JP2001351657A

JP2001351657A - 燃料電池のガス供給装置

Info

Publication number: JP2001351657A
Application number: JP2000166907A
Authority: JP
Inventors: Goji Katano; 剛司片野; Tomoki Kobayashi; 知樹小林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成によりアノード極側の水素ガスを
処理できる燃料電池のガス供給装置を提供することを課
題とする。【解決手段】燃料電池１のカソード極下流側に設けら
れた燃料電池１から排出される排出ガス（排出空気）Ａ
ｅを移動するガス移動手段（コンプレッサ）２４と、燃
料電池１のアノード極側に供給する水素（供給水素）Ｈ
ｓを貯蔵する水素貯蔵手段（水素ガスボンベ）３１と、
水素貯蔵手段３１を収容する密閉ケース（水素ガスボン
ベケース）３５とを備える燃料電池のガス供給装置であ
って、密閉ケース３５内とガス移動手段２４の上流かつ
燃料電池１の下流側とを連通する第１連通手段（第１開
閉弁）２７を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負圧により供給ガ
スを燃料電池に供給する燃料電池のガス供給装置に関
し、特に、簡単な構成によりアノード極側の水素ガスを
処理できる燃料電池のガス供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気エネルギを発生させる際に環
境に対してクリーンなことから、電気自動車の動力源等
として燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素ガ
スと酸素ガスを化学反応させて水を生成するとともに、
この化学エネルギから電気エネルギを発生する。そのた
め、燃料電池システムには、燃料電池に供給ガス（水素
ガスおよび酸素ガス）を供給するガス供給装置をアノー
ド極側とカソード極側に各々備える。このガス供給装置
の構成として、正圧により供給する構成と負圧により供
給する構成とがある。正圧の場合、ガス供給装置として
は、燃料電池の上流側で供給ガスを加圧し、供給ガスを
燃料電池内に送り込む構成のものがある。他方、負圧の
場合、例えば、ガス供給装置としては、燃料電池の下流
側で排出ガスを吸引し、供給ガスを燃料電池内に引き込
む構成のものがある。例えば、特願平１１−３３９８３
２号公報には、燃料電池内を真空ポンプによって真空空
間とし、負圧による吸引力によって供給ガスを燃料電池
内に供給する真空利用の燃料電池が開示されている。

【０００３】また、燃料電池システムでは、燃料電池の
アノード極側に供給する水素ガスによって、燃料電池シ
ステム内で液体燃料を改質して水素ガスを発生させる構
成と純水素ガスを蓄える構成等がある。液体燃料を改質
する場合、燃料電池システムには、水とメタノールの混
合液等の液体燃料を蒸発させて原燃料ガスを発生する燃
料蒸発器と、原燃料ガスを改質して水素ガスを発生する
改質器を備える。他方、純水素ガスを蓄える場合、燃料
電池システムには、水素容器内に収納された水素吸蔵合
金または水素ガスボンベ等を備え、純水素ガスを貯蔵す
る。なお、純水素ガスを貯蔵しておく場合には高圧で純
水素ガスを貯蔵するため、純水素ガスが、水素容器や水
素ガスボンベから透過したりあるいは漏れ出す。そこ
で、燃料電池システムには、透過あるいは漏れ出した純
水素ガスを貯めておくために、さらに水素容器や水素ガ
スボンベを収納する密閉ケースを備える。ちなみに、水
素吸蔵合金の水素容器には１ＭＰａＧ（１０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²Ｇ）程度、あるいは水素ガスボンベには１５〜２０
ＭＰａＧ（１５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）程度の高
圧がかかる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】水素吸蔵合金や水素ガ
スボンベで純水素ガスを貯蔵する構成の場合、高圧で純
水素ガスが収納されているため、水素容器や水素ガスボ
ンベには高圧対策やシール対策を充分に施さなければな
らない。さらに、水素容器や水素ガスボンベから透過あ
るいは漏れ出して密閉ケース内に貯まった純水素ガスを
大気中に開放する場合、濃い純水素ガスをそのまま放散
できないので、水素希釈手段が必要となる。しかも、開
放後にも密閉ケース内を水素希釈処理するために、換気
手段が必要となる。そのため、燃料電池システムが大型
化するとともに、コストが増大する。しかも、この大気
中に開放される純水素ガスは、燃料電池システム内での
発電に全く寄与しない。つまり、純水素ガスを蓄えてお
く構成の場合、水素ガスが無駄に消費されるとともに、
燃料電池システムの構成が複雑化する。

【０００５】また、燃料電池内では化学反応を促進する
ためには、燃料電池内を湿潤状態としなければならな
い。しかし、化学反応によって生成された水が燃料電池
内に溜まりすぎると、燃料電池内での供給ガスの通流阻
害等によって化学反応が鈍る。その結果、燃料電池での
発電効率が低下し、水素ガスが無駄に消費され、燃費が
悪化する。そのため、燃料電池システムには、燃料電池
内に溜まった水を取り除くパージ手段を設けなければな
らない。

【０００６】そこで、本発明の課題は、簡単な構成によ
りアノード極側の水素ガスを処理できる燃料電池のガス
供給装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明に係る燃料電池のガス供給装置は、燃料電池のカソー
ド極下流側に設けられた前記燃料電池から排出される排
出ガスを移動する排出ガス移動手段と、前記燃料電池の
アノード極側に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵手段
と、前記水素貯蔵手段を収容する密閉ケースとを備える
燃料電池のガス供給装置であって、前記密閉ケース内と
前記排出ガス移動手段の上流かつ前記燃料電池の下流側
とを連通する第１連通手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池のガス供給装置によれば、密閉ケース内の
水素濃度が上昇した時等に、燃料電池のカソード極下流
側の排出ガス移動手段による負圧によって、第１連通手
段を介して密閉ケース内の水素ガスをカソード極下流側
に引き込むことができる。そのため、水素貯蔵手段から
密閉ケース内に透過したりあるいは漏れ出た水素ガス
を、除去することができる。

【０００８】さらに、前記燃料電池のガス供給装置にお
いて、前記密閉ケース内の水素濃度を検出する水素濃度
検出手段を備え、前記水素濃度検出手段によって検出さ
れた水素濃度に応じて前記第１連通手段を制御すること
を特徴とする。この燃料電池のガス供給装置によれば、
水素濃度検出手段で検出した水素濃度に応じて第１連通
手段を制御することによって、常時、密閉ケース内の水
素濃度を低濃度に保持することができる。

【０００９】また、前記課題を解決した本発明に係る燃
料電池のガス供給装置は、燃料電池のカソード極下流側
に設けられた前記燃料電池から排出される排出ガスを移
動する排出ガス移動手段を備える燃料電池のガス供給装
置であって、前記燃料電池のアノード極側出口と前記排
出ガス移動手段の上流かつ前記燃料電池の下流側とを連
通する第２連通手段を備えることを特徴とする。この燃
料電池のガス供給装置によれば、燃料電池の出力電圧が
低下した時等に、燃料電池のカソード極下流側の排出ガ
ス移動手段よる負圧によって、第２連通手段を介して燃
料電池から排出される水素ガスをカソード極下流側に引
き込むことができる。その結果、排出ガス移動手段を利
用した簡単な構成によって、燃料電池を水素パージし、
燃料電池内の余分な水を取り除くことができる。

【００１０】さらに、前記燃料電池のガス供給装置にお
いて、前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段
を備え、前記電圧検出手段によって検出された前記燃料
電池の出力電圧に応じて前記第２連通手段を制御するこ
とを特徴とする。この燃料電池のガス供給装置によれ
ば、電圧検出手段で検出した燃料電池の出力電圧に応じ
て第２連通手段を制御することによって、適切なタイミ
ングで燃料電池を水素パージすることができる。

【００１１】しかも、前記燃料電池のガス供給装置にお
いて、前記排出ガス移動手段は、前記燃料電池のアノー
ド極側の出口圧力に応じて制御されることを特徴とす
る。この燃料電池のガス供給装置によれば、排出ガス移
動手段の吸入圧が燃料電池のアノード極側の出口圧力よ
り大きい場合、排出ガス移動手段を制御して排出ガス移
動手段の吸入圧を低下させることによって、カソード極
側の排出ガスがアノード極側に逆流するのを防止する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る燃料電池のガス供給装置の実施の形態について説明
する。

【００１３】本発明に係る燃料電池のガス供給装置は、
燃料電池のカソード極下流側において、排出ガス移動手
段によって排出ガスを移動させるために負圧を発生させ
る。そして、この燃料電池のガス供給装置は、この負圧
を利用して水素貯蔵手段を収容する密閉ケース内に貯ま
った水素ガスを吸引し、この水素ガスを密閉ケース内か
ら除去する。さらに、この燃料電池のガス供給装置は、
この負圧を利用して燃料電池のアノード極側をパージ
し、燃料電池内に溜まった水を除去する。

【００１４】本実施の形態に係るガス供給装置を備える
燃料電池システムは、燃料電池で発生する電気エネルギ
によってモータを駆動し、この駆動力で走行する電気自
動車に搭載されるものとする。また、この燃料電池シス
テムは、燃料電池のカソード極側に加湿した供給空気を
供給する空気供給装置（ガス供給装置）を備えるととも
に、燃料電池のアノード極側に供給水素を供給する水素
供給装置を備える。この空気供給装置は、燃料電池の下
流側に配置されたコンプレッサによって、負圧により排
出空気を燃料電池内から吸引することによって供給空気
を燃料電池に供給する。また、この水素供給装置は、純
水素ガスを蓄える水素ガスボンベを備え、水素ガスボン
ベから透過あるいは漏れ出した水素を系外に出ないよう
に、この水素ガスボンベを収納する水素ガスボンベケー
スを備える。なお、本実施の形態では、排出ガスを排出
空気とする。また、本実施の形態では、燃料電池に供給
する供給空気に対して、加湿器に加湿される前の乾燥空
気である供給空気に符号としてＡｄを付し、加湿器に加
湿された後の湿潤空気である供給空気に符号としてＡｗ
を付す。

【００１５】図１を参照して、燃料電池システムＦＣＳ
について説明する。燃料電池システムＦＣＳは、主に、
燃料電池１、空気供給装置２、水素供給装置３および制
御装置４等から構成される。なお、本実施の形態では、
空気供給装置２が、特許請求の範囲に記載の燃料電池の
ガス供給装置に相当する。

【００１６】まず、図２を参照して、燃料電池１につい
て説明する。燃料電池１は、電解質膜１ｃを挟んでカソ
ード極側（酸素（空気）極側）とアノード極側（水素極
側）とに分けられ、それぞれの側に白金系の触媒を含ん
だ電極が設けられ、カソード電極１ｂおよびアノード電
極１ｄを形成している。電解質膜１ｃとしては、固体高
分子膜、例えばプロトン交換膜であるパーフロロカーボ
ンスルホン酸膜が使われる。この電解質膜１ｃは、固体
高分子中にプロトン交換基を多数持ち、飽和含水するこ
とにより常温で２０Ω−プロトン以下の低い比抵抗を示
し、プロトン導伝性電解質として機能する。なお、カソ
ード電極１ｂに含まれる触媒は酸素から酸素イオンを生
成する触媒であり、アノード電極１ｄに含まれる触媒は
水素からプロトンを生成する触媒である。

【００１７】この燃料電池１は、カソード極側ガス通路
１ａに供給空気Ａｗが通流され、アノード極側ガス通路
１ｅに供給水素Ｈｓが供給されると、アノード電極１ｄ
で水素が触媒作用でイオン化してプロトンが生成する。
この生成したプロトンが、電解質膜１ｃ中を移動してカ
ソード電極１ｂに到達する。そして、カソード電極１ｂ
に到達したプロトンは、触媒の存在下、供給空気Ａｗの
酸素から生成した酸素イオンと直ちに反応して水を生成
する。生成した水および未使用の酸素を含む供給空気Ａ
ｗは、排出空気Ａｅとして燃料電池１のカソード極側の
出口から排出される。また、アノード電極１ｄでは水素
がイオン化する際に電子ｅ^-が生成するが、この生成し
た電子ｅ^-は、モータ等の外部負荷Ｍを経由してカソー
ド電極１ｂに達する。

【００１８】なお、図１に示すように、燃料電池１に
は、電圧センサＶが設けられる。電圧センサＶは、燃料
電池１のカソード電極１ｂとアノード電極１ｄ間の電位
差、すなわち燃料電池１の出力電圧を検出し、検出信号
を制御装置４に送信する。なお、本実施の形態では、電
圧センサＶが、特許請求の範囲に記載の電圧検出手段に
相当する。

【００１９】次に、図１を参照して、空気供給装置２の
構成について説明する。空気供給装置２は、エアクリー
ナ２１、熱交換器２２、加湿器２３、コンプレッサ２
４、圧力制御弁２５、水素燃焼器２６、第１開閉弁２
７、第２開閉弁２８、流量センサＱ、温度センサＴ１，
Ｔ２，Ｔ３、湿度センサＨおよび圧力センサＰ１等から
構成される。なお、空気供給装置２は、制御装置４に制
御されるので、制御装置４を構成に含む。

【００２０】エアクリーナ２１は、図示しないフィルタ
等から構成され、燃料電池１のカソード極側に供給され
る空気（供給空気Ａｄ）をろ過して、供給空気Ａｄに含
まれるごみ等を取り除く。

【００２１】熱交換器２２は、図示しない低温流体側流
路および高温流体側流路を備えるプレート式熱交換器等
から構成され、燃料電池１のカソード極側から排出され
コンプレッサ２４で圧縮されて高温となり、さらに水素
燃焼器２６が水素ガスを燃焼している場合にはこの燃焼
熱で加熱されて高温となった排出空気Ａｅとエアクリー
ナ２１でろ過した供給空気Ａｄを熱交換する。この熱交
換器２２により、供給空気Ａｄが加熱され、燃料電池１
に導入される。なお、燃料電池１は、８０〜９０℃程度
の温度で運転される。このため、供給空気Ａｄ（Ａｗ）
は、６０〜７５℃に温度制御されて燃料電池１に導入さ
れる。この供給空気Ａｄ（Ａｗ）の温度制御の詳細は後
述する。

【００２２】加湿器２３は、図示しないベンチュリ、サ
イフォンおよび水貯蔵タンク等から構成され、水貯蔵タ
ンクに貯蔵された加湿用の水をベンチュリ効果で吸い上
げて噴霧し、供給空気Ａｄを加湿し、湿潤空気の供給空
気Ａｗとする。そして、この加湿された供給空気Ａｗ
は、燃料電池１のカソード極側に供給される。なお、サ
イフォンには、ステッピングモータにより駆動して該サ
イフォンを通流する水の流量を制御するニードルが挿入
されている（つまり、サイフォンとニードルでニードル
弁を構成している）。このように、供給空気Ａｄを加湿
するのは、燃料電池１を加湿し、図２に示す電解質膜１
ｃが乾燥するのを防止するためである。ちなみに、電解
質膜１ｃが乾燥すると、プロトンの移動が阻害され起電
力が低下する。なお、燃料電池１を加湿しすぎても、図
２に示すカソード電極側ガス通路１ａや図示しない拡散
層が水没し、供給空気Ａｗの通流が阻害され起電力が低
下する。ちなみに、加湿器２３は、制御装置４の制御信
号によりニードル弁の開度が制御される。

【００２３】コンプレッサ２４は、図示しないスーパー
チャージャおよびこれを駆動するモータ等から構成さ
れ、燃料電池１で酸化剤ガスとして使用された後の供給
空気Ａｗ、つまり燃料電池１のカソード極側から排出さ
れる排出空気Ａｅを吸引し、圧縮して後段の水素燃焼器
２６さらには熱交換器２２に送出する。このコンプレッ
サ２４は、供給空気Ａｗを吸引することにより、燃料電
池１のカソード極側を負圧（大気圧以下の圧力）で運転
する役割を有する。また、コンプレッサ２４は、排出空
気Ａｅを断熱圧縮することにより排出空気Ａｅの温度を
高め、排出空気Ａｅを加熱するための熱源の役割を有す
る。さらに、コンプレッサ２４は、水素供給装置３の水
素ガスボンベケース３５内に貯まった水素を吸引するた
め、あるいは燃料電池１のアノード極側をパージするた
めの負圧源の役割も有する。ちなみに、コンプレッサ２
４は、制御装置４からの制御信号により回転数が制御さ
れる。なお、本実施の形態では、コンプレッサ２４が、
特許請求の範囲に記載の排出ガス移動手段に相当する。

【００２４】圧力制御弁２５は、図示しないバタフライ
弁およびこれを駆動するステッピングモータ等から構成
され、コンプレッサ２４から吐出される排出空気Ａｅの
圧力を調整する。ちなみに、圧力制御弁２５により排出
空気Ａｅが通流する流路を絞るとコンプレッサ２４の吐
出圧が高まり、これに対応して排出空気Ａｅの温度上昇
幅が増加する。また、この逆の動作を行うと、コンプレ
ッサ２４の吐出圧が低くなり、これに対応して排出空気
Ａｅの温度上昇幅が低減する。ちなみに、圧力制御弁２
５は、制御装置４の制御信号により開度が制御される。

【００２５】水素燃焼器２６は、バーナ等から構成さ
れ、水素ガスボンベケース３５から吸引した供給水素Ｈ
ｓあるいは燃料電池１を水素パージした時に吸引した排
出水素Ｈｅを燃焼させる。つまり、水素燃焼器２６は、
燃料電池１のアノード極側からコンプレッサ２４による
負圧によって吸引した水素ガスを燃料として、排出空気
Ａｅの酸素とともに燃焼し、この燃焼熱によって排出空
気Ａｅを加熱するための熱源の役割を有する。その結
果、水素燃焼器２６によって、水素ガスボンベ３１から
水素ガスボンベケース３５に透過したりあるいは漏れ出
した供給水素Ｈｓや水素パージで使用した排出水素Ｈｅ
を有効に熱源の燃料として利用することができる。

【００２６】第１開閉弁２７は、弁体とソレノイド等か
ら構成され、弁体が開閉することによって、コンプレッ
サ２４の上流と燃料電池１の下流とを接続する配管２４
ａと水素ガスボンベケース３５内とを連通／非連通とす
る。第１開閉弁２７は、上流側配管２７ａを介して水素
ガスボンベケース３５と接続し、下流側配管２７ｂを介
して配管２４ａと接続する。つまり、第１開閉弁２７等
を介して水素ガスボンベケース３５内をコンプレッサ２
４の上流かつ燃料電池１の下流間に連通することによっ
て、コンプレッサ２４によって発生した負圧を利用して
水素ガスボンベケース３５内に貯まった供給水素Ｈｓを
吸引することができる。なお、第１開閉弁２７は、常時
閉型の開閉弁であり、水素ガスボンベケース３５内の水
素濃度が所定濃度（本実施の形態では、３％）より大き
くなると開いて連通し、水素ガスボンベケース３５内の
水素濃度が所定濃度（本実施の形態では、０．５％）未
満になると閉じて非連通とする。ちなみに、第１開閉弁
２７は、制御装置４の制御信号により開閉する。なお、
本実施の形態では、第１開閉弁２７が、特許請求の範囲
に記載の第１連通手段に相当する。なお、この第１連通
手段には、上流側配管２７ａと下流側配管２７ｂも構成
に含めてもよい。

【００２７】第２開閉弁２８は、弁体とソレノイド等か
ら構成され、弁体が開閉することによって、コンプレッ
サ２４の上流と燃料電池１の下流とを接続する配管２４
ａと燃料電池１のアノード極側ガス通路１ｅ（図２参
照）の下流側（すなわち、アノード極側出口）とを連通
／非連通とする。第２開閉弁２８は、上流側配管２８ａ
を介して燃料電池１のアノード極側出口と接続し、下流
側配管２８ｂを介して配管２４ａと接続する。つまり、
第２開閉弁２８等を介して燃料電池１のアノード極側出
口をコンプレッサ２４の上流かつ燃料電池１の下流間に
連通することによって、コンプレッサ２４によって発生
した負圧を利用して燃料電池１のアノード極側の排出水
素Ｈｅを吸引し、燃料電池１のアノード極側を水素パー
ジすることができる。なお、第２開閉弁２８は、常時閉
型の開閉弁であり、燃料電池１の出力電圧が所定電圧
（本実施の形態では、０．３Ｖ）未満になると開いて連
通し、燃料電池１の出力電圧が所定電圧（本実施の形態
では、０．３５Ｖ）より大きくなると閉じて非連通とす
る。ちなみに、第２開閉弁２８は、制御装置４の制御信
号により開閉する。なお、本実施の形態では、第２開閉
弁２８が、特許請求の範囲に記載の第２連通手段に相当
する。なお、この第２連通手段には、上流側配管２８ａ
と下流側配管２８ｂも構成に含めてもよい。

【００２８】流量センサＱは、可動プレートあるいはホ
ットワイヤ等から構成され、エアクリーナ２１を通流し
た後の供給空気Ａｄの流量を検出し、検出信号を制御装
置４に送信する。

【００２９】温度センサＴ１は、サーミスタ等から構成
され、燃料電池１のカソード極側の入口における供給空
気Ａｗの温度を検出し、検出信号を制御装置４に送信す
る。

【００３０】温度センサＴ２は、温度センサＴ１と同様
にサーミスタ等から構成され、コンプレッサ２４の出口
における排出空気Ａｅの温度を検出し、検出信号を制御
装置４に送信する。

【００３１】温度センサＴ３は、温度センサＴ１と同様
にサーミスタ等から構成され、水素燃焼器２６の出口に
おける排出空気Ａｅの温度を検出し、検出信号を制御装
置４に送信する。

【００３２】湿度センサＨは、高分子膜系の湿度センサ
等から構成され、燃料電池１のカソード極側の入口にお
ける供給空気Ａｗの湿度を検出し、検出信号を制御装置
４に送信する。

【００３３】圧力センサＰ１は、ブルドン管、ベロー
ズ、ダイヤフラムあるいはストレインゲージ等から構成
され、コンプレッサ２４の上流かつ燃料電池１の下流間
の圧力を検出し、検出信号を制御装置４に送信する。

【００３４】次に、図１を参照して、水素供給装置３の
構成について説明する。水素供給装置３は、主に、水素
ガスボンベ３１、レギュレータ３２、水素循環ポンプ３
３、水素ガスボンベケース３５、水素濃度センサＤおよ
び圧力センサＰ２等から構成される。

【００３５】水素ガスボンベ３１は、図示しない高圧水
素容器から構成され、燃料電池１のアノード極側に導入
される供給水素Ｈｓを貯蔵する。貯蔵する圧力は、１５
〜２０ＭＰａＧ（１５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）で
ある。ちなみに、水素ガスボンベ３１内に貯蔵されてい
る供給水素Ｈｓは、高圧で貯蔵され、分子が非常に小さ
いので、水素ガスボンベ３１から透過したりあるいは漏
れ出したりする場合がある。そこで、水素供給装置３に
は、この水素ガスボンベ３１内から透過あるいは漏れ出
した供給水素Ｈｓを系外に開放しないために、水素ガス
ボンベ３１を収容する水素ガスボンベケース３５が配設
される。なお、水素ガスボンベ３１は、水素吸蔵合金を
内蔵し、１ＭＰａＧ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）程度の圧
力で水素を貯蔵する水素吸蔵合金タイプである場合もあ
る。なお、本実施の形態では、水素ガスボンベ３１が、
特許請求の範囲に記載の水素貯蔵手段に相当する。

【００３６】レギュレータ３２は、図示しないダイヤフ
ラムや調整バネ等から構成され、高圧で貯蔵された供給
水素Ｈｓを所定の圧力まで減圧させ、一定圧力で使用で
きるように圧力調整する圧力調整弁である。なお、ダイ
ヤフラムに入力される基準圧を大気圧にすると、水素ガ
スボンベ３１に貯蔵された供給水素Ｈｓの圧力を大気圧
近辺にまで減圧することができる。また、ダイヤフラム
に入力される基準圧を負圧で運転している空気供給装置
２の負圧部分の圧力にすると、水素ガスボンベ３１に貯
蔵された供給水素Ｈｓの圧力を当該負圧部分の圧力近辺
にまで減圧することができる。本実施の形態では、水素
供給装置３を負圧で運転するため、レギュレータ３２に
は、空気供給装置２のコンプレッサ２４の吸入側の圧力
が基準圧として入力される。

【００３７】水素循環ポンプ３３は、図示しないエジェ
クタ等から構成され、燃料電池１のアノード極側に向か
う供給水素Ｈｓの流れを利用して、燃料電池１で燃料ガ
スとして使用された後の供給水素Ｈｓ、つまり燃料電池
１のアノード極側から排出された排出水素Ｈｅを吸引し
循環させる。

【００３８】水素ガスボンベケース３５は、図示しない
密閉の水素容器から構成され、水素ガスボンベ３１を収
容する。水素ガスボンベケース３５は、水素ガスボンベ
３１から透過あるいは漏れ出た供給水素Ｈｓを燃料電池
システムＦＣＳ外に開放しないために、密閉性に優れた
ケースである。水素ガスボンベケース３５内に貯まった
供給水素Ｈｓは、水素ガスボンベケース３５の水素濃度
が所定濃度（本実施の形態では、３％）より大きくなる
と、空気供給装置２のコンプレッサ２４の負圧によって
吸引される。そのため、水素ガスボンベケース３５は、
低いレベルの水素濃度に保持され、水素ガスボンベ３１
のように非常に耐高圧性に優れたケースで構成する必要
はない。ちなみに、水素ガスボンベケース３５内に貯ま
った供給水素Ｈｓは、コンプレッサ２４の上流側に吸引
された後、水素燃焼器２６で燃料として燃焼される。な
お、本実施の形態では、水素ガスボンベケース３５が、
特許請求の範囲に記載の密閉ケースに相当する。

【００３９】水素濃度センサＤは、オンラインのガスク
ロマトグラフィ等から構成され、水素ガスボンベケース
３５内の水素濃度を検出し、検出信号を制御装置４に送
信する。なお、本実施の形態では、水素濃度センサＤ
が、特許請求の範囲に記載の水素濃度検出手段に相当す
る。

【００４０】圧力センサＰ２は、ブルドン管、ベロー
ズ、ダイヤフラムあるいはストレインゲージ等から構成
され、燃料電池１のアノード極側の出口における圧力を
検出し、検出信号を制御装置４に送信する。

【００４１】次に、図１を参照して、制御装置４につい
て説明する。なお、制御装置４は燃料電池システムＦＣ
Ｓを統括制御するが、ここでは、本発明に関する空気供
給装置２に対する制御について説明する。制御装置４
は、燃料電池１の要求出力に基づいて、空気供給装置２
に対して供給空気Ａｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御お
よび湿度制御を行なう。なお、制御装置４は、燃料電池
１の要求出力を、ドライバによる電気自動車へのアクセ
ルペダルの開度等から決定する。また、制御装置４は、
空気供給装置２に対して水素ガスボンベケース３５内の
水素除去制御を行なう。さらに、制御装置４は、空気供
給装置２に対して燃料電池１の水素パージ制御を行な
う。

【００４２】制御装置４は、図示しないＣＰＵ、メモ
リ、入出力インタフェイス、Ａ／Ｄ変換器、バス等から
構成される。そして、制御装置４は、前記の通り各セン
サＤ，Ｈ，Ｐ１，Ｐ２，Ｑ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｖから
の検出信号を受信するとともに、燃料電池１の要求出力
に基づいて供給空気Ａｗ（Ａｄ）に対する目標量（目標
流量、目標温度、目標湿度）を決定する。さらに、制御
装置４は、加湿器２３、コンプレッサ２４、圧力制御弁
２５、第１開閉弁２７および第２開閉弁２８に対する制
御信号を送信する。

【００４３】まず、空気供給装置２に対する供給空気Ａ
ｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御および湿度制御につい
て説明する。

【００４４】流量制御では、制御装置４は、燃料電池１
のカソード極側の供給空気Ａｄ（Ａｗ）の流量が目標流
量になるように、流量センサＱからの検出信号に基づい
て、コンプレッサ２４の回転数を増減させる。制御装置
４は、目標流量に基づいて、目標流量が増加した場合、
コンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を増加す
るように制御信号を生成し、コンプレッサ２４に送信す
る。他方、制御装置４は、目標流量が減少した場合、コ
ンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を低減する
ように制御信号を生成し、コンプレッサ２４に送信す
る。この際、制御装置４は、流量センサＱからの検出信
号と目標流量の偏差がゼロになるようにフィードバック
制御を行なう。なお、コンプレッサ２４のモータが回転
し、コンプレッサ２４が燃料電池１から排出される排出
空気Ａｅを吸引することによって、コンプレッサ２４の
上流側では負圧となる。

【００４５】温度制御では、制御装置４は、燃料電池１
のカソード極側入口に供給される供給空気Ａｗの温度が
６０〜７５℃の目標温度になるように、温度センサＴ１
からの検出信号に基づいて、圧力制御弁２５の開度をス
テッピングモータによりフィードバック制御する。具体
的には、制御装置４は、目標温度よりも供給空気Ａｗの
温度が上昇した場合（上昇しそうになった場合）、圧力
制御弁２５の開度が増加するようにステッピングモータ
を駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信す
る。すると、圧力制御弁２５の開度が増加することによ
って、コンプレッサ２４の吐出圧が低くなり、排出空気
Ａｅの温度が低下する。そして、熱交換器２２では供給
される排出空気Ａｅの温度が低下することによって熱交
換量が減り、供給空気Ａｗの温度が低下する。他方、制
御装置４は、目標温度よりも供給空気Ａｗの温度が低下
した場合（低下しそうになった場合）、圧力制御弁２５
の開度が減少するようにステッピングモータを駆動する
制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信する。する
と、圧力制御弁２５の開度が減少することによって、コ
ンプレッサ２４の吐出圧が高くなり、排出空気Ａｅの温
度が上昇する。そして、熱交換器２２では供給される排
出空気Ａｅの温度が上昇することによって熱交換量が増
し、供給空気Ａｗの温度が上昇する。なお、第１開閉弁
２７および／または第２開閉弁２８が開いて、水素供給
装置３から供給水素Ｈｓおよび／または排出空気Ｈｅが
吸引され、この水素ガスが水素燃焼器２６で燃焼される
場合がある。この場合、制御装置４は、温度センサＴ３
の検出信号も加味して、圧力制御弁２５の開度をステッ
ピングモータによりフィードバック制御する。なお、コ
ンプレッサ２４は、圧力制御弁２５の開度にかかわら
ず、目標流量の供給空気Ａｄ（Ａｗ）を燃料電池１に供
給すべく動作する。

【００４６】なお、図３に、コンプレッサ２４の圧力比
（吐出圧／吸入圧）に対する排出空気Ａｅの温度上昇幅
（ΔＴ＝吐出側温度−吸入側温度）の関係を示す。この
図３より、圧力比を上昇（低下）させると温度上昇幅が
増加（減少）するのがわかる。したがって、圧力制御弁
２５を制御することにより、コンプレッサ２４の吐出側
の排出空気Ａｅの温度を制御でき、結果として熱交換さ
れる供給空気Ａｄ（Ａｗ）の温度制御を行うことができ
る。

【００４７】ちなみに、フェイルアンドセーフ機構とし
て、制御装置４は、温度センサＴ２，Ｔ３の検出信号が
所定温度以上（本実施の形態では、１５０℃以上）にな
ると、コンプレッサ２４等を保護すべく、圧力制御弁２
５の開度の増加する制御信号および／またはコンプレッ
サ２４の吐出量を低減する制御信号を生成し、圧力制御
弁２５および／またはコンプレッサ２４に送信する。す
ると、圧力制御弁２５の開度が増加および／またはコン
プレッサ２４の回転数が減少することによって、コンプ
レッサ２４の吐出側の温度が下がり、さらに水素燃焼器
２６に供給される排出空気Ａｅ（および、第１開閉弁２
７および／または第２開閉弁２８が開いている場合には
水素ガス）が減り、コンプレッサ２４等が保護される。

【００４８】湿度制御では、制御装置４は、燃料電池１
のカソード極側入口に供給される供給空気Ａｗの湿度が
目標湿度になるように、湿度センサＨからの検出信号に
基づいて、加湿器２３のニードル弁の開度をステッピン
グモータによりフィードバック制御する。具体的には、
制御装置４は、目標湿度よりも供給空気Ａｗの湿度が上
昇した場合（上昇しそうになった場合）、ニードル弁の
開度が減少するようにステッピングモータを駆動する制
御信号を生成し、加湿器２３に送信する。これにより、
ニードル弁を通流する水の量が減少し、供給空気Ａｗの
湿度が低下する。他方、制御装置４は、目標湿度よりも
供給空気Ａｗの湿度が低下した場合（低下しそうになっ
た場合）、ニードル弁の開度が増加するようにステッピ
ングモータを駆動する制御信号を生成し、加湿器２３に
送信する。これにより、ニードル弁を通流する水の量が
増加し、供給空気Ａｗの湿度が上昇する。

【００４９】次に、空気供給装置２に対する水素ガスボ
ンベケース３５内の水素除去制御について説明する。制
御装置４は、水素ガスボンベケース３５内に貯まった供
給水素Ｈｓを低濃度に保持するために、水素濃度センサ
Ｄの検出信号に基づいて、第１開閉弁２７の開閉を制御
する。具体的には、制御装置４は、水素ガスボンベケー
ス３５内の水素濃度が所定濃度（本実施の形態では、３
％）より大きくなると、第１開閉弁２７を開く制御信号
を生成し、第１開閉弁２７に送信する。すると、上流側
配管２７ａ、第１開閉弁２７および下流側配管２７ｂを
介して水素ガスボンベケース３５内と配管２４ａが連通
し、水素ガスボンベケース３５内の供給水素Ｈｓがコン
プレッサ２４の上流側に吸引され、水素ガスボンベケー
ス３５内の水素濃度が低下する。そして、水素ガスボン
ベケース３５内の水素濃度が所定濃度（本実施の形態で
は、０．５％）より小さくなると、第１開閉弁２７を閉
じる制御信号を生成し、第１開閉弁２７に送信する。す
ると、第１開閉弁２７によって水素ガスボンベケース３
５内と配管２４ａとが非連通となる。そのため、水素ガ
スボンベケース３５内の供給水素Ｈｓは、コンプレッサ
２４の上流側には吸引されない。

【００５０】次に、空気供給装置２に対する燃料電池１
の水素パージ制御について説明する。制御装置４は、燃
料電池１の出力電圧低下時に燃料電池１の水素パージす
るために、電圧センサＶの検出信号に基づいて、第２開
閉弁２８の開閉を制御する。ちなみに、制御装置４は、
燃料電池１の要求出力に基づいて供給水素Ｈｓを燃料電
池１に供給しているにもかかわらず、燃料電池１の出力
電圧が所定電圧（本実施の形態では、０．３Ｖ）より小
さくなった場合には、燃料電池１内に水が溜まり過ぎて
いると判断する。具体的には、制御装置４は、燃料電池
１の出力電圧が所定電圧（前記した０．３Ｖ）より小さ
くなると、第２開閉弁２８を開く制御信号を生成し、第
２開閉弁２８に送信する。すると、上流側配管２８ａ、
第２開閉弁２８および下流側配管２８ｂを介して燃料電
池１のアノード極側ガス通路１ｅ（図２参照）の下流側
（すなわち、燃料電池１のアノード極側出口）と配管２
４ａが連通し、燃料電池１のアノード極側ガス通路１ｅ
からの排出水素Ｈｅがコンプレッサ２４の上流側に吸引
され、燃料電池１が水素によってパージされる。そし
て、燃料電池１の出力電圧が所定電圧（本実施の形態で
は、０．３５Ｖ）より大きくなると、第２開閉弁２８を
閉じる制御信号を生成し、第２開閉弁２８に送信する。
すると、第２開閉弁２８によって燃料電池１のアノード
極側ガス通路１ｅ（図２参照）の下流側と配管２４ａと
が非連通となる。そのため、燃料電池１の水素によるパ
ージが停止される。

【００５１】なお、この水素パージ制御では、コンプレ
ッサ２４の吸入圧が燃料電池１のアノード極側出口圧よ
り大きいと、燃料電池１からの排出水素Ｈｅを吸引する
ことができない。そこで、制御装置４は、第２開閉弁２
８を開く前に、コンプレッサ２４の吸入圧が燃料電池１
のアノード極側出口圧よりも小さいか否かを判断する。
そして、制御装置４は、コンプレッサ２４の吸入圧が燃
料電池１のアノード極側出口圧以上の場合、コンプレッ
サ２４の吐出量（モータの回転数）を増加するように制
御信号を生成し、コンプレッサ２４に送信する。する
と、コンプレッサ２４が吸引する燃料電池１からの排出
空気Ａｅの量が増大し、コンプレッサ２４の吸入圧が低
下する（負圧が大きくなる）。そして、制御装置４は、
コンプレッサ２４の吸入圧が燃料電池１のアノード極側
出口圧より小さくなるまで、コンプレッサ２４の吐出量
（モータの回転数）の増加制御を継続する。

【００５２】それでは、空気供給装置２の動作について
説明する。ここでは、空気供給装置２による燃料電池１
への供給空気Ａｗの供給、空気供給装置２による水素ガ
スボンベケース３５内の水素除去および空気供給装置２
による燃料電池１の水素パージの順に説明する。

【００５３】まず、空気供給装置２による燃料電池１へ
供給空気Ａｗを供給する動作について説明する。この動
作では、まず、制御装置４が、ドライバのアクセルペダ
ル操作に応じて、燃料電池１で要求出力が決定する。そ
して、制御装置４は、前記したように、この要求出力に
基づいて、供給空気Ａｗ（Ａｄ）の目標量（目標流量、
目標温度、目標湿度）を決定し、空気供給装置２に制御
信号を送信する。

【００５４】まず、空気供給装置２では、制御装置４か
らの制御信号により、目標流量となるように、コンプレ
ッサ２４のモータが回転始動する。すると、空気供給装
置２では、コンプレッサ２４の上流側で負圧（大気圧よ
り低い圧力）が発生する。ちなみに、この負圧が、水素
ガスボンベケース３５内の水素除去および燃料電池１の
水素パージに利用される。この負圧によって、空気供給
装置２では、燃料電池１の下流側において、燃料電池１
から排出空気Ａｅを吸引し、水素燃焼器２６を介して熱
交換器２２に送り込む。さらに、この負圧によって、空
気供給装置２では、燃料電池１の上流側において、燃料
電池１内に供給空気Ａｗを吸い込むことによって、供給
空気Ａｗを燃料電池１に供給する。その結果、空気供給
装置２では、この負圧吸気により、大気中からエアクリ
ーナ２１に供給空気Ａｄを吸い込むことができる。

【００５５】エアクリーナ２１は、供給空気Ａｄ中のゴ
ミや埃等を取り除く。そして、空気供給装置２では、エ
アクリーナ２１から熱交換器２２に供給空気Ａｄを吸い
込む。

【００５６】さらに、熱交換器２２は、コンプレッサ２
４で圧縮されて高温となり、さらに水素燃焼器２６で水
素ガスを燃焼している場合にはこの燃焼熱で加熱されて
高温となった排出空気Ａｅと供給空気Ａｄとを熱交換す
る。なお、前記したように、熱交換器２２に送り込まれ
る排出空気Ａｅの温度は、燃料電池１のカソード極側入
口に供給される供給空気Ａｗの温度が６０〜７５℃の目
標温度となるように、圧力制御弁２５の開度調整によっ
て制御される。そして、空気供給装置２では、加湿器２
３に熱交換器２２で加熱された供給空気Ａｄを吸い込
む。

【００５７】そして、加湿器２３は、乾燥した供給空気
Ａｄを加湿し、湿潤空気の供給空気Ａｗとする。加湿
後、空気供給装置２では、供給空気Ａｗを燃料電池１に
供給する。

【００５８】続いて、空気供給装置２では、燃料電池１
からの排出空気Ａｅをコンプレッサ２４による負圧で吸
引し、水素燃焼器２６に送り込む。そして、空気供給装
置２では、第１開閉弁２７および／または第２開閉弁２
８を開いて水素供給装置３から供給水素Ｈｓおよび／ま
たは排出水素Ｈｅを吸引している場合には、水素燃焼器
２６で水素ガスを燃焼する。なお、この燃焼熱によっ
て、排出空気Ａｅが加熱される。水素燃焼器２６を経由
後、空気供給装置２では、排出空気Ａｅを熱交換器２２
に送り込む。さらに、空気供給装置２では、排出空気Ａ
ｅを熱交換器２２内に通流させた後、圧力制御弁２５を
介して系外に排出する。

【００５９】次に、図４のフローチャートに沿って、空
気供給装置２による水素ガスボンベケース３５内に貯ま
った供給水素Ｈｓを除去する動作について説明する。ま
ず、制御装置４が、水素濃度センサＤの検出信号に基づ
いて、水素ガスボンベケース３５内の水素濃度が３％よ
り大きいか否かを判断する（ステップＳ１０）。そし
て、水素濃度が３％以下の場合、水素ガスボンベケース
３５には除去するほどの供給水素Ｈｓが貯まっていない
ので、制御装置４は処理を終了する。なお、制御装置４
は、一定時間間隔毎に、この判断処理を実行する。

【００６０】他方、水素濃度が３％より大きい場合、ま
ず、制御装置４は、フェイルアンドセーフ動作として、
燃料電池１での発電を停止する（ステップＳ１１）。そ
のために、制御装置４は、水素供給装置３に対して制御
信号を送信し、燃料電池１への供給水素Ｈｓの供給を停
止する。なお、制御装置４は、水素濃度が３％より大き
いと判断した時刻を記憶し、この記憶した時刻と次回の
水素濃度が３％より大きいと判断した時刻との時間差を
監視する。そして、制御装置４は、この時間差が所定時
間以内（例えば、２時間以内）の場合、水素ガスボンベ
３１の破損等によって、水素ガスボンベケース３５内に
供給水素Ｈｓが異常に漏れ出していると判断する。この
とき、制御装置４は、インストルメントパネルへの表示
等によって警告を発し、ドライバに異常を知らせる。

【００６１】発電を停止させた後、制御装置４は、第１
開閉弁２７を開く制御信号を生成し、第１開閉弁２７に
送信する。すると、空気供給装置２では、第１開閉弁２
７が開き、上流側配管２７ａ、第１開閉弁２７および下
流側配管２７ｂを介して水素ガスボンベケース３５内と
配管２４ａ（すなわち、コンプレッサ２４の上流かつ燃
料電池１の下流間）が連通する（ステップＳ１２）。そ
のため、空気供給装置２では、コンプレッサ２４の上流
側の負圧によって、水素ガスボンベケース３５内に貯ま
っている供給水素Ｈｓを吸引する。ちなみに、空気供給
装置２では、吸引した供給水素Ｈｓを水素燃焼器２６で
燃焼し、この吸引した供給水素Ｈｓを排出空気Ａｅを加
熱するための燃料としている。

【００６２】続いて、制御装置４は、水素濃度センサＤ
に基づいて、水素ガスボンベケース３５内の水素濃度が
０．５％より小さいか否かを判断する（ステップＳ１
３）。そして、水素濃度が０．５％以上の場合、水素ガ
スボンベケース３５内に貯まった供給水素Ｈｓは充分に
除去されていなので、制御装置４は第１開閉弁２７を開
く制御信号を維持する。そのため、空気供給装置２で
は、水素ガスボンベケース３５内と配管２４ａとが連通
し続け、水素ガスボンベケース３５内に貯まっている供
給水素Ｈｓを吸引し続ける。

【００６３】他方、水素濃度が０．５％より小さくなっ
た場合、水素ガスボンベケース３５内の供給水素Ｈｓが
充分に除去されたので、制御装置４は、第１開閉弁２７
を閉じる制御信号を生成し、第１開閉弁２７に送信す
る。すると、空気供給装置２では、第１開閉弁２７が閉
じ、水素ガスボンベケース３５内と配管２４ａとが非連
通となる（ステップＳ１４）。そのため、空気供給装置
２では、水素ガスボンベケース３５内からの供給水素Ｈ
ｓの吸引を停止する。

【００６４】吸引停止後、制御装置４は、発電を再開す
る（ステップＳ１５）。そのために、制御装置４は、水
素供給装置３に対して制御信号を送信し、燃料電池１へ
の供給水素Ｈｓの供給を再開する。

【００６５】つまり、空気供給装置２は、制御装置４に
よる一定時間間隔毎の水素濃度センサＤの監視とコンプ
レッサ２４による負圧を利用することによって、水素ガ
スボンベケース３５内に貯まった供給水素Ｈｓを低濃度
に保持する。そのため、水素ガスボンベケース３５の高
圧対策や水素ガスボンベ３１のシール対策を従来に対し
て簡素化できる。さらに、空気供給装置２は、吸引した
水素ガスの水素燃焼器２６での燃焼によって、水素ガス
ボンベ３１から透過あるいは漏れ出した供給水素Ｈｓを
有効利用する。

【００６６】次に、図５のフローチャートに沿って、空
気供給装置２による燃料電池１を水素パージする動作に
ついて説明する。まず、制御装置４が、電圧センサＶの
検出信号に基づいて、燃料電池１の出力電圧が０．３Ｖ
より小さいか否かを判断する（ステップＳ２０）。そし
て、燃料電池１の出力電圧が０．３Ｖ以上の場合、燃料
電池１の出力を異常低下させるほどの水が燃料電池１内
に溜まっていないので、制御装置４は処理を終了する。
なお、制御装置４は、一定時間間隔毎に、この判断処理
を実行する。

【００６７】他方、燃料電池１の出力電圧が０．３Ｖよ
り小さい場合、まず、制御装置４は、圧力センサＰ１，
Ｐ２の各検出信号に基づいて、コンプレッサ２４の吸入
圧が燃料電池１のアノード極側出口圧より小さいか否か
を判断する（ステップＳ２１）。これは、コンプレッサ
２４の吸入圧が燃料電池１のアノード極側出口圧以上場
合、コンプレッサ２４の上流側に燃料電池１からの排出
水素Ｈｅを吸引することができないからである。

【００６８】そこで、コンプレッサ２４の吸入圧が燃料
電池１のアノード極側出口圧以上の場合、制御装置４
は、コンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を増
加するように制御信号を生成し、コンプレッサ２４に送
信する。すると、空気供給装置２では、コンプレッサ２
４のモータ回転数が増大する（ステップ２２）。そのた
め、コンプレッサ２４が吸引する燃料電池１からの排出
空気Ａｅの量が増大し、コンプレッサ２４の上流かつ燃
料電池１の下流間での圧力（すなわち、コンプレッサ２
４の吸入圧）が低下する（負圧が大きくなる）。そし
て、空気供給装置２では、コンプレッサ２４の吸入圧が
燃料電池１のアノード極側出口圧より小さくなるまで、
コンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を増加し
続ける。

【００６９】他方、コンプレッサ２４の吸入圧が燃料電
池１のアノード極側出口圧より小さい場合、制御装置４
は、第２開閉弁２８を開く制御信号を生成し、第２開閉
弁２８に送信する。すると、空気供給装置２では、第２
開閉弁２８が開き、上流側配管２８ａ、第２開閉弁２８
および下流側配管２８ｂを介して燃料電池１のアノード
極側出口と配管２４ａ（すなわち、コンプレッサ２４の
上流かつ燃料電池１の下流間）が連通する（ステップＳ
２３）。そのため、空気供給装置２では、コンプレッサ
２４の上流側の負圧によって、燃料電池１のアノード極
側出口からの排出水素Ｈｅを吸引する。その結果、燃料
電池１内に溜まった水が排出水素Ｈｅ（あるいは、供給
水素Ｈｓ）とともにコンプレッサ２４の上流側に吸引さ
れ、燃料電池１がパージされる。ちなみに、空気供給装
置２では、吸引した排出水素Ｈｅを水素燃焼器２６で燃
焼し、この吸引した排出水素Ｈｅを排出空気Ａｅを加熱
するための燃料としている。

【００７０】続いて、制御装置４は、電圧センサＶの検
出信号に基づいて、燃料電池１の出力電圧が０．３５Ｖ
より大きいか否かを判断する（ステップＳ２４）。そし
て、燃料電池１の出力電圧が０．３５Ｖ以下の場合、燃
料電池１内に溜まった水が充分に除去されていなので、
制御装置４は、第２開閉弁２８を開く制御信号を維持す
る。そのため、空気供給装置２では、燃料電池１のアノ
ード極側出口と配管２４ａとが連通し続け、燃料電池１
からの排出水素Ｈｅを吸引し続け、燃料電池１のパージ
を継続する。

【００７１】他方、出力電池が０．３５Ｖより大きくな
った場合、燃料電池１内に溜まった水が充分に除去され
たので、制御装置４は、第２開閉弁２８を閉じる制御信
号を生成し、第２開閉弁２８に送信する。すると、空気
供給装置２では、第２開閉弁２８が閉じ、燃料電池１の
アノード極側出口と配管２４ａとが非連通となる（ステ
ップＳ２５）。そのため、空気供給装置２では、燃料電
池１のアノード極側出口からの排出水素Ｈｅの吸引を停
止し、燃料電池１のパージを停止する。

【００７２】つまり、空気供給装置２は、制御装置４に
よる一定時間間隔毎の電圧センサＶの監視とコンプレッ
サ２４による負圧を利用することによって、燃料電池１
を水素パージし、燃料電池１に溜まった水を除去する。
そのため、燃料電池１での化学反応が促進され、燃料電
池１の発電効率が向上する。さらに、空気供給装置２
は、水素燃焼器２６での燃焼によって、パージで使用し
た排出水素Ｈｅを有効利用する。

【００７３】この空気供給装置２によれば、燃料電池１
のカソード極下流側に設けられたコンプレッサ２４によ
る負圧を利用して、水素ガスボンベケース３５に貯まっ
た供給水素Ｈｓを除去および燃料電池１を水素パージす
ることができる。そのため、燃料電池システムＦＣＳに
水素ガスボンベケース３５に貯まった供給水素Ｈｓを吸
引する装置および燃料電池１のアノード極出口からの排
出水素Ｈｅを吸引する装置を別に設ける必要がなく、シ
ステム構成を簡素化することができる。さらに、空気供
給装置２は、吸引した供給水素Ｈｓおよび排出水素Ｈｅ
を、水素燃焼器２６で燃焼し、排出空気Ａｅを加熱する
ための燃料として有効利用する。

【００７４】以上、本発明は、前記の実施の形態に限定
されることなく、様々な形態で実施される。例えば、水
素ガスボンベケース内の水素濃度が所定濃度より大きく
なった場合に第１開閉弁を開いたが、コンプレッサが作
動中には第１開閉弁を常時開くようにしてもよい。ま
た、排出ガス移動手段をコンプレッサとしたが、ポンプ
等の燃料電池のカソード極下流側に負圧によって排出ガ
スを吸引できる装置であればよい。また、水素濃度を判
定する際の所定濃度を３％と０．５％および燃料電池１
の出力電圧を判定する際の所定電圧を０．３Ｖと０．３
５Ｖとしたが、この値に限定されることなく、燃料電池
システムの構成によって適宜設定される。また、アノー
ド極側から吸引した水素ガスを水素燃焼器によって燃焼
するように構成したが、この吸引した水素ガスをカソー
ド極側の排出ガスと混ぜることによって薄めて低濃度の
水素ガスとし、この低濃度の水素ガスを直接排出する構
成としてもよい。

【００７５】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る燃料電池のガス
供給装置は、燃料電池のカソード極下流側の排出ガス移
動手段による負圧によって、第１連通手段を介して密閉
ケース内に貯まった水素ガスをカソード極下流側に吸引
することができる。そのため、この燃料電池のガス供給
装置は、水素貯蔵手段から密閉ケース内に透過あるいは
漏れ出た水素ガスを除去することができ、密閉ケース内
の水素ガスを低濃度に保持することができる。さらに、
この燃料電池のガス供給装置は、水素貯蔵手段から透過
や漏れ出した水素ガスの対策手段を排出ガス移動手段を
利用した簡単な構成とし、さらに吸引した水素ガスをカ
ソード極側の排出ガスと混合することによって、水素ガ
スの濃度を低濃度にして排出することができる。

【００７６】本発明の請求項２に係る燃料電池のガス供
給装置は、水素濃度検出手段で検出した水素濃度に応じ
て第１連通手段を制御することによって、常時、密閉ケ
ース内の水素濃度を低濃度に保持することができる。

【００７７】本発明の請求項３に係る燃料電池のガス供
給装置は、燃料電池のカソード極下流側の排出ガス移動
手段よる負圧によって、第２連通手段を介して燃料電池
から排出される水素ガスをカソード極下流側に吸引する
ことができる。そのため、この燃料電池のガス供給装置
は、排出ガス移動手段を利用した簡単な構成によって、
燃料電池を水素パージし、燃料電池内の余分な水を取り
除くことができる。その結果、燃料電池の発電効率が向
上し、さらに吸引した水素ガスをカソード極側の排出ガ
スと混合することによって、水素ガスの濃度を低濃度に
して排出することができる。

【００７８】本発明の請求項４に係る燃料電池のガス供
給装置は、電圧検出手段で検出した燃料電池の出力電圧
に応じて第２連通手段を制御することによって、適切な
タイミングで燃料電池を水素パージすることができる。

【００７９】本発明の請求項５に係る燃料電池のガス供
給装置は、排出ガス移動手段の吸入圧が燃料電池のアノ
ード極側の出口圧力より大きい場合、排出ガス移動手段
を制御して排出ガス移動手段の吸入圧を低下させること
によって、カソード極側の排出ガスがアノード極側に逆
流するのを防止することができる。そのため、排出ガス
移動手段の吸入圧が燃料電池のアノード極側の出口圧力
より小さいときに、確実に、燃料電池の水素パージを行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る空気供給装置（ガス供給装
置）を備える燃料電池システムの構成図である。

【図２】図１の燃料電池の構成を模式化した説明図であ
る。

【図３】図１のコンプレッサにおける圧力比に対する温
度上昇幅の特性図である。

【図４】本実施の形態に係る空気供給装置（ガス供給装
置）による水素ガスボンベケース内水素除去のフローチ
ャートである。

【図５】本実施の形態に係る空気供給装置（ガス供給装
置）による燃料電池の水素パージのフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１・・・燃料電池２・・・空気供給装置（燃料電池のガス供給装置）３・・・水素供給装置４・・・制御装置２４・・・コンプレッサ（排出ガス移動手段）２７・・・第１開閉弁（第１連通手段）２８・・・第２開閉弁（第２連通手段）３１・・・水素ガスボンベ（水素貯蔵手段）３５・・・水素ガスボンベケース（密閉ケース）Ｄ・・・水素濃度センサ（水素濃度検出手段）Ｐ１，Ｐ２・・・圧力センサＶ・・・電圧センサ（電圧検出手段）ＦＣＳ・・・燃料電池システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池のカソード極下流側に設けられ
た前記燃料電池から排出される排出ガスを移動する排出
ガス移動手段と、前記燃料電池のアノード極側に供給す
る水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、前記水素貯蔵手段を
収容する密閉ケースとを備える燃料電池のガス供給装置
であって、前記密閉ケース内と前記排出ガス移動手段の上流かつ前
記燃料電池の下流側とを連通する第１連通手段を備える
ことを特徴とする燃料電池のガス供給装置。
【請求項２】前記密閉ケース内の水素濃度を検出する
水素濃度検出手段を備え、前記水素濃度検出手段によって検出された水素濃度に応
じて前記第１連通手段を制御することを特徴とする請求
項１に記載の燃料電池のガス供給装置。
【請求項３】燃料電池のカソード極下流側に設けられ
た前記燃料電池から排出される排出ガスを移動する排出
ガス移動手段を備える燃料電池のガス供給装置であっ
て、前記燃料電池のアノード極側出口と前記排出ガス移動手
段の上流かつ前記燃料電池の下流側とを連通する第２連
通手段を備えることを特徴とする燃料電池のガス供給装
置。
【請求項４】前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧
検出手段を備え、前記電圧検出手段によって検出された前記燃料電池の出
力電圧に応じて前記第２連通手段を制御することを特徴
とする請求項３に記載の燃料電池のガス供給装置。
【請求項５】前記排出ガス移動手段は、前記燃料電池
のアノード極側の出口圧力に応じて制御されることを特
徴とする請求項３または請求項４に記載の燃料電池のガ
ス供給装置。