(57)【要約】【課題】  単に、電気ヒータと触媒燃焼器とを併用する燃料電池システムと比較して、省スペース化が可能である燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池スタック１００と、冷却系と、冷却系を加熱する冷媒加熱装置１とを備える燃料電池システムにおいて、冷媒加熱装置１を以下の構成とする。冷媒加熱装置１を、発熱部２、熱交換部３、ガス混合室４により構成し、さらに、発熱部２を、通電発熱体２ａと触媒体２ｂとが積層された構造とする。このように、１つの発熱部２が、通電発熱体２ａと触媒体２ｂとを備える構成とする。これにより、専用ブロア１０、熱交換器３という必要な構成部を共通して使用することができるので、構成部の数を削減でき、燃料電池システムの省スペース化が可能となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（１００）と、
前記燃料電池（１００）に熱媒体を供給する熱媒体供給経路（３０）と、
前記熱媒体を加熱する加熱手段（１）とを備え、
前記加熱手段（１）は、発熱することで高温ガスを生成する高温ガス生成手段（２）と、前記高温ガス生成手段（２）で生成された高温ガスと前記熱媒体との熱を交換することで、前記熱媒体を加熱する熱交換手段（３）とを有している燃料電池システムであって、
前記高温ガス生成手段（２）に空気を供給する空気供給手段（１０、１１）と、
前記高温ガス生成手段（２）に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段（１０４、２１）と、
前記燃料電池（１００）が生成した電力の前記高温ガス生成手段（２）への供給を制御する電力供給制御手段（４１）とを備え、
前記高温ガス生成手段（２）は、通電により発熱する通電発熱部（２ａ）と、触媒燃焼を行う触媒燃焼部（２ｂ）とから構成されており、
前記高温ガス生成手段（２）は、前記電力供給制御手段（４１）を介して供給された電力で前記通電発熱部（２ａ）を発熱させ、当該熱により、前記空気供給手段（１０、１１）から供給された空気を加熱することで高温ガスを生成する機能と、前記燃料ガス供給手段（１０４、２１）により供給された燃料ガスと、前記空気供給手段（１０、１１）により供給された空気とを、前記触媒燃焼部（２ｂ）で燃焼させることで、高温ガスを生成する機能とを併せ持つことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記高温ガス生成手段（２）は、前記通電発熱部（２ａ）と、前記触媒燃焼部（２ｂ）が積層された構成であり、前記空気供給手段から供給された空気が、前記通電発熱部（２ａ）および前記触媒燃焼部（２ｂ）の両方を通過するようになってい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。
【請求項３】
前記触媒燃焼部（２ｂ）は、波板形状の耐熱材料（２ｃ）の表面に触媒が担持された構造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。
【請求項４】
前記高温ガス生成手段（２）は、触媒を担持する触媒担体（２ｅ、２ｇ）が通電により発熱する材料により構成されており、前記高温ガス生成手段（２）は、前記通電発熱部（２ａ）と前記触媒燃焼部（２ｂ）とが一体となった構成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。
【請求項５】
前記燃料電池（１００）は、起電反応に使用される燃料ガスが供給され、かつ、前記燃料ガスのうちの未反応分であるオフ燃料ガスを排出するようになっており、
前記オフ燃料ガスを前記高温ガス生成手段（２）に供給するオフ燃料ガス供給経路（２３）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。  
【請求項６】
前記燃料電池（１００）は、起電反応に使用される空気が供給され、かつ、前記空気のうちの未反応分であるオフ空気が排出されるようになっており、
前記空気供給手段として、前記オフ空気を前記高温ガス生成手段（２）に供給するオフ空気供給経路（１１）と、前記高温ガス生成手段（２）に空気を供給する前記高温ガス生成手段（２）専用の空気供給手段（１０）とを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
電力を蓄電する蓄電池（１０１）と、
前記蓄電池（１０１）の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段（４２）とを備え、
前記電力供給制御手段（４１）は、前記蓄電状態検出手段（４２）の検出結果に応じて、前記蓄電池（１０１）に供給される電力を、前記通電発熱部（２ａ）に供給するようになっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記電力供給制御手段（４１）が、前記蓄電状態検出手段（４２）の検出結果に応じて、前記燃料電池（１００）が生成した電力を前記通電発熱部（２ａ）に供給する場合に、その供給する電力量に応じて、前記空気供給手段（１０、１１）による空気の供給量を調整する制御を行う第１の制御手段（４０）を有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記空気供給手段のとして前記オフ空気供給経路（１１）が用いられている場合、前記オフ空気供給経路（１１）に設けられ、前記オフ空気の供給量を調整する前記オフ空気供給量調整手段（１２）を有しており、
前記第１の制御手段（４０）は、前記オフ空気供給量調整手段（１２）による前記オフ空気の供給量の調整を制御するようになっていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記高温ガス生成手段（２）で発生した高温ガスの温度を検出し、検出結果を前記第１の制御手段（４０）に出力するガス温度検出手段（４３）を有し、
前記第１の制御手段（４０）は、前記ガス温度検出手段（４３）による検出温度が所定温度よりも低い場合は、前記オフ空気供給量調整手段（１１）のみを制御することで、前記高温ガス生成手段（２）に前記オフ空気のみを供給し、前記ガス温度検出手段（４３）による検出温度が所定温度よりも高い場合は、前記オフ空気供給量調整手段（１１）に加えて、前記専用の空気供給手段（１０、１１）を制御することで、前記高温ガス生成手段（２）に、前記オフ空気に加えて、前記専用の空気供給手段からも空気を供給するようになっていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記オフ燃料ガス供給経路（２３）を介して、前記高温ガス生成手段（２）にオフ燃料ガスを供給する場合では、前記電力供給制御手段（４１）を介して前記通電発熱部（２ａ）に電力を供給して、前記通電発熱部（２ａ）を発熱させる制御、もしくは、前記燃料ガス供給手段（１０４、２１）から燃料ガスを前記触媒燃焼部（２ｂ）に供給する制御の少なくともどちらか一方を行う第２の制御手段（４０）を有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記高温ガス生成手段（２）で生成された高温ガスの温度を検出し、検出結果を前記第２の制御手段（４０）に出力するガス温度検出手段（４３）を有し、
前記第２の制御手段（４０）は、前記ガス温度検出手段（４３）の検出温度が所定の温度よりも低い場合に、前記制御を行うようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記高温ガス生成手段（２）から排出されるガス中の燃料ガス濃度を検出し、検出結果を第２の制御手段（４０）に出力するガス濃度検出手段（４４）を有し、
前記第２の制御手段（４０）は、前記ガス濃度検出手段（４４）が検出した燃料ガス濃度が所定濃度よりも高い場合に、前記制御を行うようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素もしくは水素を含む化合物を燃料とする燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、以下に説明するように、電気ヒータもしくは触媒燃焼器を備えるものがある。
【０００３】
例えば、燃料電池に熱媒体（冷媒）を流すことで冷却する冷却系と、この熱媒体を加熱する加熱器として、電気ヒータと触媒燃焼器のどちらか一方とを備える燃料電池システムがある（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、氷点下環境での低温始動時において、冷却系を加熱して燃料電池本体および周辺補機類を含めたシステムの暖機を行うために、電気ヒータ等を用いている。
【０００４】
また、他の目的により、電気ヒータを備える車両用燃料電池システムがある。このシステムでは、燃料電池自動車において発生する余剰なエネルギ、例えば、回生ブレーキ等により生じ、かつ、蓄電池の容量オーバにより発生する余剰な回生エネルギ（電気）を、電気ヒータで消費し、発生した熱を、システム内に回収したり、システム外に放出したりしている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、同様の目的により、触媒燃焼器を備える燃料電池システムがある。このシステムでは、燃料電池から排出される窒素や水蒸気を多量に含む未反応水素ガス（以下、オフ水素と呼ぶ）を、触媒燃焼器で、触媒燃焼させ、オフ水素ガスを処理している（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
このように、暖機や、余剰エネルギを効率良く回収あるいは安全に処理するために、電気ヒータもしくは触媒燃焼器が用いられている。
【特許文献１】特開平２００４−１５８３３３号
【特許文献２】特開平２００２−１１０１８７号
【特許文献３】特開平２００４−１６４９５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記した従来技術（例えば、特許文献１に記載の技術）に対して、暖機時間を短縮したいという要望がある。そこで、従来では、電気ヒータと触媒燃焼器のどちらか一方のみを用いていたのに対して、熱源を増やして暖機時間を短縮するために、単に、電気ヒータと触媒燃焼器とを併用するということが考えられる。ただし、燃料電池システム全体の省スペース化を考慮すると、加熱器は、２機よりも１機の方が好ましい。  
【０００８】
また、暖機だけでなく、余剰エネルギを効率良く回収あるいは安全に処理するためには、上述のとおり、電気ヒータと触媒燃焼器とを併用することが必要となる。しかし、この場合においても、燃料電池システム全体の省スペース化を考慮すると、加熱器は、２機よりも１機の方が好ましい。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、単に、電気ヒータと触媒燃焼器とを併用する燃料電池システムと比較して、省スペース化が可能である燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料電池システムを以下の構成としている。すなわち、燃料電池（１００）と、燃料電池（１００）に熱媒体を供給する熱媒体供給経路（３０）と、熱媒体を加熱する加熱手段（１）とを備え、加熱手段（１）は、発熱することで高温ガスを生成する高温ガス生成手段（２）と、高温ガス生成手段（２）で生成された高温ガスと熱媒体との熱を交換することで、熱媒体を加熱する熱交換手段（３）とを有している燃料電池システムであって、高温ガス生成手段（２）に空気を供給する空気供給手段（１０、１１）と、高温ガス生成手段（２）に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段（１０４、２１）と、燃料電池（１００）が生成した電力の高温ガス生成手段（２）への供給を制御する電力供給制御手段（４１）とを備えている。
【００１１】
そして、高温ガス生成手段（２）は、通電により発熱する通電発熱部（２ａ）と、触媒燃焼を行う触媒燃焼部（２ｂ）とから構成されており、高温ガス生成手段（２）は、電力供給制御手段（４１）を介して供給された電力で通電発熱部（２ａ）を発熱させ、当該熱により、空気供給手段（１０、１１）から供給された空気を加熱することで高温ガスを生成する機能と、燃料ガス供給手段（１０４、２１）により供給された燃料ガスと、空気供給手段（１０、１１）により供給された空気とを、触媒燃焼部（２ｂ）で燃焼させることで、高温ガスを生成する機能とを併せ持つことを特徴としている。
【００１２】
このように本発明では、高温ガス生成手段を、通電発熱部と触媒燃焼部とにより構成している。
【００１３】
例えば、通電発熱部としての電気ヒータと、触媒燃焼部としての触媒燃焼器とを、単に、両方用いると、空気供給手段や熱交換手段がそれぞれに必要であり、これらの周辺機器が重複するため、燃料電池システムを搭載するのに必要なスペースが大きくなってしまう。
【００１４】
これに対して、本発明によれば、空気供給手段、熱交換器を共通して使用することができるので、燃料電池システムの省スペース化が可能となる。
【００１５】
また、本発明によれば、低温始動時など、燃料電池の発電が困難なため電気の使用が限られる場合には、触媒燃焼部で、燃料ガスを触媒反応させることで熱を発生させ、燃料電池システムの暖機を行う。そして、燃料電池の発電がスタートした後は、さらに燃料電池の発電により生じた電気も併用して通電発熱部で熱を発生させ、燃料電池システムの暖機を行うことができる。
【００１６】
したがって、本発明によれば、通電発熱部と触媒燃焼部のどちらか一方のみを有する燃料電池システムと比較して、暖機能力を向上させることができ、燃料電池を早期に定常状態に至らすことができる。
【００１７】
また、請求項１に記載の発明に関して、高温ガス生成手段（２）の構成を、請求項２に示すように、通電発熱部（２ａ）と、触媒燃焼部（２ｂ）と積層し、空気供給手段から供給された空気が、通電発熱部（２ａ）および触媒燃焼部（２ｂ）の両方を通過する構成とすることができる。なお、１つの通電発熱部と１つの触媒燃焼部とを一組とした場合、その一組もしくは複数組を積層することができる。
【００１８】
具体的には、請求項３に示すように、例えば、触媒燃焼部（２ｂ）を、波板形状の耐熱材料（２ｃ）の表面に触媒が担持された構造とすることができる。
【００１９】
触媒担体の形状を、例えば波板形状（コルゲートフィン形状）とすることで、通気性を確保し、表面積を大きくすることができる。そして、表面積を大きくすることで、高密度な触媒担持を可能とし、また、触媒体の放熱性を高めることができる。これにより、触媒燃焼部は、高いエネルギ密度で発熱できるため、加熱手段を、小型で高出力なものとすることができる。
【００２０】
また、請求項１に記載の発明に関して、高温ガス生成手段（２）の構成を、請求項４に示すように、触媒を担持する触媒担体（２ｅ、２ｇ）が通電により発熱する材料により構成され、通電発熱部（２ａ）と触媒燃焼部（２ｂ）とが一体となった構成とすることができる。
【００２１】
このように、通電発熱部と触媒燃焼部とを一体化させることで、加熱手段をよりコンパクトにすることができる。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明では、燃料電池（１００）は、起電反応に使用される燃料ガスが供給され、かつ、燃料ガスのうちの未反応分であるオフ燃料ガスを排出するようになっており、燃料電池システムがオフ燃料ガスを高温ガス生成手段（２）に供給するオフ燃料ガス供給経路（２３）を備えることを特徴としている。
【００２３】
これにより、燃料電池から排出されるオフ燃料ガスを触媒燃焼部で触媒燃焼させ、それにより発生する熱エネルギを、燃料電池システム内に回収したり、熱媒体供給経路に放熱器が備えられていれば、その放熱器で燃料電池システム外に放出したりすることができる。さらに、オフ燃料ガスを可燃爆発の危険のない安全な排出ガスとして、燃料電池システム外に排出できる。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明では、燃料電池（１００）は、起電反応に使用される空気が供給され、かつ、空気のうちの未反応分であるオフ空気が排出されるようになっており、燃料電池システムは、空気供給手段として、オフ空気を高温ガス生成手段（２）に供給するオフ空気供給経路（１１）と、高温ガス生成手段（２）に空気を供給する高温ガス生成手段（２）専用の空気供給手段（１０）とを備えることを特徴としている。
【００２５】
これにより、燃料電池から排出されるオフ空気を、触媒燃焼部における燃料ガスの触媒反応の酸化剤（酸素）として活用できる。この結果、燃料電池からオフ空気が排出される場合では、このオフ空気を利用することで、専用の空気供給手段を作動させなくても済むため、空気供給手段を作動させるのに必要なエネルギ（例えば、電力量）を低減することができる。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明では、燃料電池システムは、電力を蓄電する蓄電池（１０１）と、蓄電池（１０１）の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段（４２）とを備え、  電力供給制御手段（４１）は、蓄電状態検出手段（４２）の検出結果に応じて、蓄電池（１０１）に供給される電力を、通電発熱部（２ａ）に供給するようになっていることを特徴としている。
【００２７】
このように蓄電状態検出手段を備えることで、蓄電池に蓄電不可な余剰電気が発生した場合に、電力供給制御装置を介し、余剰電気を通電発熱部に供給し、通電発熱部で、熱エネルギに変換することができる。
【００２８】
例えば、電力供給制御手段が走行用モータと電気的に接続されている場合では、余剰電気として、走行用モータから発生する回生電気を通電発熱部に供給することができる。また、電力供給制御手段が燃料電池と電気的に接続されている場合では、燃料電池から発生する余剰電気を通電発熱部に供給することもできる。
【００２９】
請求項７に記載の発明に関して、請求項８に示すように、電力供給制御手段（４１）が、蓄電状態検出手段（４２）の検出結果に応じて、燃料電池（１００）が生成した電力を通電発熱部（２ａ）に供給する場合では、その供給する電力量に応じて、空気供給手段（１０、１１）による空気の供給量を調整する制御を行う第１の制御手段（４０）を燃料電池システムに備えさせることが好ましい。
【００３０】
余剰電気を通電発熱部に供給した場合、供給電気の量が多くなりすぎると、通電発熱部の発熱量が多くなり、高温ガス発生手段の温度が高くなりすぎて、高温ガス発生手段が溶融し損壊する（溶損）おそれがある。そこで、本発明のように、余剰電気を通電発熱部に供給する場合では、空気供給手段より余剰電力に応じた所定量の空気を供給するようにすることで、高温ガス発生手段の溶損を防止することができる。
【００３１】
また、請求項８に記載の発明に関して、請求項９に示すように、空気供給手段のとしてオフ空気供給経路（１１）が用いられている場合では、オフ空気供給経路（１１）に設けられ、オフ空気の供給量を調整するオフ空気供給量調整手段（１２）を、  第１の制御手段（４０）に制御させることが好ましい。
【００３２】
例えば３方ロータリ弁等のオフ空気供給量調整手段を有することで、余剰電気の熱エネルギに変換の際に、余剰電力に応じた所定量のオフ空気を供給する制御を行うこともできる。このようにオフ空気を活用することで、専用の空気供給手段を作動させなくても済むため、空気供給手段を作動させるのに必要なエネルギ（例えば、電力量）を低減することができる。
【００３３】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明に関しており、燃料電池システムが、高温ガス生成手段（２）で発生した高温ガスの温度を検出し、検出結果を第１の制御手段（４０）に出力するガス温度検出手段（４３）を有する場合、第１の制御手段（４０）が、以下の制御を行うことを特徴としている。
【００３４】
すなわち、ガス温度検出手段（４３）による検出温度が所定温度よりも低い場合は、オフ空気供給量調整手段（１１）のみを制御することで、高温ガス生成手段（２）にオフ空気のみを供給し、ガス温度検出手段（４３）による検出温度が所定温度よりも高い場合は、オフ空気供給量調整手段（１１）に加えて、専用の空気供給手段（１０、１１）を制御することで、高温ガス生成手段（２）に、オフ空気に加えて、専用の空気供給手段からも空気を供給する。
【００３５】
ガス温度検出手段で、発熱部で生成される高温ガスの温度を検知することで、余剰電気とオフ空気で生成される高温ガス温度が所定温度を越えた場合に、オフ空気に加えて専用の空気供給手段より補助的に空気を供給する制御を行う。これにより、高温ガス生成手段の溶損を防止することができる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明は、請求項５に記載の発明に関しており、オフ燃料ガス供給経路（２３）を介して、高温ガス生成手段（２）にオフ燃料ガスを供給する場合、第２の制御手段（４０）を有することを特徴としている。
【００３７】
この第２の制御手段（４０）は、電力供給制御手段（４１）を介して通電発熱部（２ａ）に電力を供給して、通電発熱部（２ａ）を発熱させる制御、もしくは、燃料ガス供給手段（１０４、２１）から燃料ガスを触媒燃焼部（２ｂ）に供給する制御の少なくともどちらか一方を行う。
【００３８】
オフ燃料ガスに含まれる燃料ガスの濃度が低すぎる場合、オフ燃料ガスが触媒燃焼部で触媒反応をしないおそれがある。そこで、本発明によって、高温ガス生成手段にオフ燃料ガスを供給する場合では、通電発熱部により触媒燃焼部を加熱して、触媒反応を活性化させるか、オフ燃料ガスに新たな燃料ガスを追加して燃料ガスの濃度を触媒反応が起きる濃度にすることが好ましい。
【００３９】
これにより、オフ燃料ガスに含まれる燃料ガスの濃度が低すぎる場合であっても、確実に、オフ燃料ガスの触媒燃焼を可能とすることができる。
【００４０】
また、オフ燃料ガスに含まれる燃料ガスの濃度が低すぎて、オフ燃料ガスが触媒反応していないかどうかは、高温ガス生成手段におけるガス温度を検出したり、高温ガス生成手段から排出されるガス中の燃料ガス濃度を検出したりすることで判断が可能である。
【００４１】
そこで、請求項１２に示すように、高温ガス生成手段（２）で発生した高温ガスの温度を検出し、検出結果を第２の制御手段（４０）に出力するガス温度検出手段（４３）を設け、第２の制御手段（４０）が、ガス温度検出手段（４３）の検出温度が所定の温度よりも低い場合に、上記した制御を行うようにすることが好ましい。
【００４２】
もしくは、請求項１３に示すように、高温ガス生成手段（２）から排出されるガス中の燃料ガス濃度を検出し、検出結果を第２の制御手段（４０）に出力するガス濃度検出手段（４４）を設け、第２の制御手段（４０）が、ガス濃度検出手段（４４）が検出した燃料ガス濃度が所定濃度よりも高い場合に、上記した制御を行うようにすることが好ましい。これにより、未反応燃料ガスのシステム外への放出を低減することができる。
【００４３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態では、車両に搭載された燃料電池システムを例として説明する。
【００４５】
この燃料電池システムは、加熱手段としての冷媒加熱装置１、燃料電池としての燃料電池スタック１００、蓄電池としての２次電池１０１、走行用モータ１０２、エアコンプレッサ１０３、高圧水素タンク１０４、冷却系３０、３１、３２、１０５、１０６、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０等を備えている。本実施形態の燃料電池システムは、主に冷媒加熱装置１、その周辺機器およびコントロールユニット４０の制御が従来と異なっている。
【００４６】
燃料電池スタック１００としては周知のものを用いることができ、本実施形態では、例えば、固体高分子電解質型燃料電池を用いている。燃料電池スタック１００は、図示しないが、基本単位となるセルが複数積層された構成であり、単セルは水素極と、電解質膜と、空気極とが積層した構造となっている。
【００４７】
燃料電池スタック１００では、水素極に燃料ガスとしての水素、空気極に酸化剤ガスとしての空気が供給されると、以下の水素と酸素の電気化学反応（起電反応）が起こり、電気エネルギが発生する。
水素極（アノード）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− 
空気極（カソード）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全体  Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ  
燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００に空気を供給するための燃料電池用空気供給経路１１２を介して、エアコンプレッサ１０３が接続されている。また、燃料電池スタック１００には、空気排出経路１１３が接続されている。そして、エアコンプレッサ１０３により、燃料としての空気が燃料電池スタック１００に供給され、燃料電池スタック１００から供給された空気のうちの発電（起電反応）に使用されなかった分であるオフ空気が排出されるようになっている。
【００４８】
また、燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００に水素ガスを供給するための燃料電池用水素ガス供給経路１１４を介して、高圧水素タンク１０４が接続されている。燃料電池用水素ガス供給経路１１４には、水素レギュレータ１０７と、第１の水素遮断弁１０８とが配置されている。燃料電池スタック１００には、水素ガス排出経路１１５が接続されている。
【００４９】
そして、第１の水素遮断弁１０８が開いた状態で、水素レギュレータ１０７によって所望の圧力に調整されて、高圧水素タンク１０４から燃料電池スタック１００に水素ガスが供給され、燃料電池スタック１００から供給された水素ガスのうちの発電に使用されなかった分を含むオフ水素ガスが排出されるようになっている。
【００５０】
なお、エアコンプレッサ１０３と、水素レギュレータ１０７と、第１の水素遮断弁１０８とは、コントロールユニット４０の作動指示信号を受けて作動するようになっている。
【００５１】
走行用モータ１０２は、インバータ１１１を介して、燃料電池スタック１００と電気的に接続されており、燃料電池スタック１００の発電により得られた電力が供給されることで、駆動するようになっている。
【００５２】
また、２次電池１０１は、いわゆるバッテリである。２次電池１０１は、ＤＣ-ＤＣコンバータ１１０を介して、燃料電池スタック１００と電気的に接続されており、燃料電池スタック１００の発電により得られた電力が供給されることで、蓄電（充電）するようになっている。
【００５３】
また、２次電池１０１は、走行用モータ１０２と電気的に接続されており、走行用モータ１０２を発電機として発電された場合においても、その発電により得られた電力が供給されるようになっている。
【００５４】
冷却系３０、３１、３２、１０５、１０６は、主に、燃料電池スタック１００を冷却するためのものである。これは、燃料電池スタック１００は発電に伴い発熱するが、固体高分子型燃料電池では、膜の耐熱温度や効率の点から８０℃前後で運転する必要があるため、燃料電池スタック１００の温度を８０℃前後の一定温度に保持するためである。
【００５５】
冷却系は、燃料電池スタック１００に熱媒体としての冷却水を循環させる冷却水循環経路（熱媒体循環経路）３０、冷却水を圧送するウォータポンプ３１、温度センサ３２、冷却水の放熱を行うラジエータ（放熱器）１０５、冷却ファン１０６等から構成されている。冷却水としては、例えば、エチレングリコールと水の混合溶液を用いることができる。この冷却水循環経路３０が本発明の熱媒体供給経路に相当し、冷却水が本発明の熱媒体に相当する。
【００５６】
ウォータポンプ３１を作動させることで、冷却水循環経路３０を介して燃料電池スタック１００に冷却水を循環させる。燃料電池スタック１００で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ１０５で系外に排出される。ラジエータ１０５には冷却ファン１０６が設けられており、冷却ファン１０６を回転させることでラジエータ１０５に送風し、ラジエータ１０５より熱を外気に放出させることができる。なお、ウォータポンプ３１と冷却ファン１０６はコントロールユニット４０からの制御信号に基づいて作動するようになっている。
【００５７】
温度センサ３２は、冷却水循環経路３０のうち、燃料電池スタック１００の排出口近傍に配置されている。温度センサ３２は、燃料電池スタック１００から排出された冷却水の温度を測定し、測定結果をコントロールユニット４０に出力するようになっている。  
【００５８】
冷媒加熱装置１は、冷却系中に配置されている。本実施形態では、冷却水循環経路３０のうち、燃料電池スタック１００の冷却水入口１００ａと、ウォータポンプ３１との間に配置されている。
【００５９】
冷媒加熱装置１は、冷却水循環経路３０を流れる冷却水（冷媒）を加熱するものである。本実施形態では、冷却系の冷却水（熱媒体）を利用して、燃料電池スタック１００を加熱するようになっている。
【００６０】
ここで、図２に冷媒加熱装置１の拡大図を示す。具体的には、冷媒加熱装置１は、高温ガス生成手段としての発熱部２と、熱交換手段としての熱交換部３と、ガス混合室４と、ガス排出部５とを主に備えている。
【００６１】
ガス混合室４は、空気供給口４ａと水素ガス供給口４ｂとを有している。ガス混合室４は、空気供給口４ａから、高温ガス生成手段専用の空気供給手段としての専用ブロア１０により空気が供給されるようになっている。
【００６２】
一方、水素ガス供給口４ｂには、冷媒加熱装置用水素ガス供給経路２１が接続されている。冷媒加熱装置用水素ガス供給経路２１は、水素ガス供給口４ｂと接続されている側との反対側が、燃料電池用水素ガス供給経路１１４のうちの水素レギュレータ１０７と第１の第１の水素遮断弁１０８との間に接続されている。冷媒加熱装置用水素ガス供給経路２１中には、燃料ガス調量手段２０、第２の水素遮断弁２２が配置されている。燃料ガス調量手段２０は、インジェクタもしくは調量弁である。なお、高圧水素タンク１０４と冷媒加熱装置用水素ガス供給経路２１とが本発明の燃料ガス供給手段に相当する。
【００６３】
そして、第１の水素遮断弁１０８が閉じられ、第２の水素遮断弁２２が開けられた状態の場合に、燃料ガス供給手段２０により、燃料電池用水素ガス供給経路１１４を通る水素ガスが分岐されてガス混合室４に供給されるようになっている。
【００６４】
このようにして、ガス混合室４では、供給された空気および水素ガスが混合される。そして、この混合ガスが発熱部２に供給されるようになっている。なお、専用ブロア１０、燃料ガス供給手段２０、第２の水素遮断弁２２は、コントロールユニット４０からの作動指示信号により作動するようになっている。
【００６５】
次に、発熱部２の斜視図を図３に示す。発熱部２は、図３に示すように、通電により発熱する通電発熱部としての通電発熱体２ａと、燃料（水素ガス）と空気の触媒反応（触媒燃焼）により発熱する触媒燃焼部としての触媒体２ｂとを有している。そして、発熱部２は、それぞれが別体である通電発熱体２ａと触媒体２ｂとが１つずつ積層された状態を一組として、これらが複数組積層されることで構成されている。ただし、両端には、通電発熱体２ａが配置されている。
【００６６】
通電発熱体２ａは、プレート状であり、例えば、ニクロム線により構成されている。なお、通電発熱体２ａとしては、例えば、ＰＴＣヒータ、セラミックプレートヒータ等を用いることもできる。
【００６７】
触媒体２ｂは、例えば、熱伝導性に優れるアルミ合金等を基材とした触媒担体２ｃに、低温においても反応活性に優れるＰｔ（白金）あるいはＰｄ（バラジウム）に代表される貴金属類や金属酸化物が担持されたものである。
【００６８】
触媒担体２ｃは、図３に示すように、いわゆるコルゲートフィン形状（板が波状にされた波板形状）となっている。触媒担体２ｃをこのような形状とすることで、通気性の確保と表面積の拡大を図っている。すなわち、触媒担体２ｃは、触媒体２ｂの上面および下面を通電発熱体２ａで挟んでも触媒担体２ｃに沿って、１軸方向（ガス混合室４から熱交換部３に向かう方向）にガスが通過できるようになっている。    
【００６９】
そして、通電発熱体２ａは、電力供給制御手段としての電力供給制御装置４１を介して、燃料電池スタック１００と、２次電池１０１と、走行用モータ１０２とに電気的に接続されている。電力供給制御装置４１は、通電発熱体２ａに供給される電力量を制御するものである。燃料電池スタック１００もしくは２次電池１０１から電力供給制御装置４１を介して、また、走行用モータ１０２から、インバータ１１１、ＤＣ-ＤＣコンバータ１１０、電力供給制御装置４１を介して、通電発熱体２ａに電力が供給されるようになっている。なお、電力供給制御装置４１は、コントロールユニット４０から作動指示信号を受けて作動するようになっている。
【００７０】
一方、触媒体２ｂでは、触媒担体２ｃが上記した形状であることから、ガス混合室４から供給された混合ガスが流れるガス経路が形成されている。そして、触媒体２ｂから排出されたガスは、熱交換部３に供給されるようになっている。
【００７１】
次に、熱交換部３の拡大斜視図を図４に示す。具体的には、熱交換部３としては、いわゆるコンパクト熱交換器を用いることができる。本実施形態では、熱交換部３として、例えば、熱伝導部材である波形のフィン３ａと扁平管チューブ３ｂからなるフィンチューブ型の熱交換器を用いている。この波形のフィン３ａにより、触媒体２ｂから供給されたガスが流れるガス経路３ｃが構成され、チューブ３ｂにより、冷却水循環経路３０を流れる冷却水（熱媒体）の経路３ｄが構成されている。
【００７２】
ガス排出部５は、ガス流路３ｃを流れる燃焼ガスや空気を排出するものである。ガス排出部５から燃焼ガス等がシステム外に放出される。
【００７３】
コントロールユニット４０は、燃料電池システムにおける各種制御を行うものである。上記したように、例えば、コントロールユニット４０は、エアコンプレッサ１０３、水素レギュレータ１０７、第１の水素遮断弁１０８、ウォータポンプ３１、冷却ファン１０６、専用ブロア１０、燃料ガス供給手段２０、第２の水素遮断弁２２、電力供給制御装置４１等に対して、作動指示信号（制御信号）を出力するようになっている。また、以下に説明する燃料電池スタック１００の暖機制御を実行するようになっている。
【００７４】
なお、コントロールユニット４０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等を有する一般的なマイクロコンピュータにより構成されている。
【００７５】
次に、上記した燃料電池システムの作動について説明する。ここでは、氷点下での低温始動など燃料電池そのものが発電開始前状態のために使用できる電気に制限があり、かつ、燃料電池スタック１００の暖機が必要な場合に行う冷媒加熱装置１の作動について説明する。  
【００７６】
まず、燃料電池用水素ガス供給経路に配置された第１の水素遮断弁１０８が閉じられ、
冷媒加熱装置用水素ガス供給経路２１の第２の水素遮断弁２２が開けられる。そして、専用ブロア１０および燃料供給手段２０により冷媒加熱装置１のガス混合室４に所定量の空気と水素ガスが供給される。これにより、ガス混合室４に水素ガスと空気の混合ガスが生成され、この混合ガスが発熱部２の触媒体２ｂに供給される。
【００７７】
触媒体２ｂに供給された混合ガスは、触媒体２ｂで触媒反応を生じ（触媒燃焼）、燃焼ガスを発生させる。このとき、混合ガスの触媒反応により、熱が発生するため、燃焼ガスは高温となる。この高温の燃焼ガスは、発熱部２の下流側に位置する熱交換部３に供給される。
【００７８】
発熱部２から供給された燃焼ガスは、熱交換部３で、フィン３ａを介して、チューブ３ｂ内を流れる冷却水（熱媒体）を加熱する。熱交換部３で加熱された冷却水（熱媒体）は、ウォータポンプ３１により圧送されることで、冷媒循環経路３０を流れ、被加熱体である燃料電池スタック１００の内部を流れる。
【００７９】
なお、図示しないが、熱交換部３には、車両の暖房を目的とするヒータコアを加熱するためのヒータコア用の熱媒体経路が通っている。この熱媒体経路を流れる熱媒体も熱交換部３で加熱される。
【００８０】
これにより、燃料電池スタック１００もしくはヒータコアが加熱される。このようにして、燃料電池スタック１００が暖機され、燃料電池スタック１００が発電を開始できる状態に至り、燃料電池スタック１００の発電が開始される。
【００８１】
そして、燃料電池スタック１００の発電により生じた電力が、インバータ１１１を介して走行モータ１０２に供給されることで、走行用モータ１０２が駆動すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を介して２次電池１０１に供給され、蓄電される。
【００８２】
このとき、燃料電池スタック１００により発電された電力の一部が、電力供給制御装置４１を介して、冷媒加熱装置１の発熱部２に供給される。これにより、発熱部２では、触媒体２ｂでの水素ガスと空気と触媒反応による発熱加えて、通電発熱体２ａも発熱する。この結果、燃料ガスがさらに加熱され、より高温となった燃焼ガスにより熱交換部３で冷却水（熱媒体）が加熱される。
【００８３】
このとき、通電発熱体２ａも発熱するため、発熱部２が異常過熱するおそれがある。そこで、通電発熱体２ａに電力を供給するときでは、その供給電力量に対応させて、専用ブロア１０からの空気供給量を調整する。すなわち、供給電力量が大きい場合では、空気供給量を増大させる。これにより、発熱部２を空気の送風により冷却することで、発熱部２の異常過熱を抑制することができる。
【００８４】
そして、暖機の終了は、冷媒温度検出手段３２により燃料電池出口の冷媒温度を検出し所定の温度を越えた場合に、燃料ガス供給手段２０、電力供給制御装置４１の作動を停止させ、水素ガスの供給および電気の供給を止めることで行われる。専用ブロア１０は、発熱部２のクールダウンのために十分な時間稼働した後に、空気の供給を停止する。
【００８５】
次に本実施形態の主な特徴について説明する。本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池スタック１００と、冷却系と、冷却系を加熱する冷媒加熱装置１とを備えている。そして、冷媒加熱装置１は、発熱部２、熱交換部３、ガス混合室４により構成されており、発熱部２は、通電発熱体２ａと触媒体２ｂとの積層構造となっている。このように、１つの発熱部２が、通電発熱体２ａと触媒体２ｂとを備えている。
【００８６】
ここで、電気ヒータと、触媒燃焼器とを、単に、両方用いた場合では、空気供給手段や熱交換器がそれぞれに対して、必要であり、これらの周辺機器が重複するため、燃料電池システムを搭載するのに必要なスペースが大きくなってしまう。
【００８７】
これに対して、本実施形態によれば、専用ブロア１０、熱交換器３という必要な構成部を共通して使用することができるので、構成部の数を削減でき、燃料電池システムの省スペース化が可能となる。
【００８８】
また、本実施形態によれば、低温始動時など、電気の使用が限られる場合での燃料電池スタック１００の暖機では、発熱部２の触媒体２ｂで、水素ガスの触媒反応で発生させた熱を利用して暖機を行い、燃料電池スタック１００の発電が可能となった後は、さらに、発熱部２の通電発熱体２ａで、燃料電池スタック１００の発電により得られる電力を用いて発生させた熱を併用して暖機を行うことができる。
【００８９】
この結果、単に、電力により発生させた熱のみ、もしくは、水素ガスの触媒反応により発生させた熱のみを用いて暖機をする場合と比較して、暖機能力を向上させることができ、燃料電池スタック１００を早期に定常状態に至らすことができる。
【００９０】
なお、燃料電池スタック１００により生成された電力を消費することにより、燃料電池スタック１００は発熱する。本実施形態では、燃料電池スタック１００が生成した電力を通電発熱体２ａで消費しているので、燃料電池スタック１００が熱を発生する。このため、本実施形態では、燃料電池スタック１００の出力に伴って発生した熱をも暖機に利用できる。このことからも、本実施形態によれば、水素ガスの触媒反応により発生させた熱のみを用いて暖機をする場合と比較して、暖機能力を向上させることができる。
【００９１】
（第２実施形態）
図５、６に本発明の第２実施形態の第１、第２の例における燃料電池システム中の発熱部２を示す。発熱部２としては、第１実施形態で説明した通電発熱体２ａと触媒体２ｂとが積層されたものの他に、図５、６に示すような通電加熱型触媒体（ＥＨＣ）を用いることができる。
【００９２】
図５に示す発熱部２は、いわゆるメタル箔タイプのＥＨＣである。この発熱部２は、内部電極２ｄを帯状の金属泊２ｅで図中の矢印方向に巻いたロール状のものを、リング状電極２ｆに挿入した構造である。金属泊２ｅは、例えばＡｌを含むステンレスにより構成されており、表面がＡｌの酸化被膜が形成されている。内部は通電性があり、表面に触媒が担持されている。すなわち、金属泊２ｅが通電発熱体２ａと触媒体２ｂとを兼ねている。
【００９３】
一方、図６に示す発熱部２は、いわゆる押し出し成形タイプのＥＨＣである。この発熱部２は、複数の孔２ｋを有する（ハニカム状の）円柱形状の金属体２ｇの両端に電極２ｈ、２ｉが設けられた構造である。金属体２ｇの孔２ｋの内部に触媒が担持されており、金属体２ｇには、電気抵抗を増大させるためのスリット（空洞）２ｊが設けられている。この発熱部２においても、金属体２ｇが通電発熱体２ａと触媒体２ｂとを兼ねている。
【００９４】
このように、本実施形態の発熱部２は、通電発熱体２ａと触媒体２ｂとが一体化された構造であるため、第１実施形態で説明した図３に示す発熱部２よりもコンパクトな構成となっている。
【００９５】
（第３実施形態）
図７に、本発明の第３実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態は、図１に示す燃料電池システムに対して、冷媒バイバス経路３４と冷媒循環切替弁３３とを設けた構成であり、他の構成部は図１に示すシステムと同様である。
【００９６】
冷媒バイバス経路３４は、冷媒（冷却水）が冷媒加熱装置１を通らないようにするためのバイパス経路である。冷媒循環切替弁３３は、冷媒が冷媒加熱装置１を流れるか、冷媒バイバス経路３４を流れるかを切り替えるための切替弁であり、コントロールユニット４０によって切替が制御されるようになっている。
【００９７】
具体的には、冷媒循環切替弁３３は、冷媒過熱装置１が稼働する暖機等の場合のみ、冷媒過熱装置１に循環冷媒の一部もしくは全てが流れるように制御され、冷媒過熱装置１が作動しない燃料電池スタック１００の定常作動時等は冷媒過熱装置１に冷媒を流さず冷媒バイパス経路３４に冷媒を流すように制御される。
【００９８】
図１に示す燃料電池システムのように、冷媒が熱交換部３を常に流れる構成とすると、熱交換部３が圧損体となるため、冷媒循環ポンプ３１に熱交換部３による負荷がかかった状態となっている。
【００９９】
これに対して、本実施形態のように、冷媒を冷媒バイパス経路３４に流すようにすることで、冷媒循環ポンプ３１の負荷を低減でき、省電力化を図ることができる。なお、後述する各実施形態に対しても、本実施形態の適用が可能である。
【０１００】
（第４実施形態）
図８に、本発明の第４実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態は、図１に示す燃料電池システムに対して、充電状態検出手段（蓄電状態検出手段）４２を設けた構成のものであり、他の構成部は図１に示すシステムと同様である。
【０１０１】
充電状態検出手段４２は、２次電池１０１の充電状態を検出して、第１の制御手段としてのコントロールユニット４０に検出結果を送信するものである。コントロールユニット４０は、その検出結果に応じて、電力供給制御装置４１や専用ブロア１０に作動指示を与える。
【０１０２】
例えば、車両の走行時では、減速時では走行用モータ１０２を発電機として作用させることにより、回生電気を２次電池１０１に充電する。しかし、車両が下り坂等を走行しており、走行モータ１０２からの回生電気が連続的に発生した場合、２次電池１０１の充電がフル状態になる。
【０１０３】
そこで、このような場合では、コントロールユニット４０が、充電状態検出手段４２の検出結果から２次電池１０１への充電がフル状態に至った状態と判断し、電力供給制御装置４１と、専用ブロア１０を作動させる。
【０１０４】
これにより、２次電池１０１に充電できない余剰電気を、電力供給制御装置４１を介して、冷媒加熱装置１に供給して、通電発熱体２ａにより熱を発生させる。この熱は、熱交換部３で、図示しないコアヒータに熱を供給する熱媒体供給経路を通って、コアヒータを加熱したり、燃料電池スタック１００の冷却系を通って、放熱器１０５でシステム外に放出されたりする。
【０１０５】
このように、冷媒加熱装置１で、余剰電気を消費すると共に、消費することで得られた熱をシステム内に有効に回収したり、システム外に放出したりすることができる。
【０１０６】
なお、燃料電池スタック１００の冷却系を加熱する場合では、冷媒に供給する熱量は、それほど多くはないので、冷媒を加熱しても、燃料電池の定常状態時における冷却には差し支えがない。また、熱量が多い場合は、冷媒の流れる方向を反対にすることで、燃料電池内に冷媒が流れる前に放熱器１０５で熱を放熱することも可能である。
【０１０７】
（第５実施形態）
図９に、本発明の第５実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態は、図８に示す燃料電池システムに対して、水素ガス排出経路１１５の代わりにオフ燃料ガス供給経路としてのオフ水素供給経路２３を設けた構成のものであり、他の構成部は図８に示すシステムと同様である。
【０１０８】
オフ水素供給経路２３は、燃料電池スタック１００から排出されるオフ水素を冷媒加熱装置１に供給するものであり、燃料電池スタック１００のオフ水素排出口と、冷媒加熱装置１のガス混合室４とに接続されている。
【０１０９】
また、オフ水素供給経路２３上には、気液分離器２４、オフ水素遮断弁２５が設置されている。気液分離器２４は、オフ水素中の水を除去するためのものである。
【０１１０】
オフ水素遮断弁２５は、図示しない燃料電池コントロールユニットにより、その開閉が制御される。例えば、燃料電池スタック１００内を流れる水素ガスの濃度が、起電反応に必要な濃度よりも低い場合や、減速時等の走行負荷に応じて、燃料電池スタック１００から水素ガスを排出するためにオフ水素遮断弁２５が開状態となる。また、オフ水素遮断弁２５は、その開閉状態をコントロールユニット４０に出力するようになっている。
【０１１１】
そして、オフ水素遮断弁２５が開状態となると、冷媒加熱装置１のガス混合室４にオフ水素が供給される。このとき、コントロールユニット４０がオフ水素遮断弁２５の開状態を検出し、専用ブロア１０を作動させることで、ガス混合室４に空気が供給される。
【０１１２】
これにより、冷媒過熱装置１の発熱部２で触媒反応（触媒燃焼）により、オフ水素を消費し、熱エネルギに変換することができる。このときの熱も、熱交換部３で、図示しないヒータコアに熱を供給する熱媒体供給経路を通って、ヒータコアを加熱したり、燃料電池スタック１００の冷却系を通って、放熱器１０５でシステム外に放出されたりする。
【０１１３】
このように、本実施形態によれば、オフ水素を触媒燃焼させ、それにより発生する熱エネルギを、燃料電池システム内や車両内の他のシステム内に回収したり、車両外に放出したりすることができると共に、オフ水素を可燃爆発の危険のない安全な排出ガスとして、燃料電池システム外に排出できる。
【０１１４】
なお、オフ水素ガスの水素濃度が低すぎる場合、触媒燃焼ができないおそれがある。そこで、本実施形態のように、オフ水素を冷媒加熱装置１に供給する場合では、第２の制御手段としてのコントロールユニット４０がオフ水素遮断弁２５の開状態を検出したときに、少なくとも、第２の水素遮断弁２２を開状態にする制御か、電力供給制御装置４１から発熱部２に対して電力を供給する制御のどちらか一方を行うようにすることが好ましい。
【０１１５】
すなわち、燃料電池スタック１００が定常状態の場合では、第２の水素遮断弁２２は閉めた状態であるが、オフ水素を冷媒加熱装置１で処理するときでは、第２の水素遮断弁２２を開く。これにより、サポート的に水素ガスをガス混合室４に導入し、水素ガス濃度を高める。もしくは、発熱部２の通電発熱体２ａを発熱させ、触媒体２ｂを加熱することで、触媒の活性を高める。この結果、オフ水素の触媒燃焼を可能とすることができる。
【０１１６】
（第６実施形態）
図１０に、本発明の第６実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態は、図９に示す燃料電池システムに対して、オフ空気供給経路１１、オフ空気供給量調整手段としての３方ロータリ弁１２を設けた構成のものであり、他の構成部は図９に示すシステムと同様である。オフ空気供給経路１１が本発明の空気供給手段に相当する。
【０１１７】
オフ空気供給経路１１は、一端が３方ロータリ弁１２を介して、空気排出経路１１３と接続されており、他端がガス混合室４に接続されており、燃料電池スタック１００から排出されるオフ空気を冷媒加熱装置１に供給するための経路である。３方ロータリ弁１２は、第１の制御手段としてのコントロールユニット４０の作動指示により、オフ空気供給経路１１に流れるオフ空気の量を調整するようになっている。
【０１１８】
このように本実施形態では、燃料電池スタック１００からオフ空気が排出される場合に、３方ロータリ弁１２により、オフ空気量をコントロールしながら、冷媒加熱装置１のガス混合室４にオフ空気を供給できるようになっている。
【０１１９】
これにより、オフ空気を、冷媒加熱装置１の発熱部２での触媒反応の酸化剤（酸素）として活用できる。この結果、専用ブロア１０の作動を低減もしくはさせなくても済むため、専用ブロア１０を作動させるのに必要な電力を低減することができる。
【０１２０】
（第７実施形態）
図１１に、本発明の第７実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態は、図１０に示す燃料電池システムに対して、冷媒加熱装置１の内部にガス温度検出手段としての温度センサ４３を設けた構成のものであり、他の構成部は図１０に示すシステムと同様である。
【０１２１】
温度センサ４３は、図１１に示すように、発熱部２と熱交換部３との間（発熱部２の後段側であって、熱交換部３の前段側）に配置されている。温度センサ４３は、発熱部２から排出される高温ガスの温度を検出し、その検出結果を第１の制御手段としてのコントロールユニット４０に出力する。
【０１２２】
また、コントロールユニット４０は、以下に説明するように、温度センサ４３の検出結果に応じて、３方ロータリ弁１２、専用ブロア１０、電力供給制御装置４１、第２の水素遮断弁２２の作動を制御するようになっている。なお、３方ロータリ弁１２、専用ブロア１０を制御する場合のコントロールユニット４０が、本発明の第１の制御手段に相当し、電力供給制御装置４１、第２の水素遮断弁２２を制御する場合のコントロールユニット４０が本発明の第２の制御手段に相当する。
【０１２３】
例えば、第４実施形態で説明したように、余剰電気を冷媒加熱装置１の発熱部２に供給する場合では、供給電気の量が多くなりすぎると、発熱部（通電発熱部２ａ）２での発熱量が多くなり、発熱部２の温度が高くなりすぎて、発熱部２が溶融し損壊する（溶損）おそれがある。
【０１２４】
そこで、温度センサ４３により、発熱部２で生成された高温ガスの温度を検出し、その検出温度が所定の温度を超えたとコントロールユニット４０が判定した場合に、コントロールユニット４０が、専用ブロア１０や３方ロータリ弁１２を制御して、冷媒加熱装置１に供給する空気量を増量させる。これにより、発熱部２の過昇温を防止し、発熱部２の溶損を防止することができる。
【０１２５】
また、余剰電気を冷媒加熱装置１の発熱部２に供給する場合であって、オフ空気を冷媒加熱装置１に供給する場合では、コントロールユニット４０は、次の制御を行う。
【０１２６】
すなわち、温度センサ４３による検出温度が所定温度よりも低い場合、コントロールユニット４０は、３方ロータリ弁１２のみを制御して、発熱部２にオフ空気のみを供給させる。一方、温度センサ４３による検出温度が所定温度よりも高い場合、３方ロータリ弁１２の制御に加えて、専用ブロア１０を制御することで、発熱部２にオフ空気に加えて、専用ブロア１０からの空気を供給させる。
【０１２７】
このように、余剰電気とオフ空気で生成される高温ガスの温度が所定温度を越えた場合に、オフ空気に加えて専用ブロア１０より補助的に空気を供給することで、発熱部２の溶損を防止することができる。
【０１２８】
また、他の例として、第５実施形態で説明したように、オフ水素を冷媒加熱装置１に供給する場合、オフ水素の水素濃度が低い場合、触媒反応が起きないおそれがある。
【０１２９】
そこで、温度センサ４３により、発熱部２で生成された高温ガスの温度を検出し、その検出温度が所定の温度よりも低いとコントロールユニット４０が判定した場合、それは、触媒反応が低下したためと判断する。
【０１３０】
そして、第５実施形態で説明したように、コントロールユニット４０は、少なくとも、第２の水素遮断弁２２を開状態にする制御か、電力供給制御装置４１から発熱部２に対して電力を供給する制御のどちらか一方を行うようにする。このときの電力は、燃料電池スタック１００もしくは２次電池１０１のどちらのものでも良い。これにより、第５実施形態と同様に、オフ水素の触媒燃焼を可能とすることができる。
【０１３１】
（第８実施形態）
図１２に、本発明の第８実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態は、図１１に示す燃料電池システムに対して、冷媒加熱装置１の内部にガス濃度検出手段としての水素濃度センサ４４を設けた構成のものであり、他の構成部は図１１に示すシステムと同様である。
【０１３２】
水素濃度センサ４４は、熱交換器３の後段側に設けられており、熱交換部３を通過したガス中の水素濃度を検出し、その検出結果を第２の制御手段としてのコントロールユニット４０に出力するようになっている。
【０１３３】
また、コントロールユニット４０は、水素濃度センサ４４の検出結果に応じて、以下に説明するように、電力供給制御装置４１や第２の水素遮断弁２２の作動を制御するようになっている。
【０１３４】
例えば、第５実施形態で説明したように、オフ水素を冷媒加熱装置１に供給する場合、オフ水素の水素濃度が低い場合、触媒反応が起きないおそれがある。
【０１３５】
そこで、水素濃度センサ４４により、熱交換部３を通過したガスの水素濃度を検出し、その検出濃度が所定の濃度よりも高いとコントロールユニット４０が判定した場合、それは、触媒反応が低下したためと判断する。
【０１３６】
そして、第５実施形態で説明したように、コントロールユニット４０は、少なくとも、第２の水素遮断弁２２を開状態にする制御か、電力供給制御装置４１から発熱部２に対して電力を供給する制御のどちらか一方を行うようにする。このときの電力は、燃料電池スタック１００もしくは２次電池１０１のどちらのものでも良い。これにより、第５実施形態と同様に、オフ水素の触媒燃焼を可能とすることができる。
【０１３７】
（他の実施形態）
（１）上記した各実施形態では、熱交換部３として、いわゆるコンパクト熱交換器を用いる場合を例として説明したが、その他に、２重管熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器、管熱交換器などを用いることもできる。
【０１３８】
（２）上記した各実施形態では、燃料ガスとして水素を用いる場合を例として説明したが、メタノール等の水素を含有する水素化合物を燃料ガスとして用いることもできる。すなわち、上記した各実施形態では、燃料電池として固体高分子電解質型燃料電池を用いる場合を例として説明したが、燃料として水素ガスを用いるか、もしくは、水素ガス以外のものを燃料として用いる場合であっても、オフ水素ガス等のオフ燃料ガスを排出する燃料電池であれば、他の燃料電池を用いることができる。
【０１３９】
（３）上記した各実施形態では、熱媒体経路として冷却水循環経路３０を用いる場合を例として説明したが、冷却水循環経路３０とは別に、燃料電池スタック１００の暖機を行うための熱媒体経路を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１中の冷媒加熱装置１の構成を示す図である。
【図３】図１中の冷媒加熱装置１における発熱部２の構成を示す斜視図である。
【図４】図１中の冷媒加熱装置１における熱交換部３の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態の第１の例における発熱部２の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態の第２の例における発熱部２の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図１０】本発明の第６実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図１１】本発明の第６実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１…冷媒過熱装置
２…発熱部 
２ａ…通電発熱体 
２ｂ…触媒体 
３…熱交換器
３ａ…フィン
３ｂ…チューブ
３ｃ…ガス経路
３ｄ…熱媒体経路
４…混合室
１０…空気供給手段
１１…オフ空気供給経路
１２…３方ロータリ弁
２０…燃料ガス供給手段
２１…燃料ガス供給経路
２２…第２の水素遮断弁２２
２３…オフ水素供給経路
２４…気液分離器
２５…オフ水素供給遮断弁
３０…冷媒循環経路
３１…冷媒循環ポンプ
３２…温度センサ
４０…コントロールユニット
４１…供給電力制御回路
４２…充電状態検出手段
４３…温度センサ
４４…水素濃度センサ
１００…燃料電池スタック
１０１…２次電池
１０２…走行用モータ
１０３…エアコンプレッサ
１０４…高圧水素タンク
１０５…放熱器
１０６…冷却ファン
１０７…水素レギュレータ
１０８…水素遮断弁
１１０…ＤＣ-ＤＣコンバータ
１１１…インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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