(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極を有し前記アノード電極に供給される燃料ガスと前記カソード電極に供給される空気中の酸素の電気化学反応により発電をする燃料電池と、
前記アノード電極に燃料を供給する燃料供給手段と、
空気を圧縮する圧縮機と、
放熱器を有する主通路および前記放熱器を迂回するバイパス通路を有し前記圧縮機で圧縮された空気を前記カソード電極に導く空気通路と、
前記燃料電池の温度を検出または推定する温度検知手段と、
前記燃料電池を冷却して該燃料電池の作動温度を制御する燃料電池冷却手段と、
前記温度検知手段で検出または推定した温度が基準温度以下の場合に低温始動時であると判断し、前記低温始動時と判断されたときには前記燃料電池冷却手段による前記燃料電池の冷却を弱めるとともに、前記圧縮機で圧縮された空気を前記主通路に流通させず前記バイパス通路に流通させる制御手段と、
を備え、前記固体高分子電解質膜は、引っ張り貯蔵弾性率の変曲点の温度が、前記低温始動時における前記圧縮機出口側の空気温度の最大値よりも高い材料で形成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記固体高分子電解質膜は、ポリアリレン系電解質材料であ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】
固体高分子電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極を有し前記アノード電極に供給される燃料ガスと前記カソード電極に供給される空気中の酸素の電気化学反応により発電をする燃料電池と、
前記アノード電極に燃料を供給する燃料供給手段と、
空気を圧縮する圧縮機と、
放熱器を有する主通路および前記放熱器を迂回するバイパス通路を有し前記圧縮機で圧縮された空気を前記カソード電極に導く空気通路と、
前記燃料電池の温度を検出または推定する温度検知手段と、
前記燃料電池を冷却して該燃料電池の作動温度を制御する燃料電池冷却手段と、
前記温度検知手段で検出または推定した温度に基づいて前記空気通路を前記主通路と前記バイパス通路のいずれかに切り換える制御手段と、
を備え、さらに前記固体高分子電解質膜は、引っ張り貯蔵弾性率の変曲点の温度が、前記低温始動時における前記圧縮機出口側の空気温度の最大値よりも高い材料で形成された燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムの起動時に、
前記燃料電池に前記燃料ガスと前記空気とを供給する工程と、
前記温度検知手段により前記燃料電池の温度を検知または推定する工程と、
前記検知または推定された温度を基準温度と比較して前記基準温度以下の場合に低温始動と判定する工程と、
前記低温始動と判定した場合には、前記制御手段により前記バイパス通路に切り換えるとともに前記燃料電池冷却手段による前記燃料電池の冷却を弱め、前記低温始動でないと判定した場合には、前記制御手段により前記主通路に切り換える工程と、
を順に実施することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項４】
前記低温始動と判定した場合には、前記燃料電池を発電状態にして発電された電力を負荷に供給することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子電解質膜型の燃料電池を備える燃料電池システムと、燃料電池システムの起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の中には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体を一対のセパレータで挟持してセル（単位燃料電池）とするものがあり、この種の燃料電池では、一般に、セルを複数積層して燃料電池スタックとして用いる。
【０００３】
この燃料電池は、アノード電極に燃料ガス（例えば、水素ガス）を、カソード電極に酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）を供給して化学反応を行い、この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。このとき、カソード電極において、水素イオン、電子、および酸素が反応して水が生成される。この燃料電池は環境に与える影響が少ないため車両の駆動源として注目されている。
【０００４】
この種の燃料電池の作動温度は固体高分子電解質膜の耐熱温度に支配される。従来、固体高分子電解質膜としては一般にペルフルオロスルホン酸ポリマー等のフッ素系電解質材料が使用されており、その場合、燃料電池の作動温度は７０℃〜８０℃程度とされている。そのため、通常発電時に発電に伴う発熱により燃料電池が前記作動温度を超えないように、燃料電池スタック内に設けた冷媒通路に冷媒（例えば冷却液）を循環させて温度制御を行っている。
また、空気を酸化剤ガスとして利用する場合には圧縮機で圧縮して燃料電池に供給するが、圧縮に伴って空気は昇温するので、放熱器で所定温度まで冷却してから燃料電池に供給している。
【０００５】
ところで、この種の燃料電池は氷点下環境での始動性が課題となっている。つまり、氷点下環境で燃料電池を始動したときに、発電に伴ってセル内に生じる生成水が凍結してしまうと、発電不能に陥る虞があるからである。
この生成水の凍結防止のために外部熱源を備えることが考えられたが、外部熱源を備えると燃料電池システムの複雑化、大型化を招いてしまう。
そこで、発電による自己発熱を利用して燃料電池スタック自身を暖機する方法が考えられたが、その場合、発電に伴う自己発熱によるセルの温度上昇が間に合わず、発電に伴ってセル内に生じる生成水が凍結してしまい、この生成水凍結により反応ガスの拡散が阻害され、反応ガスが固体高分子電解質膜に到達できなくなって急激な電圧降下を招く虞がある。
【０００６】
そこで、低温始動時には、圧縮機によって圧縮昇温された空気を、放熱器をバイパスして流し、冷却することなく燃料電池のカソード電極に供給することで、燃料電池を迅速に暖機する方法が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０５０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように圧縮機で圧縮昇温された空気を放熱器をバイパスして燃料電池に供給する場合も、固体高分子電解質膜が熱による損傷を受けないようにする必要があり、前記作動温度以上の空気を供給しないようにする必要がある。そのため、放熱器をバイパスさせるバイパス通路に流量制御弁を設けて流量調整するなどして、供給空気の温度制御を行わなければならず、システムが複雑になった。
そこで、この発明は、低温始動時に供給空気の流路を切り換えるだけで迅速な暖機が可能な燃料電池システムと、燃料電池システムの起動方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、固体高分子電解質膜（例えば、後述する実施例における固体高分子電解質膜２ａ）の両側にアノード電極（例えば、後述する実施例におけるアノード電極２ｂ）とカソード電極（例えば、後述する実施例におけるカソード電極２ｃ）を有し前記アノード電極に供給される燃料ガスと前記カソード電極に供給される空気中の酸素の電気化学反応により発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池２）と、前記アノード電極に燃料を供給する燃料供給手段（例えば、後述する実施例における燃料供給手段２０）と、空気を圧縮する圧縮機（例えば、後述する実施例におけるコンプレッサ６）と、放熱器（例えば、後述する実施例における放熱器７）を有する主通路（例えば、後述する実施例における主通路３２）および前記放熱器を迂回するバイパス通路（例えば、後述する実施例におけるバイパス通路３３）を有し前記圧縮機で圧縮された空気を前記カソードに導く空気通路（例えば、後述する実施例における空気通路３１）と、前記燃料電池の温度を検出または推定する温度検知手段（例えば、後述する実施例における温度センサ８）と、前記燃料電池を冷却して該燃料電池の作動温度を制御する燃料電池冷却手段と、前記温度検知手段で検出または推定した温度が基準温度以下の場合に低温始動時であると判断し、前記低温始動時と判断されたときには前記燃料電池冷却手段による前記燃料電池の冷却を弱めるとともに、前記圧縮機で圧縮された空気を前記主通路に流通させず前記バイパス通路に流通させる制御手段（例えば、後述する実施例における開閉弁Ｖ２〜Ｖ４、ＥＣＵ１０）と、を備え、前記固体高分子電解質膜は、引っ張り貯蔵弾性率の変曲点の温度が、前記低温始動時における前記圧縮機出口側の空気温度の最大値よりも高い材料で形成されていることを特徴とする燃料電池システムである。
このように構成することにより、燃料電池が基準温度以下の低温始動時には空気を主通路に流通させずバイパス通路に流通させることが可能となり、圧縮機で圧縮昇温された空気を放熱器で冷却することなく燃料電池のカソードに供給することが可能となる。しかも、固体高分子電解質膜が極めて耐熱性に優れているので、バイパス通路を流通する空気に対して特別な温度制御をしないで該空気を燃料電池に供給しても、固体高分子電解質膜が熱で損傷することはない。
また、これと同時に、燃料電池冷却手段による燃料電池の冷却を弱めることが可能となる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記固体高分子電解質膜は、ポリアリレン系電解質材料であることを特徴とする。
このように構成することにより、固体高分子電解質膜の耐熱性を高くすることができる。
請求項３に係る発明は、固体高分子電解質膜（例えば、後述する実施例における固体高分子電解質膜２ａ）の両側にアノード電極（例えば、後述する実施例におけるアノード電極２ｂ）とカソード電極（例えば、後述する実施例におけるカソード電極２ｃ）を有し前記アノード電極に供給される燃料ガスと前記カソード電極に供給される空気中の酸素の電気化学反応により発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池２）と、前記アノード電極に燃料を供給する燃料供給手段（例えば、後述する実施例における燃料供給手段２０）と、空気を圧縮する圧縮機（例えば、後述する実施例におけるコンプレッサ６）と、放熱器（例えば、後述する実施例における放熱器７）を有する主通路（例えば、後述する実施例における主通路３２）および前記放熱器を迂回するバイパス通路（例えば、後述する実施例におけるバイパス通路３３）を有し前記圧縮機で圧縮された空気を前記カソード電極に導く空気通路（例えば、後述する実施例における空気通路３１）と、前記燃料電池の温度を検出または推定する温度検知手段（例えば、後述する実施例における温度センサ８）と、前記燃料電池を冷却して該燃料電池の作動温度を制御する燃料電池冷却手段と、前記温度検知手段で検出または推定した温度に基づいて前記空気通路を前記主通路と前記バイパス通路のいずれかに切り換える制御手段（例えば、後述する実施例における開閉弁Ｖ２〜Ｖ４、ＥＣＵ１０）と、を備え、さらに前記固体高分子電解質膜は、引っ張り貯蔵弾性率の変曲点の温度が、前記低温始動時における前記圧縮機出口側の空気温度の最大値よりも高い材料で形成された燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムの起動時に、前記燃料電池に前記燃料ガスと前記空気とを供給する工程と、前記温度検知手段により前記燃料電池の温度を検知または推定する工程と、前記検知または推定された温度を基準温度と比較して前記基準温度以下の場合に低温始動と判定する工程と、前記低温始動と判定した場合には、前記制御手段により前記バイパス通路に切り換えるとともに前記燃料電池冷却手段による前記燃料電池の冷却を弱め、前記低温始動でないと判定した場合には、前記制御手段により前記主通路に切り換える工程と、を順に実施することを特徴とする燃料電池システムの起動方法である。
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、前記低温始動と判定した場合には、前記燃料電池を発電状態にして発電された電力を負荷に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１から請求項４に係る発明によれば、燃料電池が基準温度以下の低温始動時には、空気を主通路に流通させずバイパス通路に流通させることが可能となり、圧縮機で圧縮昇温された空気を放熱器で冷却することなく燃料電池のカソードに供給することが可能となる。また、同時に、燃料電池冷却手段による燃料電池の冷却を弱めることが可能となる。その結果、低温始動時（氷点下暖機時）に、発電に伴い生じる生成水の凍結を確実に防止することができ、燃料電池を迅速に暖機することができる。
しかも、バイパス通路を流通する空気の流量制御などによる温度制御をしないで該空気を燃料電池に供給しても固体高分子電解質膜が熱で損傷することがないので、制御システムが簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明に係る燃料電池システムの実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、この実施例における燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載された態様である。
図１は燃料電池システム１の概略構成図である。
燃料電池２は、ポリアリレン系電解質材料からなる固体高分子電解質膜２ａをアノード電極２ｂとカソード電極２ｃとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタック（図１では単セルのみ示す）からなり、アノード電極２ｂに燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード電極２ｃに酸化剤としての酸素を含む空気を供給すると、アノード電極２ｂで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜２ａを通過してカソード電極２ｃまで移動して、カソード電極２ｃで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。生成された水の一部は、固体高分子電解質膜２ａを透過してアノード電極２ｂ側にも移動する。
【００１１】
高圧水素タンク３に収容された水素ガスは、水素供給通路２１を流通し、燃料電池２内のアノード側ガス通路２ｄを通って各セルのアノード電極２ｂに供給される。水素供給通路２１には、高圧水素タンク３の水素ガスを減圧して所定圧力に調圧する圧力調整弁Ｖ１が設けられている。
【００１２】
燃料電池２のアノード電極２ｂに供給された水素ガスのうち発電に供されなかった水素ガス、すなわち未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス通路２２を通ってエゼクタ４に吸引され、高圧水素タンク３から供給される新鮮な水素ガスと合流して再び燃料電池２のアノード電極２ｂに供給される。
なお、この実施例において、高圧水素タンク３、エゼクタ４、水素供給通路２１、アノードオフガス通路２２、圧力調整弁Ｖ１は、燃料供給手段２０を構成する。
【００１３】
一方、空気はフィルタ５を通って浄化された後、コンプレッサ（圧縮機）６により圧縮され、空気通路３１を流通して燃料電池２内のカソード側ガス通路２ｅに導入され、各セルのカソード電極２ｃに供給される。空気通路３１は、放熱器７およびその前後に開閉弁Ｖ２，Ｖ３を有する主通路３２と、放熱器７を迂回し主通路３２に対して並列に接続されたバイパス通路３３とを備えており、バイパス通路３３にも開閉弁Ｖ４が設けられている。開閉弁Ｖ２〜Ｖ４は、これら弁の開閉によって、圧縮空気を主通路３２とバイパス通路３３のいずれに流すかを切り換える切換手段を構成し、空気通路３１は、コンプレッサ６で圧縮された空気を、主通路３２とバイパス通路３３のいずれか一方の通路を介してカソード電極２ｃに導く。
【００１４】
カソード電極２ｃに供給された空気は発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス通路３４に排出され、圧力制御弁Ｖ５を介して排出される。なお、燃料電池２への供給空気流量は主にコンプレッサ６の回転数により制御され、供給空気圧力は主に圧力制御弁Ｖ５の開度により制御される。
カソードオフガス通路３４には、圧力制御弁Ｖ５よりも上流であって燃料電池２のカソード側ガス通路２ｅの出口に近い部位に、カソードオフガスの温度を検出するための温度センサ８が設置されている。カソード側ガス通路２ｅの出口から流出した直後のカソードオフガスの温度は燃料電池２の内部温度とほぼ等しく、したがって、温度センサ８は、燃料電池２から排出されるカソードオフガスの温度から燃料電池２の温度を推定する温度検知手段と言うことができる。
【００１５】
燃料電池２の発電で得られた電力は車両駆動用モータなどの負荷９に供給されて消費される。
また、燃料電池システム１は電子制御装置（ＥＣＵ）１０を備え、温度センサ８からの出力信号はＥＣＵ１０に入力され、ＥＣＵ１０は燃料電池２の運転状態に応じて、コンプレッサ６、負荷９、圧力調整弁Ｖ１、開閉弁Ｖ２〜Ｖ４、圧力制御弁Ｖ５を制御する。
【００１６】
この燃料電池システム１において、定常発電時には、バイパス通路３３の開閉弁Ｖ４を閉じ、主通路３２の開閉弁Ｖ２，Ｖ３を開くように制御する。これにより、定常発電時には、コンプレッサ６で圧縮された空気は、主通路３２を流通し、放熱器７で所定の空気温度に制御されて、燃料電池２のカソード電極２ｃに供給される。
また、図示を省略するが、燃料電池２には冷媒通路が設けられていて、必要に応じて冷却液が循環可能になっており、発電に伴う発熱により燃料電池２が作動温度を超えないように温度制御される。
なお、この燃料電池２は固体高分子電解質膜２ａにポリアリレン系電解質材料を用いているが、通常発電時における供給空気の温度制御範囲としては７０〜９５゜Ｃに設定され、燃料電池２の作動温度も７０〜９５゜Ｃに設定されている。
【００１７】
そして、この燃料電池システム１では、燃料電池２を基準温度（例えば、０゜Ｃ）以下で始動する低温始動時には、通常の暖機運転に先だって、主通路３２の開閉弁Ｖ２，Ｖ３を閉じバイパス通路３３の開閉弁Ｖ４を開くように制御して氷点下暖機運転を行う。これにより、コンプレッサ６で圧縮され昇温した空気は、バイパス通路３３を流通して燃料電池２のカソード電極２ｃに供給される。すなわち、この氷点下暖機時には、空気は、主通路３２を流通しないので放熱器７で冷却されることがなく、昇温された状態のままカソード電極２ｃに供給されることとなる。
したがって、氷点下暖機時には高温の空気をカソード電極２ｃに供給することとなるが、燃料電池２の固体高分子電解質膜２ａを耐熱性に優れたポリアリレン系電解質材料で形成しているので、固体高分子電解質膜２ａが熱損傷を受けることがない。そして、高温の空気をカソード電極２ｃに供給することにより燃料電池２を構成するセルを加熱することができ、燃料電池２を迅速に暖機することができる。
【００１８】
また、氷点下暖機時に、バイパス通路３３を介して高温の空気をカソード電極２ｃに供給するとともに、燃料電池２のアノード電極２ｂに水素を供給して燃料電池２で発電を行い、燃料電池２から電力を取り出すようにすると、発電による自己発熱によってもセルを暖めることができるので、より暖機を速めることができる。
このように氷点下暖機時に発電を行うと、発電に伴い生成水が生じるが、カソード側ガス通路２ｅに高温の空気を流通して暖機しているので、生成水が凍結することはない。したがって、発電に伴い生じる生成水の凍結を確実に防止することができ、低温始動時にも迅速に暖機をすることができる。
【００１９】
次に、この実施例における低温始動制御について、図２のフローチャートに従って説明する。なお、燃料電池車両のイグニッションスイッチがＯＦＦにされているときには、開閉弁Ｖ２，Ｖ３は閉じ、開閉弁Ｖ４は開いているものとする。
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１において、燃料電池車両のイグニッションスイッチがＯＮされると、ステップＳ１２に進み、高圧水素タンク３から燃料電池２のアノード側ガス通路２ｄに水素ガスを供給するとともに、コンプレッサ６を運転して圧縮空気をバイパス通路３３を介して燃料電池２のカソード電極２ｃに供給する。なお、この時の供給空気流量および供給空気圧力は、通常の暖機運転時を基準流量、基準圧力とした場合に比べて、微量であり微圧である。また、燃料電池２に冷却液を循環させない。
【００２０】
次に、ステップＳ１３に進み、燃料電池２のカソード側ガス通路２ｅから排出される空気の温度（以下、空気出口温度という）を温度センサ８により検出する。
次に、ステップＳ１４に進み、温度センサ８で検出された空気出口温度が基準温度（例えば、０゜Ｃ）を超えているか否か判定する。
ステップＳ１４における判定結果が「ＮＯ」（空気出口温度≦０゜Ｃ）である場合は、ステップＳ１５に進み、開閉弁Ｖ４の開弁状態を保持するとともに、開閉弁Ｖ２，Ｖ３の閉弁状態を保持する。すなわち、この場合は低温始動であるので、通常の暖機運転に先立って氷点下暖機運転を行うために、主通路３２を遮断して放熱器７を空気が流通しないようにし、コンプレッサ６で圧縮昇温された高温の空気をバイパス通路３３を流通させて燃料電池２のカソード側ガス通路２ｅに供給する。これにより、カソード側ガス通路２ｅを流通する高温の空気によって、燃料電池２を構成するセルを加熱することができ、燃料電池２を迅速に暖機することができる。なお、この氷点下暖機運転時の供給空気流量は通常暖機運転時よりも増量し、氷点下暖機運転時の供給空気圧力は通常の暖機運転時よりも増大する。また、燃料電池２には冷却液を極少量だけ循環させる。
【００２１】
そして、ステップＳ１５からステップＳ１６に進み、負荷９をＯＮすることにより燃料電池２を発電状態にし、得られた電力を負荷９で消費する。これにより、発電による自己発熱によってもセルを暖めることができる。そして、ステップＳ１６からステップＳ１３に戻り、ステップＳ１４における判定結果が「ＹＥＳ」になるまで、ステップＳ１３〜Ｓ１６の処理を繰り返す。
【００２２】
ステップＳ１４における判定結果が「ＹＥＳ」（空気出口温度＞０゜Ｃ）である場合は、ステップＳ１７に進み、開閉弁Ｖ４を閉じるとともに、開閉弁Ｖ２，Ｖ３を開く。すなわち、この場合は低温始動ではないので、バイパス通路３３を遮断し、主通路３２を開通して、コンプレッサ６で圧縮昇温された空気を放熱器７に通して所定温度に温度制御し、燃料電池２のカソード側ガス通路２ｅに供給する。
【００２３】
そして、ステップＳ１７からステップＳ１８に進んで通常の暖機運転に移行する。この実施例において通常の暖機運転とは、燃料電池２に水素および空気を基準圧力で基準流量供給して発電を行う運転であり、燃料電池２における冷却液の循環も基準流量で行われる。
なお、この実施例において、開閉弁Ｖ２〜Ｖ４と、ＥＣＵ１０がステップＳ１３〜Ｓ１７の一連の処理を実行することにより、主通路３２とバイパス通路３３のいずれに空気を流すかを切り換える制御手段が実現される。
【００２４】
図３は、この実施例で使用している固体高分子電解質膜２ａの材料であるポリアリレン系電解質材料と、従来一般的に固体高分子電解質膜の材料として使用されているフッ素系電解質材料（例えば、ペルフルオロスルホン酸ポリマー）の引っ張り貯蔵弾性率の測定結果を比較して示す図である。
なお、引っ張り貯蔵弾性率の測定方法は「ＪＩＳ  Ｋ  ７２４４−４」に準拠し、５ｍｍ×２２ｍｍの短冊状のフィルムを試料とし、動的粘弾性測定装置を用い、試料を治具にたるみが少ないようにセットして、以下の測定条件で測定した。
［測定条件］
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ        ： １０Ｈｚ，
Ｓｔｒａｉｎ              ： ０．０５％
Ｉｎｉｔｉａｌ  Ｔｅｍｐ  ：  室温（＋１〜２゜Ｃ）
Ｆｉｎａｌ  Ｔｅｍｐ      ：  ２５０゜Ｃ
Ｒａｍｐ  Ｒａｔｅ        ：  ２゜Ｃ／ｍｉｎ
測定は温度が定常状態となったことを確認した後に行い、その測定結果から引っ張り貯蔵弾性率Ｅ’の変曲点を求めた。
この測定結果から、フッ素系電解質材料の変曲点の温度は約８０゜Ｃであるのに対して、ポリアリレン系電解質材料の変曲点の温度は約１９０゜Ｃであり、ポリアリレン系樹脂の方が耐熱性が極めて高いことが分かる。
【００２５】
図４は、前述の如く低温始動制御を実行したときのコンプレッサ６の出口部での実際のガス温度の変化の一例を示したグラフである。この例では、コンプレッサ６出口での実際のガス温度は最高で約９０゜Ｃにも達するため、一時的であれ９０゜Ｃに近い空気が燃料電池２に供給される可能性がある。ここで、固体高分子電解質膜がフッ素系電解質材料で形成されている場合には、９０゜Ｃ前後の空気が供給されると固体高分子電解質膜が熱損傷を受ける虞があるが、この実施例の燃料電池２の場合には固体高分子電解質膜２ａがポリアリレン系電解質材料で形成されており、ポリアリレン系電解質材料の変曲点の温度は約１９０゜Ｃであるので、９０゜Ｃ前後の空気がカソード電極２ｃに供給されたとしても固体高分子電解質膜２ａが熱損傷を受けることはない。
【００２６】
この実施例の燃料電池システム１によれば、低温始動時には、燃料電池２に水素を供給するとともに、コンプレッサ６を運転し、開閉弁Ｖ２〜Ｖ４の開閉を制御するという簡単な制御で、燃料電池２の生成水の凍結を防止しつつ、燃料電池２を迅速に暖機することができる。すなわち、バイパス通路３３を流通する空気の流量を制御するなどして温度制御をする必要がなく、制御が簡単になる。
【００２７】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、温度検知手段は、燃料電池２の内部温度を直接検出する温度センサで構成してもよい。
また、制御手段の一部を構成する開閉弁Ｖ２〜Ｖ４は、主通路とバイパス通路３３の接続部に切換弁を設けて、これに代えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明に係る燃料電池システムの一実施例における構成図である。
【図２】前記実施例における低温始動制御を示すフローチャートである。
【図３】固体高分子電解質膜材料の耐熱特性を示す図である。
【図４】コンプレッサ出口の空気温度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
２ａ  固体高分子電解質膜
２ｂ  アノード電極
２ｃ  カソード電極
６  コンプレッサ（圧縮機）
７  放熱器
８  温度センサ（温度検知手段）
１０  ＥＣＵ（制御手段）
２０  燃料供給手段
３１  空気通路
３２  主通路
３３  バイパス通路
Ｖ２〜Ｖ４  開閉弁（制御手段）
【図１】
0004651953.tif 000002
【図２】
0004651953.tif 000003
【図３】
0004651953.tif 000004
【図４】
0004651953.tif 000005