(57)【要約】【課題】水の凍結の可能性が高い低温起動時にあっても、最小限のエネルギにより効果的に加湿が行え、また加湿のためのシステムの小型化を図る。【解決手段】燃料電池１に不凍液を含む冷却水を循環させる冷却系と、燃料電池１へ供給する燃料、空気を加湿する加湿器３、７と、排ガス中の水分を回収する熱交換器８と、この回収した水を蓄える純水タンク２７と、冷却水の一部から純水を分離抽出する純水分離手段１８と、純水分離手段１８を加熱するヒータ１９と、純水タンク２７と純水分離手段１８からの純水を加湿器３、７に送り込むポンプ２０と、純水タンク２７の温度を検出するセンサ２９とを備える。純水の凍結が推定されるときには純水分離手段１８により分離した純水を加湿用として供給し、凍結が解除されたときには純水分離手段１８での純水の分離を停止させ、純水タンク２７からの純水を加湿用として供給する。【選択図】　　図１
2004134220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に不凍液を含む冷却水を循環させる閉回路の冷却系と、
前記燃料電池に供給する燃料、空気を加湿する加湿手段と、
前記燃料電池から排出される排ガス中の水分を回収する手段と、
前記回収手段により回収した水を蓄える純水タンクと、
前記冷却水の一部から純水を分離抽出する純水分離手段と、
前記純水分離手段を加熱する加熱手段と、
前記純水タンクと前記純水分離手段からの純水を前記加湿手段に送り込む移送手段と、
前記純水タンクの温度を検出する手段と、
純水の凍結が推定されるときには冷却水から前記純水分離手段により分離した純水を前記加湿手段に供給し、凍結が解除されたときには前記純水分離手段での純水の分離を停止させ、前記純水タンクからの純水を前記加湿手段に供給するようにするコントローラ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】
前記コントローラは、前記純水分離手段での純水の分離中だけ前記加熱手段による加熱が行われるようにする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却系に冷却水を循環させるポンプと、
このポンプの下流から分岐して冷却水を前記純水分離手段に導く通路に介装したバルブとを備え、
前記コントローラは前記純水分離手段が純水を分離するときにのみバルブを開く請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記純水タンクの液面レベルを測定する手段と、
前記移送手段からの純水の一部を前記冷却系に選択的に供給可能とする流路切換手段と、を備え、
前記コントローラは、前記純水タンクの液面が上限値に達したときには、前記冷却系に純水の一部を補給するように流路を切り換える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷却系の水量を測定する手段を備え、
前記コントローラは、前記冷却系の水量が下限値まで減ったときには、前記純水タンクの液面が上限値に達していなくても、前記冷却系に純水の一部を補給するように流路を切り換える請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記移送手段からの純水の一部を系外に選択的に排出可能とする流路切換手段を備え、
前記コントローラは、前記純水タンクの液面が上限値に達し、かつ冷却系の水量も上限値に達しているときは、純水の一部を系外に排出するように流路を切り換える請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記純水タンクの液面が上限値よりも低いときには、前記純水分離手段により冷却水から分離した純水で、前記加湿手段への純水の供給を補うようにする請求項４〜６のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記純水タンクの液面が下限値よりも低く、かつ冷却系の水量が下限値よりも少ないときには、前記熱交換器での水分の回収量が増大するように燃料電池を水生成運転モードで運転する請求項５〜７のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記水生成運転モードでは、燃料電池の温度を相対的に低下させるように、冷却水の温度を低下させる請求項８に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は燃料電池システム、とくに加湿水の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムにあって、燃料電池スタックを冷却する冷却水の一部を濾過して純水を取り出し、これを燃料電池の加湿水として利用するものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１８５８７７号報
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
この場合、燃料電池の起動時の温度が低いと、タンクに水が凍結し、起動が困難となり、加熱するにしても多量の水を有するのでエネルギが必要となった。また加湿に必要な純水の全量を冷却水から濾過するので、濾過システムが大型する問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、水の凍結の可能性が高い低温起動時にあっても、最小限のエネルギにより効果的に加湿が行え、かつ加湿のためのシステムの小型化を図ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料電池と、燃料電池に不凍液を含む冷却水を循環させる閉回路の冷却系と、燃料電池に供給する燃料、空気を加湿する加湿手段と、燃料電池から排出される排ガス中の水分を回収する手段と、前記回収手段により回収した水を蓄える純水タンクと、前記冷却水の一部から純水を分離抽出する純水分離手段と、前記純水分離手段を加熱する加熱手段と、前記純水タンクと純水分離手段からの純水を前記加湿手段に送り込む移送手段と、前記純水タンクの温度を検出する手段と、純水の凍結が推定されるときには冷却水から前記純水分離手段により分離した純水を前記加湿手段に供給し、凍結が解除されたときには純水分離手段での純水の分離を停止させ、前記純水タンクからの純水を前記加湿手段に供給するようにするコントローラとを備える。
【０００７】
【作用・効果】
したがって、燃料電池システムの極低温からの起動時など、純水の凍結が予測されるときだけ、純水分離手段で分離抽出した純水で加湿を行い、凍結のおそれのないときは純水タンクからの純水で加湿を行い、また純水タンクには排ガスから回収した水分（純水）を供給することにより、燃料電池の加湿のため、システムの小型化と排ガス中に含まれる水分の有効活用とが図れる。
【０００８】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１に燃料電池システムの構成を示すが、１は燃料電池（ＦＣスタックともいう）で、燃料通路２から供給される燃料（水素リッチガス）と、空気通路６から供給される酸化剤としての空気とを反応させて発電する。
【００１０】
燃料通路２と空気通路６の各供給燃料量と空気量は、燃料電池１の発電要求に応じて制御される。燃料通路２に設けた加湿器３と、空気通路６に設けた加湿器７により、それぞれ純水による加湿が行われる。３２はＦＣスタック１の温度を測定するための温度センサである。
【００１１】
ＦＣスタック１で消費しきれなかった燃料は燃料燃焼器４で完全に燃焼させてから排気通路５に送り出す。また、ＦＣスタック１で消費しきれなかった空気中に含まれる水分は、水回収手段としての熱交換器８によって復水され、余剰空気は排気通路９により外部に排出される。
【００１２】
熱交換器８としては空冷の熱交換器などが利用でき、排気温度低下により凝縮した水分を回収するが、他のタイプの熱交換器、あるいは水分離膜など、公知の水回収手段を採用することができる。
【００１３】
発電にともなって発熱したＦＣスタック１を冷却するために、ＦＣスタック１内に設けた冷却水路に冷却水が循環させる冷却系が備えられる。
【００１４】
冷却水には不凍液として例えば、エチレングリコールが予め所定の濃度となるように混入されている。冷却水は冷却水タンク１２から冷却水ポンプ１４により通路１５を経由してＦＣスタック１に送り込まれる。ＦＣスタック１を冷却して温度が上昇した冷却水は、通路１０から熱交換器（ラジエータ）１１に流れて冷却されたのち冷却水タンク１２に戻される。
【００１５】
冷却水タンク１２には液面センサ１３が備えられ、この液面センサ１３により冷却水タンク１２の水位を測定すると共に、後述するように、エチレングリコールの濃度を推定し、冷却水の凍結温度を推定可能となっている。
【００１６】
前記冷却水ポンプ１４の吐出側の通路１５から分岐して通路１６が設けられ、開閉バルブ１７を介して純水分離手段１８に接続する。バルブ１７を開くことにより冷却水ポンプ１４から不凍液を含む冷却水が、純水分離手段１８に送り込まれる。純水分離手段１８は水分離膜を備え、水分子とエチレングリコールの分子との分子径の差を利用して、冷却水から純水を分離するもので、この純水分離手段１８には加熱手段としてのヒータ１９が取り付けられる。ヒータ１９による加熱により、冷却水が氷点下の状態から純水を取り出しても、純水が凍結することを防止できる。
【００１７】
純水分離手段１８の下流には圧送手段としての圧送ポンプ２０が設けられ、このポンプ２０の吐出側に接続した通路２３が前記加湿器３と７に接続し、加湿器３と７に加圧した純水を供給可能となっている。なお、加湿器３と７に供給する純水の量を調整するための制御バルブを通路２３に設けてもよい。
【００１８】
通路２３の途中からはドレン通路２１が分岐し、ドレン通路２１にはドレンバルブ２２が設けられ、ドレンバルブ２２を開くことにより、純水を系外（外部）に排出することができる。さらに通路２３の途中からは冷却水タンク１２につながる供給通路２４が分岐し、この供給通路２４に介装したバルブ２５を開くと、冷却水タンクに純水を補給することができる。
【００１９】
次に、前記熱交換器８によって回収された水分（純水）が通路２６を介して導入される純水タンク２７が設けられる。この純水タンク２７には純水が凍結したときに解凍するための加熱解凍手段としてのヒータ３０が備えられる。純水タンク２７の下流は通路３１によって前記圧送ポンプ２０の吸込側に接続する。純水タンク２７には純水の液面を測定する液面センサ２８と、温度を測定する温度センサ２９が備えられる。
【００２０】
したがって、以上の構成からも分かるように、ＦＣスタック１を冷却するための閉回路を構成する冷却系には、最初に一定量の不凍液を含む冷却水が封入され、これに対して、純水タンク２７にはＦＣスタック１の発電反応により生じた純水が回収され、回収された純水は加湿器３、７により再びＦＣスタック１の加湿のために利用される。このため、原則的には冷却系と純水系とは互いに分離独立した形態で、必要な水量をまかなうことができる。しかし、本発明では、燃料電池システムの極低温からの起動時など、純水が凍結しているときや、あるいは純水タンク２７からだけの純水では不足するときなど、純水分離手段１８に冷却水を送り、ここで分離抽出した純水を、純水タンク２７からの純水を補うように、加湿器３、７に供給したり、あるいは逆に冷却水タンク１２の冷却水が不足したときに、純水を冷却水タンク１２に導入して不足分を補ったりするようにして、排ガスから回収した水分（純水）を有効活用しながら、全体的に冷却及び加湿のためのシステムを必要最小限の小型なものとすること可能としている。
【００２１】
このためにコントローラ５０が備えられ、このコントローラ５０が前記バルブ１７、２２、２５の開閉を制御し、ポンプ１４、２０の駆動を制御し、またヒータ１９、３０の通電を制御するようになっている。そしてこれらの制御のために、コントローラ５０には前記した液面センサ１３、２８からの信号、温度センサ２９、３２からの信号が入力し、コントローラ５０は図２〜図４に示すフローチャートにしたがった制御を実行する。
【００２２】
まず、図２のフローチャートを参照して全体的な制御動作について説明する。
【００２３】
ステップＳ１ではＦＣスタック１の温度を温度センサ３２により測定し、起動時の暖機が終了したかどうかの判断を行っている。ここでは一例として、５０℃を暖機終了の判定値としているが、これはＦＣスタック１によって適宜変更することができる。
【００２４】
ステップＳ１で、５０℃以上と判定されたときは、ステップＳ２に進んで起動処理を終了させる。これに対して、そうでは無いときは、ステップＳ３に進んで起動方法を選択するために、温度センサ２８によって測定した純水タンク２７の温度が、凍結のおそれのある温度に近い、例えば５℃を判定値として、冷間起動か通常起動かの判断を行う。
【００２５】
ステップＳ３で温度が５℃以下と判定されたときは、純水タンク２７が凍結のおそれがあるためステップＳ４に進んで冷間起動を選択し、そうでないときはステップＳ５に進んで通常起動を選択する。
【００２６】
ここで、冷間起動の処理ルーチンについて、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２７】
ステップＳ２０で純水タンク２７のヒータ３０に通電し、ステップＳ２１で純水分離手段１８のヒータ１９に通電する。そして、ステップＳ２２でヒータ通電後所定時間、例えば１０秒が経過するまで待つ。
【００２８】
ヒータ１９、３０の通電後に１０秒が経過し、初期的な加熱が行われたら、冷却水ポンプ１４を駆動し、またバルブ１７を開く（ステップＳ２３、Ｓ２４）。これにより冷却水を供給する通路１６の圧力が上昇し（例えば０．２Ｍｐａ）、純水分離手段１８に冷却水が送り込まれる。この場合、冷却水には不凍液が含まれており、純水に比べて凍結温度が低く、冷間起動であっても、冷却水を純水分離手段１８に送り込むことができる。
【００２９】
ついで、ステップＳ２５でバルブ１７を開いてからの時間が、所定の時間、例えば１０秒、過ぎたかどうかを待ち、この間に純水分離手段１８で純水が生成されるのを判断する。この時間は純水分離手段１８の容量などによって適宜変更することができ、時間の経過後にステップＳ２６に進んで、圧送ポンプ２０を起動して純水分離手段１８から純水の供給を開始する。ヒータ１９に通電して分離抽出した純水を加熱しているので、分離された純水が凍結することはない。純水の供給量は例えばポンプ２０の回転速度を調整することで制御でき、加湿器３、７が必要とする水量が供給できるように設定する。
【００３０】
ステップＳ２７では、ポンプ２０による圧送開始後、所定の時間、例えば１０秒が経過したかどうか判断する。この時間は通路２３の配管径などを考慮して、加湿器３、７までの経路が十分に純水で満たされるのに必要な時間とする。
【００３１】
ただし、加湿器３、７の構造によっては、純水がポンプ２０との間を循環する構成とすることもできる。
【００３２】
そして、所定時間が経過したら、ステップＳ２８に進んで、燃料電池システムの起動を行う。具体的には、燃料通路２と空気通路６とから燃料と空気の供給を開始し、加湿器３、７により加湿しながら、ＦＣスタック１での発電を開始させるのである。
【００３３】
その後、ステップＳ２９で純水の温度が５℃にまで上昇したかどうかの判断を行っている。ここでは、純水タンク２７のヒータ３０さらにはヒータ１９の通電を切るかどうかを決めるもので、凍結のおそれのない５℃を越えたら、ステップＳ３０に進み、ヒータ３０、１９をオフにし、またステップＳ３１でバルブ１７を閉じる。これにより純水分離手段１８への冷却水の供給を停止し、加湿器３、７に供給する純水は、純水タンク２７からの純水のみとなるように切り換えている。
【００３４】
次に通常起動時の処理ルーチンについて、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００３５】
純水の温度が凍結のおそれのない５℃以上からの起動では、ステップＳ４１で圧送ポンプ２０を駆動して純水を加湿器３と７に供給する。供給量はＦＣスタック１に供給される空気量に応じて決められ、例えばポンプ回転速度に応じて制御することができる。
【００３６】
ステップＳ４２で圧送ポンプ２０による圧送を開始後、所定の時間、例えば１０秒が経過したかどうか判断し、この間に通路２３が純水により満たされるのを待ち、ステップＳ４３で燃料電池システムの起動を行う。これによりＦＣスタック１に空気と燃料の供給が開始され、発電を行うのである。
【００３７】
ここで、図２に戻り、ステップＳ４とＳ５で冷間起動または通常起動が選択され、燃料電池システムが発電を開始したならば、ステップＳ６に進んで、冷却水タンク１２の液面が所定の上限値（上限レベル）に達しているかどうかの判定を行う。なお、液面の判定には例えば１分間の液面の平均値を取り、この平均値を判定値と比較することにより制御のハンチングの防止を図っている。この場合、判定値に対しても一定のヒステリシスを設けて判断を行うようにしてもよい。
【００３８】
ここで冷却水の上限値については、冷却水の凍結温度上限値により決定している。冷却水には上記したように、不凍液が混入され、その混入濃度によって凍結温度が変化する。原則的に閉回路に構成される冷却系に冷却水を所定の不凍液濃度で充填すると、基本的には常に同一の液面レベルが維持され、同一のレベルでは同一濃度であるから、凍結温度は一義的に決まる。そこで、例えば、−２０℃よりも高い温度では凍結しないように不凍液濃度を設定する。
【００３９】
しかし、冷却水は前記したように、一部が純水分離手段１８に供給され、水分のみが分離されて加湿水として消費されるので、この消費分を補わないと、不凍液濃度が変動し、凍結温度も異なった温度となる。したがって、後述するが、冷却水のレベルが変化したときには、冷却水中に純水を補給することにより、不凍液濃度を初期の状態に戻し、設定された凍結温度を維持することができる。
【００４０】
もし、液面が上限値に達しているならば、ステップＳ７に進んで、純水タンク２７の液面が上限値（上限レベル）に達しているかどうか判断する。この上限レベルは純水タンク２７が溢れない程度の液面レベルに設定する。
【００４１】
ステップＳ６とＳ７で共に上限レベルに達しているときは、冷却水と純水とが共に、すなわちシステム全体の水が上限にあるので、一部を外部に排出するために、ステップＳ８に進んでドレンバルブ２２を一定時間、例えば１０秒だけ開弁する。これにより、例えば、純水タンク２７の液面が上限値に対して、９／１０となるまで低下するように、バルブ流量が設定されている。
【００４２】
これに対して、ステップＳ７で純水タンク２７が上限値に達していないときは、冷却水は上限ではあるが、純水は足りないと判断し、ステップＳ９で純水分離手段１８に冷却水を導くようにバルブ１７を開き、ここで抽出した純水により純水タンク２７に純水を補給する。ただし、この場合、純水分離手段１８で抽出された純水も、純水タンク２７からの純水と合流しながら圧送ポンプ２０により加湿器３、７に送られるので、この加湿用の供給量が所定量となるように制御していることで、結果的に純水タンク２７のレベルが相対的に上昇する。
【００４３】
ステップＳ１０に移ってこんどは冷却水タンク１２が下限値に達したかどうかの判定を行う。もし、下限値に達していると判断されたならば、ステップＳ１１で冷却水タンク１２に純水を補給する。これは、バルブ２５を所定時間、例えば１０秒だけ開いて、圧送ポンプ２０により加圧されている純水の一部を冷却水タンク１２へと送り込む。この補給量は、冷却水タンク１２の上限、下限のおよそ１／１０となるように、バルブ流量を設定しておく（圧送ポンプ２０の吐出量は加湿用と補給用とが供給できるように増量される）。
【００４４】
なお、この冷却水タンク下限値については、冷却水の量がここまで減少しても、冷却性能が悪化しない程度に下限レベルを設定する。冷却液のレベルが下がれば不凍液の濃度が高くなり、冷却性能が低下するので、所定の冷却性能が保てるレベルに予め決められる。
【００４５】
ステップＳ１２で純水タンク２７が上限値に達したかどうかの判断を行う。ステップＳ７との相違は、ステップＳ７ではシステム全体の水の量を判断しているのに対して、ここでは純水タンク２７のみのレベルを判断している。
【００４６】
上限レベルに達しているときは、ステップＳ１３でバルブ２５を所定時間、例えば１０秒だけ開くことにより、純水を冷却水タンク１２に移動させる。この移動量も、冷却水タンク１２の上限、下限レベルのおよそ１／１０となるようにバルブ流量を設定する。
【００４７】
ステップＳ１４では純水タンク２７の液面が下限値に達したかどうかの判断を行う。もし下限値に達していると判断されたときは、ステップＳ１５に進んで冷却水タンク１２も下限値に達しているかどうかを判断する。
【００４８】
ステップＳ１４とＳ１５で共に下限値にまで低下していると判断されたときは、システム全体の水の量が不足する可能性が高いということで、この場合にはステップＳ１６に進んで、ＦＣスタック１の運転状態を所定の時間だけ水生成運転モードに切り換える。
【００４９】
この水生成運転モードとは、ＦＣスタック１の冷却温度を低下させることで、ＦＣスタック１の要求加湿量を低下させ、加湿純水の消費量を減少させると共に、スタック内で生じる凝縮水量を増加させ、ＦＣスタック１から流出する液水を熱交換器８で回収させることで、純水量を増加させる運転モードである。
【００５０】
ＦＣスタック１の冷却を促進するために、冷却水の循環量を増やしたり、ラジエータ１１の放熱量を高めたりする必要があるが、この間ＦＣスタック１を低温で運転することによる効率低下を少しでも減らすため、水生成運転モードの運転時間は純水タンク２７の液面レベルの所定の上昇を判定したときに終了させることもできる。また、熱交換器８での水の回収効率を高めるために、冷却ファンによる冷却を行ったり、空冷式ではなく液冷式の熱交換器と置換することも可能である。
【００５１】
一方、ステップＳ１４で純水タンク１２の液面が下限値に達していないときには、ステップＳ１７に進んでバルブ２５を所定時間、例えば１０秒間開いて冷却水タンク１２に純水を供給する。
【００５２】
以上の動作を繰り返し継続することにより、冷却水タンク１２と純水タンク２７の液面を所定のレベルに保ちつつ、加湿器３と７に加湿用の純水を供給し、かつＦＣスタック１の冷却を行い、また、ＦＣスタック１の低温からの起動時に純水が凍っているときでも、純水分離手段１８により分離抽出した純水を供給可能としている。
【００５３】
次に本発明による水の供給システムの作用について、図５〜図８を参照しながら説明する。
【００５４】
まず、図５は燃料電池システムの低温起動時の作用を示すもので、純水が凍結するおそれのある低温状態から起動するときには、不凍液を含む冷却水の一部が冷却水タンク１２から純水分離手段１８に送り込まれる。ここで純水が分離抽出されるが、ヒータ１９による加熱で抽出された純水が凍ることはなく、この純水が圧送ポンプ２０を介して加湿器３、７に供給され、これにより燃料と空気の加湿を行う。
【００５５】
このようにして、純水タンク２７の純水が凍結した場合であっても、凍結していない冷却水を利用して純水を分離し、加湿を行えるので、氷点下からの起動時であっても、速やかに起動を開始することができる。
【００５６】
また、純水が凍結するおそれのない温度からの起動では、純水タンク２７からの純水を加湿用に供給し、直ちにＦＣスタック１の起動を開始できる。
【００５７】
図６は燃料電池システムの通常運転時であり、純水タンク２７から純水が加湿器３、７に供給され、燃料と空気の加湿を行い、ＦＣスタック１の発電により生成された水（純水）は、熱交換器８で凝縮、回収され、純水タンク２７に戻される。通常は発電による生成水を回収し、再度加湿用にこれを利用することができるので、とくに純水分離手段１８により冷却水から純水を分離抽出する必要はない。このため純水分離手段１８は大型化する必要はなく、前記低温起動時にのみ必要量の純水を分離できればよい。
【００５８】
また、この通常運転時には冷却水は冷却水タンク１２から、ポンプ１４によりＦＣスタック１を冷却するために循環され、暖められた冷却水はラジエータ１１で放熱した後に冷却水タンク１２に戻る。
【００５９】
図７は、純水タンク２７の液面レベルが熱交換器８による水分の回収が高まり、加湿用に供給しているにもかかわらず増え、上限値よりも上昇したときなどに冷却水タンク１２に通じるバルブ２５を開いて純水の一部を冷却水タンク１２に供給する。
【００６０】
このようにして、冷却水タンク１２のレベルは所定の範囲に維持され、このことは冷却水中の不凍液濃度が所定範囲に保持され、常に必要とする冷却性能を維持することが可能となる。
【００６１】
また、この場合、冷却水タンク１２の液面が上限値に達しているときには、純水が余剰に存在していることになるので、ドレンバルブ２２を開いて系外に水の一部を放出する。
【００６２】
図８は、純水タンク２７の液面が下降した場合であり、熱交換器８での生成水の回収にもかかわらず純水が不足した場合で、純水分離手段１８に一部の冷却水を送り込み、純水を分離抽出する。この純水は純水タンク２７の不足分として補われる。
【００６３】
また、純水タンク２７だけでなく、冷却水タンク１２の液面も下限値まで低下したようになときには、冷却系と純水供給系の水が共に不足するときであり、この場合には、前述の水生成モード運転によって純水タンク２７の液面レベルを回復させ、かつ冷却水タンク１２に必要量を補充する。このような燃料電池の水生成運転モードは、冷却水タンク１２と純水タンク２７の液面レベルが初期状態に回復したら終了させ、通常の発電モード運転に復帰させる。
【００６４】
以上のように本実施形態によれば、次の効果を生じる。
【００６５】
純水の凍結が推定されるときには冷却水から純水分離手段１８により分離した純水を加湿器３、７に供給し、凍結が解除されたときには純水分離手段１８での純水の分離を停止させ、純水タンク２７からの純水を加湿器３、７に供給するようにするため、純水分離手段１８の容量は小さくてすむ。
【００６６】
また、純水タンク２７には排ガスから回収した水を導入することにより、水の有効活用が図れる。
【００６７】
純水分離手段１８を加熱するヒータ１９を低温からの起動時にのみ作動させることで、消費エネルギを小さくすることができる。
【００６８】
冷却系には純水タンク２７の液面が上限レベルに達したとき、あるいは冷却系の水量が下限値まで減ったときなどに、バルブ２５を開いて純水の一部を補給するため、冷却系に備える冷却水タンク１２の容量は必要最小限にすることができる。
【００６９】
また、これらにより冷却水タンク１２に蓄えられる冷却水中の不凍液濃度を一定の範囲に保持することができ、いつも一定の凍結防止機能と冷却機能を維持できる。とくに、冷却水の一部が純水として消費されることで、冷却水の水量が少なくなり、不凍液の濃度が必要以上に濃くなって、冷却不能に陥ったりすることもない。
【００７０】
また、純水タンク２７の液面が上限値に達し、かつ冷却系の水量も上限値に達しているときは、純水の一部を系外に排出するため、運転条件によって水分の回収量が多いときにも、必要量だけの水量を保持し、このため純水タンク２７や冷却水タンク１２などの容量を必要以上に大型化しないですむ。
【００７１】
また、純水タンク２７の液面が下限値よりも低下したときには、純水分離手段１８に冷却水を送って純水を分離、抽出し、加湿用として補充するので、一時的に純水の回収量が低下したときでも、確実に必要量の加湿用の純水をシステム内から供給することができ、外部からの給水が不要となる。
【００７２】
さらに、純水タンク２７の液面が下限値よりも低く、かつ冷却水タンク１２の液面も下限値以下、つまり冷却系の水量が下限値よりも少ないときには、水分が増大するようにＦＣスタック１を水生成運転モードで運転することで、必要量の水量を自動的に補充することができる。
【００７３】
また、この場合、液面が回復すると、ＦＣスタック１を水生成運転モードから通常の運転モードに戻すので、効率ロスを最小限にとどめられる。
【００７４】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のブロック図である。
【図２】コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図３】コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図４】コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】純水の流れを説明する動作説明図である。
【図６】純水の流れを説明する動作説明図である。
【図７】純水の流れを説明する動作説明図である。
【図８】純水の流れを説明する動作説明図である。
【符号の説明】
１　燃料電池（ＦＣスタック）
２　燃料通路
３　加湿器（加湿手段）
５　排気通路
６　空気通路
７　加湿器（加湿手段）
８　熱交換器（水回収手段）
１１　熱交換器（ラジエータ）
１２　冷却水タンク
１３　液面センサ
１４　冷却水ポンプ
１５　通路
１６　通路
１７　バルブ
１８　純水分離手段
１９　ヒータ（加熱手段）
２０　圧送ポンプ（圧送手段）
２２　ドレンバルブ（流路切換手段）
２３　通路
２５　バルブ（流路切換手段）
２７　純水タンク
２８　液面センサ
２９　温度センサ
３０　ヒータ（加熱手段）
３２　温度センサ
５０　コントローラ
【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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【図８】
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