(57)【要約】本発明に係る燃料電池システムは、冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁（２ａ）と、加圧弁（２ａ）が開いたときに配管（４）を介して冷却水が流れ込むリザーバタンク（５）と、リザーバタンク（５）に接続され、このリザーバタンク（５）に燃料ガスが溜まった場合にその燃料ガスを希釈するための空気を供給する空気供給配管（１３）と、リザーバタンク（５）から希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管（１５）とを備える。
2007129602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気中の酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池（１）と、
この燃料電池（１）に冷却水供給配管（３）を介して冷却水を供給する熱交換器（２）と、
前記冷却水供給配管（３）に設けられたポンプ（７）と、
前記燃料電池（１）から前記熱交換器（２）へ冷却水を戻すための冷却水復路配管（８）と、
前記冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁（２ａ）と、
前記加圧弁（２ａ）が開いたときに配管（４）を介して冷却水が流れ込むリザーバタンク（５）と、
前記リザーバタンク（５）に接続され、このリザーバタンク（５）に燃料ガスが溜まった場合にその燃料ガスを希釈するための空気を供給する空気供給配管（１３）と、
前記リザーバタンク（５）から前記希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管（１５）と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記空気供給配管（１３）は、前記燃料電池（１）に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管（１２）から分岐した分岐管である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池（１）を収容する燃料電池ケース（１ａ）と、この燃料電池ケース（１ａ）に換気ガスを供給するための換気ガス供給配管（２０）とを備え、前記空気供給配管（１３）は、前記換気ガス供給配管（２０）から分岐した分岐管である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記空気供給配管（１３）は、前記リザーバタンク（５）に接続された端部の他方の端部が大気に開放されている請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記希釈ガス排出配管（１５）は、前記燃料電池（１）に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管（１２）に接続されている請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池（１）を収容する燃料電池ケース（１ａ）と、この燃料電池ケース（１ａ）に換気ガスを供給するための換気ガス供給配管（２０）とを備え、前記希釈ガス排出配管（１５）は、前記換気ガス供給配管（２０）に接続されている請求項１、２、４のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記希釈ガス排出配管（１５）は、前記換気ガス供給配管（２０）に接続されている請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記希釈ガス排出配管（１５）は、前記燃料電池（１）から排出された気体を外部へ排出するための排気管（１７）に接続されている請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池（１）を収容する燃料電池ケース（１ａ）と、この燃料電池ケース（１ａ）に換気ガスを供給するための換気ガス供給配管（２０）と、前記換気ガスを前記燃料電池ケース（１ａ）から排出するための換気ガス排出配管（２３）とを備え、前記希釈ガス排出配管（１５）は、前記換気ガス排出配管（２３）に接続されている請求項１、２、４のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記換気ガスを前記燃料電池ケース（１ａ）から排出するための換気ガス排出配管（２３）を備え、前記希釈ガス排出配管（１５）は、前記換気ガス排出配管（２３）に接続されてい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１１】
前記希釈ガス排出配管（１５）は、一方の端部が前記リザーバタンク（５）に接続され、他方の端部が大気に開放されている請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記空気供給配管（１３）は、前記希釈ガス排出配管（１５）よりも前記リザーバタンク（５）の上方に接続されている請求項１から３、７、１０、１１のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記希釈ガス排出配管（１５）は、前記空気供給配管（１３）よりも前記リザーバタンク（５）の上方に接続されている請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記空気供給配管（１３）に逆止弁（２５）が設けられ、前記空気供給配管（１３）は、前記希釈ガス排出配管（１５）よりも前記リザーバタンク（５）の下方に接続されている請求項１から３、７、１０、１１のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記希釈ガス排出配管（１５）に逆止弁（２８）が設けられている請求項１から１０のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記空気供給配管（１３）の前記リザーバタンク（５）の上流側に異物除去フィルタ（３４）が設けられている請求項１から１５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料電池（１）に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管（１３）に、前記燃料電池（１）へ酸化剤ガスを供給する吸気コンプレッサ（１９）が設けられている請求項１から１６のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記換気ガス供給配管（２０）に、前記燃料電池ケース（１ａ）に換気ガスを供給する換気ブロア（２２）が設けられている請求項３、６、７、９、１０のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記空気供給配管（１３）に開閉弁（２６）が設けられている請求項１７または１８に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記冷却水供給配管（３）または前記冷却水復路配管（８）に、前記冷却水供給配管（３）内または前記冷却水復路配管（８）内の圧力を検出する圧力センサ（２７）が設けられ、前記開閉弁（２６）は、前記冷却水供給配管（３）内または前記冷却水復路配管（８）内の圧力が所定値以上となった場合に開かれる請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記冷却水復路配管（８）に、この冷却水復路配管（８）内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ（３０）が設けられ、前記開閉弁（２６）は、前記冷却水復路配管（８）内を流れる冷却水の温度が所定温度以上となった場合に開かれる請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記ポンプ（７）の回転数を検出するポンプ回転数検出手段（７ａ）を備え、前記開閉弁（２６）は、前記ポンプ（７）の回転数が所定値以上となった場合に開かれる請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２３】
前記冷却水復路配管（８）に、前記冷却水供給配管（３）または前記熱交換器（２）に前記冷却水を送る三方弁（９）が設けられ、前記三方弁（９）の開度を検出する開度検出手段（９ａ）を備え、前記開閉弁（２６）は、前記三方弁（９）の開度が所定値以上となった場合に開かれる請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２４】
前記燃料電池（１）が停止したかどうかを検出する燃料電池停止検出手段（１ａ）を備え、前記開閉弁（２６）は、前記燃料電池（１）が停止したときに開かれる請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２５】
前記燃料電池（１）が発電した電力を供給されて駆動するモータ（３２）と、このモータ（３２）の回転速度を検出するモータ回転速度検出手段（３２ａ）を備え、前記開閉弁（２６）は、前記モータ（３２）の回転速度が所定値以下となったときに開かれる請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２６】
前記モータ（３２）により駆動される車輪（３３）と、この車輪（３３）の回転速度を検出する車輪回転速度検出手段（３３ａ）を備え、前記開閉弁（２６）は、前記車輪（３３）の回転速度が所定値以下となった場合に開かれる請求項２５に記載の燃料電池システム。
【請求項２７】
前記排気管（１７）に設けられ、前記希釈ガス排出配管（１５）と接続されたベンチュリ（３６）を備える請求項１から４のいずれか一つに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、燃料電池システムに関し、特に万が一微量の水素ガスが漏洩した場合でも可燃域未満に希釈して燃料電池システムの外部に排出することができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は電解質膜を燃料極と酸化剤極によって挟み、燃料極に燃料ガス、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することによって発電を行う。例えば自動車用途においては電解質膜として、一般的には水素イオン導電性を有する高分子固体電解質膜を利用する場合が多い。また、燃料ガスとして水素、酸化剤ガスとして空気を燃料電池に供給すると、以下のような反応が起こる。
燃料極：２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−    ・・・（１）
酸化剤極：Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ    ・・・（２）
したがって燃料電池は副生成物として水しか排出しないため、内燃機関のような二酸化炭素など地球環境に対するダメージを与える物質を放出しないといった利点がある。
日本国特許庁が２００１年に発行したＪＰ２００１−２５０５７０Ａに開示された燃料電池用の熱交換システムは、燃料電池に冷却水を供給するラジエータ（熱交換器）と、冷却水流路の圧力が上がったときに冷却水が排出されるリザーバタンクに水素リークセンサを設けて冷却水流路内に水素が漏洩したかどうかを検出する。
【発明の開示】
【０００３】
しかし、ＪＰ２００１−２５０５７０Ａに開示された燃料電池用の熱交換システムでは、ラジエータに加圧キャップを設けているため、燃料電池の故障やシール部材の経時劣化等により燃料電池の発電部から冷却水へ微量の水素が流れ込んでしまうと、冷却水流路内の圧力が上昇して加圧キャップが開いたときに、冷却水とともに水素がリザーバタンクに流れ込むことがあった。そのため、加圧キャップが開くたびに警告ランプが点灯したり、フェールセーフ（安全確保）のための車両停止が行われてしまうという問題点がある。
本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、冷却水とともに水素がリザーバタンクに流れ込んだ場合でも警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気中の酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、この燃料電池に冷却水供給配管を介して冷却水を供給する熱交換器と、前記冷却水供給配管に設けられたポンプと、前記燃料電池から前記熱交換器へ冷却水を戻すための冷却水復路配管と、前記冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁と、前記加圧弁が開いたときに配管を介して冷却水が流れ込むリザーバタンクと、前記リザーバタンクに接続され、このリザーバタンクに燃料ガスが溜まった場合にその燃料ガスを希釈するための空気を供給する空気供給配管と、前記リザーバタンクから前記希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管と、を備える。
このように本発明に係る燃料電池システムは、リザーバタンクに溜まった燃料ガス（水素ガス）を希釈するための空気を供給する空気供給配管と、リザーバタンクから希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管とを備えているため、万が一、冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁が開いたときに微量の燃料ガスが排出されてしまった場合でも、その燃料ガスを可燃域未満まで希釈することができ、また警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の実施形態１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は、本発明の実施形態２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３は、本発明の実施形態３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は、本発明の実施形態４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５は、本発明の実施形態５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６は、本発明の実施形態６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７は、本発明の実施形態７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８は、本発明の実施形態８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９は、本発明の実施形態９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１０は、本発明の実施形態１０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１１は、本発明の実施形態１１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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
（実施形態１）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態１に係る燃料電池システムについて説明する。
図１は、本発明の実施形態１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。なお、本実施形態１に係る燃料電池システムは、例えば燃料電池自動車に搭載されるものである。
本実施形態１に係る燃料電池システムは、燃料電池１とラジエータ（熱交換器）２を備えている。燃料電池１は、例えば固体高分子からなる電解質膜（図示せず）を２枚の触媒電極層等で挟んで構成された単位セル（図示せず）を１００枚から２００枚程度積層して構成されており、水素等の燃料ガスと空気中の酸素等の酸化剤ガスを反応させて発電を行う。なお、燃料電池１の電解質膜を２枚の触媒電極層等で挟んだ部分は、一般的に膜電極複合体（ＭＥＡ）と呼ばれている。また燃料電池１は、燃料電池ケース１ａに収容されている。
ラジエータ２は、燃料電池１に冷却水供給配管３を介して冷却水を供給し、例えば上流側（図１において上側）に加圧キャップ（加圧弁）２ａを備えている。この加圧キャップ２ａは、ラジエータ２が所定圧力以上の高圧になると開き、ラジエータ２から配管４を介してリザーバタンク５（後述）へ冷却水を送るようになっている。なお加圧キャップ２ａ等の加圧弁を設ける位置は、ラジエータ２の上流側に限定されず、燃料電池１、ラジエータ２、冷却水供給配管３、冷却水復路配管８（後述）等を含む冷却水が循環する経路のいずれの位置に設けてもよい。
ラジエータ２では、例えば冷却水を高圧にし、外気との圧力差を増大させ且つファン（図示せず）等を用いて燃料電池１で温度が上昇した冷却水を冷却することにより冷却効率を高めている。なおラジエータ２に負圧弁を設けて、ラジエータ２の圧力が所定値以下になったときにリザーバタンク５からラジエータ２に冷却水を戻すようにしてもよい。
冷却水供給配管３には、燃料電池１とラジエータ２の間に冷却水を循環させるためのポンプ７が設けられている。また本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池１からラジエータ２へ冷却水を戻すための冷却水復路配管８を備え、この冷却水復路配管８には三方弁９が設けられている。三方弁９は、例えば温度センサ（図１において図示せず）からの検出信号に基づいて、燃料電池１から来た冷却水をラジエータ２へ送るか、冷却水供給配管３に接続された配管１０を介して冷却水供給配管３に送るかを切り換える。
三方弁９は、燃料電池１を流れる冷却水の温度が低いときは冷却水供給配管３側に冷却水を流し、冷却水はポンプ７、燃料電池１、三方弁９の順に流れるようになっている。これは、例えば外気温が低いときに燃料電池１を暖めるためである。また、燃料電池１を流れる冷却水の温度が高くなった場合には、三方弁９はラジエータ２側に冷却水を流し、冷却水はポンプ７、燃料電池１、三方弁９、ラジエータ２の順に流れる。これにより冷却水は燃料電池１を冷却し、燃料電池１で温度の上昇した冷却水がラジエータ２において冷却される。なお、三方弁９は必ずしも設けなくてもよい。
上記のような順路で冷却水が循環するうちに、燃料電池１の経時劣化等によって燃料電池から冷却水に微量の燃料ガスが流れ込んで、ラジエータ２の上部等に溜まる場合がある。このラジエータ２に溜まった燃料ガスは、ラジエータ２が高圧となって加圧キャップ２ａが開いたときに冷却水とともにリザーバタンク５に押し出される。リザーバタンク５は余剰の冷却水を貯留するものであるが、冷却水に漏洩した微量の燃料ガスも溜まり、リザーバタンク５内の燃料ガス（水素）濃度が上昇する。
このようなリザーバタンク５内の燃料ガス濃度の上昇を防止するために、本実施形態ではリザーバタンク５内に溜まってしまった燃料ガスを希釈するための空気を供給する。このため、燃料ガスを希釈するための空気が空気供給配管１３からリザーバタンク５に供給される。本実施形態では空気供給配管１３が、燃料電池１に酸化剤ガス（本実施形態では空気）を供給するための酸化剤ガス供給配管１２から分岐した分岐管として構成され、リザーバタンク５に空気を供給する。また希釈された燃料ガスは、例えばリザーバタンク５に設けられたキャップ５ａに接続された希釈ガス排出配管１５から排出される。本実施形態では希釈ガス排出配管１５が、燃料電池１から排出された未利用の気体（空気等）を排出するための排気管１７に接続されており、希釈された燃料ガスは最終的にこの排気管１７から燃料電池システムの外部に排出される。なおリザーバタンク５内の燃料ガスを希釈するときは、燃料ガスが可燃域未満となるようにするのが望ましい。
本実施形態では、希釈ガス排出配管１５をリザーバタンク５の排水路（ドレインパイプ）としても使用している。また、リザーバタンク５の水位が上昇したときに空気供給配管１３に冷却水が流入するのを防止するため、空気供給配管１３がリザーバタンク５に接続される位置を、希釈ガス排出配管１５がリザーバタンク５に接続される位置よりも上方（鉛直方向上側）に設定している。なお、空気供給配管１３自体を希釈ガス排出配管１５よりも上方に来るようにしてもよい。
また、燃料電池１とラジエータ２におけるフィルタ（図示せず）の目詰まり等を防止するために、酸化剤ガス供給配管１２の上流側にエアフィルタ１８が設けられている。なおエアフィルタ１８の代わりに、異物除去フィルタ等を設けるようにしてもよい。さらに酸化剤ガス供給配管１２におけるエアフィルタ１８の下流側には、燃料電池１やリザーバタンク５へ酸化剤ガス（空気）を供給するための吸気コンプレッサ１９が設けられている。これにより、燃料電池１やリザーバタンク５に浄化された空気が供給される。
本実施形態では、リザーバタンク５に溜まってしまった微量の燃料ガス（水素ガス）を希釈するための空気を供給する空気供給配管１３と、リザーバタンク５から希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管１５とを備えているため、ラジエータ２に設けられた加圧キャップ２ａが開いたときに排出される燃料ガスを可燃域未満まで希釈することができ、また警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能となる。
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２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。なお、本実施形態２に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態１に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態２に係る燃料電池システムでは、希釈ガス排出配管１５の一方の端部がリザーバタンク５のキャップ５ａに接続され、他方の端部が酸化剤ガス供給配管１２に接続されている。なお本実施形態では希釈ガス排出配管１５が、酸化剤ガス供給配管１２のエアフィルタ１８と吸気コンプレッサ１９の間に接続されているものとする。このため、吸気コンプレッサ１９の発生する負圧によってリザーバタンク５から希釈された燃料ガスを効率よく排出することができる。
なお、その他の効果については実施形態１に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３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。なお、本実施形態３に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態１に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態３に係る燃料電池システムは、燃料電池１に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管１２の他に、燃料電池１を収容する燃料電池ケース１ａに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管２０が設けられている。換気ガス供給配管２０は燃料電池ケース１ａに接続されており、換気ガス供給配管２０から供給された換気ガス（本実施形態では空気）によって燃料電池ケース１ａの内部が換気される。
換気ガス供給配管２０には、エアフィルタ２１と燃料電池ケース１ａに換気ガスを供給する換気ブロア２２が設けられている。なお本実施形態では、エアフィルタ２１が換気ブロア２２よりも換気ガス供給配管２０の上流側に設けられているものとする。また燃料電池ケース１ａには、換気ガスを燃料電池ケース１ａから排出するための換気ガス排出配管２３が接続されており、この換気ガス排出配管２３は下流側で排気管１７と合流するようになっている。なお、換気ガス供給配管２０に設けられたエアフィルタ２１は換気ガスを浄化するものであるが、必ずしも設ける必要はない。また、換気ガス排出配管２３は排気管１７と合流させる必要はなく、換気ガスと燃料電池１から排出された未利用の気体を燃料電池システムの外部へ別々に排出するようにしてもよい。
本実施形態では空気供給配管１３が、酸化剤ガス供給配管１２ではなく燃料電池ケース１ａに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管２０から分岐した分岐管として構成され、リザーバタンク５に空気を供給する。これにより、実施形態１と同様にリザーバタンク５内に溜まってしまった燃料ガスを希釈することができる。
また本実施形態では、希釈ガス排出配管１５の一方の端部がリザーバタンク５のキャップ５ａに接続され、他方の端部が大気に開放されている。例えば、本実施形態に係る燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されている場合には、リザーバタンク５のキャップ５ａに接続された端部の他方の端部を燃料電池自動車のモータルーム等に開放するようにする。なお、希釈ガス排出配管１５の一方の端部をリザーバタンク５のキャップ５ａではなく、リザーバタンク５の本体に接続するようにしてもよい。
本実施形態では、燃料電池ケース１ａに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管２０が設けられているため、燃料電池ケース１ａの内部を換気することが可能となる。また、希釈ガス排出配管１５の一方の端部がリザーバタンク５に接続され、他方の端部が大気に開放されているため、システム構成を簡略化することができる。
なお、その他の効果については実施形態１に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態４）
図４は、本発明の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。なお、本実施形態４に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態３に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態４に係る燃料電池システムでは、希釈ガス排出配管１５の一方の端部がリザーバタンク５のキャップ５ａに接続され、他方の端部が換気ガス排出配管２３に接続されている。このため、換気ガス排出配管２３を流れる換気ガスの発生する負圧によって、リザーバタンク５から希釈された燃料ガスを効率よく排出することができる。
なお、その他の効果については実施形態３に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態５）
図５は、本発明の実施形態５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。なお、本実施形態５に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態３に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態５に係る燃料電池システムでは、空気供給配管１３の一方の端部がリザーバタンク５のキャップ５ａに接続され、他方の端部が大気に開放されている。例えば、本実施形態に係る燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されている場合には、リザーバタンク５のキャップ５ａに接続された端部の他方の端部を燃料電池自動車のモータルーム等に開放するようにする。なお、空気供給配管１３の一方の端部をリザーバタンク５のキャップ５ａではなく、リザーバタンク５の本体に接続するようにしてもよい。
また本実施形態では、希釈ガス排出配管１５の一方の端部がリザーバタンク５に接続され、他方の端部が換気ガス供給配管２０に接続されている。なお本実施形態では希釈ガス排出配管１５が、換気ガス供給配管２０のエアフィルタ２１と換気ブロア２２の間に接続されているものとする。このため、換気ブロア２２の発生する負圧によって空気供給配管１３からリザーバタンク５へ効率よく空気を吸入することができる。
さらに本実施形態では、リザーバタンク５の水位が上昇したときに希釈ガス排出配管１５および換気ガス供給配管２０に冷却水が流入するのを防止するため、希釈ガス排出配管１５がリザーバタンク５に接続される位置を、空気供給配管１３がリザーバタンク５に接続される位置よりも上方（鉛直方向上側）に設定している。
なお、その他の効果については実施形態３に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態６）
図６は、本発明の実施形態６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。なお、本実施形態６に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態１に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態６に係る燃料電池システムは、リザーバタンク５および希釈ガス排出配管１５のレイアウトの自由度を向上させるため、空気供給配管１３がリザーバタンク５に接続される位置を希釈ガス排出配管１５がリザーバタンク５に接続される位置よりも下方（鉛直方向下側）に設定するとともに、空気供給配管１３に逆止弁２５を設けて酸化剤ガス供給配管１２等に冷却水が流入するのを防止するようにしている。
また本実施形態では、吸気コンプレッサ１９の消費電力を低減するために、空気供給配管１３に開閉弁２６を設けて、リザーバタンク５の燃料ガス濃度を低下させる必要があるときのみリザーバタンク５内の燃料ガスを希釈するようにしている。図６に示すように、冷却水復路配管８にこの冷却水復路配管８内の圧力を検出する圧力センサ２７が設けられており、開閉弁２６は冷却水復路配管８内の圧力が所定値以上となった場合、すなわち加圧キャップ２ａが開き、リザーバタンク５に冷却水および燃料ガスが流入してしまったときに開くようになっている。開閉弁２６が開かれると空気供給配管１３からリザーバタンク５に空気が流入して微量の燃料ガスが希釈される。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク５のキャップ５ａを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。なお冷却水供給配管３に圧力センサを設けて、冷却水供給配管３内の圧力が所定値以上となった場合に開閉弁２６を開くようにしてもよい。
さらに本実施形態では、開閉弁２６が閉じた状態でリザーバタンク５の冷却水がラジエータ２側に吸い戻された場合に、リザーバタンク５に発生する負圧によって希釈ガス排出配管１５を介して排気管１７から燃料ガスを含む空気がリザーバタンク５に流入するのを防ぐため、希釈ガス排出配管１５に逆止弁２８を設けて燃料ガスを含む空気がリザーバタンク５に流入するのを防止するようにしている。
なお、その他の効果については実施形態１に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態７）
図７は、本発明の実施形態７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。なお、本実施形態７に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態６に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、加圧キャップ２ａが開きリザーバタンク５に冷却水および燃料ガスが流入してしまうタイミングを予測するため、圧力センサ２７の代わりに冷却水復路配管８の燃料電池１付近に冷却水復路配管８内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ３０が設けられている。またポンプ７には、ポンプ７の回転数を検出するポンプ回転数検出手段７ａが設けられている。
開閉弁２６は、冷却水復路配管８を流れる冷却水の温度が所定値以上になった場合、またはポンプ７の回転数が所定値以上となった場合に、加圧キャップ２ａが開きリザーバタンク５に冷却水および燃料ガスが流入してしまう条件であるとして開くようになっている。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク５のキャップ５ａを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、開閉弁２６を開くときの冷却水復路配管８を流れる冷却水の温度およびポンプ７の回転数は、実験等から加圧キャップ２ａが開くときの冷却水復路配管８を流れる冷却水の温度およびポンプ７の回転数のマップを作成して決定するようにしてもよい。
なお、その他の効果については実施形態６に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態８）
図８は、本発明の実施形態８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。なお、本実施形態８に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態６に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、加圧キャップ２ａが開きリザーバタンク５に冷却水および燃料ガスが流入してしまうタイミングを予測するため、圧力センサ２７の代わりに三方弁９の開度を検出する開度検出手段９ａが設けられている。
開閉弁２６は、三方弁９のラジエータ２側の開度が所定値以上となった場合に、加圧キャップ２ａが開きリザーバタンク５に冷却水および燃料ガスが流入してしまう条件であるとして開くようになっている。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク５のキャップ５ａを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、開閉弁２６を開くときの三方弁９の開度は、実験等から加圧キャップ２ａが開くときの三方弁９の開度のマップを作成して決定するようにしてもよい。
なお、その他の効果については実施形態６に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態９）
図９は、本発明の実施形態９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。なお、本実施形態９に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態６に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが停止してメンテナンス等によりリザーバタンク５のキャップ５ａ等が開けられる前にのみリザーバタンク５に溜まってしまった燃料ガスを希釈する。このため、圧力センサ２７の代わりに燃料電池１が停止したかどうかを検出する燃料電池停止検出手段１ａが設けられている。
開閉弁２６は、燃料電池１が停止したときに開くようになっている。希釈された燃料ガスは、リザーバタンク５から希釈ガス排出配管１５を経て排出され、さらに排気管１７を流れる燃料電池１から排出された未利用の空気に希釈されて、燃料電池システムの外部に排出される。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク５のキャップ５ａを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、その他の効果については実施形態６に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態１０）
図１０は、本発明の実施形態１０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。なお、本実施形態１０に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態６に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されており、車両および燃料電池システムが停止してメンテナンス等によりリザーバタンク５のキャップ５ａ等が開けられる前にのみリザーバタンク５に溜まった燃料ガスを希釈する。このため本実施形態に係る燃料電池システムは圧力センサ２７の代わりに、燃料電池１が発電した電力を供給されて駆動するモータ３２と、このモータ３２の回転速度を検出するモータ回転速度検出手段３２ａと、モータ３２により駆動される車輪３３と、車輪３３の回転速度を検出する車輪回転速度検出手段３３ａとを備えている。
開閉弁２６は、モータ３２の回転速度が所定値以下になったとき、または車輪３３の回転速度が所定値以下になったときに開くようになっている。なお、開閉弁２６が開くときのモータ３２の回転速度および車輪３３の回転速度は、燃料電池自動車が停止する寸前の０に近い値に設定することが望ましい。希釈された燃料ガスは、リザーバタンク５から希釈ガス排出配管１５を経て排出され、さらに排気管１７を流れる燃料電池１から排出された未利用の空気に希釈されて、燃料電池自動車の外部に排出される。これにより、例えば燃料電池自動車の使用者等がリザーバタンク５のキャップ５ａを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、その他の効果については実施形態６に係る燃料電池システムと同様である。
（実施形態１１）
図１１は、本発明の実施形態１１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。なお、本実施形態１１に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態６に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されており、実施形態１と同様にリザーバタンク５に溜まってしまった燃料ガスを継続的に希釈している。このため本実施形態に係る燃料電池システムは、開閉弁２６が設けられていない。また、酸化剤ガス供給配管１２と空気供給配管１３が別々に設けられており、酸化剤ガス供給配管１２にはエアフィルタ１８および吸気コンプレッサ１９が設けられておらず、その代わりに空気供給配管１３のリザーバタンク５の上流側に異物除去フィルタ３４が設けられている。
さらに本実施形態に係る燃料電池システムは、排気管１７に設けられ希釈ガス排出配管１５と接続されたベンチュリ３６を備える。本実施形態では、空気供給配管１３が燃料電池自動車のモータルーム等に開放されており、ベンチュリ３６は排気管１７を通過する空気の流れを利用して負圧を生み出し、電力を消費することなく酸化剤ガス供給配管１２内および希釈ガス排出配管１５内の空気の循環を促進するようになっている。
なお実施形態１から１０の燃料電池システムにおいて、排気管１７等にベンチュリを設けて希釈ガス排出配管１５を接続し、吸気コンプレッサ１９の消費電力を低減するようにしてもよい。
その他の効果については実施形態６に係る燃料電池システムと同様である。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。例えば、実施形態１から１１に示した燃料電池システムを組み合わせて、様々な構成の燃料電池システムを作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明では燃料電池システムを燃料電池自動車に搭載した例を示したが、本発明に係る燃料電池システムを他の目的で用いることも可能である。
【図１】
2007129602.tif 000003
【図２】
2007129602.tif 000004
【図３】
2007129602.tif 000005
【図４】
2007129602.tif 000006
【図５】
2007129602.tif 000007
【図６】
2007129602.tif 000008
【図７】
2007129602.tif 000009
【図８】
2007129602.tif 000010
【図９】
2007129602.tif 000011
【図１０】
2007129602.tif 000012
【図１１】
2007129602.tif 000013
【国際調査報告】
2007129602.tif 000014
2007129602.tif 000015
2007129602.tif 000016
2007129602.tif 000017