JP4128370B2

JP4128370B2 - 燃料電池用暖機装置

Info

Publication number: JP4128370B2
Application number: JP2002038958A
Authority: JP
Inventors: 毅昭島田; 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: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003243009A

Description

【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水（冷却水）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。この種の燃料電池用暖機装置としては、発電時の燃料電池を冷却する目的で燃料電池を循環させる冷却水を加熱して、この冷却水により燃料電池を加熱する方式のものが提案されている。
【０００３】
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。
また、特開２０００−２９４２６３号公報に示されているように、燃料電池に供給する水素の一部を燃焼器内に導入して燃焼させ、その熱で加熱した冷却水により、燃料電池を加熱するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低温下においては、上述したように、燃料電池の反応の進行が遅く、燃料電池に供給された反応ガス（水素ガス、酸化剤ガス）の大部分が未反応である。上述した従来の技術においては、加熱により反応が充分に進行するようになるまでに、燃料電池に供給される反応ガスの大部分が未反応のまま排出されてしまい、無駄となってしまうという問題があった。
【０００５】
また、特開２０００−２９４２６３号公報に示されている燃料電池用暖機装置では、燃料電池に供給する水素の一部を燃焼させて加熱するため、加熱時間を短縮できるものの、未反応の水素については考慮されておらず、特に低温時には多くの未利用水素が排出されるため、エネルギー効率が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低温下の燃料電池を短時間で加熱できるとともに、エネルギー的に負担を低減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。
【０００７】
【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、水素および酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）を暖機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）であって、前記燃料電池と熱交換する伝熱流体（例えば、後述する実施の形態における伝熱水３）の流体流路（例えば、後述する実施の形態における循環流路４）に、水素ガスを燃焼させる触媒燃焼器（例えば、後述する実施の形態における触媒燃焼器５）を設けて、前記伝熱流体を水素ガス燃焼熱で加熱可能とし、前記触媒燃焼器に水素ガスを導入する水素ガス導入路（例えば、後述する実施の形態における水素ガス導入路６）を設け、この水素ガス導入路が前記燃料電池の水素ガス排出経路（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、該水素ガス排出経路中の水素ガスを前記触媒燃焼器内に導入可能とし、前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給経路（例えば、実施の形態における水素ガス供給経路８）が前記水素ガス導入路に接続され、前記水素ガス供給経路中の水素ガスを前記触媒燃焼器内に導入可能とし、前記触媒燃焼器に導入される水素ガスの流量を制御する流量制御手段（例えば、後述する実施の形態における流量制御弁９）を備え、前記流量制御手段は、前記水素ガス排出経路中の反応残水素量が目標水素量よりも少ない場合に、前記水素ガス排出経路中の水素ガスに加えて前記水素ガス供給経路中の水素ガスを前記触媒燃焼器に導入可能としたことを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
【０００８】
この発明によれば、低温下で燃料電池を作動させる際に、燃料電池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から未反応のまま水素排出経路中に排出されるが、この排出された水素ガスが前記水素ガス導入路を介して触媒燃料器内に導入され、該触媒燃焼器内で燃焼する。前記触媒燃焼器は前記伝熱流体経路を加熱可能に設けられているため、水素ガスの燃焼熱で伝熱流体を加熱することができ、この伝熱流体により燃料電池が暖機される。燃料電池が暖機されるに従って燃料電池での水素の反応量が増大し、また燃料電池での電気化学反応は発熱を伴うため、燃料電池の温度上昇はさらに促進される。
【０００９】
一方、反応する水素量が増大するにつれて、未反応のまま燃料電池から排出される水素量が減少して燃焼熱量も減少するため伝熱流体に伝導される熱量も減少していく。従って、燃料電池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、これにより伝熱流体を加熱する熱量も略一定に保持される。燃料電池は発電によりさらに発熱するため、燃料電池の暖機に使用していた伝熱流体を、そのまま冷却媒体として使用することができる。このように、燃料電池から排出された未反応の水素ガスにより燃料電池の暖機を行うため、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。
【００１０】
また、前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給経路（例えば、実施の形態における水素ガス供給経路８）が前記水素ガス導入路に接続され、前記水素ガス供給経路中の水素ガスを前記触媒燃焼器内に導入可能とした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、前記燃料電池排出経路中の水素ガスに加え、水素ガス供給経路中の水素も前記触媒燃焼器に導入し、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】
また、前記触媒燃焼器に導入される水素ガスの流量を制御する流量制御手段（例えば、後述する実施の形態における流量制御弁９）を備えたことを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
【００１３】
この発明によれば、前記流量制御手段を介して燃焼に必要な水素ガスの流量を制御することができるため、効率的に燃料電池の暖機を行うことができる。
【００１４】
また、前記目標水素量が、前記伝熱流体の温度（例えば、後述する実施の形態における伝熱水温度Ｔ_FCIN、Ｔ_FCOUT）に応じて設定されることを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
【００１５】
この発明によれば、前記伝熱流体の温度に応じて、前記制御手段により触媒燃焼器に導入される水素ガスの流量が調整され、伝熱流体の温度を前記燃料電池を暖機するために最適な温度となるように、伝熱流体を加熱することができるため、さらに効率的に燃料電池を暖機することができる。
【００１６】
また、前記触媒燃焼器内で燃焼される燃焼水素量が前記目標水素量となるように、前記制御手段を制御することを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
【００１７】
この発明によれば、燃料電池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、前記制御手段により触媒燃焼器内に確実に所定の量の水素が導入されるため、燃料電池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。また、これにより、水素ガス供給経路から触媒燃焼器内に導入される水素の量を必要最小限に抑えることができ、その分残りの水素を燃料電池の発電に寄与させることができるため、エネルギー効率を高めることができる。
【００１８】
また、前記目標水素量が、前記燃料電池の温度に基づいて設定されることを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
この発明によれば、燃料電池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が設定されるので、より効率的に燃料電池の暖機を行うことができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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は圧縮した水素ガスを貯蔵し、水素ガス供給経路８および図示しない減圧弁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。
【００２１】
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）１１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。
【００２２】
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の分岐路８ａ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。
【００２３】
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（図示せず）を有し、この燃焼部にて水素を燃焼させる。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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４ｂ’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。
【００２６】
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４ａ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、Ｔ２で測定した温度Ｔ_FCOUT、Ｔ_FCINを送信できるようにしている。
【００２７】
図２は、燃料電池用暖機装置１および３０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１４、温度センサＴ１、Ｔ２、切替バルブＶ１〜Ｖ５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（詳細は後述する）。
【００２８】
図３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。図４は制御装置の暖機処理工程図である。これらの図を元に燃料電池用暖機装置１の始動制御フローについて説明する。
前述したように燃料電池２が低温状態では発電効率が悪く、供給した水素のうちほとんどが発電に寄与せず、燃料電池２から水素ガス排出経路７に反応残水素として排出される。本実施の形態においては、前記水素ガス排出経路７を水素ガス導入路６に接続しているため、前記反応残水素を触媒燃焼器５に導入することができる。
【００２９】
また、上述したように、前記水素ガス導入路６には、水素ガス排出経路７の他に、水素ガス供給経路８から分岐した分岐路８ａが流量制御弁９を介して接続され、水素ガス供給経路８の水素（供給水素の一部）も導入可能となっている。分岐路８ａに設けられた流量制御弁９は、制御装置１１の信号に応じてその開度が調整され、これにより導入路６に導入される水素流量が制御される。このとき、この供給水素の流量は、前記触媒燃焼器５に導入される水素の量が所定の値となるように前記制御装置１１により制御される。この所定の量は燃料電池２の始動時に排出される水素量（Ｈｍａｘ、図３参照）に設定している。
【００３０】
前記制御装置１１の暖機処理工程について図４を用いて説明する。まず、燃料電池２の始動開始信号が送られるとステップＳ１００に示したように、燃料電池２へ反応ガス（酸化剤と水素）を供給する。その反応ガスの供給を受けて燃料電池２が発電を開始する。ステップＳ１０２に示したように、前記制御装置１１により切替バルブＶ１〜Ｖ５を切替制御して、伝熱水３の流通経路が暖機用冷媒流路（低温時水流路４ａ、４ｂ、ラジエータ１７を迂回する流路）に変更される。そして、ステップＳ１０４に示したように冷却水３の温度Ｔ１およびＴ２を冷媒温度として検知し、ステップＳ１０６に示したように前記冷媒温度が所定の温度（例えば７０℃）よりも低いかどうかを判定する。冷媒温度が所定の温度よりも高い場合（判定結果がＮＯの場合）には、燃料電池２の温度が十分上昇したと判断して、暖機処理を終了する。なお、このとき、冷却水３の流路は通常時水流路（４ａ’、４ｂ’、ラジエータ１７と熱交換する流路）に切り替えられる。
【００３１】
冷媒温度が所定の温度よりも低い場合（判定結果がＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０８に示したように、反応残水素量（残水素量）が一定量Ｈｍａｘより小さいかどうかを判定する。残水素量がＨｍａｘと等しいかそれより多い場合（判定結果がＮＯの場合）には、触媒燃焼器５には十分な水素が供給されるので、ステップＳ１１２に示したように流量制御弁９を「閉」にして、ステップＳ１１４の処理に進む。
【００３２】
残水素量がＨｍａｘよりも少ない場合（判定結果がＮＯの場合）には、ステップＳ１１０に示したように、流量制御弁９を「開」にして、前記残水素に加えて分岐路８ａの水素（供給水素の一部）を前記触媒燃焼器５に導入する。このとき、流量制御弁９は前記制御装置１１により、残水素と供給水素の合計がＨｍａｘとなるように制御されている。その後、ステップＳ１１４の処理に進む。
ステップＳ１１４では、ステップＳ１０６と同様に、冷媒温度が所定温度より小さいかどうかを判定する。判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１０８の処理に戻り上述した一連の処理を行う。判定結果がＮＯの場合には、暖機処理を終了する。
なお、本実施の形態において燃焼器５へ導入する酸化剤量についての制御については触れていないが、上述した水素ガス流路の場合と同様に、酸化剤ガス流路に流量制御弁や流量測定器を設け、これらをＥＣＵに接続することで、燃焼器５へ導入する酸化剤量を制御することができる。酸化剤量を制御するにあたっては、一定の量の水素量を燃焼器５へ導入するので、その水素量に対応する一定量の酸化剤を導入させるのが望ましい。
【００３３】
上述したように、低温の場合は燃料電池２の発電効率が悪いので、燃料電池２から排出される水素量（残水素量）は、暖機開始時の方が暖機完了後よりも多い。したがって、暖機開始時においては、残水素量が十分にあるため、触媒燃焼器５の燃焼は残水素のみで行う。
このように暖機処理を行うと、燃料電池２は前記触媒燃焼器５で加熱された伝熱水３に暖機されるとともに、発電によって発熱するため、燃料電池の温度は速やかに上昇していく。
【００３４】
一方、燃料電池２の温度上昇に伴って、燃料電池２の発電に寄与する水素が増えるので、図４のように反応残水素量が減少していく。しかし、上述したように、残水素が減少した分に応じて供給水素の一部が供給され、触媒燃焼器５には一定量Ｈｍａｘが供給されるため、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。
【００３５】
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を介して触媒燃焼器５に導入され、該触媒燃焼器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。また、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンク（ＭＨタンク）を用いている。ここで、水素吸蔵合金は貯蔵された水素を放出する際に吸熱反応を伴い、所定の温度未満になると水素放出平衡圧力が放出先の圧力よりも低くなってしまい、水素を放出できなくなってしまう。そのため、前記水素吸蔵タンク３１は、内部に伝熱水３３が流通する循環経路３２により貫通され、該循環経路３２中の伝熱水３３により水素吸蔵合金が加熱されるようになっている。前記循環経路３２は、前記触媒燃焼器５内の熱交換器１５内を貫通し、触媒燃焼器５内の熱交換部１５ｃで水素の燃焼熱により加熱される。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、水素吸蔵タンク３１が貯蔵している水素をより効果的に燃料電池２や触媒燃焼器５に供給することができるため、燃料電池２の始動を早めることができる。
図７および図８を元に燃料電池用暖機装置３０の始動制御フローについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部分に関しては説明を省略する。
【００３８】
第１の実施例と異なるのは、ステップＳ１２０に示したように、燃焼器５へ導入する目標水素量を一定の量Ｈｍａｘではなく燃料電池２の温度に基づいて変化させる点である。ここで燃料電池２の温度は温度センサＴ１およびＴ２から予測する。前記制御装置１１には、図８のＭＡＰ１に示したように、燃料電池２の温度に応じた目標水素量のデータが格納されており、これに基づいて目標水素量が算出される。そして、ステップＳ１２２に示したように、残水素量が目標水素量よりも少ないかどうかを判定する。残水素量が目標水素量よりも少ない場合（判定結果がＹＥＳの場合）には、ステップＳ１２４に示したように、残水素と供給水素の合計が目標水素量となるように流量制御弁９の開度を調整して、上述したステップＳ１１４の処理に進む。残水素量が目標水素量よりも多い場合（判定結果がＮＯの場合）には、上述したステップＳ１１２の処理を経て、ステップＳ１１４の処理に進む。そして、第１の実施の形態と同様に処理を行う。
尚、本実施の形態においても、上述した前実施の形態の場合と同様に、燃焼器５へ導入する酸化剤量を制御することができる。本実施の形態においては、燃焼器５へ導入させる流量が燃料電池２の温度によって変わるので、それに応じて燃焼器５へ導入する酸化剤量もその導入される燃料量に応じて変えることが望ましい。例えば目標水素量が減少した場合には燃焼器へ導入する酸化剤量も減少させるように制御する。
【００３９】
本実施の形態においては、前記制御装置１１により、前記触媒燃焼器５内で燃焼される燃焼水素量の所定の値が、前記燃料電池２の温度に基づいて設定される。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り、図８のＭＡＰ１の詳細を示したものである。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【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、燃料電池に供給された未反応の水素ガスにより燃料電池の暖機を行うため、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。
【００４４】
また、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。
また、燃料電池の温度状態に応じて燃焼に必要な水素ガスの流量を制御することができるため、効率的に燃料電池の暖機を行うことができる。
【００４５】
請求項２に記載した発明によれば、燃料電池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。また、エネルギー効率を高めることができる。
請求項３に記載した発明によれば、前記燃料電池を暖機する伝熱流体の温度を、より短時間で制御することができるため、さらに効率的に暖機することができる。
【００４６】
請求項４に記載した発明によれば、燃料電池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が設定されるので、より効率的に燃料電池の暖機を行うことができる。
【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４】図１の燃料電池用暖機装置が備える制御装置の暖機処理工程図である。
【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。
【図８】図５の燃料電池用暖機装置が備える制御装置の工程図である。
【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

水素および酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池を暖機する燃料電池用暖機装置であって、
前記燃料電池と熱交換する伝熱流体の流体流路に、水素ガスを燃焼させる触媒燃焼器を設けて、前記伝熱流体を水素ガス燃焼熱で加熱可能とし、
前記触媒燃焼器に水素ガスを導入する水素ガス導入路を設け、この水素ガス導入路が前記燃料電池の水素ガス排出経路に接続され、該水素ガス排出経路中の水素ガスを前記触媒燃焼器内に導入可能とし、
前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給経路が前記水素ガス導入路に接続され、前記水素ガス供給経路中の水素ガスを前記触媒燃焼器内に導入可能とし、
前記触媒燃焼器に導入される水素ガスの流量を制御する流量制御手段を備え、
前記流量制御手段は、前記水素ガス排出経路中の反応残水素量が目標水素量よりも少ない場合に、前記水素ガス排出経路中の水素ガスに加えて前記水素ガス供給経路中の水素ガスを前記触媒燃焼器に導入可能であることを特徴とする燃料電池用暖機装置。
前記触媒燃焼器内で燃焼される燃焼水素量が前記目標水素量となるように、前記流量制御手段を制御す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。
前記目標水素量が、前記伝熱流体の温度に基づいて設定され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。
前記目標水素量が、前記燃料電池の温度に基づいて設定され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。