(57)【要約】【課題】燃料電池システムの消費電力を抑制する。【解決手段】燃料電池と、改質器からの改質ガス中の一酸化炭素を酸素と反応させる選択酸化器を有する水素生成装置と、燃料電池のカソードへ空気を送り、選択酸化器へ空気を送る空気供給器と、カソードに接続されたカソード空気流路と、一端がカソード空気流路との分岐部に接続され、他端が選択酸化器に接続された選択酸化空気流路と、カソード空気流路の分岐点より下流に設けられた第１開閉弁と、選択酸化空気流路に配置された流量計測器と、選択酸化空気流路に配置された流量調整部と、を備え、流量調整部は、選択酸化空気流路に形成された第１オリフィスと、選択酸化空気流路に配置された第２開閉弁と、選択酸化空気流路から分岐して前記第１オリフィス及び第２開閉弁をバイパスした後、選択酸化空気流路器に合流するバイパス流路と、バイパス流路に形成された第２オリフィスと、を有する、燃料電池システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、該改質器よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化器とを有する水素生成装置と、
前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化器へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
一端が前記空気供給器に接続され、他端が前記燃料電池の前記カソードに接続されたカソード空気流路と、
一端が前記カソード空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化器に接続された選択酸化空気流路と、
前記カソード空気流路の前記分岐点より下流の部分に設けられた第１開閉弁と、
前記選択酸化空気流路に配置され、前記選択酸化器に供給する空気流量を計測する流量計測器と、
前記選択酸化空気流路に配置され、前記選択酸化器に供給する空気流量を調整する流量調整部と、
前記空気供給器を制御する制御器と、
を備え、
前記流量調整部は、前記選択酸化空気流路に形成された第１オリフィスと、前記選択酸化空気流路に配置された第２開閉弁と、一端が前記選択酸化空気流路から分岐して前記第１オリフィス及び第２開閉弁をバイパスし、他端が前記選択酸化空気流路に合流するバイパス流路と、前記バイパス流路に形成された第２オリフィスと、を有する、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記水素生成装置の起動中に、前記第１開閉弁を閉止し、前記第２開閉弁を閉止し、前記空気供給器から供給させる空気流量が第１流量となるよう制御し、前記水素生成装置の起動後に、前記第１開閉弁を開放し、前記第２開閉弁を開放し、前記空気供給器から供給させる空気流量が前記第１流量より大きい第２流量となるよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２開閉弁は、電磁式開閉弁であり、前記流量調整部は、前記第１オリフィス、前記第２開閉弁、前記バイパス流路及び前記第２オリフィスが一体化して構成されている、請求項１又は２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おいて、特に１つの空気供給部で水素生成装置の選択酸化器及び燃料電池の各々に適切な空気量を供給する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素の電気化学反応により発電する。一般には燃料電池に空気を供給し、空気中の酸素が発電に用いられる。他方、燃料電池に用いる水素は、原料から水素を主成分とする燃料ガス（水素リッチな燃料ガス）を生成する水素生成装置を用い、この水素生成装置で生成された水素リッチな燃料ガスを燃料電池に供給することでまかなうことが多い。
【０００３】
従来の燃料電池システムとしては、空気供給部としての１つのコンプレッサを備え、このコンプレッサによって水素生成装置の選択酸化器及び燃料電池の各々に空気を供給する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）
図４に特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示す。図４に示す従来の燃料電池システムでは、空気ブロワ１００から燃料処理器１０１に供給される空気流量を選択酸化空気流量計１０２で測定し、測定された流量が目標流量と一致するように制御器１０３を用いて空気ブロワ１００をフィードバック制御していた。また、燃料処理器１０１の起動時と燃料電池１０４の発電時では空気ブロワ１００からの空気供給先が、燃料処理器１０１のみから開閉弁１０５を開くことで燃料処理器１０１と燃料電池１０４の２箇所に変わるため、選択酸化空気流路１０６とカソード空気流路１０７の流路抵抗が変化する。そのため、制御器１０３を用いて流路抵抗が所定の値になるように空気制御バルブ１０８を制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１８１５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、空気制御バルブ１０８が稼動し続け、燃料電池の消費電力が増大し発電効率が低下してしまう。一方で、消費電力を抑制するため稼動を抑えると選択酸化空気流路１０６とカソード空気流路１０７の流路抵抗が不安定になるという課題を有していた。
【０００６】
以下、より具体的に課題を説明する。特許文献１では、燃料処理器１０１への空気流量は、燃料処理による一酸化炭素の発生量を抑制し、燃料電池システムを長寿命化する為にも高精度に制御する必要があり、その実流量は選択酸化空気流量計１０２で測定し、測定された流量が目標流量と一致するように制御器１０３を用いて空気ブロワ１００により制御されている。一方、燃料電池１０４への空気流量は、燃料処理器１０１へ投入された空気流量の余りが分配され流れることになる。この様な制御が可能な理由は、燃料処理器１０１への空気流量は高精度に制御する必要がある一方で、燃料電池１０４への空気流量はその適正流量に所定量の範囲幅があるためである。燃料処理器１０１と燃料電池１０４への必要空気流量が一定であれば、選択酸化空気流路１０６とカソード空気流路１０７の流路抵抗バランスを適正に設計することで、燃料電池１０４への空気流量を適正流量の範囲幅に抑えることが可能である。
【０００７】
しかしながら、燃料処理器１０１と燃料電池１０４への必要空気流量は発電出力と共に変動するため、その度に選択酸化空気流路１０６とカソード空気流路１０７の流路抵抗が変化する。また、燃料処理器１０１の起動時と燃料電池１０４の発電時では空気ブロワ１００からの空気供給先が、燃料処理器１０１のみから開閉弁１０５を開くことで燃料処理器１０１と燃料電池１０４の２箇所に変わるため、選択酸化空気流路１０６とカソード空気流路１０７の流路抵抗が変化する。よって、余りとして分配される燃料電池１０４への空気流量を適正に制御するためには、空気制御バルブ１０８を所定の流路抵抗となるように制御する必要がある。つまり、燃料電池１０４への分配空気流量を増加させるときは、空気制御バルブ１０８を絞ることで選択酸化空気流路１０６に流れる空気流量を減少させ、その実流量は選択酸化空気流量計１０２で測定し、測定された流量が目標流量と一致するように制御器１０３を用いて空気ブロワ１００の出力流量を増加させることで行われ、逆に燃料電池１０４への分配空気流量を減少させるときは、空気制御バルブ１０８を開くことで選択酸化空気流路１０６に流れる空気流量を増加させ、その実流量は選択酸化空気流量計１０２で測定し、測定された流量が目標流量と一致するように制御器１０３を用いて空気ブロワ１００の出力流量を低下させることで、燃料電池１０４への空気流量を適正な範囲幅に制御する必要がある。
【０００８】
したがって、流路抵抗が変化する度にそのバランスを保つため、制御器１０３を用いて流路抵抗が所定の値になるように空気制御バルブ１０８を制御し続けなければならず、消費電力の増大を招いてしまう課題があった。
【０００９】
一方で、燃料電池１０４への空気流量はその適正流量に所定量の範囲幅があることから、発電出力とともに選択酸化空気流路１０６とカソード空気流路１０７の流路抵抗が変化することで燃料電池１０４への空気流量が変化しても、所定量の範囲幅に収まっていれば空気制御バルブ１０８を動かす必要は無く、空気制御バルブ１０８を稼働し続けることによる消費電力を抑えることができる。つまり、どのような発電出力条件で選択酸化空気流路１０６とカソード空気流路１０７の流路抵抗がどのように変化しても、燃料電池１０４への空気流量が所定量の範囲幅に収まる流路抵抗で空気制御バルブ１０８の開度を固定することが出来れば、適正な空気流量を燃料電池１０４に送り続けることが出来る。しかしながら、空気制御バルブ１０８の開度は固定位置のバラツキがあり、さらにバルブそのものの個体バラツキもあることから、燃料電池１０４への空気流量が所定量の範囲幅を超えてしまい、燃料電池の性能低下を招いてしまう課題があった。また、そもそも無段階で流路抵抗を制御できる空気制御バルブを開度固定により使用することはシステムの高コスト化や部品の大型化を招いてしまう課題があった。
【００１０】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化器の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、消費電力が小さく、燃料電池への空気流量を所定量の範囲幅に抑えられ、低コストで小型化した空気分配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】
【００１１】
前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、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、該改質器よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化器とを有する水素生成装置と、前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化器へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記空気供給器に接続され、他端が前記燃料電池の前記カソードに接続されたカソード空気流路と、一端が前記カソード空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化器に接続された選択酸化空気流路と、前記カソード空気流路の前記分岐点より下流の部分に設けられ
た第１開閉弁と、前記選択酸化空気流路に配置され、前記選択酸化器に供給する空気流量を計測する流量計測器と、前記選択酸化空気流路に配置され、前記選択酸化器に供給する空気流量を調整する流量調整部と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、前記流量調整部は、前記選択酸化空気流路に形成された第１オリフィスと、前記選択酸化空気流路に配置された第２開閉弁と、一端が前記選択酸化空気流路から分岐して前記第１オリフィス及び第２開閉弁をバイパスし、他端が前記選択酸化空気流路に合流するバイパス流路と、前記バイパス流路に形成された第２オリフィスと、を有する、燃料電池システムである。
【００１２】
本構成によると、第１オリフィスと第２オリフィスの流路抵抗の合計により、発電時における燃料電池と選択酸化器の流路抵抗バランスを制御することが出来る。オリフィスの流路抵抗はその流路径と長さで決まるため、空気制御バルブでは開度の固定位置バラツキで発生した流路抵抗バラツキが発生せず、オリフィスの個体バラツキも組み立て部品ではないため高精度に抑えることが出来る。これにより、燃料電池への空気流量はその適正流量に所定量の範囲幅があることから、発電出力とともに選択酸化空気流路とカソード空気流路の流路抵抗が変化することで燃料電池への空気流量が変化しても、第１オリフィスと第２オリフィスの合計流路抵抗により所定量の範囲幅に空気流量を制御することが可能となる。つまり、どのような発電出力条件で、選択酸化空気流路とカソード空気流路の流路抵抗がどのように変化しても、燃料電池への空気流量が所定量の範囲幅に収まる流路抵抗を第１および第２オリフィスの合計流路抵抗を用いて設定することができ、適正な空気流量を燃料電池に送り続けることが出来る。
【００１３】
また、水素生成装置の起動時と燃料電池の発電時では空気供給器からの空気供給先が、水素生成装置のみから第１開閉弁を開くことで水素生成装置と燃料電池の２箇所に変わるため、選択酸化空気流路とカソード空気流路の流路抵抗が変化するが、燃料電池の発電時には第２開閉弁を開くことで、第１および第２オリフィスで設定できる流路抵抗を２段階用意することによりその流路抵抗変化に対応することが出来る。
【００１４】
さらに、燃料電池の発電時には第２開閉弁を開くことで電力を消費するが、開閉弁の消費電力は制御バルブのモーターが消費する消費電力と比較して十分に小さく、本構成にすることで大幅な消費電力の削減が可能となり、燃料電池の発電効率を改善することが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムによれば、１つの空気供給部から燃料電池及び選択酸化器の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、安定して選択酸化空気流路とカソード空気流路両方の流路抵抗バランスを保つことが出来、燃料電池システムの発電効率を改善し、合理化、小型化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における開閉弁の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの制御フローチャート
【図４】従来の燃料電池システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、該改質器よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化器とを有する水素生成装置と、前記燃料電池のカソードへ、発電に用いら
れる空気を送るとともに、前記選択酸化器へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記空気供給器に接続され、他端が前記燃料電池の前記カソードに接続されたカソード空気流路と、一端が前記カソード空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化器に接続された選択酸化空気流路と、前記カソード空気流路の前記分岐点より下流の部分に設けられた第１開閉弁と、前記選択酸化空気流路に配置され、前記選択酸化器に供給する空気流量を計測する流量計測器と、前記選択酸化空気流路に配置され、前記選択酸化器に供給する空気流量を調整する流量調整部と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、前記流量調整部は、前記選択酸化空気流路に形成された第１オリフィスと、前記選択酸化空気流路に配置された第２開閉弁と、一端が前記選択酸化空気流路から分岐して前記第１オリフィス及び第２開閉弁をバイパスし、他端が前記選択酸化空気流路に合流するバイパス流路と、前記バイパス流路に形成された第２オリフィスと、を有する、燃料電池システムである。
【００１８】
本構成によると、第１オリフィスと第２オリフィスの流路抵抗の合計により、発電時における燃料電池と選択酸化空気の流量分配を制御することが出来る。オリフィスの流路抵抗はその流路径と長さで決まるため、空気制御バルブでは開度の固定位置バラツキの影響で発生した流路抵抗バラツキが発生せず、オリフィスの個体バラツキも組み立て部品ではないため高精度に抑えることが出来る。これにより、燃料電池への空気流量はその適正流量に所定量の範囲幅があることから、発電出力とともに選択酸化空気流路とカソード空気流路の流路抵抗が変化することで燃料電池への空気流量が変化しても、第１オリフィスと第２オリフィスの合計流路抵抗により所定量の範囲幅に空気流量を制御することが可能となる。つまり、どのような発電出力条件で、選択酸化空気流路とカソード空気流路の流路抵抗がどのように変化しても、燃料電池への空気流量が所定量の範囲幅に収まる流路抵抗を第１および第２オリフィスの合計流路抵抗を用いて設定することができ、適正な空気流量を燃料電池に送り続けることが出来る。
【００１９】
第２の発明は、前記制御器は、前記水素生成装置の起動中に、前記第１開閉弁を閉止し、前記第２開閉弁を閉止し、前記空気供給器から供給させる空気流量が第１流量となるよう制御し、前記水素生成装置の起動後に、前記第１開閉弁を開放し、前記第２開閉弁を開放し、前記空気供給器から供給させる空気流量が前記第１流量より大きい第２流量となるよう制御する燃料電池システムである。
【００２０】
本構成によると、水素生成装置の起動時は第２開閉弁を閉止し、バイパスされた第２オリフィスを用いて流路抵抗を設定することで、空気供給機から水素生成装置に供給される第１流量を制御することが出来る。また、燃料電池の発電中は第２開閉弁を開放し、第１オリフィスと第２オリフィスの合計の流路抵抗を設定することで、第１流量より大きい第２流量が空気供給機から水素生成装置と燃料電池の両方に供給された場合、燃料電池に供給される空気流量が適正流量の範囲幅に入るよう制御することができる。
【００２１】
第３の発明は、前記第２開閉弁は、電磁式開閉弁であり、前記流量調整部は、前記第１オリフィス、前記第２開閉弁、前記バイパス流路及び前記第２オリフィスが一体化して構成されている燃料電池システムである。
【００２２】
本構成によると、開閉弁と２つの固定オリフィスを１つの弁内に収納でき、装置を小型化、低コスト化することが出来る。
【００２３】
（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を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、本実施の形態１における燃料電池システムは、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池１と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器２と、改質器２よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化器３とを有する水素生成装置４と、燃料電池１のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、選択酸化器３へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器５と、一端が空気供給器５に接続され、他端が燃料電池１のカソードに接続されたカソード空気流路６と、一端がカソード空気流路６との分岐点となる分岐部に接続され、他端が選択酸化器３に接続された選択酸化空気流路７と、カソード空気流路６の分岐点より下流の部分に設けられた第１開閉弁８と、選択酸化空気流路７に配置され、選択酸化器３に供給する空気流量を計測する流量計測器９と、選択酸化空気流路７に配置され、選択酸化器３に供給する空気流量を調整する流量調整部１０と、空気供給器５を制御する制御器１１と、を備える。流量調整部１０は、選択酸化空気流路７に形成された第１オリフィス１２と、選択酸化空気流路７に配置された第２開閉弁１３と、一端が選択酸化空気流路７から分岐して第１オリフィス１２及び第２開閉弁１３をバイパスし、他端が選択酸化空気流路７に合流するバイパス流路１４と、バイパス流路１４に形成された第２オリフィス１５とを備えている。
【００２５】
まず、本実施の形態における燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
【００２６】
図１に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスは原料ガスとして水素生成装置４の改質器２に供給される。また、改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水を混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。選択酸化器３では、空気供給器５からの空気の一部が選択酸化空気流路７を通じて供給され、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し、二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。生成された燃料ガスは燃料電池１に供給される。一方、空気供給器５からの空気の一部がカソード空気流路６を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより発電を行う。
【００２７】
次に、本実施の形態１における燃料電池システムに関して、制御器１１による選択酸化器３と燃料電池１への空気供給の制御動作について説明する。
【００２８】
まず水素生成装置４の起動時は、第１開閉弁８は閉止されており、空気供給器５より選択酸化器３に供給される空気は流量計測器９で測定された空気流量と一致するように制御器１１によって制御されている。このとき第２開閉弁１３は閉止されており、選択酸化器３に供給される空気は第２オリフィス１５を通って流れる。このとき、第２オリフィスによって選択酸化空気流路７の流路抵抗を適正に保つことで、空気供給器５より選択酸化器３に供給される空気流量を適正に制御出来る。
【００２９】
次に、燃料電池１の発電時は、第１開閉弁８は開放されており、空気供給器５より供給される空気はカソード空気流路６と選択酸化空気流路７の両方に供給される。これにより、選択酸化空気流路７を通って選択酸化器３に供給される空気流量は発電時と比較し減少することになる。よって、発電時は選択酸化空気流路７に設置された第２開閉弁を開放し、選択酸化空気流路７の流路抵抗を第１オリフィス１２と第２オリフィス１５の合計の流路抵抗とすることで、カソード空気流路６を通って燃料電池１に供給される空気流量と選択酸化空気流路７を通って選択酸化器３に供給される空気流量の適正なバランスを保つことが出来る。
【００３０】
また、燃料電池１の発電出力が増減した場合、カソード空気流路６を通って燃料電池１に供給される空気流量と選択酸化空気流路７を通って選択酸化器３に供給される空気流量は燃料電池１の発電出力と同じように増減する。しかし、燃料電池１への空気流量はその適正流量に所定量の範囲幅があることから、発電出力とともにカソード空気流路６と選択酸化空気流路７の流路抵抗が変化することで燃料電池１への空気流量が変化しても、所定量の範囲幅に収まっていればよく、選択酸化空気流路７に設置された第１オリフィス１２と第２オリフィス１５の合計の流路抵抗はその範囲内に入るよう設定されている。
【００３１】
さらに、本実施の形態１における流量調整部１０は、選択酸化空気流路７に形成された第１オリフィス１２と、選択酸化空気流路７に配置された第２開閉弁１３と、一端が前記選択酸化空気流路７から分岐して第１オリフィス１２及び第２開閉弁１３をバイパスし、他端が前記選択酸化空気流路器に合流するバイパス流路１４と、バイパス流路１４に形成された第２オリフィス１５にて構成したがこの限りではなく、図２のように開閉弁に一体化する構成としてもよい。
【００３２】
次に、本実施の形態１における燃料電池システムに関して、制御器１１による選択酸化器３と燃料電池１への空気供給の具体的な制御動作について図３に示す制御フローチャートを用いて説明する。
【００３３】
燃料電池１での発電が開始される前にまず、水素生成装置４の起動処理が開始される（ステップＳ１０１）。水素生成装置４の起動が開始された時点ではステップＳ１０２に示すように制御器１１は第１開閉弁８を閉止し、空気供給器５を停止させている。水素生成装置４内にある選択酸化器３の触媒が反応可能な温度になると、選択酸化器３への空気供給を開始する（ステップＳ１０３）。選択酸化器３への空気供給が開始された時点ではステップＳ１０４に示すように第２開閉弁１３を閉止しており、選択酸化空気流路７の流路抵抗はバイパス流路１４に設置された第２オリフィス１５により設定されている。水素生成装置４の起動処理が完了すると、燃料電池１での発電開始に移行する（ステップＳ１０５）。発電が開始されるとステップＳ１０６で、制御器１１は第１開閉弁８を開放し、それと同時に第２開閉弁１３も開放する。第２開閉弁１３を開放することで、選択酸化空気流路７の流路抵抗を小さくすることが可能となり、選択酸化器３と燃料電池１への空気供給量バランスを適正に調整出来る。そして、空気供給器５からの空気供給を燃料電池１と選択酸化器３の両方に開始する。
【００３４】
以上のように実施の形態１による燃料電池システムを上記のような構成とすることで、制御器１１は以下の様な制御を行う。つまり、燃料電池１での発電が開始される前の水素生成装置４の起動処理時は、制御器１１は第１開閉弁と第２開閉弁を閉止し、選択酸化空気流路７の流路抵抗はバイパス流路１４に設置された第２オリフィス１５によって設定されている。また、制御器１１は流量計測器９の値が目標値となるよう空気供給器５の空気流量を制御している。一方、水素生成装置４の起動処理が完了し、燃料電池１での発電開始に移行するとき、制御器１１は、燃料電池１の発電に使用する空気を、カソード空気流路６を通じて燃料電池１に供給するために第１開閉弁を開放する。このとき、空気供給器５からの吸気供給先が燃料電池１と選択酸化器３の２カ所に変更になる為、これまで選択酸化器３に供給されていた空気流量は低下する。選択酸化空気流路７を通じて選択酸化器３に供給される空気流量が低下すると流量計測器９の値が低下するため、制御器１１は流量計測器９の値が目標の空気流量となるよう空気供給器５の制御量を適正に調節する。しかしながら、制御器１１のこの制御により、燃料電池１に供給される空気流量も増加してしまい、供給空気流量が燃料電池１に必要な空気流量の範囲幅を超えてしまう。そこで、制御器１１は第２開閉弁を開放することで、選択酸化空気流路７の流路抵抗を第１オリフィスと第２オリフィスの合計の流路抵抗に調整する。これにより、選択酸化空気流路７に設置された流量計測器９の値が低下することを防止し、燃料電池１に供給される空気流量
を常に適正に保つことが出来る。
【００３５】
また、図２のように開閉弁に第１オリフィス１２および第２オリフィス１５を一体化する構成とした場合、第１オリフィス１２および第２オリフィス１５は弁ボディ３０に配置される。水素生成装置４が起動しているとき、コイル３１はＯＦＦとなっており、スプリング３３によりプランジャ３２は下方向に押し下げられている。これにより、プランジャ端面に設置されたシール座３４は第１オリフィス１２を閉止している。その結果、水素生成装置４が起動しているときは、第２オリフィス１５によって選択酸化空気流路７の流路抵抗が制御されており、流量計測器９の値が目標流量に合うよう、制御器１１にて空気供給器５を制御する。
【００３６】
一方、発電が開始され第１開閉弁が開いたとき、コイル３１はＯＮとなり、スプリング３３に打ち勝つ力がプランジャ３２にかかることによりプランジャ３２が持ち上げられる。これにより、閉止されていた第１オリフィス１２が開放され、起動時に流路抵抗を決めていた第２オリフィス１５と第１オリフィス１２の合計の流路抵抗により燃料電池１と選択酸化器３に分配される空気流量が決定される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかる燃料電池システムは、１つの空気供給部から燃料電池および水素生成装置の両方に空気を供給することができるため、水素生成装置を備える燃料電池システムに有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  燃料電池
２  改質器
３  選択酸化器
４  水素生成装置
５  空気供給器
６  カソード空気流路
７  選択酸化空気流路
８  第１開閉弁
９  流量計測器
１０  流量調整部
１１  制御器
１２  第１オリフィス
１３  第２開閉弁
１４  バイパス流路
１５  第２オリフィス
３０  弁ボディ
３１  コイル
３２  プランジャ
３３  スプリング
３４  シール座
１００  空気ブロワ
１０１  燃料処理器
１０２  選択酸化空気流量計
１０３  制御器
１０４  燃料電池
１０５  開閉弁
１０６  選択酸化空気流路
１０７  カソード空気流路
１０８  空気制御バルブ
【図１】
2013254640.tif 000003
【図３】
2013254640.tif 000004
【図４】
2013254640.tif 000005
【図２】
2013254640.tif 000006