(57)【要約】  本発明の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料ガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンクと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給源と、燃料タンク及び酸化剤ガス供給源に接続され、燃料電池に対して燃料ガス及び酸化剤ガスを給排する給排機構と、を備える。そして、燃料タンク内で気化した気化燃料を捕集する捕集器と、燃料タンクと捕集器とに接続され、気化燃料を捕集器に導く導入路と、捕集器に捕集された気化燃料を給排機構に排出する排出路と、捕集器に接続され、捕集器が捕集した気化燃料を排出路に押し出すパージ用ガスを捕集器に供給する供給路及びパージ用ガス供給部と、を備える。
2018051468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料ガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンクと、
前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給源と、
前記燃料タンク及び前記酸化剤ガス供給源に接続され、前記燃料電池に対して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを給排する給排機構と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料タンク内で気化した気化燃料を捕集する捕集器と、
前記燃料タンクと前記捕集器とに接続され、前記気化燃料を前記捕集器に導く導入路と、
前記捕集器に捕集された前記気化燃料を前記給排機構に排出する排出路と、
前記捕集器に接続され、前記捕集器が捕集した前記気化燃料を前記排出路に押し出すパージ用ガスを前記捕集器に供給する供給路及びパージ用ガス供給部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記パージ用ガス供給部は、前記酸化剤ガス供給源を兼ねており、
前記捕集器には、前記酸化剤ガスが前記パージ用ガスとして供給される燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記捕集器をバイパスするように前記導入路及び前記排出路に接続された第１バイパスラインを備える燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１バイパスラインは、前記捕集器よりも前記パージ用ガスの流通量が多くなるように構成される燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記捕集器の前記パージ用ガスの導入側及び前記気化燃料の排出側の少なくとも一方には、前記捕集器に供給される前記パージ用ガスの流量を制御するバルブが設けられている燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記捕集器をバイパスするように前記導入路及び前記排出路に接続された第２バイパスラインと、
前記第２バイパスラインと前記捕集器との間で前記パージ用ガスの流通経路を切り替える切替弁と、を備え、
前記捕集器と前記第２バイパスラインの前記パージ用ガスの流通量が略同一である燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器を備え、
前記排出路は、前記排気燃焼器に前記気化燃料を供給するように構成されている燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して着火することにより燃焼ガスを生成して前記燃料電池に供給する起動燃焼器を備え、
前記排出路は、前記起動燃焼器に前記気化燃料を排出するように構成されている燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記燃料電池から排出された排ガスにより前記酸化剤ガスを加熱する熱交換器と、
前記熱交換器と前記燃料電池の間となる位置に配置され前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成して前記燃料電池に供給する触媒燃焼器と、を備え、
前記排出路は、前記熱交換器に前記気化燃料を排出するように構成されている接続されている燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料タンクと前記燃料電池との間となる位置に配置され、前記液体燃料を前記燃料ガスに改質する改質器を備え、
前記排出路は、前記改質器に前記気化燃料を排出するように構成されている燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器と、
前記燃料タンクと前記改質器の間となる位置に配置され前記排気燃焼器による排ガス燃焼時の熱により前記液体燃料を加熱する熱交換器と、を備え、
前記排出路は、前記熱交換器より上流に前記気化燃料を供給する燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器と、
前記燃料タンクと前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記液体燃料を前記燃料ガスに改質する改質器と、
前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記燃料電池から排出された排ガスにより前記酸化剤ガスを加熱する熱交換器と、
前記熱交換器と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記熱交換器で加熱された前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成し、前記燃焼ガスを前記燃料電池に供給する起動燃焼器と、を備え、
前記排出路は、前記改質器、前記熱交換器、前記起動燃焼器、及び前記排気燃焼器のうちの少なくとも２つに前記気化燃料を排出するように構成されている燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器を備え、
前記燃料電池及び前記排気燃焼器は、断熱ケースに収容され、
前記捕集器は、前記断熱ケースの外部に配置され、
前記排出路は、前記断熱ケースを貫通している燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器と、
前記燃料タンクと前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記液体燃料を加熱するとともに前記燃料ガスに改質する燃料改質系と、
前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記酸化剤ガスを加熱する熱交換器と、
前記熱交換器と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記熱交換器で加熱された前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成し、前記燃焼ガスを前記燃料電池に供給する起動燃焼系と、を備え、
前記燃料電池、前記燃料改質系、前記熱交換器、前記起動燃焼系、及び前記排気燃焼器は断熱ケースに収容され、
前記捕集器は、前記断熱ケースの外部に配置され、
前記排出路は、前記断熱ケースを貫通してい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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ、Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、高効率、長時間の安定性等の観点から車両に搭載すべき燃料電池として期待されている。特に、燃料電池の燃料としては液体燃料を用いることができ、燃料ガスをタンクに貯蔵する場合よりも安全に管理することができる。液体燃料は揮発性を有するため、液体燃料を貯蔵した燃料タンク内においてその一部が気化する場合があるが、この気化成分を大気に放出することは大気汚染の観点から好ましくはない。【０００３】
このような問題を解決するため、特開２０００−１９２８６３号公報は、燃料タンク内で気化した気化燃料をキャニスタに吸着させ、キャニスタをポンプで吸引してパージ用ガスをキャニスタに導入し、吸着させた燃料を離脱させてパージ用ガス（パージガス）とともに改質器に供給し、改質器において燃焼用燃料とともに改質させる技術を開示している。
【発明の概要】
【０００４】
しかし、上記技術においては、ポンプが燃料に直接接触することになり、ポンプが気化燃料との接触で劣化する場合がある。
【０００５】
本発明は、キャニスタに吸着した気化燃料を離脱させるパージ用ガスの供給手段の劣化を抑制可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の一態様における燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料ガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンクと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給源と、燃料タンク及び酸化剤ガス供給源に接続され、燃料電池に対して燃料ガス及び酸化剤ガスを給排する給排機構と、を備える燃料電池システムである。この燃料電池システムは、燃料タンク内で気化した気化燃料を捕集する捕集器と、燃料タンクと捕集器とに接続され、気化燃料を捕集器に導く導入路と、捕集器に捕集された気化燃料を給排機構に排出する排出路と、捕集器に接続され、捕集器が捕集した気化燃料を排出路に押し出すパージ用ガスを捕集器に供給する供給路及びパージ用ガス供給部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態の燃料電池システムの起動制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１実施形態の燃料電池システムの停止制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第２実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、第３実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、第４実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、第５実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
［第１の実施形態］
［燃料電池システムの構成］
図１は、第１実施形態における燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１にアノードガス（燃料ガス）を供給するアノードガス供給系２（給排機構）と、燃料電池スタック１にカソードガス（酸化剤ガス）を供給するカソードガス供給系３（給排機構）と、燃料電池スタック１から排出された燃料オフガス及び酸化オフガスを排気するシステム排気系（給排機構）と、燃料電池スタック１から電力を取り出して動力を得るシステム駆動系５から構成される。
【００１０】
アノードガス供給系２は、燃料タンク２０に接続され、フィルタ２１、ポンプ２２、蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６等からなりこれらを直列に接続する経路２３（経路２３Ａ）が燃料電池スタック１に接続されている。アノードガス供給系のうち、蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６は、燃料改質系を構成する。カソードガス供給系３は、コンプレッサー３１（酸化剤ガス供給源）に接続され、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５等からなり、これらを直列に接続する経路３２（経路３２Ａ）が燃料電池スタック１に接続されている。カソードガス供給系３のうち、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５は、起動燃焼系を構成する。システム排気系は、排気燃焼器４等からなる。システム駆動系５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０、バッテリ５１、駆動モータ５２等からなる。また、燃料電池システム１００は、燃料タンク２０に接続された後述の捕集機構７、システム全体の動作を制御する制御部９を備えている。
【００１１】
上記構成要素のうち、燃料電池スタック１、給排機構（蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５、排気燃焼器４）は、断熱ケース８に収容され、外部への熱の放出を低減して、通常発電時におけるそれぞれの温度低下を抑制している。
【００１２】
燃料電池スタック１は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）であり、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、改質器２６により改質されたアノードガスが供給されるアノード電極（燃料極）と、カソードガスとして酸素を含む空気が供給されるカソード電極（空気極）により挟み込んで得られるセルを積層したものである。
【００１３】
ここで、アノードとは、燃料電池スタック１を構成するアノード電極のみならず、アノード電極にアノードガスを供給する燃料電池スタック１内の通路、及びアノード電極で反応後のアノードオフガスを排出させる燃料電池スタック１内の通路も含むものとする。同様に、カソードとは、燃料電池スタック１を構成するカソード電極のみならず、カソード電極にカソードガスを供給する燃料電池スタック１内の通路、及びカソード電極で反応後のカソードオフガスを排出させる燃料電池スタック１内の通路も含むものとする。
【００１４】
燃料電池スタック１では、アノードガス中に含まれる水素とカソードガス中の酸素とを反応させて発電を行うとともに、反応後に生成されるアノードオフガスとカソードオフガスを排出する。また、燃料電池スタック１には、燃料電池スタック１内の温度を測定する温度センサ１０が取り付けられている。
【００１５】
燃料電池スタック１（マニホールド）には、燃料電池スタック１のアノードにアノードガスを供給する経路２３Ａ、燃料電池スタック１の起動制御時に燃焼ガスを燃料電池スタック１のカソードに供給し発電制御時にカソードガスを燃料電池スタック１のカソードに供給する経路３２Ａ、燃料電池スタック１のアノードから排出されたアノードオフガス（燃料オフガス）を排気燃焼器４に導入する排気経路２７、燃料電池スタック１のカソードから排出されたカソードオフガス（酸化オフガス）を排気燃焼器４に導入する排気経路３６が接続されている。
【００１６】
燃料タンク２０は、例えばエタノールと水を混合させた液体からなる改質用燃料を蓄えるものであり、ポンプ２２は、改質用燃料を吸引して所定の圧力で燃料供給系に改質用燃料を供給するものである。フィルタ２１は、燃料タンク２０とポンプ２２の間に配置され、ポンプ２２に吸引される改質用燃料内のごみを除去するものである。なお、燃料タンク２０内では、改質用燃料が気化して気化燃料が蓄積される。よって、燃料タンク２０の上部には、気化燃料を導入するベーパライン７１が設けられ、このベーパライン７１が後述の捕集器７３に接続されている。
【００１７】
燃料タンク２０から改質用燃料を供給する経路２３は、蒸発器２４に改質用燃料を供給する経路２３Ａ、起動燃焼器３４に燃焼用燃料（改質用燃料）を供給する経路２３Ｂ、触媒燃焼器３５に燃焼用燃料を供給する経路２３Ｃ、排気燃焼器４に燃焼用燃料を供給する経路２３Ｄに分岐する。経路２６Ａの蒸発器２４よりも改質用燃料の上流側となる位置には、経路２６Ａの流路を開放・閉止可能な開閉弁６１Ａが取り付けられ、その後段に改質用燃料を蒸発器２４に噴射するインジェクタ６０Ａが取り付けられている。
【００１８】
同様に、経路２３Ｂには、開閉弁６１Ｂが取り付けられ、その後段には起動燃焼器３４に燃焼用燃料を噴射するインジェクタ６０Ｂが取り付けられている。経路２３Ｃには、開閉弁６１Ｃが取り付けられ、その後段には触媒燃焼器３５に燃焼用燃料を噴射するインジェクタ６０Ｃが取り付けられている。経路２３Ｄには、開閉弁６１Ｄが取り付けられ、その後段には排気燃焼器４に燃焼用燃料を噴射するインジェクタ６０Ｄが取り付けられている。
【００１９】
開閉弁６１Ｂは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｂを開放して燃焼用燃料を流通させ、起動制御終了後に経路２６Ｂを閉止する。同様に、開閉弁６１Ｃは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｃを開放して燃焼用燃料を流通させ、起動制御終了後に経路２６Ｃを閉止する。また、開閉弁６１Ａは、起動制御時は経路２３Ａを閉止しているが、起動制御終了後に経路２３Ａを開放して改質用燃料を流通させる。開閉弁６１Ｄは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｄを所定の開度で開放して燃焼用燃料を流通させるが、排気燃焼器４が触媒燃焼可能な所定温度に到達すると経路２３Ｄを閉止する。
【００２０】
蒸発器２４は、排気燃焼器４から排気される排気ガスの熱を利用して改質用燃料を気化させるものである。熱交換器２５は、排気燃焼器４から熱が供給され、気化した改質用燃料を改質器２６において改質するためにさらに加熱するものである。
【００２１】
改質器２６（燃料改質機構）は、触媒反応により改質用燃料を、水素を包含するアノードガスに改質して燃料電池スタック１のアノードに供給するものである。
【００２２】
コンプレッサー３１は、フィルタ３０を通じて外気を取り入れて空気を燃料電池スタック１に供給するものである。コンプレッサー３１が排出された空気を供給する経路３２には、リリーフバルブ６４が取り付けられ、経路３２内の圧力が所定値を超えると経路３２を開放し、コンプレッサー３１に対する所定以上の負荷を回避している。また、経路３２は、空気（カソードガス）を熱交換器３３に供給する経路３２Ａ、空気を起動燃焼器３４に供給する経路３２Ｂ、空気を熱交換器２５（改質器２６）に供給する経路３２Ｃ、空気を排気燃焼器４に供給する経路３２Ｄに分岐する。
【００２３】
経路３２Ａには、スロットル６２Ａが取り付けられ、経路３２Ｂには、スロットル６２Ｂが取り付けられ、経路３２Ｃには、スロットル６２Ｃが取り付けられ、経路３２Ｄには、スロットル６２Ｄが取り付けられ、それぞれ制御部９の制御により空気（カソードガス）の流量が調整できるようになっている。さらに各経路の各スロットルよりも空気の下流となる位置には、火炎をせき止める逆火防止装置６３が取り付けられている。
【００２４】
スロットル６２Ａは、燃料電池スタック１の起動制御時に経路３２Ａを開放して所定量の空気を流通させるが、起動制御終了後は経路３２Ａを閉止する。同様に、スロットル６２Ｂは、燃料電池スタック１の起動制御時に経路３２Ｂを開放して所定量の空気を流通させるが、起動制御終了後は経路３２Ｂを閉止する。スロットル６２Ｃは、燃料電池スタック１の起動制御時は開放せず、燃料電池スタック１の発電制御時に、必要に応じて経路３２Ｃを開放して所定量の空気（改質調整用の酸素）を流通させる。スロットル６２Ｄは、燃料電池スタック１の起動制御時に経路３２Ｄを開放して所定量の空気を流通させるが、排気燃焼器４が触媒燃焼可能な温度に到達したときに経路３２Ｄを閉止する。
【００２５】
熱交換器３３は、排気燃焼器５８から排出された排気ガスの熱を利用して、燃焼ガス用の空気またはカソードガス用の空気を加熱するものである。
【００２６】
起動燃焼器３４は、燃料電池システム１００の起動制御時において、熱交換器３３により加熱された空気と、インジェクタ６０Ｂから供給された燃焼用燃料と、が供給され両者を混合する。そして、起動燃焼器３４に付属する着火装置により空気と燃焼用燃料の混合物が着火して高温の燃焼ガスを生成する。また起動燃焼器３４には、経路３２Ｂから空気が導入され、燃焼ガスと空気との混合ガスを触媒燃焼器３５に供給する。
【００２７】
触媒燃焼器３５は、燃料電池システム１００の起動制御時において、起動燃焼器３４から供給された燃焼ガスと空気との混合ガスとインジェクタ６０Ｃから供給された燃焼用燃料とを混合し触媒反応を利用して大量の燃焼ガスを生成して燃料電池スタック１に供給するものである。ここで、触媒燃焼器３５は、起動燃焼器３４から供給された当該混合ガスにより触媒が加熱されるものであるが、ヒータにより触媒を加熱するようにしてもよい。
【００２８】
なお、起動制御終了後は、燃焼ガスの生成は終了し、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５を通過した空気がカソードガスとして引き続き用いられ燃料電池スタック１に供給されて発電制御に移行する。
【００２９】
排気燃焼器４は、発電制御時において、排気経路２７から供給されたアノードオフガスと排気経路３６から供給されたカソードオフガスを混合してその混合ガスを触媒燃焼させ、二酸化炭素や水を主成分とする排気ガスを生成するとともに、触媒燃焼による熱を熱交換器２５等に伝達するものである。また、排気燃焼器４は、起動制御時においてインジェクタ６０Ｄから供給された燃焼用燃料と、経路３２Ｄから供給された空気とを混合し、これを付属の着火装置を用いて燃焼し、前述同様の排気ガスを生成する。さらに、排気燃焼器４は、燃焼後の排気ガスを排気する排出経路４１に接続され、排出経路４１が蒸発器２４、熱交換器３３を通過し、マフラー（不図示）に接続している。よって、蒸発器２４、熱交換器３３は排気ガスにより加熱される。なお、排気燃焼器４には、排気燃焼器４の温度を測定する温度センサ４０が取り付けられている。
【００３０】
捕集機構７は、燃料タンク２０に接続されたベーパライン７１（導入路）と、ベーパライン７１から供給された気化燃料を捕集する捕集器７３と、パージ用ガス（空気）を捕集器７３に供給するための供給路７２と、捕集器７３からパージガスを排出する排出路７４により構成されている。図１においては、供給路７２及び排出路７４は経路３２Ｄに組み込まれている。そして、捕集機構７のパージ用ガス供給部はコンプレッサー３１を兼ねている。
【００３１】
ベーパライン７１には、逆流防止用バルブ７１０が取り付けられている。逆流防止用バルブ７１０は、圧力差により開閉する弁であり、燃料タンク２０側の圧力が高い場合は、ベーパライン７１を開放し、逆に捕集器７３側の圧力が高い場合はベーパライン７１を閉止する。よって、燃料タンク２０から捕集器７３に向かう気化燃料の流通を許容するが、その逆方向のパージ用ガス（パージガス）等の流通を禁止する。
【００３２】
供給路７２には、開閉弁７２０が取り付けられている。開閉弁７２０は、スロットル６２ＤをＯＮにする際に供給路７２を開放し、燃料電池スタック１の停止制御において、コンプレッサー３１をＯＦＦにしたのち供給路７２を閉止する。
【００３３】
捕集器７３は、ベーパライン７１から供給された気化燃料を捕集するものである。捕集器７３は、前室７３１と後室７３２に仕切られ、前室７３１と後室７３２が連絡通路７３３により連通している。前室７３１には供給路７２が接続する導入口７３６が設けられ、後室７３２には排出路７４が接続する排出口７３７が設けられている。また後室７３２には、ベーパライン７１が接続する接続口７３８が設けられている。
【００３４】
前室７３１には、活性炭等で形成されたキャニスタ７３４が充填され、同様に、後室７３２にはキャニスタ７３５が充填されている。キャニスタ７３４，７３５は、ベーパライン７１から供給された気化燃料を吸着させるが、パージ用ガスが導入されることにより、吸着させた吸着燃料を離脱させる。
【００３５】
気化燃料を吸着し始めた段階では、後室７３２のキャニスタ７３５において吸着した気化燃料はキャニスタ７３５内の接続口７３８付近に分布する。そして、気化燃料の吸着量の増加により、キャニスタ７３５内における気化燃料の分布は、連絡通路７３３側に拡大していき、連絡通路７３３に到達した気化燃料は連絡通路７３３を通過し、前室７３１のキャニスタ７３４に到達して吸着される。キャニスタ７３４に吸着した気化燃料は、はじめキャニスタ７３４内の連絡通路付近に分布するが、吸着量の増加によりキャニスタ７３４内の導入口７３６側に分布が拡大していく。
【００３６】
一方、導入口７３６からパージ用ガスを導入すると、パージ用ガスが前室７３１に入り込んでキャニスタ７３４内を通過して連絡通路７３３に到達する。そして、後室７３２に入り込んでキャニスタ７３５内を通過して排出口７３７からパージガスとして排出される。その際、キャニスタ７３４，７３５に吸着した気化燃料は、パージ用ガスによりキャニスタ７３４，７３５から離脱し、当該気化燃料がパージガスに包含されて排出口７３７から排出される。なお、コンプレッサー３１がＯＮ状態のときは、スロットル６２Ｄの開閉状態に関わらず。パージ用ガス（パージガス）による圧力が接続口７３８を通じて逆流防止用バルブ７１０に印加されるため、逆流防止用バルブ７１０がベーパライン７１を閉止する。
【００３７】
前述のように、捕集機構７の供給路７２及び排出路７４は経路３２Ｄに組み込まれ一体となっており、排出路７４は排気燃焼器４に接続されることになる。このため、燃料電池スタック１の起動制御において、排気燃焼器４には、経路２３Ｄから燃焼用燃料が供給され、経路３２Ｄからパージ用ガスが供給される。捕集器７３から排出されるパージガスには気化燃料が含まれているので、その分、経路３２Ｄから供給する燃焼用燃料の供給量を削減することができる。
【００３８】
ところで、本実施形態において、捕集機構７（捕集器７３）は、断熱ケース８の外部に配置され、排出路７４（経路３２Ｄ）が断熱ケース８を貫通した構成となっている。これにより、捕集機構７は、燃料電池スタック１や排気燃焼器４等の熱源からほぼ断熱されるので、キャニスタ４３４，７４５の熱による劣化を回避することができる。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態では、捕集機構７（捕集器７３）を、経路３２Ｄ以外にも、経路３２Ａ、経路３２Ｂ、経路３２Ｃ、経路３２に組み込むことができる。捕集機構７を経路３２Ａに組み込むと、供給路７２及び排出路７４は経路３２Ａと一体となり熱交換器３３に接続されることになる。捕集機構７を経路３２Ｂに組み込むと、供給路７２及び排出路７４は経路３２Ｂと一体となり起動燃焼器３４に接続されることになる。捕集機構７を経路３２Ｃに組み込むと、供給路７２及び排出路７４は経路３２Ｃと一体となり熱交換器２５（改質器２６）に接続されることになる。捕集機構７を経路３２に組み込むと、供給路７２及び排出路７４は経路３２と一体となるととともに分岐して、熱交換器３３、起動燃焼器３４、熱交換器２５（改質器２６）、排気燃焼器４に接続されることになる。さらに、捕集機構７の供給路７２を経路３２、経路３２Ａ〜経路３２Ｄの少なくともいずれか１つに組み込み、排出路７４を、排気経路２７、及び／若しくは、排気経路３６に接続することも可能である。また、捕集機構７のうち、供給路７２を経路３２から分岐させ、排出路７４を経路３２から独立させるとともに任意に分岐させて経路３２Ａ、経路３２Ｂ、経路３２Ｃ、経路３２Ｄの少なくともいずれか２つに合流させるようにしてもよい。
【００４０】
捕集機構７を経路３２Ａに組み込んだ場合は、燃料電池スタック１の起動制御時、及び発電制御時において気化燃料を経路３２Ａに排出することができる。捕集機構７から排出された気化燃料は熱交換器３３により加熱される。起動制御時においては、起動燃焼器３４または触媒燃焼器３５で燃焼される。よって、その分、起動燃焼器３４及び触媒燃焼器３５への燃焼用燃料の供給量を削減することができる。一方、発電制御時において、気化燃料は燃料電池スタック１を通過し排気燃焼器４で燃焼される。
【００４１】
捕集機構７を経路３２Ｂに組み込んだ場合は、燃料電池スタック１の起動制御時において気化燃料を経路３２Ａに排出して起動燃焼器３４に供給することができる。よって、その分、起動燃焼器３４及び触媒燃焼器３５への燃焼用燃料の供給量を削減することができる。
【００４２】
捕集機構７を経路３２Ｃに組み込んだ場合は、燃料電池スタック１の発電制御時において気化燃料を経路３２Ｃに排出して熱交換器２５（改質器２６）に供給することができる。よって、その分、改質器２６への改質用燃料の供給量を削減することができる。
【００４３】
捕集機構７を経路３２に組み込んだ場合は、燃料電池スタック１の起動制御時及び発電制御時において気化燃料を経路３２に排出することができる。このとき、排出路７４は分岐して、排気燃焼器４、起動燃焼器３４、熱交換器３３、及び改質器２６にそれぞれ接続された形となる。このように組み込むことで、捕集機構７が捕集した気化燃料の供給先が分散され、その分供給先に供給される気化燃料が少なくなるので、供給先にある機器の状態変化を小さくしてシステム全体を安定的に動作させることができる。また、コンプレッサー３１からの空気（パージ用ガス）の流量が最も多くなるので、キャニスタ７３４，７３５から気化燃料を効率的に排出することができる。
【００４４】
いずれにしても、本実施形態では、捕集機構７が捕集した気化燃料を燃焼させて外部に排出させる配置が必要である。このため、少なくとも、排出路７４は、前述の給排機構、すなわち、アノードガスが流通する経路（経路２３、経路２３Ａ〜２３Ｄ、排気経路２７）またはカソードガスが流通する経路（経路３２、経路３２Ａ〜３２Ｄ、排気経路３６）において排気燃焼器４の出口よりも上流となる位置に接続されていればよい。
【００４５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、燃料電池スタック１に接続され、燃料電池スタック１の出力電圧を昇圧してバッテリ５１または駆動モータ５２に電力を供給するものである。バッテリ５１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０から供給された電力を充電するとともに、駆動モータ５２に電力を供給するものである。駆動モータ５２は、インバータ（不図示）を介してバッテリ５１及びＤＣ−ＤＣコンバータ５０に接続され、車両の動力源となっている。また、車両のブレーキ時において、駆動モータ５２は回生電力を発生させるが、これをバッテリ５１に充電させることができる。
【００４６】
バッテリ５１及び駆動モータ５２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０を介して、燃料電池スタック１に接続された負荷となる。一方、ポンプ２２やコンプレッサー３１等の燃料電池スタック１を発電させるための補機も負荷として燃料電池スタック１に接続し燃料電池スタック１からの電力供給により駆動することができるが、バッテリ５１からの電力供給により駆動することもできる。
【００４７】
制御部９は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路と周辺機器から構成され、特定のプログラムを実行することにより燃料電池システム１００を制御するための処理を実行する。また制御部９は、燃料電池システム１００を構成する構成要素の駆動・停止制御（ＯＮ・ＯＦＦ制御）を行うことができる。後述のように制御部９が行う燃料電池システム１００の制御としては、燃料電池スタック１が発電できるように加熱する起動制御、通常の発電を行う発電制御、システムを停止させる停止制御がある。なお、燃料電池スタック１の停止制御においては、アノード（アノード電極）の劣化を抑制するため、燃料電池スタック１の開放電圧程度の電圧を保護電圧として印加する必要がある。このため、当該保護電圧を印加する保護回路（不図示）を燃料電池スタック１に接続しておき、燃料電池スタック１の停止制御中に制御部９が保護回路（不図示）を駆動させるようにしてもよい。
【００４８】
［燃料電池システムの起動制御の手順］
次に、燃料電池システム１００の起動制御の手順を図２のフローチャートに従って説明する。初期状態において、開閉弁６１Ａ〜６１Ｄ、スロットル６２Ａ〜６２ＤはＯＦＦになっている。図２に示すように、システムが起動制御を開始すると、ステップＳ１０１において、制御部９は、コンプレッサー３１、スロットル６２Ａ、スロットル６２Ｂを一定の開度でＯＮにする。これにより、経路３２、経路３２Ａ、経路３２Ｂに空気が供給される。
【００４９】
ステップＳ１０２において、制御部９は、ポンプ２２、起動燃焼器３４をＯＮにし、開閉弁６１Ｂ、開閉弁６１Ｃ、開閉弁６１ＤをＯＮにする。これにより、起動燃焼器３４は、燃焼ガスを生成し、触媒燃焼器３５は大量の燃焼ガスを生成して燃料電池スタック１に供給され、燃料電池スタック１が加熱される。そして、燃料電池スタック１を通過した燃焼ガス（排気ガス）は排気経路３６を通って排気燃焼器４に到達する。
【００５０】
ステップＳ１０３において、制御部９は、排気燃焼器４、開閉弁６１Ｄ、開閉弁７２０、スロットル６２ＤをＯＮにする。これにより、経路３２Ｄから供給された空気（パージ用ガス）と経路３２Ｄから供給された燃焼用燃料とを混合して燃焼させて排気ガスを発生させる。ここで、捕集器７３を通過した空気（パージガス）は気化燃料を包含するが、この気化燃料も排気燃焼器４で燃焼される。排気燃焼器４で生成された排気ガスは、排気燃焼器４自身を加熱する。また、排気燃焼器４は、燃料電池スタック１から排出された燃焼ガス（排気ガス）によっても加熱される。排気燃焼器４で生成された熱は熱交換器２５、及び改質器２６に伝達される。そして、排気燃焼器４から排出された排気ガスは蒸発器２４、熱交換器３３を通過して外部に排出される。よって、蒸発器２４及び熱交換器３３は、排気ガスにより加熱される。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０３は同時に行ってもよい。
【００５１】
ステップＳ１０４において、制御部９は、温度センサ４０が測定した温度に基づいて、排気燃焼器４の温度が触媒燃焼可能な所定温度に到達したか否か判断し、ＹＥＳ（是）であれば次のステップＳ１０５に移行し、ＮＯ（否）であれば、ステップＳ１０３後の状態を維持する。
【００５２】
ステップＳ１０５において、制御部９は、排気燃焼器４の着火装置をＯＦＦにし、開閉弁６１Ｄ、スロットル６２ＤをＯＦＦにする。これにより、捕集機構７からの気化燃料の排出は停止する。一方、排気燃焼器４は、燃料電池スタック１から供給される燃焼ガス（排気ガス）により引き続き加熱される。
【００５３】
ステップＳ１０６において、制御部９は、温度センサ１０が測定した温度に基づいて、燃料電池スタック１が発電可能な所定温度に到達したか否かを判断し、ＹＥＳ（是）であれば、次のステップＳ１０７に移行し、ＮＯ（否）の場合は、ステップＳ１０５後の状態を維持する。
【００５４】
ステップＳ１０７において、制御部９は、開閉弁６１Ｂ、開閉弁６１ＣをＯＦＦにして起動燃焼器３４及び触媒燃焼器３５への燃焼用燃料の供給を停止し、スロットル６２ＢをＯＦＦにして起動燃焼器３４への空気の供給を停止し、燃焼ガスの生成を停止する。一方、制御部９は、スロットル６２ＡのＯＮ状態を維持する。これにより、熱交換器３３により加熱された空気（カソードガス）が燃料電池スタック１に供給される。
【００５５】
ステップＳ１０８において、制御部９は、開閉弁６１ＡをＯＮにして改質用燃料を蒸発器２４に供給する。これにより、改質用燃料は、蒸発器２４で加熱・気化され、熱交換器２５でさらに加熱され、改質器２６でアノードガスに改質され燃料電池スタック１に供給される。以上より、燃料電池スタック１はアノードに供給されたアノードガスとカソードに供給されたカソードガスにより発電することができる状態となり、起動制御が終了する。
【００５６】
［燃料電池システムの発電制御時における動作］
次に、燃料電池システム１００の発電制御時における動作について説明する。システムの発電制御時には、まず、燃料タンク２０から供給された改質用燃料が改質器２６によりアノードガスに改質されて燃料電池スタック１のアノードに供給される。一方、カソードガスとしての空気が熱交換器３３により加熱されて燃料電池スタック１のカソードに供給される。
【００５７】
アノードガスとカソードガスが供給された燃料電池スタック１は、電気化学反応により発電し、バッテリ５１及び駆動モータ５２（ＤＣ−ＤＣコンバータ５０）の要求電力、さらにはポンプ２２やコンプレッサー３１等の補機の要求電力に応じて電力を供給するとともに、電気化学反応に使用されたアノードオフガスとカソードオフガスは排気燃焼器４に導入される。
【００５８】
排気燃焼器４は、アノードオフガス、カソードオフガスを混合した状態で燃焼して排気ガスを生成し、これが蒸発器２４及び熱交換器３３を加熱しながら通過して外部に排出される。このとき、図１に示すように、捕集機構７を経路３２Ｃに組み込んだ場合は、必要に応じて制御部９がスロットル６２ＣをＯＮにすることにより、気化燃料を改質器２６に供給することができる。
【００５９】
［燃料電池システムの停止制御の手順］
次に、燃料電池システム１００の停止制御の手順を図３のフローチャートに従って説明する。システムが停止制御を開始すると、ステップＳ２０１において、制御部９は、ポンプ２２をＯＦＦにし、開閉弁６１ＡをＯＦＦにしてアノードガスの供給を停止する。これにより、燃料電池スタック１の発電が停止する。また、制御部９は、スロットル６２ＡのＯＮ状態を維持する。これにより、燃料電池スタック１にはカソードガスが冷却ガスとして引き続き導入され、燃料電池スタック１の温度が低下する。さらに、燃料電池スタック１に保護電圧を印加する保護回路（不図示）を駆動させる。これにより、アノード電極の劣化を回避する。
【００６０】
ステップＳ２０２において、制御部９は、温度センサ１０が測定する温度に基づいて燃料電池スタック１の温度がアノードの劣化を回避できる上限温度にまで低下したか否か判断する。ＮＯ（否）と判断した場合は、ステップＳ２０１後の状態を維持し、ＹＥＳと判断した場合は、次のステップＳ２０３に移行する。
【００６１】
ステップＳ２０３において、制御部９は、保護回路（不図示）をＯＦＦにして保護電圧の印加を停止する。また制御部９は、コンプレッサー３１、スロットル６２ＡをＯＦＦにする。これにより、経路３２、経路３２Ａ〜３２Ｄ内の圧力は、大気圧に戻り、燃料タンク２０内の圧力と同じか、若しくは小さくなる。よって、逆流防止用バルブ７１０がペーパラインを開放し、燃料タンク２０内で気化した気化燃料は、再びベーパライン７１を通じて捕集機構７に到達し、捕集機構７による気化燃料の捕集が再開される。
【００６２】
ステップＳ２０４において、制御部９は、捕集機構７の開閉弁７２０をＯＦＦにして捕集機構７のパージ用ガスの供給路７２を閉止する。これにより、キャニスタ７３４，７３５から放出され、導入口７３６から放出した気化燃料がコンプレッサー３１に到達して、コンプレッサー３１が劣化することを防止する。以上により、燃料電池スタック１の停止制御が終了する。
【００６３】
［第１実施形態の効果］
以上のべたように、第１実施形態に係る燃料電池システム１００は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池スタック１と、前記アノードガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンク２０と、カソードガスを供給するコンプレッサー３１と、燃料タンク２０及びコンプレッサー３１に接続され、前記燃料電池に対して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを給排する給排機構（蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５、排気燃焼器４）と、を備える燃料電池システム１００である。この燃料電池システム１００は、燃料タンク２０内で気化した気化燃料を捕集する捕集器７３と、燃料タンク２０と捕集器７３とに接続され、気化燃料を捕集器７３に導くベーパライン７１と、捕集器７３に捕集された気化燃料を給排機構に排出する排出路７４と、捕集器７３に接続され、捕集器７３が捕集した気化燃料を排出路７４に押し出すパージ用ガスを捕集器７３に供給する導入経路６２及びパージ用ガス供給部（コンプレッサー３１）と、を備える。
【００６４】
これにより、パージ用ガス供給部（コンプレッサー３１）が燃料に直接接触することがないので、パージ用ガス供給部の劣化を回避できる。さらに、パージ用ガス供給部（コンプレッサー３１）は燃料電池スタック１に近接した改質器２６等に連通することはないので、燃料電池スタック１及び改質器２６からの熱による劣化も回避することができる。
【００６５】
パージ用ガス供給部は、コンプレッサー３１を兼ねており、捕集器７３には、カソードガスがパージ用ガスとして供給される。これにより、カソードガスを供給する供給源と、パージ用ガスを供給する供給源が一体となるのでシステム全体を小型化することができる。
【００６６】
給排機構は、燃料電池スタック１よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器４を備え、排出路７４は、排気燃焼器４に気化燃料を供給するように構成されている。これにより、燃焼効率の高い排気燃焼器４において捕集器７３が捕集した気化燃料を確実に燃焼させることができる。
【００６７】
給排機構は、コンプレッサー３１と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、カソードガスに燃焼用燃料を混合して着火することにより燃焼ガスを生成して燃料電池スタック１に供給する起動燃焼器３４を備え、排出路７４は、起動燃焼器３４に気化燃料を排出するように構成されている。これにより、燃料電池システム１００の起動制御時において、捕集器７３が捕集した気化燃料を起動燃焼器３４において確実に燃焼することができる。また、起動燃焼器３４においては、気化燃料が供給された分、燃焼用燃料の供給量を削減することができる。
【００６８】
給排機構は、コンプレッサー３１と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、燃料電池スタック１から排出された排ガスによりカソードガスを加熱する熱交換器３３と、熱交換器３３と燃料電池スタック１の間となる位置に配置されカソードガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成して前記燃料電池に供給する触媒燃焼器３５と、を備え、排出路７４は、熱交換器３３に気化燃料を排出するように構成されている接続されている。これにより、少なくとも経路３２Ａよりも下流にある排気燃焼器４で捕集機構７が捕集した気化燃料を燃焼させることができる。また、燃料電池システム１００の起動制御時においては、熱交換器３３において加熱した気化燃料（起動燃焼器３４で未燃となった気化燃料）を触媒燃焼器３５に供給するので、気化燃料の燃焼効率を高めることができる。
【００６９】
給排機構は、燃料タンク２０と燃料電池スタック１との間となる位置に配置され、液体燃料をアノードガスに改質する改質器２６を備え、排出路７４は、改質器２６に気化燃料を排出するように構成されている。これにより、燃料電池システム１００の発電制御時において、捕集器７３が捕集した気化燃料を改質器２６において確実に改質することができる。また、改質器２６においては、気化燃料が供給される分、改質用燃料の供給量を削減することができる。
【００７０】
給排機構は、燃料電池スタック１よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器４と、燃料タンク２０と改質器２６の間となる位置に配置され排気燃焼器４による排ガス燃焼時の熱により液体燃料を加熱する熱交換器２５と、を備え、排出路７４は、熱交換器２５より上流に気化燃料を供給する。これにより、捕集器７３から排出された気化燃料が熱交換器２５で加熱されることで改質器２６における気化燃料の改質効率を高めることができる。
【００７１】
給排機構は、燃料電池スタック１よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器４と、燃料タンク２０と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、液体燃料をアノードガスに改質する改質器２６と、コンプレッサー３１と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、燃料電池スタック１から排出された排ガスによりカソードガスを加熱する熱交換器３３と、熱交換器３３と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、熱交換器３３で加熱されたカソードガスに燃焼用燃料を混合して着火することにより燃焼ガスを生成し、燃焼ガスを燃料電池スタック１に供給する起動燃焼器３４と、を備える。そして、排出路７４は、改質器２６、熱交換器３３、起動燃焼器３４、及び排気燃焼器４のうちの少なくとも２つに気化燃料を排出するように構成されている。これにより、捕集器７３が捕集した気化燃料の排出先が分散され、その分排出先に供給される気化燃料が少なくなるので、排出先にある機器の状態変化を小さくしてシステム全体を安定的に動作させることができる。
【００７２】
給排機構は、燃料電池スタック１よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器４と、燃料タンク２０と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、液体燃料を加熱するとともにアノードガスに改質する燃料改質機構（蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６）と、コンプレッサー３１と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、カソードガスを加熱する熱交換器３３と、熱交換器３３と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、熱交換器３３で加熱されたカソードガスに燃焼用燃料を混合して着火することにより燃焼ガスを生成し、燃焼ガスを燃料電池スタック１に供給する起動燃系（起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５）と、燃料電池スタック１、燃料改質機構、熱交換器３３、起動燃焼系、及び排気燃焼器４を収容する断熱ケース８と、を備える。そして、捕集機構７は、断熱ケース８の外部に配置され、排出路７４は、断熱ケース８を貫通している。これにより、捕集機構７は、燃料電池スタック１や排気燃焼器４等の熱源からほぼ断熱されるので、捕集機構７（キャニスタ４３４，７４５）の熱による劣化を回避することができる。なお、断熱ケース８は、少なくとも燃料電池スタック１及び排気燃焼器４を収容する構成であってもよい。
【００７３】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。なお、第２実施形態（第３実施形態、第４実施形態）においては、捕集機構７とその周辺にある構成要素の図示を省略している。第２実施形態の基本構成は第１実施形態と共通であるが、捕集機構７の構成が異なっている。
【００７４】
捕集機構７は、捕集器７３をバイパスするように供給路７２及び排出路７４に接続された第１バイパスライン７５を備えている。第１バイパスライン７５は、供給路７２の開閉弁７２０よりも下流となる位置に接続されている。第１バイパスライン７５は、捕集器７３よりもパージ用ガスの圧力損失が小さく、パージ用ガスの流通量が捕集器７３よりも多くなるように内径等が設計されている。これにより、捕集器７３による空気（カソードガス）を供給する経路の圧力損失を軽減して、コンプレッサー３１（図１）の負担を軽減することができる。また、捕集器７３にも大きな圧力が掛からなくなるので、捕集器７３（キャニスタ７３４，７３５）に対する負担を軽減できる。
【００７５】
また、第１バイパスライン７５は、捕集器７３よりもパージ用ガスの圧力損失が小さく、パージ用ガスの流通量が捕集器７３よりも多くなるように内径等が設計されている。これにより、コンプレッサー３１のカソードガスの供給量が大きくても捕集器７３をカソードガスの圧力から保護することができる。
【００７６】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。第３実施形態の基本構成は第２実施形態と共通であるが、捕集器７３の導入口７３６にバルブ７６が設けられている。
【００７７】
捕集器７３にパージ用ガスを供給することによって捕集器７３が捕集した気化燃料を排出することができる。しかし、捕集器７３にパージ用ガスを供給するとキャニスタ７３４，７３５内における気化燃料の分布密度は希薄になる。このため、捕集器７３からの気化燃料の排出量は時間経過とともに減少する。そこで、本実施形態では、捕集器７３から気化燃料を排出する場合において、はじめはバルブ７６の開度を低く設定して捕集器７３に導入するパージ用ガスの供給量を低くしておき、時間経過とともにバルブ７６の開度を大きくしてパージ用ガスの供給量を多くしていく。これにより、気化燃料の排出量の時間方向のムラを抑制し、排出先の機器の制御を安定させることができる。
【００７８】
制御部９（図１）は、開閉弁７２０、スロットル６２ＤをＯＮにするとともにバルブ７６をＯＮにするが、はじめはその開度を小さくしていき、時間経過とともに開度を大きくしていく制御を行う。なお、図５において、バルブ７６は、導入口７３６に取り付けられているが、排出口７３７に取り付けてもよく、また導入口７３６及び排出口７３７に取り付けてもよい。
【００７９】
［第４実施形態］
図５は、第４実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。第４実施形態の基本構成は第２実施形態と共通であるが、供給路７２が、三方弁７７（切替弁）を分岐点として、捕集器７３を流通する分岐経路７２１と、第２バイパスライン７８に分岐している。分岐経路７２１と第２バイパスライン７８は、排出路７４において合流する。
【００８０】
三方弁７７は、制御部９（図１）に制御され、供給路７２の連通先の流通経路を分岐経路７２１と分岐経路７２２との間で切り替える、または分岐経路７２１と分岐経路７２２との間の空気の流通の割合を調整するものである。
【００８１】
第２バイパスライン７８は、捕集器７３とパージ用ガスの圧力損失ほぼ等しく、パージ用ガスの流通量が捕集器７３と略同一となるようなダンパー等の構成要素を備えたものである。
【００８２】
本実施形態において、初期状態で三方弁７７は第２バイパスライン７８側を全開としている。これにより、捕集器７３は、燃料タンク２０に対してのみ開放され、キャニスタ７３４，７３５に気化燃料を吸着させることができる。また、このとき、コンプレッサー３１、開閉弁７２０、及びスロットル６２ＤをＯＮ状態にすることにより、第１バイパスライン７５及び第２バイパスライン７８に空気が流通する。このとき、第１バイパスライン７５及び第２バイパスライン７８から排出口７３７に空気が導入され、その圧力により逆流防止用バルブ７１０はベーパライン７１を閉止する。
【００８３】
この状態で制御部９が、三方弁７７を分岐経路７２１側が全開となるように切替制御する。これにより、第２バイパスライン７８に流通した空気がほぼ同じ流量でパージ用ガスとして捕集器７３に供給され、捕集器７３が捕集した気化燃料を排出口７３７から排出することができる。このように制御することで、捕集機構７に空気が供給されているときに任意の時間に気化燃料を排出することができる。また、気化燃料の排出の前後において捕集機構７の圧力損失に変化はないので、空気の流量の脈動を抑制して、これに起因する振動、及び機器の劣化を抑制することができる。
【００８４】
また、本実施形態は、第３実施形態と同様に、気化燃料の排出量の時間方向のムラを抑制することができる。すなわち、捕集器７３にパージ用ガスを供給する場合において、はじめは三方弁７７の分岐経路７２１側の開度を低く設定し、且つ第２バイパスライン７８側の開度を大きくして捕集器７３に導入するパージ用ガスの供給量を低くしておく。そして、時間経過とともに分岐経路７２１側の開度が第２バイパスライン７８側の開度よりも大きくなるように三方弁７７の開度を制御して捕集器７３に導入するパージ用ガスの供給量を増加させる。最後に、三方弁７７を、分岐経路７２１側を全開とし、第２バイパスライン７８側を全閉となるように制御すればよい。なお、図６では、バルブ７６を取り付けてはいないが、第４実施形態同様に捕集器７３に取り付けて、三方弁７７とバルブ７６を連動させて制御してもよい。また、図６においては、第１バイパスライン７５は省略してもよい。
【００８５】
［第５実施形態］
図７は、第５実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。第５実施形態の燃料電池システムの基本構成は、第１実施形態と共通するが、捕集機構７を構成するパージ用ガス供給源（コンプレッサー３１）、及びフィルタ３０がカソードガス供給系３から分離している。一方、カソードガス供給系３は、専用のコンプレッサー３１Ａ、フィルタ３０Ａを備えている。コンプレッサー３１Ａは、第１実施形態乃至第４実施形態で用いたコンプレッサー３１と同様に制御される。
【００８６】
また、捕集機構７を構成する供給路７２及び排出路７４がカソードガス供給系３の経路３２及び経路３２から分岐した経路３２Ａ〜経路３２Ｄから分離している。図６では排出路７４は経路３２Ｄに接続した状態を実線で図示している。しかし、図６の破線でも示すように、排出路７４は、経路３２、経路３２Ａ、経路３２Ｂ、経路３２Ｃ、経路３２Ｄのいずれかに接続することができる。そして、排出路７４の接続先の経路に空気が流通しているときに、制御部９は、コンプレッサー３１を駆動して捕集機構７が捕集した気化燃料を接続先の経路に排出することができる。
【００８７】
このように、燃料電池スタック１に空気（カソードガス）を供給する供給源と、捕集機構７にパージ用ガスを供給する供給源を別にすることにより、各供給源の負担を軽減することができる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【図１】
2018051468.tif 000003
【図２】
2018051468.tif 000004
【図３】
2018051468.tif 000005
【図４】
2018051468.tif 000006
【図５】
2018051468.tif 000007
【図６】
2018051468.tif 000008
【図７】
2018051468.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月28日(2019.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料ガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンクと、
前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給源と、
前記燃料タンク及び前記酸化剤ガス供給源に接続され、前記燃料電池に対して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを給排する給排機構と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料タンク内で気化した気化燃料を捕集する捕集器と、
前記燃料タンクと前記捕集器とに接続され、前記気化燃料を前記捕集器に導く導入路と、
前記捕集器に捕集された前記気化燃料を前記給排機構に排出する排出路と、
前記捕集器に接続され、前記捕集器が捕集した前記気化燃料を前記排出路に押し出すパージ用ガスを前記捕集器に供給する供給路及びパージ用ガス供給部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記パージ用ガス供給部は、前記酸化剤ガス供給源を兼ねており、
前記捕集器には、前記酸化剤ガスが前記パージ用ガスとして供給される燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記捕集器をバイパスするように前記供給路及び前記排出路に接続された第１バイパスラインを備える燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１バイパスラインは、前記捕集器よりも前記パージ用ガスの流通量が多くなるように構成される燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記捕集器の前記パージ用ガスの導入側及び前記気化燃料の排出側の少なくとも一方には、前記捕集器に供給される前記パージ用ガスの流量を制御するバルブが設けられている燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記捕集器をバイパスするように前記供給路及び前記排出路に接続された第２バイパスラインと、
前記第２バイパスラインと前記捕集器との間で前記パージ用ガスの流通経路を切り替える切替弁と、を備え、
前記捕集器と前記第２バイパスラインの前記パージ用ガスの流通量が略同一である燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器を備え、
前記排出路は、前記排気燃焼器に前記気化燃料を供給するように構成されている燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して着火することにより燃焼ガスを生成して前記燃料電池に供給する起動燃焼器を備え、
前記排出路は、前記起動燃焼器に前記気化燃料を排出するように構成されている燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記燃料電池から排出された排ガスにより前記酸化剤ガスを加熱する熱交換器と、
前記熱交換器と前記燃料電池の間となる位置に配置され前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成して前記燃料電池に供給する触媒燃焼器と、を備え、
前記排出路は、前記熱交換器に前記気化燃料を排出するように構成されている接続されている燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料タンクと前記燃料電池との間となる位置に配置され、前記液体燃料を前記燃料ガスに改質する改質器を備え、
前記排出路は、前記改質器に前記気化燃料を排出するように構成されている燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器と、
前記燃料タンクと前記改質器の間となる位置に配置され前記排気燃焼器による排ガス燃焼時の熱により前記液体燃料を加熱する熱交換器と、を備え、
前記排出路は、前記熱交換器より上流に前記気化燃料を供給する燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器と、
前記燃料タンクと前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記液体燃料を前記燃料ガスに改質する改質器と、
前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記燃料電池から排出された排ガスにより前記酸化剤ガスを加熱する熱交換器と、
前記熱交換器と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記熱交換器で加熱された前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成し、前記燃焼ガスを前記燃料電池に供給する起動燃焼器と、を備え、
前記排出路は、前記改質器、前記熱交換器、前記起動燃焼器、及び前記排気燃焼器のうちの少なくとも２つに前記気化燃料を排出するように構成されている燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器を備え、
前記燃料電池及び前記排気燃焼器は、断熱ケースに収容され、
前記捕集器は、前記断熱ケースの外部に配置され、
前記排出路は、前記断熱ケースを貫通している燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給排機構は、前記燃料電池よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器と、
前記燃料タンクと前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記液体燃料を加熱するとともに前記燃料ガスに改質する燃料改質系と、
前記酸化剤ガス供給源と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記酸化剤ガスを加熱する熱交換器と、
前記熱交換器と前記燃料電池の間となる位置に配置され、前記熱交換器で加熱された前記酸化剤ガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成し、前記燃焼ガスを前記燃料電池に供給する起動燃焼系と、を備え、
前記燃料電池、前記燃料改質系、前記熱交換器、前記起動燃焼系、及び前記排気燃焼器は断熱ケースに収容され、
前記捕集器は、前記断熱ケースの外部に配置され、
前記排出路は、前記断熱ケースを貫通している燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
燃料タンク２０から改質用燃料を供給する経路２３は、蒸発器２４に改質用燃料を供給する経路２３Ａ、起動燃焼器３４に燃焼用燃料（改質用燃料）を供給する経路２３Ｂ、触媒燃焼器３５に燃焼用燃料を供給する経路２３Ｃ、排気燃焼器４に燃焼用燃料を供給する経路２３Ｄに分岐する。経路２３Ａの蒸発器２４よりも改質用燃料の上流側となる位置には、経路２３Ａの流路を開放・閉止可能な開閉弁６１Ａが取り付けられ、その後段に改質用燃料を蒸発器２４に噴射するインジェクタ６０Ａが取り付けられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
開閉弁６１Ｂは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｂを開放して燃焼用燃料を流通させ、起動制御終了後に経路２３Ｂを閉止する。同様に、開閉弁６１Ｃは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｃを開放して燃焼用燃料を流通させ、起動制御終了後に経路２３Ｃを閉止する。また、開閉弁６１Ａは、起動制御時は経路２３Ａを閉止しているが、起動制御終了後に経路２３Ａを開放して改質用燃料を流通させる。開閉弁６１Ｄは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｄを所定の開度で開放して燃焼用燃料を流通させるが、排気燃焼器４が触媒燃焼可能な所定温度に到達すると経路２３Ｄを閉止する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
熱交換器３３は、排気燃焼器４から排出された排気ガスの熱を利用して、燃焼ガス用の空気またはカソードガス用の空気を加熱するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ところで、本実施形態において、捕集機構７（捕集器７３）は、断熱ケース８の外部に配置され、排出路７４（経路３２Ｄ）が断熱ケース８を貫通した構成となっている。これにより、捕集機構７は、燃料電池スタック１や排気燃焼器４等の熱源からほぼ断熱されるので、キャニスタ７３４，７３５の熱による劣化を回避することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
捕集機構７を経路３２Ｂに組み込んだ場合は、燃料電池スタック１の起動制御時において気化燃料を経路３２Ｂに排出して起動燃焼器３４に供給することができる。よって、その分、起動燃焼器３４及び触媒燃焼器３５への燃焼用燃料の供給量を削減することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
［第１実施形態の効果］
以上のべたように、第１実施形態に係る燃料電池システム１００は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池スタック１と、前記アノードガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンク２０と、カソードガスを供給するコンプレッサー３１と、燃料タンク２０及びコンプレッサー３１に接続され、燃料電池スタック１に対して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを給排する給排機構（蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５、排気燃焼器４）と、を備える燃料電池システム１００である。この燃料電池システム１００は、燃料タンク２０内で気化した気化燃料を捕集する捕集器７３と、燃料タンク２０と捕集器７３とに接続され、気化燃料を捕集器７３に導くベーパライン７１と、捕集器７３に捕集された気化燃料を給排機構に排出する排出路７４と、捕集器７３に接続され、捕集器７３が捕集した気化燃料を排出路７４に押し出すパージ用ガスを捕集器７３に供給する供給路７２及びパージ用ガス供給部（コンプレッサー３１）と、を備える。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
給排機構は、コンプレッサー３１と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、燃料電池スタック１から排出された排ガスによりカソードガスを加熱する熱交換器３３と、熱交換器３３と燃料電池スタック１の間となる位置に配置されカソードガスに燃焼用燃料を混合して燃焼ガスを生成して燃料電池スタック１に供給する触媒燃焼器３５と、を備え、排出路７４は、熱交換器３３に気化燃料を排出するように構成されている接続されている。これにより、少なくとも経路３２Ａよりも下流にある排気燃焼器４で捕集機構７が捕集した気化燃料を燃焼させることができる。また、燃料電池システム１００の起動制御時においては、熱交換器３３において加熱した気化燃料（起動燃焼器３４で未燃となった気化燃料）を触媒燃焼器３５に供給するので、気化燃料の燃焼効率を高めることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
給排機構は、燃料電池スタック１よりも下流となる位置に配置された排気燃焼器４と、燃料タンク２０と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、液体燃料を加熱するとともにアノードガスに改質する燃料改質機構（蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６）と、コンプレッサー３１と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、カソードガスを加熱する熱交換器３３と、熱交換器３３と燃料電池スタック１の間となる位置に配置され、熱交換器３３で加熱されたカソードガスに燃焼用燃料を混合して着火することにより燃焼ガスを生成し、燃焼ガスを燃料電池スタック１に供給する起動燃系（起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５）と、燃料電池スタック１、燃料改質機構、熱交換器３３、起動燃焼系、及び排気燃焼器４を収容する断熱ケース８と、を備える。そして、捕集機構７は、断熱ケース８の外部に配置され、排出路７４は、断熱ケース８を貫通している。これにより、捕集機構７は、燃料電池スタック１や排気燃焼器４等の熱源からほぼ断熱されるので、捕集機構７（キャニスタ７３４，７３５）の熱による劣化を回避することができる。なお、断熱ケース８は、少なくとも燃料電池スタック１及び排気燃焼器４を収容する構成であってもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。なお、第２実施形態（第３実施形態、第４実施形態）においては、捕集機構７の周辺にある構成要素の図示を省略している。第２実施形態の基本構成は第１実施形態と共通であるが、捕集機構７の構成が異なっている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
［第４実施形態］
図６は、第４実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。第４実施形態の基本構成は第２実施形態と共通であるが、供給路７２が、三方弁７７（切替弁）を分岐点として、捕集器７３を流通する分岐経路７２１と、第２バイパスライン７８に分岐している。分岐経路７２１と第２バイパスライン７８は、排出路７４において合流する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
三方弁７７は、制御部９（図１）に制御され、供給路７２の連通先の流通経路を分岐経路７２１と第２バイパスライン７８との間で切り替える、または分岐経路７２１と第２バイパスライン７８との間の空気の流通の割合を調整するものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
また、本実施形態は、第３実施形態と同様に、気化燃料の排出量の時間方向のムラを抑制することができる。すなわち、捕集器７３にパージ用ガスを供給する場合において、はじめは三方弁７７の分岐経路７２１側の開度を低く設定し、且つ第２バイパスライン７８側の開度を大きくして捕集器７３に導入するパージ用ガスの供給量を低くしておく。そして、時間経過とともに分岐経路７２１側の開度が第２バイパスライン７８側の開度よりも大きくなるように三方弁７７の開度を制御して捕集器７３に導入するパージ用ガスの供給量を増加させる。最後に、三方弁７７を、分岐経路７２１側を全開とし、第２バイパスライン７８側を全閉となるように制御すればよい。なお、図６では、バルブ７６を取り付けてはいないが、第３実施形態同様に捕集器７３に取り付けて、三方弁７７とバルブ７６を連動させて制御してもよい。また、図６においては、第１バイパスライン７５は省略してもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
また、捕集機構７を構成する供給路７２及び排出路７４がカソードガス供給系３の経路３２及び経路３２から分岐した経路３２Ａ〜経路３２Ｄから分離している。図７では排出路７４は経路３２Ｄに接続した状態を実線で図示している。しかし、図７の破線でも示すように、排出路７４は、経路３２、経路３２Ａ、経路３２Ｂ、経路３２Ｃ、経路３２Ｄのいずれかに接続することができる。そして、排出路７４の接続先の経路に空気が流通しているときに、制御部９は、コンプレッサー３１を駆動して捕集機構７が捕集した気化燃料を接続先の経路に排出することができる。
【国際調査報告】
2018051468.tif 000010
2018051468.tif 000011
2018051468.tif 000012
2018051468.tif 000013