(57)【要約】【課題】  燃料電池の運転停止後、燃料電池発電面を均一に冷却し、燃料電池周囲温度が氷点以下に低下して凍結することがあっても、燃料電池の劣化を防止する。【解決手段】  通常運転時には、燃料電池スタック２２、三方弁３１，クーラントタンク２８，ラジエータ２８，三方弁３３，クーラントポンプ３０，三方弁３４、燃料電池スタック２２の経路で燃料電池スタック２２の運転温度が適正に維持される。発電停止後、クーラントを一旦クーラントタンク２７へ回収する。コントロールユニット４２は、燃料電池の発電停止後、スタック内部温度センサ３７が検出した温度とスタック周囲温度センサ３８が検出した温度との温度差が第１所定値を超えていれば、クーラントを冷却後、燃料電池スタック２２へ導入する。【選択図】  図１
2005322527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の両面に燃料極と酸化剤極とが形成された膜電極接合体と、該膜電極接合体に燃料および酸化剤を供給する流路を形成されたセパレータを持つ燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの冷却通路にクーラントを循環させるクーラント循環手段と、
前記クーラントの熱を系外へ放熱する放熱手段と、
前記クーラントを一時貯留するクーラントタンクと、
前記燃料電池スタックの発電停止後に、前記燃料電池スタックに冷却された前記クーラントを導入するクーラント制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記クーラントを運転停止動作後に、前記燃料電池スタックに導入する際、前記クーラントの温度は、前記燃料電池スタックの通常運転時よりも低いことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池スタック内部の温度を検出するスタック内部温度検出手段と、
前記燃料電池スタック周囲の温度を検出するスタック周囲温度検出手段と、を備え、
前記クーラント制御手段は、運転停止動作後に、前記燃料電池スタック内部温度と前記燃料電池スタック周囲温度との差が、第１の所定値以上の場合、前記クーラントを前記燃料電池スタック内に導入し、
前記温度差が第１の所定値未満の場合、前記クーラントを前記燃料電池スタック内へ導入しないことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記クーラント制御手段は、前記燃料電池スタック内部の温度と前記燃料電池スタック周囲の温度との差が大きければ大きいほど、より多くの前記クーラントを前記燃料電池スタック内に導入することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記クーラント制御手段は、前記燃料電池スタックにクーラントを導入する前に、前記クーラントの温度と、前記燃料電池スタック周囲の温度との差が、前記第１の所定値以下となるように前記クーラントの温度を制御することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記クーラント制御手段は、前記クーラント導入後、前記燃料電池スタック内部の温度と前記燃料電池スタックの周囲の温度との差が第１の所定値以下となった時に、前記クーラントの前記燃料電池スタックへの導入を停止することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池スタックのクーラント出入口にそれぞれクーラント温度検出手段を備え、
前記クーラント制御手段は、前記クーラント出入り口における前記クーラントの温度差に基づいて、前記クーラントの流量を変えることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記クーラント制御手段は、前記燃料電池スタックの周囲の温度が所定温度以下の場合、前記クーラントを前記燃料電池スタックに導入し、
前記温度が所定温度を超えた場合には、前記クーラントを前記燃料電池に導入しないことを特徴とする請求項７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、固体高分子型電解質を用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、反応ガスである水素などの燃料と空気などの酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池は、電解質の違いなどによりさまざまなタイプのものに分類されるが、その一つとして、電解質に固体高分子電解質を用いる固体高分子電解質形燃料電池が知られている。
【０００３】
この燃料電池における燃料極及び酸化剤極において進行する反応は、以下の通りである。
【０００４】
燃料極    ：      ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-              …(１)
酸化剤極  ：      ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ       …(２)
燃料極に水素が供給されると、燃料極で(１)の反応式が進行して水素イオンが生成する。この生成した水素イオンが水和状態で電解質（固体高分子電解質型燃料電池であれば固体高分子電解質膜）を透過（拡散）して酸化剤極に至り、この酸化剤極に酸素含有ガス、例えば空気が供給されていると、酸化剤極では(２)の反応式が進行する。この(１)、(２)の電極反応が各極で進行することで、燃料電池は起電力を生じることとなる。
【０００５】
固体高分子型燃料電池の従来例には、特許文献１記載の技術が公知である。この技術によれば、燃料と酸化剤の触媒燃焼により不凍液を加熱する不凍液加熱手段を燃料電池システムに備えている。そして低温環境からの燃料電池起動時に、不凍液加熱手段で加熱された不凍液を燃料電池スタックに導入して予熱を行っている。また、燃焼による排ガスを燃料電池スタック周辺に流通させることにより、外部からも加熱を行っている。
【特許文献１】特開２０００−１６４２３３号公報（第７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固体高分子型燃料電池を例えば車両用等の駆動源として用いると、周囲温度の低い場所において運転を停止した場合、高温から低温への冷却過程で燃料電池反応面内に温度分布が生じる。この温度分布は、燃料電池構成部材の熱膨張の差による応力を生じ、燃料電池の触媒層やガス拡散層が劣化するという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するため、本発明は、高分子電解質膜の両面に燃料極と酸化剤極とが形成された膜電極接合体と、該膜電極接合体に燃料および酸化剤を供給する流路を形成されたセパレータを持つ燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの冷却通路にクーラントを循環させるクーラント循環手段と、前記クーラントの熱を系外へ放熱する放熱手段と、前記クーラントを一時貯留するクーラントタンクと、前記燃料電池スタックの発電停止後に、前記燃料電池スタックに冷却された前記クーラントを導入するクーラント制御手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池の運転停止後、燃料電池発電面がクーラントにより均一に冷却されるため、燃料電池周囲温度が氷点以下に低下して凍結することがあっても、燃料電池の劣化を防止することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の各実施例に共通に適用される固体高分子電解質型燃料電池の構造を示す模式断面図である。燃料電池の発電単位である燃料電池セル１は、プロトン導電性の固体高分子膜からなる高分子電解質膜２と、この高分子電解質膜２を両面から挟持するように配設された燃料極３及び酸化剤極４と、それぞれの電極の外側に配設された燃料極拡散層５及び酸化剤極拡散層６と、それぞれの拡散層に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するアノードセパレータ７，カソードセパレータ８を備えている。
【００１１】
高分子電解質膜２は、フッ素系樹脂等の固体高分子材料によりプロトン伝導性の膜として形成されている。燃料極３及び酸化剤極４は、例えば、白金または、白金とその他の金属の合金の微粒子からなる触媒層を備えている。燃料極ガス拡散層５及び酸化剤極ガス拡散層６は、カーボン繊維の不織布、カーボンペーパ等の導電性多孔質部材をシート状に成形したものである。
【００１２】
燃料極セパレータ７および酸化剤極セパレータ８は、ガス不透過である緻密性カーボン材等の片面、または両面に設けた多数のリブにより、燃料ガス流路９または酸化剤ガス流路が形成されている。燃料ガス流路９、酸化剤ガス流路１０は、それぞれ隣接するガス拡散層５，６に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給する。
【００１３】
この燃料電池セル１は、セル当たりの発電電圧が１［Ｖ］程度と低いために、燃料電池システムにおいては、多数のセルを積層した燃料電池スタックとして出力電圧を高めたものを燃料電池システムに用いている。
【実施例１】
【００１４】
図２は、本発明に係る燃料電池システムの実施例１を説明するシステム概略図である。同図において、燃料電池システム２１は、燃料極及び酸化剤極を有する燃料電池本体である燃料電池スタック２２と、燃料電池温度制御用の熱媒体であるクーラントを貯留するクーラントタンク２７と、クーラントと外気との熱交換によりクーラントを冷却するラジエータ２８と、ラジエータ２８に送風するラジエータファン２９と、クーラントの流れを駆動するクーラントポンプ３０と、クーラントの流路を切り換える三方弁３１，３３，３４と、クーラントタンク２７の空気抜き弁である開閉弁３２と、燃料電池スタック２２へクーラントを循環させる経路であるクーラント循環路３５と、燃料電池スタックをバイパスさせるバイパス路３６と、スタック内部温度センサ３７と、スタック周囲温度センサ３８と、クーラント入口温度センサ３９と、クーラント出口温度センサ４０と、クーラントタンク２７内部のクーラント温度を検出するクーラント温度センサ４１と、これら温度センサの検出値を用いてクーラントポンプ３０及び三方弁３１，３３，３４及び開閉弁３２を制御するコントロールユニット４２とを備えている。
【００１５】
燃料電池スタック２２には、燃料極に燃料ガスを供給する燃料供給ライン２３と、燃料極から未反応の燃料ガスを排出する燃料排出ライン２４と、酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給ライン２５と、酸化剤極から未反応の酸化剤ガスを排出する酸化剤排出ライン２６とが接続されている。燃料ガス供給源及び酸化剤ガス供給源は、本発明の本質と関係がないので図示を省略してある。
【００１６】
燃料電池スタック２２の内部の温度を検出するスタック内部温度センサ３７と、燃料電池スタック２２の周囲の温度を検出するスタック周囲温度センサ３８と、燃料電池スタック２２のクーラント入口の温度を検出するクーラント入口温度センサ３９と、同クーラント出口の温度を検出するクーラント出口温度センサ４０には、例えば、熱電対、サーミスタ、シリコン単結晶半導体温度センサ等を用いることができる。
【００１７】
コントロールユニット４２は、これらの温度センサ３７，３８，３９，４０，４１の検出値に基づいて、クーラントポンプ３０、三方弁３１，３３，３４、開閉弁３２、及びラジエータファン２９を制御することにより、クーラントの流路切換、クーラントの流量制御、クーラントの放熱量制御、燃料電池スタック２２へのクーラントの導入及び排出を制御する。
【００１８】
コントロールユニット４２は、特に限定されないが本実施例では、ＣＰＵとプログラムＲＯＭと作業用ＲＡＭと入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。そして、コントロールユニット４２は、プログラム制御により通常の運転時の燃料電池スタックの温度制御、及び本発明に係るクーラント制御を行うクーラント制御手段である。
【００１９】
燃料電池スタックの通常運転時、即ち発電時には、三方弁３１は、燃料電池スタック２２とクーラントタンク２７とを連通し、三方弁３３は、ラジエータ２８とクーラントポンプ３０入口とを連通し、三方弁３４はクーラントポンプ３０出口と燃料電池スタック２２へ至るクーラント循環路３５とを連通し、開閉弁３２は閉じるように、コントローラ４１により制御される。
【００２０】
これにより、クーラントポンプ３０の出口から、三方弁３４，クーラント循環路３５，燃料電池スタック２２のクーラント入口、燃料電池スタック２２の内部のクーラント流路、燃料電池スタックのクーラント出口、三方弁３１，クーラントタンク２７，ラジエータ２８、三方弁３３を経て、クーラントポンプ３０の入口へ還流するクーラントの循環経路が構成される。
【００２１】
コントロールユニット４２は、上記クーラントの循環経路を構成して、クーラントポンプ３０の吐出流量およびラジエータファンの２９の回転速度を制御することにより、ラジエータ２８から外気へ放熱される熱量を制御し、燃料電池スタック２２の温度を運転最適温度に維持する。
【００２２】
燃料電池の運転停止動作時、コントロールユニット４２は、上記通常運転時の三方弁３１，３３，３４の状態から、三方弁３３を外気とクーラントポンプ３０の入口とを連通するように切り換えるとともに、開閉弁３２を開く。そしてこのクーラント流路状態でクーラントポンプ３０を作動させ、燃料電池スタック２２内部のクーラント流路へ外気を送り込むと共に、燃料電池スタック２２から排出されたクーラントをクーラントタンク２７へ回収する。クーラントタンク２７へクーラントの回収が終了すると、開閉弁３２を閉じて、三方弁３３をラジエータ２８とクーラントポンプ３０の連通状態として停止動作を終了する。以上のコントロールユニット４２の動作は、従来の燃料電池システムと同様である。
【００２３】
その後、コントロールユニット４２は、スタック内部温度とスタック周囲温度とを測定し、スタック内部温度とスタック周囲温度との温度差が第１所定値より大きければ、必要に応じてクーラントを冷却した後、燃料電池スタック２２の内部へクーラントを再導入する。
【００２４】
上記クーラントの冷却時、コントロールユニット４２は、開閉弁３２を閉じ、三方弁３１でバイパス路３６とクーラントタンク２７とを連通させ、三方弁３３でラジエータ２８とクーラントポンプ３０の入口とを連通させ、三方弁３４でクーラントポンプ３０の出口とバイパス路３６とを連通させる。これにより、クーラントタンク２７から、ラジエータ２８，三方弁３３，クーラントポンプ３０，三方弁３４，バイパス路３６、三方弁３１を経てクーラントタンク２７に戻る循環路が形成される。コントロールユニット４２は、クーラントポンプ３０及びラジエータファン２９を駆動して、この循環路にクーラントを循環させながらクーラントを冷却する。
【００２５】
燃料電池スタック２２へクーラントを再導入する際は、開閉弁３２を開き、三方弁３１で燃料電池スタック２２とクーラントタンク２７とを連通させ、三方弁３３でラジエータ２８とクーラントポンプ３０の入口とを連通させ、三方弁３０でクーラントポンプ３０の出口と燃料電池スタック２２のクーラント入口とを連通させる。この状態でクーラントポンプ３０を駆動することにより、クーラントタンク２７内部のクーラントが燃料電池スタック２２の内部流路へ充填されると共に、燃料電池スタック２２内部のクーラント流路から排出された空気は、開閉弁３２から外気へ放出される。
【００２６】
図３は、燃料電池スタック内部の温度と燃料電池スタック周囲の温度の計測方法を示す図である。燃料電池スタック内部の温度は、燃料電池スタック２２における中心のセル５１において、該セルを構成するセパレータ内部の温度を、スタック内部温度センサ３７で検出して燃料電池スタック内部の温度として代表させる。
【００２７】
燃料電池スタック周囲の温度とは、前記中心セル５１において、セパレータの側面の温度をスタック周囲温度センサで検出して、燃料電池周囲の温度として代表させる。スタック内部温度センサ３７及びスタック周囲温度センサ３８には、例えば、熱電対、サーミスタ、シリコン単結晶半導体温度センサ等を用いることができる。
【００２８】
次に、図４のフローチャートを参照して、本実施例におけるコントロールユニット４２実施する制御内容を説明する。
【００２９】
燃料電池システムの通常の運転停止動作により、燃料電池スタック２２内部のクーラントが、一旦クーラントタンク２７へ排出された後に、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、スタック内部温度センサ３７及びスタック周囲温度センサ３８により、燃料電池スタック内部の温度と燃料電池スタック周囲の温度を検知し、Ｓ１１において、スタック内部温度とスタック周囲温度との温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃを超えているか否かを判定する。
【００３０】
この第１所定値ΔＴｃは、燃料電池スタック２２を構成する各部材が温度差による熱膨張量の差異に由来する機械的ストレスが燃料電池スタック２２を劣化させない温度差であり、燃料電池スタック２２に使用する材料によって異なり、実験的に求めるものとする。
【００３１】
Ｓ１１の判定で、温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃを超えていなければ、何もせずに操作を停止する。本実施例によれば、燃料電池スタック内部の温度と燃料電池スタックの周囲の温度の差が、第１の所定値を超えた場合にクーラントを燃料電池スタック内に導入し、超えない場合には、クーラントを導入しないように制御することで、燃料電池スタックの温度差による劣化の虞がないときには、クーラントを導入しないため、クーラントを導入するために必要となるポンプ動力を節約することができる。第１の所定値は、燃料電池スタックの性能を劣化させる程度の、燃料電池スタック内部の温度と燃料電池スタック周囲の温度との差であり、あらかじめ設定される。
【００３２】
Ｓ１１の判定で、温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃを超えていれば、次のＳ１２へ移行する。Ｓ１２において、三方弁３１，３３，３４を制御して、クーラントポンプ３０から，バイパス路３６、クーラントタンク２７，ラジエータ２８を経てクーラントポンプ３０に還流するクーラント循環経路内にクーラントを循環させて、クーラントを冷却する。
【００３３】
次いで、Ｓ１３でクーラント温度センサ４１が検出したクーラント温度と、スタック周囲温度センサ３８が検出したスタック周囲温度とをコントロールユニット４２へ読み込んで、クーラント温度とスタック周囲温度との温度差ΔＴ２が第１所定値ΔＴｃを超えているか否かを判定する。Ｓ１３の判定で、温度差ΔＴ２が第１所定値ΔＴｃを超えていれば、Ｓ１２へ戻りクーラント冷却を続ける。
【００３４】
Ｓ１３の判定で、温度差ΔＴ２が第１所定値ΔＴｃを超えていなければ、クーラント冷却が十分進んだとして、Ｓ１４へ進み、燃料電池スタック２２の内部へクーラントを導入する。
【００３５】
このとき、三方弁３２を開き、三方弁３１で燃料電池スタック２２の出口とクーラントタンク２７とを連通し、三方弁３３でラジエータ２８とクーラントポンプ３０入口とを連通し、三方弁３４でクーラントポンプ出口と燃料電池スタック２２の入口とを連通するようにクーラント流路を制御して、クーラントポンプ３０を駆動する。
【００３６】
本実施例では、通常運転時のクーラント温度より十分温度が低下したクーラントを燃料電池スタックに再導入するので、燃料電池反応面の温度差を素早く緩和することができ、より効果的に燃料電池スタックの劣化を防止することができる。
【００３７】
燃料電池スタック２２へのクーラント導入が終了すると、次いでＳ１５で、燃料電池スタックとラジエータ２８との間にクーラントが循環するようにクーラント流路を構成し、燃料電池スタック２２のクーラント入口及び出口のクーラント温度をクーラント入口温度センサ３９，クーラント出口温度センサ４０で検出し、これらクーラント入口、出口温度をコントロールユニットへ読み込む。次いで、Ｓ１６で、燃料電池スタック２２におけるクーラントの入口・出口の温度差ΔＴ３が第３所定値Ｔcoolを超えているか否かを判定する。この第３所定値Ｔcoolは、燃料電池スタックが均一に熱的なストレスがなく温度低下すると判定できる温度であり、燃料電池スタック２２の各部の構成材質によって異なるが、実験的に求めるものとする。
【００３８】
Ｓ１６の判定で、温度差ΔＴ３が第３所定値Ｔcoolを超えていれば、Ｓ１７に進んで、クーラントポンプ３０の回転速度を上昇させることにより、クーラントの流量を増加させて、Ｓ１６へ戻る。Ｓ１６の判定で、温度差ΔＴ３が第３所定値Ｔcoolを超えていなければ、Ｓ１８へ進み、クーラントの流量を維持する。次いでＳ１９で、スタック内部温度センサ３７及びスタック周囲温度センサ３８により、燃料電池スタック内部の温度と燃料電池スタック周囲の温度を検知し、スタック内部温度とスタック周囲温度との温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃ未満であるか否かを判定する。
【００３９】
Ｓ１９の判定で、温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃ未満でなければ、Ｓ１８に戻り、クーラントの流量を維持して、燃料電池スタック２２の冷却を続ける。Ｓ１９の判定で、温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃ未満となったら、Ｓ２０へ進み、クーラントポンプ３０を停止して、クーラント循環を停止し、操作を終了する。
【００４０】
図５は、本実施例における燃料電池スタックのクーラントの入口・出口の温度差と、クーラントの流量の関係を表す図である。燃料電池スタックにおけるクーラントの入口・出口の温度差が大きい場合は、クーラントの流量を増加させることで、燃料電池スタックにおけるクーラントの入口・出口の温度差を小さくし、燃料電池反応面での温度差を小さくすることができる。
【実施例２】
【００４１】
図６は、本発明に係る燃料電池システムの実施例２の制御動作を説明するフローチャートである。本実施例２の概略構成は、図２に示した実施例１の概略構成と同様である。実施例１と実施例２との相違は、コントローラ４２による制御が異なる。実施例１においては、燃料電池スタック２２へのクーラント再導入の条件として、スタック内部温度とスタック周囲温度との温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃより大きいことを条件としたが、実施例２においては、スタック周囲温度Ｔｓが第２所定値Ｔｃ、例えば０［℃］より低いことを条件としている。その他の処理は実施例１と同様である。また、本実施例における第１所定値ΔＴｃ、及び第３所定値Ｔcoolは、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
図６において、燃料電池システムの通常の運転停止動作により、燃料電池スタック２２内部のクーラントが、一旦クーラントタンク２７へ排出された後に、ステップ（以下、ステップをＳと略す）３０において、スタック周囲温度センサ３８により、燃料電池スタック周囲の温度を検知し、Ｓ３１において、スタック周囲温度Ｔｓが第２所定値Ｔｃ未満であるか否かを判定する。第２所定値Ｔｃは、燃料電池スタック２２の内部に残留する加湿水や反応水などが凍結の虞があると判断する温度であり、たとえばＴｃ＝０［℃］とする。
【００４３】
Ｓ３１の判定で、スタック周囲温度Ｔｓが第２所定値Ｔｃ以上であれば、何もせずに操作を停止する。
【００４４】
Ｓ３１の判定で、スタック周囲温度Ｔｓが第２所定値Ｔｃ未満であれば、次のＳ３２へ移行する。Ｓ３２において、三方弁３１，３３，３４を制御して、クーラントポンプ３０から，バイパス路３６、クーラントタンク２７，ラジエータ２８を経てクーラントポンプ３０に還流するクーラント循環経路内にクーラントを循環させて、クーラントを冷却する。
【００４５】
次いで、Ｓ３３でクーラント温度センサ４１が検出したクーラント温度と、スタック周囲温度センサ３８が検出したスタック周囲温度とをコントロールユニット４２へ読み込んで、クーラント温度とスタック周囲温度との温度差ΔＴ２が第１所定値ΔＴｃを超えているか否かを判定する。Ｓ３３の判定で、温度差ΔＴ２が第１所定値ΔＴｃを超えていれば、Ｓ３２へ戻りクーラント冷却を続ける。
【００４６】
Ｓ３３の判定で、温度差ΔＴ２が第１所定値ΔＴｃを超えていなければ、Ｓ３４へ進み、燃料電池スタック２２の内部へクーラントを導入する。このとき、三方弁３２を開き、三方弁３１で燃料電池スタック２２の出口とクーラントタンク２７とを連通し、三方弁３３でラジエータ２８とクーラントポンプ３０入口とを連通し、三方弁３４でクーラントポンプ出口と燃料電池スタック２２の入口とを連通するようにクーラント流路を制御して、クーラントポンプ３０を駆動する。
【００４７】
次いで、Ｓ３５で、燃料電池スタック２２のクーラント入口及び出口のクーラント温度をクーラント入口温度センサ３９，クーラント出口温度センサ４０で検出し、これらクーラント入口、出口温度をコントロールユニットへ読み込む。次いで、Ｓ３６で、燃料電池スタック２２におけるクーラントの入口・出口の温度差ΔＴ３が第３所定値Ｔcoolを超えているか否かを判定する。
【００４８】
Ｓ３６の判定で、温度差ΔＴ３が第３所定値Ｔcoolを超えていれば、Ｓ３７に進んで、クーラントポンプ３０の回転速度を上昇させることにより、クーラントの流量を増加させて、Ｓ３６へ戻る。Ｓ３６の判定で、温度差ΔＴ３が第３所定値Ｔcoolを超えていなければ、Ｓ３８へ進み、クーラントの流量を維持する。次いでＳ３９で、スタック内部温度センサ３７及びスタック周囲温度センサ３８により、燃料電池スタック内部の温度と燃料電池スタック周囲の温度を検知し、スタック内部温度とスタック周囲温度との温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃ未満であるか否かを判定する。
【００４９】
Ｓ３９の判定で、温度差ΔＴ１が第１所定値ΔＴｃ未満でなければ、Ｓ３８に戻り、クーラントの流量を維持して、燃料電池スタック２２の冷却を続ける。Ｓ３９の判定で、温度差ΔＴ１が第１所定値Ｔｃ未満となったら、Ｓ４０へ進み、クーラントポンプ３０を停止して、クーラント循環を停止し、操作を終了する。
【００５０】
本実施例によれば、燃料電池スタックの周囲の温度が、第２所定値以下であったら、クーラントを燃料電池スタックに導入することで、クーラント再導入の条件を燃料電池スタックの周囲の温度のみとすることができるので、燃料電池システムをより簡素化することができる。第２所定値は、燃料電池スタックの通常の運転温度から第１所定値を差し引いた温度であり、あらかじめ設定される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に用いる固体高分子燃料電池のセルを説明する模式断面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの実施例１の構成を説明するシステム概略図である。
【図３】（ａ）実施例１におけるスタックの中心セルを説明する図、（ｂ）実施例１における温度検出手段の配置を説明する図である。
【図４】実施例１におけるコントロールユニットの制御を説明するフローチャートである。
【図５】実施例１におけるクーラント入出口温度差にたいするクーラント流量を説明する図である。
【図６】実施例２におけるコントロールユニットの制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
２１…燃料電池システム
２２…燃料電池スタック
２３…燃料供給ライン
２４…燃料排出ライン
２５…酸化剤供給ライン
２６…酸化剤排出ライン
２７…クーラントタンク
２８…ラジエータ
２９…ラジエータファン
３０…クーラントポンプ
３１、３３，３４…三方弁
３２…開閉弁
３５…クーラント循環路
３６…バイパス路
３７…スタック内部温度センサ
３８…スタック周囲温度センサ
３９…クーラント入口温度センサ
４０…クーラント出口温度センサ
４１…クーラント温度センサ
４２…コントロールユニット
【図１】
2005322527.tif 000003
【図２】
2005322527.tif 000004
【図３】
2005322527.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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