(57)【要約】【課題】燃料電池スタックに対して低導電率の冷却水を供給し、短時間で起動を開始することを可能とする。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタック１１を通過してメイン配管１３から分流された冷却水が流れる主冷却水流路１５と、燃料電池スタック１１を通過してメイン配管１３から分流された冷却水が流れる副冷却水流路１６と、冷却水に溶出した導電性イオンを除去するイオン除去フィルタ１９とを備える。また、燃料電池システムは、起動時に、燃料電池スタック１１内部に存在する高導電率の冷却水を、副冷却水流路１６中に存在する比較的低導電率の冷却水と入れ換え、入れ換えられた高導電率の冷却水をイオン除去フィルタ１９に通過させ、主冷却水流路１５中に循環させるように制御するコントロールユニット２２を備える。【選択図】      図１
2004253277.tif 000002
【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て発電する燃料電池スタックに冷却水を供給して、前記燃料電池スタックの温度調整をする燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックを通過した冷却水が供給されるメイン配管と、
前記メイン配管から分流された冷却水が供給され、供給された冷却水に溶出した導電性イオンを除去するイオン除去フィルタを介して前記燃料電池スタックに供給する主冷却水流路と、
前記メイン配管から前記主冷却水流路に分流されなかった冷却水が供給されて、供給された冷却水を前記主冷却水流路に導く副冷却水流路と、
前記メイン配管からの冷却水を前記主冷却水流路に導く冷却水流量、及び前記メイン配管からの冷却水を前記副冷却水流路に導く流量を切り替える流量切替手段と、
前記燃料電池スタックを発電開始させる時に、前記燃料電池スタック内部に存在する冷却水と、前記副冷却水流路中に存在する冷却水と入れ換えるように前記流量切替手段を制御し、前記副冷却水流路の冷却水を前記主冷却水流路を介して前記イオン除去フィルタに徐々に通過させる制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記メイン配管から前記副冷却水流路に供給する冷却水流量を、前記メイン配管から前記主冷却水流路に供給する冷却水流量に対して徐々に多くするように前記流量切替手段を制御して、前記副冷却水流路の冷却水を前記主冷却水流路を介して前記イオン除去フィルタに通過させる流量を徐々に多くさせ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】
前記副冷却水流路に、ラジエータを配設し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４】
前記主冷却水流路は、前記メイン配管及び副冷却水流路と分流する流路部位と、前記副冷却水流路と合流する流路部位との間であって、前記副冷却水流路と並列した流路部分に、前記燃料電池スタックを暖機するための加熱装置を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記イオン除去フィルタは、前記副冷却水流路と合流する前記主冷却水流路の流路部位の下流側に配設され、
前記イオン除去フィルタの後段に配設され、前記イオン除去フィルタを通過した後の冷却水と前記イオン除去フィルタをバイパスした冷却水とが混合した後の冷却水の導電率を検出する導電率センサを更に備え、
前記制御手段は、前記導電率センサによって検出された冷却水の導電率が所定の閾値を超えないように前記流量切替手段の前記主冷却水流路及び前記副冷却水流路に対する開度を変化させ、前記主冷却水流路の流量と前記副冷却水流路の流量とを制御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６】
前記イオン除去フィルタと、前記副冷却水流路と合流する前記主冷却水流路の流路部位との間に配設され、前記イオン除去フィルタを通過する前の冷却水の導電率を検出する他の導電率センサを更に備え、
前記制御手段は、前記他の導電率センサによって検出される前記副冷却水通路からの冷却水の導電率が上記閾値を下回った場合には、前記流量切替手段の前記主冷却水流路及び前記副冷却水流路に対する開度を前記燃料電池スタックの冷却要求に応じて変化させる制御に移行することを特徴とする請求項５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、例えば燃料電池車両に搭載可能な燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば車両等の移動体の動力源のうち、環境保護の観点から望ましいものとして、燃料電池が提案されている。この燃料電池は、燃料極（水素極）に水素を多量に含む燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、所定の電解質を介してこれら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。
【０００３】
燃料電池としては、移動体に搭載する上で好適なものとして、固体高分子電解質型のものが知られている。この固体高分子電解質型の燃料電池は、水素極と空気極との間に電解質として固体高分子電解質が設けられたものである。この固体高分子電解質型の燃料電池においては、水素極にて水素ガスが水素イオンと電子とに分離する反応が生じ、空気極にて酸素ガスと水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。このとき、燃料電池においては、固体高分子電解質膜がイオン伝導体として機能し、水素イオンは固体高分子電解質膜を空気極に向かって移動することになる。
【０００４】
このような固体高分子電解質型の燃料電池を用いた燃料電池システムにおいては、通常、運転温度を８０℃前後に維持するために冷却水を供給する必要がある。ここで、この種の燃料電池システムにおいては、冷却水は高電圧の燃料電池スタック内を通過するので、当該冷却水の導電率が高い場合には漏電を起こしやすい環境を招来することが知られている。
【０００５】
したがって、燃料電池システムにおいては、冷却水を介した漏電を回避するために、高導電率の冷却水のイオン濃度を安定に維持するように制御し、冷却水の導電率を低く抑える必要があり、このような技術としては、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００６】
この特許文献１には、メインタンクからメインポンプを用いて純水冷却水をメイン配管を介して燃料電池スタックへと供給し、燃料電池スタックを通過した純水冷却水をラジエータ等の熱交換器によって冷却した後、メインタンクに帰還させる循環系統を有する燃料電池運転システムが開示されている。特に、この燃料電池運転システムは、メイン配管とは別に、純水冷却水を循環させるためのサブ配管及びサブポンプを設け、サブ配管上に、純水冷却水に溶出した導電性イオンを除去するためのイオン除去フィルタを設けている。これにより、この燃料電池運転システムは、冷却水中の導電性イオンの濃度を所定値以下に安定して維持することができるとしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２０８１５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に記載されたようなシステムにおいては、燃料電池スタックが発電を停止している間に冷却水の導電率が上昇した結果、燃料電池スタックの起動時に純水冷却水の導電率が所定値以下となっていない場合には、高導電率の冷却水を燃料電池スタックに対して供給することはできないので、冷却水の導電率を所定値以下にまで低下させる必要がある。
【０００９】
しかしながら、この燃料電池システムにおいては、冷却水の導電率を所定値以下にまで低下させるのに時間を要し、短時間で燃料電池スタックを起動することができないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、低導電率の冷却水を燃料電池スタックに対して供給し、短時間で燃料電池スタックを起動することができる燃料電池システムを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池スタックに冷却水を供給して、前記燃料電池スタックの温度調整をするものであって、燃料電池スタックを通過した冷却水が供給されるメイン配管と、メイン配管から分流された冷却水が供給され、供給された冷却水に溶出した導電性イオンを除去するイオン除去フィルタを介して燃料電池スタックに供給する主冷却水流路と、メイン配管から主冷却水流路に分流されなかった冷却水が供給されて、供給された冷却水を主冷却水流路に導く副冷却水流路とを有する構成となっている。
【００１２】
このような燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックを発電開始させる時に、制御手段により、燃料電池スタック内部に存在する冷却水と、副冷却水流路中に存在する冷却水と入れ換えるように流量切替手段を制御し、副冷却水流路の冷却水を主冷却水流路を介してイオン除去フィルタに徐々に通過させることで、上述の課題を解決する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池スタックを発電開始させる時に、燃料電池スタック内部に存在する高導電率となっている冷却水と、副冷却水流路中に存在する低導電率となっている冷却水と入れ換え、副冷却水流路の冷却水を主冷却水流路を介してイオン除去フィルタに徐々に通過させるので、燃料電池スタックに対して低導電率の冷却水を供給することができ、短時間で起動を開始することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
この実施の形態は、例えば移動体としての燃料電池車両に搭載され、負荷装置として搭載された駆動モータや燃料電池スタックを発電させる補機類等に電力供給することにより、車両走行するための駆動トルクを発生させる燃料電池システムである。この燃料電池システムは、燃料電池スタックに発電を開始させる時である起動時に、燃料電池スタック内部に存在する高導電率の冷却水を、副冷却水流路中に存在する比較的低導電率の冷却水と一時入れ換え、入れ換えられた高導電率の冷却水をイオン除去フィルタに通過させ、主冷却水流路中に循環させることにより、燃料電池スタックに低導電率の冷却水を供給し、短時間で燃料電池スタックの起動を開始することができるものである。
【００１６】
［燃料電池システムの構成］
燃料電池システムは、図１に示すように、当該燃料電池システムの主電源であって酸素を含む酸化剤ガスと水素を多量に含む燃料ガスとを用いて発電する燃料電池スタック１１を備える。
【００１７】
燃料電池スタック１１は、特に図示しないが、固体高分子電解質膜を挟んで、酸化剤ガスを供給する空気極と燃料ガスを供給する水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層することによって構成され、図示しない空気供給部から供給された酸素を含む酸化剤ガスと、水素を多量に含む燃料ガスとを用いて発電する。すなわち、この燃料電池スタック１１による発電は、水素極にて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン（Ｈ＋）が高分子電解質膜を通過して空気極に到達し、この水素イオンが空気極にて酸素と結合して水（Ｈ２Ｏ）を生成することによって行われる。
【００１８】
このような燃料電池スタック１１は、メイン配管１３と挿通して配設され、ポンプ１２によって送出された冷却水がメイン配管１３を介して供給される。また、酸化剤ガスとしての空気は、例えばコンプレッサモータによって駆動されて外気を取り込むエアコンプレッサから圧送されることで、燃料電池スタック１１に供給される。そして、空気は、燃料電池スタック１１の発電反応に使用され、余剰分が燃料電池スタック１１から排出され、排空気として所定の空気流路を介して後述する燃焼器及び熱交換器１７に供給される。一方、燃料ガスは、所定圧力に調整されて燃料電池スタック１１に供給される。そして、燃料ガスは、空気とともに燃料電池スタック１１の発電反応に使用され、余剰分が燃料電池スタック１１から排出され、排水素として所定の水素流路を介して燃焼器及び熱交換器１７に供給される。
【００１９】
また、この燃料電池システムは、三方弁１４によってメイン配管１３から分流された冷却水が供給されて燃料電池スタック１１に導く主冷却水流路１５と、この主冷却水流路１５と並列に配設され三方弁１４によってメイン配管１３から分流されて主冷却水流路１５に供給されなかった冷却水が供給されて主冷却水流路１５に導く副冷却水流路１６とを備える。
【００２０】
これにより、燃料電池システムは、燃料電池スタック１１に対してメイン配管１３を介してポンプ１２によって冷却水が供給され、さらに、燃料電池スタック１１を通過した冷却水が、三方弁１４を介して主冷却水流路１５及び副冷却水流路１６に流れる循環系統を構成している。この冷却水の循環系統は、主冷却水流路１５が、三方弁１４からの冷却水を、燃焼器及び熱交換器１７、第１導電率センサ２０、イオン除去フィルタ１９及び第２導電率センサ２１、燃料電池スタック１１の順に供給する配管にて構成されている。また、副冷却水流路１６は、三方弁１４からの冷却水を、ラジエータ１８を介して主冷却水流路１５と合流させる配管にて構成されている。
【００２１】
さらに、燃料電池システムは、メイン配管１３が主冷却水流路１５と副冷却水流路１６とに分流する流路部位と、主冷却水流路１５が副冷却水流路１６と合流する流路部位との間であって、副冷却水流路１６と並列した主冷却水流路１５の流路部分に、燃料電池スタック１を暖機するための燃焼器及び熱交換器１７を備える。
【００２２】
主冷却水流路１５に挿通して配設される燃焼器及び熱交換器１７は、燃料電池スタック１１からの排水素と排空気とが導入されて排水素を燃焼する燃焼器と、この燃焼器による燃焼熱を主冷却水流路１５を流れる冷却水との間で熱交換する熱交換器とからなる。この燃焼器及び熱交換器１７は、燃料電池スタック１１の起動時に暖機が必要な場合や、燃料電池スタック１１を流れる水素極中の凝縮水分やガス中の不純物を掃気する場合等に、コントロールユニットにより供給される排水素及び排空気が制御される。この燃焼器及び熱交換器１７を通過した冷却水は、主冷却水流路１５を介してポンプ１２へと帰還する。
【００２３】
副冷却水流路１６の途中に配設されるラジエータ１８は、冷却水を冷却する熱交換機能を有するものである。このラジエータ１８を通過した冷却水は、副冷却水流路１６を介して主冷却水流路１５に合流してポンプ１２へと帰還する。
【００２４】
さらにまた、燃料電池システムは、ポンプ１２と並列に配設されることで、主冷却水流路１５から冷却水及び副冷却水流路１６からの冷却水が供給され、当該冷却水に溶出した導電性イオンを除去するイオン除去フィルタ１９と、このイオン除去フィルタ１９及びポンプ１２の前段に配設される第１導電率センサ２０と、イオン除去フィルタ１９及びポンプ１２の後段に配設される第２導電率センサ２１と、各部の動作を制御して燃料電池スタック１１の発電反応を制御する制御手段であるコントロールユニット２２とを備える。
【００２５】
このような燃料電池システムは、コントロールユニット２２により以下に示す起動制御処理を行うことにより、燃料電池スタック１１に対して冷却水を供給して、燃料電池スタック１１に発電を開始させる。
【００２６】
［燃料電池システムの起動制御処理］
燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１を起動した際に、コントロールユニット２２により、先ず、メイン配管１３から三方弁１４に供給された冷却水を副冷却水流路１６側に供給するように三方弁１４を全開するように制御し、この状態でポンプ１２を運転させる。これにより、燃料電池システムでは、燃料電池スタック１１内部に存在する高導電率の冷却水を三方弁１４を介して副冷却水流路１６に導くと共に、ラジエータ１８内部に存在する低導電率の水を燃料電池スタック１１に導き、燃料電池スタック１１内の冷却水をラジエータ１８内の冷却水に入れ換える。
【００２７】
その後、燃料電池システムにおいては、コントロールユニット２２により、三方弁１４の副冷却水流路１６側を微小開放状態とするとともに、副冷却水流路１６側の開度と比較して主冷却水流路１５側の開度を大開放状態とし、この状態で燃料電池スタック１１を運転開始させる。そして、燃料電池システムにおいては、イオン除去フィルタ１９を通過した後の冷却水の導電率を第２導電率センサ２１によって検出し、検出された導電率に基づいてコントロールユニット２２によって三方弁１４の開放度を制御する。
【００２８】
また、燃料電池システムにおいては、コントロールユニット２２により、ラジエータ１８側に移動した高導電率の冷却水の水量と、燃料電池スタック１１及び三方弁１４を通過してラジエータ１８をバイパスするバイパス配管である主冷却水流路１５を流れている低導電率の冷却水の水量とを調節する。そして、燃料電池システムにおいては、燃焼器及び熱交換器１７を通過した冷却水とラジエータ１８を通過した冷却水とが再度混合され、第１導電率センサ２０を通過する。
【００２９】
その際、燃料電池システムにおいては、第２導電率センサ２１によって検出される冷却水の導電率をコントロールユニット２２によってモニタし、この導電率が例えば５μＳ〜２０μＳといった漏電上許容される所定の閾値となるように、コントロールユニット２２によって三方弁１４の開放度を制御する。そして、燃料電池システムにおいては、第１導電率センサ２０によって検出される冷却水の導電率が閾値となった時点でこの制御を終了し、通常の水温制御へと移行する。
【００３０】
燃料電池システムにおいては、このような起動制御処理をコントロールユニット２２によって行うことにより、導電率が所定値以下の冷却水を燃料電池スタック１１に供給することができる。
【００３１】
より具体的には、燃料電池システムは、図２に示す一連の処理をコントロールユニット２２にて実行することにより、導電率が所定値以下の冷却水を燃料電池スタック１１に供給する。なお、ここでは、漏電上許容される導電率の閾値を５μＳ〜２０μＳに設定した場合について説明する。
【００３２】
燃料電池システムにおいては、先ずコントロールユニット２２に例えば燃料電池スタック１１の発電要求が送られることによってステップＳ１の処理を開始し、コントロールユニット２２では、燃料電池スタック１１内部に存在する高導電率の冷却水と、ラジエータ１８内部に存在する低導電率の冷却水とを入れ換える制御をする。このとき、コントロールユニット２２では、三方弁１４の副冷却水流路１６側を全開状態とすると共に主冷却水流路１５側を全閉状態とし、この状態でポンプ１２を作動開始させる。これにより燃料電池スタック１１内部の冷却水が三方弁１４を介して副冷却水流路１６に移動開始すると共に、副冷却水流路１６内部の冷却水がポンプ１２を介して燃料電池スタック１１に移動開始する。また、コントロールユニット２２では、第１導電率センサ２０及び第２導電率センサ２１をともに作動させる。
【００３３】
次のステップＳ２においては、コントロールユニット２２により、燃料電池スタック１１内部の高導電率の冷却水とラジエータ１８内部の低導電率の冷却水との入れ換えが完了したか否かを判定する。このとき、コントロールユニット２２は、予めポンプ１２の駆動能力に応じて決定しておいた燃料電池スタック１１内の冷却水がラジエータ１８内の冷却水と入れ替わる作動流量と、ステップＳ１にて作動開始した後のポンプ１２の積算予測した作動流量とを比較して、当該積算した作動流量が、予め決定しておいた作動流量となったときに、入れ替えが完了したと判定する。
【００３４】
ここで、コントロールユニット２２においては、燃料電池スタック１１内部の高導電率の冷却水とラジエータ１８内部の低導電率の冷却水との入れ換えが完了していないと判定した場合には、ステップＳ１の処理を繰り返す一方で、燃料電池スタック１１内部の高導電率の冷却水とラジエータ１８内部の低導電率の冷却水との入れ換えが完了したと判定した場合には、ステップＳ３へと処理を移行する。
【００３５】
そして、ステップＳ３においては、コントロールユニット２２により、第２導電率センサ２１からのセンサ信号を検出し、当該第２導電率センサ２１によって検出されるイオン除去フィルタ１９を通過した後の冷却水の導電率が、閾値である５μＳ〜２０μＳよりも大きいか否かを判定する。
【００３６】
ここで、コントロールユニット２２においては、第２導電率センサ２１によって検出された冷却水の導電率が５μＳ〜２０μＳよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ４における第１の浄化作業モードへと移行する。具体的には、コントロールユニット２２では、第１の浄化作業モードとして、第１導電率センサ２０及び第２導電率センサ２１を作動させた状態にて、三方弁１４の主冷却水流路１５側を大開放状態とすると共に三方弁１４の副冷却水流路１６側を全閉状態し、この状態でポンプ１２を作動させる。これにより、ステップＳ１にて燃料電池スタック１１から副冷却水流路１６に送られた高導電率の冷却水を燃料電池スタック１１に導かずに、ポンプ１２から吐出された冷却水の一部をイオン除去フィルタ１９に供給しながら、冷却水を第２導電率センサ２１、燃料電池スタック１１、メイン配管１３、三方弁１４、燃焼器及び熱交換器１７、第１導電率センサ２０、ポンプ１２の上流側に戻すように循環させる。これにより、燃料電池システムでは、燃料電池スタック１１に供給する冷却水の導電率を小さくする。
【００３７】
一方、コントロールユニット２２では、第２導電率センサ２１によって検出された冷却水の導電率が閾値の５μＳ〜２０μＳよりも大きくないと判定した場合には、ステップＳ５における第２の浄化作業モードへと移行する。具体的には、コントロールユニット２２では、三方弁１４の副冷却水流路１６側を微小開放状態とすると共に、主冷却水流路１５側を大開放状態とし、この状態でポンプ１２及び第１導電率センサ２０，第２導電率センサ２１を作動させ、燃料電池スタック１１を運転させる。これにより、燃料電池スタック１１の冷却水入口側にて冷却水の導電率を５μＳ〜２０μＳの範囲内とすることができる冷却水量を、副冷却水流路１６から主冷却水流路１５に供給する。
【００３８】
次のステップＳ６において、コントロールユニット２２により、第１導電率センサ２０によって検出されるイオン除去フィルタ１９を通過する前の冷却水の導電率が閾値である５μＳ〜２０μＳよりも大きいか否かを判定する。
【００３９】
ここで、コントロールユニット２２では、第１導電率センサ２０によって検出された冷却水の導電率が５μＳ〜２０μＳよりも大きくないと判定した場合には、副冷却水流路１６に存在していた冷却水の導電率低下を完了させたと判定してステップＳ９における通常モードへと移行し、コントロールユニット２２により、燃料電池スタック１１の冷却要求に応じて、三方弁１４の開放度を変化させる通常の水温制御を行い、一連の処理を終了する。
【００４０】
一方、燃料電池システムにおいては、第１導電率センサ２０によって検出される冷却水の導電率が５μＳ〜２０μＳよりも大きいと判定した場合には、さらにステップＳ７において、第２導電率センサ２１によって検出されたイオン除去フィルタ１９を通過した後の冷却水の導電率が閾値である５μＳ〜２０μＳよりも大きいか否かをコントロールユニット２２によって判定する。
【００４１】
ここで、コントロールユニット２２では、第２導電率センサ２１によって検出された冷却水の導電率が５μＳ〜２０μＳよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ４にて設定した三方弁１４の副冷却水流路１６側の開度としたままでラジエータ１８の冷却水がイオン除去フィルタ１９を通過することによって徐々に導電率が低下するので、三方弁１４の開放度を制御する必要はなく、ステップＳ６からの処理を繰り返す。
【００４２】
一方、コントロールユニット２２では、第２導電率センサ２１によって検出された冷却水の導電率が５μＳ〜２０μＳよりも大きくないと判定した場合には、三方弁１４の副冷却水流路１６側の開度を大きくすることでラジエータ１８からイオン除去フィルタ１９に導く冷却水流量を多くして、冷却水の導電率が５μＳ〜２０μＳを超えないように、副冷却水流路１６の途中に設けられているラジエータ１８側に移動した高導電率の冷却水の水量と、主冷却水流路１５を流れている低導電率の冷却水の水量とを調節し、ステップＳ６からの処理を繰り返す。そして、コントロールユニット２２では、ステップＳ６〜ステップＳ８の処理を繰り返すことで、三方弁１４の副冷却水流路１６側の開度を徐々に大きくすることで、ラジエータ１８からイオン除去フィルタ１９に導く冷却水流量を徐々に増加させて、ラジエータ１８内の冷却水の導電率を徐々に低下させる。
【００４３】
燃料電池システムにおいては、このような一連の工程を経ることにより、導電率が所定値以下の冷却水を燃料電池スタック１１に供給することができる。
【００４４】
なお、燃料電池システムにおいては、このような一連の処理の最中には、主冷却水流路１５の途中に設けられた燃焼器及び熱交換器１７における燃焼器を起動して、燃料電池スタック１１の暖機を促進している。
【００４５】
ここで、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１が接続されるメイン配管１３や主冷却水流路１５及び副冷却水流路１６は、通常、導電率を低く維持するために、その材質がステンレスや低溶出型ゴムホースであるものを用いるといったように、厳しく吟味されており、且つ、その冷却水側の表面積は、燃料電池スタック１１内部と比較すると小さい。このため、これらメイン配管１３を含む各種冷却水流路においては、内部の冷却水が停留しているときの導電率上昇が比較的小さく抑えられている。
【００４６】
一方、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１内部はその表面積の大きさと、金属を含有する内部の触媒層との存在から、導電率上昇を招来しやすい。したがって、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１を暫く停止した後の再起動時には、高導電率の冷却水が燃料電池スタック１１内部に多く存在していることになり、上述した起動制御処理を行うことで、導電率が高い冷却水とラジエータ１８内部の冷却水とを入れ換える。
【００４７】
また、非常に長期間燃料電池スタック１１を停止した状態で放置していた場合には、図３に１日当たりの予測導電率上昇代を示すように、燃料電池スタック１１内部の冷却水の導電率上昇のみならず、ラジエータ１８内部の冷却水の導電率上昇も無視できなくなる。すなわち、長時間燃料電池スタック１１を停止している期間に、ラジエータ１８内部の冷却水の導電率が漏電上許容される導電率の閾値（５μＳ〜１０μＳ）を超える場合がある。このような場合に、システムの起動時に、燃料電池スタック１１内部の冷却水を副冷却水流路１６の途中に設けられたラジエータ１８内部の冷却水と入れ換えると、その時点で、停止中に既に導電率の閾値を上回っているラジエータ１８内部の冷却水を燃料電池スタック１１に供給してしまうことも考えられる。
【００４８】
しかしながら、図３に示したように、燃料電池スタック１１内部、ラジエータ１８内部、冷却水流路として用いられるいわゆるＳＵＳ３０４管やＥＰＤＭホース内部についての「１日あたりの予測導電率上昇代」から、ＳＵＳ３０４管内部、及びＥＰＤＭホース内部の導電率上昇代は極端に少なく、また、燃料電池スタック１１内部よりもラジエータ１８内部の冷却水の方が導電率上昇代が少ないので、長時間停止した後の燃料電池スタック１１内部の冷却水の導電率よりもラジエータ１８内部の冷却水の導電率が小さい。したがって、上述した起動制御処理を行うことにより、燃料電池スタック１１内部の冷却水と、ラジエータ１８内部の冷却水とを入れ換えることにより、比較的低導電率の冷却水を燃料電池スタック１１に供給して起動時間を短縮することが可能となることに何ら変わりはない。
【００４９】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した燃料電池システムにおいては、起動時に、燃料電池スタック１１内部に存在する高導電率の冷却水を、副冷却水流路１６中に存在する比較的低導電率の冷却水と入れ換え、入れ換えられた高導電率の冷却水を少ない流量にてイオン除去フィルタ１９に通過させ、主冷却水流路１５中に循環させることにより、燃料電池スタック１１に低導電率の冷却水を供給することができ、短時間で燃料電池スタック１１の起動を開始することが可能となる。
【００５０】
また、この燃料電池システムによれば、メイン配管１３から副冷却水流路１６に供給する冷却水流量を、メイン配管１３から主冷却水流路１５に供給する冷却水流量に対して徐々に多くするように三方弁１４を制御して、副冷却水流路１６の冷却水を主冷却水流路１５を介してイオン除去フィルタ１９に通過させる流量を徐々に多くさせるので、更に短時間で燃料電池スタック１１の起動を開始することができる。
【００５１】
更に、燃料電池システムにおいては、副冷却水流路１６の途中にラジエータ１８を配設しているので、燃料電池スタック１１内部に存在していた冷却水を副冷却水流路１６中に貯留するために十分な容量を確保することができる。また、燃料電池システムにおいては、導電率が上昇した状態にて燃料電池スタック１１を起動する場合、通常、冷却水が燃料電池スタック１１の運転温度に達していないので、冷却水をラジエータ１８に循環させなくても、燃料電池スタック１１の運転上問題を生じることはない。
【００５２】
更に、燃料電池システムにおいては、副冷却水流路１６と並列に配置された主冷却水流路１５の途中に燃料電池スタック１１を暖機するための加熱装置である燃焼器を配設していることにより、主冷却水流路１５に比較的低導電率の冷却水を循環させながらこの冷却水の暖機も行うことができるので、燃料電池スタック１１の早期起動の観点からさらに有利である。
【００５３】
更にまた、燃料電池システムにおいては、イオン除去フィルタ１９を通過した後の冷却水とイオン除去フィルタ１９をバイパスした冷却水とが混合した後の導電率を、燃料電池スタック１１の上流側に位置する第２導電率センサ２１によって検出し、この値が所定の閾値を超えないように、コントロールユニット２２によって三方弁１４の開度を制御することにより、副冷却水流路１６に移動した高導電率の水量と主冷却水流路１５に流れている低導電率の水量とを調節し、その混合された後の導電率が所定の閾値を越えない冷却水を燃料電池スタック１１に供給することができる。これにより、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１の運転を継続させながら、停止時に上昇した導電率を低下させて、通常の運転に復帰させることができる。
【００５４】
また、燃料電池システムにおいては、イオン除去フィルタ１９の上流にある副冷却水流路１６からの冷却水の導電率を第２導電率センサ２１とは異なる他の第１導電率センサ２０によって検出し、この値が閾値を下回った場合に、導電率による上述した三方弁１４の制御を停止し、燃料電池スタック１１の冷却要求に応じて三方弁１４の開度を変化させる通常の制御へと移行することにより、適切な時期に導電率管理を停止することができる。
【００５５】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した燃料電池システムによって燃料電池スタックを起動する際の一連の処理を示すフローチャートである。
【図３】燃料電池スタック内部、ラジエータ内部、ＳＵＳ３０４管内部、及びＥＰＤＭホース内部についての予測導電率上昇代を比較した結果を示す図である。
【符号の説明】
１１  燃料電池スタック
１２  ポンプ
１３  メイン配管
１４  三方弁
１５  主冷却水流路
１６  副冷却水流路
１７  燃焼器及び熱交換器
１８  ラジエータ
１９  イオン除去フィルタ
２０  第１導電率センサ
２１  第２導電率センサ
２２  コントロールユニット
【図１】
2004253277.tif 000003
【図２】
2004253277.tif 000004
【図３】
2004253277.tif 000005