JP2002110213A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

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JP2002110213A JP2000304673A JP2000304673A JP2002110213A JP 2002110213 A JP2002110213 A JP 2002110213A JP 2000304673 A JP2000304673 A JP 2000304673A JP 2000304673 A JP2000304673 A JP 2000304673A JP 2002110213 A JP2002110213 A JP 2002110213A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 始動時における燃料電池への空気供給を迅速
に行えるようにして、燃料電池の立ち上がりを早め、始
動用バッテリーを小型化しうる燃料電池システムを提供
する。 【解決手段】 圧縮機２から燃料電池１に至る空気流路
を、消音器１０、熱交換器１１が配設された主流路６を
通る流路と、主流路よりも細径のバイパス流路７を通る
流路とに、切換弁８、９によって選択的に切り換え可能
とし、始動運転後、圧縮空気の流量および圧力が、あら
かじめ定められたしきい値以上に上昇するまでは、空気
がバイパス流路７側を通って供給されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムにおいては、燃料電池
の燃料極に燃料ガス（水素ガス）を、酸化剤極に空気を
供給することにより、燃料ガスと空気のの電気化学的な
反応で発電を行う。
【０００３】このような燃料電池システムにおける空気
供給系統の構成としては、例えば、図６に示すようなも
のが一般的である。この燃料電池システムでは、圧縮機
２からの圧縮空気は、圧縮機２下流の空気流路上に設け
られた消音器１０、熱交換器１１を経て、燃料電池１に
供給される。ここで、消音器１０は、圧縮機２は一般に
容積式のものが多く、吐出脈動騒音が発生するため、こ
れを低減するために設けられるものである。また、熱交
換器１１は、圧縮空気の温度を、燃料電池１が故障しな
い温度に調整するために設けられるものである。
【０００４】圧縮機２を駆動するモータ１５は、電源切
換装置１７により、始動用バッテリー１８または燃料電
池１から選択的に電源供給を受けて動作する。燃料電池
システムの始動時には、モータ１５は、始動用バッテリ
ー１８からの電源供給によって始動される。そして、燃
料電池１がモータ１５を駆動するのに十分な電力を発電
するようになったところで、モータ１５への電源が燃料
電池１に切り換えられ、以降は、燃料電池１で発電され
る電力の一部が、モータ１５の駆動に利用されるように
なっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな燃料電池システムにおいては、圧縮機２から燃料電
池１への空気流路に、消音器１０、熱交換器１１といっ
た圧縮空気調整用機器が設けられているので、これらの
機器の容積によって、空気の圧力と流量の供給に時間遅
れが生じてしまう。このため、燃料電池システムの始動
時には、燃料電池１になかなか十分な量と圧力の空気が
供給されず、燃料電池１が発電を開始するまでの時間が
長くなってしまう。したがって、この長い始動運転の
間、モータ１５を駆動できるようにするために、始動用
バッテリー１８を、バッテリー容量が大きいものとした
り、大型で高価な２次電池とするなどの対策が必要とな
り、コストアップの原因となっていた。
【０００６】また、冷間時に燃料電池システムを始動す
る場合には、熱容量の大きな圧縮空気調整用機器によっ
て圧縮空気の温度が下げられ、燃料電池１の発電効率が
低下し、始動性が悪化してしまう。このため、始動用バ
ッテリー１８の負担が大きくなり、やはり始動用バッテ
リー１８のバッテリー容量を大きくしたり、大型で高価
な２次電池を用いる等の対策が必要となっていた。
【０００７】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、始動時における燃料電池への空気供給を
迅速に行えるようにして、燃料電池の立ち上がりを早
め、始動用バッテリーを小型化しうる燃料電池システム
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明では、空気と
燃料の供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池
システムにおいて、燃料電池への空気の主流路に空気調
整用機器を配設し、この主流路と並列にバイパス流路を
設け、始動運転開始後、あらかじめ定められた条件が成
立するまで、燃料電池への空気流路を前記バイパス流路
側とする流路切換手段を備えた。
【０００９】第２の発明では、前記バイパス流路の管路
内径を、前記主流路よりも小さくした。
【００１０】第３の発明では、燃料電池に向けて空気を
送り出す圧縮機と、この圧縮機を駆動するモータと、始
動運転時に前記モータに電源供給する始動用バッテリー
と、燃料電池が十分な電力を発電するようになったと判
断された時点で前記モータへの電源を始動用バッテリー
から燃料電池に切り換える電源切換装置とを備えた。
【００１１】第４の発明では、前記空気調整用機器とし
て、熱交換器を備えた。
【００１２】第５の発明では、前記空気調整用機器とし
て、消音器を備えた。
【００１３】第６の発明では、前記流路切換手段は、燃
料電池へ供給される空気流量に基づいて前記燃料電池へ
の空気流路を切り換える。
【００１４】第７の発明では、前記空気流量を計測する
流量計を、前記主流路と前記バイパス流路の合流点より
も下流に配設した。
【００１５】第８の発明では、前記流路切換手段は、燃
料電池へ供給される空気圧力に基づいて前記燃料電池へ
の空気流路を切り換える。
【００１６】第９の発明では、前記空気圧力を計測する
圧力計を、前記主流路と前記バイパス流路の合流点より
も下流に配設した。
【００１７】第１０の発明では、前記流路切換手段は、
燃料電池へ供給される空気温度に基づいて前記燃料電池
への空気流路を切り換える。
【００１８】第１１の発明では、前記空気温度を計測す
る温度センサを、前記主流路と前記バイパス流路の合流
点よりも下流に配設した。
【００１９】第１２の発明では、前記主流路と前記バイ
パス流路の合流点よりも下流に、フィルタを備えた。
【００２０】第１３の発明では、前記主流路と前記バイ
パス流路の合流点よりも下流に、湿度調整器を備えた。
【００２１】
【発明の作用および効果】第１の発明では、燃料電池シ
ステムの始動運転時には、あらかじめ定められた条件が
成立するまで、空気流路がバイパス流路側とされる結
果、燃料電池への空気は空気調整用機器を迂回して供給
されるので、空気流量や圧力に、空気調整用機器の持つ
容積に起因した時間遅れが生じることはない。したがっ
て、燃料電池には、始動時において、必要な空気が迅速
に供給されることになり、燃料電池の始動性を高めるこ
とができる。また、冷間時の始動においては、空気が熱
容量の大きな空気調整用機器を通過して温度が下げられ
てしまうことがないので、燃料電池の発電効率の低下を
防止でき、燃料電池の始動性を高めることができる。
【００２２】第２の発明では、バイパス流路の管路内径
は、主流路に比較して小さくなっているので、管路の容
積が小さくなった分、管路内の圧力を容易に高めること
ができる。燃料電池に供給される空気の圧力は迅速に上
昇させることができ、燃料電池の始動性を高めることが
できる。
【００２３】第３の発明では、圧縮機を駆動するモータ
は、燃料電池システムの始動時には始動用バッテリーか
ら電源供給を受けるが、始動運転時にはバイパス流路を
通って燃料電池への空気供給がなされる結果、燃料電池
は早期に立ち上がって、十分な電力を発電するようにな
る。このため、始動用バッテリーから燃料電池への電源
切換は早期に行うことができ、始動用バッテリーの消費
電力は少なくて済むので、始動用バッテリーを小型で安
価なものとでき、コスト削減を図れる。
【００２４】第４の発明では、空気調整用機器として熱
交換器が備えられるので、始動運転時には、比較的低温
の空気がバイパス流路を介して燃料電池に供給されて、
燃料電池の早期の立ち上がりが達成される一方で、始動
運転終了後に、空気の温度が高温となったときには、空
気流路は主流路側に切り換えられ、空気は熱交換器によ
り燃料電池が故障しない温度に調整されたうえで供給さ
れる。したがって、始動運転から定常運転に至るまで、
燃料電池への合理的な空気供給を行うことができる。
【００２５】第５の発明では、空気調整用機器として消
音器が備えられるので、始動運転時に、比較的騒音の小
さなときには、空気がバイパス流路を介して燃料電池に
供給されて、燃料電池の早期の立ち上がりが達成される
一方で、始動運転終了後に、騒音が大きくなってきたと
きには、空気流路は主流路側に切り換えられ、消音器に
よる消音がなされる。したがって、燃料電池への空気供
給にともなう騒音発生を合理的に防止することができ
る。
【００２６】第６の発明では、燃料電池への空気流量に
基づいて空気流路を切り換えるので、空気流路の切換制
御を、燃料電池への空気の供給状態に応じて的確に行う
ことができる。
【００２７】第７の発明では、流量計は主流路とバイパ
ス流路の合流点よりも下流に配設されるので、燃料電池
に近い地点で空気流量の測定を行うことができ、燃料電
池に供給される空気の流量を的確に把握できるので、こ
の流量に基づいて流路切換の制御を精度よく行うことが
できる。
【００２８】第８の発明では、燃料電池への空気圧力に
基づいて空気流路を切り換えるので、空気流路の切換制
御を、燃料電池への空気の供給状態に応じて的確に行う
ことができる。
【００２９】第９の発明では、圧力計は主流路とバイパ
ス流路の合流点よりも下流に配設されるので、燃料電池
に近い地点で空気圧力の測定を行うことができ、燃料電
池に供給される空気の圧力を的確に把握できるので、こ
の圧力に基づいて流路切換の制御を精度よく行うことが
できる。
【００３０】第１０の発明では、燃料電池への空気温度
に基づいて空気流路を切り換えるので、空気流路の切換
制御を、燃料電池への空気の供給状態に応じて的確に行
うことができる。特に、冷間時の始動においては、燃料
電池への空気温度が適切に高まったところで流路切換が
できるので、流路切換のタイミングを適切に決めること
ができる。
【００３１】第１１の発明では、圧力計は主流路とバイ
パス流路の合流点よりも下流に配設されるので、燃料電
池に近い地点で空気圧力の測定を行うことができ、燃料
電池に供給される空気の圧力を的確に把握できるので、
この圧力に基づいて流路切換の制御を精度よく行うこと
ができる。
【００３２】第１２の発明では、主流路とバイパス流路
の合流点よりも下流にフィルタを備えたので、圧縮空気
がバイパス流路を通る始動時においても、空気から有害
な塵を除去することができ、燃料電池の発電効率を高め
ることができる。
【００３３】第１３の発明では、主流路とバイパス流路
の合流点よりも下流に湿度調整器を備えたので、圧縮空
気がバイパス流路を通る始動時においても、空気の湿度
を燃料電池における発電に適切な湿度に調整することが
でき、燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態について説明する。
【００３５】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る燃料電池システムを示す構成図である。なお、この構
成図では、本発明の特徴部分である燃料電池への酸化剤
（圧縮空気）供給関連系統の構成のみが示され、燃料電
池への燃料ガス（水素ガス）供給関連系統の構成は省略
されている。
【００３６】図示されるように、燃料電池システムに
は、圧縮空気と水素ガスの供給を受けて発電する燃料電
池１と、この燃料電池１の酸化剤極（カソード電極）に
圧縮空気を送り込む圧縮機２が備えられる。
【００３７】圧縮機２の上流には、エアクリーナ３およ
び流量計４が備えられる。ダクト５から吸い込まれた空
気は、エアクリーナ３において浄化されて、圧縮機２に
導入される。圧縮機２へ導入され、燃料電池１側に供給
される空気流量は、流量計４により計測される。
【００３８】圧縮機２から下流の燃料電池１へ至る流路
は、その一部が、並列に設けられた主流路６とバイパス
流路７に分岐している。主流路６とバイパス流路７の分
岐点には切換弁８が、合流点には切換弁９が、それぞれ
設けられる。これらの切換弁８、９の切り換えにより、
圧縮機２からの圧縮空気は、主流路６またはバイパス流
路７のいずれかを選択的に通って、燃料電池１に至る。
【００３９】主流路６には、圧縮空気調整用の機器とし
て、消音器１０と熱交換器１１が介装されている。消音
器１０は、容積式のものが多く用いられる圧縮機２から
の吐出脈動騒音を低減するための装置である。また、熱
交換器１１は、圧縮空気の温度を、燃料電池１が破損し
ない温度まで下げるための装置である。
【００４０】バイパス流路７は、主流路６に比較して小
さな内径の管路で構成されるとともに、このバイパス流
路７上には、消音器１０、圧縮機１２のような圧縮空気
調整用の機器は設けられない。これにより、圧縮機２か
らの圧縮空気をバイパス流路７側に導いた場合には、圧
縮空気調整用機器の容積に基づく圧縮空気の流量および
圧力に時間遅れが生じることなく、また配管が細い分、
圧力を高めるべき容積が小さくて済むので、燃料電池シ
ステムの起動時にも、迅速に十分な量の空気を、燃料電
池１に供給することができるようになっている。なお、
バイパス流路７の管路径は、切換弁８、９による流路切
り換えの際に圧力損失の影響がでない範囲で細くする。
【００４１】切換弁９と燃料電池１の間には圧力計１２
が備えられる。この圧力計１２により、燃料電池１に導
入される圧縮空気の圧力が計測される。
【００４２】燃料電池１の燃料極（アノード電極）に
は、燃料ガスの供給機構（図示せず）からの原燃料ガス
（水素ガス）が、圧力調整弁１３により圧縮空気圧力に
合わせた圧力に調整されたうえで、供給される。圧縮空
気と水素ガスは、燃料電池１における発電に消費され
る。なお、発電に消費されなかった余剰の空気は、圧力
調整弁１４を通って大気中に放出される。
【００４３】圧縮機２を駆動するモータ１５には、モー
タ１５の回転数を制御するインバータ１６、および電源
切換装置１７を介して、電源が供給される。電源切換装
置１７は、モータ１５に供給される電源として、始動用
バッテリー１８（例えば１２Ｖバッテリー）から昇圧器
１９を介して供給される電源と、燃料電池１から供給さ
れる電源を、選択的に切り換える装置である。始動用バ
ッテリー１８は、燃料電池システムの始動時に、圧縮機
２の始動に使用される電源であり、燃料電池１の発電量
がモータ１５を駆動するのに不十分な間は、この始動用
バッテリー１８からの電源供給がなされる。そして、燃
料電池１の発電量が、圧縮機２およびその各種補機の消
費電力をまかなえるまで高まったならば、電源切換装置
１７は電源を燃料電池１側に切り換えることになる。
【００４４】コントローラ２０は、燃料電池システムの
動作を制御する装置である。具体的には、流量計４、圧
力計１２からの検出信号が入力されるとともに、切換弁
８、切換弁９、圧力計１２、圧力調整弁１３、圧力調整
弁１４、インバータ１６、電源切換装置１７と電気的に
接続され、これらの動作を制御するようになっている。
【００４５】図２は、コントローラ２０において実行さ
れる圧縮空気供給関連の始動時制御の処理手順を示すフ
ローチャートである。この制御は、燃料電池システムの
始動運転開始直後に実行される。
【００４６】ステップＳ１では、切換弁８、９を切り換
えて、圧縮機２からの流路をバイパス流路７側に接続す
る。ステップＳ２では、始動用バッテリー１８からの電
源をモータ１５に供給し、所定の目標回転数を目指して
モータ１５を加速する。
【００４７】ステップＳ３では、流量計４で計測される
空気流量Ｑ、圧力計１２で計測される空気圧力Ｐを、そ
れぞれ電源切換流量しきい値Ｑ１、電源切換圧力しきい
値Ｐ１と比較して、空気流量Ｑが電源切換流量しきい値
Ｑ１以上となり、かつ空気圧力Ｐが電源切換圧力しきい
値Ｐ１以上となったか否かの判定がなされる。ここで、
電源切換圧力しきい値Ｑ１、電源切換流量しきい値Ｐ１
とは、燃料電池１の発電量がモータ１５および各種補機
を駆動し得る程度にまで立ち上がったことを判定するた
めの基準値であり、適切な値が、あらかじめ設定されて
いる。
【００４８】この判定により、空気流量Ｑ、空気圧力Ｐ
の少なくとも一方が、電源切換流量しきい値Ｑ１、電源
切換圧力しきい値Ｐ１を超えていない場合には、燃料電
池１がモータ１５等を駆動し得る状態に立ち上がってい
ないということであるから、ステップＳ２に戻り、モー
タ１５をさらに加速する。
【００４９】一方、空気流量Ｑが電源切換流量しきい値
Ｑ１を超え、かつ空気圧力Ｐが電源切換圧力しきい値Ｐ
１を超えた場合には、燃料電池１がモータ１５等を駆動
し得る状態に立ち上がったということであるから、ステ
ップＳ４に進み、モータ１５への電源を燃料電池１に切
り換える。
【００５０】なお、本実施の形態では、空気流量Ｑ、空
気圧力Ｐの２つを電源切換の判定に用い、これら空気流
量Ｑ、空気圧力Ｐの両方が、それぞれ電源切換流量しき
い値Ｑ１、電源切換圧力しきい値Ｐ１を超えたところで
電源を切り換えるようにしたが、本発明はこのような形
態に限られるものではない。例えば、空気流量Ｑ、空気
圧力Ｐのいずれか一方のみを電源切換の判定に用いても
よいし、空気流量Ｑ、空気圧力Ｐの２つを電源切換の判
定に用いつつ、これら空気流量Ｑ、空気圧力Ｐのいずれ
か一方が電源切換流量しきい値Ｑ１、電源切換圧力しき
い値Ｐ１を超えたところで電源を切り換えるようにして
もよい。このように、電源切換タイミング決定に用いら
れる測定量は、適宜選択できるし、また適宜組み合わせ
て用いることができる。
【００５１】ステップＳ５では、燃料電池１からの電源
供給により、目標回転数に向けてモータ１５を加速す
る。
【００５２】ステップＳ６では、空気流量Ｑ、空気圧力
Ｐを、それぞれ流路切換流量しきい値Ｑ２、流路切換圧
力しきい値Ｐ２と比較して、空気流量Ｑが流路切換流量
しきい値Ｑ２以上となり、かつ空気圧力Ｐが電源切換圧
力しきい値Ｐ２以上となったか否かの判定がなされる。
ここで、流路切換圧力しきい値Ｑ２、流路切換流量しき
い値Ｐ２とは、圧縮機２からの圧縮空気の流量および圧
力が、主流路６側に流通させても問題ない程度に高まっ
たか否かを判定するための基準値であり、それぞれ、電
源切換流量しきい値Ｑ１、電源切換圧力しきい値Ｐ１よ
りも大きな適切な値が、あらかじめ設定されている。
【００５３】この判定により、空気流量または空気圧力
の少なくとも一方が、流路切換流量しきい値Ｑ２または
流路切換圧力しきい値Ｐ２を超えていない場合には、空
気流量および圧力が、まだ十分に高まっていないという
ことであるから、ステップＳ５に戻り、モータ１５をさ
らに加速する。
【００５４】一方、空気流量が流路切換流量しきい値Ｑ
２を超え、かつ空気圧力が流路切換圧力しきい値Ｐ２を
超えた場合には、圧縮機２からの空気の流量および圧力
が主流路６側を流通させても問題がない程度に高まった
ということであるから、ステップＳ７に進み、切換弁
８、９を切り換えて、圧縮機２からの流路を主流路６側
とする。
【００５５】なお、この流路切換の判定では、空気流量
Ｑ、空気圧力Ｐの両方が、それぞれ流路切換流量しきい
値Ｑ２、流路切換圧力しきい値Ｐ２を超えたところで電
源を切り換えるようにしたが、上記電源切換の判定の場
合と同様に、本発明はこのような形態に限られるもので
はない。例えば、空気流量Ｑ、空気圧力Ｐのいずれか一
方のみを流路切換の判定に用いてもよいし、空気流量
Ｑ、空気圧力Ｐの２つを流路切換の判定に用いつつ、こ
れら空気流量Ｑ、空気圧力Ｐのいずれか一方が流路切換
流量しきい値Ｑ２、流路切換圧力しきい値Ｐ２を超えた
ところで電源を切り換えるようにしてもよい。このよう
に、流路切換タイミングを決定するための測定量は、適
宜選択できるし、また適宜組み合わせて用いることがで
きる。
【００５６】ステップＳ７の処理で、始動時制御のルー
チンは終了し、燃料電池システムは、定常運転に移行す
る。定常運転では、圧縮機２からの圧縮空気を主流路６
を介して燃料電池１に供給し、燃料電池１による発電が
行われる。
【００５７】つぎに、全体的な作用および効果を説明す
る。
【００５８】燃料電池システムを始動すると、始動用バ
ッテリー１８からの電源供給を受けたモータ１５によ
り、圧縮機２が駆動され、燃料電池１側への空気の吐出
を開始される。モータ１５の回転数は、所定の目標回転
数に向けて加速される。
【００５９】この始動運転開始とともに、圧縮機２から
の空気流路は、切換弁８、９により、バイパス流路７側
に切り換えられる。これにより、圧縮機２からの圧縮空
気は、主流路６側にある各種空気調整用機器（消音器１
０および熱交換器１１）を迂回し、バイパス流路７を通
って、燃料電池１側に供給される。
【００６０】このように、燃料電池システムの始動時に
は、空気調整用機器のないバイパス流路７を通って、燃
料電池１への圧縮空気の供給がなされるので、消音器１
０、熱交換器１１といった圧縮空気調整用機器のもつ容
積によって、圧縮空気の流量および圧力に時間遅れが生
じることない。また、バイパス流路７の管路は、主流路
６に比較して、切換時に圧力損失が生じない限度で細く
なっているので、管路内の余分な圧力を高める必要がな
い。したがって、燃料電池１には、圧縮機２の始動初期
から、迅速に十分な量の圧縮空気が供給されていき、燃
料電池１を早期に立ち上げることができる。この結果、
始動用バッテリー１８における消費電力を少なくなるの
で、始動用バッテリー１８としては比較的小型軽量の電
池を用いればよく、高価で重い２次電池を用いる必要は
なくなり、コスト削減および装置の小型化を達成でき
る。
【００６１】また、冷間時の始動においては、圧縮空気
は、消音器１０、熱交換器１１といった熱容量の大きな
機器を迂回して供給されるので、燃料電池１に供給され
る圧縮空気の温度は適温まで迅速に上昇し、燃料電池１
の発電効率を高くできるという効果もある。
【００６２】なお、このように空気流路をバイパス流路
７側に切り換え、圧縮空気を消音器１０、熱交換器１１
に通さずに燃料電池１に供給したとしても、燃料電池シ
ステムの始動初期段階（空気流量Ｑ、空気圧力Ｐが、流
路切換流量しきい値Ｑ２、流路切換圧力しきい値Ｐ２以
上とならない段階）において行う限り、問題は生じな
い。すなわち、燃料電池システムの始動初期段階では、
圧縮機２の回転数は低いので、空気吐出にともなう騒音
は小さく、消音器１０は必要ない。また、圧縮機２から
吐出される圧縮空気の温度も低いので、熱交換器１１に
よって温度を下げる必要もない。
【００６３】このような始動運転により、モータ１５の
回転数が上昇していくと、圧縮機２からの空気流量Ｑお
よび空気圧力Ｐも上昇して行く。そして、空気流量Ｑ、
空気圧力Ｐが電源切換流量しきい値Ｑ１、電源切換圧力
しきい値Ｐ１以上となると、モータ１５への電源を燃料
電池１に切り換える。
【００６４】さらに、モータ１５の回転数が上昇して、
空気流量Ｑ、空気圧力Ｐが流路切換流量しきい値Ｑ２、
流路切換圧力しきい値Ｐ２以上となると、圧縮機２から
の空気流路を主流路６側に切り換える。これにより、圧
縮空気の供給に関する始動時制御は終了し、燃料電池シ
ステムは、圧縮空気の供給に関して、定常運転に移行す
る。
【００６５】図３は、本発明の第２の実施の形態におけ
る燃料電池システムの一部を示す構成図である。
【００６６】この実施の形態は、上記第１の実施の形態
と比較して、第１の実施の形態では流量計４が圧縮機２
の上流に配設されていたのに対して、流量計４が切換弁
９の下流に配置されている点でのみ異なり、他の構成に
ついては共通するものであるしたがって、第１の実施の
形態と共通する構成については、図３において同一の符
番で示し、説明は省略する。
【００６７】この実施の形態によれば、流量計４が燃料
電池１直前に設けられるので、燃料電池１への供給流量
を、燃料電池１に近い位置で正確に測定することがで
き、精度の高い制御が可能となる。
【００６８】図４は、本発明の第３の実施の形態におけ
る燃料電池システムの一部を示す構成図である。
【００６９】この実施の形態は、上記第２の実施の形態
と比較して、流量計４と圧力計１２との間に、フィルタ
２１と加湿器（湿度調整器）２２を備えた点でのみ異な
り、他の構成については共通する。
【００７０】この実施の形態によれば、燃料電池システ
ムの始動時に、圧縮空気をバイパス通路８を通って供給
する場合でも、燃料電池１の手前のフィルタ２１により
圧縮空気中の有害な塵を除去できる。また、加湿器２２
により圧縮空気を燃料電池１の発電効率を高めるために
最適な湿度とすることができる。
【００７１】図５は、本発明の第４の実施の形態におけ
る燃料電池システムの一部を示す構成図である。
【００７２】この実施の形態では、流量計４と圧力計１
２との間に温度センサ２３を備え、この温度センサ２３
により圧縮空気の温度をモニターし、この空気温度Ｔが
流路切換温度しきい値Ｔ２以上となった時点で、圧縮機
２からの空気流路をバイパス流路７から主流路６に切り
換える。このように圧縮空気の温度に基づいて流路切換
を行うことにより、特に冷間時における流路切り換え
を、より適切なタイミングで行うことができ、燃料電池
システムの始動性を高めることができる。なお、本実施
の形態においても、流路切換タイミングを決定するため
の測定量として、空気温度Ｔに加えて、空気流量Ｑ、空
気圧力Ｐを、適宜組み合わせて用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における燃料電池シ
ステムの一部を示す構成図である。
【図２】同じく圧縮空気供給に関する始動時制御を示す
フローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態における燃料電池シ
ステムの一部を示す構成図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態における燃料電池シ
ステムの一部を示す構成図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態における燃料電池シ
ステムの一部を示す構成図である。
【図６】従来の燃料電池システムを示す構成図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池 ２ 圧縮機 ４ 流量計 ６ 主流路 ７ バイパス流路 ８ 切換弁 ９ 切換弁 １０ 消音器 １１ 熱交換器 １２ 圧力計 １５ モータ １７ 電源切換装置 １８ 始動用バッテリー ２０ コントローラ ２１ フィルタ ２２ 加湿器 ２３ 温度センサ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空気と燃料の供給を受けて発電する燃料電
    池を備えた燃料電池システムにおいて、 燃料電池への空気の主流路に空気調整用機器を配設し、 この主流路と並列にバイパス流路を設け、 始動運転開始後、あらかじめ定められた条件が成立する
    まで、燃料電池への空気流路を前記バイパス流路側とす
    る流路切換手段を備えたことを特徴とする燃料電池シス
    テム。
  2. 【請求項２】前記バイパス流路の管路内径を、前記主流
    路よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の
    燃料電池システム。
  3. 【請求項３】燃料電池に向けて空気を送り出す圧縮機
    と、この圧縮機を駆動するモータと、始動運転時に前記
    モータに電源供給する始動用バッテリーと、燃料電池が
    十分な電力を発電するようになったと判断された時点で
    前記モータへの電源を始動用バッテリーから燃料電池に
    切り換える電源切換装置とを備えたことを特徴とする請
    求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 【請求項４】前記空気調整用機器として、熱交換器を備
    えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
    一つに記載の燃料電池システム。
  5. 【請求項５】前記空気調整用機器として、消音器を備え
    たことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一
    つに記載の燃料電池システム。
  6. 【請求項６】前記流路切換手段は、燃料電池へ供給され
    る空気流量に基づいて前記燃料電池への空気流路を切り
    換えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
    か一つに記載の燃料電池システム。
  7. 【請求項７】前記空気流量を計測する流量計を、前記主
    流路と前記バイパス流路の合流点よりも下流に配設した
    ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 【請求項８】前記流路切換手段は、燃料電池へ供給され
    る空気圧力に基づいて前記燃料電池への空気流路を切り
    換えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれ
    か一つに記載の燃料電池システム。
  9. 【請求項９】前記空気圧力を計測する圧力計を、前記主
    流路と前記バイパス流路の合流点よりも下流に配設した
    ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
  10. 【請求項１０】前記流路切換手段は、燃料電池へ供給さ
    れる空気温度に基づいて前記燃料電池への空気流路を切
    り換えることを特徴とする請求項１から請求項９のいず
    れか一つに記載の燃料電池システム。
  11. 【請求項１１】前記空気温度を計測する温度センサを、
    前記主流路と前記バイパス流路の合流点よりも下流に配
    設したことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池シ
    ステム。
  12. 【請求項１２】前記主流路と前記バイパス流路の合流点
    よりも下流に、フィルタを備えたことを特徴とする請求
    項１から請求項１１のいずれか一つに記載の燃料電池シ
    ステム。
  13. 【請求項１３】前記主流路と前記バイパス流路の合流点
    よりも下流に、湿度調整器を備えたことを特徴とする請
    求項１から請求項１２のいずれか一つに記載の燃料電池
    システム。
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