特開 2023-76156 燃料電池装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023076156

(43)【公開日】2023-06-01

(54)【発明の名称】燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20230525BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20230525BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20230525BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20230525BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

H01M8/04 Z

H01M8/2475

H01M8/0432

H01M8/04746

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021189392

(22)【出願日】2021-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲さこ▼ 孝太

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126FF10

5H127AC09

5H127BA02

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB37

5H127BB39

5H127DB26

5H127DB47

5H127DB95

5H127DC22

5H127DC28

5H127DC29

5H127EE02

5H127EE03

5H127EE29

(57)【要約】

【課題】信頼性の高い暖機が可能な燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料電池装置１は、ケース２に収容される燃料電池３に接続される供給路２５と、供給路２５で供給路２５の空気を圧縮して燃料電池３へ送り込むブロワー２９と、供給路２５のブロワー２９より下流側とブロワー２９より上流側とを接続する循環路２６と、供給路２５のブロワー２９より下流側かつ供給路２５と循環路２６との接続部分より下流側に設けられて供給路２５の空気の流れを許可または遮断する第１開閉機構４３と、供給路２５のブロワー２９より下流側かつ第１開閉機構４３より上流側に接続されてケース２内に空気を放出する放出路２７と、循環路２６の空気の流れを許可または遮断する第２開閉機構４４と、放出路２７の空気の流れを許可または遮断する第３開閉機構４５と、を備えている。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケースと、
前記ケースに収容される燃料電池と、
前記燃料電池に接続される供給路と、
前記供給路に設けられて前記供給路内の空気を圧縮して前記燃料電池へ送り込むブロワーと、
前記供給路の前記ブロワーより下流側と前記ブロワーより上流側とを接続する循環路と、
前記供給路の前記ブロワーより下流側かつ前記供給路と前記循環路との接続部分より下流側に設けられて前記供給路における前記空気の流れを許可または遮断する第１開閉機構と、
前記供給路の前記ブロワーより下流側かつ前記第１開閉機構より上流側に接続されて前記ケース内に前記空気を放出する放出路と、
前記循環路に設けられて前記循環路での前記空気の流れを許可または遮断する第２開閉機構と、
前記放出路に設けられて前記放出路での前記空気の流れを許可または遮断する第３開閉機構と、を備える燃料電池装置。

【請求項2】

少なくとも三方向において選択的に開閉するバルブを備え、
前記第１開閉機構、前記第２開閉機構、および前記第３開閉機構は前記バルブに一体に設けられる請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項3】

前記燃料電池に対向して設けられて前記燃料電池の周囲に沿って空気を流動させるファンを備え、
前記放出路の下端は、前記燃料電池側に配置される請求項１または２に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

前記ケース内の少なくとも一部の温度を検知する第１温度センサーを備え、
前記第１温度センサーが検知した温度が第１設定温度以下である場合、前記第１開閉機構および前記第３開閉機構を閉鎖し、かつ前記第２開閉機構を開放して前記循環路に前記空気を流し、
前記第１温度センサーが検知した温度が前記第１設定温度より高い場合、前記第３開閉機構を閉鎖し、かつ前記第１開閉機構を開放して前記燃料電池に前記空気を流す請求項１～３のいずれか一つに記載の燃料電池装置。

【請求項5】

前記第１温度センサーは、前記燃料電池の温度を検知する請求項４に記載の燃料電池装置。

【請求項6】

前記供給路および前記循環路の少なくともいずれかの前記空気の温度を検知する第２温度センサーと、を備え、
前記第１温度センサーが検知した温度が前記第１設定温度以下であり、かつ前記第２温度センサーが検知した温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度以上である場合、前記第１開閉機構を閉鎖し、かつ前記第３開閉機構を開放する請求項４または５に記載の燃料電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池を備える車載用の燃料電池装置が知られている。燃料電池は、燃料としての例えば水素と供給される空気に含まれる酸素との酸化還元反応により発電し、かつ水を生成する。酸化還元反応は、温度が低いと効率が低下する。このため、低温の燃料電池は、反応しなかった水素を無駄に排出し、十分に発電できず、自ら暖機する能力が低い。また、車載用の燃料電池装置は、冬には氷点下の環境に曝される場合がある。そのような場合には、装置内の水分が凍ってしまう。したがって、燃料電池装置は、始動時に燃料電池を昇温させる暖機機構を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００―１９５５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の燃料電池装置は、空気を反応させる空気室と、空気室に空気を供給する供給路と、供給路に設けられた圧縮機と、を備えている。また、従来の燃料電池装置は、空気を圧縮機で断熱圧縮して昇温して空気室に流入させる暖機機構を備えている。従来の燃料電池装置は、空気室から排出される空気を再び供給路に流入させて、空気の断熱圧縮を繰り返し、空気を充分に昇温させる。

【0005】

しかしながら、氷点下まで低温になった燃料電池装置では、発電の際に生成された水が装置内で凍結して氷になる。氷は、燃料電池に空気を供給する供給路、燃料電池の空気室、および燃料電池から空気を排出する排出路などに付着する。昇温した空気を燃料電池に供給すると、装置内の氷が剥離して空気室に吹き込まれる虞がある。吹き込まれた氷は、空気室に面する電極膜およびガス拡散層を損傷する可能性がある。

【0006】

そこで、本発明は、信頼性の高い暖機が可能な燃料電池装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の課題を解決するため本発明に係る燃料電池装置は、ケースと、前記ケースに収容される燃料電池と、前記燃料電池に接続される供給路と、前記供給路に設けられて前記供給路内の空気を圧縮して前記燃料電池へ送り込むブロワーと、前記供給路の前記ブロワーより下流側と前記ブロワーより上流側とを接続する循環路と、前記供給路の前記ブロワーより下流側かつ前記供給路と前記循環路との接続部分より下流側に設けられて前記供給路における前記空気の流れを許可または遮断する第１開閉機構と、前記供給路の前記ブロワーより下流側かつ前記第１開閉機構より上流側に接続されて前記ケース内に前記空気を放出する放出路と、前記循環路に設けられて前記循環路での前記空気の流れを許可または遮断する第２開閉機構と、前記放出路に設けられて前記放出路での前記空気の流れを許可または遮断する第３開閉機構と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、信頼性の高い暖機が可能な燃料電池装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池装置を示す構成図。

【図2】本発明の実施形態における空気路を示す拡大図。

【図3】本発明に係る実施形態の燃料電池装置の動作を示すフローチャート。

【図4】本発明に係る実施形態の燃料電池装置の動作を示すタイムチャート。

【図5】本発明に係る実施形態のコントローラーの始動過程の動作を示すフローチャート。

【図6】（Ａ）横軸に時間をとり縦軸に温度をとって燃料電池装置の動作時の燃料電池の温度変化を示すグラフ、（Ｂ）横軸に時間をとり縦軸に温度をとって燃料電池装置の動作時の供給路および循環路の空気の温度変化を示すグラフ。

【図7】本発明に係る実施形態のコントローラーの暖気過程の動作を示すフローチャート。

【図8】本発明に係る実施形態のコントローラーの発電過程の動作を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

【0011】

本発明に係る燃料電池装置の実施形態について図１から図８を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号がふされている。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池装置を示す構成図である。

【0013】

燃料電池装置１は、内部空間を有するケース２を備えている。また、燃料電池装置１は、燃料電池３と、燃料電池３に接続された空気路４および水素路（図示せず）と、燃料電池３に風を送るファン５と、複数の温度センサー６と、コントローラー７と、バッテリー８とを備えている。これらは、ケース２に収納されている。なお、主要構造を明示するため、図１は、燃料電池３のうちの一部のみを断面で図示している。

【0014】

ケース２は、閉じた箱状体である。ケース２は、壁面に複数の貫通孔１１を有している。ケース２の内部空間は、貫通孔１１を介して外部空間に繋がっている。ケース２は、例えば金属板によって形成されている。なお、ケース２は、一部が開放した箱状体でもよい。

【0015】

燃料電池３は、板状のセパレーター１３が少なくとも二つ重ねられた積層構造を有している。セパレーター１３は、積層方向に貫通する複数の貫通孔（図示せず）を有する。燃料電池３は、隣接する一対のセパレーター１３の間に電極膜１４と、電極膜１４の表裏にそれぞれ設けられたガス拡散層１５、１６とを備えている。燃料電池３は、最も外側の二つのセパレーター１３の外側面に接する二つのマニホールドプレート１７と、マニホールドプレート１７の内部空間の一部である空気室１８および水素室１９と、触媒層（図示せず）と、を備えている。

【0016】

電極膜１４の表面および裏面は、燃料電池３の積層方向に略直交している。空気室１８および水素室１９は、マニホールドプレート１７の内壁面によって区画された空間であり、マニホールドプレート１７のセパレーター１３側の面で例えば開口している。空気室１８は、セパレーター１３を介してガス拡散層１５と電極膜１４の例えば表面とに対向している。水素室１９は、セパレーター１３を介してガス拡散層１６と電極膜１４の例えば裏面とに対向している。

【0017】

水素室１９は、水素路に繋がっている。水素室１９は、水素路によって、水素（Ｈ_２）ガスを供給され、反応後のガスを排出する。空気室１８は、空気路４によって、空気を供給され、反応後の空気を排出する。

【0018】

ファン５は、ケース２の内部空間において燃料電池３の近傍に配置されている。ファン５は、吐出面２１と吸込面２２とを有している。吐出面２１は、例えばケース２の内壁面に向けられ、吸込面２２は、例えば燃料電池３、具体的には、燃料電池３の水素室１９に向けられている。ファン５は、吸込面２２から吐出面２１に向かって空気を流すため、燃料電池３の周囲の空気を吸込面２２から吸い込んで吐出面２１から吐き出す。このように、ファン５は、燃料電池３の周囲に空気の流れを作る。

【0019】

図２は、本発明の実施形態における空気路を示す拡大図である。主要構造を明示するため、図２はリリーフバルブ３３を省略している。

【0020】

図１および図２に示すように、空気路４は、燃料電池３の空気室１８にケース２内の空気を送り込む供給路２５と、供給路２５の例えば２カ所を接続する循環路２６と、供給路２５に接続される放出路２７と、燃料電池３の空気室１８から空気を排出する排出路２８と、を備えている。供給路２５、循環路２６、放出路２７、および排出路２８は、例えば、それぞれ少なくとも１つ以上のダクト、パイプまたはホース等の配管を含んでいる。

【0021】

また、空気路４は、供給路２５に設けられるブロワー２９と、ブロワー２９の上流側に設けられる上流側バルブ３１と、ブロワー２９の下流側に設けられる下流側バルブ３２と、循環路２６に設けられるリリーフバルブ３３と、を有している。ブロワー２９は、流入側から空気を吸い込み、流出側から空気を吹き出す。これにより、ブロワー２９は、上流側バルブ３１側から供給路２５内の空気を吸い込んで圧縮し、下流側バルブ３２側へ圧縮した空気を吐出する。リリーフバルブ３３は、循環路２６の空気が設定圧を超えると循環路２６の空気圧を下げる。

【0022】

以後、説明の便宜上のため、空気路４を構成するいずれかの配管において、上端とはその配管の上流側の端部をいい、下端とはその配管の下流側の端部をいう。

【0023】

供給路２５の上端は、空気の吸込口を含み、供給路２５の下端は、空気の吐出口を含んでいる。供給路２５の吐出口は、燃料電池３の空気室１８に接続されている。供給路２５の吸込口は、ケース２の壁面に対向している。供給路２５の吸込口は、例えばケース２の貫通孔１１に隣接している。

【0024】

供給路２５は、ブロワー２９が設けられる圧縮路３４と、供給路２５の下端を含む導入路３５と、を含んでいる。圧縮路３４の上端は、供給路２５の吸込口を含んでいる。この上端とブロワー２９との間に上流側バルブ３１が配置されている。圧縮路３４の下端と導入路３５の上端とは、下流側バルブ３２を介して接続されている。導入路３５の下端は、供給路２５の吐出口を含んでいる。

【0025】

循環路２６の上端は、供給路２５のブロワー２９より下流側に下流側バルブ３２を介して接続されている。循環路２６の下端は、供給路２５のブロワー２９より上流側に上流側バルブ３１を介して接続されている。このように、循環路２６は、供給路２５のブロワー２９より下流側とブロワー２９より上流側とを接続している。

【0026】

放出路２７の上端は、供給路２５のブロワー２９より下流側に下流側バルブ３２を介して接続されている。放出路２７の下端は、放出路２７の吐出口である。放出路２７の下端は、燃料電池３側に配置されることが好ましい。また、放出路２７の下端は、具体的には、燃料電池３の空気室１８側に配置されている。さらに、放出路２７の下端は、具体的には、燃料電池３の周囲であってファン５から離れた場所に配置されている。

【0027】

上流側バルブ３１は、例えば電磁式の三方弁である。上流側バルブ３１は、供給路２５で開閉し、かつ循環路２６の下端で開閉する。なお、上流側バルブ３１は、供給路２５および循環路２６のそれぞれを個別に開閉する複数のバルブであっても良い。

【0028】

図２に示すように、上流側バルブ３１は、三つのポート３６ａ、３６ｂ、３６ｃを有する。上流側バルブ３１は、開放動作によって、ポート３６ａおよびポート３６ｂを繋げ、ポート３６ｃとポート３６ｂを繋げる。ポート３６ａおよびポート３６ｂは、供給路２５に接続されている。詳細には、ポート３６ａは、ポート３６ｂより上流側に接続され、ポート３６ｂは、ブロワー２９より上流側に接続されている。ポート３６ｃは、循環路２６の下端に接続されている。ポート３６ｃは、例えばポート３６ａとポート３６ｂの間に配置されている。ポート３６ａは、ポート３６ｂおよびポート３６ｃより供給路２５の上端側に配置されている。

【0029】

上流側バルブ３１は、上流開閉機構３８を有する。上流開閉機構３８は、ポート３６ａとポート３６ｂとの間の空気の流れを制御する上流第１開閉機構３９と、ポート３６ｃとポート３６ｂとの間の空気の流れを制御する上流第２開閉機構４１と、を含む。上流第１開閉機構３９は、供給路２５の上流第２開閉機構４１より上流側に設けられている。

【0030】

上流第１開閉機構３９は、ポート３６ａとポート３６ｂとの間、つまり、供給路２５のブロワー２９より上流側の部分の空気の流れを許可または遮断する。詳細には、上流第１開閉機構３９は、供給路２５の上端からブロワー２９の流入側への空気の流れを許可または遮断する。

【0031】

上流第２開閉機構４１は、ポート３６ｃとポート３６ｂとの間、つまり、循環路２６の下端と供給路２５のブロワー２９の上流側との間の空気の流れを許可または遮断する。詳細には、上流第２開閉機構４１は、循環路２６の下端からブロワー２９の流入側への空気の流れを許可または遮断する。

【0032】

下流側バルブ３２は、例えば電磁式の四方弁である。下流側バルブ３２は、供給路２５で開閉し、循環路２６の上端で開閉し、かつ放出路２７の上端で開閉する。なお、下流側バルブ３２は、供給路２５、循環路２６、および放出路２７のそれぞれを個別に開閉する複数のバルブであってもよい。

【0033】

下流側バルブ３２は、四つのポート３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄを有する。下流側バルブ３２は、開放動作によってポート３７ａおよびポート３７ｂを繋げ、ポート３７ａおよびポート３７ｃを繋げ、ポート３７ａおよびポート３７ｄを繋げる。ポート３７ａおよびポート３７ｂは、供給路２５に接続されている。詳細には、ポート３７ａは、ブロワー２９の下流側に接続され、ポート３７ｂは、ポート３７ａより下流側に接続されている。ポート３７ｃは、循環路２６の上端に接続され、ポート３７ｄは、放出路２７の上端に接続されている。ポート３７ｃおよびポート３７ｄは、例えばポート３７ａとポート３７ｂとの間に配置されている。ポート３７ｂは、ポート３７ａ、ポート３７ｃおよびポート３７ｄより供給路２５の下流側に配置されている。

【0034】

下流側バルブ３２は、下流開閉機構４２を有する。下流開閉機構４２は、ポート３７ａおよびポート３７ｂの間の空気の流れを制御する下流第１開閉機構４３と、ポート３７ａおよびポート３７ｃの間の空気の流れを制御する下流第２開閉機構４４と、ポート３７ａおよびポート３７ｄの間の空気の流れを制御する下流第３開閉機構４５とを含む。下流第１開閉機構４３は、供給路２５の下流第２開閉機構４４および下流第３開閉機構４５より下流側に設けられている。

【0035】

下流第１開閉機構４３は、ポート３７ａおよびポート３７ｂの間、つまり、供給路２５のブロワー２９より下流側の部分の空気の流れを許可または遮断する。詳細には、下流第１開閉機構４３は、ブロワーの流出側から供給路２５の下端への空気の流れを許可または遮断する。

【0036】

下流第２開閉機構４４は、ポート３７ａおよびポート３７ｃの間、つまり、供給路２５のブロワー２９の下流側と循環路２６の上端との間の空気の流れを許可または遮断する。詳細には、下流第２開閉機構４４は、ブロワー２９の流出側から循環路２６の上端への空気の流れを許可または遮断する。また、下流第２開閉機構４４は、循環路２６の空気の流れを許可または遮断する。

【0037】

下流第３開閉機構４５は、ポート３７ａおよびポート３７ｄの間、つまり、供給路２５のブロワー２９の下流側と放出路２７の上端との間の空気の流れを許可または遮断する。詳細には、下流第３開閉機構４５は、ブロワー２９の流出側から放出路２７の上端への空気の流れを許可または遮断する。また、下流第３開閉機構４５は、放出路２７の空気の流れを許可または遮断する。

【0038】

このような上流開閉機構３８と下流開閉機構４２は、供給路２５、循環路２６、および放出路２７に始動流路４７、循環流路４８、放出流路４９、および供給流路５１を形成する。

【0039】

始動流路４７は、燃料電池装置１の始動時の流路である。始動流路４７では、例えば、図２に示す実線矢印のように空気が流れる。このような始動流路４７は、供給路２５の吸込口から下流側バルブ３２までの部分と循環路２６とによる流路であり、上流第１開閉機構３９、上流第２開閉機構４１、および下流第２開閉機構４４を開放し、かつ下流第１開閉機構４３および下流第３開閉機構４５を閉鎖することによって形成される。下流第１開閉機構４３および下流第３開閉機構４５を閉鎖することにより、始動流路４７は空気室１８に繋がる導入路３５と放出路２７とから離隔される。

【0040】

循環流路４８は、空気を循環させてブロワー２９で繰り返し圧縮するための流路である。循環流路４８では、例えば、図２に示す一点鎖線矢印のように空気が流れる。このような循環流路４８は、供給路２５の上流側バルブ３１から下流側バルブ３２までの部分と循環路２６とによる閉じた流路であり、上流第２開閉機構４１および下流第２開閉機構４４を開放し、かつ上流第１開閉機構３９、下流第１開閉機構４３および下流第３開閉機構４５を閉鎖することにより形成される。上流第１開閉機構３９、下流第１開閉機構４３および下流第３開閉機構４５を閉鎖することにより、循環流路４８は供給路２５の上端、導入路３５および放出路２７から離隔する。

【0041】

放出流路４９は、供給路２５等の空気路４の空気をケース２内に放出するための流路である。放出流路４９では、例えば、図２に示す二点鎖線矢印のように空気が流れる。このような放出流路４９は、供給路２５の吸込口から下流側バルブ３２までの部分と循環路２６と放出路２７とによる流路であり、上流第１開閉機構３９、上流第２開閉機構４１、下流第２開閉機構４４、および下流第３開閉機構４５を開放し、かつ下流第１開閉機構４３を閉鎖することにより形成される。下流第１開閉機構４３を閉鎖することにより、放出流路４９は空気室１８に繋がる導入路３５から離隔する。

【0042】

供給流路５１は、燃料電池３の空気室１８に空気を供給するための流路である。供給流路５１では、例えば、図２に示す破線矢印のように空気が流れる。このような供給流路５１は、供給路２５の吸込口から吐出口までの部分による流路であり、上流第１開閉機構３９および下流第１開閉機構４３を開放し、上流第２開閉機構４１、下流第２開閉機構４４および下流第３開閉機構４５を閉鎖することによって形成される。上流第２開閉機構４１、下流第２開閉機構４４、および下流第３開閉機構４５を閉鎖することにより、供給流路５１は循環路２６および放出路２７から離隔する。

【0043】

排出路２８は、上端に空気の吸込口が配置され、下端に空気の吐出口が配置されている。排出路２８の吸込口は、燃料電池３の空気室１８に接続されている。排出路２８の吸込口は、供給路２５の吐出口から離隔し、その間に空気室１８が介在している。排出路２８の下端は、例えば、供給路２５の一部に接続されていてもよく、ケース２内に配置されていてもよい。

【0044】

図１に示すように、バッテリー８は、コントローラー７または燃料電池装置１の外部機器に電源を供給できる。バッテリー８は、ケース２内の供給路２５の近傍に設けられていることが好ましい。バッテリー８は、例えばリチウム（Ｌｉ）イオンバッテリーである。

【0045】

複数の温度センサー６は、燃料電池３の温度を検知する第１温度センサー５４と、循環路２６の空気の温度を検知する第２温度センサー５５と、ケース２内の空気の温度を検知する第３温度センサー５６とを含む。第１温度センサー５４、第２温度センサー５５、および第３温度センサー５６は、それぞれの対象の温度を検知して温度情報ｄ１、ｄ２、ｄ３を生成する。

【0046】

第１温度センサー５４は、例えば、燃料電池３において中心側の燃料電池３の温度を検知することが好ましい。第２温度センサー５５は、循環路２６の下端側における空気の温度を検知することが好ましく、循環路２６のリリーフバルブ３３より下流側の空気の温度を検知することが好ましい。第３温度センサー５６は、ファン５または燃料電池３近傍の空気の温度を検知することが好ましく、ファン５の吸込面２２近傍の空気の温度を検知してもよい。また、第３温度センサー５６は、ファン５または燃料電池３の温度を検知してもよい。

【0047】

コントローラー７は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）および記憶装置（メモリ）等を備えている。コントローラー７は、記憶装置に記憶されたプログラムを読み取って実行することにより、例えば温度センサー制御部、ファン制御部、ブロワー制御部、および開閉機構制御部として機能する。コントローラー７は、燃料電池装置１内のバッテリー８または他のバッテリー（図示せず）から電源が供給されている。コントローラー７は、温度センサー６、ファン５、ブロワー２９、上流側バルブ３１、下流側バルブ３２、排出路２８や水素路の流量を制御するバルブ（図示せず）などに、例えばケーブル等を介して電気的に接続されている。

【0048】

コントローラー７は、温度センサー６に温度を検知させ、温度情報をコントローラー７に送信させる。具体的には、コントローラー７は、温度を検知させる温度検知命令ｒ１を各温度センサー６に送信し、それぞれの温度情報ｄ１、ｄ２、ｄ３を各温度センサー６から受信する。コントローラー７は、ファン５に駆動命令ｒ２および停止命令を送信する。コントローラー７は、ブロワー２９に駆動命令ｒ３および停止命令を送信する。

【0049】

コントローラー７は、上流開閉機構３８および下流開閉機構４２の開閉を制御する。具体的には、コントローラー７は、上流開閉機構３８および下流開閉機構４２の開閉状態に関する開閉情報を上流開閉機構３８および下流開閉機構４２に送信する。開閉情報は、例えば、始動開閉情報ｒ４、循環開閉情報ｒ５、放出開閉情報ｒ６、および供給開閉情報ｒ７を含んでいる。始動開閉情報ｒ４は、空気路４で始動流路４７を形成するための上流開閉機構３８および下流開閉機構４２の開閉情報である。循環開閉情報ｒ５は、空気路４で循環流路４８を形成するための上流開閉機構３８および下流開閉機構４２の開閉情報である。放出開閉情報ｒ６は、空気路４で放出流路４９を形成するための上流開閉機構３８および下流開閉機構４２の開閉情報である。供給開閉情報ｒ７は、空気路４で供給流路５１を形成するための上流開閉機構３８および下流開閉機構４２の開閉情報である。

【0050】

以下、本発明の実施形態に係る燃料電池装置の動作について説明する。

【0051】

図３は、本発明に係る実施形態の燃料電池装置の動作を示すフローチャートである。

【0052】

図４は、本発明に係る実施形態の上流開閉機構および下流開閉機構の開閉動作を示すタイムチャートである。

【0053】

図３および図４に示すように、燃料電池装置１は、燃料電池装置１の始動時の始動過程Ｔ１と、燃料電池装置１内を暖気する暖気過程Ｔ２と、燃料電池３が発電する発電過程Ｔ３とでそれぞれ異なる動作をする。暖気過程Ｔ２は、１以上の暖気サイクルＴ４を含む。暖気サイクルＴ４は、空気を断熱圧縮して加熱する圧縮過程Ｔ５と、加熱した空気をケース２内に放出する放出過程Ｔ６と、を含む。なお、図４では、暖気過程Ｔ２で暖気サイクルＴ４が二回行われた場合を例示している。

【0054】

図５は、本発明に係る実施形態のコントローラーの始動過程の動作を示すフローチャートである。

【0055】

図５に示すように、まず、始動過程Ｔ１で、運転手によるエンジン起動などの操作によりコントローラー７が始動する（ステップＳ１）。コントローラー７は、温度センサー６、ファン５、ブロワー２９、上流側バルブ３１、下流側バルブ３２などを通電状態もしくは通電可能な状態にする。コントローラー７は、第１温度センサー５４に温度検知命令ｒ１を送信する。第１温度センサー５４は燃料電池３の温度情報ｄ１を取得し、コントローラー７は、この温度情報ｄ１を受信する（ステップＳ２）。

【0056】

図２および図５に示すように、コントローラー７は、次に上流開閉機構３８および下流開閉機構４２に始動流路４７を形成するための始動開閉情報ｒ４を送信する（ステップＳ３）。これにより、上流開閉機構３８および下流開閉機構４２は、空気路４で始動流路４７を形成する所定の開閉状態に切り替わり、始動流路４７が空気路４に形成される。

【0057】

次に、コントローラー７は、ブロワー２９に駆動命令ｒ３を送信する（ステップＳ４）。これにより、ブロワー２９は、駆動し、始動流路４７でブロワー２９の上流側から下流側に向かって空気を送る。このため、始動流路４７の空気は、供給路２５の吸込口から始動流路４７に流入して始動流路４７内を循環し、かつ導入路３５と放出路２７には流れない。このため、仮に始動流路４７の内壁面に氷が付着している場合に、空気の流れによって剥離した氷が、導入路３５から空気室１８に吹き込むことがない。図２の実線矢印で示すように、始動流路４７の空気流れＦ１は、具体的には、供給路２５の吸込口から流入し、上流第１開閉機構３９、ブロワー２９、下流第２開閉機構４４、循環路２６、および上流第２開閉機構４１を通過する。

【0058】

図６（Ａ）は、横軸に時間をとり縦軸に温度をとって燃料電池装置の動作時の燃料電池の温度変化を示すグラフである。図６（Ｂ）は、横軸に時間をとり縦軸に温度をとって燃料電池装置の動作時の供給路または循環路の空気の温度変化を示すグラフである。図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、図４に合わせて、暖気サイクルＴ４が二回行われた場合を例示している。

【0059】

図５および図６（Ａ）に示すように、次に、コントローラー７は、第１温度センサー５４の温度情報ｄ１が第１設定温度ｔ１以下であるかを判断する（ステップＳ５）。第１設定温度ｔ１は、例えば摂氏０度である。第１温度センサー５４が検知した燃料電池３の温度が第１設定温度ｔ１以下である場合は、空気路４および燃料電池３の空気室１８に残存する水（Ｈ_２Ｏ）が凍結している可能性があり、かつ燃料電池３の発電効率が低い。このため、燃料電池装置１は、コントローラー７が第１温度センサー５４の温度情報ｄ１を第１設定温度ｔ１以下であると判断した場合、始動過程Ｔ１を終了して暖気過程Ｔ２に移行し、コントローラー７が第１温度センサー５４の温度情報ｄ１を第１設定温度ｔ１より高いと判断した場合、始動過程Ｔ１を終了して発電過程Ｔ３に移行する。

【0060】

図７は、本発明に係る実施形態のコントローラーの暖気過程の動作を示すフローチャートである。

【0061】

図２および図７に示すように、暖気過程Ｔ２では、燃料電池装置１は先ず暖気サイクルＴ４の圧縮過程Ｔ５に移行する。圧縮過程Ｔ５で、コントローラー７は、先ず上流開閉機構３８および下流開閉機構４２に循環開閉情報ｒ５を送信する（ステップＳ６）。これにより、上流開閉機構３８および下流開閉機構４２は、空気路４で循環流路４８を形成する所定の開閉状態に切り替わり、循環流路４８が空気路４に形成される。

【0062】

循環流路４８の空気は、ブロワー２９によって閉じた循環流路４８を循環し、かつ供給路２５の上端、導入路３５、および放出路２７には流れない。図２の一点鎖線矢印で示すように、循環流路４８の空気流れＦ２は、例えばブロワー２９、下流第２開閉機構４４、循環路２６、および上流第２開閉機構４１を通過して循環流路４８を循環する。図６（Ｂ）に示すように、この圧縮過程Ｔ５の循環の際に、循環流路４８の空気は、断熱圧縮されて温度が上昇する。また、循環流路４８の空気の温度が上昇するにしたがって、循環流路４８が形成された供給路２５および循環路２６に熱が伝わる。さらに、導入路３５および放出路２７にも徐々に熱が伝わり、例えばケース２内の空気、燃料電池３、およびバッテリー８にも徐々に熱が伝わる。図６（Ｂ）に示すように、このように循環流路４８の温度上昇した空気の熱は、バッテリー８および燃料電池３を少しずつ暖機し、ケース２内の空気を少しずつ暖気する。

【0063】

一方、循環流路４８の空気の圧力が許容上限圧力などの所定圧力を超えると、例えば循環流路４８の空気は、リリーフバルブ３３によって一部が放出されて減圧する。このため、循環流路４８の空気の圧力は、例えば許容上限の圧力を超えない。この場合、リリーフバルブ３３から放出された空気は、ケース２内の空気を僅かに暖気する。

【0064】

図２および図７に示すように、循環開閉情報ｒ５を送信した一定期間の経過後、コントローラー７は、第２温度センサー５５に温度検知命令ｒ１を送信し、第２温度センサー５５は、循環路２６内の空気の温度情報ｄ２を取得し、コントローラー７にこの温度情報ｄ２を送信する（ステップＳ７）。次に、コントローラー７は、第２温度センサー５５の温度情報ｄ２が第２設定温度ｔ２以上であるかを判断する（ステップＳ８）。図６（Ｂ）に示すように、第２設定温度ｔ２は、第１設定温度ｔ１より高い。第２設定温度ｔ２以上の温度を有する循環流路４８の空気は、ケース２の内部空間に放出すると、ケース２内の空気を効果的に暖気し、燃料電池３、ファン５およびバッテリー８を効果的に暖めることができる。

【0065】

このため、燃料電池装置１は、コントローラー７が第２温度センサー５５の温度情報ｄ２を第２設定温度ｔ２以上であると判断した場合、燃料電池装置１は圧縮過程Ｔ５を終了して放出過程Ｔ６に移行する。コントローラー７が第２温度センサー５５の温度情報ｄ２を第２設定温度ｔ２より低いと判断した場合、さらに一定期間圧縮過程Ｔ５を続けて循環流路４８の空気を断熱圧縮して昇温する。その後、コントローラー７は、再び第２温度センサー５５に温度検知命令ｒ１を送信して温度情報ｄ２を取得し（ステップＳ７）、温度情報ｄ２を第２設定温度ｔ２以上であるかを判断する（ステップＳ８）。このように、コントローラー７が循環流路４８の空気の温度を第２設定温度ｔ２以上と判断するまで、この圧縮過程Ｔ５を続ける。

【0066】

図２および図７に示すように、放出過程Ｔ６で、コントローラー７は、先ず上流開閉機構３８および下流開閉機構４２に放出開閉情報ｒ６を送信する（ステップＳ９）。これにより、上流開閉機構３８および下流開閉機構４２は、空気路４で放出流路４９を形成する所定の開閉状態に切り替わり、放出流路４９が空気路４に形成される。

【0067】

図２および図７に示すように、圧縮過程Ｔ５によって第２設定温度ｔ２以上の温度になった放出流路４９の空気は、ブロワー２９が放出流路４９で駆動しているため、供給路２５の吸込口から流入したケース２内の空気と共に放出流路４９を流れる。このとき、放出流路４９の空気は、導入路３５には流れない。図２の二点鎖線矢印に示すように、放出流路４９の空気流れＦ３は、主流Ｆ４と分流Ｆ５とを含む。主流Ｆ４は、上流第１開閉機構３９、ブロワー２９、下流第３開閉機構４５、および放出路２７を通過して放出路２７の吐出口から放出される。分流Ｆ５は、例えば、下流側バルブ３２で主流から分かれ、下流第２開閉機構４４、循環路２６、および上流第２開閉機構４１を通過し、上流側バルブ３１で再び主流Ｆ４に合流する。

【0068】

放出流路４９から放出された空気は、ケース２内で拡散され、かつケース２内の空気の温度を効果的に上昇する。図６（Ａ）に示すように、これにより、燃料電池３、排出路２８および導入路３５等に熱が伝わり易い。また、放出路２７は、下端を燃料電池３側に、具体的には燃料電池３の周囲に配置されているため、燃料電池３、およびその周辺の空気の温度が上昇し易い。図６（Ｂ）に示すように、放出流路４９の空気は、暖気した空気を放出し、供給路２５の吸込口からケース２内の空気が流入し続けるため、温度が低下する。

【0069】

図７に示すように、次に、コントローラー７は、第３温度センサー５６に温度検知命令ｒ１を送信し、第３温度センサー５６は、ケース２内の空気の温度情報ｄ３を取得し、コントローラー７はこの温度情報ｄ３を取得する（ステップＳ１０）。次に、コントローラー７は、第３温度センサー５６の温度情報ｄ３が第３設定温度ｔ３以上であるかを判断する（ステップＳ１１）。第３設定温度ｔ３は、例えば第１設定温度ｔ１より高く、第２設定温度ｔ２より低い。第３設定温度ｔ３以上の温度を有するケース２内の空気は、ファン５によって燃料電池３の周囲に沿って流動させられると、燃料電池３に効果的に熱を与えることができる。

【0070】

このため、コントローラー７が第３温度センサー５６の温度情報ｄ３を第３設定温度ｔ３以上であると判断した場合、コントローラー７は、ファン５に駆動命令ｒ２を送信する（ステップＳ１２）。これにより、ファン５は、燃料電池３に風を送って燃料電池３に熱を与える。コントローラー７が第３温度センサー５６の温度情報ｄ３を第３設定温度ｔ３より低いと判断した場合、燃料電池装置１は、放出過程Ｔ６を終了して次の暖気サイクルＴ４に移行し、同様に圧縮過程Ｔ５および放出過程Ｔ６を行う。このように、コントローラー７がケース２内の空気の温度を第３設定温度ｔ３以上と判断するまで、この暖気サイクルＴ４を繰り返す。

【0071】

ファン５に駆動命令ｒ２を送信した所定期間の経過後、コントローラー７は、第１温度センサー５４に温度検知命令ｒ１を送信し、第１温度センサー５４は、燃料電池３の温度情報ｄ１を取得し、コントローラー７にこの温度情報ｄ１を送信する（ステップＳ１３）。次に、コントローラー７は、第１温度センサー５４の温度情報ｄ１が第４設定温度ｔ４より高いか判断する（ステップＳ１４）。図６（Ａ）に示すように、第４設定温度ｔ４は、例えば第１設定温度ｔ１と同じであり、第１設定温度ｔ１より高くてもよい。燃料電池３の温度が第４設定温度ｔ４より高い場合、排出路２８や導入路３５等の空気路４および燃料電池３の空気室１８に残存する水が液体であることが予測できる。また、燃料電池３の温度が第４設定温度ｔ４より高い場合、燃料電池３が暖機され、かつ空気路４とケース２内の空気が暖まっていることが予測できる。

【0072】

このため、コントローラー７が第１温度センサー５４の温度情報ｄ１を第４設定温度ｔ４より高いと判断した場合、燃料電池装置１は、暖気過程Ｔ２を終了して発電過程Ｔ３に移行する。コントローラー７が第１温度センサー５４の温度情報ｄ１を第４設定温度ｔ４以下であると判断した場合、燃料電池装置１は、放出過程Ｔ６を終了して次の暖気サイクルＴ４に移行し、同様に圧縮過程Ｔ５および放出過程Ｔ６を行う。

【0073】

図８は、本発明に係る実施形態のコントローラーの発電過程の動作を示すフローチャートである。

【0074】

図２および図８に示すように、発電過程Ｔ３で、先ずコントローラー７は、上流開閉機構３８および下流開閉機構４２に供給開閉情報ｒ７を送信する（ステップＳ１５）。これにより、上流開閉機構３８および下流開閉機構４２は、空気路４で供給流路５１を形成する所定の開閉状態に切り替わり、供給流路５１が空気路４に形成される。この場合、コントローラー７は、例えば、先ず供給開閉情報ｒ７を上流開閉機構３８に送信し、上流開閉機構３８が所定の開閉状態に切り替わった後、下流開閉機構４２に供給開閉情報ｒ７を送信し、下流開閉機構４２が所定の開閉状態に切り替わることが好ましい。

【0075】

供給流路５１の空気は、ブロワー２９が供給流路５１で駆動しているため、供給路２５の吸込口から流入したケース２内の空気と共に供給流路５１を流れる。このとき、供給流路５１の空気は、例えば循環路２６および放出路２７には流れない。図２の破線矢印で示すように、供給流路５１の空気流れＦ６は、上流第１開閉機構３９、ブロワー２９、下流第１開閉機構４３、および導入路３５を通過する。また、供給流路５１の空気流れＦ６は、循環路２６の上端および放出路２７の上端に入り込まずに流れるため、損失が少ない。さらに、供給流路５１の空気は、空気室１８および排出路２８を流れる。このとき、供給流路５１の空気は、供給流路５１、空気室１８、および排出路２８に残存する水を下流側に向かって押し、水は下流側に流れていく。空気室１８に流れ込んだ水は、セパレーター１３を通過してもガス拡散層１５および電極膜１４を傷つけない。このように、空気室１８には、供給流路５１からケース２内の空気が供給され続ける。この供給流路５１の空気の温度は、例えば、第４設定温度ｔ４より高い。

【0076】

次に、コントローラー７は、水素路に水素の流通を開始させる（ステップＳ１６）。これにより、水素室１９に水素が供給され、水素室１９の水素と空気室１８の酸素との酸化還元反応が始まり、燃料電池３は発電を開始する。コントローラー７は、例えば、運転手によるエンジン停止などの操作により、温度センサー６、ファン５、ブロワー２９、上流側バルブ３１、下流側バルブ３２等への通電を停止し、水素路に水素の流通を停止させる。これにより、燃料電池装置１は、発電過程Ｔ３が終了する。

【0077】

図１に示すように、放出路２７と下流第３開閉機構４５は、例えば、設けられなくてもよい。この場合、燃料電池装置１は、循環流路４８が形成された空気路４からの伝熱によって暖機され、または、リリーフバルブ３３から排出される空気がケース２内の空気を暖気する。また、放出路２７および下流第３開閉機構４５が設けられない場合、燃料電池装置１は、循環流路４８から伝熱させた冷媒を用いて燃料電池３を暖機させてもよく、循環路２６を燃料電池３の周囲に配置することにより燃料電池３を直接暖機してもよい。

【0078】

燃料電池３以外の空気路４、水素路、ファン５などの他の構成は、その一部がケース２に覆われておらず、外部に露出していてもよい。リリーフバルブ３３は、循環路２６に設けられているが、供給路２５の上流第１開閉機構３９の下流側かつ下流第１開閉機構４３の上流側に設けられていてもよい。

【0079】

第１温度センサー５４は、燃料電池３の温度を検知するが、これに限らない。第１温度センサー５４は、例えば、ケース２内の他の構成、好ましくは、燃料電池３の近傍の他の構成の温度を検知してもよく、これらの周辺の空気の温度を検知してもよい。第２温度センサー５５は、循環路２６の空気の温度を検知するが、これに限らない。第２温度センサー５５は、例えば、供給路２５の、詳細には、ブロワー２９の上流側の空気の温度を検知してもよく、循環路２６または供給路２５の温度を検知してもよい。

【0080】

本実施形態に係る燃料電池装置１は、燃料電池３の空気室１８に接続される供給路２５と、供給路２５に設けられて供給路２５内の空気を圧縮して燃料電池３に送り込むブロワー２９と、供給路２５のブロワー２９より下流側かつブロワー２９より上流側とを接続する循環路２６と、供給路２５のブロワー２９より下流側、かつ供給路２５および循環路２６の接続部分より下流側に設けられて供給路２５における空気の流れを許可または遮断する下流第１開閉機構４３と、を備えている。このため、燃料電池装置１は、例えば始動後の暖機運転の際に、供給路２５および循環路２６で空気を循環させて断熱圧縮を繰り返す。そのため、燃料電池装置１は、空気の温度を効率的に上昇させて暖機できる。

【0081】

また、燃料電池装置１は、下流第１開閉機構４３を閉鎖した供給路２５および循環路２６で空気を断熱圧縮する。このため、燃料電池装置１は、燃料電池３の空気室１８に空気を流入させずに空気を昇温する。したがって、燃料電池３の温度が例えば氷点下である場合、空気路４および空気室１８の内壁面に付着する氷が、空気の循環によって剥離して空気室１８に吹き込むことを防いでいる。このように、燃料電池装置１は、暖機運転の際に空気室１８に対向するガス拡散層１５および電極膜１４が傷付くことを抑止できる。

【0082】

さらに、燃料電池装置１は、供給路２５のブロワー２９より下流側かつ下流第１開閉機構４３より上流側に接続されてケース２内に空気を放出する放出路２７と、放出路２７に設けられて放出路２７での空気の流れを許可または遮断する下流第３開閉機構４５と、を備えている。これにより、燃料電池装置１は、下流第３開閉機構４５を開放して放出路２７から昇温した空気をケース２内に放出する。このため、燃料電池装置１は、昇温した空気によって燃料電池３、下流側バルブ３２より下流の導入路３５や排出路２８等の空気路４、およびケース２内の空気を暖める。また、供給路２５は、ケース２内の空気を吸込んで空気の昇温と放出を繰り返して、段階的に空気を暖気できる。このように、燃料電池装置１は効果的に暖機できる。

【0083】

また、本実施形態に係る燃料電池装置１は、少なくとも三方向において選択的に開閉する下流側バルブ３２を備えている。下流第１開閉機構４３、下流第２開閉機構４４および下流第３開閉機構４５は、下流側バルブ３２に一体で設けられている。これにより、燃料電池装置１は、循環路２６の上端および放出路２７の上端にそれぞれ下流第２開閉機構４４および下流第３開閉機構４５を設けている。そのため、燃料電池装置１は、供給流路５１の空気流れＦ６および放出流路４９の空気流れＦ３の損失を低減できる。

【0084】

また、本実施形態に係る燃料電池装置１は、燃料電池３に対向して設けられて燃料電池３の周囲に沿って空気を流動させるファン５を備えている。放出路２７の下端は、燃料電池３側に配置されている。これにより、ファン５は、暖気された空気を燃料電池３の周囲に沿って流して、燃料電池３を効果的に暖機できる。

【0085】

さらに、本実施形態に係る燃料電池装置１は、ケース２内の少なくとも一部の温度を検知する第１温度センサー５４を備えている。第１温度センサー５４が検知した温度が第１設定温度ｔ１以下である場合、下流第１開閉機構４３および下流第３開閉機構４５を閉鎖し、かつ下流第２開閉機構４４を開放して循環路２６に空気を流し、第１温度センサー５４が検知した温度が第１設定温度ｔ１より高い場合、下流第３開閉機構４５を閉鎖し、かつ下流第１開閉機構４３を開放して燃料電池３に空気を流す。これにより、燃料電池装置１は、例えば、燃料電池３の暖機が必要な温度として第１設定温度ｔ１を設定する。第１温度センサー５４の検知温度が第１設定温度ｔ１以下である場合、燃料電池装置１は、供給路２５および循環路２６で空気を循環させて断熱圧縮を繰り返し、空気を暖気して燃料電池３を暖機できる。一方、第１温度センサー５４の検知温度が第１設定温度ｔ１より高い場合、燃料電池装置１は、供給路２５から燃料電池３に空気を流して発電を開始できる。

【0086】

さらにまた、本実施形態に係る燃料電池装置１によれば、第１温度センサー５４は、燃料電池３の温度を検知する。これにより、燃料電池３の暖気が必要な温度として第１設定温度ｔ１を的確に設定できる。

【0087】

さらにまた、本実施形態に係る燃料電池装置１は、供給路２５および循環路２６の少なくともいずれかの空気の温度を検知する第２温度センサー５５を備えている。第１温度センサー５４が検知した温度が第１設定温度ｔ１以下であり、かつ第２温度センサー５５が検知した温度が高い第２設定温度ｔ２以上である場合、下流第１開閉機構４３を閉鎖し、かつ下流第３開閉機構４５を開放する。第２設定温度ｔ２は、第１設定温度ｔ１より高い。これにより、燃料電池装置１は、例えば、昇温した空気を放出路２７から放出した場合に、効果的に燃料電池３を暖機できる温度として第２設定温度ｔ２を設定する。第１温度センサー５４の検知温度が第１設定温度ｔ１以下であり、かつ第２温度センサー５５の検知温度が第２設定温度ｔ２以上である場合、燃料電池装置１は、昇温した空気を放出路２７から放出して燃料電池３を効果的に暖機できる。

【0088】

したがって、本実施形態に係る燃料電池装置１によれば、信頼性の高い暖機ができる。

【符号の説明】

【0089】

１・・・燃料電池装置、２・・・ケース、３・・・燃料電池、４・・・空気路、５・・・ファン、６・・・温度センサー、７・・・コントローラー、１１・・・貫通孔、１３・・・セパレーター、１４・・・電極膜、１５、１６・・・ガス拡散層、１７・・・マニホールドプレート、１８・・・空気室、１９・・・水素室、２１・・・吐出面、２２・・・吸込面、２５・・・供給路、２６・・・循環路、２７・・・放出路、２８・・・排出路、２９・・・供給路、２９・・・ブロワー、３１・・・上流側バルブ、３２・・・下流側バルブ、３３・・・リリーフバルブ、３４・・・圧縮路、３５・・・導入路、３６ａ～３６ｃ・・・ポート、３７ａ～３７ｄ・・・ポート、３８・・・上流開閉機構、３９・・・上流第１開閉機構、４１・・・上流第２開閉機構、４２・・・下流開閉機構、４３・・・下流第１開閉機構、４４・・・下流第２開閉機構、４５・・・下流第３開閉機構、４７・・・始動流路、４８・・・循環流路、４９・・・放出流路、５１・・・供給流路、５４・・・第１温度センサー、５５・・・第２温度センサー、５６・・・第３温度センサー、ｄ１～ｄ３・・・温度情報、Ｆ４・・・主流、Ｆ５・・・分流、Ｌｉ・・・リチウム、ｒ１・・・温度検知命令、ｒ２、ｒ３・・・駆動命令、ｒ４・・・始動開閉情報、ｒ５・・・循環開閉情報、ｒ６・・・放出開閉情報、ｒ７・・・供給開閉情報、Ｓ１～Ｓ１６・・・ステップ、ｔ１・・・第１設定温度、ｔ２・・・第２設定温度、ｔ３・・・第３設定温度、ｔ４・・・第４設定温度、Ｔ１・・・始動過程、Ｔ２・・・暖気過程、Ｔ３・・・発電過程、Ｔ４・・・暖気サイクル、Ｔ５・・・圧縮過程、Ｔ６・・・放出過程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】