(57)【要約】【課題】劣化を抑制し、かつ、短時間で、低温時に起動できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】内部加湿型の燃料電池モジュール５と、加湿純水系３２と、加湿純水系３２の一部を加熱する加熱用流路１２を備える。加湿純水系３２としては、純水を貯蓄する、大気に開放された第一純水タンク１と、これに接続配管１３を介して接続し、液面レベルセンサ１４を備える、大気に開放された第二純水タンク３を備える。また、第一純水タンク１―第二純水タンク３間の純水移動を遮断する純水タンク遮断弁２と、純水を輸送する純水ポンプ４を備える。低温起動時には、加熱用流路１２により加熱し、純水タンク遮断弁２を開とした際の液面レベルセンサ１４の出力に応じて出力制限運転を行う。【選択図】      図１
2005038714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部加湿型の燃料電池モジュールと、
加湿に用いる純水を貯蓄し、かつ、大気に開放された第一純水タンクと、
前記第一純水タンクに接続手段を介して接続し、かつ、大気に開放された第二純水タンクと、
前記第二純水タンク内の液面位置を検出する液面センサと、
前記第一純水タンクと前記第二純水タンクとの間の純水の移動を選択的に遮断するタンク遮断弁と、
加湿用の純水を前記第二純水タンクより前記燃料電池モジュールに輸送する純水ポンプと、を備えた加湿純水系と、
少なくとも、前記第一純水タンクと、前記第二純水タンクと、前記接続手段と、を加熱する純水加熱手段と、を備え、
純水が凍結している可能性のある起動時には、前記純水加熱手段により加熱し、
前記タンク遮断弁を開とした際の前記液面センサの出力に応じて、前記燃料電池モジュールの出力制限運転を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
システム停止時には、前記純水ポンプ回転中に前記タンク遮断弁を閉じることにより、前記第一純水タンクから前記第二純水タンクへの水の移動を遮断し、
前記燃料電池モジュールおよび前記第二純水タンク内の少なくとも一部の純水を前記第一純水タンクに回収する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
純水が凍結している可能性がある起動時には、前記第一純水タンク内の純水が全解凍されていない状態でも、前記液面センサの出力に基づいて、前記燃料電池モジュールにおいて最大出力を生じる際の加湿に必要な量の液水が得られると判断したら、前記出力制限運転を解除する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第二純水タンクの底面を、前記第一純水タンクの底面より下側に構成し、前記接続手段により前記第一純水タンクと前記第二純水タンクの底面を前記タンク遮断弁を介して接続する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
少なくとも前記第一純水タンク底面を、前記純水加熱手段からの受熱面とすると共に、傾斜をつけて構成し、前記傾斜の下方部分から前記第一純水タンク内の純水を取り出す請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第一純水タンク底面の傾斜の下方部分に、下に凸の液水収容部分を構成し、
前記液水収容部分から、前記第一純水タンク内の純水を取り出す請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第一純水タンク底面の傾斜に沿って、傾斜下方に向かって断面が大きくなる伝熱フィンを設ける請求項５に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。特に、低温環境下における起動時間を短縮することができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転停止時に、低温環境下において純水が凍結することにより、燃料電池システムの起動時間が長くなるのを避けるために以下のような技術が提案されている。
【０００３】
制御装置は、比較的短時間の運転停止について、操作盤から運転モード切替信号により凍結防止モードを設定し、この凍結防止モードの設定時に温度センサからの検出信号により外部温度に対応する熱量を発生させる。燃料電池からの発生熱は、ポンプにより燃料電池とメインタンクとの間を循環する水へ移動し、この循環水を加熱する。これにより装置外部の気温が０℃以下であっても循環水を氷点より高温に維持して凍結を防止することができる（例えば、特許文献１、参照）。
【特許文献１】特開平１１−２１４０２５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、上記従来の燃料電池システムにおいては、システムを長時間放置した場合には凍結を防止することができない。また、凍結防止を目的としているため、実際に凍結が生じた場合の対応方法は提案されていない。
【０００５】
そこで本発明は、凍結を生じている際に、燃料電池の劣化を抑制しつつ、短時間で起動できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内部加湿型の燃料電池モジュールを備える。また、加湿に用いる純水を貯蓄し、かつ、大気に開放された第一純水タンクと、前記第一純水タンクに接続手段を介して接続し、かつ、大気に開放された第二純水タンクと、前記第二純水タンク内の液面位置を検出する液面センサと、前記第一純水タンクと前記第二純水タンクとの間の純水の移動を選択的に遮断するタンク遮断弁と、加湿用の純水を前記第二純水タンクより前記燃料電池モジュールに輸送する純水ポンプと、を備えた加湿純水系を備える。さらに、少なくとも、前記第一純水タンクと、前記第二純水タンクと、前記接続手段と、を加熱する純水加熱手段を備える。純水が凍結している可能性のある起動時には、前記純水加熱手段により加熱し、前記タンク遮断弁を開とした際の前記液面センサの出力に応じて前記燃料電池モジュールの出力制限運転を行う。
【発明の効果】
【０００７】
純水が凍結している可能性のある起動時には、純水加熱手段により加熱し、タンク遮断弁を開とした際の液面センサの出力に応じて出力制限運転を行う。これにより、液水量に応じた加湿を行うことができるので、燃料電池モジュールにおいて加湿不足によるドライアウトを生じるのを抑制することができる。また、可能な範囲で加湿を行って発電を生じることにより、燃料電池モジュールからの排熱を用いて短時間で純水を解凍することができ、起動時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の実施形態について説明する。燃料電池システムの概略を図１の構成図を用いて説明する。
【０００９】
酸化剤ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素を用いて発電を行う燃料電池モジュール５を備える。燃料電池モジュール５を、複数の燃料電池セルを積層したスタックにより構成する。また、内部加湿型の燃料電池とする。さらに、スタック温度を調整するための不凍液を流通させる温度調整系３１と、空気および水素を加湿するための純水が流通する加湿純水系３２を備える。
【００１０】
温度調整系３１としては、不凍液を燃料電池モジュール５に送り出す不凍液ポンプ７、不凍液を加熱する熱供給装置６、不凍液を冷却するラジエータ８、熱供給装置６およびラジエータ８への不凍液の供給割合を調整する三方弁９を備える。また、少なくとも後述する第一純水タンク１、第二純水タンク３、純水タンク遮断弁２、接続配管１３を加熱可能とする加熱用流路１２を備える。ここでは、加熱用流路１２を通る不凍液と、後述する第一純水タンク１、第二純水タンク３、純水タンク遮断弁２、接続配管１３との間で熱交換可能に構成する。熱供給装置６を流通した高温の不凍液を加熱用流路１２に流通することにより、第一純水タンク１、第二純水タンク３、純水タンク遮断弁２、接続配管１３、を加熱可能とする。加熱用流路１２を通った不凍液を、燃料電池モジュール５に導入する。
【００１１】
温度調整系３１においては、低温環境下における燃料電池システム起動時等、燃料電池モジュール５が低温の場合には、不凍液を熱供給装置６に供給し、加熱用流路１２に高温の不凍液を流通させることにより加湿純水系３２内の純水の解凍を行う。また、加熱用流路１２を通った不凍液をさらに燃料電池モジュール５に流通することにより、燃料電池モジュール５の暖機を行う。一方、通常運転時等、発熱により燃料電池モジュール５の温度が過剰に上昇する可能性がある場合には、不凍液をラジエータ８に供給することにより燃料電池モジュール５を冷却し、運転に適した温度に維持する。
【００１２】
加湿純水系３２としては、純水を貯蔵する第一純水タンク１、第一純水タンク１に接続配管１３を介して接続する第二純水タンク３を備える。接続配管１３は、第一純水タンク１の底面１ａと、第二純水タンク３の底面３ａとを接続する配管とする。接続配管１３には純水タンク遮断弁２を備え、第一純水タンク１内の液水の第二純水タンク３への移動を選択的に遮断可能とする。第一純水タンク１、および第二純水タンク３を大気に開放して構成する。また、第一純水タンク１に貯蔵された純水を、第二純水タンク３を介して燃料電池モジュール５に輸送する純水ポンプ４を備える。
【００１３】
ここでは、第二純水タンク３の底面３ａを、第一純水タンク１の底面１ａより低くなるように配置する。これにより、第一純水タンク１内に液水が存在する際には、純水タンク遮断弁２を開とすることで、第一純水タンク内の液水が第二純水タンク３に移動する。ここでは、第二純水タンク３を、第一純水タンク１より容積を小さく構成し、第二純水タンク３に、液面の位置を示す液面レベルＬｗを検出する液面レベルセンサ１４を備える。つまり、第二純水タンク３を、第一純水タンク１内の液水量を検出するために、液面レベルＬｗを検出するための小容量タンクとする。
【００１４】
純水タンク遮断弁２を開とした状態で、この液面レベルＬｗを検出することにより、第一純水タンク１内の凍結していない純水量を検出する。特に、同時に純水ポンプ４を駆動することにより、加湿水として循環する加湿水流量を推定する。これにより、純水が凍結した状態からの起動時に、解凍されることにより増大する純水量に応じた加湿水流量を推定することができる。
【００１５】
なお、後述するように、燃料電池システム停止時には、第二純水タンク３内には純水を貯蓄せず、第一純水タンク１にのみ貯蓄する。そのため、前述した加熱用流路１２を、流通する不凍液により第一純水タンク１に貯蓄された純水を解凍できるように構成する。また、加熱用流路１２を流通する不凍液により、第二純水タンク３に残留する可能性のある純水を解凍可能に構成する。ここでは、少なくとも第一純水タンク１の底面１ａ、第二純水タンク３の底面３ａを受熱面とする。例えば、第一純水タンク１全体を熱伝達率の優れた構成とする。また、第二純水タンク３については、残留する可能性のある純水の液面レベルを下限値Ｌｗｌとした場合には、底面３ａから下限値Ｌｗｌまでを、熱伝達率の優れた構成とする。
【００１６】
通常運転時には、純水タンク遮断弁２を開とし、純水ポンプ４を駆動することにより、第一純水タンク１に貯蔵された純水を、接続配管１３を介して第二純水タンク３に移動させ、第二純水タンク３から燃料電池モジュール５に供給する。燃料電池モジュール５では、純水の一部を空気および水素の加湿に利用し、残りは再び第一純水タンク１に回収する。
【００１７】
このような燃料電池システムを制御するコントローラ２０を備える。また、燃料電池モジュール５の温度を検出する燃料電池内温度センサ１０、第一純水タンク１内の純水温度を検出するタンク内温度センサ１１を備える。さらに、前述したように、第二純水タンク３の液面レベルを検出する液面レベルセンサ１４を備える。
【００１８】
本実施形態では、液面レベルセンサ１４を用いて第二純水タンク３の液面レベルＬｗを検出することにより加湿水として循環する液水量を検出し、これに応じて燃料電池モジュール５における発電を制限する。これにより、燃料電池モジュール５におけるドライアウトが生じるのを抑制し、かつ、短時間で起動することができる燃料電池システムを提供する。
【００１９】
次に、このような燃料電池システムの停止時の制御方法について説明する。停止時の制御方法を示したフローチャートを図２に示す。なお、停止シーケンス起動前には、純水タンク遮断弁２は開、純水ポンプ４は回転している状態とする。
【００２０】
ステップＳ１１において、純水タンク遮断弁２を閉とする。これにより、第一純水タンク１と第二純水タンク３間の純水の移動は遮断され、燃料電池モジュール５および第二純水タンク３内の純水は第一純水タンク１に回収される。ステップＳ１２において、純水ポンプ４の回転を継続する。加湿純水系の容積より、純水を第一純水タンク１内に回収できる時間を予め設定しておき、この時間以上の間、純水ポンプ４の回転を継続する。例えば、図示しないタイマー等でカウントし、所定時間が経過したと判断されたらステップＳ１３進むことで、所定時間純水ポンプ４の回転を継続する。
【００２１】
ステップＳ１３において、第二純水タンク３内に残存する純水量を検出する。ここでは、液面レベルセンサ１４を用いて第二純水タンク３の液面レベルＬｗを検出する。この液面レベルが下限値Ｌｗｌ以下であるか否かを判断し、下限値Ｌｗｌに達するまで純水ポンプ４の回転を継続する。ここでは、例えば下限値Ｌｗｌを、純水ポンプ４により取り出すことができる限界値とする。つまり、停止時には、第二純水タンク３内に底面３ａから下限値Ｌｗｌで純水が残留している可能性がある。ただし、液面レベルセンサ１４は、純水が残留することにより凍結する可能性がある範囲から外して設置しておく。なお、起動時には、この残留する純水については、前述したように不凍液により解凍可能とする。
【００２２】
液面レベルＬｗが下限値Ｌｗｌとなるまで純水を第一純水タンク１内に回収したら、ステップＳ１４において純水ポンプ４の回転を停止して、停止制御を終了する。
【００２３】
次に、起動時の制御方法を図３に示したフローチャートを用いて説明する。なお、起動シーケンス起動前は、純水タンク遮断弁２が閉、純水ポンプ４が停止した状態となる。
【００２４】
ステップＳ２１において、不凍液ポンプ７の回転を開始する。次に、ステップＳ２２において、第一純水タンク１内の凍結状態を判断する。ここでは、タンク内温度センサ１１を用いて第一純水タンク１内の温度を検出し、これが全解凍を示す温度、例えば４℃以上であるか否かを判断する。既に全解凍していれば、ステップＳ２３に進み、純水タンク遮断弁２を開とすることにより、第一純水タンク１から第二純水タンク３への純水の移動を可能とする。ステップＳ２４において、純水ポンプ４の回転を開始する。燃料電池モジュール５への要求負荷に応じた加湿水の循環を開始し、起動運転を終了して通常運転に移行する。
【００２５】
一方、ステップＳ２２において、第一純水タンク１内が全解凍でないと判断されたら、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、熱供給装置６をＯＮにする。このとき、三方弁９を熱供給装置６側に全開とする。つまり、熱供給装置６により高温となった不凍液を加熱用流路１２に流通させることにより、加湿純水系３２の純水の解凍を行う。また、熱供給装置６により高温となった不凍液を、燃料電池モジュール５に循環させることにより、燃料電池モジュール５の暖機を行う。ここでは特に、熱供給装置６において加熱された不凍液を、加熱用流路１２を経て、燃料電池モジュール５に導入されるように構成する。これにより、燃料電池モジュール５が０℃以上になるまでに、確実に一部の純水を解凍することができる。
【００２６】
次に、ステップＳ２６において、燃料電池モジュール５の凍結状態を判断する。ここでは、燃料電池内温度センサ１０を用いて燃料電池モジュール５の温度を検出し、これが０℃以上であるか否かを判断する。０℃より低い場合には、加湿水を燃料電池モジュール５内に導入しても凍ってしまう可能性がある。そこで、熱供給装置６において加熱した不凍液を媒体に、燃料電池モジュール５が０℃以上になるまで暖機を継続する。このとき、同時に高温不凍液が加熱用流路１２を通るので、純水の解凍も継続される。
【００２７】
燃料電池モジュール５が０℃以上になったのを確認したら、ステップＳ２７に進み、純水タンク遮断弁２を開とする。これにより、第一純水タンク１内の解凍水を含む液水を第二純水タンク３に移動可能とする。ステップＳ２８において純水ポンプ４の回転を開始することにより、燃料電池モジュール５への純水の供給を開始する。
【００２８】
ステップＳ２９において、加湿量が確保できる範囲での出力制限運転を開始する。ここでは、加湿純水系３２内が純水で満たされていない状態において、液面レベルセンサ１４により検出した液面レベルＬｗに応じて出力制限を行う。つまり、加湿に用いることができる純水量に応じて出力制限値を設定する。ステップＳ３０において、解凍された純水量が、加湿純水系３２を満充填することができる量であるか否かを判断する。ここでは、液面レベルセンサ１４により液面レベルＬｗをモニタし、閾値Ｌｗｆ以上となった場合に、加湿純水系３２は満充填の状態であると判断する。この閾値Ｌｗｆは、最大出力を生じるのに用いる加湿用純水を得ることができたことを示す液面レベルＬｗとする。
【００２９】
このように、液状の純水が加湿純水系３２を満充填する状態となるまで出力制限運転を継続する。これにより、燃料電池モジュール５において、加湿水不足によるドライアウトが生じるのを避けつつ、最大電力を生じることができる。また、部分的に解凍された純水が純水ポンプ４により燃料電池モジュール５に供給され、熱を吸収して第一純水タンク１に回収されるので、第一純水タンク１内の解凍を促進することができる。特に、解凍が進むほど輸送できる純水が増大するので出力制限値は緩やかになり、さらに多くの発電を生じることができる。その結果、燃料電池モジュール５からの排熱も増大するので、純水の解凍を促進することができる。
【００３０】
第二純水タンク３の液面レベルＬｗが加湿純水系３２の満充填を示す量となったら、ステップＳ３１に進む。ステップＳ３１において出力制限運転を解除して、要求負荷に応じた発電を行う。つまり、純水が全解凍していない状態でも、最大出力運転に必要な加湿が得られる場合には、出力制限を解除して要求負荷に応じた運転に移行する。ステップＳ３２において、第一純水タンク１内の純水が全解凍したか否かを判断する。ここでは、タンク内温度センサ１１を検出し、純水温度が全解凍を示す温度、例えば４℃以上となったか否かにより判断する。全解凍するまでこの状態を継続することにより、第一純水タンク１内の純水を解凍し、全解凍となったら、ステップＳ３３に進み熱供給装置６をＯＦＦとすることにより起動運転を終了する。
【００３１】
このように本実施形態では、加湿純水系３２内が十分に加湿水で満たされるまでは出力制限運転を行う。出力制限運転では、液状の純水量に応じて出力制限値を変更するので、燃料電池モジュール５のドライアウトを避けつつ、最大の出力が可能となる。このとき、熱供給装置６により加熱された不凍液との熱交換と、純水を媒体として第一純水タンク１に輸送される発電に伴って生じる熱により、第一純水タンク１内の純水が解凍される。加湿純水系３２内が十分に加湿水で満たされたら、出力制限運転を終了して要求出力に応じて発電を行うとともに、第一純水タンク１内の純水の解凍を継続する。第一純水タンク１内の純水を全解凍したら起動運転を終了する。
【００３２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３３】
内部加湿型の燃料電池モジュール５を備える。また、加湿に用いる純水を貯蓄し、かつ、大気に開放された第一純水タンク１と、第一純水タンク１に接続配管１３を介して接続し、かつ、大気に開放された第二純水タンク３と、第二純水タンク３内の液面位置を検出する液面レベルセンサ１４と、第一純水タンク１と第二純水タンク３との間の純水の移動を選択的に遮断する純水タンク遮断弁２と、加湿用の純水を第二純水タンク３より燃料電池モジュール５に輸送する純水ポンプ４と、を備えた加湿純水系３２を備える。また、少なくとも、第一純水タンク１と、第二純水タンク３と、接続配管１３と、を加熱する純水加熱手段を備える。ここでは、選択的に高温不凍液を流通する加熱用流路１２を備える。純水が凍結している可能性のある起動時には、純水加熱手段により加熱し、純水タンク遮断弁２を開とした際の液面レベルセンサの出力に応じて燃料電池モジュール５の出力制限運転を行う。
【００３４】
これにより、低温環境下において凍結が生じた場合でも、解凍されて液状となった純水量を把握できるので、燃料電池モジュール５のドライアウトを防止する加湿量での出力制限ができる。また、解凍が進むにつれて燃料電池モジュール５の出力を上げることができるので、純水を介して第一純水タンク１に供給される燃料電池モジュール５からの排熱も増大し、解凍を促進することができる。また、第二純水タンク３は、液面レベルＬｗを調べるためのものであるので、第一純水タンク１と同様の容積を必要とはせず、小容量とすることができ省スペース化できる。
【００３５】
また、燃料電池モジュール５に温度検出手段として燃料電池内温度センサ１０を備え、燃料電池モジュール５の暖機手段、ここでは、熱供給装置６により高温となった不凍液により燃料電池モジュール５を０℃以上まで加温させたら、出力制限運転を開始する。これにより、燃料電池モジュール５内で加湿水が再凍結して破損を生じるのを防ぐことができる。
【００３６】
システム停止時には、純水ポンプ４回転中に純水タンク遮断弁２を閉じることにより、第一純水タンク１から第二純水タンク３への水の移動を遮断し、燃料電池モジュール５および第二純水タンク３内の少なくとも一部の純水を第一純水タンク１に回収する。このように、システム停止時に水を第一純水タンク１内に回収するに当たり、空気圧等の外部動力を使用しなくて良いため、単純・省スペースかつ低コストにできる。また、第二純水タンク３内の水を第一純水タンク内に回収するので、液面レベルセンサ１４の凍結を防ぐことができる。さらに、燃料電池モジュール５内の純水を第一純水タンク１内に回収するので、純水の凍結による燃料電池モジュール５の破損を防ぐことができる。
【００３７】
純水が凍結している可能性がある起動時には、第一純水タンク３内の純水が全解凍されていない状態でも、液面レベルセンサ１４の出力に基づいて、燃料電池モジュール５において最大出力を生じる際の加湿に必要な量の液水が得られると判断したら、出力制限運転を解除する。これにより、出力制限を早い段階で解除できるので、要求負荷を生じるまでの時間を短縮することができる。また、早期に出力制限を解除することで、純水の解凍も促進することができる。
【００３８】
さらに、第二純水タンク３の底面３ａを、第一純水タンク１の底面１ａより下側に構成し、接続配管１３により第一純水タンク１と第二純水タンク３の底面１ａ、３ａを純水タンク遮断弁２を介して接続する。これにより、純水タンク遮断弁２を開とした場合に、解凍水が少量の場合でも第一純水タンク１から第二純水タンク３に自然に水を移動させることができ、第二純水タンク３の液面レベルＬｗが第一純水タンク１内の液水量の状態を示すようにすることができる。
【００３９】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池システムの概略を図４に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４０】
燃料電池システムの構成を第１の実施形態と同様とする。ただし、第一純水タンク１の底面１ａの一部を下に凸となるように構成し、第一純水タンク１内で解凍された純水が集中するようにした解凍水収容部１５を構成する。また、第１の実施形態と同様に、第二純水タンク３の底面３ａを、第一純水タンク１の底面１ａより低くなるように設置する。これにより、第一純水タンク１内の解凍水を第二純水タンク３に移動させることができる。
【００４１】
ここで、第一純水タンク１の構成を図５に示す。
【００４２】
第一純水タンク１の底面１ａを加熱面、つまり、不凍液の熱を受ける受熱面として構成する。また、底面１ａを、傾斜をもって構成する。傾斜の最下端部近傍に、底面１ａに対して下方向に凸の解凍水収容部１５を構成する。ここでは、解凍水収容部１５の最下端面１５ａに、純水の取出部分、ここでは接続配管１３の端部を接続する。さらに、解凍水収容部１５を構成する側面および底面１５ａを熱伝達率が優れた構成とする。これにより、解凍水収容部１５の凍結した純水を早期に解凍することができる。第一純水タンク１内で解凍された純水は、底面１ａの傾斜に沿って解凍水収容部１５に集中する。
【００４３】
解凍水収容部１５に集中した純水は、純水タンク遮断弁２が開とされることにより、即座に第二純水タンク３に移動可能となる。また、液状の純水を、解凍水収容部１５に集中させることにより、凍結した純水が底面１ａに接触する頻度を多くすることができるので、解凍を促進することができる。また、純水タンク遮断弁２を開とした際に、第一純水タンク１内の解凍水を第二純水タンク３に移動するように構成することで、凍結した純水が底面１ａに接触する頻度を多くすることができるので、解凍を促進することができる。
【００４４】
また、底面１ａの傾斜の下方部分に位置する側面、図５においては側面１ｂも、第一純水タンク１の伝熱面として構成する。ここでは、加熱用流路１２を流通する不凍液と熱交換可能に構成し、起動時には高温不凍液から受熱する面とする。第一純水タンク１内の凍結した純水を解凍する際には、底面１ａの傾斜により凍結した状態の純水が常に側面１ｂに接触するように移動する。そこで側面１ｂを熱伝達率の優れた伝熱面として構成することで、さらに解凍を促進することができる。
【００４５】
なお、停止時及び起動時の制御方法は、第１の実施形態と同様とする。
【００４６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００４７】
少なくとも第一純水タンク１の底面１ａを、前記純水加熱手段から受熱する面とするとともに、傾斜をつけて構成し、傾斜の下方部分から第一純水タンク１内の純水を取り出す。これにより、凍結状態から解凍した純水を速やかに第一純水タンク１から取り出し、加湿に用いることができる。また、第一純水タンク１から純水を取り出し易くすることにより、純水タンク遮断弁２を開とした際に底面１ａに凍結した純水が接触する頻度を増大することができ、純水の解凍を促進することができる。
【００４８】
また、第一純水タンク１の底面１ａの傾斜の下方部分に下に凸の解凍水収容部１５を構成し、解凍水収容部１５から、第一純水タンク５内の純水を取り出す。これにより、純水タンク遮断弁２が閉となっている解凍開始直後にも、解凍された純水を解凍水収容部１５に除去することができる。その結果、伝熱面である底面１ａと凍結した純水が接触する頻度を増大することができ、解凍を促進することができる。
【００４９】
第二純水タンク３の底面３ａを、第一純水タンク１の底面１ａの最下端部より下側に構成する。ここでは、解凍水収容部１５の底面１５ａより底面３ａを下側に配置する。接続配管１３により第一純水タンク１と第二純水タンク３の底面１ａ、３ａを純水タンク遮断弁２を介して接続する。ここでは、底面３ａと底面１５ａとを接続配管１３により接続する。これにより、解凍水収容部１５内に集中した液水を、速やかに第二純水タンク３側に移動させることができるので、第一純水タンク１内の凍結した純水が伝熱面である底面１ａに接触する頻度を増大することができる。
【００５０】
さらに、第一純水タンク１の底面１ａの傾斜下方部分近傍に位置する側面を、熱伝達率の優れた構成とする。純水の解凍が進むにつれて体積が小さくなる凍結状態の純水は、底面１ａの傾斜により下方部分に集中して存在する。そこで、凍結した純水と接触する頻度の多い下方部分近傍に位置する側面、ここでは側面１ｂを熱伝達率が優れた構成とすることで、純水の解凍を促進することができる。
【００５１】
次に、第３の実施形態について説明する。燃料電池システムの概略は、第２の実施形態と同様とする。以下、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５２】
第一純水タンク１の構成を図６に示す。
【００５３】
図５に示した第一純水タンク１の伝熱面に伝熱フィン１６を構成する。ここでは、第一純水タンク１の底面１ａに伝熱フィン１６を構成する。伝熱フィン１６を、底面１ａの傾斜方向に沿って構成する。ここでは、底面１ａの傾斜に沿って伸びる伝熱フィン１６を構成する。伝熱フィン１６の断面を、傾斜の下方に進むにつれて大きくなるように構成する。
【００５４】
なお、停止時および起動時の制御は、第１の実施形態と同様とする。
【００５５】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第２の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００５６】
第一純水タンクの底面１ａに伝熱フィン１６を構成する。これにより熱伝達効率が向上するので、純水の解凍を促進することができる。ここでは、伝熱フィン１６を底面１ａの傾斜に沿って構成する。これにより、解凍された純水が最下方部に構成された解凍収容部１５に速やかに移動することができる。
【００５７】
ここでは特に、第一純水タンク１の底面１ａの傾斜に沿って、傾斜下方に向かって断面が大きくなる伝熱フィン１６を設ける。解凍の進行に合わせて凍結した純水が傾斜の下方に移動した際に、凍結した純水が接触する部分の熱伝導率を大きく設定することができる。これにより、第一純水タンク１を、容積を抑制するとともに、純水の解凍を効率良く行うことができるように構成することができる。
【００５８】
なお、上記実施形態においては、循環する純水により空気および水素を加湿するとしたが、少なくとも一方を加湿すればよい。また、燃料電池モジュール５をスタックにより構成するとしたが、単位セルにより構成してもよい。また、純水加熱手段として、高温の不凍液との熱交換を行う加熱用流路１２を採用しているがこの限りではなく、ヒータ等を用いてもよい。
【００５９】
このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、内部加湿型の固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムに適用することができる。特に、低温環境下に放置される可能性のある、例えば移動体の駆動源として用いる燃料電池システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態における停止時制御のフローチャートである。
【図３】第１の実施形態における起動時制御のフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図５】第２の実施形態に用いる第一純水タンクの概略構成図である。
【図６】第３の実施形態に用いる第一純水タンクの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    第一純水タンク
１ａ  底面
２    純水タンク遮断弁（タンク遮断弁）
３    第二純水タンク
３ａ  底面
４    純水ポンプ
５    燃料電池モジュール
１２  加熱用流路（純水加熱手段）
１３  接続配管（接続手段）
１４  液面レベルセンサ
１５  解凍水収容部（液水収容部分）
１６  伝熱フィン
【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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