(57)【要約】【課題】生成水を排出することなく、空間を有効利用することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池２と、液体水素タンク３と、液体酸素タンク４と、ガスタンク５／６と、生成水タンク７と、生成水ポンプとを具備する。燃料電池２は、水素ガスと酸素ガスとの電気化学反応で発電し、生成水を生成する。液体水素タンク３は、燃料電池２に水素ガスを供給可能である。液体酸素タンク４は、燃料電池２に酸素ガスを供給可能である。ガスタンク５／６は、燃料電池２に水素ガス又は酸素ガスを供給可能である。生成水タンク７は、生成水を貯蔵可能である。ガスタンク５／６は、燃料電池２に水素ガス又は酸素ガスを供給後に、燃料電池２の生成水を貯蔵可能に設けられている。【選択図】図１
2018116781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に水素ガスを供給可能な液体水素タンクと、
前記燃料電池に酸素ガスを供給可能な液体酸素タンクと、
前記燃料電池に水素ガス又は酸素ガスを供給可能なガスタンクと、
前記燃料電池での水素ガスと酸素ガスとの電気化学反応で生成される生成水を貯蔵可能な生成水タンクと、
前記燃料電池の生成水排出系統もしくは前記生成水タンクから生成水排出が可能な生成水ポンプと
を具備し、
前記ガスタンクは、前記燃料電池に水素ガス又は酸素ガスを供給後に、前記燃料電池の生成水を貯蔵可能に設けられている
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、
前記ガスタンクは、前記燃料電池に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンクを備え、
前記燃料電池の運転において、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記酸素ガスタンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池が生成水を前記生成水タンクに排出し、
前記酸素ガスタンクのガス圧力が所定圧力以下になった場合、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記酸素ガスタンクへ向けて排出する
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガスタンクは、前記燃料電池に水素ガスを供給可能な水素ガスタンクを備え、
前記燃料電池の運転において、
前記水素ガスタンクが水素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池が生成水を前記生成水タンクに排出し、
前記水素ガスタンクのガス圧力が、所定圧力以下になった場合、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記水素ガスタンクへ向けて排出する
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガスタンクは、
前記燃料電池に水素ガスを供給可能な水素ガスタンクと、
前記燃料電池に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンクと
を備え、
前記燃料電池の運転において、
前記水素ガスタンクが水素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記酸素ガスタンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池が生成水を前記生成水タンクに排出し、
前記水素ガスタンクのガス圧力が、所定圧力以下になった場合、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記酸素ガスタンク又は前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記水素ガスタンクへ向けて排出し、
前記酸素ガスタンクのガス圧力が、所定圧力以下になった場合、
前記水素ガスタンク又は前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給し、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記酸素ガスタンクへ向けて排出する
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記生成水タンクは、酸素ガス又は水素ガスが予め貯蔵されている
燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池システムの運転方法であって、
ここで、前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池に水素ガスを供給可能な液体水素タンクと、
前記燃料電池に酸素ガスを供給可能な液体酸素タンクと、
前記燃料電池に水素ガス又は酸素ガスを供給可能なガスタンクと、
前記燃料電池での水素ガスと酸素ガスとの電気化学反応で生成される生成水を貯蔵可能な生成水タンクと、
前記燃料電池の生成水排出系統もしくは前記生成水タンクから生成水排出が可能な生成水ポンプと
を備え、
前記燃料電池システムの運転方法は、
前記ガスタンクが、前記燃料電池に水素ガス又は酸素ガスを供給する第１ステップと、
前記ガスタンクが、前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが排出する生成水を貯蔵する第２ステップと
を具備する
燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法において、
前記ガスタンクは、前記燃料電池に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンクを備え、
前記第１ステップは、前記燃料電池の運転において、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記酸素ガスタンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記燃料電池が生成水を前記生成水タンクへ向けて排出するステップと
を備え、
前記第２ステップは、前記酸素ガスタンクのガス圧力が所定圧力以下になった場合、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記酸素ガスタンクへ向けて排出するステップと
を備える
燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法において、
前記ガスタンクは、前記燃料電池に水素ガスを供給可能な水素ガスタンクを備え、
前記第１ステップは、前記燃料電池の運転において、
前記水素ガスタンクが水素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記燃料電池が生成水を前記生成水タンクへ向けて排出するステップと
を備え、
前記第２ステップは、前記水素ガスタンクのガス圧力が所定圧力以下になった場合、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記水素ガスタンクに排出するステップと
を備える
燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法において、
前記ガスタンクは、
前記燃料電池に水素ガスを供給可能な水素ガスタンクと、
前記燃料電池に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンクと
を備え、
前記第１ステップは、前記燃料電池の運転において、
前記水素ガスタンクが水素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記酸素ガスタンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記燃料電池が生成水を前記生成水タンクへ向けて排出するステップと
を備え、
前記第２ステップは、前記水素ガスタンクのガス圧力が所定圧力以下になった場合、
前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記酸素ガスタンク又は前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記水素ガスタンクへ向けて排出するステップと
を備え、
前記第２ステップは、前記酸素ガスタンクのガス圧力が所定圧力以下になった場合、
前記水素ガスタンク又は前記液体水素タンクが水素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記液体酸素タンクが酸素ガスを前記燃料電池に供給するステップと、
前記燃料電池もしくは前記生成水タンクから前記生成水ポンプが生成水を前記酸素ガスタンクへ向けて排出するステップと
を備える
燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜水艇や宇宙船などの閉鎖空間内で使用される装置の電源として燃料電池システムが好適に利用されている。このような燃料電池システムは、閉鎖空間の内部のスペースに限りがあるため、占有スペースを極力小さくする必要がある。そのため、特に高密度・大容量の燃料電池システムでは、燃料及び酸化剤として、高密度でタンクの占める容積が小さくなる液体水素及び液体酸素をそれぞれ用いることが好ましい。すなわち、燃料及び酸化剤の貯蔵にそれぞれ液体水素タンク及び液体酸素タンクを用いることが好ましい。
【０００３】
一方、燃料電池システムでは、燃料と酸化剤との電気化学反応により水が生成される。そのため、その生成水を閉鎖空間の外部に排出するか、閉鎖空間の内部に貯蔵する必要がある。しかし、潜水艇や宇宙船では、生成水を外部に排出することは、専用の装置が必要となるなど容易ではなく、内部に貯蔵する方法が採られる。したがって、閉鎖空間の内部の限りあるスペースに生成水用のタンクを設置する。すなわち、生成水用のタンクとして最初は空のタンクを持つ必要がある。空のタンクの空間は、有効に利用されているとはいえず、無駄である。空間を有効利用することが可能な燃料電池システムが望まれる。
【０００４】
関連する技術として特開２００３−１２６６７７号公報にガス発生装置が開示されている。このガス発生装置は、２液、又は液体と固体とを混合溶解した混合液の状態で反応するが反応速度が遅く、触媒との接触あるいは加熱等によって反応を促進させることのできる２種類の原料を用いる。このガス発生装置は、前記混合液を反応槽に送り、該反応槽で反応後の生成物であるガスと副生成物を分離し、副生成物を回収する。このガス発生装置は、液状又は固体状の第１の原料を原料タンクに、前記第１の原料に混合すべき第２の原料としての液体を液収容タンクに別々に保管して保管時の反応を抑制し、使用時に前記液収容タンクから前記原料タンクに液体を移送し、前記第１の原料と液体とを混合した後、混合液を反応槽に移送して反応させ、前記液体を移送後の空になった液収容タンクを反応槽で反応後の副生成物の回収タンクとして利用するため、前記液収容タンクと前記反応槽の出口とを配管で接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２６６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、空間を有効利用することが可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、生成水を排出することなく、空間を有効利用することが可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することにある。この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を明らかにするために括弧付きで参考までに付加されたものである。
【０００８】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池（２）と、液体水素タンク（３）と、液体酸素タンク（４）と、ガスタンク（５／６）と、生成水タンク（７）と、生成水ポンプとを具備している。液体水素タンク（３）は、燃料電池（２）に水素ガスを供給可能である。液体酸素タンク（４）は、燃料電池（２）に酸素ガスを供給可能である。ガスタンク（５／６）は、燃料電池（２）に水素ガス又は酸素ガスを供給可能である。生成水タンク（７）は、燃料電池（２）での水素ガスと酸素ガスとの電気化学反応で生成される生成水を貯蔵可能である。ガスタンク（５／６）は、燃料電池（２）に水素ガス又は酸素ガスを供給後に、燃料電池（２）の生成水を貯蔵可能に設けられている。生成水ポンプは、燃料電池（２）の生成排出系統もしくは生成水タンク（７）から生成水の排出が可能な生成ポンプが設けられている。
この燃料電池システムでは、水素ガス又は酸素ガスのガスタンク（５／６）へ電池反応で生成された生成水を送り込むようことができる。それらガスタンク（５／６）は、燃料電池の運転初期には、水素ガス又は酸素ガスの供給源となり有効に利用され、水素ガス又は酸素ガスが尽きたときには、生成水の貯蔵タンクとして有効に利用される。したがって、大きな容量の生成水タンクを設ける必要が無いため、燃料電池システムの設置スペースを抑えることができ、生成水タンク用として初期に用意しなければならない無駄な空間を小さくすることができる。
【０００９】
上記の燃料電池システムにおいて、ガスタンクは、燃料電池（２）に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンク（６）を備えていてもよい。その場合、燃料電池（２）の運転において、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給する。酸素ガスタンク（６）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給する。燃料電池（２）が生成水を生成水タンク（７）に排出する。そして、酸素ガスタンク（６）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給する。液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給する。燃料電池（２）もしくは生成水タンク（７）から生成水ポンプが生成水を酸素ガスタンク（６）へ向けて排出する。
この燃料電池システムでは、ガスタンクが酸素ガスタンク（６）であるため、燃料電池（２）のカソード側（酸素側）から送出される生成水を排出するとき、酸素ガスタンク（６）や途中の配管でのガスの混合（混入）が発生しない。そのため、容易かつ安全に生成水を酸素ガスタンク（６）へ排出することができる。また、気化し易い液体水素を早期に使用することができる。
【００１０】
上記の燃料電池システムにおいて、ガスタンクは、燃料電池（２）に水素ガスを供給可能な水素ガスタンク（５）を備えてもよい。その場合、燃料電池（２）の運転において、水素ガスタンク（５）が水素ガスを燃料電池（２）に供給する。液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給する。燃料電池（２）が生成水を生成水タンク（７）に排出する。そして、水素ガスタンク（５）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給する。液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給する。燃料電池（２）もしくは生成水タンク（７）から生成水ポンプが生成水を水素ガスタンク（５）へ向けて排出する。
この燃料電池システムでは、ガスタンクが水素ガスタンク（５）であるため、燃料電池（２）から送出される生成水を貯蔵できる容量を、酸素ガスボンベ（６）の約２倍とすることができる。すなわち、より多くの生成水を貯蔵できる。また、水素ガスボンベ（５）に水を入れても、酸素ガスが無いため内部が錆び難い。
【００１１】
上記の燃料電池システムにおいて、ガスタンクは、燃料電池（２）に水素ガスを供給可能な水素ガスタンク（５）と、燃料電池（２）に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンク（６）とを備えてもよい。燃料電池（２）の運転において、水素ガスタンク（５）が水素ガスを燃料電池（２）に供給してもよい。酸素ガスタンク（６）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給してもよい。燃料電池（２）が生成水を生成水タンク（７）に排出してもよい。水素ガスタンク（５）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給してもよい。酸素ガスタンク（６）又は液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給してもよい。燃料電池（２）もしくは生成水ポンプ（７）から生成水ポンプが生成水を水素ガスタンク（５）へ向けて排出してもよい。酸素ガスタンク（６）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、水素ガスタンク（５）又は液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給してもよい。液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給してもよい。燃料電池（２）もしくは生成水ポンプ（７）から生成水ポンプが生成水を酸素ガスタンク（６）へ向けて排出してもよい。
この燃料電池システムでは、ガスタンクが水素ガスタンク（５）及び酸素ガスタンク（６）の二種類あるため、より多くの生成水を貯蔵することができる。また、水素ガスタンク（５）だけ、あるいは酸素ガスタンク（６）だけの利用もでき、運転の自由度が増す。
【００１２】
上記の燃料電池システムにおいて、生成水タンク（７）は、酸素ガス又は水素ガスが予め貯蔵されていてもよい。
この燃料電池しステムでは、生成水タンク（７）にも酸素ガスや水素ガスを貯蔵しておくことで、初期には、ガスタンクと指定の機能を持たせることができる。それにより、燃料電池システムの設置スペースを有効活用できる。
【００１３】
本発明は、燃料電池システムの運転方法である。ここで、燃料電池システム（１）は、燃料電池（２）と、燃料電池（２）に水素ガスを供給可能な液体水素タンク（３）と、燃料電池（２）に酸素ガスを供給可能な液体酸素タンク（４）と、燃料電池（２）に水素ガス又は酸素ガスを供給可能なガスタンク（５／６）と、燃料電池（２）での水素ガスと酸素ガスとの電気化学反応で生成される生成水を貯蔵可能な生成水タンク（７）と、燃料電池（２）の生成水排出系統もしくは生成水タンク（７）から生成水の排出が可能な生成水ポンプとを備えている。燃料電池システムの運転方法は、ガスタンク（５／６）が、燃料電池（２）に水素ガス又は酸素ガスを供給する第１ステップと、ガスタンク（５／６）が、燃料電池（２）もしくは生成水タンク（７）から生成水ポンプが排出する生成水を貯蔵する第２ステップとを具備している。
【００１４】
上記の燃料電池システムの運転方法において、ガスタンクは、燃料電池（２）に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンク（６）を備えてもよい。第１ステップは、燃料電池（２）の運転において、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、酸素ガスタンク（６）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、燃料電池（２）が生成水を生成水タンク（７）へ向けて排出するステップとを備えてもよい。第２ステップは、酸素ガスタンク（６）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、燃料電池（２）もしくは生成水タンク（７）から生成水ポンプが生成水を酸素ガスタンク（６）へ向けて排出するステップとを備えてもよい。
【００１５】
上記の燃料電池システムの運転方法において、ガスタンクは、燃料電池（２）に水素ガスを供給可能な水素ガスタンク（５）を備えてもよい。第１ステップは、燃料電池（２）の運転の初期の場合、水素ガスタンク（５）が水素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、燃料電池（２）が生成水を生成水タンク（７）へ向けて排出するステップとを備えてもよい。第２ステップは、水素ガスタンク（５）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給ステップと、燃料電池（２）もしくは生成水タンク（７）から生成水ポンプが生成水を水素ガスタンク（５）に排出するステップとを備えてもよい。
【００１６】
上記の燃料電池システムの運転方法において、ガスタンクは、燃料電池（２）に水素ガスを供給可能な水素ガスタンク（５）と、燃料電池（２）に酸素ガスを供給可能な酸素ガスタンク（６）とを備えてもよい。第１ステップは、燃料電池（２）の運転において、水素ガスタンク（５）が水素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、酸素ガスタンク（６）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、燃料電池（２）が生成水を生成水タンク（７）へ向けて排出するステップとを備えてもよい。第２ステップは、水素ガスタンク（５）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、酸素ガスタンク（６）又は液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、燃料電池（２）もしくは生成水タンク（７）から生成水ポンプが生成水を水素ガスタンク（５）へ向けて排出するステップとを備えてもよい。第２ステップは、酸素ガスタンク（６）のガス圧力が所定圧力以下になった場合、水素ガスタンク（５）又は液体水素タンク（３）が水素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、液体酸素タンク（４）が酸素ガスを燃料電池（２）に供給するステップと、燃料電池（２）もしくは生成水タンク（７）から生成水ポンプが生成水を酸素ガスタンク（６）へ向けて排出するステップとを備えてもよい。
【００１７】
本発明のプログラムは、上記段落のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法において、空間を有効利用することが可能となる。また、本発明により、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法において、生成水を排出することなく、空間を有効利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施の形態に係る燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る燃料電池システムの動作例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施の形態に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、使用済みの燃料用タンクや酸化剤用タンクに電池反応で生成される水を入れることによって、空間体積に無駄のない燃料電池システムを構築する。以下、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法について、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、本実施の形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。燃料電池システム１は、燃料電池２と燃料・酸化剤供給システム９と制御装置１０とを具備している。
【００２２】
燃料電池２は、アノードに燃料を、カソードに酸化剤をそれぞれ供給され、燃料と酸化剤ガスとの電気化学反応（電池反応）により電力を発生する。また、燃料電池２は、その電気化学反応（電池反応）により、水を生成する。燃料電池２は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）に例示される。ＰＥＦＣの場合、カソード側に水が発生する。燃料電池２は、１ＭＰａ以下、例えば４００ｋＰａ程度の圧力で運転される。ただし、燃料電池２は、他の種類の燃料電池であっても良い。なお、本図において、発生される電力に関する配線等や、燃料電池２を冷却する冷却水の流路等については、記載を省略している。
【００２３】
燃料・酸化剤供給システム９は、燃料電池２のアノードに燃料を、カソードに酸化剤をそれぞれ供給する。また、燃料・酸化剤供給システム９は、燃料電池２から排出される生成水を貯蔵する。燃料は水素に例示され、酸化剤は酸素に例示される。特に狭小な閉鎖空間で用いられる燃料電池システム１に関しては、設置スペースを小さくする要請から燃料として水素、酸化剤として酸素を用いることが好ましい。燃料・酸化剤供給システム９の詳細は後述される。なお、燃料電池２へ供給された燃料の循環経路や、酸化剤の循環経路や、燃料や酸化剤への水分供給の流路については、記載を省略している。
【００２４】
制御装置１０は、燃料電池２の動作や燃料・酸化剤供給システム９の動作を制御する。制御装置１０は、コンピュータに例示される情報処理装置であり、図示されていないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、記憶装置と、入力装置と、出力装置と、インターフェースとを備えている。ＣＰＵ、記憶装置、入力装置、出力装置、及びインターフェースは、バスやケーブルにより互いに情報の送受信が可能に接続されている。記憶装置は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、不揮発メモリ及びＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）に例示される。入力装置は、タッチパネル、キーボード、及びマウスに例示される。出力装置は、ディスプレイやプリンタに例示される。インターフェースは、外部のコンピュータや記憶装置や記憶媒体読取装置などと有線や無線のネットワークを介して双方向通信可能に接続され、又は、接続可能である。
【００２５】
ＣＰＵは、例えば記憶媒体からインターフェースを介してＨＤＤにインストールされた、燃料電池２や燃料・酸化剤供給システム９を制御するコンピュータプログラム（燃料電池システムの運転方法のプログラム）をＲＡＭに展開する。そして、展開されたそのコンピュータプログラムを実行し、必要に応じて記憶装置や入力装置や出力装置のようなハードウェアを制御しつつ、そのコンピュータプログラムの情報処理を実現し、燃料電池２や燃料・酸化剤供給システム９を制御する。記憶装置は、コンピュータプログラムを記録し、ＣＰＵが利用する情報や生成する情報を記録する。入力装置は、ユーザに操作されることにより生成される情報をＣＰＵや記憶装置に出力する。出力装置は、ＣＰＵにより生成された情報や記憶装置の情報をユーザに認識可能に出力する。
【００２６】
次に、燃料・酸化剤供給システム９について更に説明する。
燃料・酸化剤供給システム９は、液体水素タンク３と、液体酸素タンク４と、水素ガスタンク５（５ａ、５ｂ）と、酸素ガスタンク６（６ａ、６ｂ）と、生成水タンク７と、流路２１〜２７、３１〜３７、４１〜４７と、バルブＶ０１、Ｖ１１、Ｖ３１〜Ｖ３６、Ｖ４１〜Ｖ４６と、ポンプＰｕｍｐ−１、Ｐｕｍｐ−２と、熱交換器１１、１２と、減圧弁ＲＶ１、ＲＶ２と、逆止弁ＣＶとを備えている。
【００２７】
液体水素タンク３は、液体水素を貯蔵し、燃料電池２に水素ガスを供給可能である。液体酸素タンク４は、液体酸素を貯蔵し、燃料電池２に酸素ガスを供給可能である。液体水素タンク３及び液体酸素タンク４は、臨界点を考慮し、最高でも１ＭＰａ程度の圧力とする。水素ガスタンク５（５ａ、５ｂ）は、水素ガスを貯蔵し、燃料電池２に水素ガスを供給可能である。酸素ガスタンク６（６ａ、６ｂ）は、酸素ガスを貯蔵し、燃料電池２に酸素ガスを供給可能である。水素ガスタンク５及び酸素ガスタンク６は、例えば２０ＭＰａ程度の圧力とする。後述されるように、水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６は、ガスを燃料電池２へ放出後、生成水を貯蔵可能となるように設けられている。なお、液体水素タンク３と液体酸素タンク４との容積比は、概ね２：１とすることが好ましい。同様に、水素ガスタンク５と酸素ガスタンク６との容積比は、概ね２：１とすることが好ましい。本実施例において、タンクの数は、この図の例に限定されるものではない。
【００２８】
生成水タンク７は、水素ガスと酸素ガスとの電気化学反応で生成される生成水を貯蔵可能である。生成水タンク７は、当初は、例えば酸素ガスを貯蔵し、生成水の増加と共にその酸素ガスを燃料電池２の酸素ガス供給の流路に送出する。あるいは、生成水タンク７は、当初は、例えば水素ガスを貯蔵し、生成水の増加と共にその水素ガスを燃料電池２の水素ガス供給の流路に送出する。当初に酸素ガス又は水素ガスを貯蔵しておくことは、設置スペースの有効利用の面で好ましい。生成水は、ガス放出後の水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６でも貯蔵される。そのため、生成水タンク７は、生成水が水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６で貯蔵されない従来の場合と比較して、小さくすることができる。
【００２９】
流路２１〜２７は、液体水素タンク３や水素ガスタンク５（５ａ、５ｂ）から燃料電池２へ水素ガスを供給するために使用される。流路２１は、一端を液体水素タンク３に、他端を流路２２の一端にそれぞれ接続されている。流路２２は、他端を燃料電池２の燃料供給口（アノード側）に接続されている。流路２３は、一端を水素ガスタンク５ａに、他端を流路２４の一端にそれぞれ接続されている。流路２４は、他端を流路２１と流路２２との接続点Ｎ１に接続されている。流路２５は、一端を水素ガスタンク５ａに、他端を流路２３と流路２４との接続点Ｎ２にそれぞれ接続されている。流路２６は、一端を水素ガスタンク５ｂに、他端を流路２３の途中（減圧弁ＲＶ１とバルブＶ３１との間；接続点Ｎ３）にそれぞれ接続されている。流路２７は、一端を水素ガスタンク５ｂに、他端を流路２５の途中（バルブＶ３２と接続点Ｎ２の間；接続点Ｎ４）にそれぞれ接続されている。
【００３０】
液体水素タンク３から送出される水素ガスは、流路２１−流路２２を介して燃料電池２へ供給される。水素ガスタンク５ａから送出される水素ガスは、流路２３−流路２４−流路２２を介して燃料電池２へ供給される。水素ガスタンク５ｂから送出される水素ガスは、流路２６−流路２３−流路２４−流路２２を介して燃料電池２へ供給される。
【００３１】
流路３１〜３７は、液体酸素タンク４や酸素ガスタンク６（６ａ、６ｂ）から燃料電池２へ酸素ガスを供給するために使用される。流路３１は、一端を液体酸素タンク４に、他端を流路３２の一端にそれぞれ接続されている。流路３２は、他端を燃料電池２の酸化剤供給口（カソード側）に接続されている。流路３３は、一端を酸素ガスタンク６ａに、他端を流路３４の一端にそれぞれ接続されている。流路３４は、他端を流路３１と流路３２との接続点Ｎ５に接続されている。流路３５は、一端を酸素ガスタンク６ａに、他端を流路３３と流路３４との接続点Ｎ６にそれぞれ接続されている。流路３６は、一端を酸素ガスタンク６ｂに、他端を流路３３の途中（減圧弁ＲＶ２とバルブＶ４１との間；接続点Ｎ７）にそれぞれ接続されている。流路３７は、一端を酸素ガスタンク６ｂに、他端を流路３５の途中（バルブＶ４２と接続点Ｎ６の間；接続点Ｎ９）にそれぞれ接続されている。
【００３２】
液体酸素タンク４から送出される酸素ガスは、流路３１−流路３２を介して燃料電池２へ供給される。酸素ガスタンク６ａから送出される酸素ガスは、流路３３−流路３４−流路３２を介して燃料電池２へ供給される。酸素ガスタンク６ｂから送出される酸素ガスは、流路３６−流路３３−流路３４−流路３２を介して燃料電池２へ供給される。
【００３３】
流路４１は、燃料電池２から生成水タンク７へ生成水を排出するために使用される。流路４１は、一端を燃料電池２の酸化剤排出口（カソード側）に、他端を生成水タンク７にそれぞれ接続されている。流路４２は、生成水タンク７に予め貯蔵されていた酸素ガスを燃料電池２へ供給するために使用される。流路４２は、一端を生成水タンク７に、他端を流路３５の途中（接続点Ｎ９と接続点Ｎ６との間；接続点Ｎ８）にそれぞれ接続されている。流路４３〜４７は、生成水タンク７から水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６へ生成水を排出するために使用される。流路４３は、一端を生成水タンク７に、他端を水素ガスタンク５ａにそれぞれ接続されている。流路４５は、一端を流路４３の途中（接続点Ｎ１０）に、他端を酸素ガスタンク６ｂにそれぞれ接続されている。流路４６は、一端を流路４３の途中（接続点Ｎ１１）に、他端を酸素ガスタンク６ａにそれぞれ接続されている。流路４７は、一端を流路４３の途中（接続点Ｎ１２）に、他端を水素ガスタンク５ｂにそれぞれ接続されている。
【００３４】
燃料電池２から送出される生成水は、流路４１を介して生成水タンク７へ排出される。生成水タンク７から送出される酸素ガスは、流路４２−流路３４−流路３２を介して燃料電池２へ供給される。生成水タンク７から送出される生成水は、流路４３を介して水素ガスタンク５ａに、流路４３−流路４７を介して水素ガスタンク５ｂに、流路４３−流路４６を介して酸素ガスタンク６ａに、又は、流路４３−流路４５を介して酸素ガスタンク６ｂに排出される。
【００３５】
上記各流路は、いずれも気体や液体が流通可能な配管や継ぎ手やバルブなどで構成されている。
【００３６】
バルブＶ０１は、制御装置１０により開閉され、流路２１での水素ガスの流通を制御する。バルブＶ０１は、流路２１の途中に設けられている。バルブＶ１１は、制御装置１０により開閉され、流路３１での酸素ガスの流通を制御する。バルブＶ１１は、流路３１の途中に設けられている。
【００３７】
バルブＶ３１は、制御装置１０により開閉され、流路２３での水素ガスの流通を制御する。バルブＶ３１は、流路２３の途中の、接続点Ｎ３よりも水素ガスタンク５ａ側に設けられている。バルブＶ３２は、制御装置１０により開閉され、流路２５での水素ガスの流通を制御する。バルブＶ３２は、流路２５の途中の、接続点Ｎ４よりも水素ガスタンク５ａ側に設けられている。バルブＶ３３は、制御装置１０により開閉され、流路４３での生成水の流通を制御する。バルブＶ３３は、流路４３の途中の、接続点Ｎ１２よりも水素ガスタンク５ａ側に設けられている。バルブＶ３４は、制御装置１０により開閉され、流路２６での水素ガスの流通を制御する。バルブＶ３４は、流路２６の途中に設けられている。バルブＶ３５は、制御装置１０により開閉され、流路２７での水素ガスの流通を制御する。バルブＶ３５は、流路２７の途中に設けられている。バルブＶ３６は、制御装置１０により開閉され、流路４７での生成水の流通を制御する。バルブＶ３６は、流路４７の途中に設けられている。
【００３８】
バルブＶ４１は、制御装置１０により開閉され、流路３３での酸素ガスの流通を制御する。バルブＶ４１は、流路３３の途中の、接続点Ｎ７よりも酸素ガスタンク６ａ側に設けられている。バルブＶ４２は、制御装置１０により開閉され、流路３５での酸素ガスの流通を制御する。バルブＶ４２は、流路３５の途中の、接続点Ｎ９よりも酸素ガスタンク６ａ側に設けられている。バルブＶ４３は、制御装置１０により開閉され、流路４６での生成水の流通を制御する。バルブＶ４３は、流路４６の途中に設けられている。バルブＶ４４は、制御装置１０により開閉され、流路３６での酸素ガスの流通を制御する。バルブＶ４４は、流路３６の途中に設けられている。バルブＶ４５は、制御装置１０により開閉され、流路３７での酸素ガスの流通を制御する。バルブＶ４５は、流路３７の途中に設けられている。バルブＶ４６は、制御装置１０により開閉され、流路４５での生成水の流通を制御する。バルブＶ４６は、流路４５の途中に設けられている。
【００３９】
ポンプＰｕｍｐ−１は、制御装置１０によりオン／オフされ、流路４１での燃料電池２から生成水タンク７への生成水の流通を制御する。ポンプＰｕｍｐ−１は、流路４１の途中に設けられている。ポンプＰｕｍｐ−２は、制御装置１０によりオン／オフされ、流路４３での生成水タンク７から水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６への生成水の流通を制御する。ポンプＰｕｍｐ−２は、流路４３の途中の、接続点Ｎ１０よりも生成水タンク７側に設けられている。
【００４０】
熱交換器１１は、液体水素タンク３からの低温の水素ガスを、燃料電池２に供給される水素ガスとして適正な温度になるように、相対的に高温の熱媒体との熱交換により加熱する。その熱媒体は、外部の熱源（例示：海水、燃料電池２）により相対的に高温になるように加熱されている。熱交換器１１は、流路２１の途中の、バルブＶ０１と接続点Ｎ１との間に設けられている。熱交換器１２は、流路３１の途中の、バルブＶ１１と接続点Ｎ５との間に設けられている。熱交換器１２は、液体酸素タンク４からの低温の酸素ガスを、燃料電池２に供給される酸素ガスとして適正な温度になるように、相対的に高温の熱媒体との熱交換により加熱する。その熱媒体は、外部の熱源（例示：海水、燃料電池２）により相対的に高温になるように加熱されている。
【００４１】
減圧弁ＲＶ１は、水素ガスタンク５からの相対的に高圧の水素ガスを、燃料電池２に供給される水素ガスとして適正な圧力になるように減圧する。減圧弁ＲＶ１は、流路２３の途中の、接続点Ｎ３と接続点Ｎ２との間に設けられている。減圧弁ＲＶ２は、酸素ガスタンク６からの相対的に高圧の酸素ガスを、燃料電池２に供給される酸素ガスとして適正な圧力になるように減圧する。減圧弁ＲＶ２は、流路３３の途中の、接続点Ｎ７と接続点Ｎ６との間に設けられている。逆止弁ＣＶは、燃料電池２から生成水タンク７へ排出される生成水が逆流しないようにする。逆止弁ＣＶは、流路４１の途中の、ポンプＰｕｍｐ−１よりも生成水タンク７側に設けられている。
【００４２】
このように、本実施の形態では、液体水素タンク及び液体酸素タンクを水素ガス及び酸素ガスの供給源とする燃料電池システムにおいて、高圧の水素ガスタンクや酸素ガスタンクを追加的に装備し、それら高圧のガスタンクへ電池反応で生成された生成水を送り込むようにする。そのような高圧のガスタンクは、燃料電池の運転初期には、水素ガス及び酸素ガスの供給源となり有効に利用される。また、水素ガスや酸素ガスが尽きたときには、生成水の貯蔵タンクとして有効に利用される。したがって、大きな容量の生成水タンクを設ける必要が無いため、燃料電池システムの設置スペースを抑えることができる。言い換えると、水を入れることができる高圧ガスタンクを保有することによって、生成水タンク用として初期に用意しなければならない無駄な空間を小さくすることができる。
【００４３】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システムの動作（燃料電池システムの運転方法）について説明する。図２は、本実施の形態に係る燃料電池システムの動作（燃料電池システムの運転方法）例を示すフロー図である。燃料電池２の運転開始前には、全てのバルブは閉であり、全てのポンプも停止している。
【００４４】
（１）生成水タンク７を生成水の貯蔵に使用（ステップＳ０１）
水素ガスタンク５ａから水素ガスが、酸素ガスタンク６ａから酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、燃料電池２が運転される。燃料電池２で生成された生成水は、生成水タンク７へ送出される。ここでは、燃料電池２の運転開始の当初は、後の生成水の貯蔵に備えるため、水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６を先に使い、液体水素タンク３や液体酸素タンク４は使用しない。
【００４５】
具体的には、流路２３−流路２４−流路２２において、バルブＶ３１が開にされ、水素ガスが、水素ガスタンク５ａから送出され、減圧弁ＲＶ１で減圧され、燃料電池２のアノード側へ供給される。また、流路３３−流路３４−流路３２において、バルブＶ４１が開にされ、酸素ガスが、酸素ガスタンク６ａから送出され、減圧弁ＲＶ２で減圧され、燃料電池２のカソード側へ供給される。また、燃料電池２で生成された生成水は、ポンプＰｕｍｐ−１により流路４１を介して生成水タンク７へ送出される。
【００４６】
（２）ガスタンクの切り替え（ステップＳ０２）
水素ガスタンク５ａ及び液体水素タンク３から水素ガスが、酸素ガスタンク６ａ及び液体酸素タンク４から酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、燃料電池２が運転される。燃料電池２で生成された生成水は、生成水タンク７へ送出されている（ステップＳ０１）。ここでは、その状態において、水素ガスタンク５ａから水素ガスタンク５ｂへの切り替え、及び、酸素ガスタンク６ａから酸素ガスタンク６ｂへの切り替えのため、液体水素タンク３及び液体酸素タンク４と、水素ガスタンク５ａ及び酸素ガスタンク６ａとを一時的に同時並行で使用する。したがって、水素ガスタンク５ａを使い切ると、水素ガスタンク５ｂの使用を開始して、その後、液体水素タンク３の使用を停止する。また、酸素ガスタンク６ａを使い切ると、酸素ガスタンク６ｂの使用を開始して、その後、液体酸素タンク４の使用を停止する。
【００４７】
具体的には、流路２３−流路２４−流路２２において、バルブＶ３１が開にされ、水素ガスが、水素ガスタンク５ａから送出され、減圧弁ＲＶ１で減圧され、燃料電池２のアノード側へ供給される。それと同時に、流路２１−流路２２において、バルブＶ０１が開にされ、液体水素タンク３から送出された水素ガスが、熱交換器１１で適正な温度にされ、燃料電池２のアノード側へ供給される。また、流路３３−流路３４−流路３２において、バルブＶ４１が開にされ、酸素ガスが、酸素ガスタンク６ａから送出され、減圧弁ＲＶ２で減圧され、燃料電池２のカソード側へ供給される。それと同時に、流路３１−流路３２において、バルブＶ１１が開にされ、液体酸素タンク４から送出された酸素ガスが、熱交換器１２で適正な温度にされ、燃料電池２のカソード側へ供給される。また、燃料電池２で生成された生成水は、ポンプＰｕｍｐ−１により流路４１を介して生成水タンク７へ送出される。
【００４８】
その後、水素ガスタンク５ａの圧力が燃料電池２の圧力以下になると、バルブＶ３１が閉にされ、バルブＶ３４が開にされ、水素ガスタンク５ａから水素ガスタンク５ｂへの切り替えが終了する。それにより、バルブＶ０１が閉にされ、液体水素タンク３の使用が停止される。また、酸素ガスタンク６ａの圧力が燃料電池２の圧力以下になると、バルブＶ４１が閉にされ、バルブＶ４４が開にされ、酸素ガスタンク６ａから酸素ガスタンク６ｂへの切り替えが終了する。それにより、バルブＶ１１が閉にされ、液体酸素タンク４の使用が停止される。
【００４９】
なお、ステップＳ０２において、水素ガスタンク５ａから水素ガスタンク５ｂへの切り替え、及び、酸素ガスタンク６ａから酸素ガスタンク６ｂへの切り替えは、同時に行う必要はなく、水素ガスや酸素ガスの消耗度合いに応じて、それぞれ独立に行うことが好ましい。
【００５０】
（３）１本目の水素ガスタンク５ａを生成水の貯蔵に使用（ステップＳ０３）
水素ガスタンク５ｂから水素ガスが、酸素ガスタンク６ｂから酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、燃料電池２が運転される。液体水素タンク３からの水素ガス供給及び液体酸素タンク４からの酸素ガス供給は停止している。燃料電池２で生成された生成水は、生成水タンク７を介して、水素ガスタンク５ａへ送出される。ここでは、水素ガスを燃料電池２へ供給して使用済みとなった水素ガスタンク５ａに生成水を排出し貯蔵する（酸素ガスを燃料電池２へ供給して使用済みとなった酸素ガスタンク６ａに先に生成水を排出し貯蔵しても良いが、この例では、水素ガスタンク５ａを先に使用している）。
【００５１】
具体的には、流路２６−流路２３−流路２４−流路２２において、バルブＶ３４が開にされ、水素ガスが、水素ガスタンク５ｂから送出され、減圧弁ＲＶ１で減圧され、燃料電池２のアノード側へ供給される。バルブＶ３１は閉である。また、流路３６−流路３３−流路３４−流路３２において、バルブＶ４４が開にされ、酸素ガスが、酸素ガスタンク６ｂから送出され、減圧弁ＲＶ２で減圧され、燃料電池２のカソード側へ供給される。バルブＶ４１は閉である。また、燃料電池２で生成された生成水は、ポンプＰｕｍｐ−１により流路４１を介して生成水タンク７へ送出される。そして、流路４３において、バルブＶ３３が開にされ、生成水タンク７の生成水は、ポンプＰｕｍｐ−２により水素ガスタンク５ａへ送出される。そのとき、流路２５において、バルブＶ３２が開にされているので、生成水が水素ガスタンク５ａ内に排出されることにより、水素ガスタンク５ａに残留した水素ガスは押し出されて燃料電池２へ供給される。
【００５２】
（４）１本目の酸素ガスタンク６ａを生成水の貯蔵に使用（ステップＳ０４）
水素ガスタンク５ｂから水素ガスが、酸素ガスタンク６ｂから酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、燃料電池２が運転される。液体水素タンク３からの水素ガス供給及び液体酸素タンク４からの酸素ガス供給は停止している。燃料電池２で生成された生成水は、生成水タンク７を介して、酸素ガスタンク６ａへ送出される。ここでは、使用済みとなった水素ガスタンク５ａにおいて、生成水が十分に貯蔵されたため（ステップＳ０３）、酸素ガスを燃料電池２へ供給して使用済みとなった酸素ガスタンク６ａに生成水を排出し貯蔵する。
【００５３】
具体的には、流路２６−流路２３−流路２４−流路２２において、バルブＶ３４が開にされ、水素ガスが、水素ガスタンク５ｂから送出され、減圧弁ＲＶ１で減圧され、燃料電池２のアノード側へ供給される。バルブＶ３１は閉である。また、流路３６−流路３３−流路３４−流路３２において、バルブＶ４４が開にされ、酸素ガスが、酸素ガスタンク６ｂから送出され、減圧弁ＲＶ２で減圧され、燃料電池２のカソード側へ供給される。バルブＶ４１は閉である。また、燃料電池２で生成された生成水は、ポンプＰｕｍｐ−１により流路４１を介して生成水タンク７へ送出される。そして、流路４３−流路４６において、バルブＶ４３が開にされ、生成水タンク７の生成水は、ポンプＰｕｍｐ−２により酸素ガスタンク６ａへ送出される。そのとき、流路３５において、バルブＶ４２が開にされているので、生成水が酸素ガスタンク６ａ内に排出されることにより、酸素ガスタンク６ａに残留した酸素ガスは押し出されて燃料電池２へ供給される。なお、バルブＶ３２、Ｖ３３は閉である。
【００５４】
（５）ガスタンクの切り替え（ステップＳ０５）
水素ガスタンク５ｂ及び液体水素タンク３から水素ガスが、酸素ガスタンク６ｂ及び液体酸素タンク４から酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、燃料電池２が運転される。燃料電池２で生成された生成水は、生成水タンク７へ送出される。生成水は、生成水タンク７経由で、水素ガスタンク５ａ（ステップＳ０３）に送出されている、又は、酸素ガスタンク６ａ（ステップＳ０４）に送出されている。ここでは、これらの状態において、水素ガスタンク５ｂから液体水素タンク３への切り替え、及び、酸素ガスタンク６ｂから液体酸素タンク４への切り替えを行う。したがって、水素ガスタンク５ｂを使い切ると、水素ガスの供給は、液体水素タンク３のみからとなる。また、酸素ガスタンク６ｂを使い切ると、酸素ガスの供給は、液体酸素タンク４のみからとなる。
【００５５】
具体的には、流路２６−流路２３−流路２４−流路２２において、バルブＶ３１が開にされ、水素ガスが、水素ガスタンク５ｂから送出され、減圧弁ＲＶ１で減圧され、燃料電池２のアノード側へ供給される。それと同時に、流路２１−流路２２において、バルブＶ０１が開にされ、液体水素タンク３から送出された水素ガスが、熱交換器１１で適正な温度にされ、燃料電池２のアノード側へ供給される。また、流路３６−流路３３−流路３４−流路３２において、バルブＶ４１が開にされ、酸素ガスが、酸素ガスタンク６ｂから送出され、減圧弁ＲＶ２で減圧され、燃料電池２のカソード側へ供給される。それと同時に、流路３１−流路３２において、バルブＶ１１が開にされ、液体酸素タンク４から送出された酸素ガスが、熱交換器１２で適正な温度にされ、燃料電池２のカソード側へ供給される。また、燃料電池２で生成された生成水は、ポンプＰｕｍｐ−１により流路４１を介して生成水タンク７へ送出される。その生成水は、ポンプＰｕｍｐ−２により流路４３を介して水素ガスタンク５ａ（ステップＳ０３）に送出され、又は、流路４３−流路４６を介して酸素ガスタンク６ａ（ステップＳ０４）に送出される。
【００５６】
その後、水素ガスタンク５ｂの圧力が燃料電池２の圧力以下になると、バルブＶ３４が閉にされ、水素ガスタンク５ｂから液体水素タンク３への切り替えが終了する。また、酸素ガスタンク６ｂの圧力が燃料電池２の圧力以下になると、バルブＶ４４が閉にされ、酸素ガスタンク６ｂから液体酸素タンク４への切り替えが終了する。
【００５７】
なお、ステップＳ０５において、水素ガスタンク５ｂから液体水素タンク３への切り替え、及び、酸素ガスタンク６ｂから液体酸素タンク４への切り替えは、同時に行う必要はなく、水素ガスや酸素ガスの消耗度合いに応じて、それぞれ独立に行うことが好ましい。
【００５８】
（６）２本目の水素ガスタンク５ｂを生成水の貯蔵に使用（ステップＳ０６）
液体水素タンク３から水素ガスが、液体酸素タンク４から酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、燃料電池２が運転される。水素ガスタンク５ｂからの水素ガス供給及び酸素ガスタンク６ｂからの酸素ガス供給は停止している。燃料電池２で生成された生成水は、生成水タンク７を介して、水素ガスタンク５ｂへ送出される。ここでは、水素ガスタンク５ａ及び酸素ガスタンク６ａは、生成水で満たされたとする。そのため、水素ガスを燃料電池２へ供給して使用済みとなった水素ガスタンク５ｂに生成水を排出し貯蔵する（酸素ガスを燃料電池２へ供給して使用済みとなった酸素ガスタンク６ｂに先に生成水を排出し貯蔵しても良いが、この例では、水素ガスタンク５ｂを先に使用している）。
【００５９】
具体的には、流路２１−流路２２において、バルブＶ０１が開にされ、水素ガスが、液体水素タンク３から送出され、燃料電池２のアノード側へ供給される。バルブＶ３１、Ｖ３４は閉である。また、流路３１−流路３２において、バルブＶ１１が開にされ、酸素ガスが、液体酸素タンク４から送出され、燃料電池２のカソード側へ供給される。バルブＶ４１、Ｖ４４は閉である。また、燃料電池２で生成された生成水は、ポンプＰｕｍｐ−１により流路４１を介して生成水タンク７へ送出される。そして、流路４３−流路４７において、バルブＶ３６が開にされ、生成水タンク７の生成水は、ポンプＰｕｍｐ−２により水素ガスタンク５ｂへ送出される。そのとき、流路２７において、バルブＶ３５が開にされているので、生成水が水素ガスタンク５ｂ内に排出されることにより、水素ガスタンク５ｂに残留した水素ガスは押し出されて燃料電池２へ供給される。なお、バルブＶ３３は閉にされている。
【００６０】
（７）２本目の酸素ガスタンク６ｂを生成水の貯蔵に使用（ステップＳ０７）
液体水素タンク３から水素ガスが、液体酸素タンク４から酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、燃料電池２が運転される。水素ガスタンク５ｂからの水素ガス供給及び酸素ガスタンク６ｂからの酸素ガス供給は停止している。燃料電池２で生成された生成水は、生成水タンク７を介して、酸素ガスタンク６ｂへ送出される。ここでは、使用済みとなった水素ガスタンク５ｂにおいて、生成水が十分に貯蔵されたため（ステップＳ０６）、酸素ガスを燃料電池２へ供給して使用済みとなった酸素ガスタンク６ｂに生成水を排出し貯蔵する。
【００６１】
具体的には、流路２１−流路２２において、バルブＶ０１が開にされ、水素ガスが、液体水素タンク３から送出され、燃料電池２のアノード側へ供給される。バルブＶ３１、Ｖ３４は閉である。また、流路３１−流路３２において、バルブＶ１２が開にされ、酸素ガスが、液体酸素タンク４から送出され、燃料電池２のカソード側へ供給される。バルブＶ４１、Ｖ４４は閉である。また、燃料電池２で生成された生成水は、ポンプＰｕｍｐ−１により流路４１を介して生成水タンク７へ送出される。そして、流路４３−流路４５において、バルブＶ４６が開にされ、生成水タンク７の生成水は、ポンプＰｕｍｐ−２により酸素ガスタンク６ｂへ送出される。そのとき、流路３７において、バルブＶ４５が開にされているので、生成水が酸素ガスタンク６ｂ内に排出されることにより、酸素ガスタンク６ｂに残留した酸素ガスは押し出されて燃料電池２へ供給される。なお、バルブＶ４３は閉にされている。
【００６２】
以下、液体水素タンク３から水素ガスが、液体酸素タンク４から酸素ガスがそれぞれ燃料電池２へ供給され、生成水が水素ガスタンク５ｂ及び酸素ガスタンク６ｂに貯蔵される。
【００６３】
以上のように、本実施の形態に係る燃料電池システムは動作する。
【００６４】
上記燃料電池システムでは、水素ガスタンク５及び酸素ガスタンク６を両方用いているが、いずれか一方のみを用いても良い。例えば、液体水素は、液体酸素と比較して非常に気化し易い。そのため、早期に液体水素タンク３からの水素ガスを燃料電池２へ供給する必要がある。したがって、例えば水素ガスタンク５を用意せず、生成水タンク７から送出される生成水を酸素ガスタンク６に排出することが考えられる。それにより、気化し易い液体水素を早期に用いることで、ガス圧の制御を容易にすることができる。その場合には、生成水タンク７には当初酸素ガスを入れておくことが好ましい。
【００６５】
また、固体高分子型の燃料電池ではカソード側（酸素側）から生成水が送出される。したがって、生成水タンク７から送出される生成水を酸素ガスタンク６に排出することで、ガスタンク内や途中の配管において酸素ガスと水素ガスとが混合（混入）する可能性を排除することができる。
【００６６】
一方、例えば、水素ガスタンク５及び酸素ガスタンク６の初期の圧力を同じとすれば、水素ガスタンク５の容積は、酸素ガスタンク６の２倍になる。そのため、生成水を貯蔵するタンクの容量を多くしたい場合には、生成水タンク７から送出される生成水は水素ガスタンク５に排出することが好ましいと考えられる。また、水素ガスタンク５は、酸素ガスがないため、水を入れても内部が錆び難いという利点もある。
【００６７】
また、上記燃料電池システムでは、生成水タンク７からの流路４２は、酸素ガスの流路３４に接続されている。これは、生成水タンク７に予め酸素ガスが封入されているからである。しかし、生成水タンク７に予め水素ガスが封入されている場合には、生成水タンク７からの流路４２は、水素ガスの流路２４に接続されていてもよい。
【００６８】
また、上記燃料電池システムでは、生成水は一旦生成水タンク７に貯蔵された後、流路４３経由で、生成水ポンプにより、水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６へ排出されている。しかし、本実施の形態はこの例に限定されるものではなく、生成水タンク７を介さずに、水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６へ直接排出されてもよい。この場合、流路４３の代わりに、一端を流路４１に、他端を水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６に接続されている流路が設けられている。この流路に生成水ポンプを設け、燃料電池２の生成水排出系統から水素ガスタンク５や酸素ガスタンク６に生成水を排出する。
【００６９】
このように本実施の形態では、燃料電池の運転の初期には、高圧ガスタンクから燃料電池へガスを供給し、小型の生成水タンクへ生成水を入れる。そして、高圧ガスタンクが空になったら、液化ガスタンクから燃料電池へガスを供給し、空になった高圧ガスタンクへ生成水を入れる。このように、水を入れることができる高圧ガスタンクを保有することによって、生成水タンク用として初期に用意しなければならない無駄な空間を小さくすることができる。
【００７０】
本発明により、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法において、空間を有効利用することが可能となる。また、本発明により、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法において、生成水を排出することなく、空間を有効利用することが可能となる。
【００７１】
なお、本発明のプログラム、データ構造は、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記録され、その記憶媒体から情報処理装置に読み込まれても良い。
【００７２】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００７３】
１    燃料電池システム
２    燃料電池
３    液体水素タンク
４    液体酸素タンク
５    水素ガスタンク
６    酸素ガスタンク
７    生成水タンク
９    制御装置
１１    第１熱交換器
１２    第２熱交換器
２１〜２７、３１〜３７、４１〜４８    流路
Ｖ０１、Ｖ１１、Ｖ３１〜Ｖ３６、Ｖ４１〜４６    バルブ
ＲＶ１、ＲＶ２    調圧弁
ＣＶ    逆止弁
Ｐｕｍｐ−１、Ｐｕｍｐ−２    ポンプ
【図１】
2018116781.tif 000003
【図２】
2018116781.tif 000004