JP2002151123A

JP2002151123A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2002151123A
Application number: JP2000347110A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Danno; 喜朗団野; Hiroyasu Suzuki; 浩恭鈴木; Akio Shiratori; 彰男白鳥; Takahiro Nakajima; 隆裕中島; Hiroshi Konuma; 浩小沼; Hidetoshi Yoshinari; 秀稔吉成
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池システム内で燃料ガスの生成量と消
費量とのバランスが崩れても、資源をロスしないように
システムを構築する。【解決手段】燃料電池システムはガス供給路３６とガ
ス回収路６０とにそれぞれ水素センサ９０，９２を有し
ており、これら水素センサ９０，９２からＥＣＵ１０に
水素濃度信号Ｄｓ，Ｄｅが入力されている。また燃料電
池システムはガス供給路３６とガス回収路６０とに接続
されたガス貯蔵タンク６６を有しており、ガスポンプ６
８，７０や制御弁７２の作動はＥＣＵ１０により制御さ
れている。ＥＣＵ１０は水素濃度信号Ｄｓ，Ｄｅに基づ
いて燃料ガスの生成量と消費量を求め、これらを互いに
比較した結果、過渡的に生成量の方が多くなった場合は
ガス貯蔵タンク６６に燃料ガスを貯蔵させる一方、生成
量の方が少なくなった場合はガス貯蔵タンク６６から燃
料ガスを排出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料を改質して燃料
ガスを生成し、この燃料ガスを反応させて発電すること
ができる燃料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の燃料電池システムに関する従来
技術は、例えば特開平９−３０６５３１号公報に記載さ
れている。この公知の燃料電池システムはその内部に緩
衝用タンクを備えており、その緩衝用タンクは改質器か
ら燃料電池本体に向かうガス供給通路に介在して設けら
れている。そして、公知の燃料電池システムはその燃料
電池の負荷が一時的に増大して必要な燃料ガス量が不足
すると、緩衝用タンク内の燃料ガスを利用して一時的に
ガス供給量を増加させるものとしている。この場合、燃
料電池のガス要求量が増加したのに対し、改質器のガス
生成能力の立ち上げが間に合わない状況にあっても、燃
料ガスの不足分は緩衝用タンクから補償されるものと認
められる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の燃
料電池システムの目的は発電に要する資源効率を高め、
また資源の消費により生じる環境負荷を低減することに
ある。このためシステム内で生成された燃料ガスはより
効率的に発電に使用され、またシステム外への燃料ガス
の排出は可能な限り低減されていることが望ましい。

【０００４】しかしながら、上述した公知の燃料電池シ
ステムは一時的な電池負荷の増加に伴うガス不足を補償
できる点では有効であるものの、システム内で燃料ガス
が余剰となった場合、これを無駄に排出するおそれがあ
る。具体的には、改質器の過渡特性はガス生成能力の立
ち上がりに応答遅れを有する反面、その低下の場合にも
同様の応答遅れを示す。このため例えば燃料電池の負荷
が急激に低下した場合、改質器のガス生成能力が充分に
低下するまでの間は燃料ガスの供給が過剰となり、多量
の余剰ガスが配管内に排出されることになる。このとき
公知の燃料電池システムは配管内の燃料ガスを還流させ
てガス不足を補うための機能しか有しないため、燃料ガ
スが余剰のときはこの機能が使えず、そのまま配管内の
燃料ガスを改質器に戻す以外に方法がない。一方、改質
器ではガス生成能力を低下させる過程にあるため、多量
の燃料ガスが戻されてきてもこれを燃焼させて熱エネル
ギに利用することができず、単に燃焼または大気に放出
して処分するしかない。

【０００５】そこで本発明はシステム内での燃料ガスの
供給が過渡的に過剰となったり、あるいは不足となる場
合にあっても燃料ガスを有効に活用することができる燃
料電池システムの構築を課題としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池システ
ム（請求項１）は、改質装置と燃料電池との間をつなぐ
ガスの供給経路または回収経路に接続されたガス貯蔵装
置を備えており、このガス貯蔵装置はその接続先から燃
料ガスを導入して貯蔵する一方、貯蔵したガスを接続先
に向けて排出することができる。また燃料電池システム
は、改質装置および燃料電池の各作動状態を検出するた
めの手段を備えており、これら検出した各作動状態を互
いに比較した結果に基づいて燃料ガスの貯蔵および排出
を制御するものとしている。なお好ましいシステムの態
様としては、上述したガス貯蔵装置はタンクを含むもの
であってもよい。

【０００７】燃料電池はその負荷が増減すると発電量も
同時に増減する特性を有しているが、改質装置における
ガス生成能力の変化には上述のように過渡特性がある。
このため改質装置のガス生成能力が安定化するまでの過
渡期間には、システム内で生成される燃料ガス量と発電
に消費される燃料ガス量との間に過渡的な不均衡が生じ
る。このような不均衡は改質装置におけるガス生成量と
燃料電池におけるガス消費量との差として現れるから、
改質装置の作動状態として例えばガス生成量を検出する
一方、燃料電池の作動状態として例えばガス消費量を検
出し、これらを互いに比較すれば両者間の大小関係とと
もにその差もまた明らかとなる。

【０００８】この比較結果に基づいて、例えばガス生成
量の方が大である場合はガス貯蔵装置に燃料ガスを貯蔵
させ、逆にガス消費量の方が大である場合は燃料ガスを
排出させるべく制御すれば、システム内で燃料ガスが余
剰のときはその余剰分を貯蔵しておき、燃料ガスが不足
したときに不足分の燃料ガスを補償することができる。
また両者間の差に応じて燃料ガスの貯蔵量または排出量
を決定すれば、システムの過渡特性に合わせて適切な制
御が可能となる。

【０００９】上述したガス貯蔵装置は、燃料ガスの回収
経路に接続されている態様が好ましい（請求項２）。こ
の回収経路には燃料電池での発電に寄与することなく未
反応のまま排出された燃料ガスが流れているため、これ
を貯蔵する態様であれば、システム内での積極的な貯蔵
を目的とした余分な改質作業を行う必要がない。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態として
は、例えば電気自動車用の電源に燃料電池システムを適
用したものを挙げることができる。ただし本発明の適用
が車両のみに限定されるものではない。図１は、本発明
の燃料電池システムを搭載した燃料電池車１を示してい
る。この燃料電池車１は走行用モータ２の駆動力により
走行し、その電力を主に燃料電池システムから得ること
ができる。

【００１１】具体的には、燃料電池車１のフロア下には
改質装置４や燃料電池スタック６，燃料タンク８，電子
制御ユニット（ＥＣＵ）１０等の機器類が搭載されてお
り、これら機器類を有機的に結合して本発明の燃料電池
システムの構成が具現されている。また燃料電池車１は
燃料電池システムの他に出力補助用として二次電池１２
を装備しており、この二次電池１２は充電制御装置１３
を備えている。

【００１２】上述した走行用モータ２の出力はモータ制
御装置１４により制御されており、燃料電池スタック６
と二次電池１２とはそれぞれコンタクタ１５，１６を介
してモータ制御装置１４に接続されている。また燃料電
池車１はそのフロントノーズ部にラジエータ１８を備え
ており、このラジエータ１８は主に燃料電池スタック６
の冷却に使用される。その他、燃料電池車１は補器１９
をも装備している。

【００１３】図２は燃料電池車１における燃料電池シス
テムの構成をより具体的に示している。改質装置４は蒸
発部２０と改質部２２とＣＯ処理部２４とを一体的に備
えており、その蒸発部２０に対し燃料タンク８から燃料
供給路２６を通じて改質用燃料（例えばメタノール）が
供給される。なお燃料供給路２６の途中には燃料供給ポ
ンプ２８が介挿されており、その出口には燃料噴射弁
（図示していない）が設けられている。また蒸発部２０
にはプロセス水供給路３０を通じてプロセス水が供給さ
れており、このプロセス供給路３０の出口にも水噴射弁
（図示していない）が設けられている。

【００１４】蒸発部２０で蒸発された燃料およびプロセ
ス水は改質部２２で改質反応に供され、ここで燃料ガス
としての水素が生成される。なお改質部２２には空気供
給路３２を通じて空気（酸素）が供給されており、その
空気は例えば、外気からエアポンプ３４により圧送され
ている。また改質部２２で生成された燃料ガスはＣＯ処
理部２４にて一酸化炭素分を取り除く処理を受けた後、
ガス供給路３６を通じて燃料電池スタック６に供給され
る。

【００１５】燃料電池スタック６はその燃料極３８に燃
料ガスの供給を受ける一方、空気極４０には空気の供給
を受ける。上述した空気供給路３２中、空気極４０の手
前には加湿器４２が介挿されており、この加湿器４２に
もプロセス水供給路３０が分配して接続されている。燃
料電池スタック６により発電された電力は、その両極３
８，４０から上述したコンタクタ１５を通じてモータ制
御装置１４や二次電池１２等の電機系に向けて出力され
る。各セルで水素と酸素との反応により生成された水は
水回収路４６を通じて集められ、水タンク４８に回収さ
れる。回収された水は水タンク４８から水ポンプ５０に
より圧送され、イオン交換樹脂５２を介して上述したプ
ロセス水供給路３０に送出される。また燃料電池スタッ
ク６には上述したラジエータ１８を含む冷却水路５４が
接続されており、冷却水は冷却水ポンプ５６により冷却
水路５４を通じて循環されている。

【００１６】燃料電池スタック６の両極３８，４０には
それぞれガス回収路６０ａ，６０ｂが接続されており、
これらガス回収路６０ａ，６０ｂは例えば一系統に合流
し、集合のガス回収路６０を形成して改質装置４まで延
びている。改質装置４には回収された燃料ガスを燃焼さ
せるための燃焼部６２が一体的に形成されており、この
燃焼部６２は燃焼触媒を有している。

【００１７】燃料電池スタック６において各セルでの反
応に供されず、燃料極３８から未反応のまま排出された
燃料ガスはガス回収路６０ａを通じて回収される。同様
に空気極４０を通過した酸素もまたガス回収路６０ｂを
通じて回収される。本実施形態の燃料電池システムで
は、例えば燃料電池スタック６から回収した応燃料ガス
を燃焼部６２に供給して燃焼させることにより、改質装
置４でのガス生成に必要となる熱量を発生させるガス処
理を行っている（ガス処理装置）。なお燃料ガスの処理
方法は燃焼のみに限られるものではない。

【００１８】またガス供給路３６およびガス回収路６０
にはそれぞれ途中に分岐通路６４，６５を介してガス貯
蔵タンク６６が接続されている。分岐通路６４，６５に
はそれぞれガスポンプ６８，７０が介挿されており、ま
たこれらガスポンプ６８，７０とガス貯蔵タンク６６と
の間にそれぞれ制御弁７２，７４が介挿されている。ガ
スポンプ６８，７０は分岐通路６４，６５の接続先であ
るガス供給路３６またはガス回収路６０内を流れる燃料
ガスを引き込み、これをガス貯蔵タンク６６に向けて圧
送する。ガス貯蔵タンク６６は圧送された燃料ガスをそ
の内部に圧縮して貯蔵することができる。

【００１９】更にガス貯蔵タンク６６には複数の吐き出
し先が用意されており、具体的にはガス貯蔵タンク６６
にはガス供給路３６およびガス回収路６０にそれぞれ繋
がる排出通路８０，８２が接続されている。また、これ
ら排出通路８０，８２にはそれぞれ制御弁８４が介挿さ
れており、個々の制御弁８４により排出通路８０，８２
の開閉が切り換え可能となっている。個々の制御弁８４
が開かれると、ガス貯蔵タンク６６はその接続先である
ガス供給路３６やガス回収路６０に向けて燃料ガスを排
出することができる。

【００２０】ガス供給路３６への排出通路８０に代えて
改質装置４の改質部２２にガスを排出するための通路７
８を用いてもよく、この場合も同様にガス貯蔵タンク６
６から排出された未反応水素はガス供給路３６に導かれ
て燃料電池スタック６に供給される。このプロセスには
水素が改質装置４内を通ることでその温度や湿度が最適
化されるという利点がある。

【００２１】なおガス貯蔵タンク６６やガスポンプ６
８，７０等は、例えば上述した補器１９のためのスペー
スに収容することができる。またガス供給路３６とガス
回収路６０とに繋がる排出通路８０，８２はそれぞれ分
岐通路６４，６５よりも下流側に接続されている。また
本実施形態ではガス回収路６０中に燃料電池スタック６
の空気極４０から排出された空気（酸素）もまた混入し
ているため、その中から水素のみを分離するための水素
分離装置８６が分岐通路６５の途中に介挿されている。
水素分離装置８６は例えば水素分離膜を備えており、水
素分離膜はガスポンプ７０により圧送される燃料ガス中
の水素のみを通過させ、このとき燃料ガスを純水素化す
る。水素分離装置８６は水素を取り除いた後のガスを通
路８６ａ内に排出し、この排出ガスは通路８６ａを経て
ガス回収路６０に戻される。なお水素分離装置８６は分
岐通路６５ではなく、その上流のガス回収路６０に介挿
されていてもよい。

【００２２】また、分岐通路６５はガス回収路６０ａに
接続されていてもよく、この場合、水素分離装置を設け
なくてもよい。ただし水素分離装置を設けた場合はＣＯ
₂などが除去できるのでガス貯蔵タンク６６の効率的な
利用ができる。燃料電池システムの電子制御ユニット
（ＥＣＵ）１０はシステム内のガスポンプ６８，７０お
よび制御弁７２，７４，８４の作動を制御する機能を有
している。また図２には示されていないが、ＥＣＵ１０
は燃料供給ポンプ２８やエアポンプ３４，水ポンプ５０
等の作動を制御することもでき、また燃料噴射弁および
水噴射弁の駆動を制御して蒸発部２２への燃料供給量お
よび水供給量を正確に制御することができる。

【００２３】燃料電池システムには各種のセンサ類が設
けられている。センサ類には例えば燃料電池スタック６
の発電電流値を検出する電流センサ８８があり、この電
流センサ８８は検出した発電電流値信号ＡｂをＥＣＵ１
０に出力する。またガス供給路３６および燃料電池スタ
ック６には、それぞれ水素センサ９０，９２が設けられ
ている。より詳しくは、一方の水素センサ９０は改質装
置４の出口近傍に設けられており、この水素センサ９０
はガス供給路３６を流れる燃料ガス中の水素濃度を検出
し、その水素濃度信号ＤｓをＥＣＵ１０に出力する。他
方の水素センサ９２は、燃料電池スタック６の燃料極３
８に繋がるガス回収路６０に設けられており、この水素
センサ９２は排出ガス中の水素濃度を検出し、その水素
濃度信号ＤｅをＥＣＵ１０に出力する。

【００２４】以上が本発明の燃料電池システムを燃料電
池車１に搭載した場合の実施形態である。燃料電池シス
テムのＥＣＵ１０は、燃料電池車１の運転中において燃
料ガスのガス貯蔵タンク６６への貯蔵とそこからの排出
を行う作動を制御することができる。

【００２５】

【実施例】以下に燃料電池システムにおけるＥＣＵ１０
の制御機能について具体的な実施例を挙げて説明する。
図３は燃料電池車１の運転中にＥＣＵ１０が実行するこ
とができるガス制御ルーチンのフローチャートを示して
いる。

【００２６】先ずガス制御ルーチンのステップＳ１でＥ
ＣＵ１０は、上述した各種センサ類から入力されるセン
サ信号等の情報を読み込む。そしてＥＣＵ１０は次にス
テップＳ２に進み、ここで読み込み済みの情報に基づい
て改質装置４および燃料電池スタック６の作動状態をそ
れぞれ検出する。具体的には、ＥＣＵ１０は水素センサ
９０からの水素濃度信号Ｄｓに基づいて燃料ガスの生成
量を算出する（改質作動状態検出手段）。またＥＣＵ１
０は発電センサ８８からの発電電流値信号Ａｂに基づい
て燃料電池スタック６の発電量を求め、その発電に要し
た燃料ガスの消費量を算出する。あるいはＥＣＵ１０
は、２つの水素センサ９０，９２からの水素濃度信号Ｄ
ｓ，Ｄｅの出力差に基づいて燃料ガスの消費量を算出す
ることもできる（燃料電池作動検出手段）。

【００２７】ＥＣＵ１０は次にステップＳ３に進み、こ
こで各作動状態を互いに比較する。本実施例の場合、Ｅ
ＣＵ１０は燃料ガスの生成量と消費量とを大小比較し、
例えば生成量が消費量よりも大きいか否かを判断する。
いま、燃料電池車１の定常走行中に運転者がアクセルペ
ダルの踏み込みを解除して車両を減速走行に移行させた
とき、その時点で燃料電池スタック６は無負荷となり、
燃料ガスの消費量は急減（＝０）する。このとき改質装
置４は制御上、ガス生成量の目標値を低下させているも
のの、実際の応答が遅れている分だけ燃料ガスの生成量
はその消費量を上回る。この場合、ＥＣＵ１０はステッ
プＳ３での判断を肯定（Ｙｅｓ）し、次にステップＳ４
に進む。ステップＳ４以降の手順では、ＥＣＵ１０はシ
ステム内の燃料ガスをガス貯蔵タンク６６に貯蔵させる
制御を実行する。

【００２８】先ずステップＳ４でＥＣＵ１０は燃料ガス
の貯蔵時間を決定する。この貯蔵時間は、改質装置４の
ガス生成能力が低下するまでガス貯蔵タンク６６に燃料
ガスを取り込むための時間として規定されている。具体
的には、ＥＣＵ１０はこれまでに検出した燃料ガスの生
成量と消費量との差に応じて貯蔵時間を決定することが
できる。このとき両者の差が大きければ、余剰ガスの量
も多いと考えられるため、それだけ貯蔵時間を延長する
必要がある。逆に差が小さければ貯蔵時間を短縮しても
よい。なお、ＥＣＵ１０は予め改質装置４において改質
反応が定常化するまでの所要時間（例えば３０秒程度）
を記憶しておくことができ、この所要時間を基礎として
具体的に貯蔵時間を決定することが好ましい。

【００２９】ステップＳ４で貯蔵時間を決定するとＥＣ
Ｕ１０はステップＳ５に進み、ここでガスポンプ６８，
７０を作動させるとともに制御弁７２，７４を開弁させ
る。この結果、ガス供給路３６とガス回収路６０からガ
ス貯蔵タンク６６に燃料ガスが取り込まれる。なお、こ
のときＥＣＵ１０はガスポンプ７０のみを作動させ、ガ
ス回収路６０内の燃料ガスだけを取り込ませる態様であ
ってもよい。

【００３０】次にＥＣＵ１０はステップＳ６に進み、上
述の貯蔵時間が経過するまで（Ｎｏ）ステップＳ５を繰
り返す。ステップＳ６で貯蔵時間が経過すると（Ｙｅ
ｓ）、ＥＣＵ１０はステップＳ６からステップＳ７に進
み、燃料ガスの貯蔵を停止する。具体的には、ＥＣＵ１
０はガスポンプ６８，７０の作動を停止させ、また制御
弁７２，７４を閉弁させる。

【００３１】減速による発電負荷の変化発生後、改質装
置４の水素生成能力が充分に低下するまでの間、すなわ
ち燃料ガスの貯蔵時間内は改質装置４の水素発生量が時
間とともに変化するので、より望ましくはガスポンプ６
８，７０を可変能力型のものとし、時間の経過とともに
これらの能力を変化させてもよい。このときポンプ能力
の変化は予めプログラムされたパターンに従って制御さ
れるものでもよいし、改質装置４の運転状態と燃料電池
スタック６の発電負荷状態とを比較した結果に応じて制
御されるものでもよい。

【００３２】以上のように車両を減速走行へ移行させる
場合は通常、ステップＳ３の判断が肯定（Ｙｅｓ）とな
り、ＥＣＵ１０はシステム内で余剰の燃料ガスを貯蔵さ
せる制御を行う。これに対し加速走行への移行の場合は
ステップＳ３の判断が否定（Ｎｏ）となり、貯蔵させた
燃料ガスを排出させる制御を行う。以下にその具体的な
制御手順を説明する。

【００３３】例えば、運転者がアクセルペダルを踏み込
んで車両の加速を要求すると、燃料電池スタック６への
負荷が急増する。図１には示されていないが、燃料電池
車１にはアクセルポジションセンサが設けられており、
そのセンサ信号ＡＰＳはＥＣＵ１０にも入力されてい
る。この場合、ガス制御ルーチンのステップＳ１でＥＣ
Ｕ１０はセンサ信号ＡＰＳを読み込み、次のステップＳ
２でセンサ信号ＡＰＳに基づいて燃料電池スタック６に
対する負荷を検出することができる。

【００３４】なおステップＳ２では、ＥＣＵ１０は減速
の場合と同様に水素濃度信号Ｄｓに基づいて燃料ガスの
生成量を検出する。一方、燃料電池スタック６の負荷と
そのとき必要な燃料ガスの消費量との関係は予め明らか
であるから、ＥＣＵ１０は検出した負荷に基づいて燃料
ガスの必要消費量を求めることができる（燃料電池作動
検出手段）。

【００３５】ＥＣＵ１０がステップＳ３で燃料ガスの生
成量と必要消費量とを互いに比較すると、改質装置４の
ガス生成能力が充分に立ち上がるまで過渡的に生成量が
必要消費量を下回る。従ってステップＳ３での判定が否
定（Ｎｏ）となり、ＥＣＵ１０はステップＳ８に進む。
ステップＳ８に進むと、ＥＣＵ１０は燃料ガスの排出時
間を決定する。この排出時間は改質装置４のガス生成能
力が立ち上がるまでガス貯蔵タンク６６から燃料ガスを
排出するための時間として規定されている。上述した貯
蔵時間の場合と同様に、排出時間は例えば生成量と必要
消費量との差に基づいて決定することができる。

【００３６】改質装置４の能力の立ち上がりの経過に伴
って改質装置４のガス生成量が変化するので、より望ま
しくはガス貯蔵時と同様に制御弁８４を可変流量型のも
のとし、時間の経過ととともに時間あたりの排出量を変
化させてもよい。このとき制御弁８４による排出流量の
変化は予めプログラムされたパターンに従って制御され
るものでもよいし、あるいは改質装置４の運転状態と燃
料電池スタック６の発電負荷状態とを比較した結果に応
じて制御されるものでもよい。

【００３７】ステップＳ８で排出時間を決定するとＥＣ
Ｕ１０はステップＳ９に進み、ここで制御弁８４を開弁
させる。制御弁８４が開かれると、ガス貯蔵タンク６６
から各排出通路８０，８２を通じて燃料ガスが排出され
る。この結果、排出された燃料ガスは燃料電池スタック
６，燃焼部６２に供給される。なお、このときＥＣＵ１
０が燃料電池スタック６か燃焼部６２かの何れに燃料ガ
スを供給するべきかを個別に判断し、対応する制御弁８
４のみを選択的に開弁させる態様も好ましい。その個別
に具体的な態様としては、例えば以下の例が挙げられ
る。

【００３８】燃料ガスを燃焼部６２に供給すれば、改質
装置４での改質反応に利用される熱量を増大させてその
生成能力の立ち上げを促進することができる。また、加
速時により多くの燃料ガスを燃料電池スタック６に供給
すれば、改質装置４でのガス生成能力が立ち上がるまで
の間に発電に必要な燃料ガスを補償することができる。

【００３９】従って、上記の何れかの状況が認められる
とＥＣＵ１０が判断したとき、ＥＣＵ１０が各個別に対
応する制御弁８４を開弁させてもよい。ＥＣＵ１０はス
テップＳ１０に進み、上述の排出時間が経過するまで
（Ｎｏ）ステップＳ９を繰り返す。ステップＳ１０で貯
蔵時間が経過すると（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０はステップ
Ｓ１０からステップＳ１１に進み、燃料ガスの排出を停
止する。この場合、ＥＣＵ１０はステップＳ９で開かせ
た制御弁８４を閉弁させる。

【００４０】上述のように燃料電池車１の走行状態の変
化に応じて改質装置４と燃料電池スタック６の作動状態
がそれぞれ変動すると、ＥＣＵ１０は検出した各作動状
態を比較し、その結果に基づいて燃料ガスの貯蔵・排出
を制御する（ガス制御手段）。その結果、システム内で
の燃料ガスの生成量と消費量とが過渡的にバランスしな
い状況にあっては、余剰ガスが生じた場合はこれをガス
貯蔵タンク６６に貯蔵し、一方、ガス不足が生じるとガ
ス貯蔵タンク６６から燃料ガスを排出させて速やかに不
足分を補償することができる。また、本実施例のように
各作動状態を比較した結果に基づいて貯蔵時間または排
出時間、更に望ましくは時間あたりの貯蔵量や排出量を
決定して制御していれば（ステップＳ４〜Ｓ７，ステッ
プＳ８〜Ｓ１１）、改質装置４の作動が定常化するまで
システムが不安定となるのを有効に防止することができ
る。

【００４１】なお本実施形態では燃料電池スタック６の
下流側、つまりガス回収路６０から分岐通路６５を通じ
て燃料ガスを貯蔵しているため、システム内で余剰とな
る燃料ガスを効率的に貯蔵することができる。すなわ
ち、燃料電池システム内では通常、燃料電池スタック６
の故障を防止するため電池負荷に対応した必要量よりも
多めに燃料ガスが供給されている。このため、供給され
た燃料ガスの一部は燃料電池スタック６での反応に供さ
れることなく排出されるので、特にシステム内で積極的
に貯蔵を目的とした余分な改質作業を行う必要がなく、
回収した余剰ガスを蓄えておくことで容易にガス不足の
補償に備えることができる。

【００４２】なお、図３のガス制御ルーチンは一例とし
て挙げたものであり、適宜にそのステップの内容や手順
を書き換えてＥＣＵ１０の制御機能を発揮させることも
可能である。例えば、ガス制御ルーチンのステップＳ３
での判断は水素濃度信号Ｄｅに基づいて行う態様であっ
てもよい。この場合、ガス回収路６０内での水素濃度が
ある上限値を超えるとＥＣＵ１０はステップＳ３の判断
を肯定（Ｙｅｓ）し、逆に水素濃度が下限値を下回ると
ステップＳ３の判断を否定（Ｎｏ）する。また貯蔵・排
出時間や時間あたりの貯蔵量・排出量は水素濃度に基づ
いて決定される態様であってもよい。また貯蔵時間や排
出時間を決定するのではなく、単位時間毎にガス生成量
とガス消費量とにより貯蔵または排出を行うようにして
もよい。

【００４３】その他、ガス回収路６０内で水素濃度を検
出する代わりに、ガス流速を検出してガス生成量を求め
ることもできる。あるいは、改質装置４に対して既に供
給された燃料およびプロセス水の量を計測しておき、そ
の供給量に基づいてガス生成量を求めることもできる。
なお、図２の一実施形態では、ガス貯蔵装置として容積
圧縮型のガス貯蔵タンク６６を例示しているが、これに
代えて例えば水素吸蔵合金を用いたり、あるいは、蓄圧
容器中に活性炭等の水素吸着剤を備えたものを用いるこ
ともできる。

【００４４】また、一実施形態では未反応燃料ガスを純
水素化するために水素分離装置８６を使用しているが、
例えば、回収したガスを燃料電池スタック６に供給しな
い態様の場合、特に水素分離装置８６は不要である。そ
の他、本発明の燃料電池システムは一実施形態に限られ
ず、個々の構成要素は各種の均等手段等で置き換え可能
であることはいうまでもない。

【００４５】

【発明の効果】本発明の燃料電池システム（請求項１）
によれば、燃料ガスの生成と消費に関し、これらの間の
量的な不均衡を解消させる方向にシステムは安定とな
る。また燃料電池の下流側で燃料ガスを貯蔵しているた
め（請求項２）、余剰ガスの貯蔵が効率的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池システムを燃料電池車に搭載
した実施形態を表す概略図である。

【図２】燃料電池システムの具体的な構成を示した概略
図である。

【図３】一実施例として実行されるガス制御ルーチンの
フローチャートである。

【符号の説明】

４改質装置６燃料電池スタック８燃料タンク１０ＥＣＵ３６ガス供給路（供給経路）６０ガス回収路（回収経路）６２燃焼部６６ガス貯蔵タンク６８，７０ガスポンプ７８，８０，８２排出通路（排出経路）８４制御弁８８電流センサ９０，９２水素センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木浩恭東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者白鳥彰男東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者中島隆裕東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者小沼浩神奈川県相模原市田名3000番地三菱重工業株式会社汎用機・特車事業本部内 (72)発明者吉成秀稔神奈川県相模原市田名3000番地三菱重工業株式会社汎用機・特車事業本部内Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA01 BA13 MM08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】改質装置により生成した燃料ガスを燃料
電池に供給し、前記燃料ガスの反応を通じて電力を発生
させる燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から排出された燃料ガスを回収し、その処
理を行うガス処理装置と、前記改質装置から前記燃料電池へ燃料ガスを供給する供
給経路および前記燃料電池から排出された燃料ガスを前
記ガス処理装置へ送る回収経路の少なくとも一方に接続
され、その接続先から燃料ガスを導入して貯蔵する一
方、この貯蔵した燃料ガスを前記接続先に向けて排出可
能なガス貯蔵装置と、前記改質装置の作動状態を検出する改質装置作動検出手
段と、前記燃料電池の作動状態を検出する燃料電池作動検出手
段と、前記改質装置作動検出手段および前記燃料電池作動検出
手段により検出された前記各作動状態を互いに比較し、
その結果に基づいて前記ガス貯蔵装置による燃料ガスの
貯蔵および排出を制御するガス制御手段とを具備したこ
とを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】前記ガス貯蔵装置は前記回収経路に接続
されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池
システム。