(57)【要約】【課題】高効率かつ簡素な燃料電池システムを構築することができる技術を提供する。【解決手段】燃料電池８に供給される燃料の圧力を任意に制御可能な圧力調節器１と、燃料電池８の出口に接続された第１逆止弁２と、燃料電池８の入口に接続された第２逆止弁３と、第１逆止弁２と第２逆止弁３の間に設けられた循環経路１０，１１とから構成される。燃料電池８に供給される燃料の圧力を圧力調整器１により上昇させ、燃料電池８から排出された燃料を、第１逆止弁２経由で燃料電池８の下流に位置する循環経路１０，１１に貯蔵し、燃料電池８への燃料の供給を圧力調節器１により停止又は減少し、循環経路１０，１１に貯蔵された燃料を、第２逆止弁３経由で燃料電池８に循環させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に供給される前記燃料の圧力を任意に制御可能な圧力調節器と、
前記燃料電池の出口に接続された第１逆止弁と、
前記燃料電池の入口に接続された第２逆止弁と、
前記第１逆止弁と前記第２逆止弁との間に設けられた循環経路とを有し、
前記燃料電池に供給される前記燃料の圧力を前記圧力調整器により上昇させ、前記燃料電池から排出された燃料を、前記第１逆止弁経由で前記循環経路に貯蔵し、前記燃料電池への前記燃料の供給を前記圧力調節器により停止又は減少し、前記循環経路に貯蔵された燃料を、前記第２逆止弁経由で前記燃料電池に循環させるように構成されてい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において、
前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を任意に制御可能な第２圧力調節器と、
前記燃料電池の第２出口に接続された第３逆止弁と、
前記燃料電池の第２入口に接続された第４逆止弁と、
前記第３逆止弁と前記第４逆止弁との間に設けられた第２循環経路とをさらに有し、
前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を前記第２圧力調整器により上昇させ、前記燃料電池から排出された酸化剤を、前記第３逆止弁経由で前記第２循環経路に貯蔵し、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記第２圧力調節器により停止又は減少し、前記第２循環経路に貯蔵された酸化剤を、前記第４逆止弁経由で前記燃料電池に循環させるように構成されてい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において、
前記燃料電池の入口の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に基づいて前記圧力調節器を制御する制御装置とをさらに有し、
前記制御装置は、前記燃料電池に供給される前記燃料の圧力を前記圧力調整器により上昇させ、前記燃料電池から排出された燃料を、前記第１逆止弁経由で前記循環経路に貯蔵し、前記燃料電池への前記燃料の供給を前記圧力調節器により停止又は減少し、前記循環経路に貯蔵された燃料を、前記第２逆止弁経由で前記燃料電池に循環させるように機能することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の入口の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に基づいて前記圧力調節器を制御する制御装置とをさらに有し、
前記制御装置は、前記燃料電池に供給される前記燃料の圧力を前記圧力調整器により上昇させ、前記圧力センサで検出された前記燃料電池の入口の圧力が上限値に達した時に、前記燃料電池への前記燃料の供給を前記圧力調節器により停止又は減少し、前記圧力センサで検出された前記燃料電池の入口の圧力が下限値に達した時に、前記燃料電池への前記燃料の供給を前記圧力調節器により再開させるように機能することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の第２入口の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記第２圧力センサの検出結果に基づいて前記第２圧力調節器を制御する第２制御装置とをさらに有し、
前記第２制御装置は、前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を前記第２圧力調整器により上昇させ、前記燃料電池から排出された酸化剤を、前記第３逆止弁経由で前記第２循環経路に貯蔵し、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記第２圧力調節器により停止又は減少し、前記第２循環経路に貯蔵された酸化剤を、前記第４逆止弁経由で前記燃料電池に循環させるように機能することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の第２入口の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記第２圧力センサの検出結果に基づいて前記第２圧力調節器を制御する第２制御装置とをさらに有し、
前記第２制御装置は、前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を前記第２圧力調整器により上昇させ、前記第２圧力センサで検出された前記燃料電池の第２入口の圧力が上限値に達した時に、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記第２圧力調節器により停止又は減少し、前記第２圧力センサで検出された前記燃料電池の第２入口の圧力が下限値に達した時に、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記第２圧力調節器により再開させるように機能することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を任意に制御可能な圧力調節器と、
前記燃料電池の出口に接続された第１逆止弁と、
前記燃料電池の入口に接続された第２逆止弁と、
前記第１逆止弁と前記第２逆止弁との間に設けられた循環経路とを有し、
前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を前記圧力調整器により上昇させ、前記燃料電池から排出された酸化剤を、前記第１逆止弁経由で前記循環経路に貯蔵し、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記圧力調節器により停止又は減少し、前記循環経路に貯蔵された酸化剤を、前記第２逆止弁経由で前記燃料電池に循環させるように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の入口の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に基づいて前記圧力調節器を制御する制御装置とをさらに有し、
前記制御装置は、前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を前記圧力調整器により上昇させ、前記燃料電池から排出された酸化剤を、前記第１逆止弁経由で前記循環経路に貯蔵し、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記圧力調節器により停止又は減少し、前記循環経路に貯蔵された酸化剤を、前記第２逆止弁経由で前記燃料電池に循環させるように機能することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の入口の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に基づいて前記圧力調節器を制御する制御装置とをさらに有し、
前記制御装置は、前記燃料電池に供給される前記酸化剤の圧力を前記圧力調整器により上昇させ、前記圧力センサで検出された前記燃料電池の入口の圧力が上限値に達した時に、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記圧力調節器により停止又は減少し、前記圧力センサで検出された前記燃料電池の入口の圧力が下限値に達した時に、前記燃料電池への前記酸化剤の供給を前記圧力調節器により再開させるように機能す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、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池の出口から排出される未反応分の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池の入口に再供給、つまりガスを循環させる循環式燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素から水を生成する電気化学反応を利用したエネルギー変換デバイスである。燃料電池から電気を取り出すために水素と酸素（空気）がそれぞれ供給されるが、一般的に、水素および酸素は燃料電池が消費する量よりも過剰に供給されている。これは、燃料電池反応により生成される水の除去、供給ガス量不足による燃料電池の損傷ならびに電力の出力低下を防止するためである。しかしながら、未反応分のガスをそのまま系外に排気してしまうと、その排気分のガスが持つエネルギーを有効に活用できなくなってしまう。そのため、燃料電池システムのエネルギー効率は低下してしまう。未反応分のガスのエネルギーを有効に活用するために、ポンプやエジェクタなどを用いて燃料電池出口から排出されるガスを燃料電池入口に再供給する、つまりガスを循環させる循環式燃料電池システムが多数考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０９５５２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１７８７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ポンプを用いて循環を行う場合、ガスを循環するためにポンプ自体が燃料電池の発電電力の一部を消費してしまうため、システムとしての効率は低下してしまう。また、ポンプは可動部を有するため、振動ならびに騒音の発生源となる。従来の熱機関による発電装置と比較した場合の燃料電池の利点として、高効率、静寂、可動部を有しない、等が挙げられるが、ポンプを燃料電池システムのコンポーネントの一つとして採用することは、燃料電池の利点を定性的に相殺することになってしまう。
【０００５】
エジェクタは、電力を消費することなくガスを循環することが可能であるが、主な短所として動作範囲が比較的狭いことが挙げられる。可動ニードルを具備することにより広範囲で動作可能なエジェクタや、複数個のエジェクタを用いることでシステムとしての動作範囲を拡大する方式などが提案されている（例えば、特許文献１〜２等）。しかし、これらの方法は、エジェクタ本来の狭範囲の特性を制御やシステム構成でカバーしているものであるため、制御やシステムが複雑化してしまう。
【０００６】
以上のように、高効率かつ簡素な燃料電池システムを構築するには、従来とは異なる循環システムが望まれる。
【０００７】
そこで、本発明の１つの目的は、高効率かつ簡素な燃料電池システムを構築することができる技術を提供することにある。本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明による燃料電池システムは、燃料電池に供給される燃料の圧力を任意に制御可能な圧力調節器と、燃料電池の出口に接続された第１逆止弁と、燃料電池の入口に接続された第２逆止弁と、第１逆止弁と第２逆止弁の間に設けられた循環経路とから構成されるものである。そして、燃料電池に供給される燃料の圧力を圧力調整器により上昇させ、燃料電池から排出された燃料を、第１逆止弁経由で燃料電池の下流に位置する循環経路に貯蔵し、燃料電池への燃料の供給を圧力調節器により停止又は減少し、循環経路に貯蔵された燃料を、第２逆止弁経由で燃料電池に循環させる。
【０００９】
また同様に、本発明による他の燃料電池システムは、燃料電池に供給される酸化剤の圧力を任意に制御可能な圧力調節器と、燃料電池の出口に接続された第１逆止弁と、燃料電池の入口に接続された第２逆止弁と、第１逆止弁と第２逆止弁の間に設けられた循環経路とから構成されるものである。そして、燃料電池に供給される酸化剤の圧力を圧力調整器により上昇させ、燃料電池から排出された酸化剤を、第１逆止弁経由で燃料電池の下流に位置する循環経路に貯蔵し、燃料電池への酸化剤の供給を圧力調節器により停止又は減少し、循環経路に貯蔵された酸化剤を、第２逆止弁経由で燃料電池に循環させる。
【００１０】
同様に、燃料極（水素極）と酸化剤極（酸素極）の両方を、それぞれ前記の手段で同時に循環させることも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ポンプやエジェクタを用いることなくガスを循環させることが可能となるため、高効率かつ簡素な燃料電池システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態による燃料電池システムの構成例を示す図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムにおいて、圧力調整器への制御信号、燃料電池の圧力、第１逆止弁の流量、及び第２逆止弁の流量の時間的変化を示す図である。
【図３】図２の期間Iにおけるガスの流れを示す図である。
【図４】図２の期間IIにおけるガスの流れを示す図である。
【図５】図１に示した燃料電池システムにおいて、期間IIにて圧力が任意の速度で低下するよう制御を行った際における、圧力調整器への制御信号、燃料電池の圧力、第１逆止弁の流量、及び第２逆止弁の流量の時間的変化を示す図である。
【図６】図５の期間IIにおけるガスの流れを示す図である。
【図７】図１に示した燃料電池システムにおいて、期間IIにて制御信号をある一定以上の圧力低下速度で急速に低下させるように制御を行った際における、圧力調整器への制御信号、燃料電池の圧力、第１逆止弁の流量、及び第２逆止弁の流量の時間的変化を示す図である。
【図８】図７にて期間IIから期間Iへと移行する際に制御信号が不連続となることで、期間Iが常にある任意の初期値から制御信号が増大してゆくよう制御を行う場合の例を示す図である。
【図９】図７にて制御信号が常に連続的に変化するよう制御を行う場合の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態による燃料電池システムの構成例を示す図である。まず、図１により、本実施の形態による燃料電池システムの構成の一例を説明する。
【００１５】
なお、本実施の形態において、燃料電池は、水素、メタンガスなどの燃料が供給される水素極と、酸素、空気などの酸化剤が供給される酸素極とから構成されるが、図１では水素極側のみについて示している。したがって、酸素極側にも、図１と同様な構成をとることが可能である。その場合、水素の代わりに酸素又は空気が供給される。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態による燃料電池システムは、例えば、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池８と、燃料ガスが貯蔵される水素ボンベ７と、水素ボンベ７の高圧水素を減圧して燃料電池８に供給する圧力調整器１と、燃料電池８の入口（燃料電池入口６）の圧力を検出する圧力センサ５と、圧力センサ５の検出結果に基づいて圧力調節器１を制御する制御装置９と、燃料電池８の出口（燃料電池出口１２）から排出されるガス（未反応分の燃料ガス）が通過する第１逆止弁２と、燃料電池出口１２から排出されたガスが燃料電池入口６へ循環されるための循環経路１０および循環経路１１と、燃料電池出口１２から排出されたガスと水分を分離するための気液分離器４と、循環経路１１を経由したガスが通過する第２逆止弁３などから構成されている。ここで循環経路１０と循環経路１１は、ある内容積を有する配管である。
【００１７】
圧力調整器１は水素ボンベ７と燃料電池入口６との間に接続され、圧力センサ５は燃料電池入口６に接続され、第１逆止弁２は燃料電池出口１２と循環経路１０との間に接続され、気液分離器４は循環経路１０と循環経路１１との間に接続され、第２逆止弁３は循環経路１１と燃料電池入口６との間に接続されている。また、第１逆止弁２は、逆流防止用の弁であり、燃料電池出口１２から循環経路１０方向へのみガスが流れるようになっている。また、第２逆止弁３も同様に、逆流防止用の弁であり、循環経路１１から燃料電池入口６方向へのみガスが流れるようになっている。なお、図１では、燃料用のガスとして水素の例を説明したが、水素ボンベ７の代わりに、メタンガスなどの他の燃料ガスボンベを用いてもよい。
【００１８】
図２に、図１の燃料電池システムの動作時における制御装置９から出力される圧力調節器１用の制御信号、燃料電池圧力、第１逆止弁２を通過するガスの流量、第２逆止弁３を通過するガスの流量の時間的変化をそれぞれ示す。なお図２において、燃料電池圧力は、圧力センサ５で検出される燃料電池８の入口における圧力であるが、燃料電池内の燃料ガスの圧力とほぼ等しい。
【００１９】
図２に示すように、本実施の形態による燃料電池システムが動作して燃料電池８が発電している時は、期間Iと期間IIが交互に繰り返される。図３に期間Iにおけるガスの流れ方を示し、図４に期間IIにおけるガスの流れ方を示す。
【００２０】
期間Iにおいて、制御装置９から圧力調整器１へ出力される制御信号が直線的に増加することにより、圧力調整器１の働きにより燃料電池の圧力も直線的に増加する。このとき図３に示すように、ガスの流れ方は、圧力調節器１→燃料電池入口６→燃料電池８→燃料電池出口１２→第１逆止弁２→循環経路１０→気液分離器４→循環経路１１、となる。図２に示すように、燃料電池８の圧力は直線的に増加するように制御されるため、燃料電池８におけるガス消費量が一定であれば、第１逆止弁２に流れるガス流量は一定となる。循環経路１１における圧力は、燃料電池８や第１逆止弁２や気液分離器４や配管の圧力損失分だけ燃料電池入口６の圧力よりも低いため、第２逆止弁３は閉の状態となる。その結果、ガスは第２逆止弁３を流れない。圧力調整器１の働きにより燃料電池８の圧力が上昇していき、圧力センサ５により検知される燃料電池圧力が、あらかじめ設定された上限圧力に到達すると、制御装置９は制御信号の出力を停止する（もしくは出力信号を十分に低くする）。
【００２１】
制御装置９からの制御信号の出力が停止されると圧力調節器１を経由したガス供給は止まるが、燃料電池８はガスを消費し続けるため、燃料電池８の圧力は循環経路１０や循環経路１１に対して負圧となる。その場合、燃料電池システムにおけるガスの流れ方は図４（図２における期間II）のように変化する。循環経路１０と循環経路１１は内容積を有しているため、期間IIの間は、循環経路１０と循環経路１１に蓄えられたガスが、循環経路１０→気液分離器４→循環経路１１→第２逆止弁３→燃料電池入口６→燃料電池８、の順に流れることになる。このとき、燃料電池８におけるガス消費量が一定であれば、第２逆止弁３に流れるガス流量は一定となる。燃料電池出口１２における圧力は、気液分離器４や第２逆止弁３や燃料電池８や配管の圧力損失分だけ循環経路１０の圧力よりも低いため、第１逆止弁２は閉の状態となる。その結果、ガスは第１逆止弁２を流れない。そして、圧力調節器１を経由したガス供給が止まっているため、燃料電池８の圧力が低下していき、圧力センサ５により検知される燃料電池圧力が、あらかじめ設定した下限圧力に到達すると、制御装置９は制御信号の出力を再開する。再開時の制御信号出力は、圧力調節器１を経由するガスの圧力が、下限圧力に相当するように設定されることで、過大なガス流は防止される。
【００２２】
期間Iにおいて循環経路１０と循環経路１１に蓄えられていたガスは燃料電池８から排気されたガスに相当し、期間IIにおいてはそのガスが再び燃料電池に供給されるため、期間Iと期間IIを通じてガスは循環されたことになる。また図３と図４からも分かるように、ガスの流れは一方通行であり、循環されるガスに含まれる水は気液分離器４にて除去される。
【００２３】
燃料電池圧力の上昇／下降速度、逆止弁に流れるガス流量、循環経路の内容積には相関がある（燃料電池入口６と燃料電池出口１２の配管内容積は十分小さいものとする）。具体的には、期間Iにおいて、燃料電池８のガス消費量が一定の場合、燃料電池圧力の上昇速度が速ければ速いほど、また循環経路１０と循環経路１１の内容積が大きければ大きいほど、第１逆止弁２のガス流量は大きくなる。期間IIにおいては、第２逆止弁３のガス流量は燃料電池８のガス消費量と同一であり、循環経路１０と循環経路１１の内容積が大きければ大きいほど、燃料電池圧力の低下速度は遅くなる。
【００２４】
燃料電池内に堆積する生成水を除去するには、ガスの流速を高くすることが有効であるが、期間Iにおいては、燃料電池圧力の上昇速度を速くすることで効果的に水を除去することが出来る。期間IIにおいては、実質的に燃料電池出口１２からガスが排気されないデッドエンドモードと等価であるため、水の除去は行われない。つまり、燃料電池内の水分除去は期間Iの間のみ行われる。
【００２５】
期間Iの長さは、燃料電池８のガス消費量と、循環経路１０，１１の内容積と、燃料電池圧力の上昇速度により決定されるので、燃料電池８のガス消費量、燃料電池圧力の上下限値が一定の場合、燃料電池圧力の上昇速度をコントロールすることにより、期間Iの長さを調節することが可能である。その一方で、期間IIの長さは、燃料電池８のガス消費量と循環経路１０，１１の内容積により決定されるので、積極的にコントロールすることはできない。よって、期間Iと期間IIのデューティー比を調節する必要がある場合には、期間Iにおける燃料電池圧力の上昇速度をコントロールすることになる。また、燃料電池圧力の上下限値の幅を調節することにより、期間Iと期間IIの周期を制御することも可能である。これらの制御は、制御装置９により行われる。すなわち、制御装置９において、圧力センサ５で検出された燃料電池圧力に基づいて、圧力調整器１への制御信号出力を変化させる。
【００２６】
以上では期間IIの動作について、制御装置９からの制御信号の出力を完全に停止する場合について述べたが、制御装置９からの制御信号の出力を時間と共に低下させた場合についても動作可能である。図５に、期間IIにおいて、制御装置９からの制御信号を直線的に低下させた場合における、制御装置９から出力される圧力調節器１用の制御信号、燃料電池圧力、圧力調節器１を介したガスの流量（圧力調節器流量）、第１逆止弁２を通過するガスの流量（第１逆止弁流量）、第２逆止弁３を通過するガスの流量（第２逆止弁流量）の時間的変化をそれぞれ示す。また、このときの期間IIにおけるガスの流れ方を図６に示す。循環経路１０、１１を介したガスの流れは図４の場合と同様であるが、圧力調節器１を介したガス供給が継続されている点が異なる。燃料電池の圧力は制御装置９と圧力調節器１により任意の速度（勾配）で圧力が低下するようガスが供給される。この時、圧力調節器１を介したガス供給量は燃料電池８が消費するガス量よりも少なく、燃料電池は循環経路１０と循環経路１１に蓄えられたガスを消費することで燃料電池の圧力は低下してゆく。ただし、図４の場合と比べて圧力調節器１を介したガス供給が存在する分、図５に示すように圧力低下の勾配は緩やかである。圧力が低下し、圧力センサ５により検知される燃料電池圧力が、あらかじめ設定した下限圧力に到達すると、制御装置９は制御信号の出力を増大させる方向へと動作し、期間Iへと移行する。
【００２７】
ある発電量（ガス消費量）において、期間IIにおける圧力低下の速度（勾配）を遅く（なだらかに）すればするほど圧力調節器１を介した流量は多く、圧力低下の速度（勾配）を速く（急峻に）すればするほど圧力調節器１を介した流量は少なくなる。圧力の低下速度の最大値は燃料電池が消費するガス量により決定される、つまり、ある発電量において、ある一定以上の圧力低下速度にはならない。図７に期間IIにおいて制御信号をある一定以上の圧力低下速度で急速に低下させるように制御を行った場合の動作波形を示す。圧力調節器１は急速に圧力が低下するよう制御装置９から信号を受け、流量を絞るよう動作を行う。制御装置９から受ける制御信号は燃料電池のガス消費による圧力低下勾配よりも急瞬なため、圧力調節器１はガス供給を完全に遮断する。その結果、燃料電池の圧力の低下速度はガス消費のみによって決定される（図３の場合と同様）。この場合におけるガスの流れは図４の場合と同じである。そして、圧力が低下し、圧力センサ５により検知される燃料電池圧力が、あらかじめ設定した下限圧力に到達すると、制御装置９は制御信号の出力を増大させる方向へと動作し、期間Iへと移行する。
【００２８】
図７で説明したような期間IIにおいて制御信号をある一定以上の速度で低下させる場合の制御信号の波形としては図８と図９のような２通りが考えられる。これらの図では簡単のため、燃料電池圧力と制御信号が対応するようスケールを調整して同じグラフ内に描いている。図８は期間IIから期間Iへと移行する際に制御信号が不連続となることで、期間Iが常にある任意の初期値から制御信号が増大してゆくよう制御を行ったものである（図７と同様）。それに対して図９は制御信号が常に連続的に変化するよう制御されたものである。この場合、制御信号が増大しているにも関わらず燃料電池圧力が低下する期間IIIが存在する。これは、制御装置９から出力される制御信号が燃料電池圧力よりも低いため、結果として圧力調節器１は閉の状態となり、燃料電池８は循環経路１０と１１に蓄えられたガスを消費し続けることにより圧力が低下を続けている。そして制御信号が燃料電池の圧力を超えたときに圧力調節器を介したガス供給が再開され、期間Iへと移行する。
【００２９】
以上、簡単のため、期間Iにおいて制御信号は直線的増加であるとして説明を行ってきたが、直線的増加でない制御を行っても本発明の燃料電池システムは動作可能である。ただし、その場合は期間Iにおける第１逆止弁２の流量は一定ではなくなる。
【００３０】
また、図５と図６では期間IIにおいて制御信号は直線的低下であるとして説明を行ったが、直線的低下でない制御を行っても本発明の燃料電池システムは動作可能である。ただし、その場合は期間IIにおける圧力調節器流量ならびに第２逆止弁３の流量は一定ではなくなる。
【００３１】
また、本実施の形態では、燃料電池の水素極側について説明を行ってきたが、空気や酸素等の酸化剤が供給される酸素極側に対しても同様の原理で構成して動作させることが可能である。
【００３２】
また、上記実施の形態では、圧力センサ５で検出された燃料電池圧力に基づいて、制御装置９が圧力調整器１への制御信号出力を変化させる、いわゆるフィードバック制御の構成例を示した。しかし、あらかじめ燃料電池システムの特性を評価し、その特性に基づいて制御信号の波形やタイミングを設定し、圧力調整器１への制御信号出力を変化させるようにしてもよい。この場合は、圧力センサ５が不要となる。
【００３３】
したがって、本実施の形態の燃料電池システムによれば、ポンプやエジェクタを用いることなくガスを循環させることが可能となるため、高効率かつ簡素な燃料電池システムを構築することができる。また、ポンプやエジェクタを用いないため、静寂・無振動である。また、可動部品を必要としないため（圧力調整器を除く）、信頼性が高い。また、消費電力が少なく、燃料電池の発電電力を最大限に活用できる（高エネルギー効率）。
【００３４】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、移動体用燃料電池システム、定置用燃料電池システムなど、ガスを循環させる必要性のある燃料電池システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１…圧力調整器、２…第１逆止弁、３…第２逆止弁、４…気液分離器、５…圧力センサ、６…燃料電池入口、７…水素ボンベ、８…燃料電池、９…制御装置、１０，１１…循環経路、１２…燃料電池出口。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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