(57)【要約】【課題】起動時に、燃料電池をより早く温めて、円滑に十分な電力を得ることができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  アノード電極１６とカソード電極１７とを備える燃料電池３と、アノード電極１６に燃料を供給するための燃料供給部４と、カソード電極１７に空気を供給する空気供給ライン３３と、空気供給ライン３３に介在され、空気をカソード電極１７に搬送するエアポンプ３５と、エアポンプ３５の動作を制御する制御部６とを備える燃料電池システム２において、起動時に、制御部６により、エアポンプ３５を最大吐出量で作動させる。【選択図】図１
2016122599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードとを備える燃料電池と、
前記アノードに燃料を供給するための燃料供給部と、
前記カソードに酸素を含有する気体を供給する供給ラインと、
前記供給ラインに介在され、前記気体を前記カソードに搬送する供給ポンプと、
前記供給ポンプの動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記供給ポンプを最大吐出量で作動させることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
アノードとカソードとを備える燃料電池と、
前記アノードに燃料を供給するための燃料供給部と、
前記カソードに酸素を含有する気体を供給する供給ラインと、
前記供給ラインに介在され、前記気体を前記カソードに搬送する第１ポンプと、
前記供給ラインの途中に接続され、前記供給ラインに加湿された前記気体を供給する加湿ラインと、
前記加湿ラインに介在される加湿器と、
前記加湿ラインの供給方向において前記加湿器よりも上流側の前記加湿ラインに介在され、前記気体を前記加湿器に搬送する第２ポンプと、
前記加湿器よりも前記供給方向上流側かつ前記第２ポンプよりも前記供給方向下流側の前記加湿ラインと、前記供給ラインとに接続されるバイパスラインと、
前記バイパスラインを開閉する開閉弁と、
前記第１ポンプ、前記第２ポンプおよび前記開閉弁の動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記開閉弁を開放し、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを最大吐出量で作動させ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】
本発明は、車両などに搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両などに搭載される燃料電池システムとして、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどの燃料成分と、空気中の酸素および水とを消費して発電する燃料電池システムが知られている。
【０００３】
例えば、アノードおよびカソードを有する燃料電池と、アノードに燃料を供給するための燃料給排部と、カソードに空気を供給するための空気給排部とを備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３４９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載される燃料電池システムでは、起動時において、燃料電池の温度が低い場合、十分な電気化学反応を生じさせることができず、必要な電力を得られない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、起動時に、燃料電池をより早く温めて、円滑に十分な電力を得ることができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池システムは、アノードとカソードとを備える燃料電池と、前記アノードに燃料を供給するための燃料供給部と、前記カソードに酸素を含有する気体を供給する供給ラインと、前記供給ラインに介在され、前記気体を前記カソードに搬送する供給ポンプと、前記供給ポンプの動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記供給ポンプを最大吐出量で作動させることを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、制御部は、起動時に、供給ポンプを最大吐出量で作動させる。
【０００９】
これにより、起動時において、燃料電池における電気化学反応を促進させることができ、燃料電池の加熱を促進することができる。
【００１０】
その結果、燃料電池をより早く温めることができ、円滑に十分な電力を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムは、アノードとカソードとを備える燃料電池と、前記アノードに燃料を供給するための燃料供給部と、前記カソードに酸素を含有する気体を供給する供給ラインと、前記供給ラインに介在され、前記気体を前記カソードに搬送する第１ポンプと、前記供給ラインの途中に接続され、前記供給ラインに加湿された前記気体を供給する加湿ラインと、前記加湿ラインに介在される加湿器と、前記加湿ラインの供給方向において前記加湿器よりも上流側の前記加湿ラインに介在され、前記気体を前記加湿器に搬送する第２ポンプと、前記加湿器よりも前記供給方向上流側かつ前記第２ポンプよりも前記供給方向下流側の前記加湿ラインと、前記供給ラインとに接続されるバイパスラインと、前記バイパスラインを開閉する開閉弁と、前記第１ポンプ、前記第２ポンプおよび前記開閉弁の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記開閉弁を開放し、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを最大吐出量で作動させることを特徴としている。
【００１２】
このような構成によれば、制御部は、起動時に、第１ポンプおよび第２ポンプを最大吐出量で作動させ、第２ポンプから吐出された空気を、バイパスラインおよび供給ラインを介して、第１ポンプから吐出された空気とともに、カソードに供給する。
【００１３】
これにより、起動時において、燃料電池における電気化学反応をより促進させることができ、燃料電池の加熱をより促進さすることができる。
【００１４】
その結果、燃料電池をより一層早く温めることができ、円滑に十分な電力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムによれば、起動時に、燃料電池をより早く温めることができ、円滑に十分な電力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の燃料電池システムの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の燃料電池システムの第２実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、モータ４２を動力源とし、燃料電池３およびバッテリ４４を電源としてモータ４２を駆動させる電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。
【００１８】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料供給部の一例としての燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。
【００１９】
（１）燃料電池
燃料電池３は、燃料成分を含む燃料の一例としての液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池として構成されている。
【００２０】
燃料成分としては、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ヒドラジンなどのヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。
【００２１】
液体燃料としては、燃料成分をそのまま用いてもよいが、燃料成分を、例えば、水などで希釈して用いることができる。
【００２２】
燃料電池３は、燃料電池セル１１を備えている。なお、燃料電池３は、複数の燃料電池セル１１が積層されたスタック構造として構成される場合があるが、図１においては、図解しやすいように１つの燃料電池セル１１のみを示している。
【００２３】
燃料電池セル１１は、膜電極接合体１２と、燃料供給部材１３と、空気供給部材１４とを備えている。
【００２４】
膜電極接合体１２は、電解質膜１５と、アノードの一例としてのアノード電極１６と、カソードの一例としてのカソード電極１７とを備えている。
【００２５】
電解質膜１５は、アニオン交換型またはカチオン交換型の高分子電解質膜から形成されている。
【００２６】
アノード電極１６は、電解質膜１５の厚み方向一方側の表面に、薄層として積層されている。アノード電極１６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、アノード電極１６は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００２７】
カソード電極１７は、電解質膜１５に対してアノード電極１６の反対側、すなわち、電解質膜１５の厚み方向他方側の表面に、薄層として積層されている。カソード電極１７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、カソード電極１７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００２８】
燃料供給部材１３は、膜電極接合体１２の厚み方向一方側に配置されている。燃料供給部材１３は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。燃料供給部材１３には、燃料流路１８が形成されている。なお、膜電極接合体１２と燃料供給部材１３との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。
【００２９】
燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面に形成されている。燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路１８は、アノード電極１６に向かい合っている。
【００３０】
空気供給部材１４は、膜電極接合体１２の厚み方向他方側に配置されている。空気供給部材１４は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。空気供給部材１４には、空気流路１９が形成されている。なお、膜電極接合体１２と空気供給部材１４との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。
【００３１】
空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面に形成されている。空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。空気流路１９は、カソード電極１７に向かい合っている。
【００３２】
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、第１タンク２１、第２タンク２２、第１燃料供給ライン２３、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２燃料供給ライン２４、第２ポンプ３１、還流ライン２６、気液分離器３２、および排気ライン２７を備えている。
【００３３】
第１タンク２１は、上記した液体燃料を貯蔵する。
【００３４】
第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料成分の種類によっても異なるが、燃料成分がヒドラジンである場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。
【００３５】
第２タンク２２は、燃料電池３の近傍に配置されている。第２タンク２２には、第１タンク２１からの液体燃料が希釈された状態で貯蔵されている。
【００３６】
第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度よりも低い。より具体的には、第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、電動車両１の走行状態に応じて調整されるが、電動車両１が一定の速度で走行している場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１５質量％以下である。
【００３７】
第１燃料供給ライン２３は、第１タンク２１から第２タンク２２へ液体燃料を供給するための配管である。第１燃料供給ライン２３の供給方向上流端は、第１タンク２１の下端部に接続されている。第１燃料供給ライン２３の供給方向下流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。
【００３８】
第１ポンプ２８は、第１燃料供給ライン２３に介在されている。第１ポンプ２８としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。
【００３９】
開閉弁２９は、第１タンク２１と第１ポンプ２８との間において、第１燃料供給ライン２３に介在されている。開閉弁２９としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。
【００４０】
第２燃料供給ライン２４は、第２タンク２２内の液体燃料を燃料流路１８に供給するための配管である。第２燃料供給ライン２４の供給方向上流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。第２燃料供給ライン２４の供給方向下流端は、燃料流路１８の下端部（供給口）に連通するように、燃料供給部材１３の下端部に接続されている。
【００４１】
第２ポンプ３１は、第２燃料供給ライン２４に介在されている。第２ポンプ３１としては、上記した第１ポンプ２８と同様の送液ポンプが挙げられる。
【００４２】
還流ライン２６は、燃料流路１８から排出された液体燃料を第２タンク２２に還流するための配管である。還流ライン２６の還流方向上流端は、燃料流路１８の上端部（排出口）に連通するように、燃料供給部材１３の上端部に接続されている。還流ライン２６の還流方向下流端は、第２タンク２２に接続されている。これにより、第２タンク２２から、第２燃料供給ライン２４、燃料流路１８および還流ライン２６を順次介して第２タンク２２に戻る循環ラインが形成される。
【００４３】
気液分離器３２は、還流ライン２６に介在されている。気液分離器３２は、燃料電池３の燃料流路１８から排出された液体燃料と、ガス（気体）とを分離する。
【００４４】
排気ライン２７は、気液分離器３２で分離されたガスを排気するための配管である。排気ライン２７の排気方向上流端は、気液分離器３２に接続されている。排気ライン２７の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン２７には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。
【００４５】
（３）空気給排部
空気給排部５は、供給ラインの一例としての空気供給ライン３３と、供給ポンプの一例としてのエアポンプ３５と、空気排出ライン３４とを備えている。
【００４６】
空気供給ライン３３は、空気流路１９内に空気を供給するための配管である。空気供給ライン３３の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン３３の供給方向下流端は、空気流路１９の上端部（供給口）に連通するように、空気供給部材１４の上端部に接続されている。
【００４７】
エアポンプ３５は、空気供給ライン３３に介在されている。エアポンプ３５は、燃料電池３とインバータ４３（後述）とを接続する電気配線７Ａ（後述）に対して電気的に接続されている。エアポンプ３５としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。
【００４８】
空気排出ライン３４は、空気流路１９から空気を排出するための配管である。空気排出ライン３４の排出方向上流端は、空気流路１９の下端部（排出口）に連通するように、空気供給部材１４の下端部に接続されている。空気排出ライン３４の排出方向下流端は、大気開放されている。
【００４９】
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ４１を備えている。
【００５０】
ＥＣＵ４１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。ＥＣＵ４１は、信号配線を介して、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２ポンプ３１およびエアポンプ３５に電気的に接続されており、それらを制御する。
【００５１】
（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、電気配線７Ａを介して互いに電気的に接続されるように、モータ４２と、インバータ４３と、バッテリ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５とを備えている。
【００５２】
モータ４２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ４２は、燃料電池３またはバッテリ４４から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ４２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。
【００５３】
インバータ４３は、燃料電池３とモータ４２との間に電気的に接続されている。インバータ４３は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する。インバータ４３としては、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置などが挙げられる。
【００５４】
バッテリ４４は、燃料電池３とインバータ４３とを接続する電気配線７Ａに対して電気的に接続されている。バッテリ４４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ４４は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ４２に電力を供給可能である。
【００５５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、燃料電池３とバッテリ４４との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、信号配線を介してＥＣＵ４１にも電気的に接続されており、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池３の出力電圧を昇圧または降圧し、燃料電池３の電力およびバッテリ４４の入出力電力を調整する。
【００５６】
２．発電動作
次いで、図１を参照しながら、燃料電池システム２における発電について説明する。
【００５７】
燃料電池システム２が作動している状態では、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９が開放され、第１ポンプ２８、第２ポンプ３１、および、エアポンプ３５が作動されている。
【００５８】
これにより、第２タンク２２内の液体燃料は、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３の燃料流路１８に供給される。
【００５９】
燃料流路１８に供給された液体燃料は、アノード電極１６と接触しながら燃料流路１８内を下側から上側へ流れて、還流ライン２６へ排出される。
【００６０】
なお、第１タンク２１内の液体燃料は、ＥＣＵ４１の制御によって第１ポンプ２８の送液量が調整されることにより、第２タンク２２内の液体燃料の燃料成分濃度を調整するように、第１燃料供給ライン２３を介して、逐次、第２タンク２２に供給される。
【００６１】
また、電動車両１の外部からの空気は、空気供給ライン３３を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。空気は、酸素を含有する気体の一例である。なお、空気は、通常、水蒸気（つまり、水）を含んでいる。
【００６２】
空気流路１９に供給された空気は、カソード電極１７と接触しながら空気流路１９内を上側から下側へ流れて空気排出ライン３４へ排出される。
【００６３】
このとき、燃料電池３では、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−（アノード電極１６での反応）
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−（カソード電極１７での反応）
（３）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
なお、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（４）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１６での反応）
（５）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−（カソード電極１７での反応）
（６）ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、アノード電極１６において燃料成分（Ｎ２Ｈ４またはＣＨ３ＯＨ）が消費され、カソード電極１７において酸素（Ｏ２）および水（Ｈ２Ｏ）が消費されるとともに、水（Ｈ２Ｏ）およびガス（Ｎ２またはＣＯ２）が生成され、起電力（ｅ−）が発生される。
【００６４】
そして、燃料電池３から還流ライン２６に排出された液体燃料は、上記の電気化学反応において残存した燃料成分と、上記の電気化学反応により生成する水とが含まれており、気液分離器３２において、ガス成分（上記電気化学反応により生じるガス（Ｎ２またはＣＯ２）と分離されて、第２タンク２２に供給される。
３．燃料電池システムの起動
上記した燃料電池３は、通常、温度に依存する出力特性を有しており、温度が低いと、十分な起電力を得られない傾向がある。
【００６５】
そのため、上記の燃料電池システム２を起動させた直後においては、燃料電池３の温度が低く（具体的には、２５℃）、十分な起電力を得られない場合がある。
【００６６】
そこで、上記の電動車両１では、起動時に、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池システム２を温める（いわゆる暖気運転）。
【００６７】
詳しくは、電動車両１のイグニッションスイッチがオンされると、まず、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９が開放され、第１ポンプ２８、第２ポンプ３１、および、エアポンプ３５が作動される。
【００６８】
このとき、ＥＣＵ４１は、通常（定常運転時など）であれば、電動車両１に要求される電力に応じて、第１ポンプ２８、第２ポンプ３１、および、エアポンプ３５の吐出量を調節する。
【００６９】
対して、暖気運転では、ＥＣＵ４１は、電動車両１の起動時に要求される電力に応じた吐出量を上回る吐出量、例えば、最大吐出量で、エアポンプ３５を作動させる。エアポンプ３５の吐出量は、電動車両１の起動時に要求される電力に応じた吐出量に対して、例えば、１．５倍である。
【００７０】
これにより、起動時において、燃料電池３における電気化学反応が促進され、燃料電池３の加熱が促進される。
【００７１】
このとき、燃料電池３において発生した起電力は、エアポンプ３５に供給され、エアポンプ３５の作動に使用される。つまり、この燃料電池システム２では、エアポンプ３５を最大吐出量で作動させることにより、燃料電池３における電気化学反応を促進し、得られた起電力を、エアポンプ３５を最大吐出量で作動させるために使用する。
【００７２】
また、燃料電池３において発生した起電力は、インバータ４３により三相交流電力に変換された後、電動車両１の各種の電子機器に供給される。
【００７３】
例えば、電動車両１が走行する場合には、起電力は、インバータ４３を介してモータ４２に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、暖気運転中では、燃料電池３において発生する起電力が電動車両１の走行に不十分であるため、電動車両１の走行と燃料電池システム２の暖気とを両方実行する場合には、予めバッテリ４４に蓄電されていた電力がモータ４２に供給される。
【００７４】
そして、燃料電池３の温度が上昇するにつれて、燃料電池３において発生した起電力が増加し、電子機器やエアポンプ３５の作動に必要な電力を超過すると、電子機器やエアポンプ３５に供給されなかった余剰の電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５によって変圧され、バッテリ４４に蓄電される。
【００７５】
その後、燃料電池３の温度が、例えば、５０℃以上になると、ＥＣＵ４１は、燃料電池システム２の暖気運転を終了し、燃料電池システム２を定常運転に移行する。
【００７６】
燃料電池システム２が定常運転で作動しているとき、エアポンプ３５の吐出量は、暖気運転における吐出量よりも低い。
【００７７】
なお、定常運転におけるエアポンプ３５の吐出量は、暖気運転におけるエアポンプ３５の吐出量に対して、例えば、１／１．５である。
４．作用効果
この燃料電池システム２によれば、ＥＣＵ４１は、起動時に、エアポンプ３５を最大吐出量で作動させる。
【００７８】
これにより、起動時において、燃料電池３における電気化学反応を促進させることができ、燃料電池３の加熱を促進することができる。
【００７９】
その結果、燃料電池３をより早く温めることができ、円滑に十分な電力を得ることができる。
【００８０】
また、この燃料電池システム２によれば、起動時において、エアポンプ３５を最大吐出量で作動させることにより、燃料電池３における電気化学反応を促進し、得られた起電力を、エアポンプ３５を最大吐出量で作動させるために使用する。
【００８１】
これにより、バッテリ４４を大型化してバッテリ４４の容量を確保することなく、暖気運転中に燃料電池３で得られた起電力を消費しながら、エアポンプ３５を最大吐出量で作動させることができる。
【００８２】
その結果、燃料電池システム２の大型化を防ぐことができながら、燃料電池３をより早く温めることができる。
５．第２実施形態
図２を参照しながら、本発明の燃料電池システムの第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態において、上記した第１実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
【００８３】
第２実施形態では、空気給排部５は、さらに、加湿ライン５１と、加湿器５２と、第２ポンプの一例としての加湿ポンプ５３と、バイパスライン５４と、開閉弁５５とを備えている。なお、第２実施形態では、エアポンプ３５は、第１ポンプの一例である。
【００８４】
加湿ライン５１は、加湿された空気を空気供給ライン３３に供給するための配管である。加湿ライン５１の供給方向上流端は、大気開放されている。加湿ライン５１の供給方向下流端は、エアポンプ３５よりも供給方向下流側において空気供給ライン３３の途中に接続されている。
【００８５】
加湿器５２は、加湿ライン５１に介在されている。加湿器５２は、加湿ライン５１を通過する空気を加湿するように構成されている。加湿器５２としては、特に限定されず、公知の加湿器を適用できる。
【００８６】
加湿ポンプ５３は、加湿器５２よりも供給方向上流側において、加湿ライン５１に介在されている。加湿ポンプ５３は、エアポンプ３５と同様に、電気配線７Ａに対して電気的に接続されている。また、加湿ポンプ５３は、信号配線を介してＥＣＵ４１に電気的に接続されている。加湿ポンプ５３としては、例えば、エアポンプ３５と同様の送気ポンプが挙げられる。
【００８７】
バイパスライン５４は、加湿器５２を通さないで加湿ライン５１から空気供給ライン３３に空気を供給するための配管である。バイパスライン５４の供給方向上流端は、加湿ポンプ５３と加湿器５２との間において加湿ライン５１に接続されている。バイパスライン５４の供給方向下流端は、エアポンプ３５よりも供給方向下流側において空気供給ライン３３に接続されている。
【００８８】
開閉弁５５は、バイパスライン５４に介在されている。開閉弁５５としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。また、開閉弁５５は、信号配線を介してＥＣＵ４１に電気的に接続されている。
【００８９】
第２実施形態では、ＥＣＵ４１は、定常運転において、開閉弁５５は、閉鎖した状態で、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３を、カソード電極１７に供給される空気を適度に加湿するように、適宜作動させる。
【００９０】
そして、ＥＣＵ４１は、暖気運転において、開閉弁５５を開放し、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３を最大吐出量で作動させる。
【００９１】
ここで、バイパスライン５４内の圧力損失は、加湿器５２内の圧力損失よりも小さい。そのため、加湿ポンプ５３から吐出された空気は、加湿器５２よりもバイパスライン５４へ多く流れる。
【００９２】
バイパスライン５４へ流れた空気は、空気供給ライン３３内の空気とともに、燃料電池３の空気流路１９に供給される。
【００９３】
これにより、起動時において、燃料電池３における電気化学反応が促進され、燃料電池３の加熱が促進される。
【００９４】
このとき、燃料電池３において発生した起電力は、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３に供給され、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３の作動に使用される。
【００９５】
第２実施形態の燃料電池システム２によれば、ＥＣＵ４１は、起動時に、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３を最大吐出量で作動させ、加湿ポンプ５３から吐出された空気を、バイパスライン５４および空気供給ライン３３を介して、エアポンプ３５から吐出された空気とともに、空気流路１９に供給する。
【００９６】
これにより、起動時において、燃料電池３における電気化学反応をより促進させることができ、燃料電池３の加熱をより促進さすることができる。
【００９７】
その結果、燃料電池３をより一層早く温めることができ、円滑に十分な電力を得ることができる。
【００９８】
また、この燃料電池システム２によれば、起動時において、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３を最大吐出量で作動させることにより、燃料電池３における電気化学反応を促進し、得られた起電力を、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３を最大吐出量で作動させるために使用する。
【００９９】
これにより、バッテリ４４を大型化してバッテリ４４の容量を確保することなく、暖気運転中に燃料電池３で得られた起電力を消費しながら、エアポンプ３５および加湿ポンプ５３を最大吐出量で作動させることができる。
【０１００】
その結果、燃料電池システム２の大型化を防ぐことができながら、燃料電池３をより一層早く温めることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
２      燃料電池システム
３      燃料電池
４      燃料給排部
６      制御部
１６    アノード電極
１７    カソード電極
３３    空気供給ライン
３５    エアポンプ
５１    加湿ライン
５２    加湿器
５３    加湿ポンプ
５４    バイパスライン
５５    開閉弁
【図１】
2016122599.tif 000003
【図２】
2016122599.tif 000004