(57)【要約】      （修正有）【課題】燃費の悪化を抑制しつつ、燃料電池における不純物の排出を良好に行う燃料極側に循環系を備えない燃料電池システム及びその制御方法の提供。【解決手段】コントローラ３０は、燃料電池スタック１の発電運転時、燃料極出口バルブ１３を閉状態に制御した状態において、貯留圧力がスタック圧力よりも小さくなるように圧力調整部１５を制御する。そして、コントローラ３０は、推定された燃料極における不純物濃度Ｄｎが上限不純物濃度Ｄｓよりも大きくなった場合、燃料極出口バルブ１３を開状態に制御する。【選択図】図１
2009200006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおいて、
燃料極に供給される燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の内部に構成される燃料ガス用の内部流路の入口側と接続されて、燃料ガス供給手段から前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料極入口流路と、
前記燃料ガス用の内部流路の出口側に接続されて、前記燃料電池の燃料極からガスを排出する燃料極出口流路と、
前記燃料極出口流路に接続されて、前記燃料電池の燃料極からの排出ガスを蓄える貯留手段と、
前記貯留手段よりも上流側の前記燃料極出口流路に設けられており、当該流路を開閉する第１の開閉手段と、
前記貯留手段内の圧力を減少させる減圧手段と、
前記燃料電池の燃料極内における不純物濃度を推定する推定手段と、
前記減圧手段および前記第１の開閉手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電運転時、前記第１の開閉手段を閉状態に制御した状態において、前記貯留手段におけるガス圧力が前記燃料電池の燃料極におけるガス圧力よりも小さくなるように前記減圧手段を制御するとともに、前記推定手段によって推定された不純物濃度が、不純物濃度の上限を規定する上限濃度値よりも大きくなった場合、前記第１の開閉手段を開状態に制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の開閉手段を開状態に制御した場合、前記開状態を継続する期間を設け、当該継続期間の後に前記第１の開閉手段を閉状態に戻すことを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の燃料極におけるガス圧力を第１の圧力として検出する第１の圧力検出手段と、
前記貯留手段におけるガス圧力を第２の圧力として検出する第２の圧力検出手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記第１の圧力が前記第２の圧力よりも小さい間は前記継続期間として、前記第１の開閉手段の開状態を継続することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
【請求項４】
前記貯留手段に接続される排出流路と、
前記排出流路に設けられ、当該流路を開閉する第２の開閉手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電運転時、前記第２の開閉手段を閉状態に制御するとともに、前記継続期間の後に前記第１の開閉手段を閉状態に制御したことを条件として、前記第２の開閉手段を開状態に制御することを特徴とする請求項２または３に記載された燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料極入口流路に設けられて、前記燃料電池の燃料極へ供給される燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整手段をさらに有し、
前記減圧手段は、前記燃料ガス圧力調整手段よりも下流側における前記燃料極入口流路を含んで構成されており、前記燃料電池に供給される燃料ガスの膨張エネルギーを利用して圧力調整を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の酸化剤極からのガスを排出する酸化剤極出口流路と、
前記酸化剤極出口流路に設けられて、前記燃料電池へ供給される酸化剤ガスの圧力を調整する酸化剤ガス圧力調整手段とを有し、
前記減圧手段は、前記酸化剤ガス圧力調整手段よりも下流側における前記酸化剤極出口流路を含み、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの膨張エネルギーを利用して圧力調整を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項７】
燃料極に供給される燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池の内部に構成される燃料ガス用の内部流路の出口側に接続されて燃料極からガスを排出する燃料極出口流路における第１の開閉手段を閉状態にする第１のステップと、
前記開閉手段よりも下流側における前記燃料極出口流路に接続して前記燃料電池の燃料極からの排出ガスを蓄える貯留手段におけるガス圧力が、前記燃料電池の燃料極におけるガス圧力よりも小さくなるように、前記貯留手段内の圧力を減少させる第２のステップと、
前記燃料電池の燃料極内おける不純物濃度を推定する第３のステップと、
前記第３のステップにおいて推定された不純物濃度が、不純物濃度の上限を規定する上限濃度値よりも大きくなった場合、前記燃料極出口流路における第１の開閉手段を開状態にする第４のステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料極に燃料ガス（例えば、水素）が供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。この類の燃料電池システムでは、燃料電池内のガス用の内部流路に対して燃料ガスを均一に分配するために、発電において消費されるより量よりも増加させた量の燃料ガスを供給している。また、燃料電池の燃費を向上させるために、燃料極の出口側から排出される未反応ガスを、燃料極の入口側へ供給して再利用する循環系を有する構成がとられている。
【０００３】
ところで、近年の技術進歩によって、燃料電池の内部流路におけるガスの分配性能も改善されてきており、例えば、特許文献１には、燃料極の出口側からの排ガスを循環系にて入口側に戻すことなく、その出口側に貯留部を設け、燃料電池で水素を消費しつつ、燃料極で発生する不純物（生成水や窒素など）を貯留部に溜める手法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２４３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料極側では不純物が生成されるため、循環系なしにこれを排出しなければならないという問題がある。不純物の中でも特に反応生成水は、燃料電池の内部流路を閉塞させ、反応効率を低下させる虞がある。さらに、燃料電池は小型化が進んでおり、内部流路も狭くなりつつあるので、滞留する液水の表面張力が大きくなり、自重（重力）により移動・排出することが難しい。
【０００５】
特許文献１によれば、貯留部に不純物を移動させる手法を開示するものであるが、内部流路内の液水を排出するためには、燃料ガスの供給圧力を増加させる必要があり、発電に対応した必要量以上の燃料ガスを流さなければならず、燃費が悪化するという不都合がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料極側に循環系を備えない燃料電池システムにおいて、燃費の悪化を抑制しつつ、燃料電池における不純物の排出を良好に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、燃料電池の発電運転時、燃料極出口流路における第１の開閉手段を閉状態に制御した状態において、燃料極出口流路に接続する貯留手段におけるガス圧力が燃料電池の燃料極におけるガス圧力よりも小さくなるように減圧手段を制御する。そして、燃料極の不純物濃度が、当該不純物濃度の上限を規定する上限濃度値よりも大きくなった場合、第１の開閉手段を開状態に制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、貯留手段を減圧させることにより、燃費の悪化を抑制しつつ、第１の開閉手段を基準とした上流側と下流側との相対的な圧力差を大きく設定することができる。そして、第１の開閉手段を開状態とすることにより、この圧力差により、燃料電池における不純物、特に、大きな圧力差が必要とされる液水等を有効に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
【００１０】
燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持して、これを複数積層して構成され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、入口側から出口側へと続く一連の内部流路が燃料ガスおよび酸化剤ガスのそれぞれに対応して構成されており、燃料ガス用の内部流路を介して個々の燃料極およびその反応面に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス用の内部流路を介して個々の酸化剤極およびその反応面に酸化剤ガスが供給される。燃料電池スタック１は、燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させて発電電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を用いるケースについて説明する。
【００１１】
燃料電池システムは、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系とをさらに有している。
【００１２】
水素系において、燃料ガスである水素は、燃料タンク１０（例えば、高圧水素ボンベ）に貯蔵されており、この燃料タンク１０から水素供給流路（燃料極入口流路）Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、水素供給流路Ｌ１は、一方の端部が燃料タンク１０に接続されるとともに、他方の端部が燃料電池スタック１における燃料ガス用の内部流路の入口側に接続されている。この水素供給流路Ｌ１において、燃料タンク１０の下流にはタンク元バルブ（図示せず）が設けられており、このタンク元バルブが開状態となると、燃料タンク１０からの高圧水素ガスは、その下流に設けられた減圧バルブ（図示せず）によって機械的に所定の圧力まで減圧される。減圧された水素ガスは、減圧バルブよりも下流に設けられた水素調圧バルブ１１によってさらに減圧された後に、燃料電池スタック１に供給される。燃料電池スタック１に供給される水素圧力は、水素調圧バルブ１１の開度を制御することによって調整することができる。
【００１３】
燃料電池スタック１における燃料ガス用の内部流路の出口側には、水素排出流路（燃料極出口流路）Ｌ２が接続されている。これにより、燃料電池スタック１の燃料極からの排出ガス（未使用の水素を含むガス）は、燃料電池スタック１から水素排出流路に排出される。また、水素排出流路Ｌ２は、他方の端部が貯留部１２に接続されており、また、燃料電池スタック１と貯留部１２との間に、この流路Ｌ２を開閉する燃料極出口バルブ１３を備えている。貯留部１２は、所定容積の内部空間を備えており、燃料電池スタック１の燃料極からの排出ガス（未使用の水素、不純物を含むガス）を蓄える機能を担っている。貯留部１２には、貯留部１２内の空間と連通する接続部１６を介して圧力調整部（減圧手段）１５が接続されており、この圧力調整部１５により、貯留部１２内の圧力を減少させることができる。圧力調整部１５としては、ピストン式、ロータリー式といった機械的な減圧装置を用いることができる。ただし、これ以外にも、ガス吸着剤などといった物理的な吸収作用によって圧力を減少させる減圧装置、あるいは、化合物形成にともなう気体密度低下によって圧力を減少させる減圧装置などを適用するもできる。
【００１４】
ここで、貯留部１２の大きさ（容積）は、後述するように、燃料極出口バルブ１３を境にその上流側と下流側とに圧力差を生じさせ、主として燃料電池スタック１における生成水を排出するとの観点から、燃料電池スタック１における燃料ガス用の内部流路の容積と、圧力調整部１５による減圧度とを考慮することにより決定することができる。また、燃料ガス用の内部流路の断面積と形状とに起因して内部流路に滞留する生成水の表面張力が異なってくるため、貯留部１２の大きさを決定する場合には、このような要素をさらに考慮してもよい。例えば、燃料ガス用の内部流路の断面形状を円形と仮定した場合、滞留する生成水の表面張力は、図２のように、流路半径の増加に対応して単調減少する傾向となっている。なお、同図において、流路半径は、対数軸となっている。重力や加振力を無視すれば、生成水を排出をするためには、表面張力以上の圧力差を設ける必要があることとなる。
【００１５】
また、貯留部１２には、貯留部１２内に蓄えられる不純物（主として、生成水や窒素）を排出するための排水流路Ｌ３が接続されている。この排水流路Ｌ３は、他方の端部が後述する空気排出流路Ｌ５に接続されており、貯留部１２から排出される不純物は、燃料電池スタック１における酸化剤極からの排出ガスとともに外部に排出される。排水流路Ｌ３には、この流路Ｌ３を開閉するための排水調整バルブ１４が設けられている。
【００１６】
一方、空気系において、酸化剤ガスである空気は、例えば、大気がコンプレッサ２０によって取り込まれるとこれが加圧され、空気供給流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、空気供給流路Ｌ４は、一方の端部がコンプレッサ２０に接続されるとともに、他方の端部が燃料電池スタック１における酸化剤ガス用の内部流路の入口側に接続されている。
【００１７】
燃料電池スタック１における酸化剤ガス用の内部流路の出口側には、空気排出流路（酸化剤極出口流路）Ｌ５が接続されている。これにより、燃料電池スタック１における酸化剤極からの排出ガス（酸素が消費された空気）は、空気排出流路Ｌ５を介して外部に排出される。空気排出流路Ｌ５には、酸化剤極へ供給される空気の圧力を制御する空気調圧バルブ２１が設けられている。
【００１８】
コントローラ３０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、システムの運転状態を制御する。コントローラ３０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。このコントローラ３０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御信号として各種のアクチュエータ（図示せず）に出力し、水素調圧バルブ１１、燃料極出口バルブ１３、圧力調整部１５、排水調整バルブ１４、コンプレッサ２０、空気調圧バルブ２１といった種々の要素を制御する。
【００１９】
コントローラ３０には、システムの状態を検出するために、各種センサ等からのセンサ信号が入力されている。本実施形態では、スタック圧力センサ３１と、貯留圧力センサとが挙げられる。スタック圧力センサ（第１の圧力検出手段）３１は、水素排出流路Ｌ２において燃料電池スタック１から燃料極出口バルブ１３との間に設けられており、燃料電池スタック１の燃料極における水素の圧力をスタック圧力（第１の圧力）として検出する。貯留圧力センサ（第２の圧力検出手段）３２は、水素排出流路Ｌ２において燃料極出口バルブ１３よりも下流側に設けられており、貯留部１２内の排出ガスの圧力を貯留圧力（第２の圧力）として検出する。
【００２０】
本実施形態との関係において、コントローラ３０は、燃料電池スタック１の燃料極において水素に含まれる窒素や生成水などの不純物濃度を推定する。また、コントローラ３０は、燃料電池スタック１の発電運転時、燃料極出口バルブ１３を閉状態に制御した状態において、貯留圧力がスタック圧力よりも小さくなるように圧力調整部１５を制御する。そして、コントローラ３０は、推定された不純物濃度が、燃料電池スタック１における不純物濃度の上限を規定した不純物上限値よりも大きくなった場合、燃料極出口バルブ１３を開状態に制御する。
【００２１】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法について説明する。図３は、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法における処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、燃料電池スタック１の発電運転時、コントローラ３０によって実行される。したがって、例えば、燃料電池スタック１が定常運転時であれば、水素調圧バルブ１１は所定の開度に開いた状態に制御されており、また、コンプレッサ２０も所定の流量を供給するように回転数が制御されている。ただし、燃料電池スタック１が過渡運転時であっても、以下の処理手順を同様に実行することができる。
【００２２】
まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、コントローラ３０は、燃料極出口バルブ１３を閉じる。ステップ１０に続くステップ１１（Ｓ１１）において、コントローラ３０は、排水調整バルブ１４を閉じる。そして、ステップ１２において、コントローラ３０は、圧力調整部１５を作動させて、貯留部１２内の減圧を開始する。
【００２３】
ステップ１３（Ｓ１３）において、コントローラ３０は、貯留圧力センサ３２によって検出される貯留圧力Ｐ２を参照した上で、貯留圧力Ｐ２が基準圧力Ｐｓ以下であるか否かが判断される。この基準圧力Ｐｓは、燃料電池スタック１の内部流路に滞留する生成水を排出することができる条件として、燃料電池スタック１側の圧力を基準として貯留部１２側の圧力をどの程度減圧させる必要があるあるかを規定する圧力値の最小値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が設定されている。すなわち、貯留圧力Ｐ２が基準圧力（判定値）Ｐｓ以下となることで、滞留する生成水を排出することができる程度の圧力差が、燃料極出口バルブ１３を介してその上流側と下流側に生じていることを判定することができる。
【００２４】
このステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、貯留圧力Ｐ２が基準圧力Ｐｓ以下である場合には（Ｐ２≦Ｐｓ）、ステップ１４（Ｓ１４）の処理に進む。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、貯留圧力Ｐ２が基準圧力Ｐｓよりも大きい場合には（Ｐ２＞Ｐｓ）、再度ステップ１３の判断を行う。
【００２５】
ステップ１４において、コントローラ３０は、圧力調整部１５を停止させて、貯留部１２内の減圧を終了する。
【００２６】
ステップ１５（Ｓ１５）において、コントローラ３０は、燃料電池スタック１の燃料極における雰囲気中の不純物の濃度（不純物濃度Ｄｎ）を推定する。不純物濃度Ｄｎは、例えば、発電量の低下が不純物の量に起因することを知得として、燃料電池スタック１の理論発電量（または要求発電量）と、実際の発電量と差に基づいて、不純物濃度Ｄｎを算出することができる。
【００２７】
ステップ１６（Ｓ１６）において、コントローラ３０は、推定された不純物濃度Ｄｎが上限不純物濃度Ｄｓ以下であるか否かを判断する。この上限不純物濃度Ｄｓは、発電効率等の観点から、燃料電池スタック１の燃料極において許容可能な不純物濃度の上限値を示すものであり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている。
【００２８】
このステップ１６において否定判定された場合、すなわち、不純物濃度Ｄｎが上限不純物濃度Ｄｓよりも大きい場合には（Ｄｎ＞Ｄｓ）、ステップ１７（Ｓ１７）に進む。一方、ステップ１６において肯定判定された場合、すなわち、不純物濃度Ｄｎが上限不純物濃度Ｄｓ以下の場合には（Ｄｎ≦Ｄｓ）、推定される不純物濃度Ｄｎが上限不純物濃度Ｄｓよりも大きくなるまで、上述した判断を繰り返す。
【００２９】
ステップ１７において、コントローラ３０は、燃料極出口バルブ１３を開ける。
【００３０】
ステップ１８（Ｓ１８）において、コントローラ３０は、スタック圧力センサ３１および貯留圧力センサ３２によって検出されるスタック圧力Ｐ１および貯留圧力Ｐ２を参照し、スタック圧力Ｐ１が貯留圧力Ｐ２よりも小さいか否かが判断される。このステップ１８において否定判定された場合、すなわち、スタック圧力Ｐ１が貯留圧力Ｐ２以上の場合には、ステップ１９（Ｓ１９）に進む。一方、ステップ１８において肯定判定された場合、肯定判定された場合、すなわち、スタック圧力Ｐ１が貯留圧力Ｐ２よりも小さい場合には（Ｐ１＜Ｐ２）、スタック圧力Ｐ１が貯留圧力Ｐ２に到達するまで、上述した判断を繰り返す。
【００３１】
ステップ１９において、コントローラ３０は、燃料極出口バルブ１３を閉じる。また、ステップ１９に続くステップ２０（Ｓ２０）において、コントローラ３０は、排水調整バルブ１４を開く。
【００３２】
このように本実施形態の燃料電池システムにおいて、コントローラ３０は、燃料電池スタック１の発電運転時、燃料極出口バルブ１３を閉状態に制御した状態において、貯留圧力がスタック圧力よりも小さくなるように圧力調整部１５を制御する。そして、コントローラ３０は、推定された燃料極における不純物濃度Ｄｎが上限不純物濃度Ｄｓよりも大きくなった場合、燃料極出口バルブ１３を開状態に制御する。
【００３３】
かかる構成によれば、水素排出流路Ｌ２に接続する貯留部１２を減圧することにより、燃料極出口バルブ１３を基準とした上流側と下流側との圧力差、すなわち、燃料電池スタック１側の圧力と貯留部１２側の圧力との圧力差を大きく設定することができえる。これにより、燃料電池スタック１に供給する水素の供給量を発電に必要な量以上に増加させる必要がないので、燃費の悪化を抑制しつつ、燃料極出口バルブ１３を基準とした上流側と下流側との相対的な圧力差を大きく設定することができる。このような圧力差により、燃料電池スタック１における不純物、特に、大きな圧力差が必要とされる液水等を有効に排出することができる。
【００３４】
また、本実施形態において、コントローラ３０は、燃料極出口バルブ１３を開状態に制御した場合、開状態を継続する期間を設け、この継続期間の後に燃料極出口バルブ１３を閉状態に制御している。
【００３５】
燃料極出口バルブ１３を開状態に制御した場合、液水や窒素といった不純物および水素が貯留部１２側に移動することとなる。しかしながら、かかる構成によれば、燃料極出口バルブ１３を継続期間において開状態として継続することにより、未反応の水素を燃料電池スタック１において反応させることができる。これにより、供給された水素を有効に消費することができる。
【００３６】
また、本実施形態において、コントローラ３０は、貯留圧力がスタック圧力よりも大きい間は継続期間として、燃料極出口バルブ１３の開状態を継続している。
【００３７】
燃料極出口バルブ１３を開状態に制御した場合、液水や窒素といった不純物および水素が貯留部１２側に移動し、これにより、燃料極出口バルブ１３を基準とした上流側と下流側との相対的な圧力差は解消される。しかしながら、燃料電池スタック１側において水素が消費されている間は貯留圧力がスタック圧力よりも大きくなるので、継続期間を精度よく判定することができる。
【００３８】
また、本実施形態において、コントローラ３０は、燃料電池スタック１の発電運転時、排水調整バルブ１４を閉状態に制御し、継続期間の後に燃料極出口バルブ１３を閉状態に制御したことを条件として、排水調整バルブ１４を開状態に制御している。
【００３９】
かかる構成によれば、継続期間の経過後、すなわち、貯留部１２側に移動した水素が消費された後に、液水や窒素などの不純物が排出される。そのため、水素が不必要に排出されるといった事態を抑制することができるので、燃費の悪化を抑制することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、貯留部１２を減圧させる手法である。なお、第１の実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略するととし、以下、相違点を中心として説明を行う。
【００４１】
本実施形態の圧力調整部１７は、水素供給流路Ｌ１の一部（具体的には、水素調圧バルブ１１よりも下流側の水素供給流路Ｌ１の一部）を含んで構成されており、高圧水素ボンベである燃料タンク１０から供給される圧縮水素の膨張エネルギーを利用して圧力調整を行うことができる。この圧力調整部１７としては、例えば、膨張エネルギーでタービンを回転させ、このタービンに連結されたポンプで減圧にする手法、あるいは、タービンにジェネレータを付加した発電機で電力を発生させ、その電力でポンプを駆動させる手法などを用いることができる。この圧力調整部１７は、減圧バルブ１８が設けられた接続部１６を介して貯留部１２に接続されている。なお、圧力調整部１７と、排水流路Ｌ３における排水調整バルブ１４の下流との間には、減圧排気ラインＬ７が設けられている。
【００４２】
このように本実施形態の構成において、水素調圧バルブ１１を開くことで高圧水素が燃料電池スタック１の燃料極に供給される。このとき、圧縮水素は、水素調圧バルブ１１において開放され膨張する。これにより、貯留部１２の減圧が可能となる。水素調圧バルブ１１を開くシーンは、コントローラ３０から燃料電池スタック１への発電要求が出ているときであり、発電によって生成水が排出するタイミングに対応して貯留部１２の減圧を行うことができる。そのため、このようなシステム構成により、貯留部１２を減圧にするために外部からの動力が不要となり、また、燃料極出口バルブ１３を開状態とする生成水排出のタイミングの前に貯留部１２内を減圧できる。これより、高効率なシステムを提供することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、貯留部１２を減圧させる手法である。なお、第１の実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略するととし、以下、相違点を中心として説明を行う。
【００４４】
本実施形態の圧力調整部２２は、空気排出流路Ｌ５の一部（具体的には、空気調圧バルブ２１よりも下流側の空気排出流路Ｌ５の一部）を含んで構成されており、燃料電池スタック１の酸化剤極から排出される圧縮空気の膨張エネルギーを利用して圧力調整を行うことができる。この圧力調整部２２としては、例えば、膨張エネルギーでタービンを回転させ、このタービンに連結されたポンプで減圧にする手法、あるいは、タービンにジェネレータを付加した発電機で電力を発生させ、その電力でポンプを駆動させる手法などを用いることができる。この圧力調整部２２は、減圧バルブ１８が設けられた接続部１６を介して貯留部１２に接続されている。
【００４５】
このように本実施形態の構成において、コンプレッサ２０を動作させることにより、高圧空気が燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される。このとき、圧縮空気は、空気調圧バルブ２１において開放され膨張する。これにより、貯留部１２の減圧が可能となる。コンプレッサ２０の動作シーンは、コントローラ３０から燃料電池スタック１への発電要求が出ているときであるので、発電によって生成水が排出するタイミングに対応して貯留部１２の減圧を行うことができる。このようなシステム構成により、貯留部１２を減圧にするために外部からの動力が不要となり、また、燃料極出口バルブ１３を開状態とする生成水排出のタイミングの前に貯留部１２内を減圧できる。これより、高効率なシステムを提供することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】内部流路の流路半径と表面張力との関係を示す説明図
【図３】燃料電池システムの制御方法における処理手順を示すフローチャート
【図４】第２の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図５】第３の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【符号の説明】
【００４８】
Ｌ１    水素供給流路
Ｌ２    水素排出流路
Ｌ３    排水流路
Ｌ４    空気供給流路
Ｌ５    空気排出流路
Ｌ７    減圧排気ライン
１      燃料電池スタック
１０    燃料タンク
１１    水素調圧バルブ
１２    貯留部
１３    燃料極出口バルブ
１４    排水調整バルブ
１５    圧力調整部
１６    接続部
１７    圧力調整部
１８    減圧バルブ
２０    コンプレッサ
２１    空気調圧バルブ
２２    圧力調整部
３０    コントローラ
３１    スタック圧力センサ
３２    貯留圧力センサ
【図１】
2009200006.tif 000003
【図２】
2009200006.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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