池１が暖まってくると、凝縮水の温度も上がり、このようにして温度上昇した凝縮水によりやがて水タンク内の解氷が終了する。
【００４２】
これにより、水容器内の解氷のために電気ヒータにより加熱した温水を水容器内に設けた温水通路に流す場合に比べて、燃料電池が定格発電可能となるまでの時間を短縮でき、かつ水容器内の解氷のための消費燃料、電力も削減できる。
【００４３】
一方、ステップ１でイグニッションスイッチ３３がＯＦＦ状態であるときにはステップ１５に進み、前回のイグニッションスイッチ３３の状態をみる。前回はイグニッションスイッチ３３がＯＮ状態にあり今回イグニッションスイッチ３３がＯＦＦであるとき、つまりイグニッションスイッチ３３がＯＮからＯＦＦへと切換えられたときには燃料電池の停止時であると判断し、ステップ１６で切換弁２８をＯＦＦとする。これは、燃料電池の停止時に戻り通路１１内の水を戻り通路１１からすべて抜き、水は水タンク５内にしかない状態にしておくためである（請求項７に記載の発明）。
【００４４】
ステップ１７、１８、１９では電動モータ７をＯＦＦとし、空気と水素の燃料電池１への供給を停止し、燃焼器２の働きを停止させる。
【００４５】
図３は第２実施形態の燃料電池システムの概略構成図で、図１と置き換わるものである。図１と同一部分には同一番号を付けている。
【００４６】
この実施形態は、第１実施形態に対して、さらに水タンク５内が氷結状態にあるとき、凍った水を直接に加熱し得る加熱装置４１を設けたものである（請求項２、３に記載の発明）。すなわち、加熱装置４１は、燃焼器２内の燃焼ガスとの間で吸熱を行う熱交換器４２と、水タンク５内の氷との間で放熱を行う熱交換器４３と、これら２つの交換器４２、４３の間で伝熱媒体を流す通路４４、４５と、電動モータ４７により駆動され、燃焼ガスとの間で熱交換を行わせた伝熱媒体を熱交換器４３へ、氷との間で熱交換を行わせた伝熱媒体を熱交換器４２へと循環させる、電動モータ４７駆動のポンプ４６とからなっている（請求項３に記載の発明）。そして、加熱装置４１もコントローラ３１により駆動する。
【００４７】
また、水タンク５内が氷結しているとき燃焼器２からの燃焼ガスを燃料電池１内部の加湿部に供給する際に燃焼ガスの温度が加湿部入口において高過ぎると、燃料電池１の耐久性を低下させてしまうので、燃料電池１内部の加湿部を通る水供給通路のうち入口近くに温度センサ５１を設けて加湿部入口のガス温度を検出し、検出したガス温度をコントローラ３１に入力させ、コントローラ３１において、加湿部入口のガス温度が所定値を超えるときには一時的に燃焼ガスの燃料電池１内部の加湿部への供給を中止する（請求項５に記載の発明）。
【００４８】
コントロールユニット３１により行われるこれらの制御を図４、図５のフローによりさらに詳述する。なお、図４、図５において図２と同一部分には同一のステップ番号を付けており、図２と相違する部分を主に説明する。
【００４９】
図５のステップ２１では温度センサ５１により検出されるガス温度を読み込み、この温度と所定値をステップ２２において比較する。所定値は燃料電池１の使用温度として許容される上限温度であり、例えば１００℃前後の値に設定する。加湿部入口のガス温度が所定値以下であれば、第１実施形態の処理に加えて加熱装置４１を働かせる。すなわち、図５のステップ７以降に進み、水温が０℃以下のときには、ステップ９〜１２の操作を行うと共にステップ２３で電動モータ４７をＯＮにして加熱装置４１を働かせる。また、水温が０℃を超えると、ステップ１３、１４の操作を行うと共にステップ２４で電動モータ４７をＯＦＦにする。
【００５０】
一方、燃料電池１の起動直後に燃料電池１内部の加湿部に燃焼器２からの燃焼ガスを供給している場合に、燃焼ガスが加湿部入口に近い付近で所定値を越えることがある。このときにはステップ２２よりステップ２５に進み、タイマが起動されているかどうかをみる。このタイマは温度センサ５１により検出される加湿部入口付近のガス温度が所定値を超えてからの経過時間を計測するためのものである。温度センサ５１により検出される加湿部入口付近のガス温度が初めて所定値を越えたときにはまだタイマは起動されていないので、ステップ２６に進んでタイマを起動し、ステップ２７においてタイマ値と一定時間を比較する。
【００５１】
タイマを起動した当初は一定時間に満たないため、ステップ２８に進み、三方弁２２、２３をＯＦＦへと切換えることにより、燃料電池１内部の加湿部への燃焼ガスの供給を停止する。
【００５２】
ただし、凍結した水の加熱装置４１による加熱は継続するためステップ２９で電動モータ４７をＯＮとしておく。水供給ポンプ６は、働かせても液状の水を燃料電池１内部の加湿部へと供給できないので、ステップ３０で電動モータ７をＯＦＦとする。
【００５３】
そして、一定時間が経過したときには加湿部入口付近のガス温度が所定値以下に低下していると判断して、再びステップ７以降に進む。
【００５４】
このように、燃料電池１の起動時に水タンク５内の水温が０℃以下のとき、第２実施形態によればさらに加熱装置４１を働かせて水タンク５内の氷に熱を直接与えるようにしたので、より迅速に水タンク５内の氷を溶かすことができ、より早い通常運転への移行が可能となる。
【００５５】
また、水タンク５内の解氷のため燃料電池１内部の加湿部に燃焼器２からの燃焼ガスを供給している場合に、燃焼ガスの温度が燃料電池１内部の加湿部入口付近で所定値を越えたときには燃焼器２からの燃焼ガスの燃料電池１内部の加湿部への供給を一時的に中止するようにしたので、燃料電池１の耐久性が悪くなることがない。
【００５６】
第２実施形態では、加熱装置４１の熱源として燃焼器２の燃焼ガスとの間で熱交換を行わせて上昇した伝熱媒体を用いる場合で説明したが、これに限られるものでなく、電気ヒータで直接に水容器内の氷を加熱するようにしてもかまわない（請求項４に記載の発明）。ただし、燃焼器２からの伝熱媒体を介した加熱装置４１を用いたほうが、より消費燃料が少なく水タンク５内の解氷を完了できるため、電気ヒータで直接に水容器内の氷を加熱する場合より望ましい。
【００５７】
第２実施形態では、温度センサ５１により検出される加湿部入り口付近の燃焼ガス温度が高すぎる場合に燃焼ガスの燃料電池１内部の加湿部への供給を一時的に停止する場合で説明したが、これに代えて次の方策をとることができる（請求項６に記載の発明）。
【００５８】
他の方策１：燃料電池１への水素と空気の供給量を減量（調節）して燃焼器２
の燃焼ガス温度を所定値以下へと低下させる。
【００５９】
他の方策２：加熱装置４１の伝熱媒体の循環流量を増大させて燃料電池１に供
給される燃焼ガスの温度を所定値以下へと低下させる。
【００６０】
第１実施形態に対して、第２実施形態の加熱装置４１のみを追加した態様も考えられる。
【００６１】
実施形態では、燃料電池システムを燃料電池車に適用した場合で説明したが、これに限らず定置式のものにも適用することができる。
【００６２】
実施形態で燃料電池１に供給する水素は、炭化水素系原料を改質して得られる水素（改質ガス）でもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムの概略構成図。
【図２】第１実施形態の制御内容を説明するためのフローチャート。
【図３】第２実施形態の燃料電池システムの概略構成図。
【図４】第２実施形態の制御内容を説明するためのフローチャート。
【図５】第２実施形態の制御内容を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１　燃料電池
２　燃焼器
３　排気通路
５　水タンク（水容器）
６　水供給ポンプ
８　水供給通路
１１　戻り通路
２１　通路
２２、２３　三方弁
２７　水抜き通路
２８　切換弁

Claims

燃料電池が、電解質としての高分子膜の両側に電極を有し、これら電極にそれぞれ供給ガスとしての水素及び酸素を導いて両者の反応により発電を行わせる電池部と、多孔質セパレータの一方の面に水を、他の面に前記供給ガスを流し、該セパレータを透過してくる水蒸気で供給ガスを加湿する加湿部とからなり、
前記水を蓄える水容器と、
この水容器内の水を燃料電池内部の前記加湿部へと供給する水供給装置と、
前記加湿部で使用されなかった水を水容器へと戻す戻り通路と
を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池内部の電池部で使用されなかった水素と酸素を燃焼させる燃焼器と、
燃料電池の起動時に前記水容器内の水が凍っているとき、この燃焼器で燃焼したガスを水に代えて燃料電池内部の前記加湿部に供給する燃焼ガス供給手段と
を設けることを特徴とする燃料電池システム。
燃料電池の起動時に前記水容器内の水が凍っているとき、その凍った水を直接に加熱する加熱装置を設けることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記加熱装置は、燃焼器内で燃焼ガスとの間で熱交換を行って吸熱した伝熱媒体を前記水容器内に設けた伝熱媒体通路を循環させるものであることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
前記加熱装置は、前記水容器内の氷を直接に加熱する電気ヒータであることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
前記燃焼したガスを水に代えて燃料電池内部の前記加湿部に供給する場合に、この燃焼したガスの温度が加湿部入口において予め定めた所定値を超えるとき、この燃焼したガスの燃料電池内部の前記加湿部への供給を一時的に停止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記燃焼したガスを水に代えて燃料電池内部の前記加湿部に供給する場合に、この燃焼したガスの温度が加湿部入口において予め定めた所定値を超えるとき、この燃焼したガスの温度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
燃料電池の停止時に前記戻り通路内の水を抜き取ることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記水供給装置は、水容器内の水を加圧して吐出する水供給ポンプと、この加圧された水を燃料電池内部の前記加湿部に供給する水供給通路とからなり、前記燃焼ガス供給手段は、燃焼器からの燃焼ガスを逃す排気通路と、この排気通路から分岐して前記水供給ポンプ下流の水供給通路に合流する通路と、この通路の分岐部と合流部にあって流路を切換える三方弁とからなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記水は純水であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記供給ガスの一方は酸素に代えて酸素を含んだ気体であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記供給ガスの一方は水素に代えて改質ガスであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。