(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素および酸化剤の電気化学反応によって発電する燃料電池を、伝熱流体を用いて暖機する燃料電池用暖機装置であって、
前記水素と前記酸化剤とを燃焼させる燃焼部を備えた燃焼器と、
前記燃焼器内に配置され、前記伝熱流体と熱交換を行う第１熱交換部および第２熱交換部と、
前記第１熱交換部を流通した前記伝熱流体を前記燃料電池に供給可能な第１燃料電池用流体流路と、
前記燃料電池から排出された前記伝熱流体を前記第２熱交換部に供給可能であり、前記第２熱交換部を流通した前記伝熱流体を熱利用機器に供給可能な第１熱利用機器用流体流路と、を備え、
前記第１熱交換部が、前記第２熱交換部よりも前記燃焼器の前記燃焼部に近い位置に配置されていることを特徴とする燃料電池用暖機装置。
【請求項２】
前記第１熱交換部を迂回して前記伝熱流体を前記燃料電池に供給可能な第２燃料電池用流体流路と、
前記伝熱流体の流路を前記第１燃料電池用流体流路と前記第２燃料電池用流体流路との間で切り替えることが可能な第１切替バルブと、
前記第２熱交換部を迂回して前記伝熱流体を前記熱利用機器に供給可能な第２熱利用機器用流体流路と、
前記伝熱流体の流路を前記第１熱利用機器用流体流路と前記第２熱利用機器用流体流路との間で切り替えることが可能な第２切替バルブと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用暖機装置。
【請求項３】
前記燃焼器の燃焼部は、前記燃料電池の水素排出経路に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用暖機装置。
【請求項４】
前記燃焼器の燃焼部は、前記燃料電池の水素供給経路に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池用暖機装置。
【請求項５】
前記燃料電池に供給する水素を貯蔵する水素タンクが前記熱利用機器を構成し、該水素タンクが前記熱利用機器用流体流路上に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池用暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池を加温するための燃料電池用暖機装置に係り、特に燃料ガスを燃焼させて加熱した伝熱流体を用いて燃料電池を加熱する燃料電池用暖機装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の駆動源として、水素と酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電池が注目されている。
燃料電池は低温環境下で反応の進行が遅く発電量が少ないため、低温環境下の燃料電池を一定温度まで加熱する必要があり、燃料電池を加熱するために燃料電池用暖機装置が提案されている。例えば、特開２０００−１６４２３３号公報に示されているように、冷却水（不凍液）の循環流路中に燃焼器を設け、この燃料器に導入された燃料ガスを燃焼させて冷却水を加熱するとともに、この燃焼させた燃焼ガスを燃料ガス供給経路または酸化剤ガス供給経路に供給することにより、燃料電池を加熱するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼ガスを燃料電池に直接導入すると、燃料電池を急速に暖機できるが、燃焼ガスの温度変化が急激であるため、燃料電池を適切な温度に保つのが難しいという問題があった。
また、燃焼ガスを燃料電池に供給すると、燃焼ガスに含まれる成分が燃料電池の電解質膜に対して悪影響を与えるおそれもある。また、燃焼ガス中に残存する水素（または酸素）が、燃料電池の酸素極側（または水素極側）に導入されてしまい、発電量が低下するおそれがあるという問題があった。
【０００４】
加えて、車両には燃料電池以外にも様々な熱利用機器が搭載されているが、これらの熱利用機器はその種類に応じて好適な温度が異なる。しかし、熱利用機器のそれぞれに対して温度調整機構を設けると設備が大型化するため、搭載性が悪化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低温下で燃料電池を速やかに暖機できるとともに、搭載性を良好に保持しつつ各熱利用機器をその種類に応じた好適な温度で暖機することができる燃料電池用暖機装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、水素および酸化剤の電気化学反応によって発電する燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）を、伝熱流体（例えば、後述する実施の形態における伝熱水３）を用いて暖機する燃料電池用暖機装置（例えば、後述する実施の形態における燃料電池用暖機装置１）であって、前記水素と前記酸化剤とを燃焼させる燃焼部を備えた燃焼器（例えば、後述する実施の形態における触媒燃焼器５）と、前記燃焼器内に配置され、前記伝熱流体と熱交換を行う第１熱交換部（例えば、後述する実施の形態における熱交換部１５ａ）および第２熱交換部（例えば、後述する実施の形態における熱交換部１５ｂ）と、前記第１熱交換部を流通した前記伝熱流体を前記燃料電池に供給可能な第１燃料電池用流体流路（例えば、後述する実施の形態における低温時水流路４ａ）と、前記燃料電池から排出された前記伝熱流体を前記第２熱交換部に供給可能であり、前記第２熱交換部を流通した前記伝熱流体を熱利用機器（例えば、後述する実施の形態におけるヒータ１６，水素タンク３１）に供給可能な第１熱利用機器用流体流路（例えば、後述する実施の形態におけるヒータ用低温時水流路４ｂ、循環流路３２）と、を備え、前記第１熱交換部が、前記第２熱交換部よりも前記燃焼器の前記燃焼部に近い位置に配置されていることを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
請求項２に記載した発明は、前記第１熱交換部を迂回して前記伝熱流体を前記燃料電池に供給可能な第２燃料電池用流体流路（例えば、後述する実施の形態における通常時水流路４ａ’）と、前記伝熱流体の流路を前記第１燃料電池用流体流路と前記第２燃料電池用流体流路との間で切り替えることが可能な第１切替バルブ（例えば、後述する実施の形態における切替バルブＶ４）と、前記第２熱交換部を迂回して前記伝熱流体を前記熱利用機器に供給可能な第２熱利用機器用流体流路（例えば、後述する実施の形態における通常時水流路４ｂ’）と、前記伝熱流体の流路を前記第１熱利用機器用流体流路と前記第２熱利用機器用流体流路との間で切り替えることが可能な第２切替バルブ（例えば、後述する実施の形態における切替バルブＶ１）と、を備えたことを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
【０００７】
この発明によれば、前記水素は酸化剤（例えば、酸素を含む空気）とともに燃焼器の燃焼部に供給され、該燃焼部で燃焼する。前記燃焼部で発生した燃焼熱は、前記燃料電池用流体流路の伝熱流体と熱利用機器用流体流路の伝熱流体にそれぞれ伝達され、これらの伝熱流体を加熱する。上述したように、前記燃料電池用流体流路が前記熱利用機器用流体流路よりも前記燃焼器の燃焼部に近い位置に配置されているため、前記燃料電池用流体流路の伝熱流体が、前記熱利用機器用流体流路の伝熱流体よりも優先的に加熱される。このため、低温時の燃料電池を速やかに暖機して、所望の出力を得られるようにできるとともに、前記熱利用機器もその種類に応じた好適な温度で暖機することができる。また、燃料電池や熱利用機器を単一の燃焼器で暖機することができるため、装置の小型化が図られる。加えて、燃料電池に燃焼ガスを直接導入せずに、燃焼器で熱交換した伝熱流体により燃料電池を暖機するため、燃料電池に対する安全性を確保しつつ暖機することができる。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、前記燃焼器の燃焼部は、前記燃料電池の水素排出経路（例えば、後述する実施の形態における水素ガス排出経路７）に接続されていることを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
【０００９】
この発明によれば、燃料電池から排出される未反応の水素ガスが前記燃焼器に供給されるため、この未反応の水素ガスを燃焼部で燃焼させて燃料電池や熱利用機器の暖機に寄与させることができる。
【００１０】
請求項４に記載した発明は、前記燃焼器の燃焼部は、前記燃料電池の水素供給経路（例えば、後述する実施の形態における水素ガス供給経路８）に接続されていることを特徴とする燃料電池用暖機装置である。
【００１１】
この発明によれば、前記燃料電池から排出される水素ガスに加え、燃料電池に供給される前の水素ガス供給経路中の水素ガスも前記燃焼器に導入して燃焼させることができるため、伝熱流体をより短時間で加熱することができ、低温下の燃料電池をより短時間で暖機することができる。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、前記燃料電池に供給する水素を貯蔵する水素タンク（例えば、後述する実施の形態における水素吸蔵タンク３１）が前記熱利用機器を構成し、該水素タンクが前記熱利用機器用流体流路（例えば、後述する実施の形態における循環流路３２）上に設けられていることを特徴とする燃料電池用暖機装置（例えば、後述する実施の形態における燃料電池用暖機装置３０）である。
【００１３】
この発明によれば、前記水素タンクから水素ガスを供給する際には吸熱を伴うが、前記熱利用機器用流体流路中の伝熱流体により前記水素タンクを暖機することができるため、水素タンクから放出した熱量を補うことができる。このため、前記水素タンクが低温の場合においても、水素ガスを連続的に安定して供給でき、燃料電池に充分な量の水素を供給することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態における燃料電池用暖機装置を図面と共に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池用暖機装置１を示す概略構成図である。前記燃料電池用暖機装置１は車両に搭載され、この車両に駆動源として搭載された燃料電池２を暖機するためのものである。本実施の形態における燃料電池２は、固体高分子型（ＰＥＭ型）の燃料電池である。前記燃料電池２は、アノード電極とカソード電極（いずれも図示せず）とを備えており、アノード電極に燃料ガス（例えば水素）が供給されるとともに、カソード電極に酸化剤ガス（例えば酸素を含む空気）が供給され、水素および酸素の電気化学反応によって発電する。
【００１５】
前記燃料電池２への水素の供給源として水素タンク１０が設けられている。この水素タンク１０は水素ガス供給経路８を介して前記燃料電池２に接続され、燃料電池２のアノード電極に水素ガスを供給する。また、前記燃料電池２には前記アノード電極を通過した水素ガスを排出するための水素ガス排出経路７が接続されている。なお、前記燃料電池２には、カソード電極への酸素の供給源や供給経路、またカソード電極からの酸素の排出経路が接続されているが、これらについては図示と説明を省略する。
【００１６】
前記燃料電池２には、伝熱流体としての伝熱水３が流通する循環流路４が接続され、該循環流路４を介して前記燃料電池２に伝熱水３が流入し、かつ流出する。前記循環流路４上には切替バルブＶ１〜Ｖ５が設けられ、これらの切替バルブＶ１〜Ｖ５により、伝熱水３の流通経路が低温時水流路４ａ、４ｂまたは通常時水流路４ａ’、４ｂ’に切り替えられる。これらの切替バルブＶ１〜Ｖ５には、制御装置（ＥＣＵ、図２参照）１１が接続され、該制御装置１１からの制御信号により切替バルブＶ１〜Ｖ５の切替制御を行っている。前記循環流路４（４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’）については詳細を後述する。
【００１７】
そして、燃料電池用暖機装置１には、水素ガスを燃焼させる触媒燃焼器５が設けられている。前記触媒燃焼器５は、セラミックハニカム上に酸化触媒（例えば白金）を担持したものである。前記触媒燃焼器５に水素を導入する水素ガス導入路６は、前記燃料電池２の水素ガス排出経路７に接続しているとともに、前記水素ガス供給経路８に流量制御弁９を介して接続している。この流量制御弁９は前記制御装置１１に接続され、前記制御装置１１からの制御信号により前記水素ガス供給経路８から前記水素ガス導入路６に流入する水素の流量を制御できるようにしている。また、前記水素ガス排出経路７には、流量測定器（ＦＩ）１４が設けられ、該流量測定器１４により前記水素ガス排出経路７中の水素流量を測定できるようにしている。この流量測定器１４は、前記制御装置１１に接続しており、測定した水素流量を前記制御装置１１に送信可能としている。
【００１８】
前記水素導入路６には混合部１２が設けられており、該混合部１２には空気を導入するための空気導入路１３が接続されている。この混合部１２にて水素が空気と混合されることで触媒燃焼器５に供給される水素の濃度が調整される。これにより、触媒燃焼器５に急激に多量の水素が供給され、水素が充分燃焼しないまま触媒燃焼器５を通過し（吹き抜け）たりすることを防止できる。前記触媒燃焼器５は前段側に燃焼部５ａを有し、この燃焼部５ａにて水素を燃焼させる。このため、水素燃焼時には触媒燃焼器５の前段側の方が後段側よりも高い温度になる。そして、前記触媒燃焼器５の後段側には熱交換部１５ａ、１５ｂを有している。これについては詳細を後述する。混合ガス中の水素は前記触媒燃焼器５内で燃焼した後、排出路１８から外部に排出される。
【００１９】
以下、伝熱水３の流路である循環流路４について説明する。前記循環流路４は燃料電池２が低温始動時に伝熱水３が流入する低温時水流路４ａと、熱利用機器であるヒータ１６へ伝熱水３が流入するための低温時水流路４ｂと、燃料電池２が通常運転時に伝熱水３が流入する通常時水流路４ａ’および通常時水流路４ｂ’から構成される。
【００２０】
伝熱水３が燃料電池２から排出された直後の循環流路４には温度センサＴ１が接続されており、該温度センサＴ１により前記燃料電池２から排出されて循環流路４を流れる伝熱水３の温度ＴFCOUTを測定できるようにしている。前記循環流路４は、切替バルブＶ１によって触媒燃焼器５の燃焼部１５ｂを流通する低温時水流路４ｂと、該燃焼部１５ｂを迂回する通常時水流路４ｂ’のいずれかに切り替えられ、燃料電池２から排出された伝熱水３はこのいずれかの流路に流入する。低温時水流路４ｂおよび通常時水流路４ｂ’はその後切替バルブＶ２のところで合流する。
【００２１】
そして、切替バルブＶ２を通過した伝熱水３は熱利用機器である車両の室内空調用のヒータ１６と熱交換する構成となっている。ヒータ１６と熱交換した後の伝熱水３は、切替バルブＶ３によって切替可能に構成された、ラジエータ１７を迂回する流路、またはラジエータ１７と熱交換する流路のいずれかに流入し、該ラジエータ１７を通過した伝熱水３は冷却される。その後これらの流路は切替バルブＶ４で合流し、該切替バルブＶ４によって触媒燃焼器の熱交換部１５ａに通流する低温時水流路４ａおよび、該熱交換部１５ａを迂回する通常時水流路４ａ’とに切り替えられる。低温時水流路４ａおよび通常時水流路４ａ’は切替バルブＶ５で合流し、燃料電池２へ戻る還流路となっている。切替バルブＶ５と燃料電池２との間には温度センサＴ２が接続されており、該温度センサＴ２により前記燃料電池２に供給される伝熱水３の温度ＴFCINを測定できるようにしている。前記温度センサＴ１と前記温度センサＴ２とはそれぞれ制御装置１１に接続され、これらのセンサＴ１、Ｔ２で測定した温度ＴFCOUT、ＴFCINを送信できるようにしている。
【００２２】
図２は、図１の燃料電池用暖機装置１が備える制御装置１１の制御処理を示す説明図である。前記制御装置１１は、上述したように、水素の流量測定器１４、温度センサＴ１、Ｔ２、切替バルブＶ１〜Ｖ５に接続し、これらの機器で測定した水素ガス排出経路７中の反応残水素量（電気化学反応後の水素ガス中に残存する水素量）、燃料電池２に供給される伝熱水の温度ＴFCIN、排出される伝熱水の温度ＴFCOUTがそれぞれ入力される。制御装置１１は、入力されたこれらの測定値に基づいて切替バルブＶ１〜Ｖ５を切り換えて制御して伝熱水３の流路を制御するとともに、流量制御弁９を制御して前記水素ガス供給経路８から供給される水素の流量を調整する。このようにして、前記制御装置１１は、触媒燃焼器５に供給され、燃焼する水素の流量が所定の値となるように制御を行う。
【００２３】
図３は、図１の燃料電池用暖機装置１の工程図である。まず、ステップＳ１００に示すように、燃料電池２に水素や空気を供給して発電を開始させる。具体的には、水素タンク１０に蓄えられた水素を水素ガス供給経路８を介して燃料電池２のアノード電極に供給する。同様にして、酸素を含む空気を酸化剤ガス供給経路（図示せず）を介して燃料電池２のカソード電極に供給する。そして、ステップＳ１０２に示すように、循環流路４に伝熱水（冷却水）３の循環を開始させる。初期段階では、伝熱水３が循環流路４の通常時水流路４ａ’、４ｂ’、ラジエータ１７と熱交換する流路を流通するように、前記制御装置１１により切替バルブＶ１〜Ｖ５が制御されている。
【００２４】
これにより、伝熱水３の流路は、燃料電池２下流側で切替バルブＶ１に合流する。次に、前記切替バルブＶ１下流側で分岐した前記通常時水流路４ｂ’を介して、触媒燃焼器５を迂回するようにして切替バルブＶ２に合流する。前記切替バルブＶ２下流側の熱利用機器であるヒータ１６用の熱交換部を介し、切替バルブＶ３に合流する。そして、前記切替バルブＶ３下流側で分岐した流路を介し、ラジエータ１７を通って切替バルブＶ４に合流する。それから、切替バルブＶ４下流側の前記通常時水流路４ｂ’を介して触媒燃焼器５を迂回するようにして切替バルブＶ５に合流する。そして、切替バルブＶ５を介して燃料電池２に合流する。
【００２５】
次に、ステップＳ１０４に示すように、燃料電池２の水素ガス供給経路（燃料配管）８が凍結により閉塞しているかどうかを判定する。凍結（閉塞）していない場合（判定結果がＮＯの場合）には、後述するステップＳ１１２の処理に進む。凍結（閉塞）している場合（判定結果がＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０６に示すように、制御装置１１により流量制御弁９を開いて、水素タンク１０の水素を触媒燃焼器５に供給する。そして、ステップＳ１０８に示すように伝熱水３の循環流路４が触媒燃焼器５の熱交換部１５ａおよび１５ｂを流通するように（伝熱水３が低温時水流路４ａ、４ｂを通るように）切替バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５を制御する。その後、ステップＳ１１０に示すように伝熱水３の循環流路４をラジエータ１７で冷却しないように、ラジエータ１７を迂回させるよう制御装置１１で切替バルブＶ３を制御する。
【００２６】
このとき伝熱水３の流路は、燃料電池２下流側で切替バルブＶ１に合流する。次に、前記切替バルブＶ１下流側で分岐した前記低温時水流路４ｂを介して、触媒燃焼器５内に設けられた触媒燃焼器の熱交換部１５ｂを貫通するようにして切替バルブＶ２に合流する。前記切替バルブＶ２下流側の熱利用機器であるヒータ１６を介し、切替バルブＶ３に合流する。そして、前記切替バルブＶ３下流側で分岐した流路を介し、ラジエータ１７を迂回するようにして切替バルブＶ４に合流する。それから、切替バルブＶ４下流側の前記低温時水流路４ａを介して触媒燃焼器５の熱交換部１５ａを貫通して切替バルブＶ５に合流する。そして、切替バルブＶ５を介して燃料電池２に合流する。
【００２７】
そして、上述したステップＳ１０４の処理に戻って再度判定を行い、燃料配管８の閉塞が無くなるまで上述した一連の処理を繰り返す。なお、酸化剤ガス供給経路（図示せず）が閉塞している場合にも、同様の処理を行う。
【００２８】
ステップＳ１１２の処理では、前記温度センサＴ１、Ｔ２により伝熱水３の温度ＴFCIN、ＴFCOUTを計測する。そして、ステップＳ１１４に示すように、制御装置１１により伝熱水の温度ＴFCOUT、ＴFCINが所定値以上かどうかを判定する。判定結果がＹＥＳの場合には、制御装置１１は車両外部が通常状態と判断して、伝熱水３の流路をステップＳ１０２の場合と同様に（触媒燃焼器５を迂回するように）して、一連の始動処理を終了する。
【００２９】
判定結果がＮＯの場合には、制御装置１１は燃料電池２が低温状態であると判定して、ステップＳ１１６に示すように、触媒燃焼器５で伝熱水３を加熱するように循環流路４を設定する。このときの伝熱水３の流路は、ステップＳ１０８の場合と同様である。そして、ステップＳ１１８に示すように、ラジエータ１７を迂回するように循環流路４を設定する。このときの伝熱水３の流路は、ステップＳ１１０の場合と同様である。そして、ステップＳ１１２の処理に戻り、上述した工程を繰り返す。
【００３０】
上述のようにしたため、低温下で燃料電池２を作動させる際に、燃料電池２に供給される水素ガスは、その大部分が発電に寄与せずに燃料電池２から未反応のまま水素排出ガス排出経路７中に排出されるが、この排出された水素ガスが前記水素ガス導入路６を介して触媒燃料器５内に導入され、該触媒燃料器５内で燃焼する。前記触媒燃焼器５は前記循環流路４上に設けられているため、水素ガスの燃焼熱で伝熱水３を加熱することができ、この伝熱水３により燃料電池２が暖機される。そして、燃料電池２が暖機されるに従って燃料電池２での水素の反応量が増大し、また燃料電池２での電気化学反応は発熱を伴うため、燃料電池２の温度上昇はさらに促進される。このように、燃料電池２に供給された未反応の水素ガスにより燃料電池２の暖機を行うため、水素ガスを無駄に排出することがなく、エネルギー効率を高めることができる。
【００３１】
また、本実施の形態においては、前記制御装置１１により触媒燃焼器５内で燃焼される燃焼水素量が所定の一定量となるように、前記制御弁９を制御する。図４は図１の触媒燃焼器に流入する水素流量と燃料電池温度との関係を示すグラフである。同図に示したように、燃料電池２の温度上昇により反応が進行して排出される水素の量が減少しても、前記制御弁９により燃料電池２へ供給される水素の一部が触媒燃焼器５内に導入され、確実に所定の量の水素を導入させるため、燃料電池２が所定の温度になるまで暖機を確実に行うことができる。このため、エネルギー効率を高めることができる。
【００３２】
また、前記燃料電池２用の低温時用水流路４ａが前記ヒータ１６の低温時用水流路４ｂよりも前記燃焼器５の燃焼部５ａに近い位置に配置されているため、前記低温時用水流路４ａの伝熱水３が、低温時水流路４ｂの伝熱水３よりも優先的に加熱される。このため、低温時の燃料電池２を速やかに暖機して、所望の出力を得られるようにできるとともに、前記ヒータ１６もその種類に応じた好適な温度で暖機することができる。また、燃料電池２や熱利用機器であるヒータ１６を単一の触媒燃焼器５で暖機することができるため、装置の小型化が図られる。更に、燃料電池用の循環流路４ａを加熱した後の燃焼ガスの熱を有効利用することができる。加えて、燃料電池２に燃焼ガスを直接導入せずに、燃焼器５で熱交換した伝熱水３により燃料電池２を暖機するため、燃料電池２に対する安全性を確保しつつ暖機することができる。また、燃料電池２を加熱した伝熱水３を更に熱交換部１５ｂで加熱することによって伝熱水３の熱を有効利用することができる。
【００３３】
次に、第２の実施の形態の燃料電池用暖機装置３０について説明する。なお、本実施の形態において前の実施の形態の部材に対応する部材については、同一の符号を付して適宜その説明を省略する。図５は本発明の第２の実施の形態における燃料電池用暖機装置３０を示す概略説明図である。図６は図５の水素吸蔵タンク（ＭＨタンク）３１を示す拡大図である。本実施の形態においては、燃料電池２への水素供給源として、水素吸蔵タンク（ＭＨタンク）３１を用いている。前記水素吸蔵タンク３１は、内部に伝熱水３３が流通する循環流路３２により貫通され、該循環流路３２中の伝熱水３３により伝熱される。前記循環流路３２は、前記触媒燃焼器５内の熱交換部１５ｃ内を貫通し、触媒燃焼器５内の水素の燃焼熱により加熱される。
【００３４】
これにより、燃料電池２を暖機するのと並行して、水素吸蔵タンク３１が加熱される。前記水素吸蔵タンク３１から水素ガスを放出する際には吸熱を伴うが、前記循環流路３２中の伝熱水３３により前記水素吸蔵タンク３１を暖機することができるため、水素吸蔵タンク３１から放出した熱量を補うことができる。このため、前記水素吸蔵タンク３１が低温の場合においても、水素ガスを連続的に安定して供給でき、燃料電池２や触媒燃焼器５に充分な量の水素を供給することができる。よって、燃料電池２の始動を早めることができる。
【００３５】
また、本実施の形態において、触媒燃焼器５は、第１の実施の形態における燃料電池用の低温時水流路４ａとの熱交換部１５ａ、ヒータ１６用の低温時水流路４ｂとの熱交換部１５ｂに加え、水素吸蔵合金用の循環流路３２との熱交換部１５ｃを備えている。このため燃料電池用の暖機装置の小型化および燃焼ガスの保持する熱の有効利用を図ることができる。
【００３６】
図７は図５の触媒燃焼器に流入する水素流量と燃料電池温度との関係を示すグラフである。このように、燃料電池２の温度により暖機に必要となる燃料水素量が異なる点を考慮して、前記燃焼水素量の所定の値を設定したため、より効率的に燃料電池２の暖機を行うことができる。
【００３７】
以上の実施の形態においては、伝熱流体として、伝熱水を用いた場合について説明したが、伝熱水は純水または不凍液などの液体であってもよく、さらにはガスであってもよい。また、水素タンクとして水素吸蔵合金を収納した例を紹介したが、圧縮した水素を貯蔵する高圧水素タンクを使用することもできる。この場合高圧水素タンクから水素を放出する際に膨張によって熱を奪うが、その熱を触媒燃焼熱によって補うことができる。
【００３８】
また、実施の形態においては、未反応の水素と水素供給経路中の水素とを触媒燃焼器に供給したが、水素パージを行う場合には、このパージした水素を触媒燃焼器に供給してもよい。
また、第２の実施の形態においては、熱利用機器のうち、室内用ヒータが水素吸蔵タンクよりも優先的に加熱されるように伝熱水の流路を配置したが、この順番はこれに限ったものではなく、熱利用機器の必要な熱量に応じて適宜変更することができる。
【００３９】
また、未反応の水素のみで燃料電池２の暖機をしてもよい。この場合には、燃料電池２が充分に暖機されたときには、未反応のまま排出される水素の流量は略一定に収束し、これにより伝熱水を加熱する熱量も略一定に保持される。燃料電池２は発電によりさらに発熱するため、燃料電池２の暖機に使用していた伝熱水を、そのまま冷却媒体として使用することができる。他にも発明の要旨を逸脱しない範囲での変更を行ってもよいことはもちろんである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、低温時の燃料電池を速やかに暖機して、所望の出力を得られるようにできるとともに、前記熱利用機器もその種類に応じた好適な温度で暖機することができる。また、装置の小型化が図られ、燃料電池に対する安全性を確保しつつ暖機することができる。
【００４１】
請求項３に記載した発明によれば、燃料電池から排出される未反応の水素ガスを無駄に外部に放出することなく利用できるため、エネルギー効率を高めることができる。特に、低温下で燃料電池を作動させる際には、前記未反応の水素ガスの量が多いため、水素の利用効率を高めることができる。
【００４２】
請求項４に記載した発明によれば、燃料電池に供給される伝熱流体をより短時間で加熱することができ、低温下の燃料電池をより短時間で暖機することができる。
【００４３】
請求項５に記載した発明によれば、前記水素タンクが低温の場合においても、水素ガスを連続的に安定して供給でき、燃料電池に充分な量の水素を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池用暖機装置を示す概略構成図である。
【図２】  図１の燃料電池用暖機装置が備える制御装置（ＥＣＵ）の制御処理を示す説明図である。
【図３】  図１の燃料電池用暖機装置の工程図である。
【図４】  図１の触媒燃焼器に流入する水素流量と燃料電池温度との関係を示すグラフである。
【図５】  図５は本発明の第２の実施の形態における燃料電池用暖機装置を示す概略説明図である。
【図６】  図５の水素吸蔵タンク（ＭＨタンク）を示す拡大図である。
【図７】  図５の触媒燃焼器に流入する水素流量と燃料電池温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  燃料電池用暖機装置
２  燃料電池
３  伝熱水（冷却水）
４  循環流路
５  触媒燃焼器
６  水素ガス導入路
７  水素ガス排出経路
８  水素ガス供給経路
９  流量制御弁
【図１】
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【図２】
0004128369.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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