(57)【要約】【課題】簡易な構成で、燃料電池の温度を調節す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】燃料電池２と、燃料電池２に空気Ａ１を供給する給気部６と、給気部６に接続される上流側供給ラインＬ１２と、上流側供給ラインＬ１２の下流側に接続される第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４と、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４の下流側に接続され燃料電池２に空気Ａ２３を供給する下流側供給ラインＬ１５と、を有する空気供給ラインＬ１と、第１空気分岐ラインＬ１３に設けられ、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する給気部６からの空気Ａ２１と熱交換媒体Ｇ３との間で熱交換を行う熱交換器４と、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する空気Ａ２１の量と第２空気分岐ラインＬ１４を流通する空気Ａ２２の量とを調整する流量調整部５と、を備える。【選択図】図１
2014086321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給する給気部と、
前記給気部と前記燃料電池とをつなぐ空気供給ラインであって、前記給気部に接続される上流側供給ラインと、前記上流側供給ラインの下流側に接続される第１分岐ライン及び第２分岐ラインと、前記第１分岐ライン及び前記第２分岐ラインの下流側に接続され前記燃料電池に空気を供給する下流側供給ラインと、を有する空気供給ラインと、
前記第１分岐ラインに設けられ、前記第１分岐ラインを流通する前記給気部からの空気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記第１分岐ライン及び前記第２分岐ラインの上流側に設けられ、前記第１分岐ラインを流通する空気の量と前記第２分岐ラインを流通する空気の量とを調整する流量調整部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池は、発電セルとセパレータとが交互に複数積層されて構成される燃料電池スタックを有しており、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池から排気されるオフガスの温度又は前記燃料電池スタックの内部の温度を検知する第１温度検知部と、
前記第１温度検知部により検知された前記燃料電池から排気されるオフガスの温度又は前記第１温度検知部により検知された前記燃料電池スタックの内部の温度に基づいて、前記流量調整部を制御する制御部と、を更に備える
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記流量調整部は、前記第１分岐ラインを流通させる空気と前記第２分岐ラインを流通させる空気との割合を変化させることが可能なダンパ部材を備える
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池と、
前記燃料電池から排気されたオフガスを排出する排出部と、
前記排出部と前記燃料電池とをつなぐ排ガスラインであって、前記燃料電池に接続される上流側ガスラインと、前記上流側ガスラインの下流側に接続される第１分岐ライン及び第２分岐ラインと、前記第１分岐ライン及び前記第２分岐ラインの下流側に接続され前記燃料電池からのオフガスを前記排出部に導出する下流側ガスラインと、を有する排ガスラインと、
前記第１分岐ラインに設けられ、前記第１分岐ラインを流通する前記燃料電池から排気されたオフガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記第１分岐ライン又は前記第２分岐ラインに設けられ、前記第１分岐ラインを流通するオフガスの量と前記第２分岐ラインを流通するオフガスの量とを調整する流量調整部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項５】
前記排出部から排出されるオフガスの温度又は前記排出部の内部の温度を検知する第２温度検知部と、
前記第２温度検知部により検知された前記排出部から排出されるオフガスの温度又は前記第２温度検知部により検知された前記排出部の内部の温度に基づいて、前記流量調整部を制御する制御部と、を更に備える
請求項４に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の温度を調節することができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとして、燃料電池スタックを有する燃料電池と、燃料電池スタックに空気を供給する給気部と、燃料電池スタックの温度を検知する温度検知部と、燃料電池スタックの温度が適正な温度範囲となるように空気の供給量を調整するように給気部を制御する制御部と、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）。
また、燃料電池システムとして、給気部以外にファンを設けることにより、給気部及びファンにより空気を供給して燃料電池スタックの温度を調節するように構成された燃料電池システムが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７９４１０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、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックに供給する空気の供給量を調整する制御が必要となり、制御が複雑となる。また、給気部以外にファンを設ける燃料電池システムにおいては、ファンを新たに設けたり、ファンから供給される空気の流量を計測する流量計等が必要となり、構成が複雑となる。
そのため、簡易な構成で、燃料電池の温度を調節することができる燃料電池システムが望まれている。
【０００５】
本発明は、簡易な構成で、燃料電池の温度を調節することができる燃料電池システム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】
【０００６】
本発明は、燃料電池と、前記燃料電池に空気を供給する給気部と、前記給気部と前記燃料電池とをつなぐ空気供給ラインであって、前記給気部に接続される上流側供給ラインと、前記上流側供給ラインの下流側に接続される第１分岐ライン及び第２分岐ラインと、前記第１分岐ライン及び前記第２分岐ラインの下流側に接続され前記燃料電池に空気を供給する下流側供給ラインと、を有する空気供給ラインと、前記第１分岐ラインに設けられ、前記第１分岐ラインを流通する前記給気部からの空気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記第１分岐ライン及び前記第２分岐ラインの上流側に設けられ、前記第１分岐ラインを流通する空気の量と前記第２分岐ラインを流通する空気の量とを調整する流量調整部と、を備える燃料電池システムに関する。
【０００７】
また、前記燃料電池は、発電セルとセパレータとが交互に複数積層されて構成される燃料電池スタックを有しており、前記燃料電池システムは、前記燃料電池から排気されるオフガスの温度又は前記燃料電池スタックの内部の温度を検知する第１温度検知部と、前記第１温度検知部により検知された前記燃料電池から排気されるオフガスの温度又は前記第１温度検知部により検知された前記燃料電池スタックの内部の温度に基づいて、前記流量調整部を制御する制御部と、を更に備えることが好ましい。
【０００８】
また、前記流量調整部は、前記第１分岐ラインを流通させる空気と前記第２分岐ラインを流通させる空気との割合を変化させることが可能なダンパ部材を備えることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池から排気されたオフガスを排出する排出部と、前記排出部と前記燃料電池とをつなぐ排ガスラインであって、前記燃料電池に接続される上流側ガスラインと、前記上流側ガスラインの下流側に接続される第１分岐ライン及び第２分岐ラインと、前記第１分岐ライン及び前記第２分岐ラインの下流側に接続され前記燃料電池からのオフガスを前記排出部に導出する下流側ガスラインと、を有する排ガスラインと、前記第１分岐ラインに設けられ、前記第１分岐ラインを流通する前記燃料電池から排気されたオフガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記第１分岐ライン又は前記第２分岐ラインに設けられ、前記第１分岐ラインを流通するオフガスの量と前記第２分岐ラインを流通するオフガスの量とを調整する流量調整部と、を備える燃料電池システムに関する。
【００１０】
また、前記排出部から排出されるオフガスの温度又は前記排出部の内部の温度を検知する第２温度検知部と、前記第２温度検知部により検知された前記排出部から排出されるオフガスの温度又は前記第２温度検知部により検知された前記排出部の内部の温度に基づいて、前記流量調整部を制御する制御部と、を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で、燃料電池の温度を調節することができる燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システム１を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態における流量調整部５Ａを示す図であって、（ａ）は円板状部材５４が中立位置に位置する場合を示す図であり、（ｂ）は円板状部材５４が第１空気分岐ライン側位置に位置する場合を示す図であり、（ｃ）は円板状部材５４が第２空気分岐ライン側位置に位置する場合を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態における燃料電池システム１Ａを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１を示す概略図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池２と、改質器３と、熱交換器としてのオフガス用熱交換器４と、流量調整部５と、給気部としてのファン６と、オフガス排出部８と、第１温度検知部としてのスタック温度センサ７と、制御部１０と、を備える。
【００１５】
また、燃料電池システム１は、空気供給ラインＬ１と、水供給ラインＬ２と、燃料ガス供給ラインＬ３と、改質ガス供給ラインＬ４と、オフガスラインＬ５と、を備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００１６】
空気供給ラインＬ１は、ファン６と燃料電池２とをつなぐラインである。ファン６は、燃料電池２に空気を供給する。ファン６は、後述する制御部１０と電気的に接続されており、制御部１０により、制御される。
【００１７】
空気供給ラインＬ１は、上流側においてファン６に接続されており、下流側において燃料電池２に接続されている。空気供給ラインＬ１には、ファン６の駆動により流入する（酸素を含む）空気Ａ１が流通する。
空気供給ラインＬ１は、燃料電池２に向けて空気Ａ１を供給する。
【００１８】
空気供給ラインＬ１は、上流側供給ラインＬ１２と、第１分岐ラインとしての第１空気分岐ラインＬ１３及び第２分岐ラインとしての第２空気分岐ラインＬ１４と、下流側供給ラインＬ１５と、を有する。
【００１９】
上流側供給ラインＬ１２には、空気Ａ１が流通する。上流側供給ラインＬ１２の上流側は、ファン６に接続されている。上流側供給ラインＬ１２の下流側には、後述する流量調整部５を介して、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４が接続されている。言い換えると、上流側供給ラインＬ１２は、流量調整部５において、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４に分岐されている。
【００２０】
第１空気分岐ラインＬ１３の途中には、後述するオフガス用熱交換器４が設けられている。第１空気分岐ラインＬ１３は、後述する流量調整部５により流量が調整された第１空気Ａ２１が流通されるラインである。第２空気分岐ラインＬ１４は、後述する流量調整部５により流量が調整された第２空気Ａ２２が流通されるラインである。
【００２１】
第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４の下流側は、合流部Ｊ１において合流する。合流部Ｊ１には、下流側供給ラインＬ１５が接続されている。下流側供給ラインＬ１５の下流側は、燃料電池２に接続されている。下流側供給ラインＬ１５は、燃料電池２に調整後空気Ａ２３を供給するラインである。
【００２２】
燃料ガス供給ラインＬ３は、上流側において燃料としての都市ガス等の燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）に接続されており、下流側において改質器３に接続されている。燃料ガス供給ラインＬ３には、燃料ガスＧ１が流通する。
【００２３】
改質ガス供給ラインＬ４は、上流側において改質器３に接続されており、下流側において燃料電池２に接続されている。改質ガス供給ラインＬ４には、改質器３において生成された水素や一酸化炭素、未反応のメタン、未利用の水蒸気などの改質ガスが流通する。
【００２４】
オフガスラインＬ５は、上流側において燃料電池２に接続されており、下流側においてオフガス排出部８に接続されている。また、オフガスラインＬ５は、中間部において、上流側から順に、改質器３及びオフガス用熱交換器４に接続されている。オフガスラインＬ５には、燃料電池２から排気されたオフガスＧ３が流通する。オフガス排出部８は、オフガスラインＬ５を流通されたオフガスＧ３を燃料電池システム１の外部へ排出する。なお、オフガス排出部８は、オフガスラインＬ５の下流側の端部により構成されていてもよい。
【００２５】
水供給ラインＬ２は、上流側において水Ｗ等の供給源（図示せず）に接続されており、下流側において改質器３に接続されている。水供給ラインＬ２には、水Ｗが流通する。
【００２６】
燃料電池２は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。燃料電池２は、発電セル（不図示）とセパレータ（不図示）とが交互に複数積層されて構成される燃料電池スタック２１を有している。
燃料電池スタック２１の温度は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣが効率よく発電するために、発電中において、７００℃〜１０００℃程度に保たれることが好ましい。
【００２７】
燃料電池２は、改質器３から改質ガス供給ラインＬ４を介して供給される改質ガス中の水素Ｇ２と、下流側供給ラインＬ１５から供給される調整後空気Ａ２３中の酸素と、を反応させることにより、発電を行う。燃料電池２において発電を行うときの温度である運転温度は、７００℃〜１０００℃と高温である。燃料電池２によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）を介してＤＣ／ＡＣコンバータ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。燃料電池２は、オフガスラインＬ５及びオフガス排出部８を介して、オフガスＧ３（アノードオフガス、カソードオフガス）を排気する。
【００２８】
改質器３には、燃料ガス供給ラインＬ３を介して燃料ガスＧ１が供給されると共に、水供給ラインＬ２を介して水Ｗが供給される。改質器３は、燃料ガスＧ１及び水Ｗから水素Ｇ２を生成する。改質器３によって生成された水素Ｇ２は、改質ガス供給ラインＬ４を介して燃料電池２へ供給される。
【００２９】
オフガス用熱交換器４は、第１空気分岐ラインＬ１３及びオフガスラインＬ５に設けられる。オフガス用熱交換器４は、第１空気分岐ラインＬ１３を流通するファン６からの第１空気Ａ２１と、熱交換媒体であるオフガスラインＬ５を流通するオフガスＧ３との間で熱交換を行う。これにより、第１空気Ａ２１は加熱され、オフガスＧ３は冷却される。
【００３０】
流量調整部５は、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４の上流側に設けられる。流量調整部５は、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する第１空気Ａ２１の量と第２空気分岐ラインＬ１４を流通する第２空気Ａ２２の量とを調整する。
具体的には、流量調整部５は、第１空気分岐ラインＬ１３を流通させる第１空気Ａ２１と第２空気分岐ラインＬ１４を流通させる第２空気Ａ２２との割合を変化させることが可能なダンパ部材５１を備える。
【００３１】
ダンパ部材５１は、板部材により構成され、上流側供給ラインＬ１２の下流側の端部５１ａを支点として回動して傾斜角度αが変更される。これにより、ダンパ部材５１は、第１空気分岐ラインＬ１３を流通させる第１空気Ａ２１と、第２空気分岐ラインＬ１４を流通させる第２空気Ａ２２との空気の量の配分を変更することができる。
ダンパ部材５１は、後述する制御部１０と電気的に接続されており、制御部１０により、ダンパ部材５１の端部５１ａを支点として回動されて傾斜角度αが調整される。
【００３２】
スタック温度センサ７は、燃料電池スタック２１の内部に配置されており、燃料電池スタック２１の内部の温度を検知する。スタック温度センサ７は、後述する制御部１０と電気的に接続されており、検出された燃料電池スタック２１の内部の温度は、制御部１０へ検知信号として送信される。
【００３３】
制御部１０は、燃料電池システム１における各部を制御する。
制御部１０は、スタック温度センサ７により検知された燃料電池スタック２１の内部の温度に基づいて、流量調整部５を制御する。具体的は、燃料電池システム１は、例えば、スタック温度センサ７により検知された燃料電池スタック２１の内部の温度に関連付けられたダンパ部材５１の傾斜角度αを記憶する記憶テーブルを有する不図示の記憶部を有する。
【００３４】
制御部１０は、スタック温度センサ７により検知された燃料電池スタック２１の内部の温度に基づいて、不図示の記憶部に記憶されるダンパ部材５１の角度情報を参照して、傾斜角度αを調整するようにダンパ部材５１を回動させる。
例えば、燃料電池システム１を継続して運転すると、燃料電池スタック２１の内部の温度が、運転初期の燃料電池スタック２１の内部の温度と比べて、上昇する場合がある。このような場合に、ダンパ部材５１を回動させることで、第１空気分岐ラインＬ１３を流通させる第１空気Ａ２１と第２空気分岐ラインＬ１４を流通させる第２空気Ａ２２との配分量を変更して、燃料電池２に供給される調整後空気Ａ２３の温度を下げることができる。
また、燃料電池システム１を継続して運転すると、燃料電池スタック２１の内部の温度が、低下する場合がある。このような場合に、ダンパ部材５１を回動させることで、第１空気分岐ラインＬ１３を流通させる第１空気Ａ２１と第２空気分岐ラインＬ１４を流通させる第２空気Ａ２２との配分量を変更して、燃料電池２に供給される調整後空気Ａ２３の温度を上昇させることができる。
【００３５】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、例えば、以下の効果が奏される。
本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃料電池２に空気Ａ１を供給する給気部６と、給気部６に接続される上流側供給ラインＬ１２と、上流側供給ラインＬ１２の下流側に接続される第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４と、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４の下流側に接続され燃料電池２に調整後空気Ａ２３を供給する下流側供給ラインＬ１５と、を有する空気供給ラインＬ１と、第１空気分岐ラインＬ１３に設けられ、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する給気部６からの第１空気Ａ２１と熱交換媒体（オフガス）Ｇ３との間で熱交換を行う熱交換器４と、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４の上流側に設けられ、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する第１空気Ａ２１の量と第２空気分岐ラインＬ１４を流通する第２空気Ａ２２の量とを調整する流量調整部５と、を備える。
そのため、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する第１空気Ａ２１の量と第２空気分岐ラインＬ１４を流通する第２空気Ａ２２の量とを流量調整部５により調整するだけの簡易な構成で、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する第１空気Ａ２１の量と第２空気分岐ラインＬ１４を流通する第２空気Ａ２２の量とを調整することができる。従って、燃料電池２に流入される調整後空気Ａ２３の温度を容易に調整して、燃料電池２の温度を容易に調節することができる。
【００３６】
また、本実施形態の燃料電池システム１においては、燃料電池スタック２１の内部の温度を検知するスタック温度センサ７と、スタック温度センサ７により検知された燃料電池スタック２１の内部の温度に基づいて、流量調整部５を制御する制御部１０と、を更に備える。そのため、燃料電池スタック２１の内部の温度に基づいて、燃料電池２の温度を精度よく調節することができる。
【００３７】
また、流量調整部５は、第１空気分岐ラインＬ１３を流通させる第１空気Ａ２１と第２空気分岐ラインＬ１４を流通させる第２空気Ａ２２との割合を変化させることが可能なダンパ部材５１を備える。そのため、ダンパ部材５１の傾斜角度αを調整するだけの簡易な構成で、燃料電池２に流入される調整後空気Ａ２３の温度を調整することができる。従って、燃料電池２の温度をより容易に調節することができる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
次に、図２により、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。
図２は、本発明の第２実施形態における流量調整部５Ａを示す図であって、（ａ）は円板状部材５４が中立位置に位置する場合を示す図であり、（ｂ）は円板状部材５４が第１空気分岐ライン側位置に位置する場合を示す図であり、（ｃ）は円板状部材５４が第２空気分岐ライン側位置に位置する場合を示す図である。
【００３９】
第２実施形態の燃料電池システム１は、図２に示すように、第１実施形態と比べて、流量調整部５Ａの構成が異なる。
第２実施形態の流量調整部５Ａは、図２（ａ）に示すように、所定の厚みを有する円板状部材５４を備える。円板状部材５４は、上流側供給ラインＬ１２を構成する管体と、第１空気分岐ラインＬ１３を構成する管体及び第２空気分岐ラインＬ１４を構成する管体との間に配置される。
【００４０】
円板状部材５４の厚み方向に視た大きさは、上流側供給ラインＬ１２を構成する管体の開口部を塞ぐ大きさに形成される。本実施形態においては、円板状部材５４の直径は、上流側供給ラインＬ１２を構成する管体の直径よりも大きい。
【００４１】
円板状部材５４は、円形状の第１孔部５５と、円形状の第２孔部５６を有する。第１孔部５５及び第２孔部５６は、円板状部材５４を貫通して形成され、円板状部材５４における周方向に離間して配置される。第１孔部５５の大きさは、第１空気分岐ラインＬ１３を構成する管体の開口部と略同じ大きさである。第２孔部５６の大きさは、第２空気分岐ラインＬ１４を構成する管体の開口部と略同じ大きさである。
【００４２】
円板状部材５４の外周側面には、円板状の回転駆動部５９が接続されている。回転駆動部５９が回転駆動することで、図２に示すように、円板状部材５４は、回転して、図２（ａ）に示す中立位置と図２（ｂ）に示す第１空気分岐ライン側位置との間、又は、図２（ａ）に示す中立位置と図２（ｃ）に示す第２空気分岐ライン側位置との間を任意の回転角度の位置に移動される。回転駆動部５９は、前述の制御部１０により制御される。
【００４３】
円板状部材５４が中立位置に位置する場合（図２（ａ）参照）には、第１空気分岐ラインＬ１３を構成する管体の開口部と第１孔部５５とは、略半分同士が連通している。また、第２空気分岐ラインＬ１４を構成する管体の開口部と第２孔部５６とは、略半分同士が連通している。つまり、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する第１空気Ａ２１の量及び第２空気分岐ラインＬ１４を流通する第２空気Ａ２２の量は略同じである。これにより、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する第１空気Ａ２１の量及び第２空気分岐ラインＬ１４を流通する第２空気Ａ２２は、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４を流通する空気の量が略同じ量の状態で、下流側供給ラインＬ１５で合流されて、調整後空気Ａ２３として、燃料電池２に供給される。
【００４４】
また、円板状部材５４が第１空気分岐ライン側位置に位置する場合（図２（ｂ）参照）には、第１空気分岐ラインＬ１３を構成する管体の開口部と第１孔部５５とは、略全体が連通している。また、第２空気分岐ラインＬ１４を構成する管体の開口部は、円板状部材５４に塞がれている。つまり、第１空気分岐ラインＬ１３のみを流通する空気が燃料電池２に供給される。
【００４５】
また、円板状部材５４が第２空気分岐ライン側位置に位置する場合（図２（ｃ）参照）には、第２空気分岐ラインＬ１４を構成する管体の開口部と第２孔部５６とは、略全体が連通している。また、第１空気分岐ラインＬ１３を構成する管体の開口部は、円板状部材５４に塞がれている。つまり、第２空気分岐ラインＬ１４のみを流通する空気が燃料電池２に供給される。
【００４６】
以上のように構成される円板状部材５４は、回転駆動部５９により回転角度を調整されることにより、第１空気分岐ラインＬ１３を流通する第１空気Ａ２１の量と第２空気分岐ラインＬ１４を流通する第２空気Ａ２２の量とを調整することができる。従って、第２実施形態によれば、燃料電池２に流入される調整後空気Ａ２３の温度を容易に調整して、燃料電池２の温度を容易に調節することができる。
【００４７】
＜第３実施形態＞
次に、図３により、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第３実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。
図３は、本発明の第３実施形態における燃料電池システム１Ａを示す概略図である。
【００４８】
第３実施形態の燃料電池システム１Ａは、第１実施形態において空気供給ラインＬ１が第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４に分岐される点について、オフガスラインＬ５が第１オフガス分岐ラインＬ５２及び第２オフガス分岐ラインＬ５３に分岐される点において、第１実施形態の燃料電池システム１と主に異なる。
そのため、第３実施形態においては、主に、空気供給ラインＬ１及びオフガスラインＬ５に関連する構成を中心に説明する。
【００４９】
第３実施形態の燃料電池システム１Ａは、燃料電池２と、改質器３と、熱交換器としてのオフガス用熱交換器４と、流量調整部５Ｂと、ファン６と、排出部としてのオフガス排出部８と、第２温度検知部としてのオフガス温度センサ９と、制御部１０と、を備える。
また、燃料電池システム１Ａは、空気供給ラインＬ１と、排ガスラインとしてのオフガスラインＬ５と、を備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００５０】
空気供給ラインＬ１は、ファン６と燃料電池２とをつなぐラインである。ファン６は、燃料電池２に空気を供給する。ファン６は、後述する制御部１０と電気的に接続されており、制御部１０により、制御される。
【００５１】
空気供給ラインＬ１は、上流側においてファン６に接続されており、下流側において燃料電池２に接続されている。空気供給ラインＬ１には、ファン６の駆動により流入する（酸素を含む）空気Ａ１が流通する。空気供給ラインＬ１は、燃料電池２に向けて空気Ａ１を供給する。空気供給ラインＬ１の途中には、後述するオフガス用熱交換器４が設けられている。
【００５２】
オフガスラインＬ５は、オフガス排出部８と燃料電池２とをつなぐラインである。オフガスラインＬ５には、燃料電池２から排気されたオフガスＧ３が流通する。オフガスラインＬ５の上流側には、燃料電池２が接続されている。オフガスラインＬ５の下流側には、オフガス排出部８が接続されている。
【００５３】
オフガスラインＬ５は、上流側ガスラインＬ５１と、第１分岐ラインとしての第１オフガス分岐ラインＬ５２及び第２分岐ラインとしての第２オフガス分岐ラインＬ５３と、下流側ガスラインＬ５４と、を有する。
【００５４】
上流側ガスラインＬ５１の上流側は、燃料電池２に接続されている。上流側ガスラインＬ５１の下流側には、分岐部Ｊ２を介して、第１オフガス分岐ラインＬ５２及び第２オフガス分岐ラインＬ５３が接続されている。言い換えると、上流側ガスラインＬ５１の下流側は、分岐部Ｊ２において、第１オフガス分岐ラインＬ５２及び第２オフガス分岐ラインＬ５３に分岐されている。上流側ガスラインＬ５１の途中には、改質器３が設けられている。
【００５５】
第１オフガス分岐ラインＬ５２の途中には、上流側から順に、オフガス用熱交換器４及び流量調整部５Ｂが設けられている。第１オフガス分岐ラインＬ５２は、流量調整部５Ｂの上流側において流量が調整されていない第１オフガスＧ３１が流通され、流量調整部５Ｂの下流側において流量が調整された第１オフガスＧ３１が流通されるラインである。第２オフガス分岐ラインＬ５３は、第２オフガスＧ３２が流通されるラインである。
燃料電池２から排気されたオフガスＧ３は、分岐部Ｊ２を介して、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通される第１オフガスＧ３１と、第２オフガス分岐ラインＬ５３を流通される第２オフガスＧ３２と、に分流される。
【００５６】
第１オフガス分岐ラインＬ５２及び第２オフガス分岐ラインＬ５３の下流側は、合流部Ｊ３において合流する。合流部Ｊ３には、下流側ガスラインＬ５４が接続される。下流側ガスラインＬ５４は、燃料電池２から排気されて合流部Ｊ３において合流された調整後オフガスＧ３３をオフガス排出部８に導出するラインである。
【００５７】
下流側ガスラインＬ５４は、下流側においてオフガス排出部８に接続されている。オフガス排出部８は、燃料電池２から排気されてオフガスラインＬ５を流通された調整後オフガスＧ３３を燃料電池システム１Ａの外部へ排出する。なお、オフガス排出部８は、オフガスラインＬ５の下流側の端部により構成されていてもよい。
【００５８】
オフガス用熱交換器４は、第１オフガス分岐ラインＬ５２及び空気供給ラインＬ１に設けられる。オフガス用熱交換器４は、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通する燃料電池２から排気された第１オフガスＧ３１と、熱交換媒体である空気供給ラインＬ１を流通する空気Ａ１との間で熱交換を行う。これにより、空気Ａ１は加熱され、第１オフガスＧ３１は冷却される。
【００５９】
流量調整部５Ｂは、第１オフガス分岐ラインＬ５２又は第２オフガス分岐ラインＬ５３に設けられる。流量調整部５Ｂは、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通する第１オフガスＧ３１の量と第２オフガス分岐ラインＬ５３を流通する第２オフガスＧ３２の量とを調整する。本実施形態においては、流量調整部５Ｂは、第１オフガス分岐ラインＬ５２において、オフガス用熱交換器４の下流側に設けられている。
【００６０】
流量調整部５Ｂは、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通する第１オフガスＧ３１の量を調整することが可能なオートバルブ５８により構成される。オートバルブ５８は、開度を調整することにより、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通する第１オフガスＧ３１の量を変化させるように調整することができる。これにより、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通する第１オフガスＧ３１の流量を変化させて、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通させる第１オフガスＧ３１と第２オフガス分岐ラインＬ５３を流通させる第２オフガスＧ３２との配分量を変更することができる。
オートバルブ５８は、後述する制御部１０と電気的に接続されており、制御部１０により、開度が調整される。
【００６１】
オフガス温度センサ９は、オフガス排出部８の内部に配置されており、オフガス排出部８の内部の温度を検知する。オフガス温度センサ９は、制御部１０と電気的に接続されており、検出されたオフガス排出部８の内部の温度は、制御部１０へ検知信号として送信される。
【００６２】
制御部１０は、オフガス温度センサ９により検知されたオフガス排出部８の内部の温度に基づいて、オートバルブ５８の開度を制御する。
【００６３】
以上のように構成される第３実施形態の燃料電池システム１Ａによれば、第１オフガス分岐ラインＬ５２を流通させる第１オフガスＧ３１と第２オフガス分岐ラインＬ５３を流通させる第２オフガスＧ３２との配分量を変更して、オフガス排出部８から排出されるオフガスＧ３の温度を容易に調節することができる。
【００６４】
また、第３実施形態の燃料電池システム１Ａにおいては、オフガス排出部８の内部の温度を検知するオフガス温度センサ９と、オフガス温度センサ９により検知されたオフガス排出部８の内部の温度に基づいて流量調整部５Ｂを制御する制御部１０と、を更に備える。そのため、オフガス排出部８の内部の温度に基づいて、オフガス排出部８から排出されるオフガスＧ３の温度を精度よく調節することができる。
【００６５】
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、前記第１実施形態においては、制御部１０は、スタック温度センサ７により検知された燃料電池スタック２１の内部の温度に基づいて流量調整部５を制御するように構成したが、これに制限されない。制御部１０は、燃料電池２から排気されるオフガスＧ３の温度に基づいて流量調整部５を制御するように構成してもよい。
【００６６】
また、前記第１実施形態においては、熱交換媒体をオフガスＧ３として、オフガス用熱交換器４により第１空気Ａ２１が加熱されるようにオフガスＧ３との間で熱交換を行うように構成したが、これに制限されない。例えば、熱交換媒体を冷水として、オフガス用熱交換器４により第１空気Ａ２１が冷却されるように熱交換媒体との間で熱交換を行うように構成してもよい。
【００６７】
また、前記第１実施形態においては、流量調整部５をダンパ部材５１により構成した。また、前記第２実施形態においては、流量調整部５Ａを、第１孔部５５及び第２孔部５６を有する円板状部材５４により構成した。しかし、流量調整部は、これらに制限されない。例えば、流量調整部を、第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４のそれぞれに絞り機構部を設けることにより構成して、それぞれの絞り機構部の絞りを調整することにより、空気の流量を調整してもよい。
【００６８】
また、前記第１実施形態においては、空気供給ラインＬ１を第１空気分岐ラインＬ１３及び第２空気分岐ラインＬ１４の２つに分岐して、流量調整部５により空気の流量を調整したが、これに制限されない。例えば、空気供給ラインＬ１を３つ以上のラインに分岐して、流量調整部５により空気の流量を調整してもよい。
【００６９】
また、前記第３実施形態においては、制御部１０は、オフガス温度センサ９により検知されたオフガス排出部８の内部の温度に基づいて流量調整部５Ｂを制御するように構成したが、これに制限されない。制御部１０は、オフガス排出部８から排出されるオフガスＧ３３の温度に基づいて流量調整部５Ｂを制御するように構成してもよい。
【００７０】
また、前記第３実施形態においては、上流側ガスラインＬ５１を第１オフガス分岐ラインＬ５２及び第２オフガス分岐ラインＬ５３の２つに分岐して、流量調整部５Ｂによりオフガスの流量を調整したが、これに制限されない。例えば、上流側ガスラインＬ５１を３つ以上のラインに分岐して、流量調整部５Ｂによりオフガスの流量を調整してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ  燃料電池システム
２  燃料電池
４  オフガス用熱交換器（熱交換器）
５、５Ａ、５Ｂ  流量調整部
６  ファン（給気部）
７  スタック温度センサ（第１温度検知部）
８  オフガス排出部（排出部）
９  オフガス温度センサ（第２温度検知部）
１０  制御部
２１  燃料電池スタック
５１  ダンパ部材
Ｌ１  空気供給ライン
Ｌ５  オフガスライン（排ガスライン）
Ｌ１２  上流側供給ライン
Ｌ１３  第１空気分岐ライン（第１分岐ライン）
Ｌ１４  第２空気分岐ライン（第２分岐ライン）
Ｌ１５  下流側供給ライン
Ｌ５１  上流側ガスライン
Ｌ５２  第１オフガス分岐ライン（第１分岐ライン）
Ｌ５３  第２オフガス分岐ライン（第２分岐ライン）
Ｌ５４  下流側ガスライン
Ａ１  空気（熱交換媒体）
Ａ２１  第１空気（空気）
Ａ２２  第２空気（空気）
Ｇ３  オフガス（熱交換媒体）
Ｇ３１  第１オフガス（オフガス）
Ｇ３２  第２オフガス（オフガス）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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