(57)【要約】【課題】簡便に高いエネルギー効率で暖機可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムにおいて、燃料電池に酸素を含んだガスを供給する酸素供給装置（２５）と、燃料電池に水素を含んだガスを供給する水素供給装置（２７）と、水素と酸素を反応させ電気を発生させる燃料電池（３）と、燃料電池の反応熱を廃熱するために燃料電池内を通過する１次冷却ライン（６）と、一次冷却ラインに充填された過冷潜熱蓄熱材と、燃料電池の暖機のために、過冷却液体状態にある過冷潜熱蓄熱材に結晶化を開始させる刺激を与える刺激発生装置（７）と、を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素を反応させ電気を発生させる燃料電池と、
燃料電池の反応熱を廃熱するために燃料電池内を通過する１次冷却ラインと、
前記一次冷却ラインに充填された過冷潜熱蓄熱材と、
前記燃料電池の暖機のために、過冷却液体状態にある過冷潜熱蓄熱材に結晶化を開始させる刺激を与える刺激発生装置と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記１次冷却ラインに設けられる第一の熱交換器と、
前記第一の熱交換器を介して前記一次冷却ラインと熱交換可能な二次冷却ラインと、
を備えた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】
前記二次冷却ラインと外部冷却源とを熱交換可能にする第二の熱交換器を備えたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記一次冷却ラインと前記二次冷却ラインの少なくとも一方に加熱装置を備えたことを特徴とする請求項２または３のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記加熱装置は、水素を燃焼させる燃焼器であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記加熱装置は電気ヒータであることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記一次冷却ラインが、過冷潜熱蓄熱材が前記第一熱交換器を経由しないで循環する第一経路と前記第一熱交換器を経由する第二経路とを有し、
前記第一と第二の経路を切替える流路切替弁を設置したことを特徴とする請求項２から６のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
さらに、前記燃料電池内に設けられる第一の温度センサと、
前記第一熱交換器に設けられる第二の温度センサと、
前記燃料電池に水素を含んだガスを供給する水素供給装置と、
前記燃料電池に酸素を含んだガスを供給する酸素供給装置と、
前記燃料電池の暖機制御を行うコントローラと、を備え、
前記コントローラは、燃料電池システムを暖機のために、
前記一次冷却ラインの過冷潜熱蓄熱材に結晶化を開始する刺激を与えるよう前記の刺激発生装置を制御し、
結晶化開始刺激が与えられた後、前記燃料電池に水素を含んだガスを供給するよう前記水素供給装置を制御し、かつ燃料電池に酸素を含んだガスを供給するよう前記酸素供給装置を制御し、
さらに、前記第一温度センサの検出温度が過冷潜熱蓄熱材の融点以上であれば、前記第一の経路に切り換るよう前記流路切替弁を制御し、
前記第一の経路に切り換るよう前記流路切替弁を制御した後、前記第二の温度センサの検出温度が過冷潜熱蓄熱材の融点以上であれば、前記第二の経路に切り換るよう前記流路切替弁を制御することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記刺激発生装置は過冷潜熱蓄熱材に電気刺激を与える装置であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料電池システムの運転を停止させる場合に、前記過冷潜熱蓄熱材がその融点以上の温度になってから、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記過冷潜熱蓄熱材の融点が、前記燃料電池が通常の発電動作を行う温度である燃料電池作動温度以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つ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】
本発明は、燃料電池及びその暖機方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池の温度は電気化学反応に適した温度に維持する必要がある。燃料電池は冷間環境においては効率よく水素と酸素を反応させることができないため、冷間環境における起動時においては、燃料電池を暖機する必要がある。特に、燃料電池システムを自動車のような可搬型の原動機に適用した場合、燃料電池は冷間に停止状態で保管されることも想定しなくてはならない。
【０００３】
特開２０００−１６４２３３では、燃料電池発電用の水素を燃焼させ、燃焼熱で温媒を加熱し、温媒を循環させることで燃料電池を暖機する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２０００−１６４２３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−１６４２３３に記載の従来技術の方法では、燃料電池を加熱するため水素燃焼器・温媒と熱交換をする熱交換器などの燃料電池システムに起動時しか使用しない反応器を付加する必要性が生じる。これは、システム構成が複雑になるほか、発電には使用しない水素を使用するためエネルギーシステムとしての効率を低下させる。
【０００６】
この発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、より簡便に高いエネルギー効率で暖機可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
水素と酸素を反応させ電気を発生させる燃料電池と、燃料電池の反応熱を廃熱するために燃料電池内を通過する１次冷却ラインと、前記一次冷却ラインに充填された過冷潜熱蓄熱材と、燃料電池の暖機のために、過冷却液体状態にある過冷潜熱蓄熱材に結晶化を開始させる刺激を与える刺激発生装置とを備える。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、燃料電池の冷媒として過冷潜熱蓄熱材を適用し、外部刺激を与え、結晶化させることで燃料電池は過冷潜熱蓄熱材の顕熱で加熱される。この構成であれば、外部エネルギーをほとんど付加することなく燃料電池を暖機することが可能となる。なお、過冷潜熱蓄熱材は結晶化することによって固体となるが、過冷潜熱蓄熱材の融点を、燃料電池の通常運転時の作動温度である燃料電池作動温度以下に設定しておくことによって、過冷潜熱蓄熱材は燃料電池の廃熱で再び液化する。液化した過冷潜熱蓄熱材は燃料電池の冷却ラインを循環させることで冷媒として用いることが可能である。このように過冷潜熱蓄熱材を、起動時は温媒として、定常時は冷媒として用いるので、起動時の加熱エネルギーは定常時の廃熱を利用していることとなり、非常にエネルギー効率の高いエネルギーシステムの起動装置を構築することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照して第一実施形態を説明する。図１に示すように、燃料電池システムは、カソードガス流路としてのカソードライン１、アノードガス流路としてのアノードライン２、燃料電池３（燃料電池スタック）、カソード排ガス流路としてのカソード排ガスライン４、アノード排ガス流路としてのアノード排ガスライン５、第一熱交換器９、第一熱交換器９と燃料電池との間で流体を温媒または冷媒として循環させる流路である一次冷却ライン６、カソードライン１に結合する酸素供給装置２５、アノードライン２に結合する水素供給装置２７、とを備えている。
【００１０】
本実施形態において、燃料電池は、例えば水素と酸素を触媒担持膜上で反応させ電気を発生させる高分子電解質形燃料電池である。酸素供給装置２５は、燃料電池に酸素を含んだガスを空気として供給する空気供給装置であり、例えばコンプレッサである。また水素供給装置２７は、例えば燃料改質器や流量制御弁を有する水素ボンベであってよく、純粋な水素又は水素を含んだガスを供給する。
【００１１】
一次冷却ライン６中には、温媒または冷媒として機能する過冷潜熱蓄熱材が充填されている。さらに、燃料電池システムは、一次冷却ライン６内で過冷液体状態にある過冷潜熱蓄熱材に対して結晶化する刺激を与えるため通電する通電装置７（刺激発生装置）、一次冷却ライン６の流体を駆動・循環させる第一ポンプ８、第二熱交換器１２（ラジエータ）、第一、第二熱交換器９、１２の間で冷媒を循環させる流路である二次冷却ライン１０、二次冷却ライン１０の流体（冷媒）を駆動・循環させる第二ポンプ１１、第二熱交換器１２を冷却する冷却ファン１３を備える。なお、過冷潜熱蓄熱材に対して結晶化する刺激を与えるための刺激発生装置として、電気的な刺激を与える通電装置を用いるが、これに限定されず、例えば超音波等の振動による刺激を与える振動発生装置を使用可能である。
【００１２】
さらに、燃料電池システムはコントローラ１００を備え、コントローラ１００は通電装置７、第一、第二ポンプ８、１１、冷却ファン１３、酸素供給装置２５、水素供給装置２７等と電気的に結合し、これら装置を制御可能である。コントローラ１００は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等を格納する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果や取得したデータ等を一時的に格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力インターフェースなどから構成される。コントローラ１００は、複数のＣＰＵを含んでいてもよい。
【００１３】
図２を参照して、過冷潜熱蓄熱材について説明する。図２は、それぞれ降温過程、昇温過程において、過冷潜熱蓄熱材の発熱／吸熱量を温度に対して示す（実線参照）。比較として、一般材の発熱／吸熱量を温度に対して示す（点線参照）。過冷潜熱蓄熱材は溶融状態から融点以下まで冷却すると、過冷却状態となる性質を有している。すなわち、融点以下の温度まで冷却しても過冷液体状態もしくは非晶質固体の性状をとる。一般には固体物質は外部から加熱されることによって、物質が溶融熱を受け取り、液体になる。また逆に、液体物質は冷却されることによって融点で凝固熱を放出して固体へと相変態する。しかしながら、過冷潜熱蓄熱材では、液化の相変態プロファイルは一般の物質と同じであるものの、凝固時は過冷却状態となるため、凝固潜熱を放出することはない。つまり、凝固熱を物質が保持したまま融点以下の温度で保持される（図２上部実線）。
【００１４】
過冷状態の過冷潜熱蓄熱材は電気や振動などの外部刺激によって、固化（または結晶化）を開始する（図２下部実線）。このときに過冷潜熱蓄熱材に蓄えられていた凝固熱を放出する性質を有している。過冷却潜熱蓄熱材としは酢酸ナトリウム・３水和物、硝酸マグネシウム・６水和物、水酸化ストロンチウム・８水和物、水酸化バリウム・８水和物などが使用可能である。なお、これら過冷潜熱蓄熱材の融点は５０〜８０℃程度に調整できるものもあり、特に高分子電解質型燃料電池の暖機と廃熱利用には適した材料である。
【００１５】
図３のフローチャートを参照して、冷間停止状態の燃料電池３を起動・暖機させる場合の制御手順について説明する。この暖機制御（起動制御）は、コントローラ３００により実行され、例えばコントローラ３００に結合する図示しない起動スイッチ等がオンすることにより、コントローラ３００は暖機制御を開始する。
【００１６】
ステップＳ１において、一次冷却ライン６に充填された過冷潜熱蓄熱材に対して通電装置７の通電点３０から電気刺激が与えられる。燃料電池システムの冷間停止状態では、過冷潜熱蓄熱材の融点が燃料電池作動温度以下に設定されるので、暖機制御の開始時において過冷潜熱蓄熱材は過冷却の液体状態にある。なお、燃料電池作動温度は、燃料電池が要求される電力（例えば定格出力）を出力可能な温度であり、起動／暖機運転時以外の通常運転時の作動温度である。例えば、高分子電解質型燃料電池では、燃料電池作動温度は８０〜１００℃である。通電装置７の通電点３０からの刺激により開始された過冷潜熱蓄熱材の結晶化変態は、連鎖的に一次冷却ライン６全体でおこる。一次冷却ライン６は、冷却／加熱通路網３５として、燃料電池細部に渡って配されており、過冷潜熱蓄熱材が発する顕熱は効率よく燃料電池３の暖機に利用される。
【００１７】
ステップＳ２において、酸素供給装置２５と水素供給装置２７を制御することにより、暖機された燃料電池３にカソードライン１から空気、アノードライン２から水素が供給される。こうして燃料電池は発電を開始する。燃料電池は水素と酸素の反応時、および電流が燃料電池内のセパレータ等を流れるときに抵抗加熱によって発熱する。結晶化（固化）状態の過冷潜熱蓄熱材はこの発熱によって溶解され、液体状態となる。
【００１８】
ステップＳ３において、ポンプ８、１１、冷却ファン１３を作動させる。これにより、溶解された過冷潜熱蓄熱材を循環させ、燃料電池３からの廃熱を過冷潜熱蓄熱材が受熱する。こうして第一熱交換器９、二次冷却ライン１０を介して熱交換器１２からシステム外部へ熱を放出することが可能となる。
【００１９】
第一実施形態は、以下の効果を奏する。
【００２０】
（ａ）燃料電池システムに、燃料電池に水素を含んだガスを供給する水素供給装置２７と、燃料電池に酸素を含んだガスを供給する酸素供給装置２５と、水素と酸素を反応させ電気を発生させる燃料電池３と、燃料電池の反応熱を廃熱するために燃料電池内を通過する１次冷却ライン６と、一次冷却ライン６に充填された過冷潜熱蓄熱材と、燃料電池の暖機のために、過冷却液体状態にある過冷潜熱蓄熱材に結晶化を開始させる刺激を与える刺激発生装置（通電装置７）と、を備えた。これにより、燃料電池の冷媒として過冷潜熱蓄熱材を適用し、燃料電池の暖機時に過冷潜熱蓄熱材へ外部刺激を与えて、過冷潜熱蓄熱材の結晶化を開始させる。燃料電池は過冷潜熱蓄熱材の顕熱で加熱される。この構成であれば、外部エネルギーをほとんど付加することなく燃料電池３を暖機することが可能となる。
【００２１】
（ｂ）１次冷却ライン６に設けられる第一の熱交換器９と、第一の熱交換器９を介して一次冷却ライン６と熱交換可能な二次冷却ライン１０と、を備えた。これにより、液化した過冷潜熱蓄熱材を、一次冷却ライン６、第一の熱交換器９を通して、循環させることで冷媒として用いることが可能である。過冷潜熱蓄熱材を、燃料電池システムの起動・暖機運転時は温媒として、起動時以外の定常運転時は冷媒として用いるので、起動時の過冷潜熱蓄熱材の加熱エネルギーは燃料電池からの廃熱を利用していることとなり、非常にエネルギー効率の高いエネルギーシステムの起動装置を構築することが可能となる。また一次冷却ライン６と熱交換器９を介して熱交換する二次冷却ライン１０を備える構成では、燃料電池３の廃熱を効率よく外部へ放熱することが可能となる。
【００２２】
（ｃ）二次冷却ライン１０と外部冷却源（外気）とを熱交換可能にする第二の熱交換器１２を二次冷却ライン１０に備えたので、燃料電池３の定常運転時の冷却効率をさらに高めることが可能である。
【００２３】
（ｄ）過冷潜熱蓄熱材は結晶化することによって固体となるが、過冷潜熱蓄熱材の融点を燃料電池３が通常の発電動作を行う温度である燃料電池作動温度以下に設定しておくことによって、過冷潜熱蓄熱材は燃料電池の廃熱で再び液化することが可能である。
【００２４】
（ｅ）刺激発生装置は、過冷潜熱蓄熱材に電気刺激を与える通電装置７であるため、簡便な構成で、過冷潜熱蓄熱材が結晶化する刺激を発生することが可能である。
【００２５】
次に、第二実施形態を説明する。第二実施形態の燃料電池システムの構成を図４に示す。図４の燃料電池システムは、図１に記載の他に、燃料電池３の冷却／加熱通路網３５と結合し、かつ第一熱交換器９を迂回して過冷潜熱蓄熱材を循環させる一次冷却バイパスライン１４、過冷潜熱蓄熱材の流路を一次冷却バイパスライン１４と第一の熱交換器９を通過する外部冷却ライン６ａとの間で切替える流路切替弁１５、アノード排ガスとカソード排ガスを燃焼させる燃焼器１６、燃焼器１６に対して設置される第三の熱交換器１７、燃焼器１６からの排ガス（燃焼ガス）を通す排ガスライン１８、燃料電池の温度を検出する第一の温度センサ１９、二次冷却ライン近傍で第一熱交換器９の温度を検出する第二の温度センサ２０、二次冷却ラインの温度を検出する第三の温度センサ２１を加えている。第一の温度センサ１９は、燃料電池の温度として、好適には燃料電池内の一次冷却ライン６の温度を検出する。
【００２６】
一次冷却バイパスライン１４は、第一の熱交換器９を通過する外部冷却ライン６ａを迂回させて、燃料電池３内の冷却／加熱通路網３５に過冷潜熱蓄熱材を流す。第三の熱交換器１７は、燃焼器１６からの排ガスと二次冷却ライン１０の冷媒（流体）との間で熱交換を行う。
【００２７】
第二温度センサ２０は、二次冷却ライン１０から間接的に過熱された第一熱交換器９の部位の温度を検出するために設けられる。コントローラ３００は、上記の流路切替弁１５、燃焼器１６、温度センサ１９、２０、２１と電気的に結合し、指令信号、検出信号の授受を行う。
【００２８】
過冷潜熱蓄熱材は前述のように電気刺激等の外部刺激を与えられることによって結晶化する。第一実施形態では、結晶化によって固体となった過冷潜熱蓄熱材を燃料電池の廃熱で再溶解するが、一次冷却ライン６が、燃料電池外部にも存在し、かつ、燃料電池の廃熱を受熱できない場所（例えば、第一熱交換器９付近）に位置した場合には、過冷潜熱蓄熱材を再溶解できない。
【００２９】
これを解決するために燃焼器１６で燃料電池３の排ガスを燃焼させ第三の熱交換器１７で二次冷却ライン１０の冷媒を加熱する。二次冷却ライン１０は第一熱交換器９を介して一次冷却ライン６の燃料電池外部の配管つまり外部冷却ライン６ａを加熱し、この配管内の過冷潜熱蓄熱材を溶解することができる。
【００３０】
燃料電池は十分に温度が上がっていない状態では、水素の転換効率が悪く水素を排ガスとして放出する。二次冷却ライン１０の加熱用には燃焼器１６で水素を燃焼させるが主に排ガス水素、すなわち本来廃棄されるべき水素を利用するため、燃料電池の総合効率にはほとんど影響を与えない。
【００３１】
図５は、図４に示した燃料電池システムの起動・暖機制御を示したフローチャートであり、その起動・暖機制御はコントローラ３００により実行される。
【００３２】
以下、起動・暖機制御手順をステップごとに詳細を説明する。
【００３３】
ステップＳ１１において、燃料電池の起動操作を開始し、第一温度センサ１９で検出された燃料電池の温度から燃料電池が、暖機が必要か否かを判断する。燃料電池の温度が充分高く、例えば、燃料電池作動温度付近であれば、燃料電池の暖機は不要である。燃料電池の暖機が不要の場合はステップＳ１２の定常運転モードへ移行する。暖機が必要な場合は、ステップＳ１３へ移行する。
【００３４】
ステップＳ１３において、一次冷却ライン６に充填した過冷潜熱蓄熱材に通電装置７の通電点３０より電流刺激を加え、燃料電池３の暖機のため過冷潜熱蓄熱材を結晶化させる。続いて、ステップＳ１４において、顕熱によって加熱された燃料電池３のカソードライン１へ空気、アノードライン２へ水素を供給し、燃料電池３の発電による自己発熱を開始する。
【００３５】
次に、ステップＳ１５において、燃料電池の排ガスの燃焼熱と二次冷却ライン１０を熱交換させるために第二ポンプ１１の運転を開始する。ステップＳ１６において、燃焼器１６の燃焼を開始する。続いて、ステップＳ２０において、冷却ファン１３の制御つまり二次冷却ライン１０の温度制御を開始する。図６のフローチャートに示すように、二次冷却ライン温度制御は、以下のステップＳ１７からＳ１９からなる。ステップＳ１７において、二次冷却ラインの冷媒温度を第三の温度センサ２１で検出し、この温度センサ２１で検出された温度が設定温度以上か否か判断する。温度センサ２１で検出された温度が設定温度以上の場合には、ステップＳ１８において冷却ファン１３を運転させ二次冷却ライン１０の冷媒温度を低下させる、そうでない場合は、ステップＳ１９において、冷却ファン１３の停止状態を維持する。例えば、冷却ファン１３が運転状態の場合は、停止させる。このように、ステップＳ１７からＳ１９において、二次冷却ライン１０を所定温度域に保ちつつ、第一熱交換器９を介して外部冷却ライン６ａ中の過冷潜熱蓄熱材を二次冷却ライン１０により加熱する制御を行う。
【００３６】
図５のステップＳ２１において、第一温度センサ１９で検出された燃料電池の温度が過冷潜熱蓄熱材の融点温度以上か否か判断する。融点温度以上の場合、ステップＳ２２において、流路切替弁１５を一次冷却バイパスライン１４に切替え、さらにポンプ８を運転させることで、溶融状態の過冷潜熱蓄熱材を燃料電池３内の冷却／加熱通路網３５、ポンプ８、一次冷却バイパスライン１４からなる第一の経路を通して循環させる。融点温度以上でない場合、ステップＳ２３において、現状を維持しつつ、第一温度センサ１９で検出された燃料電池の温度が過冷潜熱蓄熱材の融点温度以上になるまで、ステップＳ２１の判断を繰り返す。
【００３７】
続いて、ステップＳ２４において、第二の温度センサ２０が検出する第一熱交換器９の温度が過冷潜熱蓄熱材の融点温度以上になったか否か判断する。判断が肯定の場合は、ステップＳ２６において、流路切替え弁１５を熱交換器９を通過する側の一次冷却ラインである外部冷却ライン６ａ側に切替える制御を行う。これにより燃料電池の廃熱は、燃料電池３の内部の冷却／加熱通路網３５、ポンプ８、熱交換器９とを経由する第二の経路を介して、第一熱交換器９、第二熱交換器１２の作用によって、外気へ放出される。ステップＳ２６の後に、ステップＳ２７において、通常運転モードへ移行する。一方、判断が否定の場合は、ステップＳ２５において、流路切替え弁１５の現在の状態を維持し、ステップＳ２４の判断を繰り返して第一熱交換器９の温度が過冷潜熱蓄熱材の融点温度以上になるのを待つ。
【００３８】
上記において、ステップＳ１７からＳ１９までの二次冷却ラインの温度制御と、ステップＳ２１からＳ２７までの過冷潜熱蓄熱材を融解させる制御（通常運転への移行制御）が並列的に行われるが、例えば、マルチタスク処理や、コントローラ３００が二つのＣＰＵを有することにより、並列的に二つの制御を実行可能である。
【００３９】
最後に、図７を参照して、燃料電池の運転を停止させる場合のコントローラ３００が実行する停止制御について説明する。コントローラ３００は、図示しない起動スイッチがオフした場合にこの停止制御を開始するようにしてよい。
【００４０】
ステップＳ３１において、流路切替え弁１５を一次冷却バイパスライン１４側に切替える。続いて、ステップＳ３２において、第一温度センサ１９の検出する燃料電池３の温度が過冷潜熱蓄熱材の融点以上であるか否か判断する。判断が肯定の場合、ステップＳ３３において、燃料電池システムの停止動作を行う。停止動作において、燃料電池３への水素と空気の供給が停止され発電が停止し、ポンプ等の補器の運転が停止される。判断が否定の場合、ステップＳ３４において、燃料電池システムの運転を継続する。これにより、燃料電池の温度が、過冷潜熱蓄熱材の融点以下の場合は、融点以上になるまで燃料電池を運転させてから停止させた後、過冷潜熱蓄熱材の過冷却を行う。
【００４１】
なお、図１の第一実施形態においても、燃料電池の温度を検出する温度センサ１９を設ければ、上記のステップＳ３２からＳ３４で構成される停止制御を行うことが可能である。
【００４２】
また、第二実施形態において、燃焼器１６と第三の熱交換器１７を二次冷却ライン１０の冷媒加熱に使用したが、代わりに、燃焼器１６と第三の熱交換器１７を一次冷却ライン６の熱交換による過冷潜熱蓄熱材の加熱に使用することも可能である。なお、加熱装置として、燃焼器１６の代わりに電気ヒーターを適用してもよく、この場合も別途燃料を保有しておく必要が無くシステム構成を簡略化できる。
【００４３】
以下に、第二実施形態の効果を説明する。
【００４４】
（ｆ）一次冷却ライン６と二次ライン１０の少なくとも一方に加熱装置（燃焼器１６と第三の熱交換器１７）を備えた。これにより、第一の熱交換器９が燃料電池３の外部に設置されている場合でも、一次冷却ライン６又は二次冷却ライン１０に燃焼器等の加熱装置を備えることで過冷潜熱蓄熱材の再溶解を可能としている。
【００４５】
（ｇ）加熱装置として、水素燃焼器を用いることで、別途加熱装置用の燃料を保有しておく必要が無くシステム構成を簡略化できる。
【００４６】
（ｈ）加熱装置として、電気ヒーターを用いることで、燃料電池システムの構成を簡略化できる。
【００４７】
（ｉ）一次冷却ライン６に、燃料電池３の内部と一次冷却バイパスライン１４だけを循環する第一の経路と燃料電池３の内部と熱交換器９を経由させる第二の経路を切替える流路切替弁１５を設置した。この構成によれば、燃料電池３を過冷潜熱蓄熱材によって暖機し定常運転に移行後、燃料電池３の廃熱が不要な場合は、一次冷却ライン６の冷媒を燃料電池３内部を循環させるのみとし、逆に燃料電池３の廃熱が必要な場合に、熱交換器９を循環する外部冷却ライン６ａに冷媒を循環させる。この構成によって、燃料電池３は運転時の自己発熱を効率的に暖機に転用することができる。
【００４８】
（ｊ）燃料電池システムは、燃料電池３内に設けられる第一の温度センサ１９と、第一の熱交換器９に設けられる第二の温度センサ２０と、燃料電池３の暖機制御を行うコントローラ３００と、を備えた。コントローラ３００は、燃料電池システムを暖機のために、一次冷却ライン６の過冷潜熱蓄熱材に結晶化を開始する刺激を与えるよう刺激発生装置を制御し、結晶化開始刺激が与えられた後、燃料電池に酸素を含んだガスを供給するよう酸素供給装置２５を制御し、かつ燃料電池３に水素を含んだガスを供給するよう水素供給装置２７を制御する。さらに、コントローラ３００は、その後第一の温度センサ１９の検出温度が過冷潜熱蓄熱材の融点以上であれば、第一の経路に切り換るよう流路切替弁１５を制御し、前記第一の経路に切り換るよう流路切替弁１５を制御した後、第二の温度センサ２０の検出温度が過冷潜熱蓄熱材の融点以上であれば、前記第二の経路に切り換るよう前記流路切替弁を制御する。燃料電池システムの起動・暖機として、上記の制御を行うことによって燃料電池の急速暖機を可能としている。
【００４９】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。
【図２】過冷潜熱蓄熱材の発熱量を降温過程と昇温過程において示す図である。
【図３】第一実施形態に係る燃料電池システムの起動・暖機制御を示すフローチャートである。
【図４】第二実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。
【図５】第二実施形態に係る燃料電池システムの起動・暖機制御を示すフローチャートである。
【図６】第二実施形態に係る燃料電池システムの二次冷却ラインの温度制御を示すフローチャートである。
【図７】第二実施形態に係る燃料電池システムの停止制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  カソードライン
２  アノードライン
３  燃料電池
６  一次冷却ライン
６ａ  外部冷却ライン
７  通電装置
８  第一ポンプ
９  第一熱交換器
１０  二次冷却ライン
１１  第二ポンプ
１２  第二熱交換器
１３  冷却ファン
１４  一次冷却バイパスライン
１６  燃焼器
１７  第三熱交換器
１９  第一温度センサ
２０  第二温度センサ
２１  第三温度センサ
２５  酸素供給装置
２７  水素供給装置
３００  コントローラ
【図１】
2004327159.tif 000003
【図２】
2004327159.tif 000004
【図３】
2004327159.tif 000005
【図４】
2004327159.tif 000006
【図５】
2004327159.tif 000007
【図６】
2004327159.tif 000008
【図７】
2004327159.tif 000009