(57)【要約】【課題】第１所定温度以下の冷却媒体が燃料電池に送り込まれるのを防止して、効果的かつ迅速に暖機ができる燃料電池システムの提供を提供する。【解決手段】冷却水ポンプ４２（冷却媒体供給装）とエアコンプレッサ７（酸化剤ガス供給装置）とが同軸上に配置されるとともに、相互が連動して回動する燃料電池システム１において、コントローラ６０（制御装置）は、燃料電池１０の発電開始時にエアコンプレッサ７が駆動される際に、冷却水（冷却媒体）の温度が、燃料電池１０の内部の生成水が凍結する第１所定温度以下のとき、流量制御弁４８を制御して冷却水の燃料電池１０への流入を規制することを特徴とする。【選択図】図１
2012003890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
前記冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出装置と、
前記燃料電池の前記冷却媒体の入口と前記冷却媒体供給装置との間に設けられ、前記燃料電池に流入する前記冷却媒体の流量を調整する流量制御弁と、
前記流量制御弁を制御して、前記冷却媒体の前記燃料電池への流入量を調整する制御装置と、
を備え、
前記冷却媒体供給装置と前記酸化剤ガス供給装置とが同軸上に配置されるとともに、相互が連動して回動する燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始時に前記酸化剤ガス供給装置が駆動される際に、前記冷却媒体の温度が、前記燃料電池の内部の生成水が凍結する第１所定温度以下のとき、前記流量制御弁を制御して前記冷却媒体の前記燃料電池への流入を規制することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記冷却媒体の温度が前記第１所定温度を上回って高くなるにつれて、前記冷却媒体の前記燃料電池への流入量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却媒体温度検出装置は、前記冷却媒体が流れる冷却配管のうち、高さ方向で最も低い位置に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却配管は、前記冷却配管の高さ方向で最も低い位置が、前記燃料電池の前記冷却媒体の出口側近傍に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アノード電極とカソード電極とで例えば固体高分子電解質膜（以下、電解質膜という）を両側から挟み込んだセルを備え、このセルを複数積層して構成された燃料電池が知られている。この燃料電池は、アノード電極にアノードガス（燃料）として水素が供給され、カソード電極にカソードガス（酸化剤）として空気が供給されることで発電する。具体的には、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが電解質膜を通過してカソード電極まで移動し、カソード電極で酸素と電気化学反応を起こすことで発電が行われる。
【０００３】
特許文献１には、この燃料電池を用いた燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムには、エアコンプレッサが設けられている。エアコンプレッサは、モータによって駆動される機械式の過給器であり、燃料電池にカソードガスとしての空気を圧縮して供給する機能を有している。また、この燃料電池システムには、冷却水ポンプが設けられている。冷却水ポンプは、発電時に発熱した燃料電池を冷却するために冷却水（冷却媒体）を循環させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、軽量化やコストダウン等の観点から、エアコンプレッサと冷却水ポンプとを同軸で回せるように、エアコンプレッサおよび冷却水ポンプを挿通する共通のシャフト等を設け、１つのモータでエアコンプレッサおよび冷却水ポンプを駆動するシステムが提案されている。このシステムでは、エアコンプレッサが駆動されると冷却水ポンプも駆動され、燃料電池の内部に冷却媒体が供給される。
例えば、燃料電池車両では、イグニッションをＯＮして燃料電池の発電を開始したとき、エアコンプレッサが駆動されて燃料電池にカソードガスが供給されると共に、冷却水ポンプも駆動されて燃料電池の内部に冷却媒体が供給される。ここで、外気温が氷点下の場合にイグニッションをＯＮすると、十分に暖機されていない状態で冷却水ポンプが駆動される。このとき、外気により冷却されて、燃料電池の内部の生成水が凍結する温度（以下「第１所定温度」という。）以下となった冷却媒体が燃料電池の内部に送り込まれるおそれがある。そして、冷却水によって、燃料電池の内部が第１所定温度以下に冷却されるので暖機するまで時間がかかる問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、第１所定温度以下の冷却媒体が燃料電池に送り込まれるのを防止して、効果的かつ迅速に暖機ができる燃料電池システムの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１）は、燃料ガス（例えば、実施形態におけるアノードガス）および酸化剤ガス（例えば、実施形態におけるカソードガス）が供給されることにより発電する燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１０）と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ７）と、前記燃料電池を冷却するために冷却媒体（例えば、実施形態における冷却水）を供給する冷却媒体供給装置（例えば、実施形態における冷却水ポンプ４２）と、前記冷却媒体の温度（例えば、実施形態における冷却水温度ＴＷ）を検出する冷却媒体温度検出装置（例えば、実施形態における冷却水温度センサＴ３）と、前記燃料電池の前記冷却媒体の入口と前記冷却媒体供給装置との間に設けられ、前記燃料電池に流入する前記冷却媒体の流量を調整する流量制御弁（例えば、実施形態における流量制御弁４８）と、前記流量制御弁を制御して、前記冷却媒体の前記燃料電池への流入量を調整する制御装置（例えば、実施形態におけるコントローラ６０）と、を備え、前記冷却媒体供給装置と前記酸化剤ガス供給装置とが同軸上に配置されるとともに、相互が連動して回動する燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始時に前記酸化剤ガス供給装置が駆動される際に、前記冷却媒体の温度が、前記燃料電池の内部の生成水が凍結する第１所定温度以下のとき、前記流量制御弁を制御して前記冷却媒体の前記燃料電池への流入を規制することを特徴とする。
本発明によれば、冷却媒体が第１所定温度以下のときに流量制御弁を制御して、冷却媒体が燃料電池へ流入するのを規制している。これにより、冷却媒体供給装置と酸化剤ガス供給装置とが相互に連動して回動する構造でも、第１所定温度以下の冷却媒体が燃料電池の内部に送り込まれるのを防止する。すなわち、第１所定温度を上回る温度の冷却媒体のみを燃料電池の内部に流入させるので、冷却媒体で燃料電池を急激に冷却することがない。したがって、燃料電池の発電時の発熱による暖機を妨げることがなく、暖機を効率的かつ迅速に行うことができる。
【０００８】
また、前記制御装置は、前記冷却媒体の温度が前記第１所定温度を上回って高くなるにつれて、前記冷却媒体の前記燃料電池への流入量を増加させることが望ましい。
本発明によれば、冷却媒体温度が上昇するにつれて、冷却媒体の燃料電池への流入量を増加させている。したがって、燃料電池の発電時の発熱による暖機を妨げることがなく、暖機をさらに効率的かつ迅速に行うことができる。また、冷却媒体供給装置への圧損が低減して高負荷から低負荷となるので、無駄な電力消費を抑制しつつ燃料電池の劣化を抑制できる。
【０００９】
また、前記冷却媒体温度検出装置は、前記冷却媒体が流れる冷却配管（例えば、実施形態における冷却媒体循環路４１）のうち、高さ方向で最も低い位置に配置されることが望ましい。
本発明によれば、冷却媒体温度検出装置は、冷却媒体の温度が最も低くなる位置に配置されているので、冷却媒体の最低温度を検出することができる。これにより、第１所定温度以下の冷却媒体が燃料電池の内部に送り込まれるのを確実に防止することができる。
【００１０】
また、前記冷却配管は、前記冷却配管の高さ方向で最も低い位置が、前記燃料電池の前記冷却媒体の出口側近傍に配置されることが望ましい。
本発明によれば、冷却媒体温度検出装置は冷却配管の高さ方向で最も低い位置に配置されており、この冷却媒体温度検出装置が燃料電池の冷却媒体の出口側近傍に配置される。したがって、燃料電池の内部の温度と略同一の温度を検出することができる。これにより、冷却媒体の温度制御を行う際に、燃料電池の内部の温度を検出する温度センサを設ける必要がない。したがって、部品点数の削減による軽量化およびコストダウンができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却媒体が第１所定温度以下のときに流量制御弁を制御して、冷却媒体が燃料電池へ流入するのを規制している。これにより、冷却媒体供給装置と酸化剤ガス供給装置とが相互に連動して回動する構造でも、第１所定温度以下の冷却媒体が燃料電池の内部に送り込まれるのを防止する。すなわち、第１所定温度を上回る温度の冷却媒体のみを燃料電池の内部に流入させるので、冷却媒体で燃料電池を急激に冷却することがない。したがって、燃料電池の発電時の発熱による暖機を妨げることがなく、暖機を効率的かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池システムのブロック図である。
【図２】燃料電池システムの暖機方法のフローチャートである。
【図３】外気温が低温のときのアノードガス温度および冷却水温度の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（燃料電池システム）
以下に、本実施形態の燃料電池システムにつき図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、車両に搭載される燃料電池システムを用いて説明する。
図１は、燃料電池システムのブロック図である。
本実施形態の燃料電池システム１は、アノードガス（燃料ガス）およびカソードガス（酸化剤ガス）が供給されることにより発電を行う燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を多数積層して電気的に直列接続したものである。単位セルは、膜電極構造体の両側にセパレータを配置したサンドイッチ構造をしている。膜電極構造体は、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜（電解質膜）の両側にアノード電極とカソード電極を配置して形成されている。その膜電極構造体のアノード電極に面してアノード側セパレータが配置され、アノード電極とアノード側セパレータとの間にアノードガス流路１１が形成されている。また膜電極構造体のカソード電極に面してカソード側セパレータが配置され、カソード電極とカソード側セパレータとの間にカソードガス流路１２が形成されている。
【００１４】
アノードガス流路１１には、アノードガスとして水素ガス等の燃料ガスが供給される。また、カソードガス流路１２には、カソードガスとして酸素を含む空気等の酸化剤ガスが供給される。そして、アノードガス流路１１およびカソードガス流路１２を通じて燃料電池１０にカソードガスおよびアノードガスを供給することにより、燃料電池１０が発電を行う。具体的には、アノード電極での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を通過してカソード電極まで移動する。この水素イオンと、カソードガス中の酸素とがカソード電極で電気化学反応を起こすことにより、燃料電池１０は発電する。このとき、燃料電池１０の発電に伴って、カソード電極側で水（以下「生成水」という。）が生成される。
【００１５】
（アノードガス系統）
燃料電池１０のアノードガス流路１１の入口側には、アノードガス供給路１７が接続されている。アノードガス供給路１７には、水素タンク１５と、アノードガスの流通を遮断する電磁遮断弁２５と、カソードガスの圧力に応じてアノードガスを減圧する減圧弁（不図示）と、アノードガス供給路１７中の不純物を除去するフィルタ（不図示）と、アノードガスの温度を調整する熱交換器（不図示）と、アノードオフガス（燃料電池１０から排出されたアノードガス）をアノードガス供給路１７に合流させるエゼクタ１９と、が設けられている。また、燃料電池１０のアノードガス流路１１の出口側からエゼクタ１９にかけて、アノード循環路１８が設けられている。さらに、アノード循環路１８にはキャッチタンク２８が設けられている。
【００１６】
水素タンク１５から供給されたアノードガスは、アノードガス供給路１７を通って燃料電池１０のアノードガス流路１１に供給される。燃料電池１０から排出されるアノードオフガスは、アノード循環路１８を通ってエゼクタ１９に吸引される。その後、水素タンク１５から供給されるアノードガスと合流し、再び燃料電池１０に供給されて循環するようになっている。
【００１７】
キャッチタンク２８は、アノードオフガスに含まれる水を分離するものである。水が分離されたアノードオフガスは、アノード循環路１８およびエゼクタ１９を介して、燃料電池１０の内部に戻される。また、アノードオフガスから分離された水は、ドレイン弁２１ｂおよびドレイン配管２２ｂを介して希釈器３０内に放出される。
【００１８】
アノード循環路１８から、電磁駆動式のパージ弁２１を備えたアノードオフガス排出配管２２が分岐されている。燃料電池１０を循環するアノードオフガス中の不純物（水分や空気、窒素等）の濃度が高くなった場合など、燃料電池１０の運転状態に応じて、定期的にパージ弁２１が開放され、アノードオフガス排出配管２２からアノードオフガスが排出されるようになっている。またアノード循環路１８から、電磁駆動式の掃気ガス排出弁２１ａを備えた掃気ガス排出配管２２ａが分岐されている。
アノードオフガスおよび掃気ガスは、未反応の水素ガスを含んでいる。そのため、アノードオフガス排出配管２２および掃気ガス排出配管２２ａは希釈器３０に接続されている。希釈器３０は、アノードオフガスおよび掃気ガスをカソードオフガス（燃料電池１０から排出されたカソードガス）で希釈して、外部に排出している。
【００１９】
（カソードガス系統）
燃料電池１０のカソードガス流路１２の入口側には、カソードガス供給路８が連結されている。カソードガス供給路８には、カソードガスを供給するエアコンプレッサ７と、カソードオフガスを用いてカソードガスを加湿する加湿器（不図示）とが設けられている。なお、エアコンプレッサ７は本願の請求項でいう酸化剤ガス供給装置に相当する。
また、カソードガス流路１２の出口側にはカソードオフガス排出配管９が接続されている。カソードオフガス排出配管９は、加湿器を通り、背圧制御弁２９を介して希釈器３０に接続されている。エアコンプレッサ７により加圧された空気は、カソードガス供給路８を通って燃料電池１０のカソードガス流路１２に供給される。この空気がカソードガスとして発電に供された後、燃料電池１０からカソードオフガスとして排出される。
【００２０】
（冷却系統）
燃料電池１０の内部には、冷却水が流通する冷却媒体流路４０が設けられている。また燃料電池１０の外部には冷却媒体循環路４１が設けられ、冷却水は冷却媒体流路４０および冷却媒体循環路４１を循環するようになっている。冷却媒体循環路４１には、冷却媒体流路４０に冷却水を供給する冷却水ポンプ４２が設けられている。また冷却媒体循環路４１には、冷却媒体流路４０から排出された冷却水の熱交換を行うＦＣ系ラジエタ４４が設けられている。なお、冷却水ポンプ４２は本願の請求項でいう冷却媒体供給装置に相当し、冷却媒体循環路４１は本願の請求項でいう冷却配管に相当する。
【００２１】
また、冷却水ポンプ４２と燃料電池１０との間の冷却媒体循環路４１には、冷却媒体の流量を調整する流量制御弁４８が設けられている。流量制御弁４８は、例えば電磁駆動式の弁を有している。流量制御弁４８を開放することで、燃料電池１０の内部の冷却媒体流路４０に冷却水を送り込むことができる。また、流量制御弁４８を閉鎖することで、燃料電池１０の内部の冷却媒体流路４０に冷却水が流れ込むのを抑制できる。
【００２２】
燃料電池１０は、発電にともなって発熱するが、冷却媒体流路４０を流通する冷却水によって冷却される。燃料電池１０から排出された冷却水は、ＦＣ系ラジエタ４４で外気と熱交換を行った後に、冷却水ポンプ４２により再び燃料電池１０に供給されて循環するようになっている。
【００２３】
ここで、エアコンプレッサ７および冷却水ポンプ４２は、同軸上に配置されるとともに、相互が連動して回動するように構成されている。具体的には、エアコンプレッサ７および冷却水ポンプ４２を挿通する共通のシャフト４５が設けられており、１つのモータ（不図示）でエアコンプレッサ７および冷却水ポンプ４２を駆動している。これにより、エアコンプレッサ７および冷却水ポンプ４２に各々駆動用のモータを設ける場合と比較して、燃料電池システム１の軽量化およびコストダウンを行うことができる。なお、後述するように、イグニッションをＯＮしてエアコンプレッサ７が駆動されると、冷却水ポンプ４２も連動して同時に駆動される。
【００２４】
（各温度センサ）
アノードガス流路１１の出口付近のアノード循環路１８には、アノードオフガスの温度を検出するアノードガス温度センサＴ１が設けられている。またカソードガス流路１２の出口付近のカソードオフガス排出配管９には、カソードオフガスの温度を検出するカソードガス温度センサＴ２が設けられている。また冷却媒体流路４０の出口付近の冷却媒体循環路４１には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサＴ３が設けられている。なお、冷却水温度センサＴ３は本願の請求項でいう冷却媒体温度検出装置に相当する。
【００２５】
冷却水温度センサＴ３は、冷却媒体循環路４１のうち、高さ方向で最も低い位置に配置されている。一般に、冷却水の熱の対流により、温度の高い冷却水は上方に移動し、温度の低い冷却水は下方に移動する。このため、高さ方向で最も低い位置で、冷却水の温度は最も低くなっている。したがって、冷却媒体循環路４１のうち高さ方向で最も低い位置に冷却水温度センサＴ３を配置することで、冷却媒体循環路４１を循環する冷却水の最低温度を検出することができる。
【００２６】
また、冷却媒体循環路４１のうち高さ方向で最も低い位置が、燃料電池１０の冷却媒体流路４０の出口側近傍に配置されている。したがって、冷却水温度センサＴ３は燃料電池１０の冷却媒体流路４０の出口側近傍に配置される。ここで、燃料電池１０の冷却媒体流路４０の出口側近傍における冷却水は、燃料電池１０の内部の温度と略同一となっている。したがって、冷却媒体流路４０の出口側近傍に配置された冷却水温度センサＴ３で、燃料電池１０の内部の温度を検出することができる。これにより、燃料電池１０の内部の温度を検出する温度センサを設ける必要がないので、部品点数の削減による燃料電池システム１の軽量化およびコストダウンができる。
【００２７】
（掃気ガス供給手段）
燃料電池システム１は、反応ガス流路に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段２０を備えている。具体的な掃気方法としては、アノードガス流路１１およびカソードガス流路１２に対して、エアコンプレッサ７から空気を供給する。アノードガス流路１１に空気を供給するため、カソードガス供給路８から分岐して、掃気ガス導入路２４が設けられている。この掃気ガス導入路２４は、掃気ガス導入弁２３を介してアノードガス供給路１７に接続されている。なお、掃気は、一般に燃料電池１０のソーク時に行われる。この掃気により、燃料電池１０の内部に残存している生成水を排出除去している。
【００２８】
（コントローラ）
また燃料電池システム１は、各部の動作を制御するコントローラ６０を備えている。なお、コントローラ６０は本願の請求項でいう制御装置に相当する。コントローラ６０は、冷却水温度センサＴ３の検出値を用いて冷却媒体の燃料電池１０への流入を規制するかどうかを判断し、流量制御弁４８を制御する機能を有する。また、コントローラ６０は、冷却水温度センサＴ３の検出値が第１所定温度を上回って高くなるときには、流量制御弁４８を開いて、冷却水を燃料電池１０の内部に流入させる機能を有する。
【００２９】
（暖機方法）
次に、燃料電池システム１の暖機方法について説明する。
図２は、本実施形態の燃料電池システム１の暖機方法のフローチャートである。
車両のイグニッションスイッチをオンすると（ＩＧ−ＯＮ  Ｓ１０）、燃料電池システム１が起動される。その後、燃料電池１０にカソードガスを供給して発電を行うために、コントローラ６０はエアコンプレッサ７を駆動する（Ｓ１５）。前述のとおり、エアコンプレッサ７および冷却水ポンプ４２は同軸上に配置されているため、ＩＧ−ＯＮによりエアコンプレッサ７が駆動されると、冷却水ポンプ４２も連動して同時に駆動される。
【００３０】
図３は、外気温が低温のときのアノードガス温度および冷却水温度の経時変化を示すグラフである。
ところで、一般に熱伝導率は気体よりも液体のほうが高い。したがって、図３に示すように、ガス温度ＴＡよりも冷却水温度ＴＷのほうが先に、外気温の影響を受けて温度が低下する。したがって、例えば時刻ｔ１の段階でイグニッションをＯＮして燃料電池１０の発電を開始したとき、エアコンプレッサ７と冷却水ポンプ４２とが連動して回動する燃料電池システム１では、冷却水ポンプ４２が駆動されて燃料電池１０の内部に第１所定温度以下の冷却水が供給されるおそれがある。そして、冷却水によって、燃料電池１０の内部が第１所定温度以下に冷却されるので暖機するまで時間がかかり、効率的に燃料電池１０を温めることができないという問題がある。このような事象を防止するために、Ｓ２０以下の低温始動時の処理を行う必要がある。
【００３１】
（冷却水の温度判定  Ｓ２０）
そこで、Ｓ２０では、冷却水の温度が第１所定温度以下かどうかを判定する。
具体的なＳ２０の処理は、冷却水温度センサＴ３により冷却水の温度を検出し、冷却水温度センサＴ３の検出値が、第１所定温度以下かどうかを判定している。ここで、冷却水温度センサＴ３の検出値が第１所定温度以下の場合、冷却水が燃料電池１０の内部に流入すると燃料電池１０の内部の電解質膜が破損するおそれがある。したがって、Ｓ２０で判定がＹｅｓの場合（冷却水温度センサＴ３の検出値が第１所定温度以下の場合）には、次のステップＳ２５以降で、冷却水の燃料電池１０への流入を規制する制御を行う。なお、判定がＮｏの場合（冷却水温度センサＴ３の検出値が第１所定温度を上回っている場合）には、後述する流量制御弁開度制御（Ｓ３５）を行う。
【００３２】
（流量制御弁の閉鎖  Ｓ２５）
Ｓ２５では、流量制御弁４８（図１参照）を閉鎖している。
具体的には、コントローラ６０から指令を出して、冷却水ポンプ４２と燃料電池１０との間に配置された流量制御弁４８を全閉することにより、冷却水ポンプ４２から送り出される冷却水が燃料電池１０へ流入するのを強制的に規制している。これにより、第１所定温度以下の冷却水が燃料電池１０の内部に流入するのを確実に防止している。
【００３３】
（再度の冷却水の温度判定  Ｓ３０）
続いて、Ｓ３０では冷却水の温度が第１所定温度を上回ったかどうかを判定する。
Ｓ１０でＩＧ−ＯＮすると、Ｓ１５でエアコンプレッサ７が駆動して燃料電池１０にカソードガスが供給され、燃料電池１０の発電が始まる。このとき、燃料電池１０は自己発熱するので、燃料電池１０の内部に配索された冷却媒体流路４０（図１参照）の冷却水は、燃料電池１０により温められる。そして、冷却媒体流路４０および冷却媒体循環路４１（図１参照）の内部の冷却水全体に燃料電池１０の熱が伝搬し、第１所定温度以下だった冷却水の温度が上昇する。そして、Ｓ３０で再度冷却水の温度を検出して、冷却水を燃料電池１０の内部に流入させるかどうかの判断を行っている。
具体的なＳ３０の処理は、Ｓ２０と同様に冷却水温度センサＴ３により冷却水の温度を検出し、冷却水温度センサＴ３の検出値が、第１所定温度を上回ったかどうかを判定している。判定がＹｅｓの場合には、冷却水を燃料電池１０の内部に流入させるために流量制御弁開度制御（Ｓ３５）を行う。判定がＮｏの場合には、冷却水の温度が第１所定温度を上回るまで流量制御弁４８の閉鎖（Ｓ２５）を継続する。
【００３４】
（流量制御弁開度制御  Ｓ３５）
続いて、Ｓ３５では、閉鎖していた流量制御弁４８（図１参照）を開放して、流量制御弁４８の開度を制御する。
具体的なＳ３５の処理は、冷却水の温度が高くなるにつれて流量制御弁４８の開度を上げることにより、冷却水の燃料電池１０への流入量を増加させている。このとき、流量制御弁４８は開放されているため、冷却水は、冷却媒体流路４０および冷却媒体循環路４１を循環しつつ、燃料電池１０の熱によって温度が上昇する。
このように、Ｓ３５では、冷却水の温度が高くなるにつれて流量制御弁４８の開度を上げることにより、一気に冷却水の流入量を増やすことなく、第１所定温度を上回る温度の冷却水を燃料電池１０の内部に流入させている。したがって、冷却水で燃料電池１０を急激に冷却することがないので、暖機を妨げることがない。さらに、流量制御弁４８を開放して冷却水を燃料電池１０に流入させることにより、冷却水ポンプ４２の負荷を低減させることができる。
【００３５】
（暖機の完了判定  Ｓ４０）
最後に、Ｓ４０では暖機が完了したかどうかの判定を行う。ここで、暖機が完了したかどうかは、燃料電池システム１に対する要求出力に応じて燃料電池１０が電力を出力可能かどうかによって判定する。本実施形態では、燃料電池システム１は車両に搭載されているので、要求出力は車両のアクセル開度により決定される。アクセル開度と要求出力との関係は、例えば、データマップに基づいて決定される。Ｓ４０の判定がＹｅｓの場合（暖機が完了した場合）、低温始動時の暖機が完了する。これにより全ての低温始動時の処理が終了する。なお、判定がＮｏの場合（暖機が完了していない場合）には、再度Ｓ３５に戻り、流量制御弁開度制御を継続しつつ、冷却水を循環させて暖機を継続する。
【００３６】
本実施形態によれば、図１に示すように、冷却水が第１所定温度以下のときに流量制御弁４８を制御して、冷却水が燃料電池１０へ流入するのを規制している。これにより、冷却水ポンプ４２とエアコンプレッサ７とが相互に連動して回動する構造であっても、第１所定温度以下の冷却水が燃料電池１０の内部に送り込まれるのを防止し、燃料電池１０の電解質膜の破損を防止できる。また、第１所定温度を上回る温度の冷却水のみを燃料電池１０の内部に流入させるので、冷却水で燃料電池１０を急激に冷却することがない。したがって、燃料電池１０の発電時の発熱による暖機を妨げることがないので、暖機を効率的かつ迅速に行うことができる。
【００３７】
なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。
本実施形態では、本発明の燃料電池システムを燃料電池自動車に搭載した場合を例にして説明したが、この燃料電池システムは航空機や船舶等にも搭載できる。
【００３８】
本実施形態では、電磁駆動式の流量制御弁を採用しているが、電磁駆動式の弁に限られない。たとえば、冷却水の圧力の変化で開閉する、いわゆるバタフライ弁を採用してもよい。ただし、より細かく弁の開度を制御できる点で、本実施形態に優位性がある。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・燃料電池システム  ７・・・エアコンプレッサ（酸化剤ガス供給装置）  １０・・・燃料電池  ４１・・・冷却媒体循環路（冷却配管）  ４２・・・冷却水ポンプ（冷却媒体供給装置）  ４８・・・流量制御弁  ６０・・・コントローラ（制御装置）  Ｔ３・・・冷却水温度センサ  ＴＷ・・・冷却水温度（冷却媒体の温度）
【図１】
2012003890.tif 000003
【図２】
2012003890.tif 000004
【図３】
2012003890.tif 000005