(57)【要約】【課題】  燃料電池システムの起動時に、暖機に必要となる時間を最小限に抑える。【解決手段】  炭化水素系燃料の供給を受け、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器１２と、アノードに改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池１４と、カソードから排出されるカソードオフガスを改質器１２に供給するカソードオフガス流路２０と、システムの暖機時に、カソードをバイパスしてカソードガスを改質部１２に直接供給するバイパス流路２４と、を備える。【選択図】        図１
2005203320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料の供給を受け、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、
前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記改質部に供給するカソードオフガス供給手段と、
システムの暖機時に、前記カソードをバイパスして前記カソードガスを前記改質部に直接供給するバイパス手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
システムの暖機時に、前記改質部に供給した前記カソードガスにより前記炭化水素系燃料をリーン燃焼させ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３】
システムの暖機完了後、前記改質部に供給した前記カソードオフガス及び前記炭化水素系燃料を原料として前記改質ガスを生成することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池に冷却用流体を供給する冷却用流体供給手段と、
システムの暖機時に、前記冷却用流体の供給を停止する冷却用流体供給停止手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
炭化水素系燃料の供給を受け、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、
前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記改質部に供給するカソードオフガス供給手段と、
前記燃料電池に冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給手段と、
システムの暖機時に、前記燃料電池をバイパスして前記冷却用ガスを前記改質部へ供給する手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
システムの暖機時に、前記カソードへの前記カソードガスの供給を停止するカソードガス供給停止手段を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
システムの暖機時に、前記改質部に供給した前記冷却用ガスにより前記炭化水素系燃料をリーン燃焼させることを特徴とする請求項５又は６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
炭化水素系燃料の供給を受け、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、
前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記改質部に供給するカソードオフガス供給手段、及び／又は前記燃料電池に冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給手段と、
システムの暖機時に、前記カソードへの前記カソードガスの供給、又は前記燃料電池への前記冷却用ガスの供給の少なくとも一方を停止するガス供給停止手段と、
システムの暖機時に、前記炭化水素系燃料をリーン燃焼させるためのガスを前記改質部へ供給するリーン燃焼用ガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
システムの暖機時に、前記カソードへの前記カソードガスの供給、及び前記燃料電池への前記冷却用ガスの供給の双方を停止することを特徴とする請求項８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し、特に、改質反応を利用して炭化水素系燃料から水素を生成する改質部を備えた燃料電池システムに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を発電装置として用いる場合、燃料電池のアノードに水素を供給する必要がある。アノードに供給する水素を発生させるため、ガソリン、メタノール、天然ガスなどの炭化水素系燃料から改質反応により水素を取り出す方法が知られている。
【０００３】
改質反応としては、水蒸気改質反応、部分酸化反応など種々の反応がある。一例として、ガソリンの一成分であるイソオクタン（Ｃ８Ｈ１８）について、その改質反応を以下に示す。
【０００４】
Ｃ８Ｈ１８＋８Ｈ２Ｏ  →  ８ＣＯ＋１７Ｈ２                  ・・・（１）
Ｃ８Ｈ１８＋４Ｏ２  →  ８ＣＯ＋９Ｈ２                      ・・・（２）
【０００５】
上記（１）式で表される反応は水蒸気改質反応であり、上記（２）式で表される反応は部分酸化反応である。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、部分酸化反応は発熱反応である。通常、これらの改質反応は改質器と呼ばれる反応器内で行われる。これらの改質反応は、いずれか１つを採用することもできるが、双方を同時に１つの改質器内で起こすことも可能である。
【０００６】
燃料電池の動作温度は、最も低い固体高分子型（ＰＥＭ）で８０℃前後であり、固体電解質型（ＳＯＦＣ）では１０００℃に達するものもある。このため、電力を発生させるためには燃料電池を動作温度まで暖機する必要がある。特開２００３−１５１５９９号公報には、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスを改質器に供給して循環させる技術が開示されており、システムの起動時には、改質器へ供給するカソードオフガスの量が理論空燃比に対応する空気量の約４倍となるように制御して、改質器から排出された高温のガスをアノードに供給して燃料電池を暖機することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１５１５９９号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９０８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、暖機時にカソードガスを燃料電池に供給し、燃料電池から排出されたカソードオフガスを改質器に供給すると、カソードガスは常温の空気であるため、カソードガスによって燃料電池が冷却されてしまうという問題が生じる。このため、燃料電池を含むシステムの暖機に時間がかかり、燃料電池から実際に電力が得られるまでの時間が長くなるという問題が生じる。
【０００９】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムの起動時に、暖機に必要となる時間を最小限に抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、炭化水素系燃料の供給を受け、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、
前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記改質部に供給するカソードオフガス供給手段と、システムの暖機時に、前記カソードをバイパスして前記カソードガスを前記改質部に直接供給するバイパス手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、システムの暖機時に、前記改質部に供給した前記カソードガスにより前記炭化水素系燃料をリーン燃焼させることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、システムの暖機完了後、前記改質部に供給した前記カソードオフガス及び前記炭化水素系燃料を原料として前記改質ガスを生成することを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記燃料電池に冷却用流体を供給する冷却用流体供給手段と、システムの暖機時に、前記冷却用流体の供給を停止する冷却用流体供給停止手段と、を更に備えたことを特徴とする。
【００１４】
第５の発明は、上記の目的を達成するため、炭化水素系燃料の供給を受け、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記改質部に供給するカソードオフガス供給手段と、前記燃料電池に冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給手段と、システムの暖機時に、前記燃料電池をバイパスして前記冷却用ガスを前記改質部へ供給する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
第６の発明は、第５の発明において、システムの暖機時に、前記カソードへの前記カソードガスの供給を停止するカソードガス供給停止手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１６】
第７の発明は、第５又は第６の発明において、システムの暖機時に、前記改質部に供給した前記冷却用ガスにより前記炭化水素系燃料をリーン燃焼させることを特徴とする。
【００１７】
第８の発明は、上記の目的を達成するため、炭化水素系燃料の供給を受け、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記改質部に供給するカソードオフガス供給手段、及び／又は前記燃料電池に冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給手段と、システムの暖機時に、前記カソードへの前記カソードガスの供給、又は前記燃料電池への前記冷却用ガスの供給の少なくとも一方を停止するガス供給停止手段と、システムの暖機時に、前記炭化水素系燃料をリーン燃焼させるためのガスを前記改質部へ供給するリーン燃焼用ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
第９の発明は、第８の発明において、システムの暖機時に、前記カソードへの前記カソードガスの供給、及び前記燃料電池への前記冷却用ガスの供給の双方を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、システムの暖機時に、カソードをバイパスしてカソードガスを改質部に直接供給することができるため、カソードガスによって燃料電池が冷却されてしまうことを抑止できる。従って、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池の暖機を完了することが可能となる。
【００２０】
第２の発明によれば、改質部に供給したカソードガスにより炭化水素系燃料をリーン燃焼させることができるため、リーン燃焼の際に発生した熱によって、改質部、燃料電池を含むシステム内を確実に暖機することが可能となる。
【００２１】
第３の発明によれば、改質部に供給したカソードオフガス及び炭化水素系燃料を原料として改質ガスを生成するため、カソードオフガス中の水蒸気、酸素を改質反応に利用することができ、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【００２２】
第４の発明によれば、システムの暖機時に燃料電池への冷却用流体の供給を停止することができるため、暖機効率をより向上させることができる。
【００２３】
第５の発明によれば、システムの暖機時に、燃料電池をバイパスして冷却用ガスを改質部へ供給することで、冷却用ガスによって燃料電池が冷却されてしまうことを抑止できる。従って、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池の暖機を完了することが可能となる。
【００２４】
第６の発明によれば、システムの暖機時にカソードガスの供給を停止することができるため、カソードガスによって燃料電池が冷却されてしまうことを抑止できる。
【００２５】
第７の発明によれば、改質部に供給した冷却用ガスにより炭化水素系燃料をリーン燃焼させることができるため、リーン燃焼の際に発生した熱によって、改質部、燃料電池を含むシステム内を確実に暖機することが可能となる。
【００２６】
第８の発明によれば、システムの暖機時に、カソードガスの供給、又は燃料電池への冷却用ガスの供給の少なくとも一方を停止することで、カソードガス、又は冷却用ガスによって燃料電池が冷却されてしまうことを抑止できる。従って、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池の暖機を完了することが可能となる。また、リーン燃焼用ガス供給手段から供給したガスにより炭化水素系燃料をリーン燃焼させることができるため、リーン燃焼の際に発生した熱によって、改質部、燃料電池を含むシステム内を確実に暖機することが可能となる
【００２７】
第９の発明によれば、システムの暖機時に、カソードガスの供給、及び燃料電池への冷却用ガスの供給の双方を停止することで、更なる暖機効率の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
実施の形態１．
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システム１０の構成を示す模式図である。燃料電池システム１０は、主として、炭化水素系燃料、水、空気を原料として、水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成する外部加熱可能な熱交換型の改質器１２と、改質ガスを燃料とし、空気を酸化ガスとして用いて、電力を発生する燃料電池１４とを有している。
【００３０】
燃料電池１４は、発電を行う際に水（水蒸気）を生成する種類のものであればよく、具体的には、固体高分子型（ＰＥＭ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、水素分離膜型等の燃料電池である。例えば固体高分子型を例に挙げると、燃料電池１４は、電解質膜、アノード、カソード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成される。アノード、カソードの間には、燃料ガス（改質ガス）および酸化ガスの流路が形成されている。電解質膜は、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノードおよびカソードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。
【００３１】
改質器１２は、その機能上から、上記（１）式、（２）式で表される改質反応を生じさせる改質側と、改質反応を行うための熱を供給する燃焼側とに分けることができる。改質側には、燃料としてイソオクタン（Ｃ８Ｈ１８）を一成分とするガソリンが供給される。また、改質側には水蒸気と空気（酸素）が供給される。そして、改質側に供給されたこれらのガソリン、水蒸気、空気から、上記（１）式、（２）式で表される改質反応が行われる。なお、改質側へ送る燃料としては、天然ガスなどの他の炭化水素燃料やアルコールなどの含酸素燃料など、種々の炭化水素系燃料を用いることもできる。また、その他、エーテル、アルデヒドなどを燃料として用いることもできる。
【００３２】
改質反応を促進するため、改質側には改質用触媒が備えられている。ガソリンや天然ガスを原料とする場合には、例えばニッケル触媒やロジウム貴金属を改質用触媒として用いることができ、メタノールを原料とする場合には、ＣｕＯ−ＺｎＯ系触媒、Ｃｕ−ＺｎＯ系触媒などが有効であることが知られている。
【００３３】
改質器１２の燃焼側には、燃焼用燃料と燃焼用空気が送られる。そして、燃焼用燃料を燃焼させることにより改質反応を行うための熱が生成される。なお、改質器１２の燃焼側は、改質器１２とは別に設けた燃焼器を含む構成としても良い。この場合、燃焼用燃料と燃焼用空気を燃焼器で燃焼させ、燃焼器から排出された高温の燃焼ガスにより改質反応を行うための熱を供給する。
【００３４】
このように、改質器１２の燃焼側から熱を供給することで、改質側に送られたガソリン、水蒸気、空気（酸素）が反応し、上記（１）式、（２）式で示した水蒸気改質反応と部分酸化反応が併せて起こり、改質用触媒がそれらの反応を促進して、水素リッチな改質ガスが生成される。
【００３５】
改質反応により生成された水素リッチな改質ガスは、改質ガス流路１６を通って燃料電池１４のアノードに供給される。一方、燃料電池１４のカソードには、酸化ガスとしての空気（カソードガス）が供給される。燃料電池１４のアノードでは、改質ガスが送り込まれると、この改質ガス中の水素から水素イオンを生成し（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）、カソードは、酸化ガスが送り込まれると、この酸化ガス中の酸素から酸素イオンを生成し、燃料電池１４内では電力が発生する。また、これと同時にカソードにおいて、上記の水素イオンと酸素イオンとから水が生成される（（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）。この水のほとんどは、燃料電池１４内で発生する熱を吸収して水蒸気として生成される。
【００３６】
燃料電池１４のカソードはカソードエアポンプ１８と接続されており、カソードにはカソードエアポンプ１８からカソードガスが送り込まれる。また、カソードは、カソードオフガス流路２０によって改質器１２の改質側と接続されている。カソードから排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス流路２０を通って改質側に送られる。
【００３７】
カソードエアポンプ１８とカソードを接続する流路には、三方弁２２が設けられている。三方弁２２は、バイパス流路２４によって改質器１２の改質側に接続されている。従って、三方弁２２の設定を切り換えることによって、燃料電池１４のカソードを経由することなく、改質側に直接カソードガスを送ることが可能である。
【００３８】
電力を発生する際、燃料電池１４内で発熱が生じるため、燃料電池１４を冷却するために冷却用エアポンプ２６が設けられている。そして、冷却用エアポンプ２６から燃料電池１４に冷却用ガスを送ることで、空冷により燃料電池１４を冷却するようにしている。
【００３９】
通常の運転時には、図１（Ａ）に示すように、カソードエアポンプ１８から送られたカソードガスが、燃料電池１４のカソードに送られるように三方弁２２の状態が設定される。カソードから排出されたカソードオフガスは、カソードで生成された水蒸気の他、カソードで反応しなかった酸素を含んでいる。本実施形態の燃料電池システム１０では、カソードオフガス流路２０を経由させてカソードオフガスを改質器１２の改質側に送り、カソードオフガス中の水蒸気、酸素を、上記（１）式、（２）式で表される改質反応を行うための原料として供給する。このように、カソードオフガス中の水蒸気、酸素を改質反応に利用することで、システム全体の効率を高めることができる。
【００４０】
一方、燃料電池１４は、所定の動作温度で動作して電力を発生するため、システムの起動時には、燃料電池１４が動作温度になるまで暖機する必要がある。この場合、冷却用ガスを燃料電池１４に送ると暖機効率が低下するため、図１（Ｂ）に示すように、冷却用エアポンプ２６から燃料電池１４への冷却用ガスの供給を停止する。
【００４１】
また、システムの起動時（暖機時）には、三方弁２２の設定を切り換えて、カソードエアポンプ１８から送られたカソードガスをバイパス流路２４に通して改質器１２の改質側へ供給する。そして、改質側に供給されたガソリンを完全酸化させるのに十分な空気量が改質側に送られるようにカソードエアポンプ１８を制御し、改質側に酸素を含む空気を多量に送り込む。これにより、改質側では、触媒燃焼（改質用触媒による燃焼）と気相燃焼（燃料と酸化ガスとの混合による燃焼）によって、供給されたガソリンが完全酸化されて、以下の（３）式に示すように、水と二酸化炭素（ＣＯ２）になる。
【００４２】
Ｃ８Ｈ１８＋（２５／２）Ｏ２  →  ８ＣＯ２＋９Ｈ２Ｏ          ・・・（３）
【００４３】
このように、暖機時には、カソードエアポンプ１８から送られたカソードガスが、改質側においてリーン燃焼用の空気として用いられる。この結果、完全酸化による発熱によって改質器１２の温度が上昇するとともに、完全酸化によって得られた高温のガス（水蒸気、ＣＯ２）が、改質ガス流路１６を通って燃料電池１４のアノードへ送られる。従って、改質器１２、燃料電池１４を含むシステムを暖機することができる。
【００４４】
暖機が完了した後は、図１（Ａ）に示す状態に三方弁２２の設定を切り換えて、カソードエアポンプ１８から燃料電池１４のカソードへカソードガスを送るとともに、冷却用エアポンプ２６から燃料電池１４に冷却用ガスを供給して、通常運転を行う。暖機が完了したか否かの判定は、例えば燃料電池１４に温度センサを設け、温度センサの検出値が燃料電池１４の動作温度に到達したか否かを判定することで行う。
【００４５】
カソードエアポンプ１８から送られるカソードガスは常温のガスであるため、暖機中にカソードガスをカソードに送ると、カソードガスによって燃料電池１４が冷却されてしまい、燃料電池１４の暖機効率が低下する場合がある。本実施形態では、暖機が完了するまでの間は、カソードガスをバイパス流路２４に流すため、カソードガスがカソードに送られることがない。従って、カソードガスによる燃料電池１４の冷却を抑止することができ、暖機効率を高めることが可能となる。これにより、短時間で燃料電池１４の暖機を完了することが可能となる。また、暖機が完了するまでの間は、冷却用エアポンプ２６からの冷却用ガスの供給を停止するため、暖機効率をより向上させることができる。
【００４６】
更に、暖機時にカソードエアポンプ１８から改質側に酸素を含む空気を多量に送り込むことで、改質側でガソリンをリーン燃焼させて完全酸化することができ、この際に発生した熱によって、改質器１２、燃料電池１４を含むシステム内を確実に暖機することができる。
【００４７】
以上説明したように実施の形態１によれば、燃料電池１４のカソードをバイパスするバイパス流路２４を設け、暖機が完了するまでの間は、カソードガスをカソードに送ることなく、改質器１２の改質側へ直接送るようにしたため、カソードガスによって燃料電池１４が冷却されてしまうことを抑止できる。従って、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池１４の暖機を完了することが可能となる。
【００４８】
なお、暖機時に、バイパス流路２４に流したカソードガスを改質器１２の燃焼側に供給し、カソードガスを燃焼側の燃焼用空気として用いてもよい。これにより、燃焼側での燃焼を促進することができ、システムの暖機効率を向上させることができる。
【００４９】
また、燃料電池１４を冷却するための冷却媒体は冷却用ガスに限定されるものではない。例えば、冷却水等の液体で燃料電池１４を冷却し、暖機時に燃料電池１４への冷却水等の供給を停止するようにしても良い。
【００５０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、実施の形態２にかかる燃料電池システム１０の構成を示す模式図である。実施の形態２の燃料電池システム１０の基本的な構成は実施の形態１と同様である。
【００５１】
実施の形態２の燃料電池システム１０では、実施の形態１と同様に、カソードオフガスを改質器１２の改質側へ供給するため、カソードオフガス流路２０が設けられている。また、燃料電池１４を冷却するため、冷却用エアポンプ２６が設けられている。また、実施の形態２では、冷却用ガスを燃料電池１４に送る流路に三方弁２８が設けられている。そして、三方弁２８で分離した冷却用ガスを改質器１２の改質側へ送るため、流路３０が設けられている。
【００５２】
通常の運転時には、図２（Ａ）に示すように、カソードエアポンプ１８から送られたカソードガスが、燃料電池１４のカソードに送られる。そして、カソードから排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス流路２０を経由して改質器１２の改質側に送られる。また、冷却用エアポンプ２６から送られた冷却用ガスが、燃料電池１４に供給されるように三方弁２８の状態が設定される。これにより、図１（Ａ）の場合と同様に、カソードオフガス中の水蒸気、酸素を改質反応の原料として改質側に供給することができ、また、冷却用ガスによって燃料電池１４を冷却することができる。
【００５３】
一方、起動時には、図２（Ｂ）に示すように、カソードエアポンプ１８からのカソードガスの供給を停止する。また、三方弁２８の設定を切り換えて、冷却用エアポンプ２６から送られた冷却用ガスを流路３０に通し、燃料電池１４をバイパスして改質器１２の改質側へ供給する。これにより、燃料電池１４への冷却用ガスの供給が停止される。そして、改質側に供給されたガソリンを完全酸化させるのに十分な空気量が改質側に送られるように冷却用エアポンプ２６を制御し、改質側に酸素を含む空気を多量に送り込む。
【００５４】
このように、システムの起動時に、燃料電池１４へのカソードガス、冷却用ガスの供給を停止することで、カソードガス、冷却用ガスによって燃料電池１４が冷却されてしまうことを抑止できる。従って、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池１４の暖機を完了することが可能となる。また、冷却用エアポンプ２６から改質側に酸素を含む空気を多量に送り込むことで、実施の形態１と同様に、改質側でガソリンをリーン燃焼させて完全酸化することができ、改質器１２、燃料電池１４を含むシステム内を確実に暖機することができる。
【００５５】
以上説明したように実施の形態２によれば、暖機が完了するまでの間は、燃料電池１４へのカソードガス、冷却用ガスの供給を停止するようにしたため、カソードガス、冷却用ガスによって燃料電池１４が冷却されてしまうことを抑止できる。従って、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池１４の暖機を完了することが可能となる。また、暖機が完了するまでの間は、冷却用ガスを改質器１２の改質側へ送るようにしたため、改質側に供給されたガソリンを完全酸化することができ、改質器１２、燃料電池１４を含むシステム内を確実に暖機することができる。
【００５６】
なお、暖機時に、燃料電池１４への冷却用ガスの供給のみを停止し、燃料電池１４へのカソードガスの供給を行うようにしても良い。これにより、燃料電池１４の暖機の状態に応じて、カソードガスを適宜に供給することが可能となる。
【００５７】
また、暖機時に、流路３０に流した冷却用ガスを改質器１２の燃焼側に供給し、冷却用ガスを燃焼側の燃焼用空気として用いてもよい。これにより、燃焼側での燃焼を促進することができ、システムの暖機効率を向上させることができる。
【００５８】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、実施の形態３にかかる燃料電池システム１０の構成を示す模式図である。実施の形態３の燃料電池システム１０の基本的な構成は実施の形態１と同様である。
【００５９】
実施の形態３の燃料電池システム１０では、実施の形態１と同様に、カソードオフガスを改質器１２の改質側へ供給するため、カソードオフガス流路２０が設けられている。また、燃料電池１４を冷却するため、冷却用エアポンプ２６が設けられている。また、実施の形態３では、暖機時に改質器１２の改質側に空気を供給するためのエアポンプ３２が設けられている。
【００６０】
通常の運転時には、図３（Ａ）に示すように、カソードエアポンプ１８から送られたカソードガスが、燃料電池１４のカソードに送られる。そして、カソードから排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス流路２０を経由して改質器１２の改質側に送られる。また、冷却用エアポンプ２６から送られた冷却用ガスが燃料電池１４に供給される。これにより、図１（Ａ）の場合と同様に、カソードオフガス中の水蒸気、酸素を改質反応の原料として改質側に供給することができ、また、冷却用ガスによって燃料電池１４を冷却することができる。
【００６１】
一方、起動時には、図３（Ｂ）に示すように、カソードエアポンプ１８からのカソードガスの供給を停止する。また、冷却用エアポンプ２６からの冷却用ガスの供給も停止する。そして、エアポンプ３２を作動して、改質側に酸素を含む空気を多量に送り込み、リーン燃焼により改質側に供給されたガソリンを完全酸化する。このように、エアポンプ３２は暖機時にリーン燃焼用の空気を送るために設けられており、暖機時以外はエアポンプ３２によるエアの供給は停止される。
【００６２】
このように、起動時にカソードガスの供給を停止することで、カソードガスによって燃料電池１４が冷却されてしまうことを抑止することができる。これにより、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池１４の暖機を完了することが可能となる。また、エアポンプ３２から改質側に酸素を含む空気を多量に送り込むことで、実施の形態１と同様に、改質側でガソリンをリーン燃焼させて完全酸化することができ、改質器１２、燃料電池１４を含むシステム内を確実に暖機することができる。
【００６３】
以上説明したように実施の形態３によれば、暖機が完了するまでの間は、カソードガスの供給を停止するようにしたため、カソードガスによって燃料電池１４が冷却されてしまうことを抑止できる。従って、暖機効率を高めることができ、短時間で燃料電池１４の暖機を完了することが可能となる。また、暖機が完了するまでの間は、エアポンプ３２から多量の空気を改質側へ送るようにしたため、改質側に供給されたガソリンを完全酸化することができ、改質器１２、燃料電池１４を含むシステム内を確実に暖機することができる。
【００６４】
なお、暖機時に、カソードエアポンプ１８、冷却用エアポンプ２６によるエアの供給の少なくとも一方を停止するようにしても良い。これにより、燃料電池１４の暖機の状態に応じて、カソードガス、冷却用ガスを適宜に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態３にかかる燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  燃料電池システム
１２  改質器
１４  燃料電池
２０  カソードオフガス流路
２４  バイパス流路
２６  冷却用エアポンプ
２８  三方弁
３０  流路
３２  エアポンプ
【図１】
2005203320.tif 000003
【図２】
2005203320.tif 000004
【図３】
2005203320.tif 000005