(57)【要約】【課題】  空気リリーフ弁と燃焼器とを備え、燃料極側の窒素が混入した水素を放出して燃焼器によって燃焼して大気へと排出する燃料電池システムにおいて、高濃度水素の放出を抑制し、高効率化を実現する。【解決手段】  燃料電池システムは、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力に応じて、コンプレッサ３から吐出される空気を開放する圧力リリーフ弁１３における空気を開放する空気出口を、燃焼器１２の空気側入口に接続する。これにより、この燃料電池システムにおいては、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力が上昇し、圧力リリーフ弁１３によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放した際には、圧力リリーフ弁１３によって開放された空気が、燃焼器１２へと供給されるので、高濃度の水素の放出を抑制することができ、高効率化を実現することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤ガス入口における酸化剤ガス圧力を制御する圧力制御手段と、
前記燃料電池内の前記燃料ガスを含むガスを前記燃料電池の外部へと放出する放出手段と、
前記放出手段により前記燃料電池から放出される前記ガスを、前記圧力制御手段を介して前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスと混合して燃焼させる燃焼手段と、
前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の酸化剤ガス圧力に応じて、前記酸化剤ガス供給手段から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスを開放し、前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の酸化剤ガス圧力を所定値以下に制御する圧力開放手段とを備え、
前記圧力開放手段は、記酸化剤ガス供給手段から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスを、前記燃焼手段の酸化剤ガス入口に供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記圧力開放手段は、前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池とを接続する配管部分と接続された酸化剤ガス入口と、前記燃焼手段のガス入口に接続された酸化剤ガス出口とを備え、前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間における酸化剤ガス圧力と、前記酸化剤ガス出口における酸化剤ガス圧力との差圧が、所定の設定値以上になると、前記酸化剤ガスを開放して前記燃焼手段の酸化剤ガス入口に供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記設定値は、前記圧力開放手段の酸化剤ガス出口から前記燃焼手段の排気ガス出口までの間の圧力損失と前記差圧とを加えた圧力値が、前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の圧力における前記所定値となるように設定され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】
前記圧力開放手段は、
前記酸化剤ガス入口と前記酸化剤ガス出口とを接続する経路を遮断又は開放する弁体と、
前記弁体を、前記酸化剤ガス入口と前記酸化剤ガス出口とを接続する経路を遮断するように付勢する付勢手段とを有し、
前記設定値は、前記弁体が前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の酸化剤ガス圧力を受ける受圧面積と、前記付勢手段の前記弁体に付勢する荷重とによって決定される値であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記圧力開放手段は、前記弁体に付勢する荷重を変更する荷重変更手段を更に備え、
前記荷重変更手段により変更する荷重を制御して、前記設定値を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記酸化剤ガス供給手段から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの温度を検出する酸化剤ガス温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記酸化剤ガス温度検出手段により検出した酸化剤ガスの温度が高いほど、前記設定値を低く設定することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記酸化剤ガス供給手段から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を検出する酸化剤ガス流量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記酸化剤ガス流量検出手段により検出した酸化剤ガスの流量が大きいほど、前記設定値を低く設定することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池の酸化剤ガス出口側における酸化剤ガスの湿度を検出する湿度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記湿度検出手段により検出した酸化剤ガスの湿度が高いほど、前記設定値を高く設定することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃焼手段における温度を検出する燃焼温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記燃焼温度検出手段により検出した前記燃焼手段における温度が高いほど、前記設定値を低く設定することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤ガス入口における酸化剤ガス圧力を制御する圧力制御手段と、
前記燃料電池内の前記燃料ガスを含むガスを前記燃料電池の外部へと放出する放出手段と、
前記放出手段により前記燃料電池から放出される前記ガスを、前記圧力制御手段を介して前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスと混合して燃焼させる燃焼手段と、
前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の酸化剤ガス圧力に応じて、前記酸化剤ガス供給手段から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスを開放し、前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の酸化剤ガス圧力を所定値以下に制御する圧力開放手段とを備え、
前記圧力開放手段は、記酸化剤ガス供給手段から前記燃料電池に供給される酸化剤ガスを、前記燃焼手段のガス出口側に供給することを特徴と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、例えば燃料電池車両に搭載可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池の燃料極（水素極）に水素を多量に含む燃料ガスを供給すると共に、空気極に酸化剤ガスとしての空気を供給し、所定の電解質膜を介してこれら水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得る燃料電池システムが知られている。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいては、空気が供給される燃料電池スタックにおける空気極入口の圧力が適切な値でない場合には、燃料電池スタックを損傷させるおそれがあり、また、性能の劣化を生じる場合もある。
【０００４】
そこで、このような問題に対応するために、例えば特許文献１に記載された技術が提案されている。
【０００５】
この特許文献１には、燃料電池にコンプレッサによって加圧供給された空気が通過する空気供給通路に、燃料電池システムの最大要求圧力以上且つ最大許容圧力以下の圧力で、空気供給通路内の空気を外部へと放出する空気リリーフ弁を設けた燃料電池システムの保護装置が開示されている。これにより、この燃料電池システムの保護装置は、燃料電池システムとしての能力を最大限に発揮しつつ、燃料電池の損傷を防止することができるとしている。
【特許文献１】特開２００２−１３４１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックの燃料極側には、空気極側から空気に含まれる窒素が混入し、この窒素が燃料電池スタックによる発電作用における効率を低下させることが知られている。したがって、燃料電池システムにおいては、燃料極側に混入した窒素濃度が増加した場合には、燃料極側における窒素が混入した水素を燃料電池スタックの外部へと放出する必要がある。
【０００７】
この場合、燃料電池システムにおいては、空気極出口及び燃料極出口の下流に燃焼器を設け、この燃焼器により、燃料電池スタックの外部へと放出した水素を、空気極から放出された空気と混合して燃焼し、大気へと排出することになる。
【０００８】
ここで、上述した特許文献１に記載された燃料電池システムにおいて、このような燃焼器を設けた場合に、空気供給通路内の圧力が上昇した結果、空気リリーフ弁によって空気供給通路内の空気を外部に放出した際には、この空気リリーフ弁による空気の放出分だけ、空気極から燃焼器に放出される空気量が減少することになる。
【０００９】
この際、このような燃料電池システムにおいては、燃料極側から燃焼器に向かって水素を放出すると、燃焼器に供給される空気量が不足するので、燃焼に必要な酸素が燃焼器に供給されず、燃焼器の排気ガス中に未燃焼水素が残存し、高濃度の未燃焼水素を放出する事態を招来するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、燃料極側の窒素が混入した燃料ガスを放出して燃焼器によって燃焼して大気へと排出する燃料電池システムにおいて、高濃度燃料ガスの放出を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムでは、酸化剤ガス供給手段と燃料電池との間の圧力に応じて、酸化剤ガス供給手段から吐出される酸化剤ガスを開放し、酸化剤ガス供給手段と燃料電池との間の圧力を所定値以下に制御する圧力開放手段における酸化剤ガスを開放する酸化剤ガス出口を、燃料電池から放出される燃料ガスを燃焼する燃焼手段の酸化剤ガス入口に接続することで、上述の課題を解決する。すなわち、本発明に係る燃料電池システムでは、圧力開放手段により開放された酸化剤ガス及び燃料電池から排出された酸化剤ガスを燃焼手段に供給して、当該酸化剤ガスを用いて、放出手段から放出された燃料ガスを燃焼手段により燃焼させる。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、圧力開放手段における酸化剤ガスを開放する酸化剤ガス出口を、燃焼手段の排気ガス排出出口に接続することで、上述の課題を解決する。すなわち、この燃料電池システムでは、圧力開放手段により開放された空気により燃焼手段の排出ガスを希釈する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムによれば、酸化剤ガス供給手段と燃料電池との間の酸化剤ガス圧力が上昇し、圧力開放手段によって酸化剤ガス供給手段から吐出される酸化剤ガスを開放した際には、圧力開放手段によって開放された酸化剤ガスを燃焼手段に供給させるので、圧力開放手段によって酸化剤ガスを開放させた場合であっても燃焼手段での酸化剤ガス量が不足することを抑制して、燃焼手段から高濃度の水素の放出を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載され、負荷として搭載された駆動モータや燃料電池スタックを発電させる補機類等に電力供給することにより、車両走行するための駆動トルクを発生させる燃料電池システムに適用される。
【００１６】
［第１実施形態］
［燃料電池システムの構成］
第１実施形態に係る燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池システムの主電源であって、発電反応を発生させるための水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとが供給されることによって発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を挟んで、酸化剤ガスとして空気が供給される空気極１ａと燃料ガスとして水素が供給される水素極１ｂとを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体が複数積層されることによって構成されている。すなわち、この燃料電池スタック１による発電は、水素極１ｂにて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン（Ｈ＋）が固体高分子電解質膜を通過して空気極１ａに到達し、この水素イオンが空気極１ａにて酸素と結合して水（Ｈ２Ｏ）を生成することによって行われる。
【００１７】
また、燃料電池システムは、各部の動作を制御して燃料電池スタック１の発電反応を制御する制御手段であるコントロールユニット２０を備える。このコントロールユニット２０は、例えば図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に、燃料電池システムを起動して負荷に対して電力供給を行う一連の処理手順を記述した燃料電池制御プログラムを格納し、後述する各種センサからの信号を読み込み、当該燃料電池制御プログラムを図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって実行して各部へと制御信号を送ることにより、各部を制御する。
【００１８】
さらに、燃料電池システムは、燃料電池スタック１への空気供給系として、外気に含まれる不純物を除去するフィルタ２と、外気を取り込むコンプレッサ３と、このコンプレッサ３を駆動するコンプレッサモータ３ａの回転数を検出する回転数センサ４と、コンプレッサ３から供給される空気の流量を検出する吐出空気流量検出手段である空気流量センサ５と、燃料電池スタック１の空気極１ａ側の入口側の空気圧力を制御する圧力制御手段である空気圧力制御弁６とを備える。
【００１９】
フィルタ２は、コンプレッサ３の上流に設けられ、当該コンプレッサ３が吸い込む空気中の不純物を除去する。
【００２０】
コンプレッサ３は、コンプレッサモータ３ａによって駆動され、フィルタ２を介して外部から空気を吸い込み、圧縮して吐出する。これにより、コンプレッサ３は、燃料電池スタック１へと空気を供給する。このとき、コンプレッサ３は、コントロールユニット２０によってコンプレッサモータ３ａの回転数が制御され、燃料電池スタック１へと供給する空気流量が制御される。
【００２１】
回転数センサ４は、コンプレッサモータ３ａの回転数を検出する。この回転数センサ４によって検出された検出値は、コントロールユニット２０によって読み取られる。
【００２２】
空気流量センサ５は、コンプレッサ３から供給される空気の流量を検出する。この空気流量センサ５によって検出された検出値は、コントロールユニット２０によって読み取られる。コントロールユニット２０は、この空気流量センサ５によって検出された検出値に基づいて、燃料電池スタック１へと供給される空気の流量を制御する。
【００２３】
空気圧力制御弁６は、燃料電池スタック１の空気極１ａ側の出口下流に設けられ、コントロールユニット２０からの制御によって開閉され、燃料電池スタック１の空気極１ａ側の入口圧力を制御する。
【００２４】
このような空気供給系は、燃料電池スタック１に空気を供給するに際して、コントロールユニット２０からの制御信号に応じて、コンプレッサ３の回転数が制御されると共に、図示しない空気圧力制御弁６と接続されたアクチュエータが駆動制御されることにより空気圧力制御弁６の開度が調整される。これにより、空気供給系では、フィルタ２によって不純物が除去された空気をコンプレッサ３により取り込み、空気極１ａに供給する。
【００２５】
更にまた、燃料電池システムは、燃料電池スタック１への水素供給系として、水素を貯蔵する水素タンク７と、この水素タンク７から供給される水素圧力を一定圧力に制御するプレッシャレギュレータ８と、燃料電池スタック１の水素極１ｂ側の入口の水素流量を制御する水素流量制御弁９と、燃料電池スタック１から放出される未使用水素を吸い込むポンプ１０と、燃料電池スタック１の水素極１ｂ側における水素を燃料電池スタック１の外部へと放出する放出手段であるシャットオフバルブ１１と、燃料電池スタック１から放出される水素を燃焼する燃焼手段である燃焼器１２とを備える。
【００２６】
水素タンク７は、水素を貯蔵する。この水素タンク７に貯蔵されている水素は、プレッシャレギュレータ８等を介して燃料電池スタック１へと供給される。
【００２７】
プレッシャレギュレータ８は、水素タンク７から供給される水素圧力を一定圧力に制御して燃料電池スタック１側に送る。このプレッシャレギュレータ８によって圧力制御された水素は、水素流量制御弁９を介して燃料電池スタック１へと供給される。
【００２８】
水素流量制御弁９は、コントロールユニット２０の制御に従って開閉され、燃料電池スタック１へと供給する水素流量を制御し、これにより燃料電池スタック１の水素極１ｂ側の入口の水素圧力を制御する。
【００２９】
ポンプ１０は、ポンプモータ１０ａがコントロールユニット２０によって制御されることにより駆動され、燃料電池スタック１から放出される未使用水素を吸い込み、再度燃料電池スタック１の水素入口側へと循環させる。
【００３０】
シャットオフバルブ１１は、コントロールユニット２０の制御によって開閉され、燃料電池スタック１の水素極１ｂ側にて窒素が混入した水素を燃料電池スタック１の外部へと放出する。このシャットオフバルブ１１の動作は、例えば所定期間毎、又はコントロールユニット２０により窒素等の混入が増加したと推定された時に、コントロールユニット２０により開制御される。
【００３１】
燃焼器１２は、燃料電池スタック１の水素排出側及び燃料電池スタック１の空気排出側と接続される。この燃焼器１２は、シャットオフバルブ１１を介して燃料電池スタック１から放出される水素を、空気圧力制御弁６を介して燃料電池スタック１から放出される空気と混合して燃焼する。そして、燃焼器１２は、燃焼することにより生成した燃焼ガスを大気へと排出する。
【００３２】
更にまた、この燃料電池システムは、圧力リリーフ弁１３と、燃料電池スタック１の空気入口側の配管に設けられた空気圧力センサ１４と、燃料電池スタック１の水素入口側の配管に設けられた水素圧力センサ１５とを備える。
【００３３】
圧力リリーフ弁１３は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間に接続されると共に、燃焼器１２のガス入口側に接続される。この圧力リリーフ弁１３は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力を受けて動作して、燃焼器１２に空気を供給する構造となっている。なお、この圧力リリーフ弁１３の具体的な構成例については後述する。
【００３４】
この圧力リリーフ弁１３は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以上に達した場合には、コンプレッサ３から吐出される空気を開放する圧力開放手段として機能する。これにより、圧力リリーフ弁１３は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力を所定値以下にする。また、この圧力リリーフ弁１３は、空気を開放する空気出口が、燃焼器１２のガス入口側に接続されており、開放した空気を燃焼器１２に供給する。
【００３５】
空気圧力センサ１４は、燃料電池スタック１の空気極１ａにおける空気圧力を検出する。この空気圧力センサ１４によって検出された検出値は、コントロールユニット２０に読み込まれる。コントロールユニット２０は、空気圧力センサ１４によって検出された検出値に基づいて、空気圧力制御弁６の開度を制御することになる。
【００３６】
水素圧力センサ１５は、燃料電池スタック１の水素極１ｂにおける水素圧力を検出する。この水素圧力センサ１５によって検出された検出値は、コントロールユニット２０に読み込まれる。コントロールユニット２０は、水素圧力センサ１５によって検出された検出値に基づいて、水素流量制御弁９の開度を制御することになる。
【００３７】
［燃料電池システムの動作］
このような燃料電池システムにおいて、酸化剤ガスとしての空気は、コンプレッサ３から圧送されることで、燃料電池スタック１に供給される。このとき、コントロールユニット２０は、外部からの燃料電池スタック１の発電要求に応じて、コンプレッサモータ３ａの駆動量を制御し、空気流量及び空気圧力を制御する。また、コントロールユニット２０は、空気極１ａの入口付近に設けられた空気圧力センサ１４からのセンサ信号を読み込み、この検出値に応じて、空気極１ａにおける空気圧力を負荷に応じた圧力とするように、空気流量及び空気圧力を制御する。そして、空気は、燃料電池スタック１の発電反応に使用され、余剰分が燃料電池スタック１から排出される。
【００３８】
一方、燃料ガスとしての水素は、コントロールユニット２０の制御に従って、水素タンク７から供給され、プレッシャレギュレータ８及び水素流量制御弁９を通過して、ポンプ１０によって循環してきた水素と混合された後、燃料電池スタック１に供給される。このとき、コントロールユニット２０は、水素極１ｂの入口付近に設けられた水素圧力センサ１５からのセンサ信号を読み込み、この検出値に応じて、水素極１ｂにおける水素圧力を負荷に応じた圧力とするように、水素流量及び水素圧力を制御する。そして、水素は、空気と共に燃料電池スタック１の発電反応に使用され、余剰分が燃料電池スタック１から排出される。
【００３９】
そして、燃料電池システムにおいては、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力が上昇し、圧力リリーフ弁１３によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放した際には、圧力リリーフ弁１３によって開放された空気は、燃焼器１２へと供給される。
【００４０】
したがって、燃焼器１２には、燃料電池スタック１の空気極１ａ出口から排出された空気と共に、圧力リリーフ弁１３によって開放された空気が供給されることになる。したがって、この燃料電池システムでは、圧力リリーフ弁１３によって空気が開放されても、燃焼器１２へと供給される空気量が減少することを抑制する。
【００４１】
［第１実施形態における圧力リリーフ弁１３の構成例］
つぎに、上述したような燃料電池システムにおける圧力リリーフ弁１３の構成例について説明する。
【００４２】
圧力リリーフ弁１３は、例えば図２（ａ）に示すように、断面が略矩形状となっているボディ部材４１によって覆われ、このボディ部材４１の内部に、弁体４２と、この弁体４２を所定の方向へと付勢する付勢手段であるばね機構４３と、シール部材４４とが設けられる。また、この圧力リリーフ弁１３は、ボディ部材４１の側壁に、入口ポート部４５と、出口ポート部４６とが形成される。この入口ポート部４５は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１とを接続する配管部分に接続される一方で、出口ポート部４６は、燃焼器１２の空気入口側の配管部分に接続される。
【００４３】
このような圧力リリーフ弁１３は、燃料電池スタック１に空気を供給している状態においては、入口ポート部４５での圧力が燃料電池スタック１の空気圧力と同等となっており、入口ポート部４５に印加される空気圧力が、出口ポート部４６に印加されるガス圧力よりも高くなっている。
【００４４】
このような圧力リリーフ弁１３は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以下の場合には、図２（ａ）に示す状態となる。すなわち、圧力リリーフ弁１３は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以下の場合には、ばね機構４３のセット荷重Ｆ１によって入口ポート部４５方向（同図下方向）へと弁体４２を付勢し、ボディ部材４１の端部４７とシール部材４４とが接触される。これにより、圧力リリーフ弁１３では、入口ポート部４５からボディ部材４１の内部に受ける空気圧力を封入し、コンプレッサ３から吐出される空気を出口ポート部４６側に開放することはない。すなわち、弁体４２では、入口ポート部４５と出口ポート部４６との空気経路を遮断している状態となっている。
【００４５】
一方、圧力リリーフ弁１３は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以上に達した場合には、図２（ｂ）に示す状態となる。すなわち、圧力リリーフ弁１３においては、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以上に達した場合には、入口ポート部４５に加わる空気圧力が大きくなり、当該空気圧力がばね機構４３のセット荷重Ｆ１に打ち勝って、弁体４２が出口ポート部４６側（同図上方向）へと押し上げられ、ボディ部材４１の端部４７とシール部材４４との間に間隙が生じる。これにより、圧力リリーフ弁１３においては、入口ポート部４５と出口ポート部４６との間に空気経路が形成され、当該空気経路によって出口ポート部４６を介してコンプレッサ３から吐出される空気が開放され、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力が所定値以下に制御されることになる。すなわち、弁体４２では、入口ポート部４５と出口ポート部４６との空気経路を開放している状態となっている。
【００４６】
ここで、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力を受ける弁体４２の受圧面積をＳ１とし、ばね機構４３の弁体４２に対するセット荷重をＦ１とする。また、入口ポート部４５における空気圧力、すなわち、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力をＰ１とし、出口ポート部４６における空気圧力をＰ２とする。この場合、圧力リリーフ弁１３によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放する際には、圧力とセット荷重Ｆ１とのバランスから次式（１）が成立する。
【００４７】
（Ｐ１−Ｐ２）×Ｓ１＝Ｆ１      ・・・（１）
ここで、Ｐ１−Ｐ２＝ΔＰＲとすると、次式（２）が成立する。
【００４８】
ΔＰＲ＝Ｆ１／Ｓ１      ・・・（２）
なお、ΔＰＲは、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、圧力リリーフ弁１３の出口ポート部４６の空気圧力との差圧を意味する。圧力リリーフ弁１３は、この差圧がＦ１／Ｓ１で設定される値（以上）になると、コンプレッサ３から吐出される空気を開放することになる。
【００４９】
また、圧力リリーフ弁１３の出口ポート部４６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失をΔＰＬとすると、圧力リリーフ弁１３によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放する際の、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力Ｐ１、すなわち、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力の所定値Ｐ１は、次式（３）で表される。
【００５０】
Ｐ１＝ΔＰＲ＋ΔＰＬ      ・・・（３）
したがって、圧力リリーフ弁１３は、出口ポート部４６と燃焼器１２の排気ガス出口との間の圧力損失ΔＰＬに対して、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と出口ポート部４６の圧力との差圧ΔＰＲを加えた値が、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力における所定値となるように、差圧ΔＰＲを設定する。すなわち、所望の値Ｆ１／Ｓ１となるように、圧力リリーフ弁１３は、弁体４２の受圧面積Ｓ１と、ばね機構４３によるセット荷重Ｆ１が設定される。これにより、圧力リリーフ弁１３では、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力が所定値以上に達した場合には、コンプレッサ３から吐出される空気を確実に精度よく開放することが可能となる。
【００５１】
なお、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力の所定値は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間、及び燃料電池スタック１における耐圧の中で最も低い値と等しく設定して、弁体４２の受圧面積Ｓ１及びばね機構４３のＦ１を設定することが望ましい。これにより、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力を所定値以下、すなわち、燃料電池システムは、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間、及び燃料電池スタック１における耐圧の中で最も低い値以下とすることが可能となり、燃料電池スタック１の性能低下等に対する信頼性の向上を図ることができる。
【００５２】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、圧力リリーフ弁１３における空気を開放する空気出口を、燃焼器１２の空気入口側に接続することにより、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が上昇し、圧力リリーフ弁１３によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放した際に、圧力リリーフ弁１３によって開放された空気を燃焼器１２に供給するので、燃焼器１２に供給される空気量が減少することがなくなり、燃焼器１２に水素を排出した場合であっても、水素を完全燃焼することができ、高濃度の水素の外部放出を抑制することができる。
【００５３】
さらに、この燃焼電池システムによれば、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、圧力リリーフ弁１３の出口圧力との差圧が、所定の設定値以上になると、コンプレッサ３から吐出される空気を開放させるように受圧面積Ｓ１及びセット荷重Ｆ１を設定した圧力リリーフ弁１３を備えるので、コンプレッサ３から吐出される空気を確実に精度よく開放することが可能となる。
【００５４】
ここで、差圧の設定値は、圧力リリーフ弁１３の出口ポート部４６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失に対して差圧を加えた値が、コンプレッサ１３と燃料電池スタック１との間の圧力における所定値となるように設定されるので、この燃料電池システムにおいては、コンプレッサ３から吐出される空気を確実に精度よく開放して、燃料電池スタック１の劣化を抑制することが可能となる。
【００５５】
さらにまた、この燃料電池システムによれば、弁体４２と、この弁体４２を所定の方向へと付勢するばね機構４３とを有する圧力リリーフ弁１３を使用し、差圧の設定値を、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力を受ける受圧面積Ｓ１と、ばね機構４３の弁体４２に対するセット荷重Ｆ１とによって決定される値とすることができる。したがって、この燃料電池システムにおいては、極めて簡易な構成のもとに、コンプレッサ３から吐出される空気を確実に精度よく開放して、燃料電池スタック１の劣化を抑制することが可能となる。
【００５６】
また、この燃料電池システムによれば、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力の所定値として、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間、及び燃料電池スタック１における耐圧の中で最も低い値と等しくすることにより、燃料電池スタック１の劣化に対する信頼性を向上させることができる。
【００５７】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、この第２実施形態の説明では、上述の実施形態と同様の部分については同一の符号を付することによってその詳細な説明を省略する。
【００５８】
この第２実施形態に係る燃料電池システムは、圧力リリーフ弁によってコンプレッサから吐出される空気を開放する条件としての差圧の設定値を、外部から制御可能に当該圧力リリーフ弁を構成したものである。
【００５９】
［燃料電池システムの構成］
第２実施形態に係る燃料電池システムは、図３に示すように、圧力リリーフ弁１３とは異なる構成の圧力リリーフ弁５１、空気温度センサ５２、燃焼器温度センサ５３、湿度センサ５４を備える点で、第１実施形態に係る燃料電池システムとは異なる。
【００６０】
圧力リリーフ弁５１は、第１実施形態として示した燃料電池システムにおける圧力リリーフ弁１３と同様に、コンプレッサ３と燃料電池スタック１とを接続する配管部分に接続され、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力を受けて、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以上に達した場合には、コンプレッサ３から吐出される空気を開放することにより、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力を所定値以下にするものである。ここで、圧力リリーフ弁５１は、第１実施形態に係る燃料電池システムと同様に、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、後述の出口ポート部での空気圧力との差圧が、所定の設定値（以上）となった場合に、コンプレッサ３から吐出される空気を開放するが、この設定値がコントロールユニット２０によって可変的に制御される。
【００６１】
空気温度センサ５２は、コンプレッサ３から吐出される空気の温度を検出する空気温度検出手段である。この空気温度センサ５２によって検出された検出値は、コントロールユニット２０によって読み込まれる。
【００６２】
燃焼器温度センサ５３は、燃焼器１２における温度を検出する燃焼温度検出手段である。この燃焼器温度センサ５３によって検出された検出値は、コントロールユニット２０によって読み込まれる。
【００６３】
湿度センサ５４は、燃料電池スタック１の空気出口下流における空気の湿度を検出する湿度検出手段である。この湿度センサ５４によって検出された検出値は、コントロールユニット２０によって読み込まれる。
【００６４】
このような燃料電池システムにおいては、圧力リリーフ弁５１として、以下のようなものを使用する。
【００６５】
［圧力リリーフ弁の詳細］
圧力リリーフ弁５１は、例えば図４（ａ）に示すように、断面が略矩形状を呈するボディ部材６１によって覆われ、このボディ部材６１の内部に、弁体６２、ばね機構６３、及びシール部材６４に加えて、ソレノイド６８と、プッシュロッド６９とが設けられると共に、ボディ部材６１の側壁に、入口ポート部６５と、出口ポート部６６とが形成される。入口ポート部６５は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１とを接続する配管部分に接続される一方で、出口ポート部６６は、燃焼器１２の空気入口の配管部分に接続される。
【００６６】
また、ソレノイド６８は、コントロールユニット２０の制御によって供給される電流に比例した推力を発生させる推力発生手段である。このソレノイド６８によって発生した推力は、ばね機構６３によるセット荷重と略同一方向において、プッシュロッド６９を介して弁体６２へと伝達される。なお、この燃料電池システムにおいては、コントロールユニット２０からの制御信号に応じて、ソレノイド６８により発生させる推力に応じた電流をソレノイド６８に供給する電流供給装置を備える。
【００６７】
このような圧力リリーフ弁５１は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以下の場合には、図４（ａ）に示す状態となる。すなわち、圧力リリーフ弁５１は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以下の場合には、弁体６２がばね機構６３のセット荷重と、プッシュロッド６９を介して伝達されるソレノイド６８の推力とによって入口ポート部６５（同図下方向）へと付勢され、ボディ部材６１の端部６７とシール部材６４とを接触させる。これにより、圧力リリーフ弁５１においては、入口ポート部６５にて受ける圧力が封入され、コンプレッサ３から吐出される空気を開放することはない。
【００６８】
一方、圧力リリーフ弁５１は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以上に達した場合には、図４（ｂ）に示す状態となる。すなわち、圧力リリーフ弁５１は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が所定値以上に達した場合には、入口ポート部６５に加わる圧力が大きくなり、ばね機構６３のセット荷重と、プッシュロッド６９を介して伝達されるソレノイド６８の推力とに打ち勝って弁体６２が出口ポート部６６（同図上方向）へと押し上げられ、ボディ部材６１の端部６７とシール部材６４との間に間隙が生じる。これにより、圧力リリーフ弁５１においては、生じた間隙から出口ポート部６６を介してコンプレッサ３から吐出される空気を開放し、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力を所定値以下とする。
【００６９】
ここで、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力を受ける受圧面積をＳ２とし、ばね機構６３の弁体６２に対するセット荷重をＦ２とし、プッシュロッド６９を介して伝達されるソレノイド６８の推力をＦＳとする。また、入口ポート部６５における空気圧力、すなわち、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力をＰ３とし、出口ポート部６６における空気圧力をＰ４とする。この場合、圧力リリーフ弁５１によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放する際には、空気圧力Ｐ３、ソレノイド６８による推力ＦＳ及びセット荷重Ｆ２のバランスから次式（４）が成立する。
【００７０】
（Ｐ３−Ｐ４）×Ｓ２＝Ｆ２＋ＦＳ      ・・・（４）
ここで、Ｐ３−Ｐ４＝ΔＰＲ’とすると、次式（５）が成立する。
【００７１】
ΔＰＲ’＝（Ｆ２＋ＦＳ）／Ｓ２      ・・・（５）
なお、ΔＰＲ’は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、出口ポート部６６の圧力との差圧を意味する。圧力リリーフ弁５１は、この差圧が（Ｆ２＋ＦＳ）／Ｓ２で設定される値（以上）になると、コンプレッサ３から吐出される空気を開放することになる。
【００７２】
また、圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失をΔＰＬ’とすると、圧力リリーフ弁５１によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放する際の、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力Ｐ３、すなわち、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力の所定値Ｐ３は、次式（６）で表される。
【００７３】
Ｐ３＝ΔＰＲ’＋ΔＰＬ’      ・・・（６）
ここで、圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’は、燃料電池スタック１に供給する空気の温度及び流量、燃料電池スタック１から排出される空気の湿度等に応じて微妙に変動する。一方、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’は、上式（５）に示したように、プッシュロッド６９を介して伝達されるソレノイド６８の推力ＦＳによって調整可能であり、この推力ＦＳは、コントロールユニット２０の制御に基づいて流れる電流によって制御可能である。
【００７４】
したがって、コントロールユニット２０では、この変動する圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’に対応して、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力と圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’を調整し、両者を加えた値が、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力における所定値となるように制御する。
【００７５】
［ソレノイドの推力の制御処理］
つぎに、コントロールユニット２０による、プッシュロッド６９を介して伝達されるソレノイド６８の推力ＦＳの制御処理、すなわち、上式（５）で表されるコンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’の制御処理について説明する。
【００７６】
このとき、コントロールユニット２０は、図５に示すような一連の処理を実行することにより、プッシュロッド６９を介して伝達されるソレノイド６８の推力ＦＳを制御する。この一連の処理は、予め定められた一定の制御周期毎にコントロールユニット２０によって繰り返し実行される。この制御周期は、実験的に定めることができるが、例えば１〜１００ｍｓ程度の値である。
【００７７】
まず、コントロールユニット２０は、同図に示すように、ステップＳＴ１において、図３に示した各種センサ、すなわち、空気温度センサ５２、燃焼器温度センサ５３、空気流量センサ５、湿度センサ５４のうち、いずれかのセンサ信号を読み込む。
【００７８】
そして、コントロールユニット２０は、ステップＳＴ２において、ステップＳＴ１にて読み込んだセンサ信号に基づいて、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’を設定し、当該差圧ΔＰＲ’となるように、電流供給装置を制御することによりソレノイド６８に電流供給して推力ＦＳを制御する。
【００７９】
ここで、この差圧ΔＰＲ’の設定は、例えば、図６乃至図９に示す特性に基づいてコントロールユニット２０により行われる。
【００８０】
まず、コントロールユニット２０は、第１の方法として、空気温度センサ５２からのセンサ信号を使用した場合には、コンプレッサ３から吐出される空気の温度に基づいて、差圧ΔＰＲ’を設定する。このとき、コントロールユニット２０は、図６に示すような、空気温度センサ５２によって検出したコンプレッサ３から吐出される空気の温度に応じて、差圧ΔＰＲ’を制御するマップデータを参照する。なお、このマップデータは、燃料電池システムの設計時等に予め作成してコントロールユニット２０内のメモリ等に保持しておく。
【００８１】
ここで、空気流量は空気温度に比例して増加し、圧力損失は空気流量の２乗に比例して増加する。このため、圧力損失は、近似的に温度の２乗に比例して増加することになる。したがって、コントロールユニット２０は、空気温度の２乗に略比例して増加する出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’に対応して、図６に示すように、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’を、空気温度の２乗に略比例して低下させる。すなわち、コントロールユニット２０では、空気温度が高いほど、圧力リリーフ弁１３から空気を開放する設定値を低く設定する。
【００８２】
これにより、コントロールユニット２０は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、出口ポート部６６における空気圧力とを加えた値を、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力における所定値として設定して、圧力リリーフ弁５１を制御する。
【００８３】
また、コントロールユニット２０は、第２の方法として、空気流量センサ５からのセンサ信号を使用した場合には、コンプレッサ３から吐出される空気の流量に基づいて、差圧ΔＰＲ’を設定する。このとき、コントロールユニット２０は、図７に示すような、空気流量センサ５によって検出したコンプレッサ３から吐出される空気流量に応じて、差圧ΔＰＲ’を制御するマップデータを参照する。なお、このマップデータは、燃料電池システムの設計時等に予め作成してコントロールユニット２０内のメモリ等に保持しておく。
【００８４】
ここで、圧力損失は、空気流量の２乗に比例して増加する。したがって、コントロールユニット２０は、空気流量の２乗に略比例して増加する出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’に対応して、図７に示すように、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’を、空気流量の２乗に略比例して低下させる。すなわち、コントロールユニット２０では、空気流量が大きいほど、圧力リリーフ弁１３から空気を開放する設定値を低く設定する。
【００８５】
これにより、コントロールユニット２０は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、出口ポート部６６における空気圧力とを加えた値を、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力における所定値として設定して、圧力リリーフ弁５１を制御する。
【００８６】
なお、コンプレッサ３から供給される空気流量は、空気流量センサ５の検出値を用いる他、コントロールユニット２０により、回転数センサ４によってコンプレッサモータ３ａの回転数を検出し、この検出値に基づいて推定するようにしてもよい。
【００８７】
更に、コントロールユニット２０は、第３の方法として、湿度センサ５４からのセンサ信号を使用した場合には、燃料電池スタック１の空気出口下流における空気湿度に基づいて、差圧ΔＰＲ’を設定する。このとき、コントロールユニット２０は、図８に示すような、湿度センサ５４によって検出した空気湿度に応じて、差圧ΔＰＲ’を制御するマップデータを参照する。なお、このマップデータは、燃料電池システムの設計時等に予め作成してコントロールユニット２０内のメモリ等に保持しておく。
【００８８】
ここで、圧力損失は空気密度に比例して増加し、空気密度は湿度に比例して低下する。このため、圧力損失は、近似的に湿度に比例して低下することになる。したがって、コントロールユニット２０は、空気湿度に略比例して低下する圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’に対応して、図８に示すように、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力と圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’を、空気湿度に略比例して増加させる。すなわち、コントロールユニット２０では、空気湿度が高いほど、圧力リリーフ弁１３から空気を開放する設定値を高く設定する。
【００８９】
これにより、コントロールユニット２０は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、出口ポート部６６における空気圧力とを加えた値を、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力における所定値として設定して、圧力リリーフ弁５１を制御する。
【００９０】
更にまた、コントロールユニット２０は、第４の方法として、燃焼器温度センサ５３からのセンサ信号を使用した場合には、燃焼器１２における温度に基づいて、差圧ΔＰＲ’を設定する。このとき、コントロールユニット２０は、図９に示すようような、燃焼器温度センサ５３によって検出した温度に応じて、差圧ΔＰＲ’を制御するマップデータを参照する。なお、このマップデータは、燃料電池システムの設計時等に予め作成してコントロールユニット２０内のメモリ等に保持しておく。
【００９１】
ここで、燃焼器１２における水素燃焼時には燃焼温度が上昇し、圧力損失は近似的に温度の２乗に比例して増加する。このため、水素燃焼時の燃焼器１２における圧力損失は、当該燃焼器１２の温度の２乗に略比例して増加することになる。したがって、コントロールユニット２０は、燃焼器１２の温度に略比例して増加する圧力リリーフ弁５１の出口ポート部６６から当該燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’に対応して、図９に示すように、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力と出口ポート部６６の圧力との差圧ΔＰＲ’を、燃焼器１２の温度の２乗に略比例して低下させる。すなわち、コントロールユニット２０では、燃焼器１２での温度が高いほど、圧力リリーフ弁１３から空気を開放する設定値を低く設定する。
【００９２】
これにより、コントロールユニット２０は、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力と、出口ポート部６６における空気圧力とを加えた値を、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の圧力における所定値として設定して、圧力リリーフ弁５１を制御する。
【００９３】
このように、コントロールユニット２０は、コンプレッサ３から吐出される空気温度若しくは空気流量、燃料電池スタック１の空気出口下流における空気湿度、又は燃焼器１２の温度に基づいて、状況に応じた適切な差圧ΔＰＲ’を設定することができる。
【００９４】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、圧力リリーフ弁５１によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放する条件としての差圧ΔＰＲ’の設定値を、ソレノイド６８の推力を制御することにより変更することができるので、システムの状況に応じた適切な差圧を設定することができる。
【００９５】
具体的には、この燃料電池システムによれば、コンプレッサ３から吐出される空気温度に基づいて設定値を設定することにより、空気温度に応じて出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’が変化する場合であっても、圧力リリーフ弁５１から燃焼器１２に空気供給をする適切な差圧を設定することができる。
【００９６】
また、この燃料電池システムによれば、コンプレッサ３から吐出される空気流量に基づいて設定値を設定することにより、空気流量に応じて出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’が変化する場合であっても、圧力リリーフ弁５１から燃焼器１２に空気供給をする適切な差圧を設定することができる。
【００９７】
さらに、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の空気出口下流における空気湿度に基づいて設定値を設定することにより、空気湿度に応じて出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’が変化する場合であっても、圧力リリーフ弁５１から燃焼器１２に空気供給をする適切な差圧を設定することができる。
【００９８】
さらにまた、この燃料電池システムによれば、燃焼器１２の温度に基づいて設定値を設定することにより、燃焼器１２の温度に応じて出口ポート部６６から燃焼器１２の排気ガス出口までの間の圧力損失ΔＰＬ’が変化する場合であっても、圧力リリーフ弁５１から燃焼器１２に空気供給をする適切な差圧を設定することができる。
【００９９】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、この第３実施形態の説明では、上述の実施形態と同様の部分については同一の符号を付することによってその詳細な説明を省略する。
【０１００】
この第３実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態に係る燃料電池システムにおける圧力リリーフ弁によって開放される空気出口を、燃焼器の排気ガス排出出口に接続したものである。
【０１０１】
第３実施形態に係る燃料電池システムは、図１０に示すように、圧力リリーフ弁１３における空気を開放する空気出口が、第１実施形態として示した燃料電池システムのように、燃焼器１２の空気入口側に接続されるのではなく、燃焼器１２の排気ガス排出出口側の配管に接続される。
【０１０２】
このような燃料電池システムにおいては、コンプレッサ３と燃料電池スタック１との間の空気圧力が上昇し、圧力リリーフ弁１３によってコンプレッサ３から吐出される空気を開放した際には、圧力リリーフ弁１３によって開放された空気が、燃焼器１２の排気ガス排出出口側へと供給される。
【０１０３】
したがって、燃料電池システムにおいては、燃焼器１２から排出される排気ガスと圧力リリーフ弁１３によって開放された空気とが混合され、仮に燃焼器１２の排気ガス中に未燃焼水素が残存した場合であっても、大気へと排出される排気ガスの水素濃度を希釈して低減することが可能となる。
【０１０４】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムが備える圧力リリーフ弁の構成を示す図であって、（ａ）は、コンプレッサと燃料電池スタックとの間の圧力が所定値以下の場合における圧力リリーフ弁の状態を示す図であり、（ｂ）は、コンプレッサと燃料電池スタックとの間の圧力が所定値以上に達した場合における圧力リリーフ弁の状態を示す図である。
【図３】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムが備える圧力リリーフ弁の構成を示す図であって、（ａ）は、コンプレッサと燃料電池スタックとの間の圧力が所定値以下の場合における圧力リリーフ弁の状態を示す図であり、（ｂ）は、コンプレッサと燃料電池スタックとの間の圧力が所定値以上に達した場合における圧力リリーフ弁の状態を示す図である。
【図５】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムにおいて、圧力リリーフ弁におけるプッシュロッドを介して伝達されるソレノイドの推力を制御する処理手順を示すフローチャートである。
【図６】圧力リリーフ弁の制御方法を表す特性図であり、コンプレッサから吐出される空気の温度に基づいて差圧ΔＰＲ’を設定するに際して参照されるマップデータについて説明するための図である。
【図７】圧力リリーフ弁の制御方法を表す特性図であり、コンプレッサから吐出される空気の流量に基づいて差圧ΔＰＲ’を設定するに際して参照されるマップデータについて説明するための図である。
【図８】圧力リリーフ弁の制御方法を表す特性図であり、燃料電池スタックの空気極側出口下流における湿度に基づいて差圧ΔＰＲ’を設定するに際して参照されるマップデータについて説明するための図である。
【図９】圧力リリーフ弁の制御方法を表す特性図であり、燃焼器における温度に基づいて差圧ΔＰＲ’を設定するに際して参照されるマップデータについて説明するための図である。
【図１０】本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  燃料電池スタック
２  フィルタ
３  コンプレッサ
４  回転数センサ
５  空気流量センサ
６  空気圧力制御弁
７  水素タンク
８  プレッシャレギュレータ
９  水素流量制御弁
１０  ポンプ
１１  シャットオフバルブ
１２  燃焼器
１３，５１  圧力リリーフ弁
１４  空気圧力センサ
１５  水素圧力センサ
４１，６１  ボディ部材
４２，６２  弁体
４３，６３  ばね機構
４４，６４  シール部材
４５，６５  入口ポート部
４６，６６  出口ポート部
４７，６７  端部
５２  空気温度センサ
５３  燃焼器温度センサ
５４  湿度センサ
【図１】
2005032650.tif 000003
【図２】
2005032650.tif 000004
【図３】
2005032650.tif 000005
【図４】
2005032650.tif 000006
【図５】
2005032650.tif 000007
【図６】
2005032650.tif 000008
【図７】
2005032650.tif 000009
【図８】
2005032650.tif 000010
【図９】
2005032650.tif 000011
【図１０】
2005032650.tif 000012