JP2006032151A - 燃料電池の排出ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理時間が短く、制御も簡単な燃料電池の排出ガス処理装置を提供する。
【解決手段】 燃料電池１のアノード３から排出されるアノードオフガスを希釈室５１に導入し、この希釈室５１内のアノードオフガスを、燃料電池１のカソード４から排出されるカソードオフガスと混合して希釈し排出する燃料電池１の排出ガス処理装置５０において、燃料電池１のカソード４にカソードガスを供給するカソードガス供給路８と希釈室５１とがバイパス弁５を有するバイパス路６で接続され、バイパス弁５は通常は閉じており、所定の開始条件により開閉動作を複数回繰り返すように制御される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、燃料電池から排出されるガスを希釈処理する排出ガス処理装置に関するものである。

燃料電池車両等に搭載される燃料電池には、反応ガスを電気化学反応させて電力を得るものがある。この種の燃料電池として、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素を含む空気）を供給して、これら反応ガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。
この燃料電池では、発電に伴ってカソード側で水が生成され、この生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード側にも浸入する。また、カソードに供給された空気中の窒素は微量ながら固体高分子電解質膜をアノード側に透過して水素ガスに混入する。アノード側におけるこれら水分や窒素等の不純物は、燃料電池の発電を不安定にする虞がある。

特に、燃料の利用率を上げるために燃料電池から排出される未反応の水素（アノードオフガス）をリサイクルさせて新鮮な水素ガスと混合して再度燃料電池に供給する循環型の燃料電池システムでは、アノード側の前記不純物濃度が徐々に高まる傾向にある。
そこで、この種の燃料電池では、アノードオフガスが循環するアノードオフガス循環路から定期的に排出弁を開放して前記不純物を含むアノードオフガスを排出し、アノードオフガス中の不純物濃度を低減させている。

このアノードオフガス循環路から排出されるアノードオフガスを外部（大気）に排出する際には、排出ガス処理装置によって、希釈ガス（例えば、カソードから排出されるカソードオフガスとしての空気）で前記アノードオフガスを希釈し、水素濃度を低減してから排出している。
この排出ガス処理装置としては、アノードオフガスをアノードオフガス導入管を介して希釈室に導入可能にし、また、希釈室にカソードオフガス管を貫通させるとともに、希釈室内におけるカソードオフガス管にガス排出孔を設けて構成されたものが知られている。

この排出ガス処理装置では、燃料電池の運転期間中、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスが常にカソードオフガス管を流通しており、一方、アノードオフガスは排出要求のあったときに、アノードオフガス導入管を介して希釈室内に導入され拡散し滞留する。希釈室内で滞留しているアノードオフガスはガス排出孔から徐々にカソードオフガス管に吸い込まれ、カソードオフガス管を流通するカソードオフガスと混合されて希釈され、カソードオフガス管を下流へと流れ排出される。
ところで、この種の排出ガス処理装置においては、発電停止中は燃料電池からカソードオフガスが排出されないので、発電停止中に希釈室内に滞留するアノードオフガスが自然拡散して希釈室よりも上流に逆流しないようにする必要がある。

そのため、特許文献１に開示された従来の排出ガス処理装置では、燃料電池のカソードにカソードガス（空気）を供給するカソードガス供給管からバイパス管を分岐して希釈室に接続し、燃料電池の停止時には、バイパス管を介してカソードガスを希釈室に導入し、希釈室内に滞留するアノードオフガスをカソードガスで希釈して排出するようにしている。

また、特許文献２に開示された従来の排出ガス処理装置では、発電停止後も燃料電池のカソードにカソードガス（空気）を供給し続けることで燃料電池からカソードオフガス管に空気の排出を継続させ、この空気で希釈室内に滞留するアノードオフガスを希釈し排出している。
特開２００４−１３９８１５号公報 特開２００４−１２７７４９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された排出ガス処理装置のようにバイパス管を介してカソードガスを希釈室に導入する場合、希釈後のガスの水素濃度を所定値以下に低減するためには、希釈室に導入するカソードガスの流量を調整する必要があるが、その流量調整を流量制御弁の弁開度制御により行うと、制御が複雑になる。
また、特許文献２に開示された排出ガス処理装置のように発電停止後に燃料電池へのカソードガスの供給を継続するだけで希釈室内に滞留するアノードオフガスを希釈し排出する方法では、処理時間が長くかかる。また、ファンやエゼクタを搭載するために弁装置の重量が大きくなるため排出ガス処理装置の重量が大となり、車載性が低下するという問題がある。
そこで、この発明は、軽量にでき、処理時間が短く、制御も簡単な排出ガス処理装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）のアノード（例えば、後述する実施例におけるアノード３）から排出されるアノードオフガスを希釈室（例えば、後述する実施例における希釈室５１）に導入し、この希釈室内のアノードオフガスを、前記燃料電池のカソード（例えば、後述する実施例におけるカソード４）から排出されるカソードオフガスと混合して希釈し排出する燃料電池の排出ガス処理装置（例えば、後述する実施例における排出ガス処理装置５０）において、前記燃料電池のカソードにカソードガスを供給するカソードガス供給路（例えば、後述する実施例における空気供給路８）と前記希釈室とがバイパス弁（例えば、後述する実施例におけるバイパス弁５）を有するバイパス路（例えば、後述する実施例におけるバイパス路６）で接続され、前記バイパス弁は通常は閉じており、所定の開始条件により開閉動作を複数回繰り返すように制御されることを特徴とする。
このように構成することにより、所定の開始条件が整ったときに、バイパス路を介して希釈室にカソードガスを導入して希釈室内のアノードオフガスを迅速に排出することができるので、アノードオフガスを希釈ガスで希釈することができる。また、バイパス弁は単なる開閉弁で済み、このバイパス弁の開閉制御だけで希釈室に導入されるカソードガスの流量を希釈に最適な流量に制御することができるので、制御が簡単になるとともに、装置の重量、大きさを低減させることができる。

請求項２に係る発明は、燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）のアノード（例えば、後述する実施例におけるアノード３）から排出されるアノードオフガスを希釈室（例えば、後述する実施例における希釈室５１）に導入し、この希釈室内のアノードオフガスを、前記燃料電池のカソード（例えば、後述する実施例におけるカソード４）から排出されるカソードオフガスと混合して希釈し排出する燃料電池の排出ガス処理装置（例えば、後述する実施例における排出ガス処理装置５０）において、前記燃料電池のカソードにカソードガスを供給するカソードガス供給路（例えば、後述する実施例における空気供給路８）と前記希釈室とがバイパス弁（例えば、後述する実施例におけるバイパス弁５）を有するバイパス路（例えば、後述する実施例におけるバイパス路６）で接続され、前記バイパス弁は通常は閉じており、所定の開始条件により開き、該バイパス弁を開いている間、前記バイパス路を流通するカソードガスの流量が徐々に増大制御されることを特徴とする。
このように構成することにより、所定の開始条件が整ったときに、バイパス路を介して希釈室にカソードガスを導入して希釈室内のアノードオフガスを迅速に排出することができるので、アノードオフガスを希釈ガスで希釈することができる。また、バイパス弁を開いている間、希釈室に導入されるカソードガスの流量を徐々に増大させることができるので、希釈室内のアノードオフガスが希釈されないまま吹き抜けて排出されるのを防止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記燃料電池のカソードからカソードオフガスを排出するカソードオフガス路（例えば、後述する実施例における空気排出路９）に圧力制御弁（例えば、後述する実施例における圧力制御弁１０）を備え、前記圧力制御弁の開度を徐々に閉じる方向に制御することにより前記バイパス路を流通するカソードガスの流量を徐々に増大することを特徴とする。
このように構成することにより、バイパス弁を一定開度で開いた状態を保持しながら、希釈室に導入されるカソードガスの流量を徐々に増大させることができるので、バイパス弁は単なる開閉弁で済む。また、バイパス弁の制御が開閉制御で済み、装置の重量、大きさを低減させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記開始条件は、「前記燃料電池の発電停止から所定時間経過後」であることを特徴とする。
このように構成することにより、排出ガスの水素濃度を所定値以下に抑制しつつ、希釈処理を迅速に行うことができる。

請求項１に係る発明によれば、アノードオフガスの希釈排出処理を迅速に行うことができる。また、バイパス弁は単なる開閉弁で済み、このバイパス弁の開閉制御だけでよいので、制御が簡単になるとともに、装置の重量、大きさを低減させることができる。その結果、排出ガス処理装置の軽量化が可能で、車載性も向上する。

請求項２に係る発明によれば、アノードオフガスの希釈排出処理を迅速に行うことができ、且つ、希釈室内のアノードオフガスが希釈されないまま吹き抜けて排出されるのを防止することができる。
請求項３に係る発明によれば、バイパス弁は単なる開閉弁で済み、バイパス弁の制御が開閉制御で済み、装置の重量、大きさを低減させることができる。その結果、排出ガス処理装置の軽量化が可能で、車載性も向上する。

請求項４に係る発明によれば、排出ガスの水素濃度を所定値以下に抑制しつつ、希釈処理を迅速に行うことができる。

以下、この発明に係る燃料電池の排出ガス処理装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する
図１は、この発明に係る排出ガス処理装置５０を備えた燃料電池システムの概略構成図であり、この実施例では燃料電池車両に搭載されている。
燃料電池１は、反応ガスを電気化学反応させて電力を得るタイプのもので、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜２をアノード３とカソード４とで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されており（図１では単セルのみを示す）、アノード３に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード４に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード３で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜２を通過してカソード４まで移動して、カソード４で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
燃料電池１の発電で得られた電力は車両駆動用モータ（図示略）などの負荷に供給される。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜２を透過してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。

空気はスーパーチャージャー（Ｓ／Ｃ）などのコンプレッサ７により所定圧力に加圧され、空気供給路（カソードガス供給路）８を通って燃料電池１のカソード４に供給される。燃料電池１に供給された空気は発電に供された後、燃料電池１からカソード側の生成水と共に空気排出路（カソードオフガス路）９に排出される。以下、燃料電池１に供給される空気を供給空気（カソードガス）、燃料電池１から排出される空気を排出空気（カソードオフガス）として区別する。

一方、水素タンク１５から供給される水素ガスは水素ガス供給路１７を流通し、その途中でレギュレータ１６によって所定圧力に減圧され、流量制御弁２３により所定流量に制御され、エゼクタ１９を通って燃料電池１のアノード３に供給される。そして、消費されなかった未反応の水素ガスは、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス路１８を通ってエゼクタ１９に吸引され、水素タンク１５から供給される新鮮な水素ガスと合流し再び燃料電池１のアノード３に供給される。すなわち、燃料電池１から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス路１８、およびエゼクタ１９よりも下流の水素ガス供給路１７を通って、燃料電池１を循環する。なお、この実施例において、エゼクタ１９よりも下流の水素ガス供給路１７とアノードオフガス路１８は燃料ガス循環路２０を構成する。

アノードオフガス路１８からは、排出弁２１を備えたアノードオフガス排出路２２が分岐しており、アノードオフガス排出路２２は希釈室５１に接続されている。希釈室５１の内部構造は従来のものと同じであるので図示を省略するが、希釈室５１の底部近傍に前述した空気排出路９が貫通して設けられ、希釈室５１内における空気排出路９にガス排出孔が設けられている。また、希釈室５１よりも上流の空気排出路９には供給空気の圧力を調整するための圧力制御弁１０が設置されており、希釈室５１を貫通した空気排出路９は混合ガス排出路３０に接続されている。
また、空気供給路８からは、バイパス弁５を備えたバイパス路６が分岐しており、このバイパス路６は希釈室５１に接続されている。バイパス弁５の開閉は電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）４０により制御され、通常は閉じていて、所定の条件が満たされたときに開くように制御される。
ＥＣＵ４０は、バイパス弁５の開閉を制御するだけでなく、コンプレッサ７の回転数、圧力制御弁１０および流量制御弁２３の開度、排出弁２１の開閉を制御する。

このように構成された燃料電池システムにおいては、連続運転をしていると、前述したように燃料ガス循環路２０を流通する水素ガス中の不純物（水分や窒素など）の濃度が高まってきて燃料電池１の発電が不安定になる場合がある。
そのため、この燃料電池システムでは、ＥＣＵ４０により、燃料電池システムが一定時間連続運転したと判断されたとき、あるいは、燃料電池１の発電の安定性が低下したと判断されたときに、不純物排出要求ありと判断して排出弁２１を開き、不純物を含むアノードオフガスをアノードオフガス路１８からアノードオフガス排出路２２を介して希釈室５１に排出し、燃料電池１のアノード３を流通する水素ガス中の不純物濃度を所定値以下となるように管理して、燃料電池１の発電を安定した状態に保持する。

この排出ガス処理装置では、コンプレッサ７から燃料電池１のカソード４に空気を供給している間は常時、燃料電池１のカソード４から排出される排出空気が空気排出路９に排出され、希釈室５１を通って混合ガス排出路３０に排出される。一方、アノードオフガス排出路２２を介して希釈室５１に導入されたアノードオフガスは希釈室５１内で滞留し、空気排出路９に設けられた前記ガス排出孔から徐々に空気排出路９に吸い込まれ、空気排出路９を常時流通している排出空気と混合されて希釈され、混合ガス排出路３０を介して排出部へ排出される。

また、この燃料電池システムでは、燃料電池１の発電中、定期的に、ＥＣＵ４０は排出弁２１を開いて、アノードオフガス路１８内に残留するアノードオフガスを希釈室５１に排出する。この場合、希釈室５１に導入されたアノードオフガスが、燃料電池１の発電停止中に希釈室５１から上流に逆流しないようにする必要がある。
そこで、この排出ガス処理装置５０では、（１）発電停止から所定時間が経過するまでは、燃料電池１のカソード４への供給空気の供給を維持し、カソード４から排出される排出空気で希釈室５１内に滞留するアノードオフガスを希釈して排出し、（２）発電停止から前記所定時間が経過した後は、バイパス弁５を開くことによりバイパス路６を介して希釈室５１に供給空気を導入し、この供給空気で希釈室５１内に滞留するアノードオフガスを希釈し排出するようにしている。
このようにすると、バイパス路６を介して希釈室５１内に供給空気を導入して希釈室５１内のアノードオフガスを排出することができるので、アノードオフガスを迅速に希釈し排出することができる。

ここで、バイパス路６を介して希釈室５１に供給空気を供給する際の流量制御方法としては、次の二つの方法のいずれか一方を採用する。
［Ａ］バイパス弁５の繰り返し開閉動作による流量制御方法
この方法では、バイパス弁５の開閉動作を繰り返し行うことにより、希釈室５１への供給空気の平均供給流量を制御する。
［Ｂ］バイパス弁５の上流側空気圧力変化による流量制御方法
この方法では、バイパス弁５を一定開度（全開）で開状態に保持し、バイパス弁５よりも上流の空気圧力を徐々に上昇させることにより希釈室５１への供給空気の流量を徐々に増大制御する。
以下、それぞれの制御方法について、図２、図３のタイムチャートを参照して説明する。

［Ａ］バイパス弁５の繰り返し開閉動作による流量制御方法
初めに、図２を参照して、バイパス弁５の繰り返し開閉動作による流量制御方法を説明する。
図中、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」はイグニッション・オフであり、燃料電池１の発電停止タイミングを示している。したがって、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」よりも以前は、燃料電池１は発電状態であり、アノード３には水素ガスが、カソード４には供給空気が、それぞれ供給されている。そして、ＥＣＵ４０は排出弁２１を開き、アノードオフガス路１８内に残留するアノードオフガスを希釈室５１内に排出する。希釈室５１にアノードオフガスが排出されると、希釈室５１の直ぐ下流の混合ガス排出路３０を流通する排出ガス中の水素濃度は、希釈室５１にアノードオフガスが排出される以前より若干高くなる。ただし、予め設定した規定濃度を超えることはない。

そして、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」により、ＥＣＵ４０は、アノード３への水素ガス供給を停止するとともに、コンプレッサ７の回転数を上昇させてカソード４への供給空気の供給量を増大する。なお、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」から所定時間が経過するまで、ＥＣＵ４０はバイパス弁５を閉じた状態に保持する。このように制御することにより、燃料電池１の発電停止から前記所定時間を経過するまで、燃料電池１のカソード４に供給される供給空気の流量を発電停止前よりも増大させることができ、カソード４から空気排出路９に排出される排出空気の流量も増大させることができる。その結果、アノードオフガスを排出空気と十分に混合し希釈することができ、この希釈したガス（アノードオフガスと排出空気の混合ガス）を混合ガス排出路３０に排出することができる。この間、希釈室５１の直ぐ下流の混合ガス排出路３０を流通する排出ガス中の水素濃度は徐々に低下していき、発電停止から前記所定時間が経過する時までに、前記排出ガス中の水素濃度を所定濃度以下まで低減することができる。

そして、発電停止から前記所定時間が経過したときに、ＥＣＵ４０は、コンプレッサ７の回転数を維持しつつ、バイパス弁５の開閉動作を一定の周期で所定回数だけ繰り返し実行する。なお、アノードオフガスの排出中にＩ／Ｇ ｏｆｆにしたときは、アノードオフガスの排出を強制終了し、終了時点から所定時間を経過したか否か判断する。
バイパス弁５の開閉動作を一定周期で繰り返すことにより、希釈室５１への供給空気の平均供給流量を、バイパス弁５を開状態に保持し続ける場合よりも減少させることができる。そして、１回の開弁時間と閉弁時間の設定の仕方によって供給空気の平均供給流量を変えることができ、希釈室５１内のアノードオフガスを希釈するのに最適な流量に制御することができる。
つまり、バイパス弁５を開くと同時に大流量で希釈室５１に供給空気を導入すると希釈室５１内のアノードオフガスが希釈されずに混合ガス排出路３０に押し出される現象、所謂吹き抜けが生じるが、この実施例のように供給空気の平均供給流量の最適制御を行うと、この吹き抜けを防止することができる。

このようにして希釈室５１内に最適流量で供給空気を導入することにより、希釈室５１内のアノードオフガスを押し出しながら、アノードオフガスと混合し、希釈後のガスを混合ガス排出路３０に排出することができる。
なお、バイパス弁５の繰り返し開閉動作を実行する前に、既に希釈室５１内のアノードオフガスの相当な量を排出させているので、バイパス弁５を開いた直後に希釈室５１の直ぐ下流の混合ガス排出路３０を流通する排出ガス中の水素濃度が上昇しても、予め設定した規定濃度を超えることはない。

そして、ＥＣＵ４０は、バイパス弁５の開閉動作を一定周期で所定回数繰り返し実行することで、希釈室５１内に残留するアノードオフガスの量を微量にした後、バイパス弁５を開状態に保持し、希釈室５１内に導入する供給空気流量を増大させて、希釈室５１内を掃気する。これにより、希釈室５１の直ぐ下流の混合ガス排出路３０を流通する排出ガス中の水素濃度がさらに低下していく。
そして、バイパス弁５を開状態に保持する制御を開始してから一定時間経過後に、コンプレッサ７を停止するとともにバイパス弁５を閉じて、発電停止時の排出ガス処理を終了する。

このように、バイパス弁５の開閉動作を繰り返し行うことにより希釈室５１への供給空気の平均供給流量を制御すると、バイパス弁５が単なる開閉弁で済み、このバイパス弁５の開閉制御するだけで流量制御が可能なので、制御が極めて簡単になる。
また、バイパス弁５が単なる開閉弁で済むので、開度制御によって流量を制御する流量制御弁に比して軽量にでき、排出ガス処理装置５０の軽量化が可能で、車載性も向上する。

［Ｂ］バイパス弁５の上流側空気圧力変化による流量制御方法
次に、図３を参照して、バイパス弁５の上流側空気圧力変化による流量制御方法を説明する。
図中、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」はイグニッション・オフであり、燃料電池１の発電停止タイミングを示している。したがって、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」よりも以前は、燃料電池１は発電状態であり、アノード３には水素ガスが、カソード４には供給空気が、それぞれ供給されていて、燃料電池１のカソード４に負荷される供給空気の圧力（以下、システム作動圧という）は発電状態に応じた圧力になっている。そして、ＥＣＵ４０は排出弁２１を開き、アノードオフガス路１８内に残留するアノードオフガスを希釈室５１内に排出する。希釈室５１にアノードオフガスが排出されると、希釈室５１の直ぐ下流の混合ガス排出路３０を流通する排出ガス中の水素濃度は、希釈室５１にアノードオフガスが排出される以前より若干高くなる。ただし、予め設定した規定濃度を超えることはない。

そして、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」により、ＥＣＵ４０は、アノード３への水素ガス供給を停止するとともに、コンプレッサ７の回転数を上昇させ、空気排出路９の圧力制御弁１０を全開にして、カソード４への供給空気の供給量を増大する。なお、「Ｉ／Ｇ ｏｆｆ」から所定時間が経過するまで、ＥＣＵ４０はバイパス弁５を閉じた状態に保持する。このように制御することにより、燃料電池１の発電停止から前記所定時間を経過するまで、燃料電池１のカソード４に供給される供給空気の流量を発電停止前よりも増大させることができ、カソード４から空気排出路９に排出される排出空気の流量も増大させることができる。その結果、アノードオフガスを排出空気と十分に混合し、この混合ガス（アノードオフガスと排出空気の混合ガス）を混合ガス排出路３０から迅速に排出することができる。この間、希釈室５１の直ぐ下流の混合ガス排出路３０を流通する排出ガス中の水素濃度は徐々に低下していき、発電停止から前記所定時間が経過する時までに、前記排出ガス中の水素濃度を所定濃度以下まで低減することができる。

そして、発電停止から前記所定時間が経過したときに、ＥＣＵ４０は、コンプレッサ７の回転数を維持しつつ、バイパス弁５を開いて全開状態に保持するとともに、空気排出路９の圧力制御弁１０の開度を徐々に連続的に（無段階状に）閉じる方向に制御し、ある一定の時間をかけて圧力制御弁１０を所定の開度まで閉じていく。なお、アノードオフガスの排出中にＩ／Ｇ ｏｆｆにしたときは、アノードオフガスの排出を強制終了し、終了時点から所定時間を経過したか否か判断する。
圧力制御弁１０の開度を徐々に連続的に閉じる方向に制御することにより、前記システム作動圧が徐々に連続的に上昇していき、その結果、バイパス路６を介して希釈室５１に供給される供給空気流量が徐々に連続的に増大する。

このようにして、バイパス路６を介して供給空気を希釈室５１内に徐々に流量を増大させながら導入することにより、初めのうちはゆっくりと希釈室５１内のアノードオフガスを排出し、時間経過とともに希釈室５１内のアノードオフガスの排出速度を速めることができ、迅速に且つアノードオフガスの濃度を抑えつつ混合ガス排出路３０に排出を行うことができる。
つまり、バイパス弁５を開くと同時に大流量で希釈室５１に供給空気を導入すると希釈室５１内のアノードオフガスが希釈されずに混合ガス排出路３０に押し出される現象、所謂吹き抜けが生じるが、この実施例のように供給空気の流量制御を行うと、この吹き抜けを防止することができる。
なお、バイパス弁５を開いて供給空気を希釈室５１に導入する前、既に希釈室５１内のアノードオフガスの相当な量を排出させているので、バイパス弁５を開いた直後に希釈室５１の直ぐ下流の混合ガス排出路３０を流通する排出ガス中の水素濃度が上昇しても、予め設定した規定濃度を超えることはない。

そして、前記一定の時間をかけて圧力制御弁１０を所定の開度まで閉じることによって、希釈室５１内に残留するアノードオフガスのほぼ全てを排出することができるので、この後、ＥＣＵ４０は、コンプレッサ７を停止するとともにバイパス弁５を閉じ、圧力制御弁１０を所定の開度まで開いて、発電停止時の排出ガス処理を終了する。

このように、バイパス弁５を一定開度で開状態を保持しながら、圧力制御弁１０の開度を閉じる方向に制御することにより希釈室５１への供給空気の供給流量を制御すると、バイパス弁５が単なる開閉弁で済む。また、バイパス弁５の制御が開閉制御で済むの、制御が簡単になる。
また、この場合も、バイパス弁５が単なる開閉弁で済むので、開度制御によって流量を制御する流量制御弁に比して軽量にでき、排出ガス処理装置５０の軽量化が可能で、車載性も向上する。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、バイパス弁の開弁制御の開始条件を「燃料電池の発電停止から所定時間経過後」をとしたが、これに限るものではなく、「燃料電池の発電停止後」としてもよいし、燃料電池の発電中を含めて「アノードオフガスの排出終了後」あるいは「アノードオフガスの排出を終了してから所定時間経過後」としてもよい。さらには、この発明に係る制御を、Ｉ／Ｇ ｏｆｆの後だけではなく、燃料電池１の発電中に行ってもよい。
前述した実施例では、コンプレッサの回転数をＩ／Ｇ ＯＦＦと同時に回転数を上げていたが、必ずしも上げなくてもよい。また、希釈室６への分岐は、燃料電池１の下流側で行ってもよい。このようにすると、燃料電池１への酸化剤ガスの供給量が安定するため、燃料電池システムが安定し好ましい。

この発明に係る排出ガス処理装置を備えた燃料電池システムの概略構成図である。 発電停止時の排出ガス処理のタイムチャート（その１）である。 発電停止時の排出ガス処理のタイムチャート（その２）である。

符号の説明

１ 燃料電池
３ アノード
４ カソード
５ バイパス弁
６ バイパス路
８ 空気供給路（カソードガス供給路）
９ 空気排出路（カソードオフガス路）
１０ 圧力制御弁
５０ 排出ガス処理装置
５１ 希釈室

Claims (4)

1. 燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを希釈室に導入し、この希釈室内のアノードオフガスを、前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスと混合して希釈し排出する燃料電池の排出ガス処理装置において、
   前記燃料電池のカソードにカソードガスを供給するカソードガス供給路と前記希釈室とがバイパス弁を有するバイパス路で接続され、前記バイパス弁は通常は閉じており、所定の開始条件により開閉動作を複数回繰り返すように制御されることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
2. 燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを希釈室に導入し、この希釈室内のアノードオフガスを、前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスと混合して希釈し排出する燃料電池の排出ガス処理装置において、
   前記燃料電池のカソードにカソードガスを供給するカソードガス供給路と前記希釈室とがバイパス弁を有するバイパス路で接続され、前記バイパス弁は通常は閉じており、所定の開始条件により開き、該バイパス弁を開いている間、前記バイパス路を流通するカソードガスの流量が徐々に増大制御されることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
3. 前記燃料電池のカソードからカソードオフガスを排出するカソードオフガス路に圧力制御弁を備え、前記圧力制御弁の開度を徐々に閉じる方向に制御することにより前記バイパス路を流通するカソードガスの流量を徐々に増大することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
4. 前記開始条件は、「前記燃料電池の発電停止から所定時間経過後」であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
   

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