(57)【要約】【課題】システム起動時に、触媒温度を速やかに上昇させると共に、未燃焼の燃料ガスの排出を低減可能な燃料電池システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０を経由するように冷媒を循環させる冷媒循環系と、循環する冷媒を加熱する触媒燃焼器７０と、燃料電池スタック１０及び触媒燃焼器７０に空気を供給するコンプレッサ３１と、を備え、燃料電池スタック１０及び触媒燃焼器７０はコンプレッサ３１に対して並列で配置され、システム起動時に、燃料電池スタック１０を暖機する場合、触媒燃焼器７０が冷媒を介して燃料電池スタック１０を暖機する燃料電池システム１であって、燃料電池スタック１０の暖機が完了したか否かを判定するＥＣＵ９０を備え、暖機は完了したと判定された後、コンプレッサ３１は、触媒燃焼器７０に空気を供給し、触媒燃焼器７０を掃気する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池を経由するように熱交換流体を循環させる熱交換流体循環手段と、
燃料ガス及び酸化剤ガスを触媒燃焼し、循環する熱交換流体を加熱する触媒燃焼器と、
前記触媒燃焼器を掃気ガスにより掃気する触媒燃焼器掃気手段と、
を備え、
前記燃料電池及び前記触媒燃焼器は前記酸化剤ガス供給手段に対して並列で配置され、
システム起動時に、前記燃料電池を暖機すると判定された場合、前記触媒燃焼器が熱交換流体を介して前記燃料電池を暖機する燃料電池システムであって、
前記燃料電池の暖機が完了したか否かを判定する暖機完了判定手段を備え、
前記暖機完了判定手段により前記燃料電池の暖機は完了したと判定された後、前記触媒燃焼器掃気手段は、前記触媒燃焼器に掃気ガスを供給し、当該触媒燃焼器を掃気する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記触媒燃焼器掃気手段は、前記熱交換流体が前記触媒燃焼器を経由して循環している場合に、掃気する
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】
前記燃料電池から排出された熱交換流体の温度を検出する温度検出手段と、
前記熱交換流体の温度に基づいて、冷媒が前記触媒燃焼器を経由するか否かを切り替える切替手段と、を備えた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記触媒燃焼器掃気手段は、前記触媒燃焼器への掃気ガスの積算供給時間が所定時間に到達した場合、前記触媒燃焼器への掃気ガスの供給を停止する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記触媒燃焼器掃気手段は、前記触媒燃焼器への掃気ガスの積算供給量が所定供給量に到達した場合、前記触媒燃焼器への掃気ガスの供給を停止する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記触媒燃焼器掃気手段は前記酸化剤ガス供給手段であって、前記掃気ガスは当該酸化剤ガス供給手段から吐出される酸化剤ガスであり、
当該酸化剤ガス供給手段は、前記燃料電池における酸化剤ガスの消費量に対応して、前記燃料電池で酸化剤ガス不足とならないように、前記触媒燃焼器に酸化剤ガスを供給する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池を経由するように熱交換流体を循環させる熱交換流体循環手段と、
燃料ガス及び酸化剤ガスを触媒燃焼し、循環する熱交換流体を加熱する触媒燃焼器と、
前記触媒燃焼器を掃気ガスにより掃気する触媒燃焼器掃気手段と、
を備え、
前記燃料電池及び前記触媒燃焼器は前記酸化剤ガス供給手段に対して並列で配置され、
システム起動時に、前記燃料電池を暖機すると判定された場合、前記触媒燃焼器が熱交換流体を介して前記燃料電池を暖機する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池の暖機は完了したと判定された後、前記触媒燃焼器掃気手段から前記触媒燃焼器に掃気ガスを供給し、当該触媒燃焼器を掃気する
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス）がアノードに、酸素（酸化剤ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。燃料電池は、その発電電力によって走行する燃料電池自動車や、家庭用電源など広範囲で適用されつつあり、今後もその適用範囲の拡大が期待されている。
【０００３】
このような燃料電池を良好に発電させるには、アノード及びカソードにおける電極反応が良好に進むように、アノード等に含まれる触媒等に関係する好適発電温度（ＰＥＦＣの場合、７０〜８０℃）に暖機することが好ましい。そこで、触媒燃焼器によって、水素及び空気を触媒燃焼させ、燃焼熱を発生し、この燃焼熱を利用して燃料電池を暖機する燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４３００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水素と空気とを触媒燃焼させると、水蒸気が生成し、この水蒸気が触媒燃焼器に内蔵される触媒の表面に付着する場合がある。また、触媒燃焼器が、燃料電池から排出されたオフガスが流れるオフガス配管と接続されている場合、燃料電池において、発電により生成した水蒸気が、触媒燃焼器に浸入し、触媒表面に付着する虞がある。
【０００５】
そして、このように触媒表面に、水分が付着したままで、次回システム起動時に、燃料電池を暖機するため、触媒燃焼器に水素及び空気を供給すると、付着した水分によって、水素及び空気と触媒との接触が阻害されて触媒燃焼しにくくなる。その結果、触媒燃焼の燃焼熱により、触媒の温度がその好適活性温度に昇温しにくくなり、触媒燃焼器が良好に作動可能な温度に到達するまでの時間が長くなる。また、このように触媒燃焼しにくいので、触媒燃焼器から排出される未燃焼の水素の量が増加してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、システム起動時に、燃料ガス及び酸化剤ガスを好適に触媒燃焼して、触媒温度を速やかに上昇させると共に、触媒燃焼器から未燃焼の燃料ガスの排出を低減可能な燃料電池システム及びその運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池を経由するように熱交換流体を循環させる熱交換流体循環手段と、燃料ガス及び酸化剤ガスを触媒燃焼し、循環する熱交換流体を加熱する触媒燃焼器と、前記触媒燃焼器を掃気ガスにより掃気する触媒燃焼器掃気手段と、を備え、前記燃料電池及び前記触媒燃焼器は前記酸化剤ガス供給手段に対して並列で配置され、システム起動時に、前記燃料電池を暖機すると判定された場合、前記触媒燃焼器が熱交換流体を介して前記燃料電池を暖機する燃料電池システムであって、前記燃料電池の暖機が完了したか否かを判定する暖機完了判定手段を備え、前記暖機完了判定手段により前記燃料電池の暖機は完了したと判定された後、前記触媒燃焼器掃気手段は、前記触媒燃焼器に掃気ガスを供給し、当該触媒燃焼器を掃気することを特徴とする燃料電池システムである。
【０００８】
ここで、触媒燃焼器を掃気するとは、触媒燃焼器に残留する水分（水蒸気、結露水等）を、触媒燃焼器の外部に押し出すことを意味する。そして、掃気ガスとは、このように触媒燃焼器を掃気するため、これに導入されるガスを意味する。
また、燃料電池及び触媒燃焼器は、酸化剤ガス供給手段に対して並列で配置されているとは、１つの酸化剤ガス供給手段から吐出される酸化剤ガスが、分岐して燃料電池と触媒燃焼器とに供給されるように、燃料電池及び触媒燃焼器が配置されていることを意味する。
【０００９】
このような燃料電池システムによれば、暖機完了判定手段により燃料電池の暖機は完了したと判定された後、触媒燃焼器掃気手段が、圧縮によって高温となった掃気ガスを触媒燃焼器に供給し、触媒燃焼器を掃気するので、触媒燃焼器に残留する水分（水蒸気、結露水等）を外部に排出することができる。これにより、システム停止中に、触媒燃焼器内が凍結することは防止される。
【００１０】
したがって、次回システム起動時において、燃料電池を暖機するため、触媒燃焼器に燃料ガス及び酸化剤ガスが供給された場合、燃料ガス及び酸化剤ガスは、水分に阻害されることなく、触媒に接触することができる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスは触媒下で良好に触媒燃焼することができ、その結果、触媒の温度は速やかに上昇し、その好適活性温度に速やかに到達する。すなわち、触媒燃焼器がその好適作動温度に到達するまでの時間が長くなることはない。
また、燃料ガス及び酸化剤ガスが、触媒燃焼器で良好に触媒燃焼するので、触媒燃焼器から排出される未燃焼の燃料ガスを低減することができる。
【００１１】
また、前記触媒燃焼器掃気手段は、前記熱交換流体が前記触媒燃焼器を経由して循環している場合に、掃気することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１２】
このような燃料電池システムによれば、暖機完了後、発電する燃料電池の自己発熱によって暖められた冷媒が、触媒燃焼器を経由して循環している場合に、触媒燃焼器掃気手段が触媒燃焼器を掃気する。すなわち、暖かい冷媒によって触媒燃焼器を暖めながら、触媒燃焼器掃気手段からの掃気ガスによって触媒燃焼器を掃気するので、掃気ガスによる触媒燃焼器の掃気、つまり、その内部の乾燥を促進することができる。
【００１３】
また、前記燃料電池から排出された熱交換流体の温度を検出する温度検出手段と、前記熱交換流体の温度に基づいて、冷媒が前記触媒燃焼器を経由するか否かを切り替える切替手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムである。
【００１４】
このような燃料電池システムによれば、例えば、温度検出手段により検出された熱交換流体の温度が所定温度以上の場合、切替手段により冷媒が触媒燃焼器を経由するように構成し、一方、熱交換流体の温度が所定温度以上でない場合、切換手段により冷媒が触媒燃焼器を迂回するように構成することにより、所定温度以上の熱交換流体によって触媒燃焼器を暖めつつ、触媒燃焼器掃気手段からの掃気ガスによって触媒燃焼器を掃気することができる。
【００１５】
また、前記触媒燃焼器掃気手段は、前記触媒燃焼器への掃気ガスの積算供給時間が所定時間に到達した場合、前記触媒燃焼器への掃気ガスの供給を停止することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１６】
このような燃料電池システムによれば、触媒燃焼器への掃気ガスの積算供給時間が所定積算供給時間に到達した場合、触媒燃焼器掃気手段による触媒燃焼器への掃気ガスの供給を停止する。すなわち、触媒燃焼器への掃気ガスの供給の停止判定を、触媒燃焼器への掃気ガスの積算供給時間に基づいて行うため、例えば、触媒燃焼器への掃気ガスの供給（掃気）が中断されても、触媒燃焼器の掃気に必要であって、所定積算供給時間と関連付けられた掃気ガスの量を供給することができる。
そして、積算供給時間が所定積算供給時間に到達した場合、触媒燃焼器への掃気ガスの供給を停止することで、触媒燃焼器掃気手段の消費エネルギ及びその作動音を抑えることができる。
【００１７】
また、前記触媒燃焼器掃気手段は、前記触媒燃焼器への掃気ガスの積算供給量が所定供給量に到達した場合、前記触媒燃焼器への掃気ガスの供給を停止することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１８】
このような燃料電池システムによれば、触媒燃焼器への掃気ガスの供給の停止判定を、触媒燃焼器への掃気ガスの積算供給量に基づいて行うため、例えば、触媒燃焼器への掃気ガスの供給（掃気）が中断されても、触媒燃焼器の掃気に必要な所定積算供給量の掃気ガスを供給することができる。そして、積算供給量が所定積算供給量に到達した場合、触媒燃焼器への掃気ガスの供給を停止することで、触媒燃焼器掃気手段の消費エネルギを抑えることができる。
【００１９】
また、前記触媒燃焼器掃気手段は前記酸化剤ガス供給手段であって、前記掃気ガスは当該酸化剤ガス供給手段から吐出される酸化剤ガスであり、当該酸化剤ガス供給手段は、前記燃料電池における酸化剤ガスの消費量に対応して、前記燃料電池で酸化剤ガス不足とならないように、前記触媒燃焼器に酸化剤ガスを供給することを特徴とする燃料電池システムである。
【００２０】
このような燃料電池システムによれば、燃料電池における酸化剤ガスの消費量に対応して、燃料電池で酸化剤ガス不足とならないように、触媒燃焼器掃気手段である酸化剤ガス供給手段が、触媒燃焼器に掃気ガスとして酸化剤ガスを供給する。すなわち、燃料電池に対しての発電要求が小さく、燃料電池への酸化剤ガスの供給量に余裕がある場合、酸化剤ガス供給手段が触媒燃焼器に酸化剤ガスを供給するので、燃料電池の発電性能（出力電力）を確保しつつ、触媒燃焼器に酸化剤ガスを供給し、触媒燃焼器を掃気することができる。
【００２１】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池を経由するように熱交換流体を循環させる熱交換流体循環手段と、燃料ガス及び酸化剤ガスを触媒燃焼し、循環する熱交換流体を加熱する触媒燃焼器と、前記触媒燃焼器を掃気ガスにより掃気する触媒燃焼器掃気手段と、を備え、前記燃料電池及び前記触媒燃焼器は前記酸化剤ガス供給手段に対して並列で配置され、システム起動時に、前記燃料電池を暖機すると判定された場合、前記触媒燃焼器が熱交換流体を介して前記燃料電池を暖機する燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池の暖機は完了したと判定された後、前記触媒燃焼器掃気手段から前記触媒燃焼器に掃気ガスを供給し、当該触媒燃焼器を掃気することを特徴とする燃料電池システムの運転方法である。
【００２２】
このような燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池の暖機は完了したと判定された後、触媒燃焼器掃気手段から、圧縮によって高温となった掃気ガスを触媒燃焼器に供給し、触媒燃焼器を掃気するので、触媒燃焼器に残留する水分（水蒸気、結露水等）を外部に排出することができる。これにより、システム停止中に、触媒燃焼器内が凍結することは防止される。
【００２３】
したがって、次回システム起動時において、燃料電池を暖機するため、触媒燃焼器に燃料ガス及び酸化剤ガスが供給された場合、燃料ガス及び酸化剤ガスは、水分に阻害されることなく、触媒に接触することができる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスは触媒下で良好に触媒燃焼することができ、その結果、触媒の温度は速やかに上昇し、その好適活性温度に速やかに到達する。すなわち、触媒燃焼器がその好適作動温度に到達するまでの時間が長くなることはない。
また、燃料ガス及び酸化剤ガスが、触媒燃焼器で良好に触媒燃焼するので、触媒燃焼器から排出される未燃焼の燃料ガスを低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、システム起動時に、燃料ガス及び酸化剤ガスを好適に触媒燃焼して、触媒温度を速やかに上昇させると共に、触媒燃焼器から未燃焼の燃料ガスの排出を低減可能な燃料電池システム及びその運転方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
【００２６】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費等する電力消費系と、燃料電池スタックを経由するように冷媒（熱交換流体）を循環させる冷媒循環系（熱交換流体循環手段）と、循環する冷媒を加熱する冷媒加熱系と、ＩＧ８１（イグニッション）と、これらを電子制御するＥＣＵ９０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２７】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。
【００２８】
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１（燃料ガス流路）、カソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶOpen Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、ＯＣＶが所定ＯＣＶ以上となった状態で、発電要求があり、後記するコンタクタ４３がＯＮされ、ＶＣＵ４２が制御され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
【００２９】
また、本実施形態では、燃料電池スタック１０と触媒燃焼器７０とは、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段）に対して、並列で配置されている。そして、コンプレッサ３１からの空気が、後記する背圧弁３２及び空気導入弁６３が適宜に開閉されることにより、燃料電池スタック１０及び触媒燃焼器７０に適宜に振り分けられるようになっている。
【００３０】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１と、遮断弁２２と、エゼクタ２３と、パージ弁２４（排出弁）とを備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、エゼクタ２３、配管２３ａを介して、アノード流路１１の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ９０からの指令によって遮断弁２２が開かれると、水素が、水素タンク２１から、遮断弁２２等を経由して、アノード流路１１に供給されるようになっている。
【００３１】
アノード流路１１の出口は、配管２４ａ、パージ弁２４、配管２４ｂを介して、後記する希釈器３３に接続されている。また、配管２４ａの途中は、配管２４ｃを介してエゼクタ２３に接続されている。
【００３２】
パージ弁２４は、ＥＣＵ９０によって制御される開閉弁であり、燃料電池スタック１０の発電中は閉じられる設定となっている。これにより、アノード流路１１から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスは、配管２４ｃを介してエゼクタ２３に戻されるようになっている。そして、戻された水素は、再びアノード流路１１に供給され、水素が循環するようになっている。すなわち、燃料電池システム１は、水素を循環させる水素循環系を備えており、水素が効率的に利用されるようになっている。
【００３３】
一方、循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）が多くなり、燃料電池スタック１０及び／又は単セルの出力が下がった場合、不純物を排出するため、パージ弁２４は開かれ、アノードオフガスが希釈器３３に供給されるようになっている。
【００３４】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段、触媒燃焼器掃気手段）と、背圧弁３２と、希釈器３３（希釈装置）と、サイレンサ３４（消音器）と、水素センサ３５（燃料ガス濃度検出手段）とを備えている。
コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路１２の入口に接続されており、ＥＣＵ９０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、カソード流路１２に供給するようになっている。また、配管３１ａには加湿器（図示しない）が設けられており、カソード流路１２に供給される空気が適宜に加湿されるようになっている。
【００３５】
さらに、コンプレッサ３１は、後記するポンプ５３と、電動モータ等の動力源（図示しない）を共有、つまり、この動力源の駆動軸周りにコンプレッサ３１及びポンプ５３の羽根車がそれぞれ固定されており、コンプレッサ３１及びポンプ５３は同期するように設計されている。そして、このように動力源を共有しているので、システム構成が簡易となっている。
【００３６】
カソード流路１２の出口は、配管３２ａ、背圧弁３２、配管３２ｂを介して、希釈器３３に接続されており、燃料電池スタック１０のカソードから排出されたカソードオフガスが希釈器３３に供給されるようになっている。つまり、背圧弁３２は、燃料電池スタック１０の下流側に配置されており、また、例えばバラフライ弁から構成され、その開度を自由に変更可能となっている。そして、ＥＣＵ９０によって背圧弁３２の開度が制御されることで、コンプレッサ３１から燃料電池スタック１０のカソード流路１２（カソード）に供給される空気の圧力及び流量が、制御されるようになっている。
【００３７】
希釈器３３は、パージ弁２４が開かれることでアノード系から導入されるアノードオフガスと、カソード流路１２から排出されたカソードオフガス（酸化剤ガス、希釈用ガス）とを混合し、アノードオフガス中の水素を希釈する機器であり、これらガスを混合し、水素を希釈するための希釈空間を備えている。そして、希釈器３３で希釈された後のガスは、配管３３ａ、サイレンサ３４、配管３４ａを介して、車外（外部）に排出されるようになっている。なお、サイレンサ３４は、カソード系を流れるガス中を伝達するコンプレッサ３１の作動音を低減するものである。
【００３８】
水素センサ３５は、水素濃度を検出するセンサであり、配管３２ｂ上であって、配管３３ａと後記する触媒燃焼器７０から排出された排気ガスが流れる配管７０ｃとの接続点よりも下流側に配置されている。すなわち、水素センサ３５は、触媒燃焼器７０の下流側に配置されている。
そして、水素センサ３５は、配管３３ａを流れるガス中の水素濃度Ｃ１１を検出するようになっている。また、水素センサ３５はＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０は水素濃度Ｃ１１を検知するようになっている。
【００３９】
＜電力消費系＞
電力消費系は、燃料電池スタック１０の発電電力を消費等する系であって、燃料電池自動車の動力源となる走行モータ４１と、ＶＣＵ４２（Voltage Control Unit）と、コンタクタ４３とを備えている。ＶＣＵ４２は、燃料電池スタック１０の出力電力（電流、電圧）を制御する機器であって、ＤＣ／ＤＣチョッパ等を備えている。コンタクタ４３は、燃料電池スタック１０とＶＣＵ４２及び走行モータ４１との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。走行モータ４１は、三相交流電流を発生させるＰＤＵ（Power Drive Unit、図示しない）、ＶＣＵ４２、コンタクタ４３を順に介して、燃料電池スタック１０の出力端子に接続されている。
【００４０】
そして、ＥＣＵ９０がコンタクタ４３をＯＮした状態で、アクセルペダル８２等からの発電要求に応じてＶＣＵ４２を制御すると、燃料電池スタック１０から電流が取り出され、燃料電池スタック１０が発電し、走行モータ４１が回転するようになっている。一方、コンタクタ４３がＯＦＦされている場合、燃料電池スタック１０から電流が取り出されないので、燃料電池スタック１０が発電することはない。
【００４１】
その他、電力消費系は、蓄電装置や、ＤＣ／ＤＣコンバータ等（いずれも図示しない）を備えている。蓄電装置は、燃料電池スタック１０の余剰発電電力や、走行モータ４１からの回生電力を蓄えたり、燃料電池スタック１０の発電電力が低い場合、その充電電力を放電し燃料電池スタック１０を補助するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記蓄電装置に充放電される電力を適宜に昇降圧するものである。
また、コンプレッサ３１、ポンプ５３、遮断弁２２、パージ弁２４等も電力消費系に含まれ、前記蓄電装置及び／又は燃料電池スタック１０を電源として作動するようになっている。このため、アクセルペダル８２等から発電要求がなくても、コンプレッサ３１等の補機を作動する必要がある場合、これに応じて、ＥＣＵ９０は燃料電池スタック１０を発電させるようになっている。
【００４２】
＜冷媒循環系＞
冷媒循環系は、燃料電池スタック１０の冷媒流路１３を経由するように、エチレングリコール等の冷媒を循環させる系であって、ラジエータ５１と、サーモスタット５２と、ポンプ５３と、三方弁５４（切替手段）と、温度センサ５５（温度検出手段）とを備えている。
【００４３】
冷媒流路１３の出口は、配管５２ａ、サーモスタット５２、配管５２ｂ、ポンプ５３、配管５３ａ、三方弁５４、配管５４ａを介して、冷媒流路１３の入口に接続されている。そして、ポンプ５３がＥＣＵ９０の指令に従って作動すると、冷媒が循環するようになっている。
【００４４】
三方弁５４は、ＥＣＵ９０に制御され、配管５３ａと、配管５４ａ又は後記する配管７０ａとを連通させることができ、循環する冷媒を触媒燃焼器７０を経由させるか否かを切り替え可能となっている。なお、システム起動時において、触媒燃焼器７０によって燃料電池スタック１０を暖機する場合、冷媒が配管５３ａ、７０ａを通って、冷媒が触媒燃焼器７０に向かうように、三方弁５４は制御される。
ただし、循環する冷媒の触媒燃焼器７０の経由／迂回を切替可能であれば三方弁５４に限定されず、例えば、配管５４ａ、７０ａにそれぞれ開閉弁を設け、これらを適宜に開閉する構成としてもよい。
【００４５】
配管５２ａの途中は、配管５１ａ、ラジエータ５１、配管５１ｂを介して、サーモスタット５２に接続されている。サーモスタット５２は、冷媒の温度が低い場合は閉じ、配管５２ａと配管５２ｂとを連通させるように構成されている。一方、冷媒の温度が高くなると、サーモスタット５２は開き、配管５１ｂと配管５２ｂとが連通し、高温の冷媒がラジエータ５１で冷却されるようになっている。
【００４６】
温度センサ５５は、冷媒流路１３から排出された直後の冷媒の温度Ｔｗを検出するセンサであり、配管５２ａに設けられている。
なお、本実施形態では、冷媒の温度Ｔｗは、燃料電池スタック１０の温度に等しいと仮定しており、温度Ｔｗは冷媒及び燃料電池スタック１０の温度を示す。そして、温度センサ５５はＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０は、温度センサ５５からの検出信号によって、冷媒及び燃料電池スタック１０の温度Ｔｗを検知するようになっている。
【００４７】
＜冷媒加熱系＞
冷媒加熱系は、循環する冷媒を加熱する系であって、水素導入弁６１と、水素供給手段６２（例えばインジェクタ）と、空気導入弁６３と、ミキサ６４（混合器）と、触媒燃焼器７０とを備えている。
【００４８】
空気導入弁６３の上流側は配管６３ａを介して配管３１ａに接続されており、空気導入弁６３の下流側は配管６３ｂを介してミキサ６４に接続されている。そして、コンプレッサ３１の作動中、空気導入弁６３がＥＣＵ９０によって開かれると、酸素を含む空気（酸化剤ガス、掃気ガス）がミキサ６４に導入されるようになっている。すなわち、触媒燃焼器７０の掃気時には、空気導入弁６３が開かれ、コンプレッサ３１（触媒燃焼器掃気手段）から触媒燃焼器７０に、空気（掃気ガス、酸化剤ガス）が導入されるようになっている。
【００４９】
水素導入弁６１の上流側は配管６１ａを介して配管２１ａに接続されており、水素導入弁６１の下流側は配管６１ｂを介して水素供給手段６２に接続されており、水素供給手段６２は配管６３ｂの途中に設けられている。そして、ＥＣＵ９０からの指令によって水素導入弁６１が開かれ、水素供給手段６２が適宜に制御されると、水素が水素供給手段６２から配管６３ｂ内に吐出（供給）され、配管６３ｂを通る空気と共に、ミキサ６４に導入されるようになっている。
【００５０】
ミキサ６４は、これに導入される水素及び空気を混合し、燃料混合ガスを生成する機器であり、その内部に混合空間を有している。したがって、ミキサ６４は、水素及び空気を適切に混合するべく、水素等を拡散するためのリブ等の拡散手段を備えることが好ましい。そして、燃料混合ガスは、配管６４ａを介して触媒燃焼器７０の触媒部７１に供給されるようになっている。
【００５１】
触媒燃焼器７０は、燃料混合ガスを触媒下で燃焼させ、その燃焼熱によって、冷媒を加熱する機器であり、触媒部７１と熱交換部７５とを備えている。
触媒部７１は、触媒部本体７２と、触媒部本体７２を囲んだ円筒状のウォータジャケット７３と、温度センサ７４とを備えている。触媒部本体７２は、コージエライト等から形成され、燃料混合ガスの通路となる複数の細孔を有するハニカム体と、前記細孔を取り囲む壁面に担持されたＰｔ、Ｒｕ等の触媒と、を備えている。そして、燃料混合ガスが触媒部本体７２に供給されると、水素及び酸素が触媒下で燃焼反応し、燃焼熱を帯びた高温の排気ガスを生成するようになっている。この高温の排気ガスは、熱交換部７５に供給されるようになっている。
【００５２】
温度センサ７４は、触媒部本体７２から熱交換部７５に向かう排気ガスの温度を、触媒部本体７２の触媒の温度（触媒温度Ｔｓ）として検出するセンサである。また、温度センサ７４はＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０は温度センサ７４からの検出信号によって触媒温度Ｔｓを検知するようになっている。
【００５３】
熱交換部７５は、高温の排気ガスと、その内部を通流する冷媒との間で熱交換し、冷媒を加熱する部分である。冷媒は、三方弁５４から配管７０ａを介して熱交換部７５内に導入され、高温の排気ガスによって加熱された後、触媒部本体７２に外側に配置されたウォータジャケット７３内を通り、配管７０ｂを介して、配管５４ａに送られるようになっている。
【００５４】
また、熱交換後の排気ガスは、配管７０ｃ（排気ガス管）を通って、配管３３ａに導入されるようになっている。よって、外部に排出されるガス中の未燃焼の水素濃度Ｃ１１は、水素センサ３５によって検出されるようになっている。
【００５５】
＜その他機器＞
ＩＧ６１は、燃料電池自動車及び燃料電池システム１の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ６１はＥＣＵ９０と接続されており、ＥＣＵ９０はＩＧ６１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００５６】
アクセルペダル８２（Accelerator Pedal：ＡＰ）は、運転者が走行要求に応じて踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセルペダル８２は、その踏み込み程度に基づいた信号を、ＥＣＵ９０に送り、ＥＣＵ９０はアクセルペダル８２の踏み込み量を検知すると共に、アクセルペダル８２が踏まれている場合、燃料電池スタック１０に対して、運転者から発電要求があると認識するようになっている。
【００５７】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ９０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種処理を実行するようになっている。
【００５８】
ＥＣＵ９０は、遮断弁２２、パージ弁２４、コンプレッサ３１及び背圧弁３２を適宜に制御して、燃料電池スタック１０に水素及び空気を供給し、そして、コンタクタ４３及びＶＣＵ４２を制御して、燃料電池スタック１０を発電させる機能を備えている。
【００５９】
また、ＥＣＵ９０（暖機必要判定手段）は、燃料電池システム１の起動時に、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗと、暖機必要温度Ｔ１（例えば０℃）とに基づいて、触媒燃焼器７０を使用して、燃料電池スタック１０を暖機する必要があるか否か判定する機能を備えている。暖機必要温度Ｔ１は、燃料電池スタック１０内が凍結している虞があると予測される温度であり、ＭＥＡの材質等に関係し、事前試験によって求められる。
【００６０】
そして、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０を暖機すると判定された場合、コンプレッサ３１、水素導入弁６１、水素供給手段６２、空気導入弁６３及びポンプ５３等を制御し、触媒燃焼器７０に水素及び空気を導入して、触媒燃焼により燃料熱を生成しつつ、この燃焼熱によって、循環する冷媒を介して燃料電池スタック１０を暖機する機能を備えている。
【００６１】
さらに、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０の暖機を開始した後、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが、自己発電可能な温度（自己発電可能温度Ｔ２、例えば−１０℃）以上であるか否かを判定する機能を備えている。
さらにまた、ＥＣＵ９０（暖機完了判定手段）は、燃料電池スタック１０の発電を開始した後、自己発熱により温度上昇し、暖機が完了した温度（暖機完了温度Ｔ３、例えば３０℃）以上であるか否かを判定する機能を備えている。
なお、自己発電可能温度Ｔ２、暖機完了温度Ｔ３は、ＭＥＡの材質等に関係し、事前試験により求められる。
【００６２】
また、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０の暖機が完了した後、燃料電池スタック１０から排出された直後の冷媒の温度Ｔｗが、冷媒が触媒燃焼器７０を経由することが許可される温度（冷媒経由可能温度Ｔ４、所定温度、例えば７０℃）以上であるか否かを判定する機能を備えている。そして、この判定結果に基づいて、ＥＣＵ９０は、三方弁５４（切替手段）を制御し、冷媒の触媒燃焼器７０の経由又は迂回を切り替える機能を備えている。
冷媒経由可能温度Ｔ４は、この温度以上の冷媒を触媒燃焼器７０に供給すれば、暖かい冷媒によって、触媒燃焼器７０の掃気が促進されると予測される温度であり、事前試験等によって求められる。
【００６３】
さらに、ＥＣＵ９０は、アクセルペダル８２等からの発電要求量と、発電要求量及び燃料電池スタック１０に供給するべき空気流量（コンプレッサ３１の回転速度）とが予め関連付けられたマップと、現在の空気流量（現在のコンプレッサ３１の回転速度）と、に基づいて、コンプレッサ３１から燃料電池スタック１０に供給されている空気流量（ＦＣ空気流量）に余裕がある否かを判定する機能を備えている。
すなわち、ＥＣＵ９０は、発電要求に基づいて燃料電池スタック１０で消費されるべき空気量（消費量）に基づく空気流量と、現在の空気流量とに基づいて、余裕があるか否かを判定する機能を備えている。そして、ＥＣＵ９０は、この判定結果に基づいて、空気導入弁６３を開閉し、触媒燃焼器７０を掃気する機能を備えている。
【００６４】
さらにまた、ＥＣＵ９０は、コンプレッサ３１からの空気によって、触媒燃焼器７０の掃気が完了したか否かを判定する機能を備えている。
【００６５】
≪燃料電池システムの動作及び運転方法≫
次に、燃料電池システム１の動作及び運転方法を、ＥＣＵ９０に設定されたプログラム（フローチャート）の流れと共に説明する。
なお、ＩＧ８１がＯＮされると、図２のフローチャートに示す処理がスタートする。また、ＩＧ８１のＯＮ前（初期状態）において、コンプレッサ３１及びポンプ５３は停止している。遮断弁２２、パージ弁２４、背圧弁３２、水素導入弁６１及び空気導入弁６３は閉じており、コンタクタ４３はＯＦＦされている。三方弁５４は、配管５３ａと配管５４ａとが連通するポジション、つまり、冷媒が触媒燃焼器７０を迂回するポジションとなっている。
【００６６】
＜触媒燃焼器の使用判定＞
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗ及び暖機必要温度Ｔ１に基づいて、燃料電池システム１を起動するに際し、触媒燃焼器７０を使用する必要があるか否か、つまり、触媒燃焼器７０を使用して燃料電池スタック１０を暖機する必要があるか否かを判定する。
【００６７】
具体的には、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが暖機必要温度Ｔ１未満である場合、燃料電池スタック１０内が凍結している虞があるので、触媒燃焼器７０を使用する必要があると判定し（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１０２に進む。
一方、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが暖機必要温度Ｔ１未満でない場合、触媒燃焼器７０を使用する必要はないと判定し（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１１４に進む。
【００６８】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ９０は、触媒燃焼器７０の運転を開始し、燃料電池スタック１０を暖機する。
具体的には、ＥＣＵ９０は、空気導入弁６３を開き、コンプレッサ３１及びポンプ５３を作動させる。これに並行して、ＥＣＵ９０は、水素導入弁６１を開き、水素供給手段６２を適宜に制御して、配管６３ｂ内に水素を吐出する。
これにより、水素及び空気がミキサ６４に送られ、ミキサ６４で好適に混合され、燃料混合ガスが生成し、この燃料混合ガスが触媒燃焼器７０の触媒部本体７２に供給される。
また、ＥＣＵ９０は、三方弁５４を制御して、配管５３ａと配管７０ａとを連通させる。これにより、ポンプ５３の作動によって循環する冷媒が、触媒燃焼器７０を経由する。
【００６９】
そうすると、触媒部本体７２では、燃料混合ガス中の水素及び酸素が触媒燃焼し、燃焼熱を生成すると共に、この燃焼熱を有する高温の排気ガスが生成する。そして、この燃焼熱により、触媒部本体７２の触媒温度Ｔｓが上昇し始める。
排気ガスは、熱交換部７５において、冷媒と熱交換し、冷媒を加熱した後、配管７０ｃ、３３ａ、サイレンサ３４を通って外部に排出される。一方、加熱された冷媒は、ウォータジャケット７３を通った後、配管７０ｂ、５４ａを介して、冷媒流路１３に供給される。これにより、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが上昇し始める。なお、触媒燃焼器７０から外部に排出される排気ガスには、未燃焼の水素が含まれており、その水素濃度Ｃ１１は、水素センサ３５で検出されている。
【００７０】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが、自己発電可能な自己発電可能温度Ｔ２（例えば−１０℃）以上であるか否かを判定する。
燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが自己発電可能温度Ｔ２以上であると判定された場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１０４に進む。一方、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが自己発電可能温度Ｔ２以上でないと判定された場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ９０の処理は、ステップＳ１０３の判定を繰り返す。
【００７１】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ９０は、触媒燃焼器７０の運転を停止し、触媒燃焼器７０による燃料電池スタック１０の暖機を停止する。
具体的には、ＥＣＵ９０は、水素導入弁６１及び空気導入弁６３を閉じる。ただし、水素導入弁６１を閉じた後、空気導入弁６３は所定時間の間にて開いておき、コンプレッサ３１から触媒燃焼器７０に空気を送り込み、この空気によって、触媒燃焼器７０に残留する水素を排出することが好ましい。
また、ＥＣＵ９０は、三方弁５４を、配管５３ａと配管５４ａとが連通するポジションに制御する。これにより、循環する冷媒が、触媒燃焼器７０を迂回する。
【００７２】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０内のガスを置換する。
具体的には、ＥＣＵ９０は、遮断弁２２を開いた後、パージ弁２４を適宜に開き、アノード流路１１内を水素に置換する。これに並行して、ＥＣＵ９０は、背圧弁３２を開き、カソード流路１２内を空気に置換する。このような水素及び空気への置換は、電圧センサ（図示しない）を介して検出される燃料電池スタック１０のＯＣＶが、その発電を許可可能な所定ＯＣＶに高まるまで継続される。
【００７３】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０の発電を開始させる。
具体的には、ＥＣＵ９０は、コンタクタ４３をＯＮし、アクセルペダルや車内エアコンからの発電要求に対応して、ＶＣＵ４２を制御し、燃料電池スタック１０から電流を取り出し、発電させる。このように燃料電池スタック１０の発電を開始すると、発電に伴う自己発熱によって、燃料電池スタック１０及び冷媒の温度Ｔｗが上昇し始める。
【００７４】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ９０は、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが、暖機完了温度Ｔ３（例えば３０℃）以上であるか否かを判定する。
燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが暖機完了温度Ｔ３以上であると判定された場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１０８に進む。一方、燃料電池スタック１０の温度Ｔｗが暖機完了温度Ｔ３以上でないと判定された場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１０７の判定を繰り返す。
【００７５】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ９０は、冷媒の温度Ｔｗが冷媒経由可能温度Ｔ４（例えば７０℃）以上であるか否かを判定する。
冷媒の温度Ｔｗが冷媒経由可能温度Ｔ４以上であると判定された場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１０９に進む。一方、冷媒の温度Ｔｗが冷媒経由可能温度Ｔ４以上でないと判定された場合（Ｓ１０８・Ｎｏ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１１５に進む。
【００７６】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ９０は、循環する冷媒が触媒燃焼器７０を経由するように、三方弁５４を制御して、配管５３ａと配管７０ａとを連通させる。
【００７７】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ９０は、アクセルペダル８２等からの現在の発電要求量と、発電要求量と燃料電池スタック１０に供給されるべき空気量とが予め関連付けられたマップと、燃料電池スタック１０に供給されている現在の空気流量とに基づいて、燃料電池スタック１０への空気流量に余裕があるか否かを判定する。
すなわち、例えば、燃料電池自動車がアイドル停止している場合（アイドル停止時）や、走行モータ４１で回生電力が発生している場合（回生時）、パージ弁が開かれておらず、または、その直前に開かれておらず、コンプレッサ３１からのガス（カソードオフガス）によって、パージされた水素の希釈が行われていない場合（パージ水素の希釈不要時）には、余裕があると判定される。なお、燃料電池スタック１０への空気流量は、例えば、コンプレッサ３１の回転速度や、配管３１ａ又はコンプレッサ３１の上流に設けられた流量センサ（図示しない）に基づいて、推定又は検出される。
【００７８】
そして、燃料電池スタック１０への空気流量に余裕があると判定された場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１１１に進む。一方、燃料電池スタック１０への空気流量に余裕がないと判定された場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１１６に進む。
【００７９】
ステップＳ１１１において、ＥＣＵ９０は、空気導入弁６３を開く、又は、開いた状態を継続する。これにより、コンプレッサ３１（触媒燃焼器掃気手段）からの高温の圧縮空気が、触媒燃焼器７０に供給される。そうすると、高温の空気によって、触媒部本体７２内の水分（水蒸気、結露水等）が押し出され、触媒燃焼器７０の掃気が進む。
このとき、冷媒経由可能温度Ｔ４以上の暖かい冷媒が、ウォータジャケット７３内を通流しているので、この高温の冷媒によっても、触媒部本体７２及び通流する空気が暖められ、触媒燃焼器７０の掃気が進む。
【００８０】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ９０は、触媒燃焼器７０の掃気が完了したか否かを判定する。
掃気完了の判定方法として、コンプレッサ３１からの空気が触媒燃焼器７０を通流した時間の積算時間（積算掃気時間）が、掃気完了時間以上である場合、掃気が完了した判定することができる。積算掃気時間は、空気導入弁６３の開時間であり、ＥＣＵ９０に内蔵されるクロックを利用して求められる。また、掃気完了時間は、触媒燃焼器７０内の掃気が完了したとされる積算時間であり、事前試験等によって求められる。
【００８１】
また、掃気完了の判定方法として、触媒燃焼器７０を通流した空気の積算量（積算掃気空気量）が、掃気完了空気量以上である場合、掃気が完了したと判定することができる。積算掃気空気量は、例えば、コンプレッサ３１の吐出量（Ｌ／ｍｉｎ）と、配管６３ａに向かう空気の分配率と、空気導入弁６３の開時間とに基づいて求められる。その他、配管６３ａ等に設けた流量センサ（図示しない）による空気流量と、空気導入弁６３の開時間とに基づいて求められる。また、掃気完了空気量は、触媒燃焼器７０内の掃気が完了したとされる空気の積算量であり、事前試験等によって求められる。
【００８２】
そして、掃気は完了したと判定された場合（Ｓ１１２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ９０の処理はステップＳ１１３に進む。ここで、配管７０ｃに開閉弁（図示しない）を設け、このように掃気が完了したと判定された後、外部から多湿の空気が触媒燃焼器７０に流入することを防止するべく、前記開閉弁を閉じる構成としてもよい。
一方、掃気は完了していないと判定された場合（Ｓ１１２・Ｎｏ）、ＥＣＵ９０の処理は、ステップＳ１０８に進む。
【００８３】
ステップＳ１１３において、触媒燃焼器７０の掃気は完了したので、ＥＣＵ９０は、配管５３ａと配管５４ａとが連通するように三方弁５４を制御する。これにより、冷媒が触媒燃焼器７０を迂回する。また、ＥＣＵ９０は、空気導入弁６３を閉じる。
【００８４】
ステップＳ１１４において、ＥＣＵ９０は、燃料電池システム１を通常の発電制御で動作させる。すなわち、ＥＣＵ９０は、アクセルペダル８２等からの発電要求に応じて、ＶＣＵ４２を制御し、燃料電池スタック１０を発電させる。
【００８５】
次に、ステップＳ１０８がＮｏの場合に進むステップＳ１１５を説明する。
ステップＳ１１５において、ＥＣＵ９０は、循環する冷媒が触媒燃焼器７０を迂回するように、三方弁５４を制御して、配管５３ａと配管５４ａとを連通させる。これにより、低温の冷媒が触媒燃焼器７０に供給されないので、触媒燃焼器７０内において、水蒸気は結露等しにくくなる。
【００８６】
次に、ステップＳ１１５の後、及び、ステップＳ１１０がＮｏとなった場合に進むステップＳ１１６を説明する。
ステップＳ１１６において、ＥＣＵ９０は、空気導入弁６３を閉じる、又は閉じた状態を継続する。これにより、触媒燃焼器７０には空気が供給されない。
その後、ＥＣＵ９０の処理は、ステップＳ１０８に進む。
【００８７】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば、以下の効果を得ることができる。
燃料電池スタック１０の暖機が完了した後（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、高温の圧縮空気と、高温の冷媒とを利用して、触媒燃焼器７０を掃気することができ、触媒部本体７２内の水分を低減することができる。これにより、次回システム起動時において、燃料電池スタック１０を暖機するため、触媒燃焼器７０に水素及び空気を供給した場合、水素及び空気は、水分に阻害されることなく、触媒に接触することができる。
【００８８】
これにより、水素及び空気は触媒下で良好に触媒燃焼することができ、その燃焼熱により、触媒温度Ｔｓが速やかに上昇する。その結果、触媒温度Ｔｓが、安定して触媒燃焼することが可能な準備完了温度Ｔ５（触媒の好適活性温度）に速やかに到達する（図３（ａ）参照）。
そして、このように触媒温度Ｔｓが速やかに準備完了温度Ｔ５に到達するので、水素及び空気が触媒下で良好に触媒燃焼することができ、触媒燃焼器７０から排出される未燃焼の水素を低減することができる。よって、車外に排出されるガス中の水素濃度Ｃ１１が、外部に排出可能な上限水素濃度Ｃ２以上になることを防止できる（図３（ｂ）参照）。
【００８９】
また、高温の圧縮空気による触媒燃焼器７０の掃気は、冷媒の温度Ｔｗが掃気を促進可能な冷媒経由可能温度Ｔ４以上の冷媒が触媒燃焼器７０を経由している場合に実行するので、触媒燃焼器７０内の乾燥を促進することができる。
【００９０】
さらに、触媒燃焼器７０の掃気は、燃料電池スタック１０に供給される空気流量に余裕がある場合のみに実行されるので、燃料電池スタック１０で空気不足になることは防止される。すなわち、アクセルペダル８２等からの発電要求に対応して、燃料電池スタック１０が発電不能となることは防止される。
【００９１】
さらにまた、触媒燃焼器７０の掃気が完了したか否かは、触媒燃焼器７０への空気の積算供給時間、又は、積算供給量に基づいて、適切に判定することができる。これにより、コンプレッサ３１からの空気を有効利用できる。
【００９２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
【００９３】
前記した実施形態では、燃料電池スタック１０の温度を検出する温度センサが、冷媒の温度Ｔｗを検出する温度センサ５５である場合を例示したが、温度センサ５５とは別に、燃料電池スタック１０の温度の検出用の温度センサを、アノードオフガス、カソードオフガスが流れる配管２４ａ、３２ａに設けてもよいし、燃料電池スタック１０に直接設けてもよい。また、複数の温度センサを設けて、誤検出を防止するようにしてもよい。
【００９４】
前記した実施形態では、コンプレッサ３１が、カソード流路１２に空気（酸化剤ガス）を供給する酸化剤ガス供給手段であると共に、その掃気時に、触媒燃焼器７０に掃気ガスとしての空気を供給する触媒燃焼器掃気手段である構成を例示したが、コンプレッサ３１が両手段を兼ねる必要はない。すなわち、コンプレッサ３１とは別に、触媒燃焼器７０の掃気用のコンプレッサを備える構成としてもよい。
このような構成とした場合、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量に余裕があるか否かに関わらず、前記別に備えたコンプレッサを作動させて、触媒燃焼器７０を掃気することができる。
【００９５】
前記した実施形態では、燃料電池システム１が配管２４ｃ等によって構成される水素循環系を備える場合を例示したが、水素循環系を備えない燃料電池システムに本発明を適用してもよい。また、希釈器３３を備えない燃料電池システム１に適用してもよい。
【００９６】
前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）、（ｂ）共に本実施形態に係る燃料電池システムの効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池スタック
１１    アノード流路（燃料ガス流路）
１２    カソード流路（酸化剤ガス流路）
１３    冷媒流路
３１    コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段、触媒燃焼器掃気手段）
５３    ポンプ（熱交換流体循環手段）
５４    三方弁（切替手段）
５５    温度センサ（温度検出手段）
６３    空気導入弁
７０    触媒燃焼器
７１    触媒部
７２    触媒部本体
７３    ウォータジャケット
７４    温度センサ（触媒温度検出手段）
７５    熱交換部
９０    ＥＣＵ（暖機完了判定手段）
Ｔ１    暖機必要温度
Ｔ２    自己発電可能温度
Ｔ３    暖機完了温度
Ｔ４    冷媒経由可能温度
Ｔｓ    触媒温度
Ｔｗ    燃料電池スタック・冷媒の温度
【図１】
2008293756.tif 000003
【図２】
2008293756.tif 000004
【図３】
2008293756.tif 000005