(57)【要約】【課題】筐体の換気及び燃料電池の温度制御の両立を図った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１０は、筐体１８に収容される燃料電池１１と、筐体１８の中に空気を供給し、筐体１８の外へ空気を排出して筐体１８を換気する送風機１３と、燃料電池１１を冷却する冷却水を送風機の送風によって冷却する放熱器１４と、燃料電池１１と放熱器１４との間を冷却水が循環する水経路１２と、水経路１２から分岐し、放熱器１４をバイパスするバイパス経路１５と、燃料電池１１に供給される冷却水の温度を検知する温度検知器１６と、バイパス経路１５における冷却水の流通又は流通の遮断を行う分配器１７と、制御器１９と、を備え、制御器１９は、温度検知器１６の検知温度Ｔが第１所定温度未満になったときに分配器１７によりバイパス経路１５に冷却水を流通させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に収容される燃料電池と、
前記筐体の中に空気を供給し、前記筐体の外へ前記空気を排出する送風機と、
前記燃料電池を冷却する冷却水を前記送風機の送風によって冷却する放熱器と、
前記燃料電池と前記放熱器との間を冷却水が循環する水経路と、
前記水経路から分岐し、前記放熱器をバイパスするバイパス経路と、
前記燃料電池に供給される前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、
前記バイパス経路における前記冷却水の流通又は前記流通の遮断を行う分配器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記温度検知器の検知温度が第１所定温度未満になったときに前記分配器により前記バイパス経路に前記冷却水を流通させる、燃料電池システム。
【請求項２】
前記分配器は、開閉時間比又は開度が可変の二方弁、或いは、開閉時間比が可変の三方弁であり、
前記制御器は、前記温度検知器の検知温度に基づいて前記開閉時間比又は前記開度を制御して前記バイパス経路に流通する前記冷却水の流量を調整する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記分配器により前記バイパス経路に前記冷却水を流通させた後、前記温度検知器の検知温度が第２所定温度以上になったときに前記送風機の風量を所定風量まで下げてから前記分配器により前記バイパス経路における前記冷却水の流通を遮断する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを前記筐体内に放出する排出経路と、
前記排出経路に設けられた開閉弁と、をさらに備え、
前記制御器は、前記開閉弁を開放するときに前記バイパス経路に流れる前記冷却水の流量を前記分配器により増加させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記送風機の風量を回転数又は電圧により制御する、請求項１〜４のいずれか一項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、燃料電池システムに関し、特に、水素などの可燃性ガスを含む燃料ガスを用いて発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の冷却水を放熱器により空気で冷却する従来の燃料電池システムとして、特許文献１に示す冷却システム及び特許文献２に示す車両用燃料電池システムが知られている。
【０００３】
特許文献１に示す冷却システムは、燃料電池の冷媒が循環する冷却回路、及び冷媒と空気との間で熱交換を行う熱交換器が配置された空調用回路を備えている。そして、冷却回路から空調用回路に冷媒が流入する連結状態と、冷却回路と空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切替部により切り換えている。また、熱交換器に向かってブロアから空気を吹き出して、冷媒を冷却している。
【０００４】
特許文献２の車両用燃料電池システムは、燃料電池の冷却水を冷却する冷却器、及び、冷却器をバイパスして冷却水を流すバイパス流路を備えている。そして、第１温度センサにより検知された冷却器内の冷却水の温度、及び、第２温度センサにより検知されたバイパス流路内の冷却水の温度に基づいて、冷却器を流れる冷却水とバイパス流路を流れる冷却水との流量の比率を三方弁によって調整している。また、冷却器は冷却ファンを備え、冷却ファンによる送風によって放熱効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５２８８２５号
【特許文献２】特開２００４−２８１２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の従来技術について、筐体の換気及び燃料電池の温度制御の両立の観点から未だ改善の余地がある。本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、筐体の換気及び燃料電池の温度制御を両立することができる燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様に係る燃料電池システムは、筐体と、前記筐体に収容される燃料電池と、前記筐体の中に空気を供給し、前記筐体の外へ前記空気を排出する送風機と、前記燃料電池を冷却する冷却水を前記送風機の送風によって冷却する放熱器と、前記燃料電池と前記放熱器との間を冷却水が循環する水経路と、前記水経路から分岐し、前記放熱器をバイパスするバイパス経路と、前記燃料電池に供給される前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、前記バイパス経路における前記冷却水の流通又は前記流通の遮断を行う分配器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記温度検知器の検知温度が第１所定温度未満になったときに前記分配器により前記バイパス経路に前記冷却水を流通させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、燃料電池システムにおいて筐体の換気及び燃料電池の温度制御を両立することが可能であるという効果を奏する。
【０００９】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２の変形例に係る燃料電池システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図７】図６に示す燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、燃料電池システムにおける筐体の換気及び燃料電池の温度制御の両立について鋭意検討をした。その中で、本発明者等は従来技術には下記のような問題があることを見出した。
【００１２】
燃料電池システムでは、燃料電池が燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電している。この燃料ガスは水素等の可燃性ガスを含有していることにより、燃料電池を収容する筐体を換気する換気口等が設けられている。この換気を効率的に行うための送風機として、仮に、上記特許文献１のブロア及び上記特許文献２の冷却ファンを兼用させることが考えられる。この場合、筐体を十分に換気するために必要な風量（換気量）の送風を送風機により行う必要がある。
【００１３】
これに対し、燃料電池の冷却水を冷却するために必要な送風機の風量（冷却量）は、燃料電池の発電量等に応じて決まる。このため、燃料電池の発電量が少ない場合等には、冷却量が換気量を下回ってしまうことがある。しかしながら、送風機の風量は換気量を維持する必要があるため、このような場合、送風機の送風により冷却される冷却水の温度が下がり過ぎる。これにより、冷却水により冷却される燃料電池を所定の温度範囲に保つことができない。
【００１４】
そこで、本発明者等は、温度検知器の検知温度が第１所定温度未満になったときに分配器によりバイパス経路に冷却水を流通させることにより、筐体の換気及び燃料電池の温度制御の両立を図っている。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【００１５】
本発明の実施の第１態様に係る燃料電池システムは、筐体と、前記筐体に収容される燃料電池と、前記筐体の中に空気を供給し、前記筐体の外へ前記空気を排出する送風機と、前記燃料電池の冷却水を前記空気よって冷却する放熱器と、前記燃料電池と前記放熱器との間を冷却水が循環する水経路と、前記水経路から分岐し、前記放熱器をバイパスするバイパス経路と、前記燃料電池に供給される前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、前記バイパス経路における前記冷却水の流通又は前記流通の遮断を行う分配器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記温度検知器の検知温度が第１所定温度未満になったときに前記分配器により前記バイパス経路に前記冷却水を流通させる。
【００１６】
この構成によれば、送風機により筐体の中に空気を供給し、筐体の外へ前記空気を排出するため、筐体を十分に換気することができる。また、温度検知器の検知温度が第１所定温度未満になったときに分配器によりバイパス経路に冷却水を流通させることにより、冷却水が放熱器により冷却されずに、高温のままバイパス経路を通じて燃料電池に供給されるため、燃料電池の温度を第１所定温度に維持することができる。
【００１７】
本発明の実施の第２態様に係る燃料電池システムは、第１の態様において、前記分配器は、開閉時間比又は開度が可変の二方弁、或いは、開閉時間比が可変の三方弁であり、前記制御器は、前記温度検知器の検知温度に基づいて前記開閉時間比又は前記開度を制御して前記分配器により前記バイパス経路に流通する前記冷却水の流量を調整してもよい。この構成によれば、開閉時間比又は開度が可変の二方弁、及び、開閉時間比が可変の三方弁は、開閉時間比が可変の三方弁よりもコストを抑えることができる。
【００１８】
本発明の実施の第３態様に係る燃料電池システムは、第１又は第２の態様において、前記制御器は、前記分配器により前記バイパス経路に前記冷却水を流通させた後、前記温度検知器の検知温度が第２所定温度以上になったときに前記送風機の風量を所定風量まで下げてから前記分配器により前記バイパス経路における前記冷却水の流通を遮断してもよい。この構成によれば、送風機の風量を低下させることにより、送風機の送風により放熱器で冷却される冷却水の温度低下が低減される。このため、放熱器の冷却水とバイパス経路の冷却水との温度差を抑え、バイパス経路から放熱器が設けられた経路へ切り替えられた際の冷却水の温度低下を抑制し、急激な温度低下による燃料電池の損傷を低減することができる。
【００１９】
本発明の実施の第４態様に係る燃料電池システムは、第１〜３のいずれかの態様において、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを前記筐体内に放出する排出経路と、前記排出経路に設けられた開閉弁と、をさらに備え、前記制御器は、前記開閉弁を開放するときに前記バイパス経路に流れる前記冷却水の流量を前記分配器により増加させてもよい。この構成によれば、筐体内に放出されたアノードオフガスを、送風機の送風により希釈することができる。この希釈のために送風機の風量が増加しても、冷却水をバイパス経路に流通させて、放熱器により冷却しない。これにより、高温のまま維持されているバイパス経路の冷却水が燃料電池に供給されるため、燃料電池を第１所定温度に維持することができる。
【００２０】
本発明の実施の第５態様に係る燃料電池システムは、第１〜４のいずれかの態様において、前記制御器は、前記送風機の風量を回転数又は電圧により制御してもよい。この構成によれば、送風機の風量を所望の風量に調整することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
＜構成＞
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池１１、水経路１２、送風機１３、放熱器１４、バイパス経路１５、温度検知器１６、分配器１７、筐体１８及び制御器１９を備えている。さらに、燃料電池システム１０は循環ポンプ２０を備えていてもよい。
【００２３】
燃料電池１１は、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素とを反応することにより発電を行う。酸化剤ガスには、例えば空気などが用いられる。燃料電池１１は、電解質及びこれを挟む一対の電極（アノード、カソード）により構成されるセルを備えている。なお、燃料電池１１としては、いずれの種類であってもよく、例えば高分子電解質形燃料電池などを例示できる。
【００２４】
水経路１２は、燃料電池１１の温度を所定の温度に維持するための冷却水が流通する経路であり、燃料電池１１及び放熱器１４を貫通し、燃料電池１１と放熱器１４との間を循環している。水経路１２には、燃料電池１１、温度検知器１６、循環ポンプ２０及び放熱器１４が設けられ、必要に応じて流量計等（図示せず）が設けられてもよい。
【００２５】
循環ポンプ２０は、水経路１２において冷却水を循環するための駆動装置として、水経路１２の任意の場所に配置されている。循環ポンプ２０は、例えば、回転式ポンプのように、羽の回転によって冷却水を昇圧することで、冷却水を圧送するものであってもよい。
【００２６】
放熱器１４は、燃料電池１１の熱を奪って昇温した冷却水を放熱する、例えば、フィンプレート式の熱交換器又は配管などが用いられる。
【００２７】
送風機１３は、筐体１８の中に空気を供給し、筐体１８の外へ空気を排出する。送風機１３には、例えば、軸流ファンモータ又はターボ式ファンモータなどが用いられる。送風機１３の風量は、送風機１３の回転数又は電圧により制御される。送風機１３は、筐体１８の開口部１８ａの近傍に配置され、空気を開口部１８ａから筐体１８の中に取り入れ、筐体１８の内部を通過させ、開口部１８ａから筐体１８の外部へ排出して、筐体１８の内部を換気する。
【００２８】
また、送風機１３は、放熱器１４に送風可能な位置に設置され、放熱器１４に送風することで放熱器１４に流れる冷却水の放熱を促進する。送風機１３による換気の際に、筐体１８に取り入れられてから筐体１８から排出されるまでの間に筐体１８内を流れる空気が放熱器１４を通過する。例えば、送風機１３の風下に放熱器１４が設けられており、送風機１３によって筐体１８に取り入れられた換気用の空気が放熱器１４に吹き付けられる。これにより、放熱器１４において燃料電池１１の冷却水が送風機１３の送風によって冷却される。
【００２９】
バイパス経路１５は、水経路１２から分岐し、放熱器１４をバイパスする。なお、説明の便宜上、バイパス経路１５への分岐点とバイパス経路１５との接続点との間であって燃料電池１１を通過する水経路１２を第１水経路１２ａと称し、バイパス経路１５への分岐点とバイパス経路１５との接続点との間であって放熱器１４を通過する水経路１２を第２水経路１２ｂと称する。この分岐点で第１水経路１２ａから第２水経路１２ｂ及びバイパス経路１５に分岐し、接続点で第２水経路１２ｂ及びバイパス経路１５が第１水経路１２ａに接続する。このため、燃料電池１１を通過し第１水経路１２ａを通過した冷却水が第２水経路１２ｂに流れると、冷却水は第２水経路１２ｂの放熱器１４を通過し、ここで放熱されて冷却される。一方、燃料電池１１を通過し第１水経路１２ａを通過した冷却水がバイパス経路１５に流れると、そのまま、バイパス経路１５を通過するため、温度はほとんど低下せずに高温に維持される。
【００３０】
分配器１７は、バイパス経路１５における冷却水を流通、又は、流通を遮断する。分配器１７には全開及び全閉が切り替えられる三方弁が用いられ、三方弁は、例えば、水経路１２とバイパス経路１５との接続点に設けられ、第１水経路１２ａの上流端、第２水経路１２ｂの下流端及びバイパス経路１５の下流端に接続されている。これにより、分配器１７は、第１水経路１２ａ、第２水経路１２ｂ及びバイパス経路１５のそれぞれを開放及び遮断することができる。なお、三方弁は、例えば、水経路１２とバイパス経路１５との分岐点に設けられ、第１水経路１２ａの下流端、第２水経路１２ｂの上流端及びバイパス経路１５の上流端に接続されていてもよい。
【００３１】
温度検知器１６は、水経路１２における燃料電池１１の冷却水の入口付近に設けられ、燃料電池１１へ供給される冷却水を温度を検知する。温度検知器１６として、サーモスタット及び熱電対などが例示される。
【００３２】
筐体１８は、燃料電池１１、水経路１２、送風機１３、放熱器１４、バイパス経路１５、温度検知器１６、分配器１７、循環ポンプ２０及び制御器１９を収容している。これにより、筐体１８はこれらを保護すると共に、各経路から漏洩する流体がそのまま筐体１８の外に排出されることを防止している。筐体１８には、送風機１３により取り込まれる空気が通過する開口部１８ａ、及び、送風機１３により排出される空気が通過する開口部１８ａが設けられている。これらの開口部１８ａは別であっても同じであってもよい。
【００３３】
制御器１９は、温度検知器１６の検知温度Ｔに基づき循環ポンプ２０、送風機１３及び分配器１７を制御する。制御器１９は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御器１９は、例えば、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えてもよい。演算処理部として、例えば、一つ又は複数の演算回路（図示せず）等を例示できる。演算回路としては、例えば、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）、ＣＰＵ等を例示できる。記憶部として、例えば、一つ又は複数の記憶回路（図示せず）等を例示できる。記憶回路としては、例えば、半導体メモリー等を例示できる。制御器１９は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００３４】
＜運転方法＞
燃料電池システム１０の運転方法について、図２を参照して説明する。この運転方法は、制御器１９により制御されている。まず、制御器１９は、温度検知器１６による検知温度Ｔが第１所定温度以上か否かを判定する（ステップＳ１）。第１所定温度は、燃料電池１１の発電効率及び耐久性などを基づいて決定される温度であって、例えば、燃料電池１１が発電可能な温度である。
【００３５】
検知温度Ｔが第１所定温度以上であれば（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御器１９は、検知温度Ｔが第２所定温度であるか否かを判定する（ステップＳ２）。第２所定温度は、燃料電池１１の発電に最適な温度であって、例えば、第１所定温度よりも高い温度である。ただし、第２所定温度は第１所定温度と同じであってもよい。
【００３６】
検知温度Ｔが第２所定温度であれば（ステップＳ２：ＮＯ）、温度検知器１６により検知される冷却水の温度は燃料電池１１の最適な温度に維持されている。このため、制御器１９は、ステップＳ１の処理に戻る。
【００３７】
一方、検知温度Ｔが第２所定温度でなければ（ステップＳ２：ＹＥＳ）、温度検知器１６により検知される冷却水の温度を低下させる必要がある。このため、制御器１９は分配器１７のバイパス経路１５に繋がる口を閉鎖し、分配器１７の第２水経路１２ｂに繋がる口を開放する。これにより、燃料電池１１から排出されて第１水経路１２ａを流通する冷却水をバイパス経路１５に流さずに、放熱器１４が設けられた第２水経路１２ｂに流し、ここで冷却する。そして、放熱器１４の放熱を促す送風機１３の風量を制御して、冷却水の冷却能力を高め、温度検知器１６により検知される冷却水の温度を調整する。
【００３８】
すなわち、制御器１９は、検知温度Ｔと第２所定温度との温度差を算出する（ステップＳ３）。そして、制御器１９は、温度差に応じた送風機１３の回転数の変化量を求めて設定する（ステップＳ４）。例えば、温度差が送風機１３の回転数の変化量が大きくなるように、温度差と送風機１３の回転数の変化量との関係は実験等により関数又はマップ等として予め求められている。さらに、制御器１９は、設定されている送風機１３の回転数に、設定した回転数の変化量を加えて送風機１３の目標回転数を算出して、目標回転数に送風機１３の回転数を設定する（ステップＳ５）。
【００３９】
この回転数に応じて送風機１３の風量が決まるため、検知温度Ｔと第２所定温度との温度差に応じた風量で送風機１３が送風し、この送風により放熱器１４において冷却水が冷却される。冷却された冷却水は、放熱器１４から第２水経路１２ｂを通り、第１水経路１２ａに流入し、燃料電池１１へ供給される。この燃料電池１１へ供給される冷却水の温度Ｔが第２所定温度に達していなければ（ステップＳ２：ＹＥＳ）、検知温度Ｔが第２所定温度に達するまで（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ２〜Ｓ５の処理を繰り返す。これにより、燃料電池１１は発電に最適な温度に調整される。
【００４０】
一方、ステップＳ１において、検知温度Ｔが第１所定温度未満であれば（ステップＳ１：ＮＯ）、冷却水の冷却能力を低下させるために、冷却水を冷却する送風機１３の風量を低下させる必要がある。しかしながら、制御器１９は、筐体１８の換気に必要な風量（換気量）の送風を要するため、換気量以上の空気を送風機１３に送風させる。この換気量が、燃料電池１１の冷却水の冷却に必要な風量（冷却量）よりも大きい場合、冷却水の温度が、燃料電池１１を第１所定温度にするために必要な温度よりも下がってしまう。
【００４１】
そこで、制御器１９は、分配器１７のバイパス経路１５に繋がる口を開放し、第１水経路１２ａとバイパス経路１５とを連通させて、第１水経路１２ａからバイパス経路１５へ冷却水を流通させる（ステップＳ６）。これにより、燃料電池１１を通過した高温の冷却水は、分岐点で第１水経路１２ａからバイパス経路１５に流入し、バイパス経路１５を通り、接続点でバイパス経路１５から第１水経路１２ａに戻り、燃料電池１１に供給される。このように、バイパス経路１５を流通した冷却水は放熱器１４により放熱されないため、高い温度のまま燃料電池１１に供給される。よって、燃料電池１１に供給される冷却水の温度を検知する温度検知器１６の検知温度Ｔが上昇する。
【００４２】
そして、温度検知器１６の検知温度Ｔが第２所定温度に達すると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御器１９は、分配器１７のバイパス経路１５に繋がる口を閉鎖して、バイパス経路１５における冷却水の流通を遮断する（ステップＳ８）。これにより、燃料電池１１は発電に最適な温度に調整される。また、換気量以上で送風機１３が送風するため、筐体１８が十分に換気される。
【００４３】
なお、上記ステップＳ６において、分配器１７の第２水経路１２ｂに繋がる口を閉鎖して、第２水経路１２ｂに冷却水を流通させないようにしてもよい。これにより、第２水経路１２ｂに設けられる放熱器１４によって冷却水が冷却されないため、より効率的に燃料電池１１に供給される冷却水が昇温されて、燃料電池１１を第２所定温度にすることができる。この場合、上記ステップＳ８において、分配器１７の第２水経路１２ｂに繋がる口を開放し、第１水経路１２ａと第２水経路１２ｂとを連通させて、第１水経路１２ａから第２水経路１２ｂに冷却水を流通するようにしてもよい。
【００４４】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る燃料電池システム１０では、分配器１７は、バイパス経路１５に流れる冷却水の流量を調整可能であって、例えば、開閉時間比が可変の三方弁である。開閉時間比が可能な三方弁は、全開と全閉とを周期的に切り換えることにより冷却水の流量を調整することができる。この開閉時間比は、１周期における分配器１７の全開時間と全閉時間との比である。開閉時間比が変化されることにより、バイパス経路１５に流れる冷却水の流量が調整される。
【００４５】
この燃料電池システム１０の運転方法では、図３に示すステップＳ６とステップＳ７との間のステップＳ１０において、制御器１９は、温度検知器１６の検知温度Ｔに基づいてバイパス経路１５を流通する冷却水の流量と放熱器１４を流通する冷却水の流量との比を分配器１７により調整する。なお、図３におけるステップＳ１〜Ｓ８の各処理は、図２と同様であるため、その説明を省略する。
【００４６】
具体的には、ステップＳ６において、制御器１９は、分配器１７のバイパス経路１５に繋がる口を開放し、第１水経路１２ａからバイパス経路１５へ冷却水を流通させる。また、制御器１９は、分配器１７の第２水経路１２ｂに繋がる口も開放しておき、第１水経路１２ａから第２水経路１２ｂへも冷却水を流通させる。この分配器１７の開放は、分配器１７の全開と全閉とを周期的に繰り返すことにより、第１水経路１２ａからバイパス経路１５又は第２水経路１２ｂへ冷却水を滞りなく流通させるような、一時的に分配器１７が全閉する場合も含む。
【００４７】
これにより、第１水経路１２ａの冷却水はバイパス経路１５及び第２水経路１２ｂの両方へ流入する。このバイパス経路１５に流通する冷却水と第２水経路１２ｂに流通する冷却水との比を、温度検知器１６の検知温度Ｔに応じて分配器１７により制御器１９は調整する（ステップＳ１０）。
【００４８】
例えば、検知温度Ｔと第２所定温度との温度差が大きいほど、第２水経路１２ｂに流通する冷却水の流量に対してバイパス経路１５に流通する冷却水の流量を大きくする。これにより、第１水経路１２ａにおける冷却水の検知温度Ｔが第２所定温度よりも大きく下回っている場合には、バイパス経路１５に流通した温度が高い冷却水を多く第１水経路１２ａへ流すことにより、冷却水及びこれにより冷却される燃料電池１１の温度を速やかに第２所定温度へ昇温することができる。
【００４９】
そして、温度検知器１６の検知温度Ｔが第２所定温度に達すると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御器１９は、分配器１７のバイパス経路１５に繋がる口を閉鎖して、バイパス経路１５における冷却水の流通を遮断する（ステップＳ８）。これにより、分配器１７の第２水経路１２ｂに繋がる口を全開にして、第１水経路１２ａから第２水経路１２ｂに冷却水を流通するようになる。
【００５０】
このような開閉時間比が可変の三方弁は、開度が可変の三方弁よりも低コスト及び簡便である。これにより、開閉時間比が可変の三方弁を用いた燃料電池システム１０のコストの低下及び簡素化を図ることができる。
【００５１】
（変形例）
上記実施の形態では、分配器１７に開閉時間比が可変の三方弁を用いたが、これに代えて、分配器１７に、図４に示す開閉時間比又は開度が可変の二方弁を用いることができる。二方弁は、バイパス経路１５に設けられる第１二方弁１７ａ、及び第２水経路１２ｂに設けられる第２二方弁１７ｂにより構成される。
【００５２】
この燃料電池システム１０の運転方法では、図３のステップＳ６〜Ｓ８の間以外では、制御器１９は、第１二方弁１７ａを閉じ、第２二方弁１７ｂを開く。これにより、第１水経路１２ａからの冷却水は第２水経路１２ｂへ流れ、第２水経路１２ｂの放熱器１４により冷却されてから、第１水経路１２ａに戻って燃料電池１１へ供給される。
【００５３】
一方、ステップＳ６では、制御器１９は、分配器１７の第２二方弁１７ｂを開放したまま、分配器１７の第１二方弁１７ａを開放する。これにより、第１水経路１２ａを流通する冷却水を、バイパス経路１５及び第２水経路１２ｂへ流通させる。このバイパス経路１５に流通する冷却水と第２水経路１２ｂに流通する冷却水との比を、温度検知器１６の検知温度Ｔに応じて分配器１７により制御器１９は調整する（ステップＳ１０）。
【００５４】
そして、温度検知器１６の検知温度Ｔが第２所定温度に達すると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御器１９は、第２二方弁１７ｂを閉鎖して、バイパス経路１５における冷却水の流通を遮断し（ステップＳ８）、第１二方弁１７ａを開放したままにし、第１水経路１２ａから第２水経路１２ｂに冷却水を流通するようにする。
【００５５】
このような二方弁は、開度が可変の三方弁よりも低コスト及び簡便である。これにより、二方弁を用いた燃料電池システム１０のコストの低下及び簡素化を図ることができる。
【００５６】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る燃料電池システム１０では、制御器１９は、分配器１７によりバイパス経路１５に冷却水を流通させた後、温度検知器１６の検知温度Ｔが第２所定温度以上になったときに送風機１３の風量を所定風量まで下げてから分配器１７によりバイパス経路１５における冷却水の流通を遮断する。
【００５７】
例えば、冷却水がバイパス経路１５を流通する時間が長い場合、この長い間、冷却水が放熱器１４により放熱される。このため、放熱器１４おける冷却水の温度が大幅に低くなり、バイパス経路１５における冷却水と放熱器１４における冷却水との温度差が大きくなる。よって、バイパス経路１５から放熱器１４が設けられた第２水経路１２ｂへ第１水経路１２ａに連通する経路を切替えると、第１水経路１２ａを介して燃料電池１１に流入する冷却水の急激な温度変化によって燃料電池１１の熱衝撃に伴う劣化が生じる可能性がある。
【００５８】
そこで、燃料電池システム１０の運転方法では、図５に示すフローにおいて、ステップＳ８でバイパス経路１５における冷却水の流通を遮断する前に、ステップＳ２１の処理において送風機１３の風量を下げる。なお、図５におけるステップＳ１〜Ｓ８の各処理は、図２と同様であるため、その説明を省略する。
【００５９】
具体的には、ステップＳ６において、制御器１９は、分配器１７のバイパス経路１５に繋がる口を開放し、第１水経路１２ａからバイパス経路１５へ冷却水を流通させる。これにより、放熱器１４を通らず、温度が高いまま維持された冷却水がバイパス経路１５から第１水経路１２ａへ流入し、冷却水の検知温度Ｔが上昇していく。例えば、この検知温度Ｔが高くなるほど送風機１３の風量を上昇させ、風量が換気量よりも大きくなる。
【００６０】
そして、温度検知器１６の検知温度Ｔが第２所定温度に達すると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御器１９は、送風機１３の風量を所定風量まで低下させる。所定風量は、換気量以上の風量である。これにより、放熱器１４において送風機１３の送風による冷却水に対する冷却能力が低下するため、放熱器１４により冷却される冷却水の温度低下が風量を低下する前よりも減少する。このため、バイパス経路１５の冷却水と第２水経路１２ｂの冷却水との温度差の拡大を軽減することができる。
【００６１】
例えば、所定時間の経過等の所定条件が具備されたら（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、分配器１７のバイパス経路１５に繋がる口を閉鎖して、バイパス経路１５における冷却水の流通を遮断する（ステップＳ８）。そして、分配器１７の第２水経路１２ｂに繋がる口を開放して、第１水経路１２ａから第２水経路１２ｂに冷却水を流通する。ここでは、バイパス経路１５の冷却水と第２水経路１２ｂの冷却水との温度差が低減されているため、燃料電池１１の熱衝撃に伴う劣化を防止することができる。
【００６２】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る燃料電池システム１０は、図６に示すように、燃料電池１１のアノードから排出されるアノードオフガスを筐体１８内に放出する排出経路２１と、排出経路２１に設けられた開閉弁２２と、をさらに備えている。
【００６３】
排出経路２１は、上流端が燃料電池１１のアノード経路の出口に接続し、下流端が筐体１８の内部に開口している。また、開閉弁２２には、例えば、遮断弁やバルブ等が用いられる。これにより、開閉弁２２が開放され開状態にされることにより、燃料電池１１から排出されたアノードオフガスは排出経路２１を通過し筐体１８内に放出される。アノードオフガスには水素ガス以外に水蒸気や窒素ガスなどの不純物が含まれる。
【００６４】
この燃料電池システム１０の運転方法では、図７に示すフローにおいて、ステップＳ３２及びＳ３２において、制御器１９は、開閉弁２２を開放するときにバイパス経路１５に流れる冷却水の流量を分配器１７により増加する。図７におけるステップＳ１〜Ｓ８の各処理は、図２と同様であるため、その説明を省略する。
【００６５】
まず、燃料電池１１の運転状態などに応じてアノードオフガスのパージ命令が出力されると（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、制御器１９は、開閉弁２２を開放する（ステップＳ３１）。これにより、燃料電池１１から排出されたアノードオフガスは排出経路２１から筐体１８内に放出される。
【００６６】
また、制御器１９は、送風機１３の風量を希釈量に増加する（ステップＳ３１）。この希釈量は、排出されたアノードオフガスの水素濃度が所定値よりも低下させるためにアノードオフガスを希釈するのに必要な送風機１３の風量であって、例えば、最大風量である。この送風機１３の送風によってアノードオフガスが希釈されて、アノードオフガスの水素濃度が所定値以下に低下する。そして、希釈されたアノードオフガスは開口部１８ａを介して筐体１８から外部へ流出する。
【００６７】
この開閉弁２２の開放からの経過時間が所定時間に達する等、燃料電池１１からアノードオフガスが排出される所定条件が具備されると（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御器１９は開閉弁２２を閉鎖する（ステップＳ３４）。これにより、アノードオフガスのパージ処理が終了する。また、制御器１９は、冷却水の検知温度Ｔに応じた風量に送風機１３の風量を減少する（ステップＳ３５）。
【００６８】
このように、希釈量の空気が送風機１３から放熱器１４へ送風されると、放熱器１４で冷却水が冷却されて、冷却水の検知温度Ｔが第２所定温度よりも低下してしまう（ステップＳ１：ＮＯ）。ここで、制御器１９が分配器１７を制御してバイパス経路１５に冷却水を流通させることにより、高い温度が維持された冷却水がバイパス経路１５から第１水回路を介して燃料電池１１に供給されるため、燃料電池１１の温度を第２所定温度に維持することができる。
【００６９】
なお、上記燃料電池システム１０は、開閉弁２２よりも上流側の排出経路２１と燃料電池１１に供給する燃料ガスが流通する供給経路（図示せず）とを接続するリサイクル経路（図示せず）をさらに備えていてもよい。これにより、開閉弁２２が閉鎖されている状態において、燃料電池１１から排出されたアノードオフガスは、排出経路２１からリサイクル経路を通り、供給経路に流入し、燃料電池１１に供給される。このように、アノードオフガスは循環されて、再利用される。
【００７０】
（その他の実施の形態）
上記全ての実施の形態において、送風機１３の風量を送風機１３の回転数により制御したが、送風機１３の風量を送風機１３に印加する電圧により制御してもよい。
【００７１】
なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。例えば、実施の形態３及び４に係る燃料電池システム１０は、実施の形態２に係る分配器１７（開閉時間比又は開度が可変の二方弁、或いは、開閉時間比が可変の三方弁）を用い、図３のステップＳ１０の処理を制御器１９が行うことができる。また、実施の形態４に係る燃料電池システム１０では、制御器１９が図５のステップＳ２０〜Ｓ２２の処理を行うことができる。さらに、実施の形態４に係る燃料電池システム１０は、実施の形態２に係る分配器１７（開閉時間比又は開度が可変の二方弁、或いは、開閉時間比が可変の三方弁）を用い、図３のステップＳ１０の処理及び図５のステップＳ２０〜Ｓ２２の処理を制御器１９が行うことができる。
【００７２】
上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の燃料電池システムは、筐体の換気及び燃料電池の温度制御の両立を図った燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１０    ：燃料電池システム
１１    ：燃料電池
１２    ：水経路
１２ａ  ：第１水経路（水経路）
１２ｂ  ：第２水経路（水経路）
１３    ：送風機
１４    ：放熱器
１５    ：バイパス経路
１６    ：温度検知器
１７    ：分配器
１７ａ  ：第１二方弁（二方弁）
１７ｂ  ：第２二方弁（二方弁）
１８    ：筐体
１９    ：制御器
２１    ：排出経路
２２    ：開閉弁
【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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