(57)【要約】【課題】排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えない範囲で維持されるように高精度に制御することができる燃料電池の排出ガス処理装置を提供する。【解決手段】パージされた水素ガスを含むパージ水素含有ガスを滞留させる水素室６１と、カソードオフガスを流通させるカソードオフガス通路６２ａとに連通するガス交換孔６２ｂでの前記パージ水素含有ガス及び前記カソードオフガスの交換量を制御する交換量制御手段（交換量可変手段６３、制御装置１６）を備える。【選択図】      図２
2005011674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のスタックからパージされる水素ガスを前記スタックのカソードオフガスと混合し、希釈して大気に排出する希釈容器を有する燃料電池の排出ガス処理装置において、
前記希釈容器が、パージされた前記水素ガスを含むパージ水素含有ガスを滞留させる水素室と、
この水素室と隔てられるとともに、前記カソードオフガスを流通させるカソードオフガス通路と、
このカソードオフガス通路と前記水素室とに連通するとともに、当該水素室及び当該カソードオフガス通路の間で前記パージ水素含有ガス及び前記カソードオフガスを交換するためのガス交換孔とを有しており、
このガス交換孔での前記パージ水素含有ガス及び前記カソードオフガスの交換量を調節する交換量制御手段をさらに備えることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項２】
前記交換量制御手段が、前記交換量を、前記燃料電池の運転状態に応じて制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項３】
前記交換量制御手段が、前記交換量を、前記スタックから前記水素ガスをパージする時間間隔に応じて制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項４】
前記交換量制御手段は、前記水素ガスをパージする前記時間間隔が短くなるように変動した場合に、前記交換量を増大させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項５】
前記交換量制御手段が、前記交換量を、前記水素室内の水素濃度または前記希釈容器の排出側出口における水素濃度に応じて制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項６】
前記交換量制御手段は、前記水素室内の水素濃度または前記希釈容器の排出側出口における水素濃度が、それぞれについて予め設定された所定値より低い場合に、前記交換量を増大させることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池のスタックからパージされる水素ガスを所定の濃度まで希釈してから排出する燃料電池の排出ガス処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料電池のスタックは、プロトン導電性の高分子電解質膜（ＰＥＭ膜）を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成された単セルが積層されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される燃料ガス中の水素ガスとの電気化学反応によって発電するものである。そして、このような燃料電池の分野では、カソード極側から排出される空気と未反応の水素ガスとを混合することによって、水素濃度を低減させてから大気中に排出する装置を備える燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９１４２２号公報（段落番号〔００２４〕、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような装置では、大気中に排出される排出ガス中の水素濃度が可燃範囲を考慮した所定の限界値を超えないように維持されていなければならない。その一方で、このような燃料電池が電気自動車といった車両に搭載されると、車両の走行状態、つまり燃料電池の運転状態によって排出される水素ガスの量は変動する。したがって、たとえ水素ガスの量が変動したとしても排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えることなく、しかも排出ガス中の水素濃度を高精度に制御することができる装置が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えることなく、排出ガス中の水素濃度を高精度に維持することができる燃料電池の排出ガス処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料電池のスタックからパージされる水素ガスを前記スタックのカソードオフガスと混合し、希釈して大気に排出する希釈容器を有する燃料電池の排出ガス処理装置において、前記希釈容器が、パージされた前記水素ガスを含むパージ水素含有ガスを滞留させる水素室と、この水素室と隔てられるとともに、前記カソードオフガスを流通させるカソードオフガス通路と、このカソードオフガス通路と前記水素室とに連通するとともに、当該水素室及び当該カソードオフガス通路の間で前記パージ水素含有ガス及び前記カソードオフガスを交換するためのガス交換孔とを有しており、このガス交換孔での前記パージ水素含有ガス及び前記カソードオフガスの交換量を調節する交換量制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【０００７】
このような燃料電池の排出ガス処理装置では、水素室内に滞留するパージ水素含有ガスは、ガス交換孔を介してカソードオフガス通路のカソードオフガスと交換される。そして、カソードオフガス通路内に流入したパージ水素含有ガスは、カソードオフガスで希釈される。このようにしてパージ水素含有ガスとカソードオフガスとが交換される際に、交換量制御手段は、その交換量を制御する。つまり、この燃料電池の排出ガス処理装置では、排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えないように交換量を予め設定できるので、パージされた水素ガスは、常に限界値を超えることがないように希釈されて大気に排出される。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置において、前記交換量制御手段が、前記交換量を、前記燃料電池の運転状態に応じて制御することを特徴とする。
【０００９】
この燃料電池の排出ガス処理装置では、燃料電池の運転状態に応じて変動するパージされた水素ガス（以下、パージ水素ガスという）の量によって、水素室内に滞留するパージ水素含有ガス中の水素濃度が変動する際に、交換量が、当該運転状態に応じて制御される。したがって、この燃料電池の排出ガス処理装置によれば、たとえ燃料電池の運転状態が変動することによってパージ水素ガスの量が増大したとしても、パージ水素ガスは、常に限界値を超えることがないように希釈されて大気中に排出される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置において、前記交換量制御手段が、前記交換量を、前記スタックから前記水素ガスをパージする時間間隔に応じて制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃料電池の排出ガス処理装置において、前記交換量制御手段は、前記水素ガスをパージする前記時間間隔が短くなるように変動した場合に、前記交換量を増大させることを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池の排出ガス処理装置では、燃料電池の運転状態に応じて交換量を制御するにあたって、交換量制御手段が水素ガスをパージする時間間隔に応じて当該交換量を制御している。つまり、交換量制御手段は、パージする時間間隔が長くなると、交換量を減少させ、これとは逆に、パージする時間間隔が狭まれば、交換量を増大させる。このような燃料電池の排出ガス処理装置によれば、パージする時間間隔が長く、パージ水素ガスの量が少ない場合には、交換量制御手段が交換量を減少させても、水素室内に高濃度の水素ガスが滞留することはない。また、パージする時間間隔が短くなってパージ水素ガスの量が増大した場合には、交換量制御手段が交換量を増大させることによって、燃料電池の排出ガス処理装置はパージ水素ガスを効率的に希釈する。したがって、この燃料電池の排出ガス処理装置によれば、水素室内に高濃度の水素ガスを滞留させることがない。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置において、前記交換量制御手段が、前記交換量を、前記水素室内の水素濃度または前記希釈容器の排出側出口における水素濃度に応じて制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の燃料電池の排出ガス処理装置において、前記交換量制御手段は、前記水素室内の水素濃度または前記希釈容器の排出側出口における水素濃度が、それぞれについて予め設定された所定値より低い場合に、前記交換量を増大させることを特徴とする。
【００１５】
このような燃料電池の排出ガス処理装置では、燃料電池の運転状態に応じて交換量を制御するにあたって、交換量制御手段が水素室内の水素濃度または希釈容器の排出側出口における水素濃度に応じて当該交換量を制御している。この燃料電池の排出ガス処理装置によれば、水素室内の水素濃度または希釈容器の排出側出口における水素濃度に応じて交換量が制御されるので、パージ水素ガスは、常に限界値を超えることがないように希釈されて大気中に排出される。また、このような燃料電池の排出ガス処理装置では、例えば、パージ水素ガスの量が減少することによって、前記水素室内の水素濃度または前記希釈容器の排出側出口における水素濃度が、それぞれについて予め設定された所定値より低くなった場合に、交換量が増大するように制御される。したがって、このような燃料電池の排出ガス処理装置によれば、排出側出口における水素濃度が所定の限界値を超えることなく、しかも水素室内に滞留する水素ガスを速やかに排出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池の排出ガス処理装置（以下、単に「排出ガス処理装置」という）の実施の形態について説明する。参照する図面において、図１は、本実施の形態に係る排出ガス処理装置を搭載する燃料電池自動車の平面図、図２は、本実施の形態に係る排出ガス処理装置を組み込んだ燃料電池システムの説明図、図３（ａ）は、本実施の形態に係る排出ガス処理装置の交換量制御手段を構成する交換量可変手段の斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の交換量可変手段で設定される低交換量モードの説明図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の交換量可変手段で設定される高交換量モードの説明図、図４は、本実施の形態に係る排出ガス処理装置の交換量制御手段を構成する制御装置が、交換量を制御する際に参照するパージ間隔と交換量との関係を具体的に表したグラフである。
【００１７】
まず、本発明に係る排出ガス処理装置の説明に先立って、この排出ガス処理装置を備えた燃料電池システムが組み込まれる燃料電池自動車（以下、「車両」という）の概略について説明する。
【００１８】
図１に示すように、車両１には、その略中央部の床下に、燃料電池システムボックス２が配設されている。この燃料電池システムボックス２の内部には、燃料電池システム、すなわち温調器３、燃料電池のスタック４（以下、単に「燃料電池スタック４」という）、加湿器５及び希釈容器６ａが車両１の前方から後方に向かって順に配設されている。なお、燃料電池システムは、前記機器３〜５及び６ａの他に燃料電池スタック４を冷却するラジエータ（図示せず）や、高圧水素ガス容器２３（図２参照）、排出する空気の量を調整可能なコンプレッサ２１（図２参照）などから構成されている。
【００１９】
図２に示すように、燃料電池スタック４は、高圧水素ガス容器２３に貯留された燃料となる水素ガスと、コンプレッサ２１から供給される空気（以下、「供給空気」という）との電気化学反応により発電を行うものである。また、この燃料電池スタック４の下部には、発電に伴って生成される水などのドレンを希釈容器６ａへ排出するためのアノードドレン配管１０が接続されている。なお、この燃料電池スタック４内で生成された水は、アノードドレン配管１０の適所に設けられた開閉弁１２を手動または自動で開閉することにより希釈容器６ａへ流れるようになっている。
【００２０】
燃料電池スタック４のアノード側には、その入口に高圧水素ガス容器２３からの水素ガスを導く水素ガス供給配管２２が接続され、その出口に水素ガスを再び燃料電池スタック４に戻すための循環用配管７が接続されている。そして、この循環用配管７には、その内部に溜まっている水素ガス中の不純物や燃料電池スタック４内で生成される水を含んだ水素ガスを希釈容器６ａへ排出するためのパージ水素配管８が接続されている。なお、この循環用配管７内の水素ガスは、パージ水素配管８の適所に設けられたパージ弁８ａが制御装置１６からの開閉命令信号により所定の時間間隔（以下、この間隔を「パージ間隔」という）をおいて開閉されることで希釈容器６ａへ間欠的にパージ（排出）されるようになっている。なお、このパージ間隔は、特許請求の範囲にいう「水素ガスをパージする時間間隔」に相当する。
【００２１】
燃料電池スタック４のカソード側には、その入口にコンプレッサ２１からの供給空気を導く空気供給配管２４が接続され、その出口に燃料電池スタック４から排出される空気（以下、「カソードオフガス」という）を希釈容器６ａ内に導く排気配管１４が接続されている。この排気配管１４には、希釈容器６ａへのカソードオフガスの流量を制御装置１６からの信号により調整する排気弁１４ａが設けられている。
【００２２】
加湿器５は、水素ガス供給配管２２の適所に設けられ、その下部に水などのドレンを希釈容器６ａへ排出するための加湿器ドレン配管１１が接続されている。なお、この加湿器５内のドレンは、加湿器ドレン配管１１の適所に設けられた開閉弁１３を手動または自動で開閉することにより希釈容器６ａへ流れるようになっている。また、図示は省略するが空気供給配管２４にも、同様に加湿器５、加湿器ドレン配管１１及び開閉弁１３が設けられ、その加湿器５のドレンが希釈容器６ａに排出されるようになっている。
【００２３】
このような燃料電池システムにおいて、本発明に係る排出ガス処理装置は、燃料電池スタック４からパージ水素配管８を介して輸送されるパージされた水素ガス（以下、これを「パージ水素ガス」という）を、燃料電池スタック４から排気配管１４を介して輸送されたカソードオフガスで希釈して大気中に放出する際に、後記するように、互いに別経路で輸送されるパージ水素ガスの所定量とカソードオフガスの所定量とを希釈容器６ａ内で交換することによって、大気中へ放出する排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えない範囲に維持されるように高精度に制御するものである。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図２に示すように、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５は、主に、希釈容器６ａ、この希釈容器６ａ内でパージ水素含有ガス及びカソードオフガスの交換量を調節する交換量可変手段６３、制御装置１６及び水素濃度検出器２６、並びに前記したパージ水素配管８、パージ弁８ａ、排気配管１４及び排気弁１４ａで構成されている。なお、ここでの交換量可変手段６３及び制御装置１６は、特許請求の範囲にいう「交換量制御手段」を構成している。
【００２５】
希釈容器６ａは、閉鎖された内部空間を有しており、この内部空間には、水素室６１が形成されている。この水素室６１内には、燃料電池スタック４からパージ水素配管８を通じて導かれたパージ水素ガスが、水素室６１内の空気と混合さて滞留するようになっている。なお、ここでいうパージ水素ガスと空気との混合ガスは、特許請求の範囲にいう「パージ水素含有ガス」に相当し、以下にこの混合ガスは、単に「パージ水素含有ガス」と称する。
【００２６】
この希釈容器６ａの内部空間には、混合配管６２が配設されている。この混合配管６２の一端側には、排気配管１４が接続されており、燃料電池スタック４からのカソードオフガスが流入するようになっている。また、混合配管６２の他端側には、逆火防止フィルタ１５が設けられるとともに、大気中に排出ガスを放出するための排出口が形成されている。つまり、この混合配管６２内には、水素室６１と隔てられるとともに、一端側から他端側に向けてカソードオフガスが流通するカソードオフガス通路６２ａが形成されている。なお、前記排出口は、特許請求の範囲にいう「希釈容器の排出側出口」に相当する。この希釈容器６ａの排出側出口には、排出管２７が接続されるとともに、この排出管２７には、希釈容器６ａの排出側出口での水素濃度を検出するための水素濃度検出器２６が取り付けられている。
【００２７】
混合配管６２には、カソードオフガス通路６２ａと水素室６１とに連通する１対のガス交換孔６２ｂ，６２ｂが混合配管６２の延びる方向に沿って並ぶように形成されている。これらガス交換孔６２ｂ，６２ｂでは、カソードオフガス通路６２ａを流れるカソードオフガスと水素室６１内に滞留するパージ水素含有ガスとが相互に交換されるようになっている。つまり、カソードオフガスの上流側に形成されたガス交換孔６２ｂを介して、カソードオフガス通路６２ａ内のカソードオフガスＣＧが水素室６１に向けて流入するとともに、下流側に形成されたガス交換孔６２ｂを介して、水素室６１内のパージ水素含有ガスＰＧがカソードオフガス通路６２ａ内に流入するようになっている。なお、上流側のガス交換孔６２ｂでは、水素室６１へのカソードオフガスＣＧの流入のみが行われているのではなく、水素室６１側からカソードオフガス通路６２ａ内へのパージ水素含有ガスＰＧの流入も行われている。また、下流側のガス交換孔６２ｂでは、水素室６１側からカソードオフガス通路６２ａ内へのパージ水素含有ガスＰＧの流入のみが行われているのではなく、水素室６１内へのカソードオフガスＣＧの流入も行われている。つまり、希釈容器６ａにおけるパージ水素含有ガスＰＧとカソードオフガスＣＧの交換量（以下、単に「交換量」という）は、両ガス交換孔６２ｂ，６２ｂを介してカソードオフガス通路６２ａから水素室６１に向けて流入するカソードオフガスＣＧの所定量と同量のパージ水素含有ガスＰＧが、水素室６１から両ガス交換孔６２ｂ，６２ｂを介してカソードオフガス通路６２内に流入する際の、当該所定量で定義される。また、交換率（Ｋ）は、次式：
Ｋ＝ｑ／Ｖ
（前記式中、ｑは交換量であり、Ｖは水素室６１の容積である）
で表すことができる。
【００２８】
排出管２７は、混合配管６２内でパージ水素含有ガスがカソードオフガスによって希釈されることによって生成した排出ガスを大気中に放出するようになっている。そして、水素濃度検出器２６は、大気中に放出される排出ガス中の水素濃度を検出するとともに、その検出信号を制御装置１６に向けて出力するように構成されている。
【００２９】
交換量可変手段６３は、図３（ａ）を併せて参照すると明らかなように、混合配管６２周りに配設されている。この交換量可変手段６３は、混合配管６２に嵌め合わされた円筒形状のシャッタ６３ａと、このシャッタ６３ａを混合配管６２が延びる方向に往復移動させる、例えばソレノイドといったアクチュエータ６３ｂとで構成されている。また、この交換量可変手段６３は、制御装置１６からの命令信号によって、アクチュエータ６３ｂがシャッタ６３ａを往復移動させることによって、混合配管６２の上流側に形成されたガス交換孔６２ｂを開閉するようになっており、この開閉によって交換量の調節を行うように構成されている。
【００３０】
また、交換量可変手段６３は、ガス交換孔６２ｂをシャッタ６３ａで塞ぐ範囲を調節することによって、交換量を無段階で調節する無段階モードと、図３（ｂ）に示すように、シャッタ６３ａで上流側のガス交換孔６２ｂを塞ぐ低交換量モードと、図３（ｃ）に示すように、上流側のガス交換孔６２ｂを完全に開ける高交換量モードとを設定することができるように構成されている。
【００３１】
制御装置１６には、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）が使用されている。この制御装置１６は、例えば、燃料電池スタック４の発電電流値や、燃料電池スタック４を構成する各セルの電圧値といった燃料電池スタック４の運転状態を検知するように構成されている。このような運転状態は、燃料電池スタック４に配設された図示しない電力取出用端子や、燃料電池スタック４のセル毎に配設された図示しないセルＶ端子を介して検知されている。
【００３２】
また、制御装置１６は、検知した燃料電池スタック４の運転状態に応じて、前記パージ弁８ａに向けて開閉命令信号を間欠的に送信することによって、パージ間隔を設定するように構成されている。つまり、制御装置１６は、例えば、燃料電池スタック４の発電電流値や各セルの電圧値が予め設定した所定値を下回った場合に、パージ間隔を短縮することによって、発電によって生成した前記水及び不純物の排出を頻繁に行い、下回った発電電流値やセルの電圧値を回復するように構成されている。
【００３３】
また、制御装置１６は、設定したパージ間隔に応じて交換量を設定するように構成されている。例えば、パージ間隔が短縮されて水素室６１に滞留するパージ水素含有ガス中の水素濃度が高まるのを回避するために、制御装置１６は、交換量を増大させるようになっている。
【００３４】
この交換量の設定は、ＥＣＵのメモリ（図示せず）内に予め設定されたマップや関数、具体的には、例えば、図４に示すようなパージ間隔ｔｐ（ｓｅｃ）と交換量ｑ（ｍ３／ｓｅｃ）との対応関係に基づいて、設定したパージ間隔（ｓｅｃ）に対応する交換量（ｍ３／ｓｅｃ）を導き出すことによって行われる。
【００３５】
また、制御装置１６は、交換量可変手段６３を前記した無段階モードに設定するとともに、希釈容器６ａ内において、設定した交換量でパージ水素含有ガスとカソードオフガスとが交換されるように交換量可変手段６３に向けて命令信号を送信するように構成されている。
【００３６】
その一方で、制御装置１６は、排気弁１４ａ（図２参照）に開度調節信号を送信してその開度を調節するように構成されている。そして、この排気弁１４ａは、開度が調節されることによって、混合配管６２内に取り込まれたパージ水素含有ガス中に含まれる水素ガスを所定の濃度にまで希釈するようにカソードオフガス通路６２ａに流通するカソードオフガスの流量を調節するようになっている。なお、排気弁１４ａへの開度調節信号の送信は、制御装置１６が設定した交換量に基づいて行われる。
【００３７】
また、制御装置１６は、交換量可変手段６３の無段階モードから、前記低交換量モード（図３（ｂ）参照）や、前記高交換量モード（図３（ｃ）参照）への切り替えを行うことができるように構成されている。そして、制御装置１６は、前記水素濃度検出器２６（図２参照）からの検出信号に基づいて、希釈容器６ａの排出側出口での水素濃度を判定するとともに、この判定した水素濃度が所定値より低いか否かによって、低交換量モードと、高交換量モードとを相互に切り替えるようになっている。
【００３８】
次に、図面を参照しつつ、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置の動作を示しつつ、この排出ガス処理装置の制御方法について説明する。図５は、本実施の形態に係る排出ガス処理装置で実施される第１の制御方法を説明するためのフローチャート、図６は、本実施の形態に係る排出ガス処理装置で実施される第２の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【００３９】
本実施の形態に係る排出ガス処理装置２５では、次に説明する２つの制御方法を実施することによって、燃料電池スタック４からのパージ水素ガスを希釈することができる。
【００４０】
＜第１の制御方法＞
まず、高圧水素ガス容器２３からの水素ガスが加湿器５を経由して燃料電池スタック４に供給されるとともに、コンプレッサ２１からの空気が燃料電池スタック４に供給されることによって、燃料電池スタック４が発電を開始すると（図２参照）、制御装置１６は、図５に示すように、燃料電池スタック４の発電電流値や各セルの電圧値といった燃料電池の運転状態を検知する（ステップＳ１）。この運転状態の検知は、燃料電池スタック４が発電している限り、続けられる。そして、制御装置１６は、所定の発電電流値やセル電圧値（運転状態）が維持されるように、水素ガスのパージ間隔を設定する（ステップＳ２）。このパージ間隔は、制御装置１６がパージ弁８ａに向けて出力する前記開閉命令信号によって決定され、単位時間当たりに制御装置１６から出力される開閉命令信号の回数が多くなれば短縮され、少なくなれば延長される。このようなパージ間隔が、燃料電池スタック４の運転中に変更される場合としては、例えば、車両１（図１参照）が一定速度で走行しているとき、つまり燃料電池スタック４が定常状態で発電している間に、前記した不純物や水によって発電電流値やセル電圧値が所定値を下回った場合や、車両１の図示しないスロットル（アクセル）をオン・オフするときのように、車両１で要求される電力量に応じて燃料電池スタック４の発電量を変動させる必要があるとき（過渡状態にあるとき）、つまり燃料電池スタック４内での水の生成率（単位時間当たりの水の生成量）が変動する場合等が挙げられる。このような運転状態に応じてパージ間隔が調節されると、燃料電池スタック４の発電電流値やセル電圧値は所定値に維持される。
【００４１】
このようなパージ間隔に応じて燃料電池スタック４から排出されたパージ水素ガスは、パージ水素配管８を通じて水素室６１に流れ込む。そして、このパージ水素ガスは水素室６１内に存在する空気と混ざり合ってパージ水素含有ガスとして滞留する（図２参照）。
【００４２】
その一方で、制御装置１６は、設定したパージ間隔に応じて交換量を設定する（ステップＳ３）。この交換量の設定に際して、制御装置１６は、ＥＣＵのメモリ（図示せず）に格納された前記マップ等を参照する。そして、このマップ等を参照することによって、制御装置１６は、設定したパージ間隔に対応する交換量を導き出す。つまり、再び図４を参照すると明らかなように、パージ間隔が短い場合には、交換量が多くなるように設定され、これとは逆に、パージ間隔が長い場合には、交換量が少なくなるように設定される。
【００４３】
次に、制御装置１６は、交換量可変手段６３を前記した無段階モードに設定するとともに、設定した交換量でパージ水素含有ガスとカソードオフガスとが交換されるように交換量可変手段６３に向けて命令信号を送信する（図２参照）。そして、このような命令信号を受けることによって交換量可変手段６３は起動する（ステップＳ４）。つまり、制御装置１６からの命令信号を受けたアクチュエータ６３ｂ（図３（ａ）参照）は、制御装置１６が設定した交換量でパージ水素含有ガスとカソードオフガスとが交換されるように、シャッタ６３ａを混合配管６２の延びる方向に移動させることによってガス交換孔６２の塞ぐ範囲を調節する。その結果、パージ間隔が短い場合には交換量が多くなり、長い場合には交換量が少なくなる。
【００４４】
次に、制御装置１６は、設定した交換量でカソードオフガス通路６２ａ（図２参照）に流入するパージ水素含有ガスに含まれる水素ガスが所定の濃度に希釈されるように、カソードオフガス通路６２ａに供給されるカソードオフガスの流量を調節する（ステップＳ５）。カソードオフガスの流量の調節は、制御装置１６が設定した交換量に基づいて、この制御装置１６から排気弁１４ａに向けて出力される開度調節信号によって行われる。そして、カソードオフガスの流量が調節されて、水素濃度が所定値以下に希釈された排出ガスが生成されて、この第１の制御方法に係る工程は終了する。このような第１の制御方法のステップＳ１乃至ステップＳ５からなる工程は、燃料電池スタック４の発電中に繰り返される。なお、このような第１の制御方法において、排出ガスが前記排出管２７（図２参照）から大気中に放出される際に、制御装置１６は、水素濃度検出器２６（図２参照）が検出した排出ガス中の水素濃度に応じてカソードオフガスの流量を調節してもよい。
【００４５】
＜第２の制御方法＞
この第２の制御方法では、第１の制御方法と同様にして燃料電池スタック４での発電が開始すると、制御装置１６は、図６に示すように、パージ弁８ａ（図２参照）を開いているか否かによって、水素ガスがパージされているか否かを判断する（ステップＳ１１）。そして、水素ガスがパージされている場合（ステップＳ１１，ＹＥＳ）には、パージ水素ガスがパージ水素配管８を通じて水素室６１内に流れ込んでいくため、一時的に水素室６１内の水素濃度は高まる。そして、水素室６１にパージ水素ガスが流入することによって、水素室６１内の水素ガスが押し出される形でガス交換孔６２ｂからカソードオフガス通路６２ａに進入すると、その水素ガスは排出ガス中の水素濃度を押し上げる原因になる。
【００４６】
それに対し、このように水素ガスがパージされている場合（ステップＳ１１，ＹＥＳ）に、制御装置１６は、交換量可変手段６３を前記した低交換量モード（図３（ｂ）参照）に切り替えて（ステップＳ１２）、交換量を低下させているので、排出ガス中の水素濃度は低濃度に維持される。
【００４７】
また、水素ガスがパージされていない場合（ステップＳ１１，ＮＯ）に、カソードオフガス通路６２ａを通じて希釈容器６ａ内から排出される排出ガスは、水素濃度検出器２６でその水素濃度が検出される（ステップＳ１３）。そして、水素濃度検出器２６は、その水素濃度の検出信号を制御装置１６に出力する。
【００４８】
この検出信号を入力した制御装置１６は、予め設定された水素濃度の所定値（限界値）より低いか否かを判断する（ステップＳ１４）。そして、その水素濃度が所定値より低い場合（ステップ１４，ＹＥＳ）には、交換量可変手段６３を前記した高交換量モード（図３（ｃ）参照）に切り替える（ステップＳ１５）。その結果、水素室６１内に滞留するパージ水素ガスは、カソードオフガス通路６２ａを介して迅速に希釈容器６ａから排出されていくため、水素室６１では次回のパージ水素ガスを受け入れる余裕がより十分に確保される。
【００４９】
そして、水素濃度検出器２６で検出された水素濃度が、所定値より高い場合（ステップＳ１４，ＮＯ）には、制御装置１６は、交換量可変手段６３を低交換量モード（図３（ｂ）参照）に切り替える（ステップＳ１２）。その結果、前記したと同様に、交換量が低減されて排出ガス中の水素濃度は低濃度に維持される。このような第２の制御方法のステップＳ１１乃至ステップＳ１５からなる工程は、燃料電池スタック４の発電中に繰り返される。
【００５０】
（第２の実施の形態）
次に、図面を参照しつつ、第２の実施の形態に係る排出ガス処理装置について説明する。参照する図面において、図７は、第２の実施の形態に係る排出ガス処理装置に使用される希釈容器の模式図である。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５１】
第２の実施の形態に係る排出ガス処理装置は、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５で使用した希釈容器６ａ及び交換量可変手段６３（図２及び図３参照）に代えて、図７に示すような希釈容器６ｂ及び交換量可変手段としての切り替え弁６５を使用したほかは、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５と同様に構成されている。
【００５２】
希釈容器６ｂは、図７に示すように、その内部空間に、パージ水素含有ガスが滞留する水素室６１と、混合配管６２とを備えている。この混合配管６２は、相互に平行に配置された２連の配管で構成されており、これら配管はその両端部同士が相互に接続されている。この配管のそれぞれにはガス交換孔６２ｂが形成されており、一方の配管に形成されたガス交換孔６２ｂは、他方の配管に形成されたガス交換孔６２ｂと比較して、その開口面積が小さい。そして、このような混合配管６２の一端側には、排気配管１４が接続されており、燃料電池スタック４（図２参照）からのカソードオフガスが流入するようになっている。また、混合配管６２の他端側からは、流入したカソードオフガスが希釈容器６ｂ外に排出されるようになっている。つまり、この混合配管６２内には、水素室６１と隔てられるとともに、その一端側から他端側に向けてカソードオフガスが流通するカソードオフガス通路６２ａが形成されている。
【００５３】
切り替え弁６５は、このような混合配管６２のカソードオフガスの上流側であって、２連の配管の接合部分、つまり排気配管１４によって導かれたカソードオフガスがそれぞれの配管に振り分けられる部分に配設されている。この切り替え弁６５は、制御装置１６からの信号によってカソードオフガスを２つの配管に振り分ける割合を調節するように構成されている。また、希釈容器６ｂの排出側出口には、第１の実施の形態と同様に、希釈容器６ｂの排出側出口での水素濃度を検出するための水素濃度検出器２６が取り付けられている。
【００５４】
次に、この排出ガス処理装置の動作を説明する。この排出ガス処理装置では、制御装置１６からの信号によって、切り替え弁６５がカソードオフガスの２連の配管に対する振り分けを行う。この際、切り替え弁６５が、小さいほうのガス交換孔６２ｂが形成された配管にのみカソードオフガスが流通するように調節されると、交換量の小さい低交換量モードが設定される。これとは逆に、切り替え弁６５が、大きいほうのガス交換孔６２ｂが形成された配管にのみカソードオフガスが流通するように調節されると、交換量の大きい高交換量モードが設定される。また、制御装置１６からの信号によって、切り替え弁６５が２連の配管に対するカソードオフガスの振り分けを無段階に行うように調節されると、無段階モードが設定される。そして、この排出ガス処理装置では、第１の実施の形態と同様にして交換量が制御される。
【００５５】
（第３の実施の形態）
次に、図面を参照しつつ、第３の実施の形態に係る排出ガス処理装置について説明する。参照する図面において、図８は、第３の実施の形態に係る排出ガス処理装置に使用される希釈容器の模式図である。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
第３の実施の形態に係る排出ガス処理装置は、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５で使用した希釈容器６ａ及び交換量可変手段６３（図２及び図３参照）に代えて、図８に示すような希釈容器６ｃ及び交換量可変手段としての掃気装置２８を使用したほかは、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５と同様に構成されている。
【００５７】
希釈容器６ｃは、図８に示すように、その内部空間に、パージ水素含有ガスが滞留する水素室６１と、混合配管６２とを備えている。この混合配管６２の一端側には、排気配管１４が接続されており、燃料電池スタック４（図２参照）からのカソードオフガスが流入するようになっている。また、混合配管６２の他端側からは、流入したカソードオフガスが希釈容器６ｃ外に排出されるようになっている。つまり、この混合配管６２内には、水素室６１と隔てられるとともに、その一端側から他端側に向けてカソードオフガスが流通するカソードオフガス通路６２ａが形成されている。そして、この混合配管６２には、カソードオフガス通路６２ａと水素室６１とに連通するガス交換孔６２ｂが形成されている。
【００５８】
掃気装置２８は、加圧空気を水素室６１内に向けて輸送する加圧空気配管２８ｃと、この加圧空気配管２８ｃに配設された流量調節弁２８ａと、加圧空気を水素室６１に噴射するノズル２８ｂとで構成されている。なお、この加圧空気配管２８ｃへの加圧空気の供給は、前記空気供給配管２４（図２参照）に分岐管（図示せず）を設けるとともに、この分岐管を通じて行ってもよいし、別途に設けたコンプレッサ（図示せず）を介して行ってもよい。また、希釈容器６ｃの排出側出口には、第１の実施の形態と同様に、希釈容器６ｃの排出側出口での水素濃度を検出するための水素濃度検出器２６が取り付けられている。
【００５９】
次に、この排出ガス処理装置の動作を説明する。この排出ガス処理装置では、制御装置１６からの信号によって、流量調節弁２８ａが水素室６１に向けて輸送される加圧空気の流量を調節する。そして、この加圧空気は、ノズル２８ｂから空気室６１内に向けて噴射される。このように加圧空気が水素室６１内に噴射されると、加圧空気によって水素室６１内のパージ水素含有ガスが攪拌されるとともに、噴射された加圧空気量が増大するにつれて交換量も増大する。つまり、このように加圧空気が噴射されるに際して、流量調節弁２８ａが、加圧空気の流量を無段階で調節するように設定されると、無段階モードが設定される。そして、予め設定された大小２通りの基準流量のうち、小さいほうの基準流量になるように流量調節弁２８ａが調節されると、交換量の小さい低交換量モードが設定される。これとは逆に、流量調節弁２８ａが、大きいほうの基準流量になるように調節されると、交換量の大きい高交換量モードが設定される。そして、この排出ガス処理装置では、第１の実施の形態と同様にして交換量が制御される。
【００６０】
（第４の実施の形態）
次に、図面を参照しつつ、第４の実施の形態に係る排出ガス処理装置について説明する。参照する図面において、図９は、第４の実施の形態に係る排出ガス処理装置に使用される希釈容器の模式図である。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００６１】
第４の実施の形態に係る排出ガス処理装置は、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５で使用した希釈容器６ａ及び交換量可変手段６３（図２及び図３参照）に代えて、図９に示すような希釈容器６ｄ及び交換量可変手段としてのエア噴きつけ装置２９を使用したほかは、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５と同様に構成されている。
【００６２】
希釈容器６ｄは、図９に示すように、その内部空間に、パージ水素含有ガスが滞留する水素室６１と、クランク形状の混合配管６２とを備えている。この混合配管６２の一端側には、排気配管１４が接続されており、燃料電池スタック４（図２参照）からのカソードオフガスが流入するようになっている。また、混合配管６２の他端側からは、流入したカソードオフガスが希釈容器６ｄ外に排出されるようになっている。つまり、この混合配管６２内には、水素室６１と隔てられるとともに、その一端側から他端側に向けてカソードオフガスが流通するカソードオフガス通路６２ａが形成されている。そして、この混合配管６２には、一端側から延びるカソードオフガス通路６２ａが突き当たる位置に、カソードオフガス通路６２ａと水素室６１とに連通するガス交換孔６２ｂが形成されている。
【００６３】
エア噴きつけ装置２９は、加圧空気を水素室６１内に向けて輸送する加圧空気配管２９ｃと、この加圧空気配管２９ｃに配設された流量調節弁２９ａと、加圧空気をガス交換孔６２ｂに向けて噴きつけるノズル２９ｂとで構成されている。なお、この加圧空気配管２９ｃへの加圧空気の供給は、前記空気供給配管２４（図２参照）に分岐管（図示せず）を設けるとともに、この分岐管を通じて行ってもよいし、別途に設けたコンプレッサ（図示せず）を介して行ってもよい。また、希釈容器６ｄの排出側出口には、第１の実施の形態と同様に、希釈容器６ｄの排出側出口での水素濃度を検出するための水素濃度検出器２６が取り付けられている。
【００６４】
次に、この排出ガス処理装置の動作を説明する。この排出ガス処理装置では、排気配管１４から混合配管６２内に導かれたカソードオフガスＣＧは、ガス交換孔６２ｂに向かって流れる。そして、流れるカソードオフガスＣＧの慣性力で、カソードオフガスＣＧの一部は、ガス交換孔６２ｂを介して水素室６１内に流入する。その一方で、流入したカソードオフガスＣＧに相当する量のパージ水素含有ガスが水素室６１からカソードオフガス通路６２内に流入する。つまり、希釈容器６ｄ内でカソードオフガスＣＧとパージ水素含有ガスとの交換が行われる。このとき、ノズル２９ｂから加圧空気がガス交換孔６２ｂに向けて噴きつけられると、加圧空気によってガス交換孔６２ｂが塞がれる。その結果、交換量が低減される。そして、この排出ガス処理装置では、水素室６１に向けて輸送される加圧空気の流量が、制御装置１６からの信号を受けた流量調節弁２９ａによって調節される。つまり、このように加圧空気が噴きつけられるに際して、流量調節弁２９ａが、制御装置１６からの信号によって、加圧空気の流量を無段階で調節するように設定されると、交換量を無段階で調節する無段階モードが設定される。そして、予め設定された大小２通りの基準流量のうち、小さいほうの基準流量になるように流量調節弁２９ａが調節されると、交換量の大きい高交換量モードが設定される。これとは逆に、流量調節弁２８ａが、大きいほうの基準流量になるように調節されると、交換量の小さい低交換量モードが設定される。そして、この排出ガス処理装置では、第１の実施の形態と同様にして交換量が制御される。
【００６５】
（第５の実施の形態）
次に、図面を参照しつつ、第５の実施の形態に係る排出ガス処理装置について説明する。参照する図面において、図１０は、第５の実施の形態に係る排出ガス処理装置に使用される希釈容器の模式図である。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００６６】
第５の実施の形態に係る排出ガス処理装置は、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５で使用した希釈容器６ａ及び交換量可変手段６３（図２及び図３参照）に代えて、図１０に示すような希釈容器６ｅ及び交換量可変手段としてのファン駆動装置３０を使用したほかは、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５と同様に構成されている。
【００６７】
希釈容器６ｅは、図１０に示すように、その内部空間に、パージ水素含有ガスが滞留する水素室６１と、混合配管６２とを備えている。この混合配管６２の一端側には、排気配管１４が接続されており、燃料電池スタック４（図２参照）からのカソードオフガスが流入するようになっている。また、混合配管６２の他端側からは、流入したカソードオフガスが希釈容器６ｅ外に排出されるようになっている。つまり、この混合配管６２内には、水素室６１と隔てられるとともに、その一端側から他端側に向けてカソードオフガスが流通するカソードオフガス通路６２ａが形成されている。そして、この混合配管６２には、カソードオフガス通路６２ａと水素室６１とに連通するガス交換孔６２ｂが形成されている。
【００６８】
ファン駆動装置３０は、希釈容器６ｅの内部空間で延びる混合配管６２の途中で混合配管６２から分岐するファン設置配管３２ａと、このファン設置配管３２ａの内部に配設された送気ファン３２ｂとで構成されている。また、希釈容器６ｅの排出側出口には、第１の実施の形態と同様に、希釈容器６ｅの排出側出口での水素濃度を検出するための水素濃度検出器２６が取り付けられている。
【００６９】
次に、この排出ガス処理装置の動作を説明する。この排出ガス処理装置では、制御装置１６からの信号によって、送気ファン３２ｂは、その回転速度が調節される。そして、制御装置１６からの信号によって回転する送気ファン３２ｂによって、水素室６１内のパージ水素含有ガスが、カソードオフガス通路６２ａ内に導かれると、導かれたパージ水素含有ガスと同量のカソードオフガスがガス交換孔６２ｂを介して水素室６１内に流入する。つまり、送気ファン３２ｂの回転速度が調節されることによって交換量は調節される。このように回転速度が調節される際に、送気ファン３２ｂの回転速度が無段階で調節されると、交換量を無段階で調節する無段階モードが設定される。そして、予め設定された大小２通りの基準回転速度のうち、小さいほうの基準回転速度になるように送気ファン３２ｂの回転速度が調節されると、交換量の小さい低交換量モードが設定される。これとは逆に、大きいほうの基準回転速度になるように送気ファン３２ｂの回転速度が調節されると、交換量の大きい高交換量モードが設定される。そして、この排出ガス処理装置では、第１の実施の形態と同様にして交換量が制御される。
【００７０】
（第６の実施の形態）
次に、図面を参照しつつ、第６の実施の形態に係る排出ガス処理装置について説明する。参照する図面において、図１１は、第６の実施の形態に係る排出ガス処理装置に使用される希釈容器の模式図である。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００７１】
第６の実施の形態に係る排出ガス処理装置は、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５で使用した希釈容器６ａ及び交換量可変手段６３（図２及び図３参照）に代えて、図１１に示すような希釈容器６ｆ及び交換量可変手段としての絞り弁３１を使用したほかは、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置２５と同様に構成されている。
【００７２】
希釈容器６ｆは、図１１に示すように、その内部空間に、パージ水素含有ガスが滞留する水素室６１と、混合配管６２とを備えている。この混合配管６２の一端側には、排気配管１４が接続されており、燃料電池スタック４（図２参照）からのカソードオフガスが流入するようになっている。また、混合配管６２の他端側からは、流入したカソードオフガスが希釈容器６ｆ外に排出されるようになっている。つまり、この混合配管６２内には、水素室６１と隔てられるとともに、その一端側から他端側に向けてカソードオフガスが流通するカソードオフガス通路６２ａが形成されている。そして、この混合配管６２には、カソードオフガス通路６２ａと水素室６１とに連通する１対のガス交換孔６２ｂ，６２ｂが、混合配管６２が延びる方向に並ぶように形成されている。
【００７３】
絞り弁３１は、１対のガス交換孔６２ｂ，６２ｂの間の混合配管６２に配設されており、制御装置１６からの信号によって、絞り弁３１の開度が調節されるようになっている。また、希釈容器６ｆの排出側出口には、第１の実施の形態と同様に、希釈容器６ｆの排出側出口での水素濃度を検出するための水素濃度検出器２６が取り付けられている。
【００７４】
次に、この排出ガス処理装置の動作を説明する。この排出ガス処理装置では、制御装置１６からの信号によって、例えば絞り弁３１が絞られると、上流側に位置するガス交換孔６２ｂを介してカソードオフガス通路６２ａから水素室６１内に向かって流れ込むカソードオフガスの量が多くなるとともに、下流側に位置するガス交換孔６２ｂを介して水素室６１内からカソードオフガス通路６２ａ内に流れ込むパージ水素含有ガスの量が多くなるため、交換量が増大する。これとは逆に、絞り弁３１が開かれると、交換量は減少する。つまり、絞り弁３１の開度が調節されることによって交換量は調節される。このように開度が調節される際に、絞り弁３１の開度が無段階で調節されると、交換量を無段階で調節する無段階モードが設定される。そして、予め設定された大小２通りの基準開度のうち、小さいほう（絞り込んだほう）の基準開度になるように絞り弁３１が調節されると、交換量の大きい高交換量モードが設定される。これとは逆に、大きいほう（開くほう）の基準開度になるように絞り弁３１の開度が調節されると、交換量の小さい低交換量モードが設定される。そして、この排出ガス処理装置では、第１の実施の形態と同様にして交換量が制御される。
【００７５】
以上、本発明に係る排出ガス処理装置を詳細に説明したが、第１乃至第６の実施の形態において、次のような効果を得ることができる。
【００７６】
第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置では、燃料電池スタック４の運転状態に応じて設定されたパージ間隔で水素ガスがパージされるとともに、燃料電池スタック４からのパージ水素ガスは、カソードオフガスで希釈される。そして、この排出ガス処理装置では、希釈容器６ａにおいて、パージ間隔（パージ水素ガス量）に応じて設定される交換量でパージ水素含有ガスとカソードオフガスとが交換されることによってパージ水素含有ガスに含まれる水素ガスは希釈される。つまり、燃料電池の運転状態によってパージ水素ガス量が変動したとしても、その量に応じてパージ水素ガスが希釈されるので、この排出ガス処理装置を備える燃料電池を搭載した車両では、パージ間隔（パージ水素ガス量）が制限されることはない。したがって、この排出ガス処理装置によれば、車両の動力性能に影響を与えることなく、パージ水素ガスを希釈することができる。つまり、運転モードごとに交換量の設定を変更することができるので、車両の動的性能を向上させることができるとともに、低温環境における始動性を向上させることができる。
【００７７】
また、この排出ガス処理装置では、燃料電池スタック４の運転状態に応じて設定されたパージ間隔に基づいて交換量を設定する際に、所定の濃度（限界値を超えない濃度）でパージ水素ガスを希釈するために予め設定された、パージ間隔と交換量との対応関係を示すマップ等に基づいて、制御装置１６が当該交換量を導き出すとともに、この交換量でパージ水素含有ガスとカソードオフガスとが交換されるように交換量可変手段６３を制御する。したがって、この排出ガス処理装置によれば、パージ間隔（パージ水素ガス量）が変動したとしても、排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えない範囲に維持されるように高精度に制御することができる。
【００７８】
また、この排出ガス処理装置によれば、パージ間隔に応じて設定された交換量に基づいてパージ水素ガスが希釈されるので、希釈容器６ａ内に高濃度の水素ガスを溜め過ぎることなく、効率的にパージ水素ガスを希釈することができる。
【００７９】
また、この排出ガス処理装置によれば、水素ガスがパージされて水素室６１内の水素濃度が高まっているときは、交換量を低減させることによって、排出ガス中の水素濃度が限界値を超える恐れがなく、また、水素ガスがパージされていないときは、交換量を増加させることによって、希釈容器６ａの水素室６１に次回のパージ水素ガスを受け入れる余裕を十分に確保することができる。
【００８０】
また、この排出ガス処理装置では、排出ガス中の水素濃度を水素濃度検出器２６が検出するとともに、この検出された水素濃度に基づいて、交換量が設定されるので、排出ガス中の水素濃度が限界値を超える恐れをより確実になくすることができる。
【００８１】
また、この排出ガス処理装置では、排出ガス中の水素濃度を所定の限界値を超えない範囲で高精度に維持しながら、可能な限り多くのパージ水素ガスを希釈し、これを大気中に放出することが可能となる。したがって、この排出ガス処理装置によれば、従来の処理装置のように、蓄える水素量を多くする必要がないので、希釈容器６ａの小型軽量化を図ることができる。
【００８２】
以上、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
例えば、第１、第２、第３及び第６の実施の形態に係る排出ガス処理装置では、混合配管６２を希釈容器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｆの内部空間に配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、希釈容器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｆの外部に混合配管６２を配置するとともに、この希釈容器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｆの内部空間内に形成された水素室と、混合配管６２内に形成されたカソードオフガス通路６２ａとが連通するように、希釈容器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｆの壁と混合配管６２の管壁とを貫くガス交換孔とを備えた構造のものであってもよい。このような構造の排出ガス処理装置において、第１の実施の形態で示したような、ガス交換孔６２ｂを開閉する構造の交換量可変手段６３は、水素室内に配設されればよい。
【００８３】
また、第１乃至第６の実施の形態に係る排出ガス処理装置では、水素濃度検出器２６を希釈容器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆの排出側出口での水素濃度を検出するように配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水素室６１内の水素濃度を検出するように、水素濃度検出器２６を水素室６１内に配置したものであってもよい。
【００８４】
また、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置では、混合配管６２に１対のガス交換孔６２ａを設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つのガス交換孔６２ａを混合配管６２に設けたものであってもよい。このような構造の排出ガス処理装置において、交換量可変手段の高交換量モードは、図１２に示すように、交換量可変手段６３（図３（ａ）参照）のシャッタ６３ａが、混合配管６２の上流側でガス交換孔６２ｂの一部を塞ぐ第１基準位置に配置される場合に設定されればよい。また低交換量モードは、図１２に示すように、交換量可変手段６３（図３（ａ）参照）のシャッタ６３ａが、前記第１基準位置の下流側でガス交換孔６２ｂの一部を塞ぐ第２基準位置に配置される場合に設定されればよい。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１に記載の排出ガス処理装置によれば、排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えない範囲で維持されるように高精度に制御することができる。
【００８６】
請求項２に記載の排出ガス処理装置によれば、運転状態に応じて交換量を制御しているので、その運転状態によって、パージされた水素ガスの量が増大したとしても、排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えないように高精度に維持しながら、水素室に蓄えた水素ガスを大気中に排出することができる。
【００８７】
請求項３に記載の排出ガス処理装置によれば、水素ガスをパージする時間間隔に応じて交換量を制御しているので、パージする時間間隔が変動することによってパージされる水素ガスの量が増大したとしても、排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えないように高精度に維持しながら、より効率的に水素室に蓄えた水素ガスを大気中に排出することができる。
【００８８】
請求項４に記載の排出ガス処理装置によれば、請求項３の発明と同様の効果を奏するほか、水素ガスをパージする時間間隔が短縮された際に交換量が増大するので、希釈容器の水素室内に高濃度の水素ガスを滞留させることがない。
【００８９】
請求項５に記載の排出ガス処理装置によれば、水素室内の水素濃度または希釈容器の排出側出口における水素濃度に応じて交換量が制御されるので、排出ガス中の水素濃度が所定の限界値を超えないようにより確実に制御しながら、水素室に蓄えた水素ガスを大気中に排出することができる。
【００９０】
請求項６に記載の排出ガス処理装置によれば、請求項５の発明と同様の効果を奏するほか、水素室内の水素濃度または希釈容器の排出側出口における水素濃度が、それぞれについて予め設定された所定値より低い場合に、交換量を増大させるので、所定の限界値を超えない範囲に排出ガス中の水素濃度を維持しつつ、水素室内に滞留する水素ガスを速やかに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の排出ガス処理装置を備えた燃料電池自動車の平面図である。
【図２】排出ガス処理装置を有する燃料電池システムの説明図である。
【図３】図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する交換量可変手段の斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の交換量可変手段で設定される低交換量モードの説明図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の交換量可変手段で設定される高交換量モードの説明図である。
【図４】第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する制御装置が、交換量を制御する際に参照するパージ間隔と交換量との関係を具体的に表したグラフである。
【図５】第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置で実施される第１の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】第１の実施の形態に係る排出ガス処理装置で実施される第２の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する希釈容器の模式図である。
【図８】第３の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する希釈容器の模式図である。
【図９】第４の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する希釈容器の模式図である。
【図１０】第５の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する希釈容器の模式図である。
【図１１】第６の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する希釈容器の模式図である。
【図１２】他の実施の形態に係る排出ガス処理装置を構成する交換量可変手段を示す模式図である。
【符号の説明】
４      燃料電池スタック
６ａ    希釈容器
６ｂ    希釈容器
６ｃ    希釈容器
６ｄ    希釈容器
６ｅ    希釈容器
６ｆ    希釈容器
１６    制御装置
２８    掃気装置（交換量可変手段）
２９    エア噴きつけ装置（交換量可変手段）
３０    ファン駆動装置（交換量可変手段）
３１    絞り弁（交換量可変手段）
６１    水素室
６２ａ  カソードオフガス通路
６２ｂ  ガス交換孔
６３    交換量可変手段
６５    切り替え弁（交換量可変手段）
【図１】
2005011674.tif 000003
【図２】
2005011674.tif 000004
【図３】
2005011674.tif 000005
【図４】
2005011674.tif 000006
【図５】
2005011674.tif 000007
【図６】
2005011674.tif 000008
【図７】
2005011674.tif 000009
【図８】
2005011674.tif 000010
【図９】
2005011674.tif 000011
【図１０】
2005011674.tif 000012
【図１１】
2005011674.tif 000013
【図１２】
2005011674.tif 000014