(57)【要約】【課題】起動当初や発電負荷が低い場合における電池性能の不安定性や低電圧性能を改善できるようにする。【解決手段】固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａの入口側に接続した電池冷却水ライン３上に熱交換器５を設け、出口側に接続した電池冷却水戻しライン７に、冷却部１ａを通過した電池冷却水８の温度から電池温度を検出する電池温度検出器１５を設ける。熱交換器５に、貯湯槽１０と循環温水ポンプ１１を備えた循環温水ライン９を接続する。電池温度検出器１５にて検出される電池温度が低いときには、制御器１６より循環温水ポンプ１１へ運転開始指令を与え、以前の固体高分子型燃料電池１の運転時に電池廃熱で加熱して貯湯槽１０に溜めておいた温水１２を熱交換器５へ供給して電池冷却水８を加熱し、この加熱された電池冷却水８により固体高分子型燃料電池１を強制的に昇温させる。【選択図】図１
2006114264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合に、該固体高分子型燃料電池を所要の熱源
により強制的に昇温させることを特徴とする固体高分子型燃料電池発電方法。
【請求項２】
固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合に、該固体高分子型燃料電池の冷却部に供
給するための電池冷却水を所要の熱源により加熱し、この加熱された電池冷却水を冷却部
に供給することにより上記固体高分子型燃料電池を強制的に昇温させることを特徴とする
固体高分子型燃料電池発電方法。
【請求項３】
固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合における電池冷却水の加熱を、該固体高分
子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給する電池冷却水ライン上に設けた熱交換器に所
要の熱媒体を供給して電池冷却水と熱交換させることで行わせるようにする請求項２記載
の固体高分子型燃料電池発電方法。
【請求項４】
所要の熱媒体として、固体高分子型燃料電池の以前の運転時に該固体高分子型燃料電池
の廃熱により昇温させ、貯湯槽に溜めておいた温水を使用するようにする請求項３記載の
固体高分子型燃料電池発電方法
【請求項５】
固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合における電池冷却水の加熱を、該固体高分
子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給する電池冷却水ラインに取り付けたヒータ装置
により行わせるようにする請求項２記載の固体高分子型燃料電池発電方法。
【請求項６】
固体高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給するための電池冷却水ライン上に、
電池冷却水を所要の熱媒体と熱交換させるための熱交換器を設け、更に、上記固体高分子
型燃料電池の電池温度を検出するための電池温度検出器と、該電池温度検出器より入力さ
れる上記固体高分子型燃料電池の電池温度の検出信号に基づいて上記所要の熱媒体の熱交
換器への供給を開始させる機能を有する制御器とを備えてなる構成を有することを特徴と
する固体高分子型燃料電池発電装置。
【請求項７】
所要の熱媒体として、固体高分子型燃料電池の以前の運転時に該固体高分子型燃料電池
の廃熱により昇温させて貯湯槽に溜めておいた温水を用いるようにした請求項６記載の固
体高分子型燃料電池発電装置。
【請求項８】
固体高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給するための電池冷却水ライン上に、
電池冷却水を加熱するためのヒータ装置を設け、更に、上記固体高分子型燃料電池の電池
温度を検出するための電池温度検出器と、該電池温度検出器より入力される上記固体高分
子型燃料電池の電池温度の検出信号に基づいて上記ヒータ装置へ指令を与える機能を有す
る制御器とを備えてなる構成を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するエネルギー部
門で用いる燃料電池のうち、特に、固体高分子電解質を用いた定置式燃料電池の発電方法
及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ない
ため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）
は、１００℃以下という低温で発電が行なわれ、出力密度が高く、低温で作動するので、
他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、電池構成材料の劣化が少ないこと、起
動が容易であること、等の長所があることから、近年、自動車等の輸送体の動力源や小規
模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。
【０００３】
上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置（ＰＥＦＣ発電装置）の一般的な構成は、
以下のようにしてある。すなわち、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられてい
る固体高分子電解質膜の両面をカソード（空気極）とアノード（燃料極）の両ガス拡散電
極で挟持させてなるセルを、セパレータを介し積層してスタックとし、且つ数セルに１つ
ずつの冷却部を備えてなる構成として固体高分子型燃料電池を形成する。上記固体高分子
型燃料電池におけるアノードの入口側には、改質器、シフトコンバータ、ＣＯ除去器（Ｃ
Ｏ選択酸化反応器）、加湿器を上流側から順に設けて、燃料供給部より供給される天然ガ
スやメタノール等の原料を、水蒸気と共に上記改質器へ供給して水蒸気改質を行わせ、得
られる改質ガス（燃料ガス）を、シフトコンバータに導いてシフト反応させ、更に、上記
ＣＯ除去器にてＣＯ除去処理した後、加湿器を経て上記固体高分子型燃料電池のアノード
へ供給されるようにしてある。一方、上記カソードの入口側には、酸化ガスとして空気が
、圧縮器（空気ブロワ）で圧縮された後、加湿器を経てから供給されるようにしてある。
【０００４】
かかる構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池にて、アノード側に供給
される燃料ガス中の水素と、カソード側に供給される空気中の酸素とを電気化学反応（燃
料電池反応）させて、この際発生する起電力を取り出すようにしてある。
【０００５】
ところで、上記固体高分子型燃料電池における燃料電池反応は発熱反応である。そのた
めに、固体高分子型燃料電池発電装置では、図４に一例を示す如く、上記固体高分子型燃
料電池ａのスタックにおける冷却部（図示せず）の入口側に、冷却水タンクｂを、冷却水
ポンプｄを備えた冷却水路ｃを介し接続すると共に、上記冷却部の出口側を、ラジエータ
のような熱交換器ｆを備えた冷却水戻し路ｅを介し上記冷却水タンクｂに接続して、冷却
水ｇの循環ラインを形成し、上記冷却水ポンプｄの運転により冷却水タンクｂ内の冷却水
ｇを冷却水路ｃを経て固体高分子型燃料電池ａの冷却部へ供給し、該燃料電池ａにおける
燃料電池反応で生成する熱を上記冷却水ｇと熱交換させる、所謂、水冷方式によって電池
温度を冷却するようにしてある。この熱交換により上記冷却水ｇは７０℃程度の温排水と
されることから、該温排水となる冷却水ｇは、冷却水戻し路ｅ上に設けてある熱交換器ｆ
にて、たとえば、外気と熱交換させることにより保有する熱を外部へ放出させて冷却した
後、上記冷却水タンクｂへ戻して上記固体高分子型燃料電池ａの冷却用に循環利用できる
ようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
なお、図４中における符号ｈは固体高分子型燃料電池ａのアノード（図示せず）ヘ燃料
ガスを供給する燃料ガス供給ライン、ｉは酸化ガスとしての空気を上記燃料電池ａのカソ
ード（図示せず）へ供給するための空気供給ライン、ｊは上記固体高分子型燃料電池ａの
アノードオフガスラインｋ上に設けた燃料側凝縮器ｌ及びカソードオフガスラインｍ上に
設けた空気側凝縮器ｎにて凝縮させた凝縮水（ドレン）を溜めるための凝縮水タンク、ｏ
は上記凝縮水タンクｊの水を冷却水タンクｂへ供給するために設けた水供給ポンプｐ付き
の水供給路、ｑは冷却水タンクｂ内の余剰の冷却水ｇを凝縮水タンクｊへ放出させるため
の水排出路である。
【０００７】
又、固体高分子型燃料電池（電池モジュール）を用いた発電装置において、上記と同様
に固体高分子型燃料電池を冷却水にて冷却（水冷）する際に該燃料電池より排出される冷
却水の保有する熱を有効利用するための一つの手法として、上記冷却水の一部を、上記固
体高分子型燃料電池へ供給する酸化ガスとしての空気の供給ライン上及び／又は燃料ガス
の供給ライン上に設けた湿熱交換型加湿器に導いて、上記燃料電池へ供給する空気や燃料
ガスの加熱・加湿に利用することが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
更に、上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置において、上記燃料電池の水冷に供
された後に排出される電池冷却水の保有する熱を、給湯用に利用することも考えられてき
ている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１４１０９５号公報
【特許文献２】特開２００４−３１０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、従来の固体高分子型燃料電池では、燃料電池自体における燃料電池反応によ
る生成熱を熱源として、起動当初から徐々に電池温度が上昇するようにしてある。このた
め、起動当初、あるいは、発電負荷が１０〜２０数％程度と低負荷の場合には、固体高分
子型燃料電池の電池温度が低く、このように電池温度が低い場合は、電極触媒の活性が低
いことから、電圧特性、すなわち、電池の性能が低下してしまうという現象が生じる問題
がある。又、この電極触媒の活性が低くて電圧特性が低いという現象は、発電負荷が高い
ほど電池性能に悪影響を及ぼすようになるため、電池温度が上昇してくるまでは負荷上げ
を行なうことができず、したがって、１００％負荷（定格）に達するまでに時間を要する
ことから、起動時間が長くなると共に、電池内部における消費電力が増加してしまうとい
う問題もある。
【００１１】
更に、電池温度が低い場合は、固体高分子型燃料電池の内部で水分が凝縮し易くなって
ドレンが発生し易くなり、この発生したドレンによりガス流路が塞がれるようになると、
電極に反応ガスである空気や燃料ガスがうまく供給されなくなる等して電池性能が不安定
になるという虞も懸念される。
【００１２】
なお、特許文献１及び特許文献２には、上記のような固体高分子型燃料電池の電池温度
が低い場合における電池性能の低下等に対する対策は何ら示されていない。
【００１３】
そこで、本発明は、起動当初や発電負荷が低い場合であっても固体高分子型燃料電池の
電池温度を強制的に昇温させることができて、電池温度が低いことに伴って生じていた上
記のような各問題を解消できる固体高分子型燃料電池発電方法及び装置を提供しようとす
るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明に対応して、固体高分子型
燃料電池の電池温度が低い場合に、該固体高分子型燃料電池を所要の熱源により強制的に
昇温させる固体高分子型燃料電池発電方法とし、より具体的には、請求項２に係る発明に
対応して、固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合に、該固体高分子型燃料電池の冷
却部に供給するための電池冷却水を所要の熱源により加熱し、この加熱された電池冷却水
を冷却部に供給することにより上記固体高分子型燃料電池を強制的に昇温させる固体高分
子型燃料電池発電方法とする。
【００１５】
又、上記請求項２に係る発明における固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合にお
ける電池冷却水の加熱を、該固体高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給する電池
冷却水ライン上に設けた熱交換器に所要の熱媒体を供給して電池冷却水と熱交換させるこ
とで行わせるようにする。
【００１６】
上記請求項３に係る発明における所要の熱媒体として、固体高分子型燃料電池の以前の
運転時に該固体高分子型燃料電池の廃熱により昇温させ、貯湯槽に溜めておいた温水を使
用するようにする。
【００１７】
更に、上記請求項２に係る発明における固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合に
おける電池冷却水の加熱を、該固体高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給する電
池冷却水ラインに取り付けたヒータ装置により行わせるようにする。
【００１８】
又、請求項６に係る発明に対応して、固体高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供
給するための電池冷却水ライン上に、電池冷却水を所要の熱媒体と熱交換させるための熱
交換器を設け、更に、上記固体高分子型燃料電池の電池温度を検出するための電池温度検
出器と、該電池温度検出器より入力される上記固体高分子型燃料電池の電池温度の検出信
号に基づいて上記所要の熱媒体の熱交換器への供給を開始させる機能を有する制御器とを
備えてなる構成を有する固体高分子型燃料電池発電装置とする。
【００１９】
上記請求項６に係る発明における所要の熱媒体として、固体高分子型燃料電池の以前の
運転時に該固体高分子型燃料電池の廃熱により昇温させて貯湯槽に溜めておいた温水を用
いるようにした構成とする。
【００２０】
又、請求項８に係る発明に対応して、固体高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供
給するための電池冷却水ライン上に、電池冷却水を加熱するためのヒータ装置を設け、更
に、上記固体高分子型燃料電池の電池温度を検出するための電池温度検出器と、該電池温
度検出器より入力される上記固体高分子型燃料電池の電池温度の検出信号に基づいて上記
ヒータ装置へ指令を与える機能を有する制御器とを備えてなる構成を有する固体高分子型
燃料電池発電装置とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。  
（１）固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合に、該固体高分子型燃料電池を所要の
熱源により強制的に昇温させる固体高分子型燃料電池発電方法としてあるので、起動当初
や発電負荷が低い場合であっても、固体高分子型燃料電池の電池温度を速やかに昇温させ
ることができる。このため、従来の固体高分子型燃料電池の起動当初や発電負荷が低い場
合のように、電池温度が低いことによって生じていた如き電極触媒の活性が低いことによ
る電圧特性が低いといった現象の発生を未然に防止できて、電池の低電圧性能を改善する
ことが可能になる。又、電池温度を速やかに昇温させることにより、電池内部でドレンが
凝縮する虞を抑制できるため、電池性能が不安定になるといった現象の発生を未然に防止
することができる。  
（２）又、電池の負荷上げ速度を従来に比して増加させることができて、負荷上昇を速や
かに進めることができる。このため、定格運転に達するまでに要する起動時間の短縮化を
図ることが可能になると共に、内部消費電力の削減化を図ることも可能になる。  
（３）固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合に、該固体高分子型燃料電池の冷却部
に供給するための電池冷却水を所要の熱源により加熱し、この加熱された電池冷却水を冷
却部に供給することにより上記固体高分子型燃料電池を強制的に昇温させる固体高分子型
燃料電池発電方法とすると、上記（１）（２）と同様の効果に加えて、固体高分子型燃料
電池に通常備えられている電池冷却水による電池温度の冷却機構を、固体高分子型燃料電
池の電池温度が低い場合における該燃料電池の電池温度を強制的に昇温させるために利用
することが可能になる。  
（４）固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合における電池冷却水の加熱を、該固体
高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給する電池冷却水ライン上に設けた熱交換器
に所要の熱媒体を供給して電池冷却水と熱交換させることで行わせるようにする固体高分
子型燃料電池発電方法、及び、固体高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給するた
めの電池冷却水ライン上に、電池冷却水を所要の熱媒体と熱交換させるための熱交換器を
設け、更に、上記固体高分子型燃料電池の電池温度を検出するための電池温度検出器と、
該電池温度検出器より入力される上記固体高分子型燃料電池の電池温度の検出信号に基づ
いて上記所要の熱媒体の熱交換器への供給を開始させる機能を有する制御器とを備えてな
る構成を有する固体高分子型燃料電池発電装置とすることにより、固体高分子型燃料電池
の電池温度が低い場合に、所要の熱媒体を用いて電池冷却水の加熱を容易に行うことがで
きる。このため、加熱された電池冷却水により固体高分子型燃料電池の電池温度の強制的
な昇温を容易に行うことが可能になる。  
（５）所要の熱媒体として、固体高分子型燃料電池の以前の運転時に該固体高分子型燃料
電池の廃熱により昇温させ、貯湯槽に溜めておいた温水を使用するようにすることにより
、電池冷却水を加熱するための熱源を別途設ける必要をなくすことができる。  
（６）固体高分子型燃料電池の電池温度が低い場合における電池冷却水の加熱を、該固体
高分子型燃料電池の冷却部へ電池冷却水を供給する電池冷却水ラインに取り付けたヒータ
装置により行わせる固体高分子型燃料電池発電方法、及び、固体高分子型燃料電池の冷却
部へ電池冷却水を供給するための電池冷却水ライン上に、電池冷却水を加熱するためのヒ
ータ装置を設け、更に、上記固体高分子型燃料電池の電池温度を検出するための電池温度
検出器と、該電池温度検出器より入力される上記固体高分子型燃料電池の電池温度の検出
信号に基づいて上記ヒータ装置へ指令を与える機能を有する制御器とを備えてなる構成を
有する固体高分子型燃料電池発電装置とすることにより、固体高分子型燃料電池の電池温
度が低い場合に、ヒータ装置を用いて電池冷却水の加熱を容易に行うことができる。この
ため、加熱された電池冷却水により固体高分子型燃料電池の電池温度の強制的な昇温を容
易に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明の固体高分子型燃料電池発電方法の実施に用いる固体高分子型燃料電池発
電装置の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２４】
すなわち、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜
の両面をカソード（空気極）とアノード（燃料極）の両ガス拡散電極で挟持させてなるセ
ルを、セパレータを介し積層してスタックとし、且つ数セルに１つずつの冷却部１ａを備
えてなる構成としてある固体高分子型燃料電池１を設ける。
【００２５】
なお、図示してはいないが、上記固体高分子型燃料電池１におけるアノードの入口側に
は、改質器、シフトコンバータ、ＣＯ除去器（ＣＯ選択酸化反応器）を上流側より順に備
えてなる燃料処理装置及び加湿器を接続して、燃料供給部より供給される天然ガスやメタ
ノール等の原料を、水蒸気と共に上記改質器へ供給して水蒸気改質を行わせ、得られる改
質ガス（燃料ガス）を、シフトコンバータに導いてシフト反応させ、更に、上記ＣＯ除去
器にてＣＯ除去処理した後、加湿器を経て上記固体高分子型燃料電池１のアノードへ供給
されるようにしてあると共に、固体高分子型燃料電池１のカソードの入口側には、酸化ガ
スとしての空気が、圧縮器（空気ブロワ）で圧縮された後、加湿器を経てから供給される
ようにしてあり、これにより、上記固体高分子型燃料電池１にて、アノード側に供給され
る燃料ガス中の水素と、カソード側に供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発
生する起電力を取り出すことができるようにしてあるものとする。
【００２６】
上記固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａの入口側には、電池冷却水タンク２を、電池
冷却水ポンプ４、熱交換器５、ラジエータ６を上流側より順に備えた電池冷却水ライン３
を介し接続する。且つ上記冷却部１ａの出口側に一端を接続してある電池冷却水戻しライ
ン７の他端を、上記冷却水タンク２へ接続する。これにより、上記固体高分子型燃料電池
１の運転中は、上記電池冷却水タンク２内より電池冷却水ライン３へ導かれる電池冷却水
８を、電池冷却水ポンプ４の運転により熱交換器５、ラジエータ６を経て固体高分子型燃
料電池１の冷却部１ａへ供給して、固体高分子型燃料電池１における燃料電池反応の生成
熱と熱交換させて電池温度を冷却（水冷）できるようにし、この電池温度の冷却に供され
た後に昇温されて排出される電池冷却水８を、電池冷却水戻しライン７を経て上記電池冷
却水タンク２へ戻す循環ラインが形成されるようにしてある。
【００２７】
更に、上記電池冷却水ライン３上の熱交換器５における上記電池冷却水８と熱交換させ
るための熱媒体の入口側と出口側の間には、保温性を備えた貯湯槽１０と循環温水ポンプ
１１を備えた循環温水ライン９を接続する。これにより、上記循環温水ポンプ１１の運転
時には、貯湯槽１０内の温水１２を循環温水ライン９を経て上記熱交換器５へ循環供給し
て、上記固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａにて電池温度の冷却に供された後に温排水
となる電池冷却水８と熱交換させ、この熱交換により上記循環する温水１２を更に加熱し
て、上記固体高分子型燃料電池１の冷却に供された後に温排水となっている電池冷却水８
とほぼ同温度とされた状態にて上記貯湯槽１０へ貯留できるようにしてある。
【００２８】
なお、上記貯湯槽１０が上記所要温度の温水１２で満たされると、図示しない切替装置
により、上記循環温水ポンプ１１の運転を止めると共に、電池冷却水ライン３上のラジエ
ータ６を起動するようにしてある。これにより、固体高分子型燃料電池１の冷却に供され
て温排水となる電池冷却水８の冷却手段を、上記熱交換器５における温水１２との熱交換
から、上記ラジエータ６における外気への熱放出に切替えることができるようにしてある
。
【００２９】
上記貯湯槽１０には、水を補給するための上水ライン１３が接続してある。又、上記貯
湯槽１０に、温水１２を所要の需要先へ供給（給湯）するための給湯ライン１４を設ける
ようにしてもよい。
【００３０】
更に、上記固体高分子型燃料電池１の電池温度を検出するために、たとえば、上記燃料
電池１の冷却部１ａの出口側直後位置となる電池冷却水戻しライン７における上流側端部
位置に、上記冷却部１ａより排出される電池冷却水８の温度に基いて上記電池温度の検出
を行うようにする電池温度検出器１５を設け、更に、該電池温度検出器１５から入力され
る温度検出信号に応じて上記循環温水ライン９上の循環温水ポンプ１１へ指令を与える制
御器１６を備える。
【００３１】
詳述すると、上記制御器１６は、上記固体高分子型燃料電池１の運転中に、電池温度検
出器１５より冷却部１ａを通過した後の電池冷却水８の温度を基に検出される電池温度が
入力されると、該入力温度が上記固体高分子型燃料電池１における電圧特性の低下や電池
性能の不安定性等が懸念される温度領域にある場合、たとえば、外気温等の周囲温度にも
左右されるが４５℃以下となっている場合は、上記循環温水ポンプ１１に運転開始指令を
与えるようにしてある。これにより、固体高分子型燃料電池発電装置の前回の運転時に所
要温度に加熱された状態で上記貯湯槽１０に溜められている温水１２を、循環温水ライン
９を経て熱交換器５へ循環供給し、上記電池冷却水タンク２より電池冷却水ライン３を通
して固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａへ向かう電池冷却水８が上記熱交換器５を通過
するときに、該電池冷却水８を上記温水１２を熱源として加熱し、この加熱された電池冷
却水８が上記固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａに導かれることで、該固体高分子型燃
料電池１の電池温度を強制的に昇温させることができるようにしてある。
【００３２】
したがって、上記本発明の固体高分子型燃料電池発電装置を用いた発電方法によれば、
起動当初や発電負荷が低い場合のように、燃料電池反応による生成熱のみでは固体高分子
型燃料電池１の電池温度が低い場合であっても、固体高分子型燃料電池発電装置の前回の
運転時に昇温させて貯留槽１０に溜めておいた温水１２を熱源として、電池冷却水８を介
して間接的に固体高分子型燃料電池１の電池温度を強制的に且つ速やかに昇温させること
ができる。
【００３３】
このため、従来の固体高分子型燃料電池の起動当初や発電負荷が低い場合に生じていた
如き電極触媒の活性が低いことによる電圧特性が低いといった現象の発生を未然に防止で
き、このため、電池の低電圧性能を改善することが可能になる。又、電池温度を速やかに
昇温させることにより、電池内部でドレンが凝縮する虞を抑制できるため、電池性能が不
安定になるといった現象の発生を未然に防止することができる。
【００３４】
又、上記のように、起動当初や発電負荷が低い場合であっても固体高分子型燃料電池１
の電池温度を強制的に昇温できることに伴い、電池の負荷上げ速度を従来に比して増加さ
せることができて、負荷上昇を速やかに進めることができる。このため、定格運転に達す
るまでに要する起動時間の短縮化を図ることが可能になると共に、内部消費電力の削減化
を図ることも可能になる。
【００３５】
更に、上記固体高分子型燃料電池１の電池温度を強制的に昇温させるための熱源として
は、固体高分子型燃料電池発電装置の前回の運転時に固体高分子型燃料電池１の廃熱を回
収して貯湯槽１０内に貯留してある温水１２を使用できることから、上記固体高分子型燃
料電池１の電池温度を強制的に昇温させるための熱源を別途設ける必要はない。
【００３６】
なお、上記においては、固体高分子型燃料電池発電装置の起動当初や発電負荷が低くて
電池温度が所定温度よりも低い場合に制御器１６より循環温水ポンプ１１へ運転開始指令
を与えることで、固体高分子型燃料電池１の電池温度を強制的に昇温させるようにしてあ
るが、その後、該固体高分子型燃料電池１が自己の燃料電池反応によって生成する熱で昇
温されて、電池温度が上記温水１２により加熱される電池冷却水８の温度よりも高くなる
と、自動的に固体高分子型燃料電池１から、電池冷却水８を介し、循環温水ライン９を循
環される温水１２への熱の伝達が行なわれるようになり、この熱の伝達により所要温度に
加熱された温水１２が貯湯槽１０に満たされるようになると、上述した切替装置の機能に
より、上記循環温水ポンプ１１の運転は自動的に止められるようになる。
【００３７】
次に、図２は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１に示したと同様の構成におい
て、固体高分子型燃料電池１の電池温度が低い場合に、冷却部１ａへ供給する電池冷却水
８を加熱するための熱源として、貯湯槽１０に貯留してある温水１２を用いることに代え
て、電池冷却水ライン３に取り付けたヒータ装置１７を用いるようにしたものである。
【００３８】
具体的には、図１に示したと同様の電池冷却水ライン３における下流側端部、すなわち
、電池冷却水ライン３における固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａの入口側直前位置に
ヒータ装置１７を取り付ける。更に、図１に示したと同様に電池冷却水戻しライン７上に
設けてある電池温度検出器１５から入力される電池温度の検出信号に基づいて上記ヒータ
装置１７へ指令を与える制御器１６ａを備える。
【００３９】
詳述すると、上記制御器１６ａは、上記固体高分子型燃料電池１の運転中に、電池温度
検出器１５にて検出される電池温度が入力されると、この入力された電池温度が上記固体
高分子型燃料電池１における電圧特性の低下や電池性能の不安定性等が懸念される温度領
域にある場合に、上記ヒータ装置１７へ作動指令を与える機能を有するものとしてある。
これにより、電池冷却水タンク２より電池冷却水ライン３を通して固体高分子型燃料電池
１の冷却部１ａへ向かう電池冷却水８を、上記ヒータ装置１７を熱源として加熱し、この
加熱された電池冷却水８を上記固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａに供給させることで
、固体高分子型燃料電池１の電池温度を強制的に且つ速やかに昇温させることができるよ
うにしてある。
【００４０】
なお、図２に示す実施の形態では、固体高分子型燃料電池発電装置の通常運転時に上記
固体高分子型燃料電池１の冷却に用いる電池冷却水８と熱交換させることで温水１２を所
要温度とさせて貯留することができるようにするための設備、すなわち、電池冷却水ライ
ン３上の熱交換器５、循環温水ライン９、循環温水ポンプ１１、貯湯槽１０は、固体高分
子型燃料電池１の廃熱を回収して給湯に用いるという熱効率の向上化を図る点では設ける
ことが望ましいが、省略することも可能である。
【００４１】
その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある
。
【００４２】
本実施の形態によれば、起動当初や発電負荷が低い場合のように、燃料電池反応による
生成熱のみでは固体高分子型燃料電池１の電池温度が低い場合であっても、ヒータ装置１
７により加熱した電池冷却水８を上記燃料電池１の冷却部１ａへ供給して電池温度を強制
的に昇温させることができる。したがって、図１の実施の形態と同様に、電池の不安定性
及び低電圧性能の改善効果や、起動時間の短縮化、内部消費電力の削減化といった優れた
効果を得ることができる。
【００４３】
上記において、制御器１６ａは、電池温度検出器１５によって検出される電池温度が所
定温度よりも低い場合にのみヒータ装置１７へ作動指令を与えるようにしてあるものであ
るため、固体高分子型燃料電池１が、自己の燃料電池反応で生成する熱により昇温されて
、電池温度が該燃料電池１における電圧特性の低下や電池性能の不安定性等が懸念される
温度領域を上回るようになると、上記ヒータ装置１７は自動的に作動停止操作される。こ
れにより、上記電池冷却水８が上記ヒータ装置１７により加熱され続けるという虞はない
。
【００４４】
更に、本実施の形態においては、電池冷却水８の加熱用の熱源としてヒータ装置１７を
用いるようにしてあるため、固体高分子型燃料電池発電装置の前回の運転から時間が経過
していたり、前回運転時に貯湯槽１０に貯留した温水１２を所要の需要先へ給湯のため払
い出してしまい、該貯湯槽１０内の温水１２の温度が低い場合であっても、上記固体高分
子型燃料電池１の電池温度の強制的な昇温を行わせることが可能となる。
【００４５】
次いで、図３は本発明の実施の更に他の形態として、図１に示した実施の形態の応用例
を示すもので、図１に示したと同様の構成において、電池冷却水ライン３の下流側端部位
置に、図２に示した場合と同様にヒータ装置１７を設けると共に、貯湯槽１０に該貯湯槽
１０内に貯留されている温水１２の温度を検出するための温水温度検出器１８を設け、更
に、電池冷却水戻しライン７上に設けてある電池温度検出器１５より入力される電池温度
の検出信号と、上記貯湯槽１０の温水温度検出器１８より入力される温水１２の温度の検
出信号に基づいて、循環温水ポンプ１１又は上記ヒータ装置１７のいずれかに指令を与え
る機能を有してなる制御器１６ｂを設けたものである。
【００４６】
詳述すると、上記制御器１６ｂは、固体高分子型燃料電池１の運転時に、上記電池温度
検出器１５より入力される電池温度が所定温度よりも低い場合に、上記温水温度検出器１
８にて検出される貯湯槽１０内の温水１２の温度が上記固体高分子型燃料電池１の強制的
な昇温に使用し得る十分高い温度領域にあるときには、循環温水ポンプ１１へ運転開始指
令を与え、一方、上記貯湯槽１０内の温水１２の温度が固体高分子型燃料電池１の強制的
な昇温に用いるには不十分な場合には、上記ヒータ装置１７へ作動指令を与える機能を有
するものとしたものである。
【００４７】
その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある
。
【００４８】
本実施の形態によれば、固体高分子型燃料電池１の電池温度が低い場合に、貯湯槽１０
内に前回の固体高分子型燃料電池発電装置の運転時に加熱された温水１２が存在するとき
には、該温水１２を熱源として図１に示した実施の形態と同様の作用により、又、上記貯
湯槽１０内の温水１２の温度が低いときには、ヒータ装置１７を熱源として図２に示した
実施の形態と同様の作用により、それぞれ、電池冷却水８を加熱して間接的に固体高分子
型燃料電池１の電池温度を強制的に昇温させることができる。したがって、図１の実施の
形態と同様に、固体高分子型燃料電池１の不安定性及び低電圧性能の改善効果や、起動時
間の短縮化、内部消費電力の削減化といった優れた効果を得ることができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、電池温度検出器１５は
、電池冷却水戻しライン７の上流側端部位置に設けて固体高分子型燃料電池１の冷却部１
ａを通過した電池冷却水８の温度を基に電池温度を検出するものとして示したが、上記固
体高分子型燃料電池１の電池温度を検出することができれば、いかなる個所に設けるよう
にしてもよく、測定対象は自在に設定してよい。制御器１６，１６ａ，１６ｂにて、電池
温度が低いと判断する基準となる温度は、固体高分子型燃料電池発電装置の実際の運転時
に固体高分子型燃料電池１における電圧特性の低下や電池性能の不安定性等が生じること
が懸念される温度領域を超えるよう自在に設定すればよく、４５℃に限定されるものでは
ない。図１の実施の形態では、熱交換器５における電池冷却水８の加熱を行わせるための
熱源として、以前の固体高分子型燃料電池発電装置の運転時に昇温されて貯湯槽１０に貯
留されている温水１２を用いるようにしてあるが、上記熱交換器５に、外部の任意の熱源
を用いて高温にした温水やその他の任意の熱媒体を供給して電池冷却水８を加熱するよう
にしてもよい。
【００５０】
固体高分子型燃料電池１の電池温度を速やかに上昇させることができれば、該燃料電池
１の電池温度が低い場合における電池温度を強制的に昇温させるための熱源としては任意
のものを使用できる。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得
ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池発電方法及び装置の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【図３】本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図４】従来提案されている固体高分子型燃料電池発電装置の一例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  固体高分子型燃料電池
１ａ  冷却部
３  電池冷却水ライン
５  熱交換器
８  電池冷却水
１０  貯湯槽
１２  温水（熱源）
１５  電池温度検出器
１６，１６ａ，１６ｂ  制御器
１７  ヒータ装置（熱源）
【図１】
2006114264.tif 000003
【図２】
2006114264.tif 000004
【図３】
2006114264.tif 000005
【図４】
2006114264.tif 000006