(57)【要約】【課題】通常運転状態以外の場合に、騒音抑制が可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１と、原料ガス供給部２と、原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器３と、原料ガス供給部２及び水素生成器３とを連通する原料ガス供給ライン４と、水素生成器３及び燃料電池スタック１を連通する燃料ガス供給ライン５と、原料ガス供給ライン４に上流から順に設けられた第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９とを有し、燃料電池システムの通常運転状態以外の場合においても、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９を順次開くように制御する。システムが待機中に保圧動作を行う場合も、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９の開弁動作のタイミングをずらすことで、同時動作時よりも騒音を低減することができ、通常運転以外の待機状態においても、開閉弁の動作を禁止し保圧動作を制限することなく、その動作音を抑制することができる。【選択図】図１
2012059431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池スタックと、
原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
前記原料ガス供給部及び前記水素生成器を連通する原料ガス供給ラインと、
前記水素生成器及び前記燃料電池スタックを連通する燃料ガス供給ラインと、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料電池スタックを連通する酸化剤ガス供給ラインと、
前記原料ガス供給ライン上及び前記燃料ガス供給ライン上のうちの少なくとも一方に設けられた第１の開閉弁と、
前記原料ガス供給ライン上及び前記燃料ガス供給ライン上のうちの少なくとも一方で、かつ、前記第１の開閉弁より下流側に設けられた第２の開閉弁と、
前記燃料電池スタック、前記水素生成器、前記酸化剤ガス供給部、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を制御する制御部と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムが通常運転状態以外の第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び第２の開閉弁の開動作を行う場合は、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を順次開くように制御する燃料電池システム。
【請求項２】
前記原料ガス供給部又は前記水素生成器と、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁とは、互いに連続して配置されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開き、前記原料ガス供給部のガスを前記燃料電池スタックに導くよう制御する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料ガス及び酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池スタックと、
燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池スタックを連通する燃料ガス供給ラインと、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料電池スタックを連通する酸化剤ガス供給ラインと、
前記燃料ガス供給ライン上に設けられた第１の開閉弁と、
前記燃料ガス供給ライン上で、かつ、前記第１の開閉弁より下流側に設けられた第２の開閉弁と、
前記燃料電池スタック、前記燃料ガス供給部、前記酸化剤ガス供給部、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を制御する制御部と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムが通常運転状態以外の第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁の開動作を行う場合は、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を順次開くように制御する燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス供給部と、前記第１の開閉弁と、前記第２の開閉弁とは、互いに連続して配置されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開き、前記燃料ガス供給部のガスを前記燃料電池スタックに導くよう制御する、請求項４又は５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の開閉弁を開いた後、前記第２の開閉弁を開くよう制御する請
求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁の開動作を行う直前の閉動作を行う際に、前記第２の開閉弁を閉じた後、前記第１の開閉弁を閉じるよう制御する請求項７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、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないクリーンな発電装置として、近年期待されている。特に、燃料電池の発電時に発生する排熱も回収利用する燃料電池コージェネレーションシステムは、総合的なエネルギー効率が高く、省エネルギー機器としての普及が望まれている。
【０００３】
また、燃料電池システムは、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとを電気化学反応させて電気エネルギーを生成する発電装置であり、従来のようなエンジンやタービンなどを用いて機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と比較して、大きな騒音を生じる駆動部品が少なく、静音性に優れるという特徴を有する。
【０００４】
このような燃料電池システムの騒音源としては、ガスや空気を昇圧・搬送するためのブロア、冷却水等を搬送するためのポンプ、システム装置の各部を冷却するためのファン、システムの動作を切り換えるための開閉弁（例えば、電磁弁）の動作音が挙げられる。
【０００５】
燃料電池システムが通常の発電運転を行っている場合は、ブロワやポンプの駆動音が主たる騒音源となっている。一方、発電量が少ない場合や待機中においては、開閉弁の開弁時の動作音が相対的に大きくなり、主たる騒音源になっている。
【０００６】
そこで、特許文献１に開示されているように、通常の運転状態においては、開閉弁の動作音がブロアやポンプの駆動音にかき消されるため、開閉弁の動作を許可し、待機中等のブロアやポンプの駆動音が小さいときには、開閉弁の動作を禁止するようなシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成は、通常運転時には開閉弁の動作を許可し、ブロアやポンプの駆動音が小さい時には開閉弁の動作を禁止するものであり、例えば、運転停止中にシステム内の保圧を行うために弁開放を行うような場合についても、これを禁止してしまうものとなっている。よって、燃料電池システムを起動する場合や、システムの運転停止中に保圧動作を行うような場合は、ブロワやポンプの動作音が無いまたは比較的小さいにもかかわらず、開閉弁の開動作が不可となり、システム動作が制約されるという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な方法で、開閉弁の動作音が抑制され、静音性および信頼性の高い燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤
ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池スタックと、原料ガスを供給する原料ガス供給部と、原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記原料ガス供給部及び前記水素生成器を連通する原料ガス供給ラインと、前記水素生成器及び前記燃料電池スタックを連通する燃料ガス供給ラインと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料電池スタックを連通する酸化剤ガス供給ラインと、前記原料ガス供給ライン上及び前記燃料ガス供給ライン上のうちの少なくとも一方に設けられた第１の開閉弁と、前記原料ガス供給ライン上及び前記燃料ガス供給ライン上のうちの少なくとも一方で、かつ、前記第１の開閉弁より下流側に設けられた第２の開閉弁と、前記燃料電池スタック、前記水素生成器、前記酸化剤ガス供給部、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を制御する制御部と、を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムが通常運転状態以外の第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び第２の開閉弁の開動作を行う場合は、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を順次開くように制御するものである。
【００１１】
システムが通常運転以外の状態、例えば待機状態にあるときでも、システム内の保圧を行うために開閉弁を開放する必要が生じる場合がある。また、原料ガス供給部とシステムが連通する部分には、一般に、２つの開閉弁が連続して設置され、原料ガスの遮断を二重の機構で行うことで、弁等の機構の故障に対する冗長性を持たせ、システムの安全性を担保している場合が多い。
【００１２】
一方、開閉弁として、いわゆる電磁弁を用いる場合は、プランジャとポストが開弁動作時に衝突することで、コツンという音が発生する。特に、複数の開閉弁を同時に開放すると、音が増幅され騒音が拡大する傾向がある。
【００１３】
ここでは、第１及び第２の開閉弁を順次開くように制御することで、開弁動作のタイミングをずらし、同時動作時よりも騒音を低減することができる。また、システムが通常運転以外の待機状態にあるときにも、従来のように開閉弁の動作を禁止し保圧動作を制限することなく、その動作音を抑制することができるため、静音性および信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、静音性および信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１における第１のガス元弁及び第２のガス元弁の構成図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池スタックと、原料ガスを供給する原料ガス供給部と、原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記原料ガス供給部及び前記水素生成器を連通する原料ガス供給ラインと、前記水素生成器及び前記燃料電池スタックを連通する燃料ガス供給ラインと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料電池スタックを連通する酸化剤ガス供給ラインと、前記原料ガス供給ライン上及び前記燃料ガス供給ライン上のうちの少なくとも一方に設けられた第１の開閉弁と、前記原料ガス供給ライン上及び前記燃料ガス供給ライン上のうちの少なくとも一方で、かつ、前記第１の開閉弁より下流側に設けられた第２の開閉弁と、前記燃料電池スタック、前記水素生成器、前記酸化剤ガス供給部、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を制御する制御部と、を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムが通常運転状態以外の第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び第２の開閉弁の開動作を行う場合は、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を順次開くように制御するものである。これにより、システムが待機中に保圧動作を行うような場合においても、第１及び第２の開閉弁を順次開くように制御することで、開弁動作のタイミングをずらし、同時動作時よりも騒音を低減することができる。また、システムが通常運転以外の待機状態にあるときにも、従来のように開閉弁の動作を禁止し保圧動作を制限することなく、その動作音を抑制することができるため、静音性および信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、前記原料ガス供給部又は前記水素生成器と、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁とは、互いに連続して配置されているものである。これにより、近傍に位置する複数の開閉弁の動作タイミングをずらすことで、ガス配管への共振による騒音の拡大を低減することができる。
【００１８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記制御部が、前記第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開き、前記原料ガス供給部のガスを前記燃料電池スタックに導くよう制御するものである。ここで、第１の運転状態とは、燃料電池システムの起動時や停止処理時、待機時のことであり、例えば、待機時に第１の開閉弁及び第２の開閉弁を開き、原料ガス供給部のガスをシステム内部に導くことで、水素生成器や燃料電池スタックの内部のガスで満たし、圧力を保持する。停止後の待機中は自然放熱により水素生成器や燃料電池スタックの温度が低下し、その内部が負圧となって、外部から空気や水蒸気を吸引し、触媒等が劣化する可能性がある。水素生成器や燃料電池スタックの保圧動作を行うことで、システムの耐久性を確保することができる。
【００１９】
第４の発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池スタックと、燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池スタックを連通する燃料ガス供給ラインと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料電池スタックを連通する酸化剤ガス供給ラインと、
前記燃料ガス供給ライン上に設けられた第１の開閉弁と、前記燃料ガス供給ライン上で、かつ、前記第１の開閉弁より下流側に設けられた第２の開閉弁と、前記燃料電池スタック、前記燃料ガス供給部、前記酸化剤ガス供給部、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を制御する制御部と、を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムが通常運転状態以外の第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁の開動作を行う場合は、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を順次開くように制御する燃料電池システムである。これにより、水素ボンベ等から直接燃料ガスを燃料電池スタックに供給する燃料電池システム（例えば、燃料電池自動車）においても、複数の開閉弁の動作タイミングをずらすことで、同時動作時よりも騒音を低減することができ、開閉弁の動作音が抑制される。また、システムが通常運転以外の待機状態にあるときにも、従来のように開閉弁の動作を禁止し保圧動作を制限することなく、その動作音を抑制することができるため、静音性および信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００２０】
第５の発明は、第４の発明において、前記燃料ガス供給部と、前記第１の開閉弁と、前記第２の開閉弁とは、互いに連続して配置されているものである。これにより、近傍に位置する複数の開閉弁の動作タイミングをずらすことで、ガス配管への共振による騒音の拡大を低減することができる。
【００２１】
第６の発明は、第４又は第５の発明において、前記制御部が、前記第１の運転状態の際に、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開き、前記燃料ガス供給部のガスを前記燃料電池スタックに導くよう制御するものである。ここで、第１の運転状態とは、燃料電池
システムの起動時や停止処理時、待機時のことであり、例えば、待機時に第１の開閉弁及び第２の開閉弁を開き、燃料ガス供給部のガスをシステム内部に導くことで、燃料電池スタックの内部のガスで満たし、圧力を保持する。停止後の待機中は自然放熱により燃料電池スタックの温度が低下し、その内部が負圧となって、外部から空気や水蒸気を吸引し、触媒等が劣化する可能性がある。燃料電池スタックの保圧動作を行うことで、システムの耐久性を確保することができる。
【００２２】
第７の発明は、第１〜第６の発明において、制御部が、前記第１の開閉弁を開いた後、前記第２の開閉弁を開くよう制御するものである。一般に、開閉弁内部の圧力が高い方が、弁を開閉する機構、例えば、電磁弁においてはプランジャの動きが遅くなるため、騒音が小さくなる傾向がある。原料ガス供給部側又は燃料ガス供給部側に近い位置にある第１の開閉弁の方が、通常、原料ガス又は燃料ガスの供給圧力を受けて内部圧力が高くなるため、まず第１の開閉弁を開いて第２の開閉弁の内部圧力を高めた後に、第２の開閉弁を開くことで、より一層開閉弁の動作音が低くすることができる。
【００２３】
第８の発明は、第７の発明において、制御部が、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁の開動作を行う直前の閉動作を行う際に、前記第２の開閉弁を閉じた後、前記第１の開閉弁を閉じるよう制御するものである。開動作を行う直前の閉動作を行う際に、第２の開閉弁を先に閉じることで、第１の開閉弁から第２の開閉弁までの内部圧力を原料ガス供給部側又は燃料ガス供給部側（例えば、原料ガス供給部、水素生成器又は燃料ガス供給部）とほぼ同等とし、次に第１の開閉弁を閉じることで、第１の開閉弁の内部圧力を原料ガス供給部側又は燃料ガス供給部側とほぼ同等とすることができる。これにより、第１の開放弁および第２の開放弁の内部圧力を高く保持した状態で、各々の弁を開放することができるため、より一層開閉弁の動作音が低くすることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した従来の構成と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池スタック１と、原料ガスを供給する原料ガス供給部２と、原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器３と、原料ガス供給部２及び水素生成器３とを連通する原料ガス供給ライン４と、水素生成器３及び燃料電池スタック１を連通する燃料ガス供給ライン５と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部６と、酸化剤ガス供給部６及び燃料電池スタック１を連通する酸化剤ガス供給ライン７とを備えたものである。
【００２７】
原料ガス供給ライン４上には、第１の開閉弁８である第１のガス元弁と、この下流側に隣接して第２の開閉弁９である第２のガス元弁を備え、さらに、原料ガス中に含まれる付臭剤等の硫黄成分を除去する脱硫器２１、原料ガスを所定の圧力に昇圧する原料ガス昇圧ブロワ２２を備える。また、燃料ガス供給ライン５上には、開閉弁であるスタック入弁２３、燃料電池スタック１からの燃料オフガスライン２４には、開閉弁であるスタック出弁２４が設けられている。一方、酸化剤ガス供給ライン７上には、酸化剤ガス供給部６に加えて、燃料電池スタック１に供給する酸化剤ガスを加湿する加湿器２６が設けられ、燃料電池スタック１からは酸化剤オフガスを排出する酸化剤オフガスライン２７が設けられている。なお、燃料電池システムは、燃料電池スタック１、水素生成器３、酸化剤ガス供給部６、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９など、システムを制御するための制御部１０を
備えている。
【００２８】
燃料電池スタック１は、水素生成器３で製造された燃料ガス（例えば、水素）と、酸化剤ガス供給部６から送られた酸化剤ガス（例えば、空気中の酸素）とが、燃料極であるアノードおよび酸素極であるカソード（図示せず）において電気化学的に反応し、発電を行うものである。原料ガス供給部２は、例えば、原料ガスとして都市ガスを用いる燃料電池システムであれば、都市ガスの供給配管であり、ＬＰガスを用いるシステムであれば、ＬＰガスのボンベとなる。水素生成器３は、原料ガス供給部２から供給される原料ガス（例えば、メタンやプロパン）から、触媒による改質反応（例えば水蒸気改質反応）により燃料ガス（例えば、水素）を製造し、燃料電池スタック１の燃料極に送出するものである。改質反応は一般に高温下で行われるため、水素生成器３は、原料ガスや排燃料ガスを燃焼させ水素生成器３内の原料ガス等を加熱している。
【００２９】
このような燃料電池システムにおいて、通常発電を行う場合は、まず、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９を開放し、原料ガス供給部２より原料ガス供給ライン４に原料ガスを導入する。導入された原料ガスは、脱硫器２１において、内部に含まれる付臭剤等の硫黄成分を除去された後、原料ガス昇圧ブロワ２２により昇圧され、水素生成器３に送られる。この水素生成器３において、原料ガスは改質反応により燃料ガスに改質される。水素生成器３で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給ライン５に導入され、スタック入弁２３を開放することで、燃料電池スタック１に供給される。一方、酸化剤ガス供給部６は、例えば、装置外部の空気を燃料電池スタック１に供給するブロワである。この酸化剤ガス供給部６より送られた空気は、加湿器２６で所定の湿度に加湿された後、燃料電池スタック１に供給される。
【００３０】
燃料電池スタック１において、水素生成器３で生成された燃料ガス（水素）と、酸化剤ガス供給部６から送られた酸化剤ガス（空気に含まれる酸素）とが、電気化学的に反応し、電気エネルギーを生成する。燃料電池スタック１で反応を終えた燃料オフガスは、燃料オフガスライン２４に導入され、スタック出弁２３を開放することで、燃料電池スタック１より排出される。この燃料オフガスは、一般に水素生成器３において燃焼され、改質反応時の加熱源として利用される。また、燃料電池スタック１で反応を終えた酸化剤オフガスは、酸化剤オフガスライン２７を通じて、最終的に外部に排出される。
【００３１】
なお、発電を停止する場合は、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９を閉止し、原料ガス供給部２から原料ガス供給ライン４への原料ガスの導入を防止するとともに、原料ガス昇圧ブロア２２や酸化剤ガス供給部６としてのブロワの駆動を停止する。
【００３２】
ここで、原料ガス供給部２とシステムとの連通部分に、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９を連続して設置することで、原料ガスの遮断を二重の機構で行うことになる。弁を二重に設置することで、弁故障による不具合に冗長性を持たせ、システムの安全性を担保することができる。
【００３３】
なお、発電を停止すると、自然放熱により水素生成器３の温度が徐々に低下し、その内部の圧力も下がって、外気に対して負圧となる場合がある。水素生成器３の内部が負圧となると、配管のシール部から空気を吸引し、水素生成器３に使用する改質触媒や燃料電池スタック１の触媒が劣化する可能性がある。そこで、原料ガス供給部２から水素生成器３に定期的に原料ガスを導入し、水素生成器３および燃料電池スタック１の内部圧力を保持する保圧動作を行うことで、不測の触媒劣化を防止し、システムの耐久性を確保することができる。
【００３４】
ここで、通常運転状態以外の運転待機中に、水素生成器３の保圧動作を行う場合は、制
御部１０が、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９を、所定の時間間隔をあけて、順次開くように制御する。第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９としては、一般に、いわゆる電磁弁が使用されることが多い。
【００３５】
図２は、本発明の実施の形態１における第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９の構成図である。電磁弁である第１の開閉弁８は、下面に弁体３１を備えたプランジャ３３をコイル３６の電磁力により上方に吸引することで、弁体３１を弁座３２から引き離して流路５１と流路５２とを連通させて開放状態とする。一方、コイル３６の電磁力を解除することで、バネ３５の付勢力によりプランジャ３３の弁体３１を弁座３２に押し付け、閉塞状態するものである。開弁動作時に、プランジャ３３とポスト３４とが激突することで、コツンという音が発生する。第２の開閉弁９についても同様に、弁体４１を備えたプランジャ４３をコイル４６の電磁力により上方に吸引することで、弁体４１を弁座４２から引き離して流路５２と流路５３とを連通させて開放状態とする。一方、コイル４６の電磁力を解除することで、バネ４５の付勢力によりプランジャ４３の弁体４１を弁座４２に押し付け、閉塞状態するものである。
【００３６】
例えば、第１の開閉弁８は、開弁動作時に、電磁力によりプランジャ３３が上方に移動し、プランジャ３３の上面とポスト３４の下面とが衝突することで、コツンという音が発生する。特に、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９のように、連接する複数の開閉弁を同時に開放すると、音が増幅され騒音が拡大する傾向がある。
【００３７】
本実施の形態の燃料電池システムによれば、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９を順次開くように制御することで、開弁動作のタイミングをずらし、同時動作時よりも騒音を低減することができる。
【００３８】
特に、原料ガス供給部２からのガス配管に対して、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９が、互いに連続して配置されているような場合においても、近傍に位置する複数の弁を順次開放し、動作タイミングをずらすことで、ガス配管への共振による騒音の拡大を低減することができる。
【００３９】
さらに、システムが通常運転以外の待機状態にあるときにも、従来のように、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９の動作を禁止し保圧動作を制限することなく、その動作音を抑制することができる。
【００４０】
また、制御部１０が、第１の開閉弁８を開いた後、第２の開閉弁９を開くよう制御すればよい。一般に、弁内部の圧力が高い方が、弁を開閉する機構、例えば、電磁弁においてはプランジャの動きが遅くなるため、騒音が小さくなる傾向がある。つまり、第１の開閉弁８が閉塞状態にあるとき、流路５１と連通するプランジャ３３とポスト３４との間の空間の圧力が高いほど、プランジャ３３の動きは遅くなり、ポスト３４との衝突音も低減する。原料ガス供給部２に近い方にある第１の開閉弁８は、通常、第２の開閉弁９よりも、原料ガスの供給圧力を受けて内部圧力が高くなるため、まず第１の開閉弁８を開いて第２の開閉弁９の内部圧力を高めた後に、第２の開閉弁９を開くことで、より一層弁開放時の動作音が低くすることができる。
【００４１】
さらに、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９を閉じる際の動作について条件設定することにより、次に開動作を行う際の動作音を抑制することもできる。つまり、制御部１０が、第２の開閉弁９を閉じた後、第１の開閉弁８を閉じるよう制御すればよい。第２の開閉弁９を先に閉じることで、第１の開閉弁８から第２の開閉弁９までの内部圧力を原料ガス供給部２とほぼ同等とし、次に第１の開閉弁８を閉じることで、第１の開閉弁８の内部圧力を原料ガス供給部２とほぼ同等とすることができる。これにより、第１の開閉弁８及び
第２の開閉弁９の内部圧力を高く保持した状態で、各々の弁を開放することができるため、より一層弁開放時の動作音が低くすることができる。
【００４２】
したがって、本実施の形態の燃料電池システムによれば、静音性および信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００４３】
上記で説明したように、本実施の形態によれば、簡単な構成で安全性を確保し、信頼性の高い燃料電池システムを提供できる。
【００４４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。
【００４５】
図３に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、原料ガス供給部２から原料ガスを水素生成器３で燃料ガスに改質して燃料電池スタック１に供給するのに対して、燃料ガス供給部２８から直接燃料ガスを燃料電池スタック１に供給するように構成した点で、実施の形態１とは異なる。燃料ガス供給ライン５上には、燃料ガス供給部２８に加えて、燃料電池スタック１に供給する燃料ガスを加湿する加湿器２９が設けられ、この燃料ガス供給部２８より送られた燃料は、加湿器２９で所定の湿度に加湿された後、燃料電池スタック１に供給される。なお、本実施の形態の燃料電池システムの構成とその作用は、実施の形態１で説明したものと略同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４６】
つまり、図３に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、水素ボンベ等の燃料ガス供給部２８から、直接燃料ガスを燃料電池スタック１に供給するような燃料電池システム（例えば、燃料電池自動車）においても、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９の動作タイミングをずらすことで、同時動作時よりも騒音を低減することができ、弁の動作音が抑制される。また、システムが通常運転以外の待機状態にあるときにも、従来のように弁の動作を禁止し保圧動作を制限することなく、その動作音を抑制することができるため、静音性および信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、第１の開閉弁８及び第２の開閉弁９として、それぞれ第１元圧弁及び第２のガス元弁を設置する例で説明したが、これに限らない。例えば、原料ガス供給ライン４または燃料ガス供給ライン５に設置する複数の開閉弁であれば、第１の開閉弁８をいずれかのガス元弁、第２の開閉弁９をスタック入弁２３として用いてもよい。この場合、ガス元弁を２台連接した構成ではなく、１台単独で使用するものとしても構わない。
【００４８】
また、上記実施の形態では、第１の運転状態として、燃料電池システム停止後の運転待機状態を想定し、開閉弁により保圧動作を行う例で説明したが、これに限らない。例えば、第１の運転状態として、燃料電池システムの起動時を想定し、原料ガスまたは燃料ガスの導入初期に、第１の開閉弁及び第２の開閉弁を順次開くものとしてもよい。また、第１の運転状態として、燃料電池システムの発電後の停止処理状態を想定し、原料ガスまたは燃料ガスの導入初期に、第１の開閉弁及び第２の開閉弁を順次開くものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、固体高分子型燃料電池や固体酸化物型燃料電池などの種々の燃料電池を用いた、自動車用燃料電池及び定置用燃料電池コージェネレーションシステムに有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  燃料電池スタック
２  原料ガス供給部
３  水素生成器
４  原料ガス供給ライン
５  燃料ガス供給ライン
６  酸化剤ガス供給部
７  酸化剤ガス供給ライン
８  第１の開閉弁
９  第２の開閉弁
１０  制御部
２８  燃料ガス供給部
【図１】
2012059431.tif 000003
【図２】
2012059431.tif 000004
【図３】
2012059431.tif 000005