JP2007018780A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制し、且つ、断熱材による不都合を生じ難くすることが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池システム１は、低温にすべき凝縮部４１と、結露の発生するためある程度高い温度を保つべき水素排出弁３２及び循環装置４３とがユニット７０を構成して一体的に設けられている。また、凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３との間には、断熱隔壁８１ａが設けられ、断熱隔壁８１ａはアキュームレータ８２から熱媒体８３が注入されることで断熱効果が低下し、注入された熱媒体８３が排出されることで断熱効果が増加する。このため、状況に応じて、凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３と断熱効果を高めたり、低めたりすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、固体高分子電解質膜を使用し、１００度以下の温度で発電を行う小型の燃料電池システムが開発されている。この小型の燃料電池システムは主として自動車用や都市ガスを利用した住宅用の発電システムとして応用されている。

上記燃料電池システムの燃料電池は、固体高分子電解質を酸化剤極側セパレータと燃料極側セパレータで挟み込んで構成されるセルを複数積層した構造となっている。また、燃料電池は、燃料極に燃料として水素ガスの供給を受け、酸化剤極に酸化剤ガスとして空気の供給を受ける。燃料極では触媒作用により水素イオンが発生し、発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を移動して酸化剤極に至り、酸化剤極で酸素と電気化学反応を起こす。これにより、燃料電池は発電を行うようになっている。

また、燃料電池システムでは、燃料極側全体の反応を安定させるべく、反応に必要な量よりも余裕を持った量の水素ガスを燃料極に供給する構成となっている。このため、燃料極では一部の水素ガスが反応に寄与することなく余剰水素ガスとなり残ってしまう。近年の燃料電池システムでは、この余剰水素ガスを利用するために、燃料極から排出されたガスを圧送ポンプやエジェクタ等の昇圧循環手段により昇圧し、新たに供給される水素ガスと混合させたうえで、再度燃料電池に送り込むようになっている。すなわち、近年の燃料電池システムは、水素ガスの無駄を少なくするために燃料極の排出ガスを循環させるリサイクル構造となっている。

また、燃料電池システムでは、酸化剤極側に供給された空気中の窒素が微量ながら固体電解質膜を透過して燃料極に至り、水素ガスに混入する。このため、近年の燃料電池システムのようにリサイクル構造を採用していると、次第に燃料極側の窒素濃度が上昇して前記昇圧循環手段による余剰水素ガスの循環が難しくなり、発電が不安定になる場合がある。これを防止すべく、燃料電池システムは、燃料極側のガスの窒素濃度が高くなると、燃料極側のガスを外部に排出する構成となっている。これにより、水素ガスに混入した窒素を排出して水素ガス純度を回復させ、燃料電池の発電を安定的に継続させることができる。なお、ガス排出には一般的に遮断弁や流量制御弁などの水素ガス排出弁が用いられて、水素ガス排出弁によりガスの排出タイミングや排出流量が制御される。

また、燃料電池システムでの発電反応により水が生成されることが知られている。このため、燃料電池内の燃料極から排出されるガスは生成水によって高湿度状態となる。排出ガスが高湿度であると、再度排出ガスを燃料電池の燃料極に循環させるまえに排出ガスが冷やされて結露を発生させる可能性がある。結露水は上記昇圧循環手段や水素ガス排出弁などに付着したり、燃料電池内の燃料ガスの流路を塞いだりしてしまう。このため、次回起動時に経路に溜まった結露水をパージするのに時間が掛かり燃料電池システムの起動性が悪くなってしまう。

そこで、燃料電池システムは、余剰水素ガス中の水蒸気を凝縮除湿する除去手段を備えている。除去手段は、燃料電池の燃料極出口付近に設けられ、前後の水素ガス経路よりも内径が拡大されている。この拡大部において余剰水素ガスは流速が低減させられることとなる。また、除去手段は、外気等により冷却されるようになっている。このため、除去手段は、流速が低減した余剰水素ガスの温度を下げることとなり、効果的にガス中の水蒸気を凝縮・除湿するようになっている。また、燃料電池システムは、除去手段下部に排水弁を備え、凝縮・除湿した液水を定期的に外部へ排出する構成となっている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−９３４３８号公報

このような従来の燃料電池システムにおいて、除去手段は、結露を発生させないために、水素ガス排出弁や昇圧循環手段よりも温度が低くなるべきであり、水素ガス排出弁や昇圧循環手段と除去手段とは互いに熱伝導が発生し難いように個別に離して設置しなければならない。

しかしながら、燃料電池システムでは、水素ガス排出弁や昇圧循環手段と除去手段とのレイアウトに制約を受け、特に自動車用途の燃料電池システムでは、搭載レイアウト性が優先されるため、水素ガス排出弁や昇圧循環手段と除去手段とを一体化することがあり、個別に離して設置することが困難である。

一方、水素ガス排出弁や昇圧循環手段と除去手段とを一体化し、両者間に断熱材などを設けると、熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制することができるが、以下の問題が生じる。

すなわち、冬季などにおいて長期にシステムを停止すると、除去手段と水素ガス排出弁や昇圧循環手段とが凍結することがある。このため、凍結時にはヒータによって加熱して両者を解凍することとしている。ヒータは、例えば除去手段の内部のヒータと、水素ガス排出弁や昇圧循環手段の近傍に配置されたヒータが存在する。また、ヒータは１つであっても複数であってもよい。ここで、除去手段と水素ガス排出弁や昇圧循環手段との両者を効率的に解凍するためには、両ヒータ（又は１つのヒータ）によって両者を一体的に暖めることが望ましく、両者間に断熱材が存在するとヒータによって両者を一体的に暖めることができず、燃料電池システムの起動までの時間が長くなってしまう。このように、単に断熱材を設けることは不都合を招く可能性がある。なお、断熱材を設けることの不都合はこれに限られるものでなく、様々である。例えば除去手段の全周囲を断熱材により覆った場合には、除去手段を外気によって冷やすことができないなどの不都合が生じる。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制し、且つ、断熱材による不都合を生じ難くすることが可能な燃料電池システムを提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、除去手段と、循環流路と、循環手段と、断熱隔壁と、断熱効果制御手段とを備えている。燃料電池は、燃料ガスの供給を受ける燃料極及び酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。除去手段は、燃料電池の燃料極から排出されるガス中の水分を除去するものであり、循環流路は、除去手段により水分が除去されたガスを燃料電池の燃料極に戻すための流路である。循環手段は、循環流路に設けられて除去手段により水分が除去されたガスを燃料電池の燃料極に戻して循環させるための循環動力源となるものであって、除去手段と一体的に設けられたものである。断熱隔壁は、除去手段と循環手段との間に配置されたものであり、断熱効果制御手段は、断熱隔壁に熱媒体を注入して断熱隔壁の断熱効果を低減させ、且つ、断熱隔壁に注入した熱媒体を排出して断熱隔壁の断熱効果を増加させるものである。

本発明によれば、除去手段と循環手段との間に配置された断熱隔壁に熱媒体を注入して断熱隔壁の断熱効果を低減させ、且つ、断熱隔壁に注入した熱媒体を排出して断熱隔壁の断熱効果を増加させる断熱効果制御手段を備えるので、状況に応じて除去手段と循環手段との熱伝導率を変化させることができる。このため、除去手段と循環手段とを一体的に設けても、断熱隔壁から熱媒体を排出することにより、熱伝導し難くすることができ、熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制することができる。

また、状況に応じて除去手段と循環手段との熱伝導率を変化させることができるため、例えば除去手段と循環手段との双方が凍結し、ヒータ加熱により解凍する場合には、断熱隔壁に熱媒体を注入することにより、熱伝導し易くして、断熱材による不都合を生じ難くすることができる。

従って、熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制し、且つ、断熱材による不都合を生じ難くすることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一又は同様の要素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料ガス供給系２０と、燃料ガス排出系３０と、燃料ガス循環系４０とを備えている。

燃料電池１０は、燃料ガスの供給を受ける燃料極１１と、酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極１２とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。また、燃料電池１０は電解質膜１３を備えている。電解質膜１３は燃料極１１と酸化剤極１２とを隔てるように設けられている。ここで、本実施形態では燃料ガスとして水素ガスが用いられ、酸化剤ガスとして酸素（空気）が用いられる。このため、燃料電池１０は、燃料極１１に導入された水素ガスが燃料電池１０内部の電解質膜１３を水素イオンとなって酸化剤極１２側へ移動し、酸化剤極１２において酸素と反応することで、発電する構成となっている。

燃料ガス供給系２０は、燃料電池１０に燃料ガスである水素ガスを供給するものであって、図示しない水素タンクに接続され、水素タンクからの水素ガスを燃料電池１０の燃料極１１に供給するものである。この燃料ガス供給系２０は、水素ガス供給配管２１と、水素調圧弁２２とを備えている。水素ガス供給配管２１は、水素タンクと燃料電池１０の燃料極１１とを接続し、水素タンクからの水素ガスを燃料電池１０の燃料極１１まで導くための流路となるものである。水素調圧弁２２は、水素ガス供給配管２１に設けられ、水素タンクから燃料電池１０の燃料極１１に供給される水素の供給量を制御できるようになっている。また、水素調圧弁２２は、燃料極１１に供給する水素ガス量を制御することで、燃料極１１内の圧力についても制御できるようになっている。

燃料ガス排出系３０は、水素排出配管３１と、水素排出弁３２とを備えている。水素排出配管３１は、燃料電池１０の燃料極１１と外部とを接続し、燃料極オフガスを外部に導くための流路となるものである。水素排出弁３２は、水素排出配管３１に設けられ、開閉動作することにより流路を遮断したり開放したりして燃料極オフガスの排出を制御するものである。

燃料ガス循環系４０は、凝縮部（除去手段）４１と、循環配管（循環流路）４２と循環装置（循環手段）４３とを備えている。凝縮部４１は、燃料電池１０の燃料極１１から排出されるガス中の水分を凝縮して除去するものであり、望ましくは燃料ガス循環系４０において最上流部に設けられている。詳しく説明すると、凝縮部４１は、拡径部４１ａと配水管４１ｂと排水制御弁４１ｃとを備えている。拡径部４１ａは、他の配管３１などよりも拡径された部分であって、進入してくる燃料極オフガスの流速を落とし、冷却することによりガス中の水分を取り出すためのものである。配水管４１ｂは、凝縮した水分を外部へ排出するための流路となるものであり、一端が拡径部４１ａにつながっており、他端が水素排出配管３１に接続されている。排水制御弁４１ｃは、配水管４１ｂに設けられ、開閉動作することにより排水を制御するようになっており、例えば定期的に開動作することにより水素排出配管３１を流れるガスと共に凝縮水を該ガスで混合希釈したうえで排出するようになっている。

なお、凝縮部４１は、放熱フィンを備え、効果的に燃料極オフガスを冷却するように構成されていてもよい。より詳しくは凝縮部４１は、内部に放熱フィンを備え、燃料極オフガスが拡径部４１ａの壁面に沿って流れるようにすることで、効率的にオフガスを冷却するようにされていてもよく、外部に放熱フィンを備えて効率的にオフガスを冷却するようにされていてもよい。また、凝縮部４１は放熱性能向上のため、金属にて構成することが望ましい。

これにより、凝縮部４１は、オフガスに水分が混入した状態で、循環させないようにしている。すなわち、水素ガスは燃料極１１内で加温及び加湿されて相対湿度１００％ＲＨで排出されるため、このままの状態で循環させると、循環装置４３等において結露が発生してしまう可能性が高まる。これを防止するため、凝縮部４１はガス中から水分を取りだすようにしている。

循環配管４２は、一端が凝縮部４１に接続され、他端が水素ガス供給配管２１に接続され、凝縮部４１により水分が除去されたガスを燃料極１１の上流に戻すための流路となるものである。循環装置４３は、循環配管４２に設けられて凝縮部４１により水分が除去されたガスを燃料極１１の上流に戻して循環させるための循環動力源となるものであって、例えばガスを昇圧して循環させるポンプやエジェクタなどが該当する。

また、上記燃料電池システム１は、酸化剤ガス供給配管５０と、酸化剤ガス排出配管６０とを備えている。酸化剤ガス供給配管５０は、一端が図示しないコンプレッサに接続され、他端が燃料電池１０の酸化剤極１２に接続され、コンプレッサから圧送される空気を燃料電池１０の酸化剤極１２まで導くための流路となるものである。酸化剤ガス排出配管６０は、燃料電池１０の酸化剤極１２と外部とを接続し、燃料電池１０の酸化剤極１２から排出されるガスを外部に導くための流路となるものである。また、酸化剤ガス排出配管６０には水素排出配管３１が接続されている。このため、酸化剤ガス排出配管６０は、燃料極１１からのオフガス及び凝縮部４１により凝縮された水分の排出路にもなっている。

ここで、上記した構成のうち、凝縮部４１、循環配管４２、循環装置４３、水素排出弁３２及び水素排出配管３１の一部は、同一筐体内に収められるなど、一体的に構成されてユニット７０を形成している。なお、上記各部が一体的に構成されているため、燃料電池システム１が車両用として用いられる場合には、凝縮部４１等の搭載性を向上させることができる。

図２は、図１に示したユニット７０の詳細構成図である。図１にも示したようにユニット７０は、凝縮部４１、循環配管４２、循環装置４３、水素排出弁３２及び水素排出配管３１の一部を備えている。より詳細に説明すると、ユニット７０は、凝縮部４１を備える第１ユニット７１と、循環配管４２、循環装置４３、水素排出弁３２及び水素排出配管３１の一部を備える第２ユニット７２とからなっている。

具体的に説明すると、第１ユニット７１は、凝縮部４１に加えて、断熱隔壁８１ａと、第２断熱隔壁８１ｂと、アキュームレータ（断熱効果制御手段）８２と、第１接続管８４ａと、第２接続管８４ｂと、第１遮断弁８５ａと、第２遮断弁８５ｂとを備えている。また、第１ユニット７１は、第１通気管８６ａ、及び第２通気管８６ｂを備えている。

断熱隔壁８１ａは、凝縮部４１と、水素排出弁３２及び循環装置４３との間に設けられた空間部である。第２断熱隔壁８１ｂは、凝縮部４１と外気とを隔てる壁部内（第１ユニット７１の壁部内）に設けられた空間部である。アキュームレータ８２は、内部に熱媒体８３を有し、ピストン８２ａの動作によって内部の熱媒体８３を断熱隔壁８１ａ及び第２断熱隔壁８１ｂに注入したり、注入した熱媒体８３を排出したりするものである。ここで、断熱隔壁８１ａ及び第２断熱隔壁８１ｂは、熱媒体８３の注入及び排出によって、断熱効果が増減させられるようになっている。すなわち、アキュームレータ８２は、断熱隔壁８１ａ，８１ｂに熱媒体８３を注入して断熱隔壁８１ａ，８１ｂの断熱効果を低減させ、且つ、断熱隔壁８１ａ，８１ｂに注入した熱媒体８３を排出して断熱隔壁８１ａ，８１ｂの断熱効果を増加させるものとして機能することとなる。

なお、断熱隔壁８１ａ及び第２断熱隔壁８１ｂは、例えば熱媒体８３の熱伝導率と空気の熱伝導率との関係から、それほど大きくなくとも断熱効果の増減を効果的に実現することができる。このため、断熱隔壁８１ａ及び第２断熱隔壁８１ｂの幅（図２中に示す幅）は、熱媒体８３の注入及び排出を妨げない程度で製造が容易となるようにすることが望ましく、具体的には約２〜２０ｍｍ程度であることが望ましい。

また、熱媒体８３は、断熱隔壁８１ａ及び第２断熱隔壁８１ｂを腐食せず燃料電池システム１の作動温度で液体となっていることが望ましく、例えば潤滑油、シリコンオイル、又は自動車用クーラント剤入り水溶液であることが入手性の面からも望ましい。

第１接続管８４ａは、アキュームレータ８２と断熱隔壁８１ａとを接続するものであり、熱媒体８３を断熱隔壁８１ａに注入及び排出するための流路となるものである。第２接続管８４ｂは、アキュームレータ８２と第２断熱隔壁８１ｂとを接続するものであり、熱媒体８３を第２断熱隔壁８１ｂに注入及び排出するための流路となるものである。

第１遮断弁８５ａは、第１接続管８４ａに設けられ、開閉動作することにより熱媒体８３の注入及び排出を制御するようになっている。また、第２遮断弁８５ｂは、第１遮断弁８５ａと同様の構成であって、第２接続管８４ｂに設けられ、開閉動作することにより熱媒体８３の注入及び排出を制御するようになっている。第１通気管８６ａは、断熱隔壁８１ａの内部空間とユニット７０の外部との通気を確保するものであり、熱媒体８３が注入されたとき及び排出されたときに空気の通り道となるものである。第２通気管８６ｂは、第１通気管８６ａと同様の構成であって、第２断熱隔壁８１ｂの内部空間とユニット７０の外部との通気を確保するものであり、熱媒体８３が注入されたとき及び排出されたときに空気の通り道となるものである。

さらに、第１ユニット７１は、第１ヒータ８７と、第１温度センサ８８とを備えている。第１ヒータ８７は、凝縮部４１が凍結等したときに、凝縮部４１を内部から加熱するためのものである。第１温度センサ８８は、凝縮部４１により凝縮された凝縮水の温度を測定するためのものである。

また、第２ユニット７２は、循環配管４２、循環装置４３、水素排出弁３２及び水素排出配管３１の一部に加えて、第２ヒータ９１及び第２温度センサ９２を備えている。第２ヒータ９１は、循環装置４３などが凍結したときに、循環装置４３などを加熱するためのものである。第２温度センサ９２は、第２ユニット７２、特には循環装置４３及び水素排出弁３２の温度を測定するためのものである。

ここで、上記した各種弁２２，３２，４１ｃ，８５ａ，８５ｂ、循環装置４３、アキュームレータ８２、第１及び第２ヒータ８７，９１、並びに第１及び第２温度センサ８８，９２は、図示しないコントロールユニットに接続され、コントロールユニットにより制御されるようになっている。

なお、上記第１ユニット７１は、放熱性を高めるため、必要に応じて外部に放熱フィンなどが設けられていることが望ましい。また、第２ユニット７２は、断熱材で外壁が被覆され放熱し難くなっていることが望ましい。

次に、図３を参照して燃料電池システム１の動作の概略を説明する。図３は、燃料電池システム１の動作の概略を示す説明図であり、（ａ）は燃料電池システム１の起動時におけるユニット７０の様子を示し、（ｂ）は循環装置４３などの凍結時におけるユニット７０の様子を示している。

図３（ａ）に示すように、燃料電池システム１の起動時には、第２ユニット７２、燃料極１１に存在するガス及び第１ユニット７１のそれぞれの温度が均一になっている可能性がある。このため、このままの状態で運転を継続すると、この場合には、第２ユニット７２において結露が発生してしまうこともある。

そこで、アキュームレータ８２は、断熱隔壁８１ａを熱媒体排出状態とし、第２断熱隔壁８１ｂに熱媒体注入状態とする。これにより、断熱隔壁８１ａの断熱効果を高め、第２断熱隔壁８１ｂの断熱効果を低めることとなり、凝縮部４１の放熱性能を高めつつ凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３との熱伝導を抑制することができる。すなわち、第２断熱隔壁８１ｂの断熱効果を低めることにより、凝縮部４１の放熱が容易に行われるようにして温度が低くなり易いようにすることができる。また、断熱隔壁８１ａの断熱効果を高めることにより、水素排出弁３２及び循環装置４３の温度が凝縮部４１の温度に近づいて燃料極１１から排出されるガスよりも低くなり、第２ユニット７２において結露が発生してしまうことを防止することができる。

なお、断熱隔壁８１ａを熱媒体排出状態とし、第２断熱隔壁８１ｂに熱媒体注入状態とした後に、燃料電池システム１は通常運転を行う。燃料電池システム１は、この通常運転中、断熱隔壁８１ａの熱媒体排出状態、及び第２断熱隔壁８１ｂの熱媒体注入状態を維持する。さらには、システム停止時においても同様に上記状態を維持する。これにより、常時、結露の発生を軽減している。

一方、図３（ｂ）に示すように、循環装置４３などの凍結時には、解凍を行う必要性がある。この際、水素排出弁３２、凝縮部４１及び循環装置４３を一体的に解凍することが望ましい。また、ヒータ熱が逃げないように凝縮部４１の放熱性能を低めておくことが望ましい。

そこで、アキュームレータ８２は、断熱隔壁８１ａを熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂに熱媒体排出状態とする。これにより、断熱隔壁８１ａの断熱効果を低め、第２断熱隔壁８１ｂの断熱効果を高めることとなり、凝縮部４１の放熱性能を低めつつ凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３との熱伝導を高めることができる。すなわち、第２断熱隔壁８１ｂの断熱効果を高めることにより、第１ヒータ８７の熱が放熱され難いようにすることができる。また、断熱隔壁８１ａの断熱効果を低めることにより、水素排出弁３２及び循環装置４３と凝縮部４１とを一体的に暖めることができる。

次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の詳細動作を説明する。図４は、本実施形態に係る燃料電池システム１の詳細動作を示すフローチャートである。まず、燃料電池システム１が起動すると、コントロールユニットは第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１未満か否かを判断する（ＳＴ１）。これにより、コントロールユニットは凝縮水が凍結状態にあるか否かを判断することとなる。ここで、第１温度Ｔ１は、凝縮部４１の凍結の可能性がある温度であって、厳密には０°Ｃでよいが、水と氷との混在状態についても適切に判断するため、０°Ｃより大きく１０°Ｃ未満であることが望ましい。

第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１未満であると判断した場合（ＳＴ１：ＹＥＳ）、凝縮水が凍結していることから、ユニット７０自体が凍結している可能性がある。そこで、アキュームレータ８２は、断熱隔壁８１ａを熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体排出状態とする（ＳＴ２）。そして、コントロールユニットは、第１ヒータ８７及び第２ヒータ９１をオンする（ＳＴ３）。このようにステップＳＴ２及びＳＴ３の処理によって、ヒータ熱が逃げにくくなり且つユニット７０が一体的に暖められることとなって、効率がよい解凍が行われることとなる。

次に、コントロールユニットは、第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１以上か否かを再度判断する（ＳＴ４）。ここで、第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１以上でないと判断した場合（ＳＴ４：ＮＯ）、凝縮水が凍結しており、ユニット７０についても凍結していると考えられるため、処理は進められることなく、検出温度が第１温度Ｔ１以上となったと判断するまで、繰り返されることとなる。一方、検出温度が第１温度Ｔ１以上になったと判断した場合（ＳＴ４：ＹＥＳ）、ユニット７０の凍結は解消したと考えられる。このため、コントロールユニットは、排水制御弁４１ｃの作動を開始させる（ＳＴ５）。これにより、例えば定期的に凝縮水が配水管４１ｂを通じて外部に排出されることとなる。

次いで、コントロールユニットは、図示しないセンサからの信号を読み込んで、燃料電池１０を冷却するための冷却液の温度が０°Ｃを超えるか否かを判断する（ＳＴ６）。ここで、冷却液の温度が０°Ｃ以下である場合、燃料極オフガスも０℃以下である懸念があり、ユニット７０を解凍しても燃料極からユニット７０に排出される０℃以下の低温ガスによってユニット７０が再度凍結してしまう可能性がある。そこで、冷却液の温度が０°Ｃを超えないと判断した場合（ＳＴ６：ＮＯ）、超えると判断されるまで、この処理は繰り返される。

一方、冷却液の温度が０°Ｃを超えたと判断した場合（ＳＴ６：ＹＥＳ）、再凍結の可能性が無いことから、アキュームレータ８２は、断熱隔壁８１ａを熱媒体排出状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体注入状態とする（ＳＴ７）。そして、コントロールユニットは、第１ヒータ８７をオフする（ＳＴ８）。これにより、第２ヒータ９１のみがオン状態となっていることから、水素排出弁３２及び循環装置４３を含む第２ユニット７２が暖められ、断熱隔壁８１ａが熱媒体排出状態となっていることから、第１ユニット７１については暖めにくくなる。むしろ、第２断熱隔壁８１ｂが熱媒体注入状態となっていることから、第１ユニット７１は効果的に放熱されることとなる。

この結果、第１ユニット７１の温度、第２ユニット７２の温度及び燃料極１１から排出されるガスの温度のうち、第２ユニット７２の温度が最も高く、次いで燃料極１１から排出されるガスの温度が高く、第１ユニット７１の温度が最も低くなる。故に、燃料極１１から排出されるガスは、第１ユニット７１の凝縮部４１において冷却されて水分が除去されるが、第２ユニット７２に流入すると冷却されることなく、むしろ暖められることとなる。このため、第２ユニット７２では結露が生じなくなる。

次いで、コントロールユニットは、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達したか否かを判断する（ＳＴ９）。ここで、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達してないと判断した場合（ＳＴ９：ＮＯ）、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達したと判断するまで、繰り返されることとなる。一方、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達したと判断した場合（ＳＴ９：ＹＥＳ）、コントロールユニットは、第２ヒータ９１をオフし（ＳＴ１０）、その後、燃料電池システム１は定常運転に移行することとなる。

ところで、第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１未満でないと判断した場合（ＳＴ１：ＮＯ）、凝縮水は凍結していないと言える。このため、コントロールユニットは、排水制御弁４１ｃの作動を開始させる（ＳＴ１１）。次いで、コントロールユニットは、第１ヒータ８７をオフ状態とし、第２ヒータ９１をオン状態とする（ＳＴ１２）。すなわち、上記したステップＳＴ８の処理の終了後と同じ状態にする。その後、ステップＳＴ９，ＳＴ１０を経て、燃料電池システム１は定常運転に移行することとなる。

なお、燃料電池システム１の停止時には、このままの状態で停止させられる。すなわち、燃料電池システム１は、断熱隔壁８１ａが熱媒体排出状態とされ、第２断熱隔壁８１ｂが熱媒体注入状態されたまま、停止させられる。

このようにして、第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３との間に配置された断熱隔壁８１ａに熱媒体８３を注入して断熱隔壁の断熱効果を低減させ、且つ、断熱隔壁８１ａに注入した熱媒体８３を排出して断熱隔壁の断熱効果を増加させるアキュームレータ８２を備えるので、状況に応じて凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３との熱伝導率を変化させることができる。このため、凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３とを一体的に設けても、断熱隔壁８１ａから熱媒体８３を排出することにより、熱伝導し難くすることができ、熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制することができる。

また、状況に応じて凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３との熱伝導率を変化させることができるため、例えば凝縮部４１と水素排出弁３２及び循環装置４３との双方が凍結し、ヒータ加熱により解凍する場合には、断熱隔壁８１ａに熱媒体８３を注入することにより、熱伝導し易くして、断熱材による不都合を生じ難くすることができる。

従って、熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制し、且つ、断熱材による不都合を生じ難くすることができる。

また、アキュームレータ８２は、凝縮部４１と外気とを隔て設けられた第２断熱隔壁８１ｂに熱媒体８３を注入して第２断熱隔壁８１ｂの断熱効果を低減させ、且つ、第２断熱隔壁８１ｂに注入した熱媒体８３を排出して第２断熱隔壁８１ｂの断熱効果を増加させる構成となっている。このため、状況に応じて凝縮部４１の放熱性能を高めたり低めたりすることができる。これにより、燃料極１１から排出されるガス中の水分を除去するときには、凝縮部４１の放熱性能を高めて外気等により凝縮部４１を容易に冷やすようにすることができる。また、凍結時にヒータ加熱を行うときには、放熱性能を低めてヒータ熱が凝縮部４１内から逃げないようにすることができる。

また、システム停止時に断熱隔壁８１ａを熱媒体排出状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体注入状態とすることとしている。このため、システム停止後には凝縮部４１が放熱されて温度が低下し易くなる。一方で、循環装置４３及び水素排出弁３２は、凝縮部４１と断熱されて温度低下しにくくなる。この結果、温度は循環装置４３及び水素排出弁３２、燃料極１１からのガス及び凝縮部４１の順に高くなり、循環装置４３及び水素排出弁３２において結露が生じにくくなる。従って、循環装置４３及び水素排出弁３２での結露の発生を軽減させることができる。

また、システム起動時に、凝縮部４１の温度が凍結の可能性がある第１第１温度Ｔ１未満である場合、断熱隔壁８１ａを熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体排出状態とすることとしている。ここで、システム起動時に凝縮部４１の温度が凍結の可能性がある第１温度Ｔ１未満である場合とは、凝縮部４１と循環装置４３及び水素排出弁３２とが凍結している可能性がある場合であって、両者を解凍するために凝縮部４１内部などのヒータによって解凍を行う場合といえる。このため、断熱隔壁を熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体排出状態とすることで、ヒータ熱を外部に逃がさず、且つ、凝縮部４１と循環装置４３及び水素排出弁３２とを一体的に解凍することができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る燃料電池システム２は、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図５は、第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、第２実施形態に係る燃料電池システム２は、燃料電池１０を冷却するために冷却液を循環させる冷却液循環系１００を更に備え、アキュームレータ８２は、冷却液循環系１００を循環する冷却液を熱媒体８３として注入及び排出を行うようになっている。

また、冷却液は、熱媒体８３と同様に、断熱隔壁８１ａ及び第２断熱隔壁８１ｂを腐食せず燃料電池システム１の作動温度で液体となっていることが望ましく、例えば潤滑油、シリコンオイル、又は自動車用クーラント剤入り水溶液であることが入手性の面からも望ましい。

具体的に説明すると、冷却液循環系１００は、ラジエータ（冷却手段）１０１と、冷却液循環経路１０２と、三方バルブ１０３と、ポンプ１０４とを備えている。ラジエータ１０１は、冷却液を冷却するためのものであり、図示しないラジエータファンからの送風により熱交換が促進されるようになっている。冷却液循環経路１０２は、冷却液循環系１００において冷却液を循環させる流路となるものであり、冷却側流路１０２ａとバイパス流路１０２ｂとを有している。冷却側流路１０２ａは、ラジエータ１０１に冷却液を送り込むと共にラジエータ１０１により冷却された冷却液を燃料電池１０に戻すため流路であり、バイパス流路１０２ｂは、ラジエータ１０１を介することなく冷却液を燃料電池１０に戻すため流路である。三方バルブ１０３は、冷却側流路１０２ａとバイパス流路１０２ｂとの一方に冷却液を流すように切り替えるものである。ポンプ１０４は、冷却液循環系１００において冷却液を循環させる循環動力源となるものである。

また、第２実施形態において燃料電池システム２は、熱媒体導入配管１１０、及び熱媒体導入制御弁１１１を備えている。熱媒体導入配管１１０は、冷却液循環系１００において循環する冷却液をアキュームレータ８２内に送り込むための配管であって、一端がバイパス流路１０２ｂに接続され、他端がアキュームレータ８２に接続されている。熱媒体導入制御弁１１１は、熱媒体導入配管１１０に設けられ、開閉動作することにより流路を遮断したり開放したりして冷却液の導入を制御するものである。

さらに、第２実施形態に係る燃料電池システム２は、第１実施形態と形状が異なる第２通気管８６ｂを有すると共に、第３遮断弁１１２と、第４遮断弁１１３とを有している。第２実施形態に係る第２通気管８６ｂは、一端が第２断熱隔壁８１ｂの内部空間につながっており、第１実施形態と同じであるが、他端側は第１実施形態と異なり途中で分岐されて２本になっている。分岐された一方側の配管は冷却液循環経路１０２に接続され、他方側の配管は外部につながっている。第３遮断弁１１２は、分岐された第２通気管８６ｂの一方側に設けられ、開閉動作することで流路を開放したり遮断したりして熱媒体８３の排出を制御するようになっている。第４遮断弁１１３は、分岐された第２通気管８６ｂの他方側に設けられ、開閉動作することで流路を開放したり遮断したりして第２断熱隔壁８１ｂ内と外部との通気を確保するものである。

次に、第２実施形態に係る燃料電池システム２の動作の概略を説明する。まず、第２実施形態に係る燃料電池システム２では、システム起動時に第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１未満か否かを判断し、第１温度Ｔ１未満である場合、図示しないセンサからの信号を読み込んで（システム起動により、ポンプ１０４により燃料電池を循環している）冷却液の温度が０°Ｃを超えるか否かを判断する。

冷却液の温度が０°Ｃを超えない場合、冷却液の温度は燃料電池の温度を代表していると考えられるので、燃料電池１０が凍結していると判断し、コントロールユニットは、燃料電池１０を加熱するための燃料電池加熱手段（図示せず）によって、燃料電池１０を解凍する。そして、解凍後にコントロールユニットは、燃料電池１０の運転を行って燃料電池１０をさらに暖める。また、燃料電池１０の解凍後には、燃料電池を循環している冷却液も０℃以上に上昇しているため、アキュームレータ８２は、熱媒体８３である冷却液を冷却液循環系１００から取り込んで冷却液の注入及び排出を行う。ここで、燃料電池１０の解凍直後においては燃料電池１０を冷却する必要性が少ない。このため、冷却液は冷却側流路１０２ａを流れずバイパス流路１０２ｂを流れる。故に、アキュームレータ８２は、冷却液をバイパス流路１０２ｂから取り込んで、熱媒体８３である冷却液の注入及び排出を行うこととなる。

また、アキュームレータ８２は、解凍直後に燃料電池１０が運転されている場合、冷却液を第２断熱隔壁８１ｂに注入する。すなわち、燃料電池１０の解凍直後では凝縮部４１が凍結している可能性があるため、アキュームレータ８２は、バイパス流路１０２ｂから冷却液を取り込んで第２断熱隔壁８１ｂに注入する。これにより、燃料電池１０の運転によって暖められた冷却液が第２断熱隔壁８１ｂに供給されて凝縮部４１を暖めることとなる。

なお、アキュームレータ８２は、冷却液の注入及び排出を連続的に行うことが望ましい。すなわち、アキュームレータ８２は、熱媒体導入配管１１０から冷却液を連続的に取り込んで、第２断熱隔壁８１ｂに冷却液を連続的に注入する。また、アキュームレータ８２は、第２通気管８６ｂを通じて冷却液を連続的に排出し、冷却液循環経路１０２に送り込む。このように、アキュームレータ８２は、冷却液の注入及び排出を連続的に行って冷却液を循環させることで、燃料電池１０の発熱により暖められた冷却液を第２断熱隔壁８１ｂに供給し続けることができる。

次に、第２実施形態に係る燃料電池システム２の詳細動作を説明する。図６は、本実施形態に係る燃料電池システム２の詳細動作を示すフローチャートである。まず、燃料電池システム１が起動すると、コントロールユニットは第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１未満か否かを判断する（ＳＴ２０）。これにより、コントロールユニットは凝縮水が凍結状態にあるか否かを判断することとなる。

第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１未満でないと判断した場合（ＳＴ２０：ＮＯ）、凝縮水は凍結しておらず、処理はステップＳＴ２７に進む。一方、第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１未満であると判断した場合（ＳＴ２０：ＹＥＳ）、凝縮水が凍結しているため、ユニット７０自体が凍結している可能性があると言える。次いで、コントロールユニットは、図示しないセンサからの信号を読み込んで、冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上であるか否かを判断する（ＳＴ２１）。ここで、第２温度Ｔ２は、燃料電池１０が凍結するとして予め設定された温度であって、例えば０°Ｃが該当するが、これに限るものではない。このステップＳＴ２１の判断により、コントロールユニットは、燃料電池１０が凍結しているか否かを判断する。すなわち、コントロールユニットは、冷却液の温度が第２温度Ｔ２を下回る場合には燃料電池１０が凍結していると判断し、冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上である場合には燃料電池１０が凍結していると判断する。

ここで、冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上であると判断した場合（ＳＴ２１：ＹＥＳ）、燃料電池１０は凍結しておらず、冷却液も凍結していないと考えられることから、アキュームレータ８２は、断熱隔壁８１ａを熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体排出状態とする（ＳＴ２２）。そして、コントロールユニットは、第１ヒータ８７及び第２ヒータ９１をオンする（ＳＴ２３）。これにより、ヒータ熱が逃げにくくなり且つユニット７０が一体的に暖められることとなって、効率がよい解凍が行われることとなる。

次いで、コントロールユニットは燃料電池１０の運転を開始させる（ＳＴ２４）。これにより、燃料電池１０は自らの発熱によって一層暖められることとなる。また、燃料電池１０の発熱によって冷却液の温度も上昇していくこととなる。その後、コントロールユニットは、熱媒体導入制御弁１１１、第３遮断弁１１２及び第２遮断弁８５ｂを開け、第２断熱隔壁８１ｂを通して冷却液を循環させる（ＳＴ２５）。これにより、暖められた冷却液によってユニット７０の解凍（特に凝縮部４１の解凍）を促進することとなる。

次に、コントロールユニットは、再度第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１以上か否かを判断する（ＳＴ２６）。ここで、第１温度センサ８８の検出温度が第１温度Ｔ１以上でないと判断した場合（ＳＴ２６：ＮＯ）、凝縮水が凍結しており、ユニット７０についても凍結していると考えられるため、処理は進められることなく、検出温度が第１温度Ｔ１以上となったと判断するまで、繰り返されることとなる。一方、検出温度が第１温度Ｔ１以上になったと判断した場合（ＳＴ２６：ＹＥＳ）、ユニット７０が解凍されたと考えられる。このため、コントロールユニットは、排水制御弁４１ｃの作動を開始させる（ＳＴ２７）。これにより、例えば定期的に凝縮水が配水管４１ｂを通じて外部に排出されることとなる。

そして、コントロールユニットは、第３遮断弁１１２及び第２遮断弁８５ｂを閉じ、断熱隔壁８１ａを熱媒体排出状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを通した冷却液の循環を停止させる（ＳＴ２８）。その後、コントロールユニットは、第１ヒータ８７をオフする（ＳＴ２９）。これにより、第２ヒータ９１のみがオン状態となっていることから、水素排出弁３２及び循環装置４３を含む第２ユニット７２が暖められ、断熱隔壁８１ａが熱媒体排出状態となっていることから、第１ユニット７１については暖めにくくなる。さらに、第２断熱隔壁８１ｂが熱媒体注入状態となっていることから、第１ユニット７１は効果的に放熱されることとなる。

この結果、第１ユニット７１の温度、第２ユニット７２の温度及び燃料極１１から排出されるガスの温度のうち、第２ユニット７２の温度が最も高く、次いで燃料極１１から排出されるガスの温度が高く、第１ユニット７１の温度が最も低くなる。故に、燃料極１１から排出されるガスは、第１ユニット７１の凝縮部４１において冷却されて水分が除去されるが、第２ユニット７２に流入すると冷却されることなく、むしろ暖められることとなる。このため、第２ユニット７２では結露が生じなくなる。

次いで、コントロールユニットは、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達したか否かを判断する（ＳＴ３０）。ここで、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達してないと判断した場合（ＳＴ３０：ＮＯ）、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達したと判断するまで、繰り返されることとなる。一方、第２温度センサ９２の検出温度が定常運転温度に達したと判断した場合（ＳＴ３０：ＹＥＳ）、コントロールユニットは、第２ヒータ９１をオフし（ＳＴ３１）、その後、燃料電池システム１は定常運転に移行することとなる。

ところで、冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上でないと判断した場合（ＳＴ２１：ＮＯ）、燃料電池１０は凍結状態にある可能性が高い。このため、燃料電池加熱手段は、冷却液を加温することにより燃料電池１０を加熱して、燃料電池１０及び冷却液の解凍を行う（ＳＴ３２）。次に、コントロールユニットは、冷却液の温度上昇の様子から、冷却液温度が第２温度Ｔ２に達するまでの時間ＴＳを求めると共に、第１ヒータ８７及び第２ヒータ９１のヒータ事前加熱の必要時間ＴＨを求める（ＳＴ３３）。ここで、第１ヒータ８７及び第２ヒータ９１は、オンしても直ちに所望の温度まで上昇せず、所望の温度に到達させるまでには事前加熱が必要となる。コントロールユニットは、この事前加熱に要する時間を必要時間ＴＨとして求める。

そして、コントロールユニットは、時間ＴＨが時間ＴＳよりも大きいか否かを判断する（ＳＴ３４）。時間ＴＨが時間ＴＳよりも大きくないと判断した場合（ＳＴ３４：ＮＯ）、処理はステップＳＴ３３に戻る。一方、時間ＴＨが時間ＴＳよりも大きいと判断した場合（ＳＴ３４：ＹＥＳ）、アキュームレータ８２は、断熱隔壁８１ａを熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体排出状態とする（ＳＴ３５）。第１ヒータ８７及び第２ヒータ９１をオンする（ＳＴ３６）。このように、ステップＳＴ３３，ＳＴ３４，ＳＴ３６の処理により、第１ヒータ８７及び第２ヒータ９１をオンするタイミングを適切とし、消費電力を可能な限り少なくなるようにしている。

次いで、コントロールユニットは、冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上であるか否かを判断する（ＳＴ３７）。冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上でないと判断した場合（ＳＴ３７：ＮＯ）、冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上であると判断されるまで、この処理が繰り返される。冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上であると判断した場合（ＳＴ３７：ＹＥＳ）、コントロールユニットは燃料電池１０の運転を開始させる（ＳＴ３８）。次に、コントロールユニットは、熱媒体導入制御弁１１１、第３遮断弁１１２及び第２遮断弁８５ｂを開け、第２断熱隔壁８１ｂを通して冷却液を循環させる（ＳＴ３９）。その後、処理はステップＳＴ２９〜ＳＴ３１を経て、燃料電池システム１は定常運転に移行することとなる。

なお、第２実施形態に係る燃料電池システム２では、熱媒体導入制御弁１１１及び第３遮断弁１１２を閉じ、第４遮断弁１１３を開けることにより、第１実施形態と同様の構成とすることができるため、第１実施形態と同様の処理を行うこともできる。

このようにして、第２実施形態に係る燃料電池システム２によれば、第１実施形態と同様に、熱伝導が発生し難いようにしつつも、搭載レイアウト性の低下を抑制し、且つ、断熱材による不都合を生じ難くすることができる。凝縮部４１の放熱性能を高めて外気等により凝縮部４１を容易に冷やすようにすることができ、凍結時にヒータ加熱を行うときには、放熱性能を低めてヒータ熱が凝縮部４１内から逃げないようにすることができる。

また、循環装置４３及び水素排出弁３２での結露の発生を軽減させることができ、ヒータ熱を外部に逃がさず、且つ、凝縮部４１と循環装置４３及び水素排出弁３２とを一体的に解凍することができる。

さらに、第２実施形態によれば、冷却液循環系１００を循環する冷却液を熱媒体８３として注入及び排出を行うこととしている。このため、冷却液循環系１００を介して熱媒体８３を補充・交換することができ、熱交換器等のアクセスしやすい場所から容易に保守メンテナンスを実施することができる。

また、燃料電池１０により発電が行われている場合、冷却液循環系１００を循環する冷却液の注入及び排出を連続的に行うこととしている。ここで、冬季などのシステム起動時において冷却液はバイパス流路１０２ｂを流れ早期に暖められる。このため、仮に凝縮部４１などが凍結している場合、冷却液を熱媒体８３として用い連続的に注入及び排出を行うことにより、暖められた冷却液により凝縮部４１などの解凍を補助することとなる。従って、解凍を促進することができる。

また、システム起動時に、凝縮部４１の温度が第１温度Ｔ１を下回り、冷却液循環系１００の冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上である場合、ステップＳＴ２５に示すように、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体注入状態とすることとしている。このため、冷却液が凍結していないことを確認したうえで、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体注入状態とすることとなり、凍結している凝縮部４１などよりも暖かい温度を有する冷却液により、凝縮部４１などの解凍を補助することとなる。従って、解凍を促進することができる。

また、システム起動時に、凝縮部４１の温度が第１温度Ｔ１を下回り、冷却液循環系１００の冷却液の温度が第２温度Ｔ２を下回る場合、断熱隔壁８１ａを熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体排出状態としている。さらに燃料電池加熱手段により燃料電池１０を加熱している。ここで、凝縮部４１の温度が第１温度Ｔ１を下回り、冷却液循環系１００の冷却液の温度が第２温度Ｔ２を下回る場合、凝縮部４１を含むユニット７０及び燃料電池１０が凍結している可能性が高い。このため、断熱隔壁８１ａを熱媒体注入状態とし、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体排出状態とすることで、ヒータ熱を外部に逃がさず、且つ、凝縮部４１と循環装置４３及び水素排出弁３２と一体的に解凍することができる。また、燃料電池１０を加熱するので、燃料電池１０を解凍することができる。

そして、冷却液循環系１００の冷却液の温度が第２温度Ｔ２以上となった場合、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体注入状態とする。これにより、冷却液が凍結していないことを確認したうえで、第２断熱隔壁８１ｂを熱媒体注入状態とすることとなり、暖められた冷却液により凝縮部４１などの解凍を補助することとなる。

従って、各部の解凍を一層早期に行うことができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 図１に示したユニットの詳細構成図である。 燃料電池システム１の動作の概略を示す説明図であり、（ａ）は燃料電池システムの起動時におけるユニットの様子を示し、（ｂ）は循環装置などの凍結時におけるユニットの様子を示している。 本実施形態に係る燃料電池システムの詳細動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 本実施形態に係る燃料電池システムの詳細動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２…燃料電池システム
１０…燃料電池
１１…燃料極
１２…酸化剤極
３２…水素排出弁（排出手段）
４０…燃料ガス循環系
４１…凝縮部（除去手段）
４２…循環流路
４３…循環装置（循環手段）
７０…ユニット
８１ａ…断熱隔壁
８１ｂ…第２断熱隔壁
８２…アキュームレータ（断熱効果制御手段）
８３…熱媒体
１００…冷却液循環系
１０１…ラジエータ（冷却手段）
１０２ａ…冷却側流路
１０２ｂ…バイパス流路

Claims (10)

1. 燃料ガスの供給を受ける燃料極及び酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の燃料極から排出されるガス中の水分を除去する除去手段と、
   前記除去手段により水分が除去されたガスを前記燃料電池の燃料極に戻すための循環流路と、
   前記循環流路に設けられて前記除去手段により水分が除去されたガスを前記燃料電池の燃料極に戻して循環させるための循環動力源となるものであって、前記除去手段と一体的に設けられた循環手段と、
   前記除去手段と前記循環手段との間に配置された断熱隔壁と、
   前記断熱隔壁に熱媒体を注入して前記断熱隔壁の断熱効果を低減させ、且つ、前記断熱隔壁に注入した熱媒体を排出して前記断熱隔壁の断熱効果を増加させる断熱効果制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料ガスの供給を受ける燃料極及び酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の燃料極から排出されるガス中の水分を除去する除去手段と、
   前記燃料電池の燃料極内ガスの外部への排出を制御し、前記除去手段と一体的に設けられた排出手段と、
   前記除去手段と前記排出手段との間に配置された断熱隔壁と、
   前記断熱隔壁に熱媒体を注入して前記断熱隔壁の断熱効果を低減させ、且つ、前記断熱隔壁に注入した熱媒体を排出して前記断熱隔壁の断熱効果を増加させる断熱効果制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
3. 前記除去手段と外気とを隔て設けられた第２断熱隔壁をさらに備え、
   前記断熱効果制御手段は、前記第２断熱隔壁に熱媒体を注入して前記第２断熱隔壁の断熱効果を低減させ、且つ、前記第２断熱隔壁に注入した熱媒体を排出して前記第２断熱隔壁の断熱効果を増加させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の燃料電池システム。
4. 前記断熱効果制御手段は、システム停止時に、前記断熱隔壁を熱媒体排出状態とし、前記第２断熱隔壁を熱媒体注入状態とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記断熱効果制御手段は、システム起動時に、前記除去手段が凍結する温度として予め設定された第１温度を、前記除去手段の温度が下回る場合、前記断熱隔壁を熱媒体注入状態とし、前記第２断熱隔壁を熱媒体排出状態とすることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池を冷却するために冷却液を循環させる冷却液循環系を更に備え、
   前記断熱効果制御手段は、前記冷却液循環系を循環する冷却液を熱媒体として注入及び排出を行う
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記冷却液循環系は、冷却液を冷却するための冷却手段と、前記冷却手段に冷却液を送り込むと共に前記冷却手段により冷却された冷却液を前記燃料電池に戻すため流路となる冷却側流路と、前記冷却手段を介することなく冷却液を前記燃料電池に戻すため流路となるバイパス流路と、を有し、
   前記断熱効果制御手段は、システム起動時に、前記バイパス流路に流れる冷却液を熱媒体として注入及び排出を行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記断熱効果制御手段は、前記燃料電池により発電が行われている場合、前記バイパス流路に流れる冷却液の注入及び排出を連続的に行うことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 前記断熱効果制御手段は、システム起動時に、前記除去手段の温度が前記第１温度を下回り、前記燃料電池が凍結するとして予め設定された第２温度以上の温度を、前記冷却液循環系の冷却液の温度が示す場合、前記第２断熱隔壁を熱媒体注入状態とすることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
10. 前記燃料電池を加熱する燃料電池加熱手段をさらに備え、
    システム起動時に、前記除去手段の温度が前記第１温度を下回り、前記燃料電池が凍結するとして予め設定された第２温度を、前記冷却液循環系の冷却液の温度が下回る場合、前記断熱効果制御手段は、前記断熱隔壁を熱媒体注入状態とし、前記第２断熱隔壁を熱媒体排出状態とし、前記燃料電池加熱手段は前記燃料電池を加熱し、
    その後前記冷却液循環系の冷却液の温度が前記第２温度以上となった場合、前記断熱効果制御手段は、前記第２断熱隔壁を熱媒体注入状態とする
    ことを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
    

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