(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
酸化ガスを吸気する吸気管と、
下流側に前記吸気管が接続された、燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
前記燃料電池の運転により酸素極側で生成される水蒸気を含む排ガスを排出する排気管と、
前記吸気管と前記排気管とを接続する循環用配管と、
前記循環用配管に設けられ、前記排気管から前記吸気管へと流入する前記排ガスの流量を調整する循環バルブと、
前記排気管に設けられ、前記循環用配管と前記排気管との接続箇所における前記排ガスの圧力を調整する圧力調整バルブと、
前記接続箇所における前記排ガスの圧力が前記吸気管における前記酸化ガスの圧力よりも高い所定の圧力値となるように、前記圧力調整バルブを制御するとともに、前記酸化ガスに対する要求加湿量に基づいて前記循環バルブの開度を制御する制御部と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記所定の圧力値は、少なくとも大気圧より高い値である、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
前記圧力調整バルブは、前記排気管における前記排ガスの圧力を調整する排気調圧バルブを含み、
前記排ガスを循環させる前記循環用配管の一端は、前記排気調圧バルブの間において、前記排気管に接続されている、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
前記圧力調整バルブは、前記排気管に設けられ、前記燃料電池内の圧力を調整する調圧バルブを含み、
前記排ガスを循環させる前記循環用配管の一端は、前記燃料電池と前記調圧バルブの間において、前記排気管に接続されている、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記排気管に設けられ、前記排ガスの圧力を検出するセンサを備え、
前記制御部は、前記センサからの電気信号に基づいて、前記圧力調整バルブのバルブ開度を電気的に調整する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記酸化ガス供給部は、前記吸気管を介して外部から空気を吸気するコンプレッサを備え、
前記コンプレッサは、前記空気の吸入により、前記吸気管内を負圧にする、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、酸素極側から排出される排ガスを循環して使用する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化ガス（例えば、空気）と燃料ガス（例えば、水素）との電気化学反応を利用して発電する燃料電池システムでは、所定の発電効率を確保するため、燃料電池に供給される酸化ガスを加湿する必要がある。従来から、燃料電池システムでは、電気化学反応により酸素極側で生成された水蒸気を含んだ排ガスを、酸化ガスの供給側へ循環させるシステムが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
こうしたシステムでは、循環する排ガスの流量を調整することで、供給側に加湿モジュールを設けることなく、適切な加湿をすることができるとされている。なお、下記の特許文献２には、燃料電池の運転停止時に燃料電池内の水分を短時間で除去するため、バイパス通路を設けた技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特表平８−５００９３１号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３３９８号公報
【０００５】
かかる燃料電池システムは、図５に示すように、酸化ガスを吸い込むコンプレッサの上流の吸気管Ａと、燃料電池スタックからの排ガスを排気する排気管Ｂと、これらの配管を接続する接続管Ｃを備え、その接続管Ｃ上に流量を調整する循環バルブＶ２が設けられている。接続管Ｃの一端は、燃料電池スタックの内圧を調整する調圧バルブＶ１の下流に接続されている。燃料電池スタックからの排ガスは、調圧バルブＶ１を経て外部へ排出される途中で、排気管Ｂから吸気管Ａへ吸入され、燃料電池スタックに供給される酸化ガスの加湿に利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、こうした燃料電池システムでは、循環する排ガスの量を適切に制御できず、加湿量の調整が困難であるという問題があった。循環バルブＶ２の一端は排気出口付近に接続されているため、循環バルブＶ２の入口圧力は大気圧程度となっていた。そのため、循環バルブＶ２は、その入口側と出口側との圧力差が小さくなり、十分な流量制御が困難なものとなっていたからである。加えて、調圧バルブＶ１通過後の排ガスは、燃料電池スタックの出力要求に伴う流量変化の影響を受け、その圧力が変動する。この変動する圧力を加味して循環流量を調整するには、循環バルブＶ２のより複雑な制御が必要とされていた。
【０００７】
本発明は、こうした問題を踏まえて、吸気側に排ガスを循環させるバルブの制御性を向上す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】
【０００８】
本発明の燃料電池システムは、上記課題を鑑み、以下の手法を採った。すなわち、燃料電池に酸化ガスを供給する供給部の上流で、該酸化ガスを吸気する吸気管と、該燃料電池の運転により酸素極側で生成される水蒸気を含む排ガスを排出する排気管とを有する燃料電池システムであって、前記吸気管と前記排気管とを循環用配管で接続し、前記循環用配管上に、前記排気管から前記吸気管へ前記排ガスを循環させる循環バルブを設置し、前記循環用配管と前記排気管との接続箇所に少なくとも大気圧よりも高い所定の圧力を発生させる圧力発生部材を、該排気管上に設けたことを要旨としている。
【０００９】
本発明の燃料電池システムによれば、圧力発生部材により大気圧よりも高い圧力の排ガスが循環バルブの上流側に到達する。つまり、循環バルブの入口側と出口側との圧力差を所定値以上確保する。したがって、循環バルブの制御性を向上することができる。その結果、適切な量の排ガスの循環により、吸気側の酸化ガスに適切な量の水蒸気を供給することができ、吸気側の適切な加湿量の調整に効果を奏する。
【００１０】
上記の構成の燃料電池システムの圧力発生部材は、前記排気管上を流れる前記排ガスの圧力を所定の圧力に調整する圧力調整バルブであるものとすることができる。
【００１１】
かかる燃料電池システムによれば、圧力調整バルブの制御範囲に応じて、循環バルブに流入する排ガスの圧力を大気圧よりも高い所定の範囲に調整する。したがって、出力に応じて燃料電池から排出される水蒸気を含んだ排ガスの圧力が変動しても、圧力変動を抑えて循環バルブに流入する排ガス圧力を安定させることができる。その結果、循環バルブの制御性を向上することができる。また、既存の圧力調整バルブを用いることで、比較的容易に循環バルブに流入する排ガスの圧力制御を行なうことができる。
【００１２】
上記の構成を有する燃料電池システムにおいて、排気管上で、前記燃料電池の近傍に、前記排気ガスの圧力を検出するセンサを設け、前記圧力調整バルブは、前記センサからの電気信号に基づいて、前記圧力調整バルブのバルブ開度を電気的に調整するバルブであるものとしても良い。
【００１３】
かかる燃料電池システムによれば、検出した排ガスの圧力に基づいて、圧力調整バルブのバルブ開度を電気的に制御する。したがって、循環バルブに流入する排ガスの圧力を精度良く調整することができる。
【００１４】
上記の構成を有する燃料電池システムの圧力調整バルブは、前記燃料電池システムの前記排気管上に設けられた前記燃料電池の内部の圧力を調整する調圧バルブであり、前記排気ガスを循環する前記循環用配管の一端を、前記燃料電池と前記調圧バルブとの間の前記排気管と接続するものとしても良い。
【００１５】
かかる燃料電池システムによれば、燃料電池と調圧バルブとの間の排気管から取り出した排ガスは、循環用配管を通り循環バルブに流入する。この排ガスは、調圧バルブによる圧力制御により、所定の圧力値に制御される。この燃料電池システムでは、排ガスの循環用の配管の構成を工夫することで、新たに機器を追加する必要はない。したがって、少ない部品構成で、循環バルブの制御性を向上するシステムを構築することができる。
【００１６】
また、圧力発生部材は、前記循環用配管と前記排気管との接続箇所よりも下流の該排気管上に設けられた絞りとしても良い。かかる燃料電池システムによれば、絞りを通過する前の配管内の排ガス圧力は、大気圧よりも高い圧力に設定される。したがって、上昇した圧力の排ガスが循環バルブに流入するため、循環バルブの制御性を向上することができる。
【００１７】
上記の構成を有する燃料電池システムにおいて、燃料電池に酸化ガスを供給する供給部は、前記吸気管を介して外部から空気を吸気するコンプレッサを備え、前記吸気管内を流れる酸化ガスの圧力は、負圧であるものとすることができる。
【００１８】
かかる燃料電池システムによれば、コンプレッサの吸い込みにより酸化ガスは燃料電池に供給され、吸気管内は負圧となる。したがって、循環バルブの上流側と下流側との圧力差を増加させることができ、循環バルブの制御性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００２０】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。このシステムは、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池システム１０であり、燃料電池による発電力を動力とする車両に搭載されている。
【００２１】
図１に示すように、この燃料電池システム１０は、主に、燃料電池スタック２０，水素系統３０，エア系統４０，冷却系統７０，排気系統８０，出力系統９０,制御ユニット１２０などから構成されている。
【００２２】
燃料電池スタック２０は、水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とを備えた単セル２１を複数枚有し、該複数枚の単セル２１を積層し、両端からエンドプレート２８，２９で挟み込んで形成されている。
【００２３】
図２は、単セル２１の概略構成図である。図示するように、単セル２１は、セパレータ２２、アノード２３、電解質膜２４、カソード２５、セパレータ２６を順に重ね合わせた構造である。セパレータ２２，２６には、水素ガス，酸化ガス，冷媒の流路となる溝２７が設けてある。この溝２７を介して水素ガス、酸化ガスが、それぞれアノード２３、カソード２５に供給される。
【００２４】
アノード２３に供給された水素ガスは、アノード２３を構成する触媒層の触媒と反応し、水素イオンを発生する。この水素イオンは、電解質膜２４を透過し、カソード２５で酸素ガス中の酸素と反応する。この電気化学反応により、単セル２１は発電する。燃料電池スタック２０は、こうした単セル２１を複数直列に接続することで、高い電力を出力している。なお、本実施例では、電解質膜２４に固体高分子膜であるナフィオン（登録商標）を使用している。こうした電解質膜２４は、湿潤状態で良好に作用する。
【００２５】
エンドプレート２８は、燃料電池スタック２０内部に水素ガス，酸化ガス，冷媒の各種流体を供給する入口ポートと、各種流体を外部へ排出する出口ポートとを備えており、各ポートは、各配管と接続されている。入口ポートから供給される各種流体は、各単セル２１の溝２７に適切に供給され、電気化学反応が滞りなく進行する。なお、本実施例では、酸化ガスとして空気を、冷媒として冷却水を、それぞれ使用している。
【００２６】
水素系統３０は、図１に示すように、水素タンク３１，水素循環ポンプ３２や配管等から構成され、配管を介して燃料電池スタック２０のエンドプレート２８と接続されている。水素タンク３１内に貯蔵された高圧の水素ガスは、図示しないバルブにより、その圧力，流量が調整され、燃料電池スタック２０に供給される。なお、水素タンク３１からの水素ガスの供給に代えて、例えば、メタン、メタノール等を改質して水素を生成し、これを供給するものとしても良い。
【００２７】
燃料電池スタック２０から排出された水素ガスは、水素循環ポンプ３２により、再度、燃料電池スタック２０へ供給される。こうすることで、電気化学反応に使用されずに排出された水素ガスを有効に利用している。
【００２８】
エア系統４０は、大きく、燃料電池スタック２０に空気を供給する吸気ラインと、燃料電池スタック２０から空気を排出する排気ラインと、排気ラインから吸気ラインへ空気を循環する循環ラインとからなる。
【００２９】
吸気ラインは、燃料電池スタック２０に供給される空気の流れの上流から順に、エアクリーナ４１，エアフロメータ４２，エアコンプレッサ４３，インタークーラ４４とこうした機器を接続する吸気配管４５，４６等から構成され、吸気配管４６を介して燃料電池スタック２０のエンドプレート２８と接続されている。
【００３０】
外部から取り込んだ空気は、エアクリーナ４１で浄化され、エアフロメータ４２を経て、エアコンプレッサ４３で圧縮後、インタークーラ４４により冷却されて燃料電池スタック２０へと流入する。エアコンプレッサ４３は、モータを駆動源としており、モータの回転数に応じた空気を吸入する。この吸入により、吸気配管４５の管内圧力は負圧となる。
【００３１】
エアフロメータ４２は、外部から吸入される空気の流量を検出している。この空気の流量は、燃料電池スタック２０の運転を制御する制御ユニット１２０に出力され、エアコンプレッサ４３のモータの制御に利用されている。
【００３２】
他方、排気ラインは、燃料電池スタック２０から排出される空気（以下、これをカソード排ガスと呼ぶ）の流れの上流から順に、調圧バルブ５０，排気調圧バルブ５９およびこれらを接続する排気配管５１，５２等から構成され、排気配管５１を介して燃料電池スタック２０のエンドプレート２８と接続されている。
【００３３】
燃料電池スタック２０から排出されたカソード排ガスは、調圧バルブ５０，排気調圧バルブ５９およびこれらを接続する排気配管５１，５２を経て、排気系統８０のマフラ８１から外部へ排出される。
【００３４】
調圧バルブ５０は、バルブの開度を調整することで、燃料電池スタック２０に供給する空気の圧力を調整している。排気調圧バルブ５９は、運転要求に応じて変動する排気配管５２の圧力を所定の範囲内に調整している。なお、調圧バルブ５０，排気調圧バルブ５９には、ポペット弁を使用し、ポペットの進退動作によりバルブ開度を調整している。こうしたバルブ開度の制御は、ポペット弁の駆動用モータの回転角を制御することで行なっている。
【００３５】
なお、排気配管５１上には温度センサ５５，圧力センサ５６を、排気配管５２上には圧力センサ５７を、それぞれ設けている。こうした各種センサからの電気信号は、制御ユニット１２０に出力され、各種バルブなどの制御に利用されている。
【００３６】
循環ラインは、循環バルブ６０，循環配管６１，６２等から構成されている。循環配管６１は排気配管５２と循環バルブ６０とを、循環配管６２は循環バルブ６０と吸気配管４５とを、それぞれ接続している。燃料電池スタック２０から排出されたカソード排ガスは、調圧バルブ５０を経て、排気配管５２を流れ、排気調圧バルブ５９へ流入すると共に、その一部または全部は、排気配管５２、循環配管６１を経て、循環バルブ６０に流入する。
【００３７】
循環バルブ６０は、バルブの開度により流量を調整し、所定の流量のカソード排ガスを循環配管６２を介して吸気配管４５に供給する。燃料電池スタック２０内部のカソード２５では、電気化学反応により水（水蒸気）が生成される。したがって、排出されるカソード排ガスは、水蒸気を含み湿潤状態である。循環バルブ６０は、こうした湿潤状態の空気を、吸気配管４５に供給している。なお、循環バルブ６０にも、ポペット弁を使用している。
【００３８】
循環バルブ６０を経て供給された湿潤状態の空気と、外部から新たに供給された空気とは、エアコンプレッサ４３により吸入され、加湿された空気として、燃料電池スタック２０に供給される。つまり、循環バルブ６０は、カソード排ガスの循環流量を直接制御することで、燃料電池スタック２０に供給される空気の加湿量の制御を行なっている。この燃料電池システム１０では、空気の吸気ラインに、空気を加湿する加湿モジュールを設けていない。
【００３９】
冷却系統７０は、ラジエータ７１，ポンプ７２とこれらを接続する配管とから構成され、配管を介して燃料電池スタック２０のエンドプレート２８と接続されている。燃料電池スタック２０内部での電気化学反応は、発熱反応であるため、内部の温度は上昇する。この温度上昇を抑えるために燃料電池スタック２０に流入する冷却水は、ラジエータ４０にて冷却され、ポンプ４５により循環される。
【００４０】
排気系統８０は、主に、エア系統４０と接続するマフラ８１を備え、燃料電池スタック２０から排出される排ガスをシステム１０の外部へ排出している。なお、水素ガス中には窒素成分が含まれており、水素循環ポンプ３２による水素ガスの循環過程で、高濃度の窒素が生成される。図示は省略したが、排気系統８０は、水素系統３０とも接続し、こうした窒素を希釈して、所定のタイミングで外部へ排出している。
【００４１】
出力系統９０は、インバータ９１、車両の走行モータ９２、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３、二次電池９４等から構成されている。燃料電池スタック２０に供給された水素ガスと空気との電気化学反応による電力は、インバータ９１を介して車両の走行モータ９２の駆動に使用され、例えば、定常走行時や減速時などに発生する余剰分はＤＣ/ＤＣコンバータ９３を介して二次電池９４に蓄電される。
【００４２】
制御ユニット１２０は、こうした機器から構成される燃料電池システム１０の各種バルブやモータ、ポンプなどのアクチュエータを制御している。図３は、この制御ユニット１２０を中心とした入出力信号を示す模式図である。
【００４３】
図示するように、制御ユニット１２０は、各種センサからの信号を受け、車両の運転状態を判断し、アクチュエータを制御する信号を出力する。
【００４４】
具体的には、圧力センサ５６，５７，温度センサ５５，エアフロメータ４２，アクセルポジションセンサ１２１，車速センサ１２２等の各種センサからの圧力Ｐ１,Ｐ２、温度Ｔ、空気流量ｑ、アクセル開度θ、車速Ｖ等を入力し、要求される出力（電力）を算出し、エアコンプレッサ４３，調圧バルブ５０，循環バルブ６０，排気調圧バルブ５９，水素循環ポンプ３２，ポンプ７２等を制御して燃料電池システム１０を運転する。
【００４５】
特に、加湿モジュールを設けていない本燃料電池システム１０においては、制御ユニット１２０は、必要な加湿量の制御を行なっている。具体的には、空気の供給ラインに必要な加湿量を算定し、循環バルブ６０のバルブ開度を制御している。例えば、要求量に対して加湿量が少ないと判断した時には、循環バルブ６０のバルブ開度を増加し、加湿量が多いと判断した時には、循環バルブ６０のバルブ開度を減少する制御を行なう。
【００４６】
こうした加湿量は、燃料電池スタック２０の電流、電圧値などの出力（図示なし），温度センサ５５からの温度Ｔ，エアフロメータ４２からの流量ｑ，エアコンプレッサ４３のモータ回転数からの吸入量などの検出値と、予め設定された水分量のマップとから算定することができる。算定された水分量に基づいて必要な加湿量に相当するカソード排ガスの循環流量を決定し、循環バルブ６０のバルブ開度を決定している。
【００４７】
以上の構成の第１実施例の燃料電池システム１０の運転中に、例えば、制御ユニット１２０が、運転状態から燃料電池スタック２０の発電量増加を判断すると、反応速度を速めるため、エア系統４０側では、空気の供給量を増加する。具体的には、制御ユニット１２０は、エアコンプレッサ４３のモータの回転数を増加する制御を行なう。
【００４８】
エアコンプレッサ４３の回転数が増加すると、供給空気の流量増加により、燃料電池スタック２０の内部，排気配管５１等の圧力が上昇する。排気配管５１上に設けた圧力センサ５６は、この上昇した圧力値Ｐ１を検出する。圧力センサ５６からの電気信号を受けた制御ユニット１２０は、燃料電池スタック２０内の圧力を略一定に保つため、調圧バルブ５０のバルブ開度を増加し、上昇した圧力値Ｐ１を低下する制御を行なう。
【００４９】
調圧バルブ５０のバルブ開度が増加すると、排気配管５２内のカソード排ガスの流量増加により、排気配管５２の圧力は上昇する。排気配管５２上に設けた圧力センサ５７は、この上昇した圧力値Ｐ２を検出する。圧力センサ５７からの電気信号を受けた制御ユニット１２０は、排気配管５２の圧力を所定範囲内の値に保つため、排気調圧バルブ５９のバルブ開度を増加し、上昇した圧力値Ｐ２を低下する制御を行なう。
【００５０】
他方、燃料電池システム１０の運転中に、制御ユニット１２０が、燃料電池スタック２０の発電量減少を判断すると、エアコンプレッサ４３のモータの回転数を減少する制御を行なう。
【００５１】
エアコンプレッサ４３の回転数の減少に伴い、排気配管５１の圧力が低下する。制御ユニット１２０は、圧力センサ５６の圧力値Ｐ１に基づいて、調圧バルブ５０のバルブ開度を減少し、低下した圧力値Ｐ１を上昇する制御を行なう。
【００５２】
調圧バルブ５０のバルブ開度の減少に伴って、排気配管５２の圧力が低下する。制御ユニット１２０は、圧力センサ５７の圧力値Ｐ２に基づいて、排気調圧バルブ５９のバルブ開度を減少し、低下した圧力値Ｐ２を上昇する制御を行なう。
【００５３】
制御ユニット１２０は、こうした一連のバルブ制御を実行することで、排気配管５１，５２の圧力を略一定に保持している。つまり、排気調圧バルブ５９を制御することで、燃料電池の出力要求の変化に伴うカソード排ガスの圧力変動を抑制し、排気配管５２内の圧力を所定範囲内に制御する。
【００５４】
所定範囲内の圧力に制御された排気配管５２内のカソード排ガスは、循環ラインの循環配管６１を経て循環バルブ６０に流入する。つまり、循環バルブ６０の上流側のカソード排ガスは、常に、所定範囲内の圧力に保持される。こうして、圧力の安定したカソード排ガスを上流側に備えた循環バルブ６０は、所定量のカソード排ガスを吸気配管４５に供給する。
【００５５】
第１実施例の燃料電池システムでは、調圧バルブ５０の制御により排気配管５２内のカソード排ガスの圧力が変動しても、排気調圧バルブ５９のバルブ開度を調整することで、排気配管５２内の圧力変動を抑制する。加えて、排気バルブ５９により、排気配管５２内（つまり循環配管６１内）の圧力を大気圧よりも高い所定の値に制御し、循環バルブ６０の上流と下流との圧力差を増大する。したがって、循環バルブ６０の上流側に安定した圧力のカソード排ガスが供給され、循環バルブ６０の制御性を向上することができる。その結果、吸気側の空気に適切な量の水蒸気を供給することができる。
【００５６】
なお、調圧バルブ５０，排気調圧バルブ５９，循環バルブ６０には、弁体としてポペットタイプを使用しているが、例えば、バタフライタイプのバルブを使用するものとしても良いし、ポペットの駆動にソレノイドを利用するものとしても良い。この場合、弁体の駆動（ＯＮ−ＯＦＦ）を一定周期で繰り返すデューティー制御を実行するものとすれば良い。
【００５７】
また、第１実施例では、圧力センサ５７の圧力値Ｐ２を用いて、排気調圧バルブ５９の制御を行なうものとしたが、圧力センサ５６の圧力値Ｐ１に基づいて制御するものとしても良いし、制御ユニット１２０からの調圧バルブ５０への制御指令と同等の制御指令を排気調圧バルブ５９に出力するものとしても良い。いずれの場合も、既存の燃料電池システムの制御を用いて、排気配管５２を所定範囲の圧力に制御することができる。
【００５８】
さらに、第１実施例では、循環バルブ６０に流入するカソード排ガスの圧力制御に排気調圧バルブ５９を用いたが、排気調圧バルブ５９に替えて配管上に絞りを設けるものとしても良い。この場合、循環配管６１を流れるカソード排ガスの圧力を、排気系統８０よりも高い圧力に制御することができる。つまり、所定のサイズの絞りを設けることで、循環配管６１と循環配管６２との圧力差を増加させ、循環バルブ６０の制御性を向上することがきる。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
図４は、本発明の第２実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。図示するように、この燃料電池システム２００は、主に、燃料電池スタック２０，水素系統３０，エア系統２１０，冷却系統７０，排気系統８０，出力系統９０などから構成されている。
【００６０】
第２実施例の燃料電池システム２００は、エア系統２１０の一部分以外については、第１実施例の燃料電池システム１０と同一である。したがって、エア系統２１０の一部分以外については、同一符号を使用し、説明を省略する。なお、図示は省略したが、各種アクチュエータを制御する制御ユニット１２０を備えているのは、第１実施例と同様である。
【００６１】
図４に示すように、エア系統２１０は、第１実施例と同様である吸気ライン，排気ライン，循環ラインから構成されている。排気ラインは、温度センサ５５，圧力センサ５６を管路上に備えた排気配管２２１、燃料電池スタック２０内の圧力を調整する調圧バルブ５０、調圧バルブ５０を経たカソード排ガスを排気系等８０へ導く排気配管２２２等から構成されている。排気配管２２１，２２２は、図１に示した第１実施例の排気配管５１，５２と、それぞれ対応し、同等の機能を有している。なお、この排気ラインは、第１実施例と異なり、排気調圧バルブ５９を設けていない。
【００６２】
循環ラインは、循環バルブ６０および循環配管６２，２２０等から構成されている。この循環ラインは、排気ラインのカソード排ガスを吸気ラインに循環させる意味では、第１実施例と同様であるが、循環バルブ６０と接続する循環配管２２０の排気ラインとの接続位置が異なる。
【００６３】
循環配管２２０は、その一端を排気配管２２１と接続して、燃料電池スタック２０後、調圧バルブ５０前のカソード排ガスを循環バルブ６０に供給する。排気配管２２１内のカソード排ガスの圧力は、調圧バルブ５０の圧力制御により略一定値となる。
【００６４】
第２実施例の燃料電池システム２００によれば、燃料電池スタック２０と調圧バルブ５０との間から取り出したカソード排ガスは、調圧バルブ５０による圧力制御により、所定の圧力値に制御される。したがって、少ない部品構成で、循環バルブ６０の制御性を向上するシステムを構築することができる。
【００６５】
Ｃ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【００６６】
第１実施例では、排気調圧バルブ５９を用いて循環バルブ６０の上流圧力を調整する構成としたが、例えば、排気調圧バルブ５９に替えて、リリーフ弁を設けるものとしても良い。こうした流路抵抗となる機器を設けることで、循環バルブ６０の上流圧力を、排気系統８０の配管抵抗による圧力損失（例えば、大気圧）以上の値に設定する。燃料電池スタック２０の出力変動に伴う圧力上昇は、リリーフ弁により所定範囲に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】単セルの概略構成図である。
【図３】制御ユニットを中心とした入出力信号を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。
【図５】従来の燃料電池システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，２００...燃料電池システム
２０...燃料電池スタック
２１...単セル
２２，２６...セパレータ
２３...アノード
２４...電解質膜
２５...カソード
２７...溝
２８，２９...エンドプレート
３０...水素系統
３１...水素タンク
３２...水素循環ポンプ
４０，２１０...エア系統
４１...エアクリーナ
４２...エアフロメータ
４３...エアコンプレッサ
４４...インタークーラ
４５，４６...吸気配管
５０...調圧バルブ
５１，５２，２２１，２２２...排気配管
５５...温度センサ
５６，５７...圧力センサ
５９...排気調圧バルブ
６０...循環バルブ
６１，６２，２２０...循環配管
７０...冷却系統
７１...ラジエータ
７２...ポンプ
８０...排気系統
８１...マフラ
９０...出力系統
９１...インバータ
９２...走行モータ
９３...ＤＣ／ＤＣコンバータ
９４...二次電池
１２０...制御ユニット
１２１...アクセルポジションセンサ
１２２...車速センサ
【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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