(57)【要約】【課題】より簡易的な構成を用いて、燃料電池スタック及びアノードオフガス管から発電阻害物質を取り除く。【解決手段】燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、アノードオフガス管３６からのパージガスを蓄え、弾性的に伸縮可能なバッファタンク６０と、パージガス導入弁６１を介しアノードオフガス管３６をバッファタンク６０に連結するパージガス導入管６４と、カソードオフガス管４６内に配置され、カソードオフガスをパージガスと混合し排出ガスの水素濃度を下げる希釈器４９と、パージガス排出弁６２を介しバッファタンク６０を希釈器４９に連結するパージガス排出管６５とを備える。排出弁６２が閉弁、導入弁６１が開弁のとき、パージガスがバッファタンク６０に流入し、バッファタンク６０が弾性的に伸長し、導入弁６１が閉弁、排出弁６２が開弁のとき、バッファタンク６０が弾性的に収縮し、パージガスが希釈器４９へ流出する。【選択図】図１
2015207420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の出口に連結されたアノードオフガス管と、
前記燃料電池スタック内に形成された酸化剤ガス通路の出口に連結されたカソードオフガス管と、
前記アノードオフガス管からのパージガスを一時的に蓄えるバッファタンクと、
前記アノードオフガス管の出口又は途中を前記バッファタンクの入口に連結するパージガス導入管と、
前記パージガス導入管内に配置されたパージガス導入弁と、
前記カソードオフガス管内に配置され、カソードオフガスとパージガスとを互いに混合することにより排出ガス中の燃料ガス濃度を低下させる希釈器と、
前記バッファタンクの出口と前記希釈器の入口又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管に連結するパージガス排出管と、
前記パージガス排出管内に配置されたパージガス排出弁と、
を備え、
前記バッファタンクは弾性的に伸縮可能であり、
前記パージガス排出弁が閉弁されつつ前記パージガス導入弁が開弁されると、前記アノードオフガス管から前記パージガス導入管を介しパージガスが前記バッファタンク内に流入し、このとき前記バッファタンクが弾性的に伸長し、次いで前記パージガス導入弁が閉弁されると共に前記パージガス排出弁が開弁されると、前記バッファタンクが弾性的に収縮することにより前記バッファタンク内のパージガスが前記パージガス排出管を介し前記希釈器内又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管内に排出される、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記バッファタンクを封密に包囲する収容容器を更に備え、前記バッファタンクと前記収容容器との間に形成される包囲空間に連通するカソードオフガス流入孔及びカソードオフガス流出孔を設け、前記カソードオフガス流入孔を前記カソードオフガス管に連結し、それにより、カソードオフガスが前記カソードオフガス流入孔を介し前記包囲空間内に流入し、次いで前記包囲空間内を流通した後に、前記カソードオフガス流出孔を介し前記包囲空間から流出するようにした、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記カソードオフガス流入孔が前記希釈器上流の前記カソードオフガス管に連結され、前記カソードオフガス流出孔が前記希釈器内に連結される、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記収容容器と前記希釈器とが一体的に形成される、請求項１から３までのいずれか一項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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスと空気との反応により発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタックに水素ガスを供給する燃料供給系と、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを燃料電池スタックに戻す燃料循環系と、燃料循環系からアノードオフガスの一部を排出する燃料排出系と、燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスを排出する酸化剤排出系と、燃料排出系及び酸化剤排出系に連結された希釈器と、を備える燃料電池システムが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
固体高分子型の燃料電池では、カソード極からアノード極に水分や窒素ガスなどが透過する。これら水分及び窒素ガスなどはアノードオフガスと共に燃料循環系により燃料電池スタックに戻される。ところが、これらの水分及び窒素ガスは、燃料電池スタックの発電効率を低下させる。したがって、このように燃料電池スタックの発電効率を低下させる物質を発電阻害物質と称すると、発電阻害物質を水素ガス流路から除去する必要がある。そこで特許文献１の燃料電池システムでは、発電阻害物質を含むアノードオフガスの一部をパージガスとして、燃料排出系により排出させるようにしている。
【０００４】
ただし、パージガスを大気中に放出するには、安全のために、パージガス中の水素濃度を爆発限界濃度よりも低くする必要がある。したがって、パージガスを大気中に放出する前に、パージガスを希釈する必要がある。そこで特許文献１の燃料電池システムでは、燃料排出系により排出されたアノードオフガスをバッファタンクに一時的に溜めておき、その溜めておいたアノードオフガスを、インジェクタおよびポンプの少なくとも一つを用いて希釈器に供給し、カソードオフガス（空気を含む）で希釈している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５２７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、バッファタンクに貯めたアノードオフガスを希釈器に供給するためにインジェクタやポンプが必要であるので、システムが複雑になるばかりか、インジェクタやポンプを駆動するための電気エネルギが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の出口に連結されたアノードオフガス管と、前記燃料電池スタック内に形成された酸化剤ガス通路の出口に連結されたカソードオフガス管と、前記アノードオフガス管からのパージガスを一時的に蓄えるバッファタンクと、前記アノードオフガス管の出口又は途中を前記バッファタンクの入口に連結するパージガス導入管と、前記パージガス導入管内に配置されたパージガス導入弁と、前記カソードオフガス管内に配置され、カソードオフガスとパージガスとを互いに混合することにより排出ガス中の燃料ガス濃度を低下させる希釈器と、前記バッファタンクの出口と前記希釈器の入口又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管に連結するパージガス排出管と、前記パージガス排出管内に配置されたパージガス排出弁と、を備え、前記バッファタンクは弾性的に伸縮可能であり、前記パージガス排出弁が閉弁されつつ前記パージガス導入弁が開弁されると、前記アノードオフガス管から前記パージガス導入管を介しパージガスが前記バッファタンク内に流入し、このとき前記バッファタンクが弾性的に伸長し、次いで前記パージガス導入弁が閉弁されると共に前記パージガス排出弁が開弁されると、前記バッファタンクが弾性的に収縮することにより前記バッファタンク内のパージガスが前記パージガス排出管を介し前記希釈器内又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管内に排出される、燃料電池システムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
より簡易的な構成を用いて、燃料電池スタック及びアノードオフガス管から発電阻害物質を取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池システムの全体図である。
【図２】バッファタンクの部分断面図である。
【図３】バッファタンクの動作を示す部分断面図である。
【図４】バッファタンクの動作を示す部分断面図である。
【図５】バッファタンクの動作を示す部分断面図である。
【図６】パージ作用を説明するタイムチャートである。
【図７】インターバルＴのマップを示す図である。
【図８】パージ制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図９】バッファタンクの別の実施例の部分断面図である。
【図１０】バッファタンクの更に別の実施例の部分断面図である。
【図１１】本発明による別の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、燃料電池システム１は燃料電池スタック１０を備える。燃料電池スタック１０は積層方向に互いに積層された複数の燃料電池単セル（図示されず）を備える。各燃料電池単セルは膜電極接合体２０を含む。膜電極接合体２０は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。
【００１１】
燃料電池単セルのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、燃料電池スタック１０の電極を構成する。燃料電池スタック１０の電極は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してインバータに電気的に接続され、インバータはモータジェネレータに電気的に接続される。また、別の実施例では、燃料電池システム１は、バッテリのような蓄電器を備える。これらの電気的な構成については、図示を省略している。
【００１２】
また、燃料電池単セル内には、アノード極に燃料ガスである水素ガスを供給するための水素ガス流通路と、カソード極に酸化剤ガスである空気を供給する空気流通路と、燃料電池単セルに冷却水を供給するための冷却水流通路とがそれぞれ形成される。複数の燃料電池単セルの水素ガス流通路、空気流通路、及び冷却水流通路をそれぞれ直列に接続することにより、燃料電池スタック１０には水素ガス通路３０、空気通路４０、及び冷却水通路５０がそれぞれ形成される。
【００１３】
水素ガス通路３０の入口には水素ガス供給管３１が連結され、水素ガス供給管３１は燃料ガス源である水素タンク３２に連結される。水素ガス供給管３１内には上流側から順に、遮断弁３３と、水素ガス供給管３１内の水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３４と、水素ガス供給管３１内の圧力を測定する圧力センサＰＡとが配置される。一方、水素ガス通路３０の出口にはアノードオフガス管３６の一端が連結される。アノードオフガス管３６の他端には、パージガス導入管６４の一端が連結され、パージガス導入管６４の他端には、弾性的に伸縮可能なバッファタンク６０が連結される。パージガス導入管６４内には例えば電磁式のパージガス導入弁６１が配置される。遮断弁３３が開弁されると、水素タンク３２内の水素ガスが、レギュレータ３４で調圧され、水素ガス供給管３１を介して燃料電池スタック１０内の水素ガス通路３０内に供給される。図１に示される実施例では、水素ガス供給管３１の圧力が例えば燃料電池システム１の負荷に応じて定まる目標圧力に維持されるように水素ガス供給管３１に水素ガスが供給される。言い換えると、パージガス導入弁６１が閉弁されているときには、燃料電池スタック１０で消費された分の水素ガスが補充されるように水素ガス供給管３１に水素ガスが供給される。この場合、アノードオフガス管３６内にアノードオフガスの流れは存在してない。これに対し、パージガス排出弁６２（後述）が閉弁されつつパージガス導入弁６１が開弁されると、燃料電池スタック１０の水素ガス通路３０及びアノードオフガス管３６からなる水素ガス流路が水素ガスによって掃気される。このときアノードオフガス管３６から流出するアノードオフガス、すなわちパージガスはパージガス導入管６４を介してバッファタンク６０に供給される。
【００１４】
バッファタンク６０の出口にはパージガス排出管６５の入口が連結され、パージガス排出管６５の出口は後述する希釈器４９の入口に連結される。パージガス排出管６５には例えば電磁式のパージガス排出弁６２が配置される。パージガス排出管６５が開弁されると、バッファタンク６０内のパージガスが希釈器４９に供給される。
【００１５】
図２はバッファタンク６０の一例の断面図である。図２に示される例では、バッファタンク６０は、弾性的に伸縮可能な筒状部材７１と、剛性を有する板状部材７２とを備える。筒状部材７１及び板状部材７２は例えば樹脂又は金属により形成される。また、バッファタンク６０は、封密の収容容器７０内に収容され、したがって収容容器７０により封密に包囲される。バッファタンク６０の開口は収容容器７０の内面に封密に固定される。上述のパージガス導入管６４及びパージガス排出管６５は収容容器７０を貫通してバッファタンク６０内に連通している。この場合、筒状部材７１がバッファタンク６０の長手方向に伸縮すると、バッファタンク６０の容量が変更される。また、バッファタンク６０の容量を検出する容量センサ７４が設けられる。バッファタンク６０内に蓄えられたガス量、すなわちバッファタンク６０の容量は板状部材７２の位置により表される。そこで図２に示される実施例では、容量センサ７４は、板状部材７２の位置を検出する位置センサから構成される。具体的には、容量センサ７４は、センサヘッド７４ａを有する接触型位置センサから構成される。別の実施例では、容量センサ７４は光学式位置センサ又は渦電流式位置センサから構成される。
【００１６】
図１及び図２を参照すると、収容容器７０には、バッファタンク６０と収容容器７０との間に形成される包囲空間Ａに連通する呼吸孔７３が設けられる。呼吸孔７３は配管６６を介して希釈器４９に連結される。バッファタンク６０の容量が大きくなるときには、包囲空間Ａから呼吸孔７３を介しガスが流出し、バッファタンク６０の容量が小さくなるときには、呼吸孔７３を介し包囲空間Ａ内にガスが流入する。別の実施例では、呼吸孔７３は大気に連結される。
【００１７】
また、空気通路４０の入口には空気供給管４１が連結され、空気供給管４１は空気源である大気４２に連結される。空気供給管４１内には上流側から順に、エアクリーナ４３と、空気を圧送する空気供給器ないしコンプレッサ４４と、コンプレッサ４４から燃料電池スタック１０に送られる空気を冷却するためのインタークーラ４５と、が配置される。一方、空気通路４０の出口にはカソードオフガス管４６が連結される。カソードオフガス管４６内にはカソードオフガス制御弁４７が配置される。カソードオフガス管４６の出口は希釈器４９の入口に連結され、希釈器４９の出口には排出ガス管４６ａが連結される。更に、インタークーラ４５下流の空気供給管４１に空気バイパス管４１ａの入口が連結され、空気バイパス管４１ａの出口が希釈器４９の入口に連結される。空気バイパス管４１ａ内には、空気バイパス制御弁４８が配置されている。コンプレッサ４４が駆動されると、空気が空気供給管４１を介して燃料電池スタック１０内の空気通路４０内に供給される。このとき空気通路４０から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス管４６内に流入する。カソードオフガス管４６内のカソードオフガスは次いで、希釈器４９に供給される。また、空気バイパス制御弁４８が開弁されると、コンプレッサ４４から吐出された空気の一部又は全部が空気バイパス管４１ａを介して希釈器４９に供給される。別の実施例では、空気バイパス管４１の出口は、希釈器４９ではなく、希釈器４９上流のカソードオフガス管４６に連結される。
【００１８】
希釈器４９では、カソードオフガス管４６からのカソードオフガス及び空気バイパス管４１ａからの空気を希釈ガスとして、パージガス中に含まれる水素ガスが希釈される。別の実施例では、パージガス排出管６５の出口はカソードオフガス管４６又は空気バイパス管４１ａに連結される。
【００１９】
更に図１を参照すると、冷却水通路５０の入口には冷却水供給管５１の一端が連結され、冷却水通路５０の出口には冷却水供給管５１の他端が連結される。冷却水供給管５１内には冷却水を圧送する冷却水ポンプ５２と冷却水を冷却するラジエータ５３とが配置される。ラジエータ５３と冷却水ポンプ５２との間の冷却水供給管５１と、ラジエータ５３上流の冷却水供給管５１とはラジエータバイパス通路５４により互いに連結される。また、ラジエータバイパス通路５４内を流れる冷却水量を制御するラジエータバイパス制御弁５５が設けられる。図１に示される燃料電池システム１ではラジエータバイパス制御弁５５は三方弁から形成され、ラジエータバイパス通路５４の出口に配置される。冷却水ポンプ５２が駆動されると、冷却水ポンプ５２から吐出された冷却水は冷却水供給管５１を介して燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０内に流入し、次いで冷却水通路５０を通って冷却水供給管５１内に流入し、ラジエータ５３又はラジエータバイパス通路５４を介して冷却水ポンプ５２に戻る。
【００２０】
電子制御ユニット９０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス９１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）９４、入力ポート９５及び出力ポート９６を具備する。燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の出力電圧又は出力電流を計測する出力センサ９９が設けられる。出力センサ９９の出力信号、圧力センサＰＡの出力信号、及び、容量センサ７４の出力信号は、対応するＡＤ変換器９７を介して入力ポート９５に入力される。一方、出力ポート９６は対応する駆動回路９８を介して遮断弁３３、レギュレータ３４、パージガス導入弁６１、パージガス排出弁６２、コンプレッサ４４、カソードオフガス制御弁４７、空気バイパス制御弁４８、冷却水ポンプ５２、及びラジエータバイパス制御弁５５に電気的に接続される。
【００２１】
燃料電池スタック１０に水素ガス及び空気が供給されると、燃料電池スタック１０では水素及び酸素の電気化学反応により電気エネルギが発生される。この電気エネルギは例えば車両駆動用の電気モータに供給される。
【００２２】
さて、冒頭で説明したように、燃料電池スタック１０のアノード極にはカソード極から発電阻害物質が到達する。燃料電池スタック１０の水素ガス通路３０及びカソードオフガス管３６内の発電阻害物質量は燃料電池システム１の運転時間が長くなるにつれて多くなる。そこで図１に示される燃料電池システム１では、燃料電池スタック１０の水素ガス通路３０及びカソードオフガス管３６から発電阻害物質を除去するためのパージ作用が繰り返し行われる。このことを、図３から図６を参照して説明する。
【００２３】
図３は、パージ作用が行われる前の状態を示している。この場合、バッファタンク６０は収縮状態にあり、バッファタンク６０内にはほとんどガスが貯蔵されていない。
【００２４】
パージ作用を行うべきときには、パージガス排出弁６２が閉弁されつつパージガス導入弁６１が開弁される。その結果、パージガスの圧力とバッファタンク６０内部の圧力との差により、アノードオフガス管３６からパージガス導入管６４を介しバッファタンク６０へパージガス、すなわち発電阻害物質を含むアノードオフガスが流入する。その結果、図４に示すように筒状部材７１が弾性的に伸長し、バッファタンク６０内にパージガスが貯蔵される。このとき、筒状部材７１には、収縮状態に戻ろうとする復元力が蓄積されている。
【００２５】
その後、パージガス導入弁６１が閉弁されると共にパージガス排出弁６２が開弁される。その結果、図５に示すように、筒状部材７１の復元力により筒状部材７１が収縮する。したがって、バッファタンク６０からパージガス排出管６５を介しパージガスが排出される。
【００２６】
その後、図３に示される状態までバッファタンク６０が収縮する。このときバッファタンク６０は、パージガスをほとんど貯蔵していない。
【００２７】
その後、パージガス排出弁６２が閉弁されつつパージガス導入弁６１が開弁され、したがってパージガスがバッファタンク６０内に再び導入される。その後、パージガス導入弁６１が閉弁されると共にパージガス排出弁６２が開弁され、したがってパージガスバッファタンク６０から排出される。このように図１に示される燃料電池システム１のパージ作用では、バッファタンク６０へのパージガスの導入と、バッファタンク６０からのパージガスの排出とが交互に繰り返される。
【００２８】
このように、バッファタンク６０内にパージガスが一時的に蓄えられ、蓄えられたパージガスがバッファタンク６０の弾性によりバッファタンク６０から排出される。すなわち、簡単な構成でもってパージ作用を行うことができる。また、パージ作用のために必要な電力量を低減することもできる。
【００２９】
バッファタンク６０の可能最大容量は、１回のパージガス導入作用で導入されるパージガス量と概ね同じであることが好ましい。このようにすると、バッファタンク６０の寸法を小さくでき、バッファタンク６０を設置するのに必要なスペースを小さくできる。
【００３０】
なお、図１に示される燃料電池システム１では、燃料電池スタック１の作動時にパージ作用が行われる。別の実施例では、例えば出力センサ９９により検出される燃料電池スタック１０の出力電圧又は出力電流が許容下限よりも大きいときにはパージ作用は行なわれず、燃料電池スタック１０の出力電圧又は出力電流が許容下限を下回ったときにパージ作用が行われる。
【００３１】
図１に示される燃料電池システム１のパージ作用を、図６を参照しながら更に説明する。図６を参照すると、時間ｔ１１はパージ作用を開始すべきときを示している。このとき、バッファタンク６０は図３に示されるような収縮状態にある。この収縮状態では、バッファタンク６０内に貯蔵されているパージガス量はほぼゼロである。
【００３２】
時間ｔ１１において、パージガス排出弁６２が閉弁されつつパージガス導入弁６１が開弁される。その結果、パージガス貯蔵量がほぼゼロから増大する。
【００３３】
次いで、導入時間Δｔ１が経過し時間ｔ１２になると、パージガス導入弁６１が閉弁されると共にパージガス排出弁６２が開弁される。その結果、バッファタンク６０からパージガスが排出され、パージガス貯蔵量がＱＰから徐々に減少する。
【００３４】
次いで、排出時間Δｔ２が経過し時間ｔ２１になると、パージガス貯蔵量がほぼゼロまで戻る。このとき、パージガス導入弁６１が開弁されると共にパージガス排出弁６２が閉弁される。その結果、パージガス再びバッファタンク６０内に導入される。次いで、時間ｔ２２になるとパージガスの導入作用が終了されてパージガスの排出作用が開始され、次いで時間ｔ３１になるとパージガスの排出作用が終了されてパージガスの導入作用が開始される。
【００３５】
したがって、導入時間Δｔ１と排出時間Δｔ２との和をインターバルＴと称すると、パージ作用がインターバルＴでもって繰り返されるということになる。あるいは、バッファタンク６０へのパージガスの導入作用がインターバルＴでもって繰り返され、導入作用が行われていない期間にパージガスの排出作用が行なわれるという見方もできる。
【００３６】
インターバルＴは例えば次のようにして設定される。すなわち、燃料電池スタック１０の水素ガス通路３０及びアノードオフガス管３６内の発電阻害物質量は例えば燃料電池システム１の負荷ないし要求発電量が多くなるにつれて発電阻害物質量は多くなる。そこで図１に示される燃料電池システム１では、インターバルＴは図７に示されるように、負荷が高くなるにつれて短くされる。なお、インターバルＴは図７に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ９２内に記憶されている。なお、燃料電池システム１の負荷は例えばアクセルペダルの踏み込み量によって表される。
【００３７】
一方、導入時間Δｔ１は例えば比較的短い一定時間に設定される。パージガスの形で燃料電池システム１０から排出される未使用の水素ガス量をできるだけ少なくするためである。これに対し、排出時間Δｔ２はインターバルＴから導入時間Δｔ１を差し引くことによって算出される（Δｔ２＝Ｔ−Δｔ１）。
【００３８】
なお、別の実施例では、インターバルＴは一定値に設定される。更に別の実施例では、導入時間Δｔ１が例えば燃料電池システム１の負荷に応じて変更される。
【００３９】
図６に示される実施例では、パージガス排出弁６２が開弁されてから排出時間Δｔ２が経過したときにパージガス貯蔵量がほぼゼロに戻るように、パージガス排出作用時におけるパージガスの排出速度、すなわちパージガス排出弁６２の開度が設定される。すなわち、パージガス排出弁６２を開弁すべきときのパージガス貯蔵量がＱＰの場合には、パージガスの排出速度ｖｐは（ＱＰ／Δｔ２）で表される。このようにすると、バッファタンク６０から排出される水素ガス濃度を低く維持することができる。
【００４０】
バッファタンク６０から排出されたパージガスは次いで希釈器４９に流入する。その結果、カソードオフガス管４６からのカソードオフガス及び空気バイパス管４１ａからの空気、すなわち希釈ガスにより、パージガスに含まれる水素ガスが希釈される。この場合、図１に示される燃料電池システム１では、排出ガス管４６ａから排出される排出ガス中の水素ガス濃度を例えば爆発限界濃度よりも低く維持するのに必要な希釈ガス量が要求希釈ガス量として算出され、実際の希釈ガス量が要求希釈ガス量になるようにコンプレッサ４４からの空気量及び空気バイパス制御弁４８が制御される。すなわち、カソードオフガス管４６からのカソードオフガス量が要求希釈ガス量よりも少ないときには、コンプレッサ４４からの空気供給量が増大されると共に、空気バイパス制御弁４８が開弁される。一方、カソードオフガス管４６からのカソードオフガス量が要求希釈ガス量よりも多いときには、空気バイパス制御弁４８は閉弁され、コンプレッサ４４の空気増大作用は行われない。すなわち、コンプレッサ４４からの空気供給量は燃料電池スタック１０の要求発電量に応じて定まる空気量に設定される。その結果、パージガスが安全に大気中に放出される。
【００４１】
上述したように、図１及び図２に示される実施例では、バッファタンク６０が収容容器７０内に収容され、呼吸孔７３が希釈器４９に連結される。したがって、何らかの理由によりバッファタンク６０から水素ガスを含むパージガスが漏れたとしても、このパージガスはまず包囲空間Ａ内に留まり、次いで希釈器４９に供給され、希釈される。したがって、バッファタンク６０から漏れたパージガスが安全に大気中に放出される。
【００４２】
図８は上述したパージ作用を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図８を参照すると、ステップ１００では燃料電池システム１の負荷が読み込まれる。続くステップ１０１ではインターバルＴ及び排出時間Δｔ２が算出される。続くステップ１０２では導入時間Δｔ１にわたり、パージガス導入弁６１が開弁され、パージガス排出弁６２が閉弁される。続くステップ１０３ではパージガス貯蔵量が容量センサ７４により算出され、パージガス排出弁６２の開度が算出され、要求希釈ガス量が算出される。続くステップ１０５では排出時間Δｔ２にわたり、パージガス導入弁６１が閉弁され、パージガス排出弁６２が開弁される。また、希釈ガス量が要求希釈ガス量になるようにコンプレッサ４４及び空気バイパス制御弁４８が制御される。
【００４３】
図９は、バッファタンク６０の別の実施例を示している。この実施例では、バッファタンク６０と収容容器７０との間にバネのような弾性体７５が挿入され、それによってバッファタンク６０が弾性的に伸縮可能となっている。この場合、筒状部材７１自体が弾性を備えていなくてもよい。
【００４４】
図１０は、バッファタンク６０の更に別の実施例を示している。この実施例では、バッファタンク６０は伸縮可能な袋７１ａから形成される。また、この実施例では、位置センサ７４は、光学式位置センサから構成され、センサヘッド７４ｂでレーザ光を発射し、袋７１ｂからの反射光を受光する。
【００４５】
図１１は本発明による別の実施例を示している。図１１を参照すると、収容容器７０と希釈器４９とが一体的に形成される。あるいは、収容容器７０と希釈器４９とが互いに接するよう配置される。カソードオフガスの温度はかなり高いので、このようにすると、カソードオフガスによりバッファタンク６０が容易に加熱される。
【００４６】
また、図１１に示される実施例では、収容容器７０の一側にカソードオフガス流入孔ｈ１が形成され、収容容器７０の他側にカソードオフガス流出孔ｈ２が設けられる。これらカソードオフガス流入孔ｈ１及びカソードオフガス流出孔ｈ２は包囲空間Ａ内に連通する。カソードオフガス流入孔ｈ１は供給管８１を介してカソードオフガス管４６に連結される。カソードオフガス流出孔ｈ２は希釈器４９の内部空間内に連通される。その結果、カソードオフガス管４６内のカソードオフガスが供給管８１及びカソードオフガス流入孔ｈ１を介し包囲空間Ａ内に流入する。このカソードオフガスはバッファタンク６０の周りの包囲空間Ａ内を流通し、次いでカソードオフガス流出孔ｈ２を介して希釈器４９内に流出する。その結果、カソードオフガスによりバッファタンク６０が容易に加熱される。
【００４７】
冷間時には、バッファタンク６０内に残存した水分が凍結するおそれがある。残存水分が凍結すると、バッファタンク６０が良好に伸縮できないおそれがある。そこで図１１に示される実施例では、カソードオフガスによりバッファタンク６０を速やかに加熱し、凍結している水分を速やかに解凍するようにしている。その結果、バッファタンク６０の良好な伸縮が確保される。しかも、バッファタンク６０内の残存水分の気化が促進され、したがってバッファタンク６０内の残存水分量が低減される。
【００４８】
別の実施例では、収容容器７０はカソードオフガス管４６又は排出ガス管４６ａと一体的に形成される。更に別の実施例では、カソードオフガス流出孔ｈ２は排出ガス管４６ａに連結される。
【００４９】
これまで述べてきた実施例では、カソードオフガス管３６の出口にパージガス導入管６４が連結される。別の実施例では、カソードオフガス管３６の出口が水素ガス供給管３１に連結され、したがってカソードオフガスが水素ガス供給管３１に戻される。その上で、カソードオフガス管３６の途中にパージガス導入管６４が連結される。
【符号の説明】
【００５０】
１    燃料電池システム
１０    燃料電池スタック
３６    アノードオフガス管
４６    カソードオフガス管
４９    希釈器
６０    バッファタンク
６１    パージガス導入弁
６２    パージガス排出弁
６４    パージガス導入管
６５    パージガス排出管
【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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【図１０】
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【図１１】
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