(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
制御装置と、
を設けるとともに、
前記燃料ガス供給装置は、前記燃料電池に接続される燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス供給流路に並列して接続され、前記燃料ガス供給流路に開口する各開口部に遮断弁を有して前記燃料ガスを貯留する２以上の燃料ガスタンクと、
前記燃料電池から排出される未使用燃料ガスを含む燃料オフガスを、前記燃料ガス供給流路に戻す燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との合流部位に配置されるエゼクタと、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記燃料ガス供給流路に、前記エゼクタと前記燃料電池の燃料ガス入口との間に位置して設けられ、少なくとも１つの前記燃料ガスタンクから前記燃料電池に供給される前記燃料ガスと前記燃料オフガスとの混合ガスの温度を検出する混合ガス温度検出器を有する燃料ガス温度検出部と、
検出された混合ガス温度が閾値以下であるか否かを判断する燃料ガス温度低下判断部と、
検出された前記混合ガス温度が前記閾値以下であると判断された際、他の少なくとも１つの前記燃料ガスタンクの前記遮断弁を開放制御する遮断弁制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス温度検出部は、前記燃料ガスタンクに設けられ、前記燃料ガスタンク内の燃料ガス温度を検出するタンク内ガス温度検出器を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス供給流路には、前記遮断弁と前記エゼクタとの間に位置し、前記燃料電池に流通された冷却媒体を加熱用媒体として前記燃料ガスと熱交換を行う熱交換部が配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス温度低下判断部は、前記熱交換部の上流側で前記タンク内ガス温度検出器により検出された前記燃料ガス温度が、前記熱交換部の熱交換性能に基づいて予め設定された温度低下閾値以下であるか否かを判断することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
制御装置と、
を設けるとともに、
前記燃料ガス供給装置は、前記燃料電池に接続される燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス供給流路に並列して接続され、前記燃料ガス供給流路に開口する各開口部に遮断弁を有して前記燃料ガスを貯留する２以上の燃料ガスタンクと、
前記燃料電池から排出される未使用燃料ガスを含む燃料オフガスを、前記燃料ガス供給流路に戻す燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との合流部位に配置されるエゼクタと、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記エゼクタと前記燃料電池の燃料ガス入口との間に位置し、少なくとも１つの前記燃料ガスタンクから前記燃料電池に供給される前記燃料ガスと前記燃料オフガスとの混合ガスの温度を検出する工程と、
検出された混合ガス温度が閾値以下であるか否かを判断する工程と、
検出された前記混合ガス温度が前記閾値以下であると判断された際、他の少なくとも１つの前記燃料ガスタンクの前記遮断弁を開放制御する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
制御装置と、
を設けるとともに、
前記燃料ガス供給装置は、前記燃料電池に接続される燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス供給流路に並列して接続され、前記燃料ガス供給流路に開口する各開口部に遮断弁を有して前記燃料ガスを貯留する２以上の燃料ガスタンクと、
前記燃料電池から排出される未使用燃料ガスを含む燃料オフガスを、前記燃料ガス供給流路に戻す燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との合流部位に配置されるエゼクタと、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料ガス供給流路に、前記遮断弁と前記エゼクタとの間に位置して配置される熱交換部を介し、前記燃料電池に流通された冷却媒体を加熱用媒体として前記燃料ガスと熱交換を行う工程と、
少なくとも１つの前記燃料ガスタンクから前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの温度を、前記熱交換部の上流側で検出する工程と、
検出された燃料ガス温度が、前記熱交換部の熱交換性能に基づいて予め設定された温度低下閾値以下であるか否かを判断する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の制御方法において、前記燃料ガス温度が前記温度低下閾値以下であると判断された際、前記熱交換部への前記冷却媒体の流入量を増量させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の制御方法において、前記燃料ガスタンク内の前記燃料ガスの温度を検出することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、制御装置とを設ける燃料電池システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば、空気）をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。このシステムは、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれている。
【０００３】
特に、車載用燃料電池では、高圧燃料ガスを貯留する高圧タンクが採用されるとともに、前記高圧タンク内を燃料ガス供給流路に開閉するために、遮断弁が設けられている。
【０００４】
この種のシステムでは、高負荷で運転されて高圧ガスが急激に消費されると、高圧タンク内のガス温度が相当に低下する。このため、例えば、遮断弁の遮断機能、特に前記遮断弁のシール部の機能が損なわれるという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、図６に示すように、遮断弁１の下流には、高圧タンク２から放出される燃料の温度を検知する温度センサＴ１が設けられている。制御装置３では、検知されたガス温度が、予め設定された出力制限開始温度よりも低下したと判断された場合には、所定のマップに基づいて、燃料電池ＦＣからの出力を制限している。
【０００６】
このように、燃料電池ＦＣからの出力を制限することで、高圧タンク２から放出される燃料の量を制限することができ、燃料が急激に低下するのを抑制することが可能になる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４４４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃料電池では、供給ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の温度が低温になると、ＩＶ特性が低下して所望の発電性能が得られないおそれがある。このため、上記の特許文献１では、遮断弁の機能が損なわれる低温ガスの流通を阻止することができるものの、燃料電池のＩＶ特性を低下させる可能性のある温度領域まで制御することが困難になるおそれがある。
【０００９】
本発明はこの種の要請に対応するものであり、簡単な構成及び工程で、低温ガスが供給されることを抑制し、燃料電池の発電性能を良好に維持することが可能な燃料電池システム及びその制御方法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】
本発明は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、制御装置とを設けるとともに、前記燃料ガス供給装置は、前記燃料電池に接続される燃料ガス供給流路と、前記燃料ガス供給流路に並列して接続され、前記燃料ガス供給流路に開口する各開口部に遮断弁を有して前記燃料ガスを貯留する２以上の燃料ガスタンクと、前記燃料電池から排出される未使用燃料ガスを含む燃料オフガスを、前記燃料ガス供給流路に戻す燃料ガス循環流路と、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との合流部位に配置されるエゼクタとを備える燃料電池システム及びその制御方法に関するものである。
【００１１】
この燃料電池システムでは、制御装置は、燃料ガス供給流路に、エゼクタと燃料電池の燃料ガス入口との間に位置して設けられ、少なくとも１つの燃料ガスタンクから前記燃料電池に供給される燃料ガスと燃料オフガスとの混合ガスの温度を検出する混合ガス温度検出器を有する燃料ガス温度検出部と、検出された混合ガス温度が閾値以下であるか否かを判断する燃料ガス温度低下判断部と、検出された前記混合ガス温度が前記閾値以下であると判断された際、他の少なくとも１つの前記燃料ガスタンクの遮断弁を開放制御する遮断弁制御部とを備えている。
【００１３】
さらに、この燃料電池システムでは、燃料ガス温度検出部は、燃料ガスタンクに設けられ、前記燃料ガスタンク内の燃料ガス温度を検出するタンク内ガス温度検出器を備えることが好ましい。
【００１５】
また、この燃料電池システムでは、燃料ガス供給流路には、遮断弁とエゼクタとの間に位置し、燃料電池に流通された冷却媒体を加熱用媒体として燃料ガスと熱交換を行う熱交換部が配置されることが好ましい。
【００１６】
さらに、この燃料電池システムでは、燃料ガス温度低下判断部は、熱交換部の上流側でタンク内ガス温度検出器により検出された燃料ガス温度が、前記熱交換部の熱交換性能に基づいて予め設定された温度低下閾値以下であるか否かを判断することが好ましい。
【００１７】
さらにまた、この燃料電池システムの制御方法では、エゼクタと燃料電池の燃料ガス入口との間に位置し、少なくとも１つの燃料ガスタンクから燃料電池に供給される燃料ガスと燃料オフガスとの混合ガスの温度を検出する工程と、検出された混合ガス温度が閾値以下であるか否かを判断する工程と、検出された前記混合ガス温度が前記閾値以下であると判断された際、他の少なくとも１つの前記燃料ガスタンクの前記遮断弁を開放制御する工程とを有している。
【００１９】
さらに、この制御方法では、燃料ガスタンク内の燃料ガス温度を検出することが好ましい。
【００２２】
さらに、この燃料電池システムの制御方法では、燃料ガス供給流路に、遮断弁とエゼクタとの間に位置して配置される熱交換部を介し、燃料電池に流通された冷却媒体を加熱用媒体として燃料ガスと熱交換を行う工程と、少なくとも１つの燃料ガスタンクから前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの温度を、前記熱交換部の上流側で検出する工程と、検出された燃料ガス温度が、前記熱交換部の熱交換性能に基づいて予め設定された温度低下閾値以下であるか否かを判断する工程と、を有している。
【００２３】
さらにまた、この制御方法では、燃料ガス温度が温度低下閾値以下であると判断された際、熱交換部への冷却媒体の流入量を増量させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、少なくとも１つの燃料ガスタンクから燃料電池に供給される燃料ガスの温度が検出され、検出された燃料ガス温度が閾値以下である際、他の少なくとも１つの燃料ガスタンクの遮断弁が開放制御されて燃料ガスが燃料ガス供給流路に供給される。
【００２５】
従って、一方の燃料ガスタンクから供給される燃料ガス温度が低下した際に、他方の燃料ガスタンクの遮断弁が開放されるため、他方の前記燃料ガスタンク内の温度低下が惹起していない比較的高温（一方の燃料ガスタンク内の燃料ガスに比べて高温）の燃料ガスを、燃料電池に供給することができる。
【００２６】
このため、燃料電池には、ＩＶ特性（発電特性）に影響する低温の燃料ガスが供給されることを抑制することが可能になる。これにより、簡単な構成及び工程で、燃料電池に低温ガスが供給されることを抑制し、前記燃料電池の発電性能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】要求負荷と水素ガス温度との関係説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】特許文献１に開示されている燃料電池システムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ（制御装置）１８とを備える。燃料電池システム１０は、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載される。
【００２９】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２０を積層して構成される。各燃料電池２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２をカソード電極２４とアノード電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８を備える。
【００３０】
電解質膜・電極構造体２８は、カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２で挟持される。カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。
【００３１】
カソード側セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２８との間には、酸化剤ガス流路３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２と前記電解質膜・電極構造体２８との間には、燃料ガス流路３６が設けられる。互いに隣接するカソード側セパレータ３０とアノード側セパレータ３２との間には、冷却媒体流路３８が設けられる。
【００３２】
燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０の酸化剤ガス流路３４に連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう）を供給及び排出する酸化剤ガス入口連通孔４０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４０ｂが設けられる。燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０の燃料ガス流路３６に連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を供給及び排出する燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂが設けられる。
【００３３】
酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ（又はエアポンプ）４４を備え、前記エアコンプレッサ４４が空気供給流路４６に配設される。空気供給流路４６は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔４０ａに連通する。燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口連通孔４０ｂには、空気排出流路４８が接続される。
【００３４】
燃料ガス供給装置１６は、燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４２ａに一端が接続される燃料ガス供給流路５０を備える。燃料ガス供給流路５０の他端には、２以上の燃料ガスタンク、例えば、第１燃料ガスタンク５２ａと第２燃料ガスタンク５２ｂとが並列に接続される。
【００３５】
第１燃料ガスタンク５２ａは、燃料ガス供給流路５０に開口する開口部５４ａに遮断弁５６ａを有するとともに、高圧水素ガスを貯留する。第２燃料ガスタンク５２ｂは、燃料ガス供給流路５０に開口する開口部５４ｂに遮断弁５６ｂを有するとともに、高圧水素ガスを貯留する。遮断弁５６ｂは、一端が開口部５４ｂに連通し且つ他端が燃料ガス供給流路５０に連通する燃料ガス配管５８に配設される。
【００３６】
なお、第１の実施形態では、２つの燃料ガスタンクである第１及び第２燃料ガスタンク５２ａ、５２ｂを並列させているが、必要に応じて、３以上の燃料ガスタンクを並列して構成してもよい。
【００３７】
燃料ガス供給流路５０の途上には、エゼクタ６０が配設される。このエゼクタ６０には、燃料電池スタック１２から排出される未使用水素ガスを含む水素オフガス（燃料オフガス）を、燃料ガス供給流路５０に戻すための燃料ガス循環流路６２が接続（合流）される。
【００３８】
コントローラ１８は、少なくとも第１燃料ガスタンク５２ａから燃料電池スタック１２に供給される水素ガスの温度を検出する燃料ガス温度検出部６４と、検出された水素ガス温度が閾値（後述する）以下であるか否かを判断する燃料ガス温度低下判断部６６と、検出された前記水素ガス温度が前記閾値以下であると判断された際、他の第２燃料ガスタンク５２ｂの遮断弁５６ｂを開放制御する遮断弁制御部６８とを備える。
【００３９】
燃料ガス温度検出部６４は、第１燃料ガスタンク５２ａに設けられ、前記第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガス温度を検出する第１タンク内ガス温度検出器（温度センサ）７０ａと、第２燃料ガスタンク５２ｂに設けられ、前記第２燃料ガスタンク５２ｂ内の水素ガス温度を検出する第２タンク内ガス温度検出器（温度センサ）７０ｂとを備える。
【００４０】
燃料ガス温度検出部６４は、第１及び第２タンク内ガス温度検出器７０ａ、７０ｂに代えて又は併用して、エゼクタ６０と燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４２ａとの間に位置して、燃料ガスと燃料オフガスとの混合ガスの温度を検出する混合ガス温度検出器（温度センサ）７２を備える。
【００４１】
燃料電池スタック１２内には、出力電圧を検出するための電圧センサ７４と、出力電流を検出するための電流センサ７６とが配設される。
【００４２】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４３】
燃料電池システム１０が起動されると、図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアコンプレッサ４４を介して、空気供給流路４６に空気が送られる。この空気は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔４０ａから各燃料電池２０に設けられている酸化剤ガス流路３４に沿って移動することにより、カソード電極２４に供給される。
【００４４】
一方、燃料ガス供給装置１６では、遮断弁５６ａが開放されることにより、第１燃料ガスタンク５２ａから燃料ガス供給流路５０に水素ガスが供給される。この水素ガスは、燃料ガス供給流路５０を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４２ａに供給される。
【００４５】
燃料電池スタック１２内に供給された水素ガスは、各燃料電池２０の燃料ガス流路３６に沿って移動することにより、アノード電極２６に供給される。従って、カソード電極２４に供給される空気と、アノード電極２６に供給される水素ガスとが、電気化学的に反応して発電が行われる。
【００４６】
使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔４２ｂから燃料ガス循環流路６２を介してエゼクタ６０に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１２に供給される。
【００４７】
次いで、燃料電池システム１０の制御方法について、図２示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００４８】
コントローラ１８では、燃料電池スタック１２に設けられている電圧センサ７４を介して出力電圧を検出するとともに、前記燃料電池スタック１２に設けられている電流センサ７６を介して出力電流を検出する（ステップＳ１）。
【００４９】
ステップＳ２において、燃料ガス温度検出部６４では、例えば、第１タンク内ガス温度検出器７０ａを介して第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガス温度を検出する一方、第２タンク内ガス温度検出器７０ｂを介して第２燃料ガスタンク５２ｂ内の水素ガス温度を検出する。
【００５０】
ここで、第１燃料ガスタンク５２ａから燃料電池スタック１２に水素ガスが供給されており、この第１燃料ガスタンク５２ａ内の圧力が低下するため、前記第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガス温度が低下する。一方、第２燃料ガスタンク５２ｂは、遮断弁５６ｂが閉塞状態に、又は僅かに開放されて低流量の放出状態に、維持されている。このため、第２燃料ガスタンク５２ｂ内の水素ガス圧力及び水素ガス温度は、比較的高く保持されている。
【００５１】
燃料ガス温度低下判断部６６は、燃料電池スタック１２に要求されている負荷から、第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガス温度の閾値を設定する。すなわち、図３に示すように、高負荷、中負荷及び低負荷のいずれにおいても、燃料電池スタック１２に供給される水素ガス温度が低下すると、出力電圧（ＦＣ電圧）が低下する。従って、高負荷、中負荷及び低負荷に対応して、発電性能低下判断を行うための各閾値（ＩＶ低下判断閾値）が設定される。
【００５２】
燃料ガス温度低下判断部６６では、燃料電池スタック１２の要求負荷に応じて水素ガス温度の閾値を設定し、燃料ガス温度検出部６４により検出された第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガス温度が、前記閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００５３】
検出された水素ガス温度が、閾値以下であると判断された際（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進んで、水素ガス温度の低下が判断される。そして、ステップＳ５に進み、高圧ガス側（ガス温度が高い側）タンク、例えば、第２燃料ガスタンク５２ｂの遮断弁５６ｂが開放制御される。
【００５４】
このため、第２燃料ガスタンク５２ｂ内の高圧水素ガスは、燃料ガス配管５８から燃料ガス供給流路５０に導入される。水素ガスの一部分は、開口されている開口部５４ａから第１燃料ガスタンク５２ｂ内に供給されるとともに、前記水素ガスの残余の部分は、燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４２ａに供給される。
【００５５】
これにより、第１燃料ガスタンク５２ａ内では、温度が低下した水素ガスに、第２燃料ガスタンク５２ｂから温度が低下していない比較的暖かな水素ガスが混在する。従って、第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素温度を上昇させることができ、前記第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガスを無駄なく経済的に使用することが可能になる。
【００５６】
なお、ステップＳ５では、第１燃料ガスタンク５２ａの遮断弁５６ａを開放した状態に維持しているが、この遮断弁５６ｂを閉塞してもよい。このため、第２燃料ガスタンク５２ｂから燃料ガス供給流路５０に導入される比較的暖かい水素ガスは、低温の水素ガスと混在することがなく、温度低下がない状態で燃料電池スタック１２に供給される。これにより、燃料電池スタック１２を一層効率的に昇温させることができる。
【００５７】
また、ステップＳ３において、検出された水素ガス温度が、閾値以下でないと判断された際（ステップＳ３中、ＮＯ）、ステップＳ６に進む。このステップＳ６では、低流量の水素ガスを放出させていた第２燃料ガスタンク５２ｂの遮断弁５６ｂが閉塞される。
【００５８】
なお、遮断弁５６ｂを僅かに開放させることにより、第２燃料ガスタンク５２ｂからの水素ガスの放出状態を低流量に維持して、前記第２燃料ガスタンク５２ｂ内の水素ガス温度を低下させずに保持することも可能になる。
【００５９】
次に、ステップＳ７に進んで、燃料電池スタック１２の発電が停止されるか否かが判断される。燃料電池スタック１２の発電が停止されると判断されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、燃料電池システム１０の制御が終了する。
【００６０】
この場合、第１の実施形態では、例えば、第１燃料ガスタンク５２ａから燃料電池スタック１２に供給される水素ガスの温度が検出され、検出された水素ガス温度が閾値以下である際、第２燃料ガスタンク５２ｂの遮断弁５６ｂが開放制御されて、燃料ガス供給流路５０に水素ガスが供給されている。
【００６１】
従って、特に高負荷発電等により第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガス温度が低下した際に、第２燃料ガスタンク５２ｂ内の温度低下が惹起していない比較的高温（第１燃料ガスタンク５２ａ内の水素ガスに比べて高温）の水素ガスを、燃料電池スタック１２に供給することができる。
【００６２】
このため、燃料電池スタック１２には、ＩＶ特性（発電特性）に影響する低温の水素ガスが供給されるのを制御することが可能になる。これにより、簡単な構成及び工程で、燃料電池スタック１２に低温の水素ガスが供給されることを確実に抑制し、前記燃料電池スタック１２の発電性能を良好に維持することができるという効果が得られる。
【００６３】
第１の実施形態では、燃料ガス温度検出部６４は、第１及び第２タンク内ガス温度検出器７０ａ、７０ｂに代えて又は併用して、エゼクタ６０と燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４２ａとの間に位置して、燃料ガスと燃料オフガスとの混合ガスの温度を検出する混合ガス温度検出器７２を備えている。従って、燃料電池スタック１２に導入される直前の混合ガスの温度に基づいて制御を行うことができる。これにより、無駄な昇温を抑制することが可能になり、効率的であるという利点がある。
【００６４】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システム８０の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
燃料電池システム８０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給するための冷却媒体供給装置８２と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ（制御装置）８４とを備える。
【００６６】
冷却媒体供給装置８２は、燃料電池スタック１２に設けられる冷却媒体入口連通孔８６ａ及び冷却媒体出口連通孔８６ｂに連通し、冷却媒体を前記燃料電池スタック１２に循環させる冷却媒体循環路８８を備える。冷却媒体循環路８８には、冷却媒体を循環させるための冷媒ポンプ９０が設けられるとともに、分岐流路９２を介してラジエータ９４が接続される。分岐流路９２には、冷却媒体の温度を検出するための冷却媒体温度検出器（温度センサ）９５が配置される。
【００６７】
冷却媒体循環路８８は、熱交換器（熱交換部）９６に対し、燃料電池スタック１２に流通された冷却媒体を加熱用媒体として供給する。熱交換器９６は、燃料ガス供給流路５０に、遮断弁５６ａとエゼクタ６０との間に位置して配置され、この燃料ガス供給流路５０を流通する水素ガスを冷却媒体により加熱する。
【００６８】
コントローラ８４は、燃料ガス温度検出部６４と、燃料ガス温度低下判断部６６と、遮断弁制御部６８と、冷媒ポンプ９０の回転数を制御するポンプ制御部９８とを備える。
【００６９】
このように構成される第２の実施形態では、冷却媒体供給装置８２を構成する冷媒ポンプ９０の作用下に、冷却媒体循環路８８から冷却媒体入口連通孔８６ａを通って燃料電池スタック１２内に冷却媒体が導入される。冷却媒体は、冷却媒体流路３８に沿って移動することにより、各燃料電池２０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔８６ｂから冷却媒体循環路８８に排出される。
【００７０】
燃料電池スタック１２から排出された比較的高温の冷却媒体は、熱交換器９６に加熱用媒体として供給される。このため、燃料ガス供給流路５０を流通する水素ガスは、熱交換器９６を通過する際に冷却媒体により加熱昇温された後、燃料電池スタック１２に供給される。従って、水素ガスを効率的且つ経済的に昇温することができ、燃料電池スタック１２のＩＶ特性の低下を抑制することが可能になる。
【００７１】
燃料電池システム８０では、第１の実施形態と同様に、図５に示すフローチャートに沿って制御される。その際、燃料ガス温度低下判断部６６は、熱交換器９６の上流側で第１タンク内ガス温度検出器７０ａにより検出された水素ガス温度が、前記熱交換器９６の熱交換性能に基づいて予め設定された温度低下閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。
【００７２】
そして、熱交換器９６の上流側で検出された水素ガス温度が、温度低下閾値以下であると判断された際（ステップＳ１３中、ＹＥＳ）、ステップ１４に進んで、水素ガス温度の低下が判断される。そして、ステップ１５に進んで、ポンプ制御部９８の作用下に、冷媒ポンプ９０の回転数が増加され、熱交換器９６への冷却媒体の流入量が増量される。
【００７３】
これにより、燃料電池スタック１２に供給される水素ガスは、効率的且つ確実に昇温され、前記燃料電池スタック１２の発電性能の低下を良好に抑制することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７４】
１０、８０…燃料電池システム        １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置            １６…燃料ガス供給装置
１８、８４…コントローラ            ２０…燃料電池
２２…固体高分子電解質膜            ２４…カソード電極
２６…アノード電極                  ３４…酸化剤ガス流路
３６…燃料ガス流路                  ３８…冷却媒体流路
４４…エアコンプレッサ              ４６…空気供給流路
４８…空気排出流路                  ５０…燃料ガス供給流路
５２ａ、５２ｂ…燃料ガスタンク      ５４ａ、５４ｂ…開口部
５６ａ、５６ｂ…遮断弁              ５８…燃料ガス配管
６０…エゼクタ                      ６２…燃料ガス循環流路
６４…燃料ガス温度検出部            ６６…燃料ガス温度低下判断部
６８…遮断弁制御部                  ７０ａ、７０ｂ…タンク内ガス温度検出器
７２…混合ガス温度検出器            ７４…電圧センサ
７６…電流センサ                    ８２…冷却媒体供給装置
８８…冷却媒体循環路                ９０…冷媒ポンプ
９５…冷却媒体温度検出器            ９６…熱交換器
９８…ポンプ制御部
【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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