(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、
前記水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、
前記水素貯蔵容器から前記発電部に水素を所定の送給方向に送給するための水素供給配管と、
前記発電部から排出される排出ガスであって、発電において未消費の水素を含む水素オフガスを前記発電部に戻すための水素循環配管と、
前記水素オフガスを外部に排出するための排出口と、
前記水素循環配管から分岐し、前記排出口に接続する水素排出配管と、
前記水素供給配管から分岐し、前記発電部を介さずに前記水素排出配管に接続するバイパス配管と、
前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における下流側に位置し、前記水素供給配管を開閉する水素供給弁と、
前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を開閉する圧力解放弁と、
前記水素供給弁と前記圧力解放弁とを制御する制御部と、
前記水素供給配管に設けられ、水素の圧力を検出する圧力検出装置と、
を備え、
前記制御部は、
前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放し、
前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取り、
前記圧力検出装置が検出した圧力に応じて、前回、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取ってから、次回、前記圧力検出装置が検出する圧力を受け取るまでの時間を決定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
水素を貯蔵する複数の水素貯蔵容器と、
前記水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、
前記水素貯蔵容器から前記発電部に水素を所定の送給方向に送給するための水素供給配管と、
前記発電部から排出される排出ガスであって、発電において未消費の水素を含む水素オフガスを前記発電部に戻すための水素循環配管と、
前記水素オフガスを外部に排出するための排出口と、
前記水素循環配管から分岐し、前記排出口に接続する水素排出配管と、
前記水素供給配管から分岐し、前記発電部を介さずに前記水素排出配管に接続するバイパス配管と、
前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における下流側に位置し、前記水素供給配管を開閉する水素供給弁と、
前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を開閉する圧力解放弁と、
複数の入力口と１つの出力口とを有するマニホールドと、
複数の前記水素貯蔵容器と前記複数の入力口とを各々接続する複数の接続配管と、
前記複数の接続配管の各々に設けられ、前記複数の接続配管を各々開閉する複数の切換弁と、
前記水素供給弁と前記圧力解放弁と前記複数の切換弁とを制御する制御部と、
前記水素供給配管に設けられ、水素の圧力を検出する圧力検出装置と、
を備え、
前記制御部は、
前記複数の切換弁の各々を所定の順番で開閉し、
前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放し、
前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取り、
前記圧力検出装置が検出した圧力に応じて、前回、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取ってから、次回、前記圧力検出装置が検出する圧力を受け取るまでの時間を決定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記複数の切換弁のうちの一つの切換弁を開放し、
前記圧力検出装置が前記水素貯蔵容器内の圧力を検出した後、
前記圧力検出装置が検出した圧力が前記第１ の閾値未満であるときに、前記圧力解放弁を開放することなく、前記一つの切換弁を閉止し、
前記所定の順番に従う次の順番の切換弁を開放する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、
前記排出口に設けられ、前記水素オフガスを空気と混合して外部へ排出するための混合装置を備え、
前記混合装置は、前記バイパス配管と前記水素排出配管とを接続する接続部分と、前記排出口との間に配置される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における上流側に位置し、前記水素貯蔵容器から送給される水素の圧力を前記発電部における発電に適切な値に減圧するレギュレータを備える
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１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】
従来、水素と酸素とを燃料として発電する燃料電池システムでは、水素を貯蔵する水素貯蔵容器を備えたものが知られている。このような燃料電池システムにおいて、水素貯蔵容器内の水素を外部に排出しなければならない場合がある。
【０００３】
特許文献１には、操作端末から排出指令を取得したときに、流路開閉弁を開放して、発電部である燃料電池スタックを通して水素タンク内の水素を外部に排出する水素ガス排出手段を備えた燃料電池システムが提案されている。このシステムにおいて、燃料電池設備や車両設備の修理等を行う際に、水素タンクから水素を排出することを想定している。
【０００４】
また、特許文献１のように修理等を行う場合だけでなく、水素を外部に排出して水素貯蔵容器内を減圧させなければならない場合がある。例えば外気温が上昇した場合等、何等かの原因により水素貯蔵容器の温度が上昇し、内部圧力が高まった場合などが想定される。
【０００５】
ところで、燃料電池スタックでは、燃料電池の出力端子と負荷とを接続する回路を開放すると、アノード側の水素が電解質膜を透過してカソード側に達するといういわゆるクロスリークが発生することが知られている（例えば特許文献２）。クロスリークが発生すると、カソード側で水素と酸素とが直接結合することにより局所的に熱が発生し、その熱によりカソードや電解質膜が損傷し、燃料電池スタックが劣化してしまうことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−００３４０６号公報
【特許文献２】特開２００３−３１７７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように燃料電池スタックである発電部を通して水素を外部に排出する構造では、燃料電池スタック内に水素が供給されてしまい、クロスリークの発生が増加し、燃料電池スタックの劣化の原因となるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックの劣化を低減させ、水素貯蔵容器内の水素を外部に排出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】
【０００９】
この目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムは、水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、前記水素貯蔵容器から前記発電部に水素を所定の送給方向に送給するための水素供給配管と、前記発電部から排出される排出ガスであって、発電において未消費の水素を含む水素オフガスを前記発電部に戻すための水素循環配管と、前記水素オフガスを外部に排出するための排出口と、前記水素循環配管から分岐し、前記排出口に接続する水素排出配管と、前記水素供給配管から分岐し、前記発電部を介さずに前記水素排出配管に接続するバイパス配管と、前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における下流側に位置し、前記水素供給配管を開閉する水素供給弁と、前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を開閉する圧力解放弁と、前記水素供給弁と前記圧力解放弁とを制御する制御部と、前記水素供給配管に設けられ、水素の圧力を検出する圧力検出装置と、を備え、前記制御部は、前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放し、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取り、前記圧力検出装置が検出した圧力に応じて、前回、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取ってから、次回、前記圧力検出装置が検出する圧力を受け取るまでの時間を決定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２記載の燃料電池システムは、水素を貯蔵する複数の水素貯蔵容器と、前記水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、前記水素貯蔵容器から前記発電部に水素を所定の送給方向に送給するための水素供給配管と、前記発電部から排出される排出ガスであって、発電において未消費の水素を含む水素オフガスを前記発電部に戻すための水素循環配管と、前記水素オフガスを外部に排出するための排出口と、前記水素循環配管から分岐し、前記排出口に接続する水素排出配管と、前記水素供給配管から分岐し、前記発電部を介さずに前記水素排出配管に接続するバイパス配管と、前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における下流側に位置し、前記水素供給配管を開閉する水素供給弁と、前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を開閉する圧力解放弁と、複数の入力口と１つの出力口とを有するマニホールドと、複数の前記水素貯蔵容器と前記複数の入力口とを各々接続する複数の接続配管と、前記複数の接続配管の各々に設けられ、前記複数の接続配管を各々開閉する複数の切換弁と、前記水素供給弁と前記圧力解放弁と前記複数の切換弁とを制御する制御部と、前記水素供給配管に設けられ、水素の圧力を検出する圧力検出装置と、を備え、前記制御部は、前記複数の切換弁の各々を所定の順番で開閉し、前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放し、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取り、前記圧力検出装置が検出した圧力に応じて、前回、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取ってから、次回、前記圧力検出装置が検出する圧力を受け取るまでの時間を決定することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３記載の燃料電池システムは、請求項２に記載の燃料電池システムであって、更に、前記制御部が、前記複数の切換弁のうちの一つの切換弁を開放し、前記圧力検出装置が前記水素貯蔵容器内の圧力を検出した後、前記圧力検出装置が検出した圧力が前記第１ の閾値未満であるときに、前記圧力解放弁を開放することなく、前記一つの切換弁を閉止し、前記所定の順番に従う次の順番の切換弁を開放することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４記載の燃料電池システムは、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システムであって、更に、前記燃料電池システムは、前記排出口に設けられ、前記水素オフガスを空気と混合して外部へ排出するための混合装置を備え、前記混合装置は、前記バイパス配管と前記水素排出配管とを接続する接続部分と、前記排出口との間に配置されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５記載の燃料電池システムは、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、更に、前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における上流側に位置し、前記水素貯蔵容器から送給される水素の圧力を前記発電部における発電に適切な値に減圧するレギュレータを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の燃料電池システムによれば、水素貯蔵容器内の水素は、バイパス配管を通して、燃料電池スタックを介さずに外部に排出される。このため、クロスリークの発生を低減させ、燃料電池スタックの劣化を低減させることができる。また、圧力検出装置が測定した水素の圧力が第１の閾値以上である場合に、水素貯蔵容器内の水素はバイパス配管を通して外部に排出される。このため、燃料電池スタックに水素を通すことなく、水素貯蔵容器内の圧力を下げることができる。また、水素貯蔵容器内の圧力に応じて次回圧力が確認されるまでの時間が調整される。このため、制御部はより適切な間隔で圧力を確認することができる。
【００１８】
また、請求項２記載の燃料電池システムによれば、水素貯蔵容器内の水素は、バイパス配管を通して、燃料電池スタックを介さずに外部に排出される。このため、クロスリークの発生を低減させ、燃料電池スタックの劣化を低減させることができる。複数の水素貯蔵容器をマニホールドに接続し、１つのバイパス配管と圧力解放弁とを使用して水素を外部へ排出できる。このため、複数のバイパス配管と圧力解放弁とを用意する必要がなく、構成が簡単になりコストダウンできる。複数の水素貯蔵容器に対応する切換弁が所定の順番で開閉されることにより、１つの圧力検出装置がすべての水素貯蔵容器内の圧力を順番に測定する。このため、水素貯蔵容器毎に圧力検出装置を用意する必要がなく、構成が簡単になりコストダウンできる。また、水素貯蔵容器内の圧力に応じて次回圧力が確認されるまでの時間が調整される。このため、制御部はより適切な間隔で圧力を確認することができる。
【００１９】
また、請求項３記載の燃料電池システムによれば、１つの水素貯蔵容器の圧力が測定された後に、測定に使用した水素が外部に排出されることなく、次の水素貯蔵容器の圧力が測定される。このため、水素を無駄に排出することがない。また、圧力測定の手順が簡単になり、測定が早く終了する。
【００２０】
また、請求項４記載の燃料電池システムによれば、水素オフガスを外部に排出する時と、バイパス配管を通して水素を外部に排出する時とで、共通の混合装置を使用することができる。このため、専用の混合装置を設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
【００２１】
また、請求項５記載の燃料電池システムによれば、水素貯蔵容器内の水素は、レギュレータによって２次圧力に減圧されて外部に排出される。このため、水素が１次圧力で外部に排出されることがなく、より安全である。また、専用のレギュレータをバイパス配管等に設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の水素ボンベの検査タイミング確認手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態の水素ボンベの圧力確認手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態の燃料電池システムを示すブロック図である。
【図５】本発明の変形例の燃料電池システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１を参照して説明する。
【００２７】
燃料電池システム１は、燃料部２と、水素供給部３と、燃料電池スタック４と、水素循環部５と、排水部６と、水素排出部７と、バイパス部８と、制御部９とを備える。
【００２８】
＜燃料部＞
燃料部２は、複数の水素ボンベ１０と、水素ボンベ１０と同数の開閉弁１１と、マニホールド１２と、接続配管１３とを備える。
【００２９】
複数の水素ボンベ１０の各々は、内部に水素吸蔵合金を備え、水素を貯蔵する。水素ボンベ１０の数は、燃料電池システム１における必要な発電時間に応じて増減しても良い。水素ボンベ１０の数を増やすことにより、燃料電池システム１の発電可能時間を長くすることができる。
【００３０】
開閉弁１１は、電気信号に基づいて開閉を切り替え可能な電磁弁である。開閉弁１１は、接続配管１３を介して水素ボンベ１０に各々接続される。接続配管１３の材質は、例えば、硬質のパイプを用いることができる。硬質のパイプの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。
【００３１】
マニホールド１２は、複数の入力口と１つの出力口とを備える。マニホールド１２の入力口は、接続配管１３を介して開閉弁１１と各々接続される。マニホールド１２の出力口は、水素供給部３に接続される。
【００３２】
＜水素供給部＞
水素供給部３は、１次圧力計１５と、レギュレータ１６と、２次圧力計１７と、水素供給弁１８とを備える。水素供給部３は、水素供給配管１９を介して、燃料部２と燃料電池スタック４との間に配置される。水素供給配管１９は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
【００３３】
１次圧力計１５は、マニホールド１２の出力口に接続される。１次圧力計１５は、燃料部２から供給される水素の圧力を検出する。燃料部２から供給される水素の圧力は、レギュレータ１６の１次側の水素圧力である。
【００３４】
レギュレータ１６は、送給方向１４において、１次圧力計１５の下流側に配置される。送給方向１４は、燃料部２から燃料電池スタック４に送給される水素の送給方向である。レギュレータ１６は、水素ボンベ１０から送給される水素の圧力を、燃料電池スタック４における発電に必要な２次圧まで減圧する。
【００３５】
２次圧力計１７は、送給方向１４において、レギュレータ１６の下流側に配置される。２次圧力計１７は、レギュレータ１６の２次側の水素圧力を検出する。
【００３６】
水素供給弁１８は、２次圧力計１７と燃料電池スタック４との間に配置される。水素供給弁１８は、燃料電池スタック４のアノード極に接続される。水素供給弁１８は、開閉弁１１と同様に構成される。
【００３７】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック４は、例えば固体高分子形の燃料電池スタックである。燃料電池スタック４は、単セルを複数積層してパッケージ化したものである。単セルは、アノード極、電解質膜、及びカソード極を貼り合わせて一体化し、導電板で挟み込んで構成される。
【００３８】
燃料電池スタック４のアノード極は、水素供給部３に接続される。燃料電池スタック４のカソード極は、酸素供給部に接続される。
【００３９】
＜酸素供給部＞
酸素供給部は、空気流路及び空気ポンプ等を備える。酸素供給部は、燃料電池スタック４に発電に使用する酸素を供給するためのものである。酸素供給部については、特許文献１によって公知であるので、図中での表示は省略している。
【００４０】
＜水素循環部＞
水素循環部５は、気液分離器２０と、水素循環ポンプ２１とを備える。水素循環部５は、水素循環配管２２を介して、水素燃料電池スタック４のアノード極に接続される。水素循環配管２２は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
【００４１】
水素循環部５は、水素オフガスを再び発電に利用する為にアノード極に戻す。水素オフガスは、燃料電池スタック４において発電で利用されなかった未消費の水素を含む排ガスである。即ち、燃料電池システム１は水素循環方式のシステムである。
【００４２】
気液分離器２０は、燃料電池スタック４のアノード極に接続される。気液分離器２０は、水素オフガスを水とガスとに分離するための装置である。気液分離器２０は、入力口と、排気側出口と、排水側出口とを備える。気液分離器２０の排気側出口は、水素循環ポンプ２１に接続される。気液分離器２０の排水側出口は、排水部６に接続される。
【００４３】
水素循環ポンプ２１は、気液分離器２０の排気側出口と燃料電池スタック４のアノード極との間に配置される。水素循環ポンプ２１は、水素オフガスを再び燃料電池スタック４のアノード極に戻す。
【００４４】
＜排水部＞
排水部６は、気液分離器２０の排気側出口に接続される。排水部６は、気液分離器２０が分離した水を燃料電池システム１の外部に排出するための装置である。
【００４５】
排水部６は、排水配管２３と、排水弁２４とを備える。
【００４６】
排水配管２３は、気液分離器２０の排水側出口に接続される。排水配管２３は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
【００４７】
排水弁２４は、排水配管２３に配置される。排水弁２４は、開閉弁１１と同様に構成される。
【００４８】
＜水素排出部＞
水素排出部７は、水素循環部５における気液分離器２０の排気側出口と水素循環ポンプ２１との間に接続される。
【００４９】
水素排出部７は、水素排出配管２５と、水素排出弁２６と、排出口２７と、希釈装置２８とを備える。
【００５０】
水素排出配管２５は、水素循環配管２２から分岐し、排出口２７に接続される。水素排出配管２５は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
【００５１】
水素排出弁２６は、水素排出配管２５に配置される。水素排出弁２６は、開閉弁１１と同様に構成される。
【００５２】
排出口２７は、燃料電池システムの外部に通じる。水素オフガスは排出口から燃料電池システム１の外部に排出される。
【００５３】
希釈装置２８は、水素排出弁２６と排出口２７との間に配置される。希釈装置２８は、燃料電池システム１の外部の空気を導入して、排出口２７から排出される水素を空気と混合し、安全基準上定められた濃度以下に希釈して外部に放出する装置である。
【００５４】
＜バイパス部＞
バイパス部８は、バイパス配管２９と圧力解放弁３０とを備える。バイパス配管２９は、水素供給配管１９と水素排出配管２５とを接続する配管である。バイパス配管２９は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
【００５５】
バイパス配管２９は、水素供給配管１９における水素の送給方向１４において、水素供給弁１８の上流側から分岐し、燃料電池スタック４を介さずに、水素排出配管２５までバイパスする配管である。水素供給配管１９とバイパス配管２９との分岐部分は、水素供給配管１９における水素の送給方向１４において、レギュレータ１６よりも下流側に位置する。
【００５６】
圧力解放弁３０は、バイパス配管２９に配置される。圧力解放弁３０は、開閉弁１１と同様に構成される。
【００５７】
＜制御部＞
制御部９は、電気配線を介して、燃料電池スタック４、開閉弁１１、１次圧力計１５、２次圧力計１７、水素供給弁１８、水素循環ポンプ２１、排水弁２４、水素排出弁２６、及び圧力解放弁３０に接続される。
【００５８】
開閉弁１１、水素供給弁１８、排水弁２４、水素排出弁２６、及び圧力解放弁３０は、制御部９からの信号に基づいて各々開閉される。
【００５９】
＜燃料電池システムの動作（待機時）＞
以上説明したように構成された本実施形態の燃料電池システム１の動作について説明する。
【００６０】
本実施形態である燃料電池システム１は、例えば自然災害または設備点検などによる停電時において、非常用電源として使用される。
【００６１】
一方で、商用電源が供給されている状態では、燃料電池システム１は発電をせず、待機状態となる。
【００６２】
まず、燃料電池システム１の待機状態の動作について説明する。待機状態において、例えば夏季に外気温が高くなった場合など、何等かの原因により水素ボンベ１０の温度が高くなることがある。水素ボンベ１０の温度が上昇すると内部の圧力も上昇するが、水素ボンベ１０内の圧力は１ＭＰａを超えないようにしなければならない。なぜなら、高圧ガス保安法の規制により、小規模貯蔵容器の充填圧力は１ＭＰａ以下でなければならないためである。
【００６３】
待機状態において、制御部９は水素ボンベ１０内の圧力を監視し、１ＭＰａを越えないように減圧させる処理を実行する。
【００６４】
制御部９が開閉弁１１と圧力解放弁３０とを開放することにより、水素ボンベ１０内の水素は、バイパス配管２９を介して排出口２７から外部に放出される。水素が外部に排出されることにより、水素ボンベ１０内の圧力が減圧される。待機状態において、水素供給弁１８と水素排出弁２６とは閉止されているので、水素ボンベ１０内の水素は、燃料電池スタック４を通ることなく、排出口２７から外部に排出される。
【００６５】
制御部９は、圧力解放弁３０を開放する回数を増やすことにより、外部に排出する水素の量を増やすことができる。即ち、圧力解放弁３０が開放される回数が多いほど、水素ボンベ１０内の圧力をより多く減圧させることができる。
【００６６】
バイパス配管２９を介して外部に排出される水素は、レギュレータ１６を介して、レギュレータの２次圧力まで減圧される。
【００６７】
バイパス配管２９を介して水素が排出口２７から外部に排出されるとき、水素は希釈装置２８により空気と混合され、安全基準上定められた濃度以下に希釈される。空気中での水素の爆発限界の下限界は４％であるが、水素濃度が低いほどより安全である。空気流量の変動等も考慮し、水素濃度１％を以下に希釈することが好ましい。
【００６８】
＜検査タイミング確認工程＞
図２は、制御部９による各水素ボンベ１０の検査タイミング確認工程の処理手順を示したフローチャートである。制御部９は、一定時間毎に各水素ボンベ１０の検査タイミング確認工程を実行する。ここで、一定時間とは、あらかじめ定められた時間である。一定時間が短い程、頻繁に検査タイミング工程が実行されるため安全であるが、制御部９の処理負荷も高くなってしまう。ここでの一定時間は、制御部９の処理負荷を考慮して決定する。
【００６９】
以下、図２（ａ）を参照し、水素ボンベＡの検査タイミング確認工程の処理手順を説明する。尚、他の水素ボンベについては、水素ボンベＡと同様であるので詳細な説明は省略する。
【００７０】
まず、制御部９は、水素圧力を以前検査してから所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ１）。ここで、所定時間とは、水素ボンベ毎にあらかじめ設定された時間である。所定時間が短い程、頻繁に圧力を確認できるため安全であるが、制御部９の処理負荷も高くなってしまう。所定時間は、制御部９の処理負荷を考慮して決定する。
【００７１】
制御部９は、所定時間を経過したと判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、水素ボンベＡの圧力確認フラグに１を代入し（Ｓ２）、検査タイミング確認工程を終了する。
【００７２】
制御部９は、所定時間を経過していないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、水素ボンベＡについてのボンベ検査タイミング確認工程を終了する。
【００７３】
＜圧力確認工程＞
図３は、制御部９による圧力確認工程の処理手順を示したフローチャートである。制御部９は、圧力確認フラグ＝１であるときに圧力確認工程の処理を実行する。
【００７４】
制御部９は、圧力確認フラグ＝１のボンベの開閉弁１１を開放する（Ｓ１１）。即ち、圧力確認フラグ＝１の水素ボンベから水素が放出され、１次圧力計１５により水素圧力が測定される。
【００７５】
制御部９は、一定時間が経過した後（Ｓ１２）、圧力が閾値Ａ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。ここで必要な一定時間は、１次圧力計１５が測定する水素圧力の値を安定させるために必要な時間である。
【００７６】
水素ボンベ１０内の圧力は１ＭＰａを超えてはならない為、閾値Ａは、１ＭＰａよりも小さい値である。閾値Ａは、水素の圧力変動や１次圧力計１５の測定誤差等を考慮し、水素ボンベ１０内の圧力が確実に１ＭＰａを超えない範囲でなるべく高めの値が好ましく、例えば０．９５ＭＰａとする。
【００７７】
制御部９は、圧力が閾値Ａ以上であると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、圧力解放弁３０を開放する（Ｓ１４）。即ち、水素ボンベ１０からバイパス配管２９を通って水素が外部に排出される。水素供給弁１８は閉鎖しているため、水素は燃料電池スタック４に供給されない。
【００７８】
制御部９は、一定時間経過した後（Ｓ１５）、圧力解放弁３０を閉鎖し（Ｓ１６）、処理をステップＳ１３へ戻す。ここで一定時間とは、水素を外部へ排出する時間であり、あらかじめ設定された値である。一定時間を短く設定するほど、一度に放出する水素量は少ない。制御部９は、圧力が閾値Ａ未満になるまで圧力解放弁３０の開閉を繰り返す。即ち、水素ボンベ１０内の水素が繰り返し外部に排出される。
【００７９】
制御部９は、圧力が閾値Ａ以上でないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、開閉弁１１を閉鎖し（Ｓ１７）、圧力を確認した水素ボンベ１０の圧力確認フラグに０を代入する（Ｓ１８）。
【００８０】
制御部９は、圧力を確認した水素ボンベ１０の圧力を不揮発性メモリに記憶させる（Ｓ１９）。ここで記憶させる圧力値は、ステップＳ１３で最後に使用した値である。つまり、ここで記憶させる圧力値は、閾値Ａ未満の値である。
【００８１】
最後に、制御部９は、圧力に応じて、次回圧力を確認するまでの時間を計算し、不揮発性メモリに記憶させ（Ｓ２０）、圧力確認工程を終了する。
【００８２】
次回圧力を確認するまでの時間は、例えば、次のように求めることができる。
次回圧力を確認するまでの時間  ＝  時間換算補正係数  ×  （閾値Ａ−測定圧力）
ここでの測定圧力とは、圧力を確認した水素ボンベ１０の圧力である。また、時間換算補正係数は、予め定めた係数である。即ち、測定圧力が高く、閾値Ａに近いほど、次回圧力を確認するまでの時間が短くなる。また、測定圧力が低いほど、次回圧力を確認するまでの時間が長くなる。
【００８３】
例えば、水素ボンベＡの圧力確認工程が終了し、次回水素ボンベＡの圧力を測定するまでの時間が経過した場合、制御部９は再び水素ボンベＡに対して圧力確認工程を実行する。
【００８４】
水素ボンベＡについて圧力確認工程を終了した後に、水素ボンベＢについての圧力確認工程を実施する場合、水素供給配管１９内には水素ボンベＡの圧力確認に使用した水素が残留しているが、本実施形態では、水素ボンベＡの圧力確認に使用した水素を外部に排出することなく、水素ボンベＢの圧力確認工程を開始する。これにより、水素を無駄に外部に排出する量を減らし、節約すことができる。
【００８５】
＜燃料電池システムの動作（発電時）＞
次に、燃料電池システム１の発電時の動作について説明する。
停電により商用電源が遮断されると、二次電池の電力によって弁動作がなされ、水素ボンベ１０から燃料電池スタック４に水素が供給される。燃料電池スタック４内で水素及び酸素による電気化学反応が生じ、発電が行われ、所望の設備に電力が供給される。
【００８６】
制御部９は、複数の水素ボンベ１０のうちいずれか１つの水素ボンベに接続された開閉弁１１と、水素供給弁１８とを開放する。燃料電池スタック４は、水素供給部３を通して水素ボンベ１０から水素が供給される。燃料電池スタック４に供給される水素は、レギュレータ１６により、燃料電池スタック４における発電に適切な２次圧力に減圧される。
【００８７】
燃料電池スタック４は、水素ボンベ１０から供給された水素と、空気中の酸素とを燃料として発電を行う。燃料電池スタック４において、水素を含む水素ガスがアノード極に流入し、酸素を含む空気等の酸化ガスがカソード極に流入することにより、両電極で電気化学反応が生じ、起電力が発生する。燃料電池システム１は、所望の設備に電力を供給する。
【００８８】
燃料電池スタック４のアノード極において発電で利用されなかった未消費の水素を含む水素オフガスは、水素循環配管２２に送られる。水素オフガスには、未消費の水素の他、発電によって発生した水及び不純物である窒素等も含まれる。
【００８９】
水素オフガスは、気液分離器２０により水とガスとに分離される。水が除去された水素オフガスは、水素循環ポンプ２１によって再び燃料電池スタック４のアノード極に戻され、燃料として発電に使用される。
【００９０】
気液分離器２０が分離した水は排水配管２３に貯留される。制御部９は、排水配管２３内に所定の水が貯まると、排水弁２４を開放状態とする。排水弁２４が開放状態となったときに、燃料電池システム１の外部に水が排出される。
【００９１】
燃料電池スタック４における発電に伴って、水素循環配管２２内には窒素等の不純物が増加する。不純物が増加すると、燃料電池スタック４における発電電圧が低下してしまう。制御部９は、燃料電池スタック４における発電電圧が所定の値以下になったとき、水素排出弁２６を開放状態とする。水素排出弁２６が開いた状態となったときに、水素循環配管２２内の水素オフガスは水素排出配管２５を介して排出口２７に送られる。
【００９２】
排出口２７の手前に設けられた希釈装置２８により、水素オフガスは空気と混合され、安全基準上定められた水素濃度以下に希釈される。
【００９３】
停電が復旧し商用電源が再び供給されたり、水素ボンベ１０内の水素残量が足りなくなった場合には、燃料電池システム１は発電を停止する。
【００９４】
以上のように構成された燃料電池システム１によれば、待機状態において、バイパス配管２９を使用することにより、水素ボンベ１０内の水素を燃料電池スタック４に通すことなく外部に排出することができ、クロスリークを低減させ、燃料電池スタック４の劣化を低減させることができる。また、水素オフガスを外部に排出する際と、バイパス配管２９を通して水素を外部に排出する際とで、共通の希釈装置２８を使用できるため、専用の希釈装置を別に設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
【００９５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。本実施形態では、バイパス配管２９ａが希釈装置２８と接続された点が、第１実施形態とは異なる。尚、バイパス配管２９ａを除く構成と、燃料電池システム１の動作とについては、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００９６】
バイパス部８ａは、バイパス配管２９ａと圧力解放弁３０とを備える。バイパス配管２９ａは、水素供給配管１９と希釈装置２８とを接続する配管である。バイパス配管２９ａは、接続配管１３と同様の材質で構成される。
【００９７】
バイパス配管２９ａは、水素供給配管１９における水素の送給方向１４において、水素供給弁１８の上流側から分岐し、燃料電池スタック４を介さずに、希釈装置２８までバイパスする配管である。水素供給配管１９とバイパス配管２９ａとの分岐部分は、水素供給配管１９における水素の送給方向において、レギュレータ１６よりも下流側に位置する。
【００９８】
圧力解放弁３０は、バイパス配管２９ａに配置される。圧力解放弁３０は、開閉弁１１と同様に構成される。
【００９９】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。燃料電池システム１の待機状態において、バイパス配管２９ａを使用することにより、水素ボンベ１０内の水素を燃料電池スタック４に通すことなく外部に排出することができ、クロスリークを低減させる、燃料電池スタック４の劣化を低減させることができる。また、水素オフガスを外部に排出する際と、バイパス配管２９ａを通して水素を外部に排出する際とで、共通の希釈装置２８を使用できるため、専用の希釈装置を別に設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
【０１００】
［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態の燃料電池スタック４は、本発明の発電部の一例である。また、本実施形態の水素ボンベ１０は、本発明の水素貯蔵容器の一例である。また、本実施形態の開閉弁１１は、本発明の切換弁の一例である。また、本実施形態の１次圧力計１５は、本発明の圧力検出装置の一例である。また、本実施形態の希釈装置２８は、本発明の混合装置の一例である。また、本実施形態の閾値Ａは、本発明の第１の閾値の一例である。
【０１０１】
［変形例］
以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。
【０１０２】
例えば、図５に示すように、燃料部２ａは１つの水素ボンベ１０ａを備え、水素ボンベ１０ａと水素供給配管１９とが開閉弁１１ａを介して接続されるように構成されていてもよい。この場合でも、上記同様の効果を得る。
【０１０３】
また、例えば、燃料電池システム１は、待機状態において燃料電池スタック４内に残留した水素を外部に放出するように構成されていてもよい。この場合でも上記同様の効果に加え、クロスリークを更に低減させることができ、燃料電池スタック４の劣化を低減させることができる。
【０１０４】
また、例えば、開閉弁１１は、制御部９からの信号に基づいて開閉されるソレノイド弁であってよい。また、モータによって開閉状態を調整可能な電動弁が用いられても良い。
【０１０５】
また、例えば、接続配管１３の材質は、例えば、硬質又は軟質のパイプまたはチューブを用いることができる。硬質のパイプまたはチューブの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。軟質のパイプまたはチューブの材質は、例えば、ポリプロピレンなど、各種エンジニアリングプラスチックや合成樹脂であってよい。
【０１０６】
また、例えば、希釈装置２８は、例えば、ファン、空気ポンプ、またはブロア等で空気を導入するものであって良い。
【符号の説明】
【０１０７】
１  燃料電池システム
４  燃料電池スタック
１０  水素ボンベ
１１  開閉弁
１５  １次圧力計
１６  レギュレータ
１７  ２次圧力計
２５  水素排出配管
２７  排出口
２８  希釈装置
２９、  ２９ａ  バイパス配管
３０  圧力解放弁
【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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