(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、確実かつ容易に水素温度を制御できる燃料電池システムを提供することを課題とする。【解決手段】  水素を貯蔵する水素タンク６から供給される水素の圧力ならびに流量を制御するプレッシャレギュレータ７と水素流量制御弁８とポンプ９、第１水素配管１２、ならびに第２の配管１３が、空気導出管１０の内部に設置されて構成される。【選択図】      図１
2005071660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の空気を吸込み加圧して吐出する空気供給手段と、
水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、
水素貯蔵手段から供給される水素の圧力ならびに流量を制御する水素制御手段と、
前記空気供給手段から供給された空気と、前記水素貯蔵手段に貯蔵されて前記水素制御手段で制御された水素とを反応させて発電する発電手段と、
前記発電手段の空気側出口から排出された空気を外部へ導出する空気導出手段と、
前記水素貯蔵手段と前記水素制御手段との間を接続する第１の配管と、
前記水素制御手段と前記発電手段との間を接続する第２の配管とを有し、
前記水素制御手段、前記第１の配管、ならびに前記第２の配管の少なくとも１つの少なくとも一部分が、前記空気導出手段の内部に設置されている
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素制御手段は、前記発電手段内部の水素を含むガスを、前記発電手段の外部に排出する水素排出手段を備え、
前記発電手段と前記空気導出手段との間に設けられ、前記水素排出手段から排出されたガスを導入し、導入したガスを前記発電手段から排出された空気と混合して燃焼させる燃焼手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電手段を挟んで対向する位置に、前記水素制御手段と前記水素貯蔵手段が前記発電手段と並んで設置され、前記水素制御手段と前記発電手段と前記水素貯蔵手段との並びに対して並行に、前記空気導出手段が設置されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
車両の前方から後方に向かって、前記水素制御手段、前記発電手段、前記水素貯蔵手段がこの順序で設置され、前記空気導出手段は、前記車両の側面で前記水素制御手段と前記発電手段と前記水素貯蔵手段との並びに対して並行に設置され、かつ前記車両後方へ空気を導出する
ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記発電手段を挟んで対向する位置に、前記水素制御手段と前記水素貯蔵手段が前記発電手段と並んで設置され、前記水素制御手段と並び、前記発電手段の反対側に前記燃焼手段が設置され、前記燃焼手段と前記水素制御手段と前記発電手段と前記水素貯蔵手段との並びに対して並行に、前記空気導出手段が設置されている
ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記車両の前方から後方に向かって、前記燃焼手段、前記水素制御手段、前記発電手段、前記水素貯蔵手段とがこの順序で設置され、前記空気導出手段は、前記車両の側面で前記水素制御手段と前記発電手段と前記水素貯蔵手段との並びに対し並行に設置され、かつ前記車両後方へ空気を導出する
ことを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記空気導出手段の内部の温度を検出する導出空気温度検出手段と、
前記空気導出手段の内部に設置された前記第１の配管と前記第２の配管のいずれか一方又は両方の配管に対して設けられ、前記空気導出手段をバイパスするバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管の開度を制御するバイパス開度制御手段とを有し、
前記導出空気温度検出手段で検出された前記空気導出手段の内部の温度が高いほど、前記バイパス開度制御手段により前記バイパス配管の開度を大きくする
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項８】
外気温を検出する外気温検出手段を有し、
前記外気温検出手段で検出された外気温が低いほど、前記バイパス開度制御手段により前記バイパス配管の開度を小さくする
ことを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記空気導出手段の内部の温度を検出する導出空気温度検出手段を有し、
前記空気導出手段の内部の温度が高いほど、前記空気供給手段から供給される空気の流量を増やす
ことを特徴とする請求項１又は２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、燃料ガスの水素の温度を制御して燃料電池に供給する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されものが知られている（特許文献１参照）。この文献１には、燃料電池に空気を供給するコンプレッサにより暖められた高温の空気と、燃料電池に供給する燃料ガスの水素との間に熱交換器を設け、この熱交換器を介して高温の空気の熱を水素に伝達して水素を昇温し、昇温された水素を燃料電池システムの起動時に供給することで、燃料電池システムを迅速に暖気することが可能な技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３０５０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、燃料電池に供給する前の空気を用いて水素と熱交換するため、水素温度を制御しつつ、かつ熱交換器から流出して燃料電池に流入する空気の温度をも制御する必要があった。しかし、外気温やシステムの運転条件に応じて変化する水素ならびに空気の温度と流量に基づいて、熱交換器での水素と空気との熱量の授受を考慮して燃料電池に入る空気ならびに水素の温度を制御することは、特に温度制御幅が狭い場合やシステム起動後の過渡状態では困難であり、温度制御が複雑化するといった問題を招いていた。
【０００４】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、確実かつ容易に水素温度を制御できる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、周囲の空気を吸込み加圧して吐出する空気供給手段と、水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、水素貯蔵手段から供給される水素の圧力ならびに流量を制御する水素制御手段と、前記空気供給手段から供給された空気と、前記水素貯蔵手段に貯蔵されて前記水素制御手段で制御された水素とを反応させて発電する発電手段と、前記発電手段の空気側出口から排出された空気を外部へ導出する空気導出手段と、前記水素貯蔵手段と前記水素制御手段との間を接続する第１の配管と、前記水素制御手段と前記発電手段との間を接続する第２の配管とを有し、前記水素制御手段、前記第１の配管、ならびに前記第２の配管の少なくとも１つの少なくとも一部分が、前記空気導出手段の内部に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にあっては、発電手段に供給される水素は、水素制御手段、第１の配管、第２の配管の少なくとも１つを介して、空気導出手段の内部を流れる発電手段の空気側出口から排出された空気と熱交換され、発電手段の空気側出口から排出される空気は、ほぼ発電手段と同等の温度であることから、発電手段に供給される水素の温度は、ほぼ発電手段に近い、発電手段にとって最適な温度に設定することができる。
【０００７】
また、発電手段の空気側出口から排出される空気を用いるため、発電手段の空気側入口に入る空気の温度には影響を与えず、特に複雑な制御を行うことなく発電手段に供給される水素の温度制御が可能となる。
【０００８】
さらに、水素制御手段、第１の配管、第２の配管は、空気導出手段の内部に設置されるので、水素制御手段、第１の配管、第２の配管の何れかで水素漏れが生じてた場合であっても、漏れた水素は空気導出手段を流れる空気により希釈されて排出されるため、水素漏れに対する安全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】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図であり、同図は燃料電池車両に搭載した同システムを上方から見た模式図である。
【００１１】
図１において、この実施例１の燃料電池システムは、フィルタ１、コンプレッサ２、空気流量センサ３、空気圧力制御弁４、燃料電池スタック５、水素タンク６、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、空気導出管１０を備えている。さらに、同システムは、温度センサ１１、第１水素配管１２、第２水素配管１３、回転数センサ１４、圧力センサ１５、１６ならびにコントロールユニット１７を備えて構成される。
【００１２】
フィルタ１は、コンプレッサ２が吸い込む空気中の不純物を取り除く。コンプレッサ２は、フィルタ１を通して空気を吸い込み、圧縮して吐出し、燃料電池スタック５へ空気を供給する。コンプレッサ２は、コントロールユニット１７により回転数が制御され、供給する空気流量が制御される。空気流量センサ３は、コンプレッサ２から供給される空気流量を検出し、検出値をコントロールユニット１７に入力する。空気圧力制御弁４は、コントロールユニット１７から与えられる指令に基づいて開閉制御され、燃料電池スタック５の空気側の入口圧力を制御する。
【００１３】
燃料電池スタック５は、コンプレッサ２を介して供給される空気と、水素タンク６から供給される水素とを反応させて発電する。水素タンク６は、燃料電池スタック５に供給される水素を貯蔵する。プレッシャレギュレータ７は、水素タンク６から供給される水素の圧力を一定の圧力に制御して出力する。水素流量制御弁８は、コントロールユニット１７から与えられる指令に基づいて制御され、燃料電池スタック５へ供給される水素の流量を制御し、これにより燃料電池スタック５の水素側の入口圧力を制御する。ポンプ９は、燃料電池スタック５から排出される未使用水素を吸込み再度燃料電池スタック５へ供給する。
【００１４】
空気導出管１０は、燃料電池スタック５から排出される空気を外部へ導出し、排出する。
【００１５】
温度センサ１１は、空気導出管１０の内部の温度を検出し、検出値をコントロールユニット１７に入力する。第１水素配管１２は、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する。第２水素配管１３は、水素流量制御弁８ならびにポンプ９と燃料電池スタック５との間を接続する。  
回転数センサ１４は、コンプレッサ２の回転数を検出し、検出値をコントロールユニット１７に入力する。圧力センサ１５は、燃料電池スタック５の水素側の圧力を検出し、検出値をコントロールユニット１７に入力する。圧力センサ１６は、燃料電池スタック５の空気側の圧力を検出し、検出値をコントロールユニット１７に入力する。
【００１６】
コントロールユニット１７は、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により構成され、燃料電池システムの制御中枢として機能し、この実施例１、ならびに後述する実施例２、実施例３で行われる種々の処理を、予め用意されて記憶装置等に格納されたプログラムに基づいて制御して実行する。
【００１７】
すなわち、コントロールユニット１７は、本システムにおける各センサからの信号を読み込み、予め内部に保有する制御ロジックに基づいて、本システムの各構成要素に指令を送り、本システムの制御を行う。コントロールユニット１７は、空気流量センサ３で検出された検出値に基づいて、燃料電池スタック５へ供給される空気流量を制御する。コントロールユニット１７は、圧力センサ１５で検出された検出値に基づいて、水素流量制御弁８を制御する。コントロールユニット１７は、圧力センサ１６で検出された検出値に基づいて、空気圧力制御弁４を制御する。
【００１８】
以上説明した構成において、フィルタ１とコンプレッサ２と空気流量センサ３とが空気供給手段に相当し、燃料電池スタック５が発電手段に相当し、水素タンク６が水素貯蔵手段に相当し、プレッシャレギュレータ７と水素流量制御弁８とポンプ９とが水素制御手段に相当し、空気導出管１０が空気導出手段に相当し、温度センサ１１が導出空気温度検出手段に相当し、第１水素配管１２が第１の配管に相当し、第２水素配管１３が第２の配管に相当する。
【００１９】
上記構成において、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、第１水素配管１２、第２水素配管１３は、空気導出管１０の内部に設置される構成を採用している。このような構成を採用することにより、燃料電池スタック５に供給される水素は、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、第１水素配管１２、第２水素配管１３を介して空気導出管１０を流れる、燃料電池スタック５の空気側出口から排出された空気と熱交換される。燃料電池スタック５の空気側出口から排出された空気は、ほぼ燃料電池スタック５と同等の温度であることから、燃料電池スタック５に供給される水素の温度は、ほぼ燃料電池スタック５に近い、燃料電池スタック５にとって最適な温度に設定される効果がある。
【００２０】
また、燃料電池スタック５の空気側出口から排出される空気を用いるため、燃料電池スタック５の空気側入口に入る空気温度には影響を与えず、特に複雑な制御を行うことなく燃料電池スタック５に供給される水素の温度制御が可能となる。さらに、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、第１水素配管１２、第２水素配管１３が、空気導出管１０の内部に設置されることにより、仮に水素流量制御弁８、ポンプ９、第１水素配管１２、第２水素配管１３の何れかで水素漏れが生じた場合であっても、漏れた水素は空気導出管１０を流れる空気により希釈されて排出されるため、水素漏れに対する信頼性を向上することができる。
【００２１】
また、図１に示すように、燃料電池スタック５を挟んで対向する位置に、水素タンク６と、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８ならびにポンプ９とが燃料電池スタック５と並んで設置され、かつプレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９と燃料電池スタック５と水素タンク６との並びに対して並行して、空気導出管１０が設置される構成を採用している。このような構成を採用することにより、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する第１水素配管１２と、水素流量制御弁８ならびにポンプ９と燃料電池スタック５との間を接続する第２水素配管１３を効率よく空気導出管１０の内部に設置することが可能となる。
【００２２】
さらに、水素タンク６では水素が高圧で貯蔵されていることから、水素タンク６から供給される水素は、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する第１水素配管において、プレッシャレギュレータ７に到達するまでの間の減圧による断熱膨張に伴い温度が低下する。ここで、図１に示すように、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９と燃料電池スタック５と水素タンク６とを並べて設置することにより、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する第１水素配管１２のほぼ全長を空気導出管１０の内部に設置することが可能となる。これにより、第１水素配管１２の内部の低下した水素温度を効率よく補償することができる。
【００２３】
また、図１に図示するように、燃料電池車両の前方から後方に向かって、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９と燃料電池スタック５と水素タンク６とがこの順序で設置され、空気導出管１０は、車両の側面側でプレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９と燃料電池スタック５と水素タンク６との並びに対して並行に設置され、かつ車両後方へ向かって空気導出管１０の内部を空気が導出する構成を採用している。このような構成を採用することにより、本構成を搭載した車両において、上述した効果が得られるとともに、燃料電池スタック５の空気側出口から排出される空気を、車両の進行により生じる空気圧に妨げられることなく、空気導出管１０を介して効率的に排出することが可能となる。
【００２４】
次に、図２に示すフローチャートを参照して、空気導出管１０の内部の温度に基づいて、コンプレッサ２から供給される空気流量を制御する手順を説明する。図２のフローチャートに示す制御手順は、コントロールユニット１７において、予め定められた一定の制御周期ごとに繰り返し実行される。制御周期は実験的に定められるが、例えば１〜１００ｍｓ程度の値である。
【００２５】
図２において、まずステップＳ２１では、コントロールユニット１７に温度センサ１１で検出された温度を読み込む。次に、ステップＳ２２では、ステップＳ２１で読み込んだ温度センサ１１からの温度に基づいて、コンプレッサ２から供給される空気流量を制御する。ここで、空気流量は、例えば図３に示す、予め用意された温度と空気流量との特性に基づいて設定される。
【００２６】
図２の手順に示すように、空気導出管１０の内部の温度が高いほど、コンプレッサ２から供給される空気の流量を増やすようにしているので、コンプレッサ２から供給される空気の流量により、空気導出管１０の内部の温度が適性に保たれる。これにより、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、第１水素配管１２、第２水素配管１３を介して燃料電池スタック５に供給される水素は、空気導出管１０の内部を流れる、燃料電池スタック５の空気側出口から排出される空気と熱交換され、燃料電池スタック５に供給される水素の温度は、燃料電池スタック５にとって最適な温度に設定することができる。
【００２７】
なお、この実施例１では、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、第１水素配管１２、第２水素配管１３が空気導出管１０の内部に設置される構成としたが、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、第１水素配管１２、第２水素配管１３の少なくとも１つを空気導出管１０の内部に設置するようにしてもよい。
【実施例２】
【００２８】
図２は本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成を示す図であり、同図は図１と同様に燃料電池車両に搭載した同システムを上方から見た模式図である。
【００２９】
図２において、実施例２の特徴とするところは、先の実施例１に比べて、燃料電池スタック５の水素側に設けられ燃料電池スタック５の水素側内部の水素を含むガスを燃料電池スタック５の外部へ排出する水素排出弁２１と、燃料電池スタック５と空気導出管１０との間に、水素排出弁２１を介して排出されるガスを導入し、導入したガスを燃料電池スタック５から排出された空気と混合して燃焼させる燃焼器２２とを備えたことにあり、他は図１に示す実施例１と同様である。
【００３０】
図４において、水素排出弁２１は、コントロールユニット１７の指令に基づいて制御され、燃料電池スタック５から排出された水素を含むガスを燃料電池スタック５の外部へ放出する。水素排出弁２１は、水素排出手段に相当する。
【００３１】
燃焼器２２は、水素排出弁２１を介して排出される水素を燃料電池スタック５から排出される空気と混合し燃焼させる。燃焼器２２は、燃焼手段に相当する。
【００３２】
なお、この実施例２の構成では、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１、第１水素配管１２、第２水素配管１３は、空気導出管１０の内部に設置される。
【００３３】
このような構成を採用した実施例２では、低温におけるシステムの起動時において、水素タンク６から供給される水素を水素排出弁２１により燃焼器２２に送り、燃焼させ、燃焼時の燃焼熱により空気導出管１０を流れる空気の温度を暖めて上昇させる。これにより、空気導出管１０の内部に設置されたプレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１、第１水素配管１２、第２水素配管１３を介して燃料電池スタック５に供給される水素が暖められ、水素温度が迅速に上昇し、システムの起動時間を短縮することができる。
【００３４】
また、実施例２では、燃料電池スタック５を挟んで対向する位置に、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１と水素タンク６が燃料電池スタック５と並んで設置され、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１と並んで燃料電池スタック５の反対側に燃焼器２２が設置され、かつ燃焼器２２と、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１と、燃料電池スタック５と、水素タンク６との並びに対し並行に、空気導出管１０が設置される構成を採用している。このような構成を採用することにより、燃焼器２２の下流に設けられた空気導出管１０を効率よく、かつ燃焼器２２とプレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１と、燃料電池スタック５と、水素タンク６との並びに対して並行に設置することができる。
【００３５】
さらに、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する第１水素配管１２、水素流量制御弁８ならびにポンプ９と燃料電池スタック５との間を接続する第２水素配管１３を効率よく空気導出管１０の内部に設置することが可能となる。
【００３６】
また、水素タンク６には水素が高圧で貯蔵されていることから、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する第１水素配管において、水素タンク６から供給される水素は、水素がプレッシャレギュレータ７に到達するまでの間の減圧による断熱膨張に伴い温度が低下する。しかし、図４に示すように、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１と燃料電池スタック５と水素タンク６とを設置することにより、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する第１水素配管１２のほぼ全長を空気導出管１０の内部に設置することが可能となる。これにより、第１水素配管１２の内部の低下した水素温度を効率よく補償することが可能となる。
【００３７】
また、図４に図示するように、車両の前方から後方に向かって、燃焼器２２、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１、燃料電池スタック５、水素タンク６を、この順序で設置し、空気導出管１０は、車両の側面でプレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１と燃料電池スタック５と水素タンク６との並びに対し並行に設置し、かつ車両後方へ空気を導出する構成を採用している。このような構成を採用することにより、このシステムを搭載した車両において、前述した効果が得られるとともに、燃料電池スタック５の空気側出口から排出される空気を、車両の進行により生じる空気圧に妨げられることなく、空気導出管１０を介して効率的に排出することが可能となる。
【００３８】
なお、上記実施例２においても、図３のフローチャートに示すものと同様の制御手順を実施することが可能であり、実施例１で得られる効果と同様の効果を得ることができる。また、上記の実施例２では、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１、第１水素配管１２、第２水素配管１３は、空気導出管１０の内部に設置される構成としたが、プレッシャレギュレータ７、水素流量制御弁８、ポンプ９、水素排出弁２１、第１水素配管１２、第２水素配管１３の少なくとも１つを空気導出管１０の内部に設置してもよい。
【実施例３】
【００３９】
図５は本発明の実施例３に係る燃料電池システムの構成を示す図であり、同図は図１と同様に燃料電池車両に搭載した同システムを上方から見た模式図である。
【００４０】
図５において、実施例３の特徴とするところは、先の実施例１に比べて、第１水素配管１２をバイパスする第３水素配管３１と、この第３水素配管３１に設けられたバイパス開度制御弁３２と、外気温センサ３３を備えたことにあり、他は図１と同様である。
【００４１】
図５において、第３水素配管３１は、第１水素配管１２をバイパスして、空気導出管１０の内部を通さずに、水素タンク６とプレッシャレギュレータ７との間を接続する。第３水素配管は、バイパス配管に相当する。
【００４２】
バイパス開度制御弁３２は、コントロールユニット１７から与えられる指令に基づいて制御され、第３水素配管３１における開度を制御し、第１水素配管１２を流れる水素流量及び第３水素配管３１を流れる水素流量を制御する。バイパス開度制御弁３２は、バイパス開度制御手段に相当する。外気温センサ３３は、システムの外部の外気温を検出し、検出値をコントロールユニット１７に入力する。外気温センサ３３は、外気温検出手段に相当する。
【００４３】
次に、図６に示すフローチャートを参照して、この実施例３の作用を説明する。なお、図６のフローチャートに示す手順は、コントロールユニット１７において、予め定められた一定の制御周期ごとに繰り返し実行される。制御周期は実験的に定められるが、例えば１〜１００ｍｓ程度の値である。
【００４４】
図６において、まずステップＳ６１では、温度センサ１１で検出された温度をコントロールユニット１７に読み込む。次に、ステップＳ６２では、ステップＳ６１で読み込んだ温度センサ１１で検出された温度に基づいて、バイパス開度制御弁３２の開度を制御する。ここで、バイパス開度制御弁３２の開度は、例えば図７に示す、予め用意された温度と開度との特性に基づいて設定制御される。
【００４５】
このように、空気導出管１０の内部の温度が高いほど、バイパス開度制御弁３２により第３水素配管３１における開度を大きく設定制御することで、空気導出管１０の内部の温度が高い場合には、バイパス開度制御弁３２により第３水素配管３１の開度を大きくして、第３水素配管３１を流れる水素を増やすようにしている。すなわち、空気導出管１０の内部に設置される第１水素配管１２を流れる水素流量を減らすことにより、第１水素配管を介して暖められる水素量を小さくする一方、第３水素配管３１を通り空気導出管１０の内部の温度に影響されない水素量を大きくするようにしている。これにより、燃料電池スタック５に供給される水素の温度、すなわち第１水素配管１２を通る水素と第３水素配管３１を通る水素との混合により定まる温度を、燃料電池スタック５にとって最適な温度に設定することが可能となる。
【００４６】
次に、図８に示すフローチャートを参照して、この実施例３の他の作用を説明する。図８に示すフローチャートの手順は、コントロールユニット１７において、予め定められた一定の制御周期ごとに繰り返し実行される。制御周期は実験的に定められるが、例えば１〜１００ｍｓ程度の値である。
【００４７】
図８において、まずステップＳ８１では、外気温センサ３３で検出された外気温をコントロールユニット１７に読み込む。次に、ステップＳ８２では、ステップＳ８１で読み込んだ外気温に基づいて、バイパス開度制御弁３２の開度を制御する。ここで、バイパス開度制御弁３２の開度は、例えば図９に示す、予め用意された外気温と開度との特性に基づいて設定制御される。
【００４８】
このように、外気温が低いほど、バイパス開度制御弁３２により第３水素配管３１における開度を小さく設定制御することで、外気温が低く、水素タンク６から供給される水素温度が低い場合には、バイパス開度制御弁３２により第３水素配管３１の開度を小さくし、第３水素配管３１を流れる水素を減らすようにしている。すなわち、空気導出管１０の内部に設置される第１水素配管１２を流れる水素流量を増やすことにより、第１水素配管１２を介して暖められる水素量を大きくする一方、第３水素配管３１を通り空気導出管１０の内部の温度に影響されない水素量を小さくするようにしている。これにより、燃料電池スタック５に供給される水素の温度、すなわち、第１水素配管１２を通る水素と第３水素配管３１を通る水素との混合により定まる温度を、燃料電池スタック５にとって最適な温度に設定することが可能となる。
【００４９】
なお、上記実施例３では、第１水素配管１２をバイパスする第３水素配管３１と、第３水素配管３１にバイパス開度制御弁３２を設けた例を示したが、第２水素配管１３をバイパスするバイパス配管を設け、このバイパス配管に配管の開度を制御する制御弁を設けてもよい。また、第１水素配管１２と第２水素配管１３の双方に、それぞれの配管をバイパスするバイパス配管ならびに開度を制御する制御弁を設けても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの処理動作を示すフローチャートである。
【図３】温度と空気流量との特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例３に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る燃料電池システムの処理動作を示すフローチャートである。
【図７】温度と開度との特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例３に係る燃料電池システムの他の処理動作を示すフローチャートである。
【図９】外気温と開度との特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…フィルタ
２…コンプレッサ
３…空気流量センサ
４…空気圧力制御弁
５…燃料電池スタック
６…水素タンク
７…プレッシャレギュレータ
８…水素流量制御弁
９…ポンプ
１０…空気導出管
１１…温度センサ
１２…第１水素配管
１３…第２水素配管
１４…回転数センサ
１５，１６…圧力センサ
１７…コントロールユニット
２１…水素排出弁
２２…燃焼器
３１…第３水素配管
３２…バイパス開度制御弁
３３…外気温センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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