JPH07302607A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置のコンパクト化と、消費電力に対する昇
温の効率の向上とを図る。 【構成】 ＥＣＵ１５０は、燃料電池本体５の起動時
に、窒素ガス給排装置１２０の排出制御バルブ１２７を
開側に制御する。排出制御バルブ１２７が開側に制御さ
れると、エアシリンダ１０４内の圧力が抜けて、燃料電
池本体５をその積層方向に加圧する加圧力が低下され
る。加圧力が低下されると、燃料電池本体５を構成する
電解質膜１０，電極２０，３０等の部材間の接触抵抗が
増大し、このために、燃料電池本体５の内部損失が大き
くなり内部の発熱量が増加する。従って、この燃料電池
発電装置１によれば、外部電源やヒータ等の加熱手段を
用いることなしに燃料電池本体を昇温させることが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池を発電する
装置に関し、特に、起動性に優れた燃料電池発電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料の有しているエネルギを直接
電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知られ
ている。この燃料電池は、通常、電解質を挟んで一対の
電極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素等の
燃料ガスを接触させ、また他方の電極の表面に酸素を含
有する酸化ガスを接触させ、このとき起こる電気化学反
応を利用して、電極間から電気エネルギを取り出すよう
にしている。

【０００３】ところで、燃料電池は、前述したように化
学反応を利用したものであることから、常温よりも高い
温度で動作させることで、高い効率で電気エネルギを取
り出すことが可能となる。この動作温度は、固体高分子
型の燃料電池では、およそ８０℃であり、定常運転時に
は、自己発熱により強制的な加熱は不要であるが、起動
時から定常運転までの間には強制的な加熱が必要とな
る。こうした技術的課題を達成するものとして、起動時
に、外部電源を用いてヒータに電力を供給し、このヒー
タの熱で冷却水を加熱して燃料電池を昇温させる装置が
提案されていた（特開平３−１０１０６２号公報）。ま
た、外部に配設した抵抗器の抵抗値を変えることによっ
て放電電流を制御し、それに伴う抵抗器の発熱によって
燃料電池の昇温を促進させる装置も提案されていた（特
開平２−２７３４６７号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の装置では、抵抗器等のヒータを用いる必要がある
ことから、装置が大型化するといった問題があった。ま
た、ヒータの熱で燃料電池本体を昇温させるには、大き
な電力が必要であり、たとえ後者の装置のように燃料電
池の昇温の促進を図ったとしても、消費電力は大きく、
消費電力に対する昇温の効率が悪いといった問題があっ
た。

【０００５】この発明の燃料電池発電装置は、こうした
問題点に鑑みてなされたもので、装置のコンパクト化を
図るとともに、消費電力に対する昇温の効率を高めるこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成をとった。

【０００７】即ち、本発明の第１の燃料電池発電装置
は、電解質を２つの電極で挟持した単電池を複数積層し
た燃料電池本体と、該燃料電池本体をその積層方向に加
圧して、該燃料電池本体の面圧を所定値に調節する加圧
手段とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料電
池本体の起動時を検知する起動時検知手段と、該起動時
が検知されたとき、前記加圧手段による加圧力を、定常
運転時の加圧力より低く制御する加圧力低下手段とを備
えた構成をとった。

【０００８】本発明の第２の燃料電池発電装置は、電解
質を２つの電極で挟持した単電池を備えた燃料電池本体
と、前記単電池の各電極に燃料ガスおよび酸化ガスを供
給するガス供給手段と、前記ガス供給手段により供給さ
れる燃料ガスおよび酸化ガスの内の少なくとも一方を加
湿する加湿手段とを備えた燃料電池発電装置において、
起動時を検知する起動時検知手段と、該起動時が検知さ
れたとき、前記加湿手段による加湿量を、定常運転時の
加湿量より低減させる加湿量低減手段とを備えた構成を
とった。

【０００９】

【作用】以上のように構成された第１の燃料電池発電装
置によれば、燃料電池本体の起動時に、燃料電池本体の
積層方向への加圧力が低下されることにより、単電池と
単電池との間や単電池を構成する電解質と電極との間の
接触抵抗が増大する。このため、燃料電池本体の内部損
失が大きくなり内部の発熱量が増加する。したがって、
外部電源やヒータ等の加熱手段を用いることなしに燃料
電池本体を昇温させることが可能となり、さらには、燃
料電池本体自ら発熱することから、加温のエネルギ効率
も優れており、早急に所望の温度とすることが可能とな
る。

【００１０】また、第２の燃料電池発電装置によれば、
燃料電池本体の起動時に、燃料ガスおよび酸化ガスの内
の少なくとも一方に対する加湿量が低減されることによ
り、単電池の電解質の含水率が低下する。このため、電
解質の内部抵抗が大きくなり内部の発熱量が増加する。
したがって、第１の燃料電池発電装置と同様に、外部電
源やヒータ等の加熱手段を用いることなしに燃料電池本
体を昇温させることが可能となり、さらには、燃料電池
本体自ら発熱することから、早急に所望の温度とするこ
とが可能となる。

【００１１】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。

【００１２】図１は、本発明の第１実施例を適用した燃
料電池発電装置１の全体構成図である。図１に示すよう
に、この燃料電池発電装置１は、燃料電池本体５をその
中心に備える。

【００１３】燃料電池本体５の構成についてまず説明す
る。燃料電池本体５は、固体高分子型の燃料電池であ
り、そのセル構造として図２に示す構造を備える。即
ち、図２に示すように、セルは、電解質膜１０と、この
電解質膜１０を両側から挟んでサンドイッチ構造とする
ガス拡散電極としてのアノード２０およびカソード３０
と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつ燃料ガス
および酸化ガス（酸素含有ガス）の流路溝を形成すると
共にアノード２０およびカソード３０との電子の授受を
行なう集電極４０，５０と、集電極４０，５０の外側に
配置され各セルを仕切るセパレータ６０により構成され
ている。

【００１４】電解質膜１０は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好なイオン導電性を示す。アノード２０およびカ
ソード３０は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボン
クロスにより形成されており、このカーボンクロスに
は、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合
金等を担持したカーボン粉がクロスの隙間に練り込まれ
ている。

【００１５】集電極４０，５０は、多孔質でガス透過性
を有するポーラスカーボンにより形成されており、気孔
率が４０ないし８０［％］のものである。また、集電極
４０には、複数のリブ４２が形成されており、このリブ
４２とアノード２０の表面とで燃料ガスの流路溝４５を
形成している。一方、集電極５０にも、複数のリブ５２
が形成されており、このリブ５２とカソード３０とで酸
化ガスの流路溝５５を形成している。なお、両流路溝４
５，５５は、図示しない燃料ガス供給通路および酸化ガ
ス供給通路とマニホールドを介して連結されており、そ
れらガス供給通から燃料ガスおよび酸化ガスがそれぞれ
供給される。

【００１６】セパレータ６０は、カーボンを圧縮してガ
ス不透過としたガス不透過カーボンにより形成されてお
り、電解質膜１０，アノード２０，カソード３０，集電
極４０，５０により構成されるセル（単電池）をその厚
み方向に積層する際の隔壁をなす。こうして形成された
各部材をセパレータ６０，集電極４０，アノード２０，
電解質膜１０，カソード３０，集電極５０，セパレータ
６０の順に複数個積層して燃料電池本体５を構成する。

【００１７】図１に戻り、こうして構成された燃料電池
本体５の積層方向の一端面５ａには、絶縁板１０２を介
してエアシリンダ１０４が設けられている。エアシリン
ダ１０４は、燃料電池本体５の積層方向に伸縮性を有す
る加圧槽であり、円筒状の第１容器１０４ａ内に、第１
容器１０４ａより径の小さい同じく円筒状の第２容器１
０４ｂを嵌合させて形成されている。エアシリンダ１０
４内には後述する給排装置から送られた窒素ガスが貯え
られる。こうした構成のエアシリンダ１０４は、燃料電
池本体５をその積層方向に加圧することにより、燃料電
池本体５の積層方向の面圧を高めることができる。燃料
電池本体５は、面圧が高くなると、内部の接触抵抗が低
下して、トータルの電気的なロスを少なくすることがで
き、その結果、出力効率を高めることができる。

【００１８】こうした燃料電池本体５とエアシリンダ１
０４とは、燃料電池本体５の積層方向の両側からエンド
プレート１０６，１０８により挟まれ、両エンドプレー
ト１０６，１０８の間に配設されたボルト１１０，１１
２によりエンドプレート１０６，１０８間に固定され
る。

【００１９】燃料電池発電装置１は、前述した燃料電池
本体５およびその周辺部の他に、エアシリンダ１０４内
の窒素ガスを給排する窒素ガス給排装置１２０と、その
窒素ガスの給排気量を制御する制御系１３０とを備え
る。

【００２０】窒素ガス給排装置１２０は、窒素ガスを貯
えるガスバッファ１２２と、ガスバッファ１２２内の窒
素ガスをエアシリンダ１０４内に送るガス供給路１２４
と、エアシリンダ１０４内の窒素ガスを外部に排出する
ガス排出路１２５とを備え、ガス供給路１２４の途中に
は、制御系１３０からの制御信号を受けてガスの供給量
を調節する供給制御バルブ１２６が、ガス排出路１２５
の途中には、制御系１３０からの制御信号を受けてガス
の排出量を調節する排出制御バルブ１２７がそれぞれ設
けられている。

【００２１】制御系１３０は、燃料電池本体５の運転状
態を検出するセンサ群として、燃料電池本体５に対して
起動の指示を与えるオン／オフスイッチ１３１と、燃料
電池本体５内に設けられ、燃料電池本体５の単電池部分
の温度をセル温度として検出するセル温センサ１３２
と、エアシリンダ１０４内に設けられ、エアシリンダ１
０４内の圧力を検出するシリンダ内圧センサ１３４とを
備える。さらに、センサ群として、図３に示すように、
燃料ガスの流路溝４５および酸化ガスの流路溝５５に供
給される燃料ガスおよび酸化ガスの圧力をそれぞれ検出
する燃料ガス圧センサ１３６および酸化ガス圧センサ１
３８と、その燃料ガスおよび酸化ガスの流量をそれぞれ
検出する燃料ガス流量センサ１４０および酸化ガス流量
センサ１４２と、その燃料ガスおよび酸化ガスの温度を
それぞれ検出する燃料ガス温センサ１４４および酸化ガ
ス温センサ１４６とを備える。

【００２２】なお、これら燃料ガスおよび酸化ガスに関
するセンサ１３６〜１４６は、燃料ガスの流路溝４５お
よび酸化ガスの流路溝５５に連結された両マニホールド
にそれぞれ設けられている。また、センサ群の一つとし
て、燃料電池本体５の外周に設けられ、水素ガスの漏れ
を感知する水素感知センサ１４８を備える。これら各セ
ンサ１３１〜１４８は、制御系１３０内に備えられた電
子制御ユニット（ＥＣＵ）１５０に接続される。

【００２３】電子制御ユニット１５０は、マイクロコン
ピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しく
は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算
等を実行するＣＰＵ１５２、ＣＰＵ１５２で各種演算処
理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等
が予め格納されたＲＯＭ１５４、同じくＣＰＵ１５２で
各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的
に読み書きされるＲＡＭ１５６、前述した各センサ１３
１〜１４８からの出力信号を入力する入力回路１５８
と、共にＣＰＵ１５２での演算結果に応じて供給制御バ
ルブ１２６および排出制御バルブ１２７に制御信号を出
力する出力回路１６０等を備えている。

【００２４】こうした構成の電子制御ユニット１５０の
ＣＰＵ１５２によって、燃料電池本体５の起動時に、排
出制御バルブ１２７が開制御されることにより、エアシ
リンダ１０４内の圧力が低下されて、燃料電池本体５の
温度が高められる。

【００２５】次に、ＣＰＵ１５２により実行される起動
時処理について、図４のフローチャートに沿って説明す
る。この起動時処理は、オペレータによりオン／オフス
イッチ１３１がオン状態に指示されたときに、割り込み
にて実行されるものである。処理が開始されると、ＣＰ
Ｕ１５２は、まず、燃料電池本体５を起動する処理を行
なう（ステップＳ２００）。この処理は、燃料ガスの流
路溝４５および酸化ガスの流路溝５５に各ガス供給通路
から燃料ガスおよび酸化ガスの供給を行なったり、エア
シリンダ１０４内に窒素ガス給排装置１２０から窒素ガ
スの供給を行なったりするものである。

【００２６】窒素ガスの供給は詳しくは次のようにして
行なわれる。供給制御バルブ１２６および排出制御バル
ブ１２７が閉状態である初期状態から、供給制御バルブ
１２６を所定開度に制御して、エアシリンダ１０４内に
窒素ガスを供給する。その後、シリンダ内圧センサ１３
４からエアシリンダ１０４内の圧力Ｐを読み取って、そ
の圧力Ｐに応じて供給制御バルブ１２６を調整して、エ
アシリンダ１０４内への窒素ガスの供給量を調整するこ
とで、その圧力Ｐを所定値Ｐ０に調整する。なお、この
所定値Ｐ０は、燃料電池本体５が定常運転の状態にある
ときに、燃料電池本体５に適切な面圧を与えるような圧
力であり、低くなり過ぎて燃料電池本体５にガスのリー
クを生じさせるような大きさでもない。

【００２７】ステップＳ２００の実行後、次いで、セル
温センサ１３２，シリンダ内圧センサ１３４等の各セン
サ１３２〜１４８より出力信号を読み込み（ステップＳ
２１０）、それら出力信号に基づいて燃料電池本体５の
作動が正常であるか否かを判定する（ステップＳ２２
０）。

【００２８】ステップＳ２２０の判定処理は、詳しく
は、セル温センサ１３２から読み込んだセル温度が所定
温度（例えば、９０［℃］）以下であること、燃料ガス
圧センサ１３６および酸化ガス圧センサ１３８から読み
込んだガス圧が所定の範囲内（例えば、１〜１．５［ａ
ｔｍ］（１０１〜１５２［ＫＰａ］））であること、燃
料ガス流量センサ１４０および酸化ガス流量センサ１４
２から読み込んだガスの流量が負荷に応じて求まる値の
±５［ｌ／ｍｉｎ］程度であること、燃料ガス温センサ
１４４および酸化ガス温センサ１４６から読み込んだガ
ス温度が所定の範囲内（例えば、７０〜８０［℃］：改
質器を用いた場合）であること、水素感知センサ１４８
で水素ガスの漏れが感知されていないことの全ての条件
が満たされたときに、燃料電池本体５の作動は正常であ
ると判定する。

【００２９】ステップＳ２２０で、燃料電池本体５の作
動が正常でないと判定された場合には、次いで、正常で
ない旨の警告を表示する処理を行ない（ステップＳ２３
０）、その後、「エンド」に抜けてこの処理を終了す
る。一方、ステップＳ２２０で燃料電池本体５の作動が
正常であると判定されると、以下の処理を行なう。

【００３０】ＣＰＵ１５２は、まず、セル温センサ１３
２から読み込んだセル温度Ｔａが予め定められた所定温
度Ｔ１（例えば、５０［℃］）より低いか否かを判定す
る（ステップＳ２４０）。ここで、セル温度Ｔａが所定
温度Ｔ１より低いと判定された場合には、燃料電池本体
５を昇温させる以下の処理を行なう。即ち、ＣＰＵ１５
２は、まず、フラグＦが値０であるか否かを判定する処
理を行なう（ステップＳ２５０）。このフラグＦは、ス
テップＳ２４０で肯定判定されたのが始めてであるか２
回目以降であるかを判別するもので、初期値としては、
値０が設定されている。

【００３１】ステップＳ２５０でフラグＦが値０であ
る、即ち、ステップＳ２４０で肯定判定されたのが始め
てであると判定されると、続いて、電子制御ユニット１
５０に内蔵された図示しないタイマを起動し（ステップ
Ｓ２６０）、その後、排出制御バルブ１２７を開側に制
御して、エアシリンダ１０４内の圧力をＰ１に低下する
処理を行なう（ステップＳ２７０）。詳しくは、シリン
ダ内圧センサ１３４からエアシリンダ１０４内の圧力Ｐ
を読み取って、その圧力Ｐに応じて排出制御バルブ１２
７を徐々に開制御する。排出制御バルブ１２７が開側に
制御されると、エアシリンダ１０４内の窒素ガスがガス
排出路１２５から外部に排出され、その圧力Ｐは低下
し、定常時の圧力Ｐ０より低い所定値Ｐ１に調整され
る。

【００３２】ステップＳ２７０の実行後、フラグＦに値
１をセットし（ステップＳ２８０）、その後、ステップ
Ｓ２９０に進む。なお、ステップＳ２５０でフラグＦが
値１である、即ち、ステップＳ２４０で肯定判定される
のが２回目以上であると判別された場合にも、ステップ
Ｓ２６０ないしＳ２８０の処理を飛ばして、ステップＳ
２９０に進む。

【００３３】ステップＳ２９０では、前記タイマで計算
された時間ｔが予め設定された所定時間ｔ１を経過した
か否かを判定する処理を行なう。ここで、タイマ時間ｔ
が所定時間ｔ１を経過していないと判定された場合に
は、ステップＳ２１０に戻り、ステップＳ２１０以後の
処理を繰り返し実行する。一方、ステップＳ２９０で所
定時間ｔ１を経過したと判定された場合には、続くステ
ップＳ３００に進む。

【００３４】また、ステップＳ２４０でセル温度Ｔａが
所定温度Ｔ１以上であると判定された場合には、燃料電
池本体５を昇温させる処理は不要であるとして、ステッ
プＳ２５０ないしＳ２９０の処理を飛ばしてステップＳ
３００に進む。ステップＳ３００では、排出制御バルブ
１２７を閉状態に制御する。その後、シリンダ内圧セン
サ１３４からエアシリンダ１０４内の圧力Ｐを読み取っ
て、その圧力Ｐに応じて供給制御バルブ１２６を開側に
制御して、エアシリンダ１０４内への窒素ガスの供給量
を増加して、その圧力Ｐを所定値Ｐ０に上昇させる（ス
テップＳ３１０）。続いて、フラグＦを値０にセットし
て（ステップＳ３２０）、その後、「エンド」に抜けて
この処理を終了する。

【００３５】こうして構成された起動時処理によれば、
燃料電池本体５の起動時に、エアシリンダ１０４内の圧
力Ｐが定常運転時の圧力Ｐ０より低いＰ１に低下され
る。エアシリンダ１０４の圧力Ｐが低下されると、燃料
電池本体５の積層方向への加圧力が低下され、セル間や
セルを構成する電解質膜１０，電極２０，３０等の部材
間の接触抵抗が増大する。このため、燃料電池本体５の
内部損失が大きくなり、生成した電気エネルギが前記抵
抗増大部で熱エネルギとして消費され発熱量が増加す
る。従って、この燃料電池発電装置１によれば、外部電
源やヒータ等の加熱手段を用いることなしに燃料電池本
体５を昇温させることが可能となり、装置全体のコンパ
クト化を図ることができるといった効果を奏する。特
に、従来より用いられていたエアシリンダ１０４の構成
を用いて燃料電池本体５の昇温を実現していることか
ら、新たな構成を加える必要もなく、このために、コン
パクト化の点でより優れている。

【００３６】さらには、燃料電池本体５が自ら発熱する
ことから、消費電力に対する昇温の効率を高めることが
できるといった効果を奏する。なお、図５にセル温度Ｔ
の時間変化を示したが、この図に示すように、起動時に
おいては、従来、図中、破線に示すように、温度Ｔ１に
至るまでかなりの時間をかかったところを、即座に温度
Ｔ１に昇温させることができる。この結果、この燃料電
池発電装置１は起動性にも優れている。

【００３７】なお、前記第１実施例では、燃料電池本体
５を昇温させる必要があるか否かを、ステップＳ２４０
でセル温度Ｔａが所定温度Ｔ１より低いか否かから判定
していたが、これに換えて、燃料ガス温センサ１４４で
検出された燃料ガス温度が所定温度より低いか否かから
判定する構成としてもよい。こうした構成によっても、
第１実施例と同様に、燃料電池本体５が昇温を必要か否
かを判別することができる。

【００３８】また、前記第１実施例では、燃料電池を昇
温させる作業を所定時間ｔ１だけ継続させるように構成
されていたが、これに換えて、セル温センサ１３２から
読み込むセル温度Ｔａを監視して、セル温度Ｔａが所定
の温度Ｔ２となるまで上記昇温作用を実行する構成とし
てもよい。

【００３９】さらに、前記第１実施例では、ステップＳ
２７０でエアシリンダ１０４内の圧力をＰ１に低下する
処理を行なっているが、この圧力Ｐ１は単一の値に限る
必要はなく、例えば、セル温度Ｔａを監視して、セル温
度Ｔａの上昇に応じて所定値Ｐ１を可変するように構成
してもよく、また、燃料電池本体５の電圧−電流特性に
応じて所定値Ｐ１を可変する構成としてもよい。

【００４０】本発明の第２実施例について次に説明す
る。図６は、本発明の第２実施例を適用した燃料電池発
電装置４００の全体構成図である。図６に示すように、
この燃料電池発電装置４００は、第１実施例と同じ燃料
電池本体５を備え、この燃料電池本体５の燃料ガスの流
路溝４５にマニホールドを介して燃料ガス供給通路４１
０が連結されている。

【００４１】燃料ガス供給通路４１０の途中には、燃料
ガスを加湿する加湿器４２０が設けられている。加湿器
４２０は、燃料ガスをバブリングして加湿する周知のも
のである。また、燃料ガス供給通路４１０の加湿器４２
０より上流側および下流側には、三方弁４３０，４４０
が設けられ、両三方弁４３０，４４０の間に加湿器４２
０をバイパスするバイパス通路４５０が設けられてい
る。三方弁４３０，４４０は、制御系５００からの制御
信号を受けて流路を切り替えるもので、両三方弁４３
０，４４０を制御することにより、燃料ガスの供給経路
を加湿器４２０を備えた通路４１０側とバイパス通路４
５０側とに切り替えることが可能である。

【００４２】制御系５００は、図７に示すように、セン
サ群として、第１実施例とほぼ同じセンサを備えてお
り、第１実施例と相違するのは、シリンダ内圧センサ１
３４がなくて、これに換えて、湿度センサ５１０が設け
られている点にある。湿度センサ５１０は、燃料ガスの
流路溝４５に続くマニホールドに設けられ、燃料ガスの
湿度を検出するものである。この湿度センサ５１０を始
めとして、第１実施例と同じ、オン／オフスイッチ１３
１，セル温センサ１３２，燃料ガス圧センサ１３６，酸
化ガス圧センサ１３８，燃料ガス流量センサ１４０，酸
化ガス流量センサ１４２，燃料ガス温センサ１４４，酸
化ガス温センサ１４６および水素感知センサ１４８を制
御系５００は備えている。これら各センサは、制御系５
００内に備えられた第１実施例と同じ構成の電子制御ユ
ニット（ＥＣＵ）１５０に接続される。

【００４３】電子制御ユニット１５０のＣＰＵ１５２に
よって、燃料電池本体５の起動時に、三方弁４３０，４
４０が制御されることにより、燃料ガスの供給経路がバ
イパス通路４５０側に切り替えられて、燃料ガスの加湿
量が低減されて、燃料電池本体５の温度が高められる。

【００４４】次に、ＣＰＵ１５２により実行される起動
時処理について、図８のフローチャートに基づいて説明
する。この起動時処理は、第１実施例のそれと比べて、
ステップＳ６１０ないしＳ６６０，Ｓ６８０，Ｓ６９
０，Ｓ７２０については、第１実施例のステップＳ２１
０ないしＳ２６０，Ｓ２８０，Ｓ２９０，Ｓ３２０と同
じ内容の処理であり、相違するのは、ステップＳ６０
０，Ｓ６７０，Ｓ７００についての処理である。

【００４５】ＣＰＵ１５２は、処理が開始されると、ま
ず、燃料電池本体５を起動する処理を行なう（ステップ
Ｓ６００）。ここでは、第１実施例のステップＳ２００
と比較して、窒素ガスの供給を行なうのに換えて、次の
処理を行なっている。即ち、ＣＰＵ１５２は、三方弁４
３０，４４０に制御信号を送ることにより、燃料ガスの
供給経路を加湿器４２０を備えた通路４１０側に切り換
える処理を行なう。なお、このように経路が通路４１０
側に切り換えられた時には、湿度センサ５１０から検出
された湿度Ｈに応じて加湿器４２０の加湿量を調整する
ように構成することにより、燃料ガスに対してより最適
な加湿を施すことができる。

【００４６】その後、処理が進みステップＳ６７０に移
ると、ＣＰＵ１５２は、三方弁４３０，４４０に制御信
号を送ることにより、燃料ガスの供給経路をバイパス通
路４５０側に切り換える処理を行なう。さらに、処理が
進みステップＳ７００に移ると、ＣＰＵ１５２は、三方
弁４３０，４４０に制御信号を送ることにより、燃料ガ
スの供給経路を加湿器４２０を備えた通路４１０側に切
り換える処理を行なう。なお、この場合も、湿度センサ
５１０から検出された湿度Ｈに応じて加湿器４２０の加
湿量を調整するように構成することで、燃料ガスに対し
て最適な加湿を施すことが可能となる。

【００４７】こうして構成された起動時処理によれば、
燃料電池本体５の起動時に、燃料ガスに対する加湿が中
止される。燃料ガスに対する加湿が中止されると、電解
質膜１０の含水率が低下することから、電解質膜１０の
内部抵抗が大きくなり内部の発熱量が増加する。従っ
て、この燃料電池発電装置４００によれば、第１実施例
と同様に、外部電源や加熱手段を用いることなしに従来
使用されている装置を利用して燃料電池本体を昇温させ
ることが可能となり、装置全体のコンパクト化を図るこ
とができるといった効果を奏し、さらには、燃料電池本
体５が自ら発熱することから、消費電力に対する昇温の
効率を高めることができるといった効果を奏する。

【００４８】なお、この第２実施例の燃料電池発電装置
４００では、燃料ガスを加湿するように構成されていた
が、これに換えて、燃料ガスと酸化ガスの双方とも加湿
するようにして、起動時には、その双方の加湿の量を低
減するように構成してもよい。さらに、起動時に、燃料
ガスに対する加湿量を低減するこの第２実施例の構成
に、前記第１実施例の構成を加えるようにしてもよい。
即ち、起動時に、燃料ガスに対する加湿量を低減すると
ともに、エアシリンダ１０４内の圧力Ｐを低下させる。
この構成により昇温をより急速に行なうことができる。

【００４９】前記第１および第２実施例の構成に換え
て、起動時に、燃料電池本体５を冷却する冷却装置を停
止させることにより、燃料電池本体５を昇温させる構成
としてもよい。こうした構成によっても、装置全体のコ
ンパクト化と昇温の効率の向上とを図ることができる。

【００５０】以上本発明の実施例について説明したが、
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、例えば、固体高分子型の燃料電池本体５に換えて、
りん酸型のもの、溶融炭酸塩型のものを用いた構成等、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態
様で実施し得ることは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池発
電装置では、装置全体のコンパクト化を図るとともに、
消費電力に対する昇温の効率を高めることができるとい
った効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を適用した燃料電池発電装
置１の全体構成図である。

【図２】燃料電池本体５のセル構造を示す構成図であ
る。

【図３】燃料電池発電装置１の電気的な構成を示すブロ
ック図である。

【図４】電子制御ユニット１５０のＣＰＵ１５２により
実行される起動時処理を示すフローチャートである。

【図５】起動時におけるセル温度Ｔの時間変化を示すタ
イミングチャートである。

【図６】本発明の第２実施例を適用した燃料電池発電装
置４００の全体構成図である。

【図７】燃料電池発電装置４００の電気的な構成を示す
ブロック図である。

【図８】第２実施例の電子制御ユニット１５０のＣＰＵ
１５２により実行される起動時処理を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１…燃料電池発電装置 ５…燃料電池本体 １０…電解質膜 ２０…アノード ３０…カソード ４０，５０…集電極 ４２，５２…リブ ４５，５５…流路溝 ６０…セパレータ １０２…絶縁板 １０４…エアシリンダ １０６，１０８…エンドプレート １１０，１１２…ボルト １２０…窒素ガス給排装置 １２２…ガスバッファ １２４…ガス供給路 １２５…ガス排出路 １２６…供給制御バルブ １２７…排出制御バルブ １３０…制御系 １３１…オン／オフスイッチ １３２…セル温センサ １３４…シリンダ内圧センサ １３６…燃料ガス圧センサ １３８…酸化ガス圧センサ １４０…燃料ガス流量センサ １４２…酸化ガス流量センサ １４４…燃料ガス温センサ １４６…酸化ガス温センサ １４８…水素感知センサ １５０…電子制御ユニット １５２…ＣＰＵ １５４…ＲＯＭ １５６…ＲＡＭ １５８…入力回路 １６０…出力回路 ４００…燃料電池発電装置 ４１０…燃料ガス供給通路 ４２０…加湿器 ４３０，４４０…三方弁 ４５０…バイパス通路 ５００…制御系 ５１０…湿度センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質を２つの電極で挟持した単電池を
   複数積層した燃料電池本体と、 該燃料電池本体をその積層方向に加圧して、該燃料電池
   本体の面圧を所定値に調節する加圧手段とを備えた燃料
   電池発電装置において、 前記燃料電池本体の起動時を検知する起動時検知手段
   と、 該起動時が検知されたとき、前記加圧手段による加圧力
   を、定常運転時の加圧力より低く制御する加圧力低下手
   段とを備えた燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】 電解質を２つの電極で挟持した単電池を
   備えた燃料電池本体と、 前記単電池の各電極に燃料ガスおよび酸化ガスを供給す
   るガス供給手段と、 前記ガス供給手段により供給される燃料ガスおよび酸化
   ガスの内の少なくとも一方を加湿する加湿手段とを備え
   た燃料電池発電装置において、 起動時を検知する起動時検知手段と、 該起動時が検知されたとき、前記加湿手段による加湿量
   を、定常運転時の加湿量より低減させる加湿量低減手段
   とを備えた燃料電池発電装置。