(57)【要約】【課題】システム起動時の昇温時間を短縮する。【解決手段】燃料電池発電システム１を、水素極及び酸素極に供給される水素ガス及び酸素ガスの電気化学反応によって所定の発電電力を出力するとともに、発電に伴い発生した排出ガスを排出する燃料電池５と、燃料電池５の酸素極へ酸素ガスを供給するガス供給経路１９と、燃料電池５から排出ガスを排出するガス排出経路２３と、冷却水槽１４に貯えられた冷却水を循環させ燃料電池５の温度を調整する冷却水循環経路１５と、貯湯槽２７に貯えられた湯水を循環させる湯水循環経路２８と、を備えて構成する。制御装置によって、燃料電池５の温度に基づき、ガス供給経路１９の供給経路切換手段３３、ガス排出経路２３の排出経路切換手段３４、第１供給経路２０及び第１排出経路２４の給排経路切換手段４４、及び冷却水循環経路１５の循環経路切換手段３１を切換制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素極及び酸素極に供給される水素ガス及び酸素ガスの電気化学反応によって所定の発電電力を出力するとともに、発電に伴い発生した排出ガスを排出する燃料電池と、
燃料電池の酸素極へ酸素ガスを供給するガス供給経路と、
冷却水槽に貯えられた冷却水を循環させ燃料電池の温度を調整する冷却水循環経路と、
貯湯槽に貯えられた湯水を循環させる湯水循環経路と、
ガス供給経路を、酸素ガスと湯水循環経路の湯水との間で熱交換する第１供給経路、または熱交換しない第２供給経路のうち一方へ切り換える供給経路切換手段と、
冷却水循環経路を、冷却水と湯水循環経路の湯水との間で熱交換する第１循環経路、または熱交換しない第２循環経路のうち一方へ切り換える循環経路切換手段と、
燃料電池温度検出手段によって検出した燃料電池の温度に基づき、供給経路切換手段及び循環経路切換手段を切換制御する制御装置と、を備えてなる、
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
燃料電池の温度が予め規定した温度よりも低い場合、
制御装置は、
ガス供給経路が第１供給経路となるように供給経路切換手段を切換制御するとともに、
冷却水循環経路が第２循環経路となるように循環経路切換手段を切換制御する、
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
燃料電池から排出ガスを排出するガス排出経路と、
ガス排出経路を、排出ガスと湯水循環経路の湯水との間で熱交換する第１排出経路、または熱交換しない第２排出経路のうち一方へ切り換える排出経路切換手段と、を備えてなり、
第１供給経路及び第１排出経路は、
第１供給経路の酸素ガスまたは第１排出経路の排出ガスのいずれか一方と湯水循環経路の湯水との間で熱交換する給排経路熱交換器と、
第１供給経路または第１排出経路のいずれか一方を給排経路熱交換器に接続して熱交換するように切り換える給排経路切換手段と、を共有する、
請求項１または２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
ガス供給経路は、
酸素ガスを酸素極に供給するガス酸素極供給経路と、
酸素ガスを水素極に供給するガス水素極供給経路と、
ガス酸素極供給経路またはガス水素極供給経路の少なくとも一方から対応する各極へ酸素ガスを供給するように切り換える両極経路切換手段と、を備えてなり、
燃料電池温度検出手段によって検出した燃料電池の温度に基づき、
制御装置は、両極経路切換手段を切換制御する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素極及び酸素極に供給される水素ガス及び酸素ガスの電気化学反応によって所定の発電電力を出力する燃料電池発電システムに関し、特に燃料電池の温度調節技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる燃料電池の発電システムでは、燃料電池を定格発電電力で出力運転可能な所定温度まで昇温させるため、多くの電力と時間が必要となる。そこで現在、このような所定温度までの昇温時間を短縮させるため、特許文献１、２等の技術が案出されている。
【０００３】
特許文献１は、燃料電池の起動時には、冷却水が、バーナにより加熱された後に第１熱交換器を通り、第１熱交換器を介して第１の熱媒体を昇温することによって、燃料電池を昇温するものである。
また特許文献２は、冷却水循環回路に凝縮器／蒸気発生器として働く冷却／加熱の双方向性機能を備えた熱交換器を設置し、その熱交換器を介して燃料電池の起動時には外部から供給した起動用蒸気を熱源として燃料電池を昇温するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９３４４６号公報
【特許文献２】特開平９−６３６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１、２の技術は、燃料電池の冷却水の循環経路によって燃料電池を昇温するものである。したがって、循環経路のみによる昇温には時間短縮に限界があった。
【０００６】
そこで、本発明では上記課題を鑑み、燃料電池が発電可能な所定の運転温度までの昇温時間をより短縮できる燃料電池発電システムの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係る燃料電池発電システムは、水素極及び酸素極に供給される水素ガス及び酸素ガスの電気化学反応によって所定の発電電力を出力するとともに、発電に伴い発生した排出ガスを排出する燃料電池と、燃料電池へ酸素ガスを供給するガス供給経路と、冷却水槽に貯えられた冷却水を循環させ燃料電池の温度を調整する冷却水循環経路と、貯湯槽に貯えられた湯水を循環させる湯水循環経路と、ガス供給経路を、酸素ガスと湯水循環経路の湯水との間で熱交換する第１供給経路、または熱交換しない第２供給経路のうち一方へ切り換える供給経路切換手段と、冷却水循環経路を、冷却水と湯水循環経路の湯水との間で熱交換する第１循環経路、または熱交換しない第２循環経路のうち一方へ切り換える循環経路切換手段と、燃料電池温度検出手段によって検出した燃料電池の温度に基づき、供給経路切換手段及び循環経路切換手段とを備えてなるように構成される。
【０００８】
請求項２の発明に係る燃料電池発電システムは、燃料電池の温度が予め規定した温度よりも低い場合、制御装置が、ガス供給経路が第１供給経路となるように供給経路切換手段を切換制御するとともに、冷却水循環経路が第２循環経路となるように循環経路切換手段を切換制御するように構成される。
【０００９】
請求項３の発明に係る燃料電池発電システムは、燃料電池から排出ガスを排出するガス排出経路と、ガス排出経路を、排出ガスと湯水循環経路の湯水との間で熱交換する第１排出経路、または熱交換しない第２排出経路のうち一方へ切り換える排出経路切換手段と、を備えてなり、第１供給経路及び第１排出経路が、第１供給経路の酸素ガスまたは第１排出経路の排出ガスのいずれか一方と湯水循環経路の湯水との間で熱交換する給排経路熱交換器と、第１供給経路または第１排出経路のいずれか一方を給排経路熱交換器に接続して熱交換するように切り換える給排経路切換手段と、を共用するように備え、燃料電池の温度が予め規定した温度よりも低い場合、制御装置が、第１供給経路で給排経路熱交換器と熱交換するように給排経路切換手段を切換制御するように構成される。
【００１０】
請求項４の発明に係る燃料電池発電システムは、ガス供給経路が、酸素ガスを酸素極に供給するガス酸素極供給経路と、酸素ガスを水素極に供給するガス水素極供給経路と、ガス酸素極供給経路またはガス水素極供給経路の少なくとも一方から対応する各極へ酸素ガスを供給するように切り換える両極経路切換手段と、を備えてなり、燃料電池温度検出手段によって検出した燃料電池の温度に基づき、制御装置が、両極経路切換手段を切換制御するように構成される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、２の発明によれば、発電作動温度までの燃料電池の昇温時間を短縮できる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、燃料電池の発電作動時、第１循環経路の冷却水と第１排出経路の排出ガスと湯水循環経路の湯水との間で熱交換でき、燃料電池の排熱を湯水の加温に有効利用できる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、システム起動時、燃料電池の両極における昇温の部分的な偏りを減らし、発電作動時の電気化学反応をより均等に起こすことができ、発電効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池発電システムを示す構成図である。
【００１５】
本システム１は、水素極及び酸素極（両極とも図示略）に供給される水素ガス及び酸素ガスの電気化学反応によって所定の発電電力を出力するとともに、発電に伴い発生した排出ガスを排出する燃料電池５と、燃料電池５の酸素極へ酸素ガスを供給するガス供給経路１９と、燃料電池５から排出ガスを排出するガス排出経路２３と、冷却水槽１４に貯えられた冷却水を循環させ燃料電池５の温度を調整する冷却水循環経路１５と、貯湯槽２７に貯えられた湯水を循環させる湯水循環経路２８と、を備えている。
【００１６】
燃料電池５には、供給された水素ガス及び酸素ガスに所定量の水分を加えるための加湿モジュール６が加湿タンク７と共に付設されている。水素ガスは水素ガス供給経路２６を介して燃料タンクから所定流量で供給されるように構成されている。また酸素ガスとしては、いわゆるエアが使用され、ガス供給経路１９を介してエアブロア２２から所定流量で供給されるように構成されている。水素ガス及びエアは、加湿モジュール６によって所定の湿度に調整された後、燃料電池５の対応する水素極及び酸素極に供給される。また燃料電池５の排出ガスは、ガス排出経路２３を介して外気へ排出されるように構成されている。燃料電池５には、冷却水槽１４の冷却水との熱交換によって内部温度を調節する温度調節部１１と、内部温度を検出する燃料電池温度検出手段としての電池温度センサ５１が設けられている。ここで燃料電池５は、予め規定した発電作動温度Ｔａ（例えば６０℃＜Ｔａ＜９０℃）で所定の電力を発電作動するものとする。
【００１７】
また冷却水槽１４は、貯えられた冷却水の温度を調整するヒータ１８及び同冷却水の温度Ｔ２を検出する冷却水温度センサ５２を備え、貯湯槽２７は、貯えられた湯水の温度Ｔ３を検出する湯水温度センサ５３を備えている。
【００１８】
ガス供給経路１９は、エアを生成するエアブロア２２と、エアと湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換する第１供給経路２０及び熱交換しない第２供給経路２１と、両経路２０，２１のうち一方へ経路を切り換える供給経路切換手段３３とを備えている。ガス排出経路２３は、排出ガスと湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換する第１排出経路２４及び熱交換しない第２排出経路２５と、両経路２４，２５のうち一方へ経路を切り換える排出経路切換手段３４とを備えている。
【００１９】
第１供給経路２０及び第１排出経路２４は、第１供給経路２０のエアまたは第１排出経路２４の排出ガスのいずれか一方と湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換する給排経路熱交換器２９と、第１供給経路２０または第１排出経路２４のいずれか一方の経路を給排経路熱交換器２９に接続して、第１供給経路２０のエアまたは第１排出経路２４の排出ガスのうち一方と湯水との間で熱交換するように切り換える給排経路切換手段４４とを共有するように構成されている。
【００２０】
冷却水循環経路１５は、冷却水を貯える冷却水槽１４と、冷却水を循環させる冷却水ポンプ３７と、冷却水と湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換する第１循環経路１６及び熱交換しない第２循環経路１７と、両経路１６，１７のうち一方へ経路を切り換える循環経路切換手段３１と、第１循環経路１６の冷却水と湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換する冷却水熱交換器３０とを備えている。
【００２１】
供給経路切換手段３３は、エアブロア２２のエアを、第１または第２供給経路１９，２０のいずれか一方へ送り出すように切換制御可能に構成されたエア送出切換弁４５と、エアブロア２２のエアを、第１または第２供給経路１９，２０のいずれか一方から加湿モジュール６に送入させるように切換制御可能に構成されたエア送入切換弁４６と、を備えて構成されている。
【００２２】
排出経路切換手段３４は、燃料電池５の排出ガスを、第１または第２排出経路２４，２５のいずれか一方へ送出するように切換制御可能に構成されたガス送出切換弁４７を有して構成されている。
【００２３】
また給排経路切換手段４４は、エア送出切換弁４５を経由したエアまたはガス送出切換弁４７を経由した排出ガスのいずれか一方を給排経路熱交換器２９に送入させるように、第１供給経路または第１排出経路のいずれか一方を給排経路熱交換器２９に接続させるように切換制御可能に構成された給排送入切換弁４８と、給排送入切換弁４８が第１供給経路２０に切換接続された場合に給排経路熱交換器２９を経由したエアをエア送入切換弁４６へ送出するか、または給排送入切換弁４８が第１排出経路２４に切換接続された場合に給排経路熱交換器２９を経由した排出ガスを外気へ排出するか、いずれか一方となるように切換制御可能に構成された給排送出切換弁４９と、を備えて構成されている。
【００２４】
循環経路切換手段３１は、第１または第２循環経路１６，１７の一方から冷却水を冷却水槽１４に流入させるように切換接続可能に構成された冷却水流入切換弁３９と、燃料電池５の温度調節部１１から流出する冷却水を第１または第２循環経路１６，１７の一方に流し込むように切換接続可能に構成された冷却水流出切換弁４０と、を備えて構成されている。
【００２５】
湯水循環経路２８は、湯水を貯える貯湯槽２７と、湯水を循環させる湯水ポンプ３６とを備えている。
【００２６】
制御装置４１は、電池温度センサ５１及び冷却水温度センサ５２によって検出した燃料電池５及び冷却水の各温度Ｔ１，Ｔ２に基づき、供給経路切換手段３３、排出経路切換手段３４、循環経路切換手段３１、給排経路切換手段４４、及び他の構成を切換制御等するように構成されている。
【００２７】
次に、本システム１の制御装置４１による制御動作を説明する。
ここで、本システム１の起動時、燃料電池５の温度Ｔ１及び冷却水の温度Ｔ２は、外気温と等しいものとする。また燃料電池５が発電するまでの昇温時間ｔｓは、本システム１起動時から、燃料電池５の温度Ｔ１が発電作動温度Ｔａに達して燃料電池５が所定の発電電力を出力するように発電作動するまでの時間とする。また、燃料電池５の発電作動時、冷却水槽１４の冷却水はヒータ１８によって昇温されており、冷却水の温度Ｔ２は所定温度Ｔｗを維持するように調整されているものとする。また、本システム１の起動時及び燃料電池５の発電作動時に関わらず、湯水循環経路２８の湯水は、貯湯槽２７の保温装置（図示略）により所定温度に暖められているものとする。
【００２８】
先ず、燃料電池５の発電作動時における、本システム１の制御動作を説明する。
制御装置４１は、循環経路切換手段３１の冷却水流入切換弁３９及び冷却水流出切換弁４０によって冷却水循環経路１５を第１循環経路１６に、供給経路切換手段３３のエア送出切換弁４５及びエア送入切換弁４６によってガス供給経路１９を第２供給経路２１に、及び排出経路切換手段３４のガス送出切換弁４７によってガス排出経路２３を第１排出経路２４に切換制御する。さらに、制御装置４１は、給排経路切換手段４４の給排送入切換弁４８及び給排送出切換弁４９によって第１排出経路２４を給排経路熱交換器２９に接続して熱交換するように切換制御する。
【００２９】
第１循環経路１６では、冷却水ポンプ３７によって循環する冷却水が、温度調整部１１を介して燃料電池５の発電に伴い生ずる発電熱と、加湿モジュール６を通過するエアと、冷却水熱交換器３０を介して湯水循環経路２８の湯水と、の間で熱交換され、燃料電池５の温度を一定の所定温度に維持するとともに湯水循環経路２８の湯水を加温する。第２供給経路２１では、エアブロア２２から送り出されたエアが、加湿モジュール６で所定湿度に調整される際に加湿タンク７の冷却水との間で熱交換され、給排経路熱交換器２９を介して湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換されることなく、燃料電池５の酸素極へ供給される。第１排出経路２４では、燃料電池５の排出ガスが、給排経路熱交換器２９を介して湯水循環経路２８の湯水とを熱交換され、湯水を加温した後、装置外へ排出される。
【００３０】
この時、冷却水循環経路１５は、「冷却水槽１４→冷却水ポンプ３７→燃料電池５（温度調整部１１）→冷却水流出切換弁４０→加湿モジュール６→冷却水熱交換器３０→冷却水流入切換弁３９→冷却水槽１４」からなる第１循環経路１６を形成する。
また、ガス供給経路１９及びガス排出経路２３は、「エアブロア２２→エア送出切換弁４５→エア送入切換弁４６→加湿モジュール６→燃料電池５→ガス送出切換弁４７→給排送入切換弁４８→給排経路熱交換器２９→給排送出切換弁４９→装置外」からなる第２供給経路２１及び第１排出経路２４を形成する。
【００３１】
次に、本システム１の起動時における、制御動作を説明する。
先ず、冷却水循環経路１５の切換制御動作を説明する。
１．冷却水槽１４のヒータ１８に通電して、冷却水槽１４の冷却水を加熱する。
２．加熱された冷却水が所定温度Ｔｗ（＝９０℃程度）まで達した時、循環経路切換手段３１の冷却水流入切換弁３９及び冷却水流出切換弁４０によって冷却水循環経路１５を第２循環経路１７に切換制御する。
３．切換完了後、冷却水ポンプ３７を始動して冷却水を循環させる。第２循環経路１７では、循環する冷却水が、温度調整部１１を介して燃料電池５との間で熱交換され、冷却水熱交換器３０を介して湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換されることなく、燃料電池５の温度を一定の所定温度まで昇温する。
４．燃料電池５が予め規定した発電作動温度Ｔａに達した時、発電作動時の経路と同じく、循環経路切換手段３１によって冷却水循環経路１５を第１循環経路１６に切換制御する。
【００３２】
本システム１の起動時、燃料電池５の温度Ｔ１が発電作動温度Ｔａよりも低い場合、冷却水循環経路１５は、「冷却水槽１４→冷却水ポンプ３７→燃料電池５→冷却水流出切換弁４０→冷却水流入切換弁３９→冷却水槽１４」からなる第２循環経路１７を形成する。
【００３３】
次に、本システム１の起動時における、ガス供給経路１９及びガス排出経路２３の切換制御動作を説明する。
１．本システム１の起動によって、供給経路切換手段３３のエア送出切換弁４５及びエア送入切換弁４６によってガス供給経路１９を第１供給経路２０に、及び排出経路切換手段３４のガス送出切換弁４７によってガス排出経路２３を第２排出経路２５に切換制御する。また給排経路切換手段４４の給排送入切換弁４８及び給排送出切換弁４９によって第１供給経路２０を給排経路熱交換器２９に接続して熱交換するように切換制御する。
２．切り換え完了後、エアブロア２２と湯水ポンプ３６を始動し、エアを第１供給経路２０を介して供給し、貯湯槽２７の湯水を循環させる。
３．第１供給経路２０では、エアブロア２２で生成されたエアが、給排経路熱交換器２９を介して湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換され、暖められたエアが、加湿モジュール６を通過して燃料電池５の酸素極へ供給され、燃料電池５を昇温する。第２排出経路２５では、燃料電池５の排出ガスが、給排経路熱交換器２９を介して湯水循環経路２８の湯水と熱交換されることなく、装置外へ排出される。
４．冷却水循環経路１５の冷却水の循環が始まった時、エアブロア２２と湯水ポンプ３６を停止し、発電作動時の経路と同じく、ガス供給経路１９及びガス排出経路２３を第２供給経路２１及び第１排出経路２４に切換制御する。
ガス供給経路１９のエアによる燃料電池５の昇温は、冷却水槽１４の冷却水の温度Ｔ２が所定温度Ｔｗに達するまで行う。
【００３４】
また、電池温度センサ５１は、ガス供給経路１９からエアが供給される燃料電池５の入口でエアの温度を計測するように設ける。制御装置４１によって給排経路切換手段４４の切換制御とエアブロア２２の流量調整を行う事で、燃料電池５の酸素極に供給されるエアの温度を調整する。
【００３５】
本システム１の起動時、燃料電池５の温度が発電作動温度Ｔａよりも低く、冷却水の温度Ｔ２が所定温度Ｔｗよりも低い場合、ガス供給経路１９及びガス排出経路２３は、「エアブロア２２→エア送出切換弁４５→給排送入切換弁４８→給排経路熱交換器２９→給排送出切換弁４９→エア送入切換弁４６→加湿モジュール６→燃料電池５→ガス送出切換弁４７→装置外」からなる第１供給経路２０及び第２排出経路２５を形成する。
【００３６】
従って、上記構成のシステム１によれば、燃料電池５の発電作動時に発生する熱を回収する冷却水循環経路１５の冷却水と、燃料電池５のガス供給経路１９のエアの２つを利用し、湯水循環経路２８の湯水と熱交換して、システム起動時の燃料電池５の温度を昇温させるので、発電作動温度Ｔａまでの燃料電池５の昇温時間ｔｓを短縮できる。また、システム起動時、冷却水循環経路１５を第２循環経路１７に切り換えるので、必要のない部品配管への冷却水の流入を止める事で、その経路での熱損失を減らすことができると共に、損失していた熱を燃料電池５の昇温に利用でき、昇温時間ｔｓを短縮できる。さらに、ヒータ１８が冷却水槽１４の水温を上昇させている時においても、貯湯槽２７の湯水と熱交換したエアによって燃料電池５を加熱でき、昇温時間ｔｓを短縮できる。また昇温時間ｔｓを短縮することによって、ヒータ１８の使用に伴う電力量を軽減できる。
【００３７】
また、燃料電池５へ供給するエアを外気温に近い温度から徐々に上昇させて、燃料電池５を昇温することができる。よって、外気温が低い場合であっても、急激な温度変化を最小限に止めるように制御を行うことができるので、急激な温度変化に伴う熱によるストレスが軽減され、燃料電池の部材の損傷を防ぎ、劣化をできる限り抑えて寿命を長くできる。
【００３８】
また、燃料電池５の発電作動時、第１循環経路１６の冷却水と第１排出経路２４の排出ガスと湯水循環経路の湯水との間で熱交換でき、燃料電池の排熱を湯水の加温に有効利用できる。
【００３９】
また、経路の切換制御に必要な主要部品の追加等は少なく、追加があったとしても切換弁、配管等の比較的小型部品の追加で済むので、デッドスペース等に配置可能となり、全体の寸法形状や部品レイアウトの変更に対する影響を少なくできる。さらに、第１供給経路２０及び第１排出経路２４が給排経路熱交換器２９と給排経路切換手段４４とを共有するので、給排経路熱交換器２９の前段及び後段における給排経路切換手段４４までの間を、１経路に集中させることができ、この間の配管の引き回しを容易にできる。
【００４０】
次に、図２は本発明の他の実施の形態を示す燃料電池発電システム２の構成図である。
本システム２は、図１のシステム１の構成に加えて、第１供給経路２０が、酸素ガスとしてのエアを酸素極に供給するガス酸素極供給経路５６と、エアを水素極に供給するガス水素極供給経路５７と、ガス酸素極供給経路５６またはガス水素極供給経路５７の少なくとも一方から対応する各極へエアを供給するように切り換える両極経路切換手段５８と、を備えて構成されている。
【００４１】
両極経路切換手段５８は、エア送入切換弁４６から送入されたエアを、ガス酸素極供給経路５６またはガス水素極供給経路５７の少なくとも一方に送入させるように切換制御可能に構成された両極経路送入切換弁６１と、ガス水素極供給経路５７に送入されたエアを水素ガス供給経路２６に合流させる水素ガス経路合流切換弁６２と、から構成されている。他の構成は、システム１と同様である。
【００４２】
本システム２の起動時、燃料電池５の温度が発電作動温度Ｔａよりも低く、冷却水の温度Ｔ２が所定温度Ｔｗよりも低い場合、制御装置４２によって、システム１と同様に、ガス供給経路１９を第１供給経路２０に、ガス排出経路２３を第２排出経路２５に、冷却水循環経路１５を第２循環経路１７に切換制御する。第１供給経路２０では、給排経路熱交換器２９を介して湯水循環経路２８の湯水との間で熱交換され、暖められたエアが、エア送入切換弁４６から流出される。さらに制御装置４２は、この暖められたエアを所定比率で２分割して、一方のエアをガス酸素極供給経路５６に、他方のエアをガス水素極供給経路５７に送入させるように両極経路送入切換弁６１を切換制御する。またガス水素極供給経路５７に送入されたエアを水素ガス供給経路２６に合流させるように水素ガス経路合流切換弁６２を切換制御する。そして、暖められたエアは、水素極及び酸素極の両方へ供給され、燃料電池５を昇温する。
【００４３】
また燃料電池５の発電作動時、制御装置４２は、システム１と同様に、ガス供給経路１９を第２供給経路２１に、ガス排出経路２３を第１排出経路２４に、冷却水循環経路１５を第１循環経路１６に切換制御する。また、水素ガスの供給前に、第２供給経路２１のエアをガス酸素極供給経路５６のみへ送入させるように両極経路送入切換弁６１を切換制御し、水素ガス経路合流切換弁６２を閉じるように切換制御する。切換完了後、水素極のエアを抜取装置（図示略）によって抜き取り、燃料タンクの水素ガスを水素ガス供給経路２６を介して水素極へ供給する。第２供給経路２１のエアをガス酸素極供給経路５６を介して酸素極へ供給して発電を開始する。
【００４４】
本システム２によれば、システム起動時、燃料電池５の両極における昇温の部分的な偏りを減らし、発電作動時の電気化学反応をより均等に起こすことができ、発電効率を高めることができる。
【００４５】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）ガス排出経路は、第１排出経路及び第２排出経路を切換制御するものに限らず、第２排出経路のみを設け切換制御しないように構成しても良い。この場合もシステム１と同様に、発電作動温度Ｔａまでの昇温時間ｔｓを短縮できる。
（２）ガス供給経路及びガス排出経路で利用する熱交換器は、図１のシステム１のように給排経路熱交換器２９を共有するものに限らず、図３のシステム３の供給経路熱交換器６４及び排出経路熱交換器６５のように、経路毎に独立して設けても良い。本システム３は制御装置４３によって、制御装置４１と同様に切換制御される。この場合、本システム３は、システム１と比較して、熱交換器の数は増えるものの、図１の給排送入切換弁４８及び給排送出切換弁４９を省くことができる。よって、切換制御の対象となる可動部品を減らして、可動系に関するシステムの信頼性を高めることが可能となる。
（３）酸素ガスは、エアブロアで生成されるエアに限らず、エアタンク等から送り出されるものでも良い。また空気に限らず、含まれる酸素の割合を調整したものでも良い。
（４）システム２において、制御装置は、システム起動時、水素極及び酸素極の両方へエアを送るように両極経路切換手段を制御するに限らず、水素極または酸素極のいずれか一方へ所定の時間間隔で交互に供給するように制御しても良い。この場合も、昇温の部分的な偏りを減らし、より均等に電気化学反応を生じることができる。
（５）両極経路切換手段は、両極経路送入切換弁のみから構成し、エアを水素極へ直接供給するように構成しても良い。この場合、ガス水素極供給経路を水素ガス供給経路に合流させる水素ガス経路合流切換弁を省くことができる。
（６）湯水循環経路は、湯水を貯湯槽の保温装置（図示略）により所定温度に暖めるものに限らず、他の給湯システムから湯水を分配して循環する経路を利用しても良い。
（７）電池温度センサは、燃料電池の入口でエアの温度を計測する位置に限らず、水素ガスの温度を計測する位置や、反応膜の温度を計測する位置に設けても良い。これらの位置の温度に基づいて、各切換手段を切換制御すれば、より穏やかに燃料電池を昇温可能となり、劣化をより抑えることが可能となる。
（８）システム起動時、ガス供給経路のエアによる燃料電池の昇温は、冷却水槽の冷却水の温度Ｔ２が所定温度Ｔｗに達した後も、例えば、湯水温度センサ５３で検出した湯水の温度Ｔ３が、所定温度Ｔｗよりも高く、燃料電池５の発電作動温度Ｔａよりも低い場合には、継続させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの他の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る燃料電池発電システムの他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２，３・・燃料電池発電システム、５・・燃料電池、６・・加湿モジュール、７・・加湿タンク、１１・・温度調整部、１４・・冷却水槽、１５・・冷却水循環経路、１６・・第１循環経路、１７・・第２循環経路、１８・・ヒータ、１９・・ガス供給経路、２０・・第１供給経路、２１・・第２供給経路、２２・・空気ブロア、２３・・ガス排出経路、２４・・第１排出経路、２５・・第２排出経路、２６・・水素ガス供給経路、２７・・貯湯槽、２８・・湯水循環経路、２９・・給排経路熱交換器、３０・・冷却水熱交換器、３１・・循環経路切換手段、３３・・供給経路切換手段、３４・・排出経路切換手段、３６・・湯水ポンプ、３７・・冷却水ポンプ、３９・・冷却水流入切換弁、４０・・冷却水流出切換弁、４１，４２，４３・・制御装置、４４・・給排経路切換手段、４５・・エア送出切換弁、４６・・エア送入切換弁、４７・・ガス送出切換弁、４８・・給排送入切換弁、４９・・給排送出切換弁、５１・・電池温度センサ、５２・・冷却水温度センサ、５３・・湯水温度センサ、５６・・ガス酸素極供給経路、５７・・ガス水素極供給経路、５８・・両極経路切換手段、６１・・両極経路送入切換弁、６２・・水素ガス経路合流切換弁、６４・・供給経路熱交換器、６５・・排出経路熱交換器、Ｔ１・・燃料電池の温度、Ｔ２・・冷却水の温度、Ｔ３・・湯水の温度、Ｔａ・・発電作動温度、Ｔｗ・・冷却水の所定温度、ｔｓ・・昇温時間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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