WO2006064946A1

WO2006064946A1 - 燃料電池システム

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Publication number: WO2006064946A1
Application number: PCT/JP2005/023217
Authority: WO
Inventors: Katsuhiko Yamamoto; Osamu Yumita; Naoki Kanie; Naohiro Yoshida
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-06-22
Also published as: JPWO2006064946A1; JP4771292B2; DE112005003070T5; US20080113252A1; CN101076911A

Abstract

　簡素な燃料電池システムを提供することを目的とすると共に、加えて、運転終了時等に燃料ガスの消費量を減らすことができる燃料電池システムを課題とする。燃料電池システム（１）は、燃料ガスを貯蔵した燃料ガス供給源（２１）から燃料電池（２）のガス入口（２ａ）までに亘る供給配管（２２）と、燃料電池（２）のガス出口（２ｂ）から供給配管（２２）に合流する合流点（Ａ）までに亘る循環配管（２３）と、を備える。供給配管（２２）における合流点（Ａ）の上流側には、調圧弁（４２）および遮断弁（４３）が設けられる。供給配管（２２）における合流点（Ａ）の下流側および循環配管（２３）は、常に連通状態である。

Description

明細書燃料電池システム技術分野

本発明は、燃料電池から排出された燃料ガスを燃料電池に循環供給する燃料電池システムに関するものである。背景技術

燃料ガスとしての水素ガス（余剰水素）を燃料電池に循環供給するようにした燃料電池システムは、広く知られている（例えば、特許文献 1および 2 参照。）。この種の燃料電池システムの燃料ガス系の配管ラインは、高圧タンクなどの燃料ガス供給源から燃料電池のガス入口までの供給配管と、燃料電池のガス出口から供給配管に合流する合流点までの循環配管と、で構成されている。すなわち、燃料電池に水素ガスを循環供給するガス循環系は、'循環配管と、供給配管の合流点の下流側の部分と、により構成されている。例えば特許文献 1では、供給配管の合流点の上流側に、燃料ガス供給源側から順に遮断弁およぴ調圧弁を設け、循環配管にポンプおよぴ逆止弁を設けている。また特許文献 2では、この構成に加えて、複数の遮断弁を燃料電池のガス入口側およぴガス出口側などのガス循環系の配管上に設けている。

[特許文献 1] 特開 2004— 22198号公報（第 1図）

[特許文献 2] 特開 2002— 216812号公報（第 4図）発明の開示

ところで、燃料電池システムの運転終了時には、燃料ガス供給源側の遮断弁を閉弁して、燃料ガス供給源からの水素ガスの供給を遮断する。この閉弁直後では、アノード側の水素ガス圧とカソード側の酸化剤ガス圧とは異なる。しかし、その圧力差（極間差圧）が大きいと、燃料電池の劣化やクロスリークによる外部への水素ガスの放出を誘引するおそれがある。このため、運転終了時に極間差圧を小さくするべく、アノード側の水素ガス圧を減圧することが望ましい。

特許文献 1の構成で水素ガス圧を減圧する場合には、運転終了時にポンプの駆動を続行して、ガス循環系に残留する水素ガスを燃料電池の発電により消費させることが考えられる。しかし、燃料ガス供給源からの水素ガスの供給を遮断する遮断弁が調圧弁よりも上流側に設けられている。このため、ガス循環系の水素ガスのみならず、遮断弁から調圧弁までの水素ガスを消費する必要がある。その結果、水素ガスの無駄な消費量が増大したり、二次パッテリを過充電したり、運転終了までに多くの時間を要したりするおそれがある。また、ガス循環系に逆止弁（開閉装置）が設けられている分、運転終了時にポンプを駆動する際に、効率的な水素ガスの循環を妨げる。

また、特許文献 2の構成においても、運転終了時に水素ガス圧を減圧しようとすると、上記同様の問題が生じるおそれがある。また、ガス循環系に複数の遮断弁や逆止弁がある分、水素ガスの循環をより一層妨げる。一方、運転終了時にガス循環系の二つの遮断弁（燃料電池のガス入口側およぴガス出口側）を閉弁して、燃料電池の発電により消費する水素ガスの量を減らすことはできる。し力し、ポンプを駆動できないため、定格運転の圧力以下での燃料電池の発電が困難となる。

さらに、これら両特許文献とも、燃料電池システムの運転中では、ガス循環系の遮断弁や逆止弁で水素ガスの圧損が生じる。このため、圧損を考慮してポンプを駆動する必要があることに加え、その分だけポンプの回転数を上げる必要があり、余計な消費電力を必要としていた。

本発明は、以上のような問題に鑑みてガス循環系を改良することに着目し、簡素な燃料電池システムを提供することを目的とし、加えて、運転終了時等に燃料ガスの消費量を減らすことができる燃料電池システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するべく、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスの配管ラインとして、燃料電池のガス出口とガス入口とを結び、燃料電池に燃料ガスを循環供給するガス循環系と、ガス循環系に接続されて、燃料ガス供給源からの新たな燃料ガスが流れる第 1供給通路と、を備えた燃料電池システムであって、第 1供給通路に設けられた調圧弁と、配管ラインのうち第 1供給通路にのみ設けられ、調圧弁の下流側に位置する少なくとも一つの遮断弁と、を備えたものである。

この構成によれば、ガス循環系に遮断弁を設けていないため、簡素化して部品点数を削減した燃料電池システムを構成することができる。システムの運転時には、遮断弁を開弁することで、燃料ガス供給源からの新たな燃料ガスとガス循環系の燃料ガスとが合流され、調圧弁で調圧された燃料ガスが燃料電池に供給される。一方、システムの運転終了後には、遮断弁を閉弁することで、第 1供給通路とガス循環系との間が遮断され、ガス循環系が燃料電池との間で独立した閉空間を構成する。

これにより、従来のように遮断弁の下流側に調圧弁を設けた構成に比べて、本発明のように、調圧弁の下流側の第 1供給通路に遮断弁を設ける構成とすることで、閉空間に残留する燃料ガスの量が減る。したがって、運転終了時等に燃料ガスの消費量を減らすことが可能となり、燃費（発電効率）を向上し、'運転終了時間の短縮にも寄与し得る。また、上記閉空間には、これを閉じる遮断弁が設けられていないため、燃料ガスの循環を妨げることなくこれを好適に行い得る。なお、遮断弁や逆止弁など、ガス循環系を構成する配管を開閉する開閉装置が、ガス循環系には設けられないことが好ましい。換言すれば、ガス循環系は、燃料電池のガス出口とガス入口との間の通路が常に連通状態であることが好ましい。

上記目的を達成するべく、本発明を別の観点からみると、本発明の他の燃料電池システムは、燃料ガスの配管ラインとして、燃料電池のガス出口とガス入口とを結ぴ、燃料電池に燃料ガスを循環供給するガス循環系と、ガス循環系に接続されて、燃料ガス供給源からの新たな燃料ガスが流れる第 1供給通路と、備えた燃料電池システムであって、第 1供給通路には、燃料ガス供給源側から順に、調圧弁と少なくとも一つの遮断弁とが設けられ、ガス循環系は、燃料電池のガス出口とガス入口との間の通路が常に連通状態であるものである。

好ましくは、ガス循環系は、燃料電池のガス出口とガス入口との間の通路が燃料電池システムの運転時及び停止時に連通状態である。

好ましくは、燃料電池システムは、ガス循環系に設けられ、燃料ガスを圧送するポンプと、ポンプおよび少なくとも一つの遮断弁を制御する制御装置と、を更に備える。そして、制御装置は、燃料電池システムの運転終了時に、少なくとも一つの遮断弁の閉弁後にポンプの駆動を続行させ、ガス循環系内の燃料ガスを燃料電池の発電により消費させる。

この構成によれば、運転終了時にガス循環系内の燃料ガスを燃料電池の発電により消費させるときに、ポンプの駆動が続行している。このため、燃料ガスを適切に消費できると共に、燃料電池の発電を安定して行える。

好ましくは、少なくとも一つの遮断弁は、ガス循環系と第 1供給通路との接続点の直近に設けられている。

この構成によれば、上記の閉空間を最小限の容積にすることができ、閉空間内の燃料ガスの量を一層減らすことができる。これにより、運転終了時に燃料ガスの消費量をより一層減らすことができる。

好ましくは、燃料ガス供給源は、燃料ガスとして水素ガスを貯蔵した圧力容器である。この構成によれば、水素ガスが圧力容器で貯蔵され、圧力容器の水素ガスを調圧弁により調圧して燃料電池に供給することができる。ここで、圧力容器には、水素ガスを高圧で貯蔵した高圧タンクのみならず、内部に水素吸蔵合金を備えた水素吸蔵タンクが含まれる。

好ましくは、少なくとも一つの遮断弁には、第 1供給通路における調圧弁の下流側に設けられた第 1の遮新弁と、調圧弁と燃料ガス供給源との間に設けられた第 2の遮断弁と、が含まれる。

この構成によれば、調圧弁と燃料ガス供給源との間の遮断弁を、燃料ガス供給源に対して元弁として機能させることができる。

好ましくは、第 2の遮断弁は、燃料ガス供給源の元弁である。

好ましくは、調圧弁は、第 1供給通路に複数が設けられている。

好ましくは、ガス循環系は、燃料電池から排出されたアノードオフガスの水分と気体分とを分離する気液分離器を有している。

好ましくは、ガス循環系は、燃料電池から排出されたアノードオフガスに含まれる不純物成分を除去する不純物除去器を有している。

好ましくは、ガス循環系は、ガス出口から第 1供給通路との接続点までの第 1の循環路と、第 1の循環路に連通し、接続点からガス入口までの第 2の循環路と、からなる。

上記目的を達成するべく、本発明を別の観点からみると、本発明の別の燃料電池システムは、燃料ガス供給源から燃料電池のガス入口までに！:る供給配管と、燃料電池のガス出口から供給配管に合流する合流点までに！:り、燃料電池から排出されたァノードオフガスを燃料ガス供給源からの燃料ガスに合流させる循環配管と、を備え、供給配管における合流点の上流側には、調圧弁と、調圧弁の下流側に位置する遮断弁とが設けられ、供給配管における合流点の下流側および循環配管は、常に連通状態である。

好ましくは、供給配管における合流点の下流側および循環配管は、燃料電池システムの運転時及ぴ停止時に連通状態である。

好ましくは、供給配管における合流点の下流側および循環配管には、これら配管を開閉する開閉装置が設けられていない。

このような構成によれば、上記した本発明と同様に、供給配管における合流点の下流側およぴ循環配管に開閉装置がないため、燃料電池システムが簡素化される。システムの運転時には、遮断弁を開弁することで、調圧弁で調圧された合流後の燃料ガスが燃料電池に供給される。一方、システムの運転終了後には、遮断弁を閉弁することで、燃料ガス供給源からの燃料電池への燃料ガスの供給が遮断される。このとき、遮断弁の下流側の供給配管の部分と循環配管とにより、燃料電池との間で閉空間（閉回路）が構成される。したがって、上記同様に、閉空間に残留する燃料ガスの量を従来に比べて減らすことができる。そして、運転終了時等に燃料ガスの消費量を減らすことが可能となり、燃費（発電効率）を向上して運転終了時間の短縮にも寄与し得る。また、上記閉空間には、これを閉じる開閉装置が設けられていないため、燃料ガスの循環を妨げることなくこれを好適に行い得る。

ここで、「開閉装置」には、遮断弁のみならず、逆止弁なども含まれる。上記の効果を開閉装置側からみると、供給配管の合流点の下流側および循環配管に開閉装置を設けないため、燃料ガスの圧損を抑制することができると共に、従来に比べて部品点数を減らすことができる。また、これらの循環配管に流れ得る不純物が開閉装置に嚙み込まれるおそれがなくなるため、燃料電池システムの信頼性を全体として高めることが可能となる。

好ましくは、燃料電池システムは、循環配管に設けられ、アノードオフガスを圧送するポンプと、ポンプおよび遮断弁を制御する制御装置と、を更に備える。制御装置は、燃料電池システムの運転終了時に、遮断弁の閉弁後にポンプの駆動を続行させ、遮断弁の下流側の配管内の燃料ガスを燃料電池の発電により消費させる。好ましくは、遮断弁は、合流点の直近に設けられている。

本発明に到達した経緯に鑑みて、本発明を別の観点からみると、以下のとおりである。

上記目的を達成するべく、本発明のまた別の燃料電池システムは、燃料ガスの配管ラインとして、燃料電池のガス出口とガス入口とを結ぴ、燃料電池に燃料ガスを循環供給するガス循環系と、ガス循環系に接続されて、燃料ガス供給源からの新たな燃料ガスが流れる通路（第 1供給通路）と、を備えた燃料電池システムであって、配管ラインには、調圧弁と少なくとも一つの遮断弁とが設けられ、少なくとも一つの遮断弁は、ガス循環系には設けられず、通路（第 1供給通路）における調圧弁の下流側に設けられているものである。本発明の他の燃料電池システムは、燃料ガス供給源から燃料電池のガス入口までに！:る供給配管と、燃料電池のガス出口から供給配管に合流する合流点までに亘り、燃料電池から排出されたァノ一ドオフガスを燃料ガス供給源力、らの燃料ガスに合流させる循環配管と、を備え、供給配管における合流点の上流側には、燃料ガス供給源側から順に、調圧弁および遮断弁が設けられ、供給配管における合流点の下流側およぴ循環配管には、これら配管を開閉する開閉装置が設けられていないものである。

以上説明した本発明の燃料電池システムによれば、簡素な構成とすることができることに加え、運転終了時等に、燃料ガスを好適に循環させながらその消費量を適切に減らすことができる。図面の簡単な説明

図 1は、実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図である。図 2は、比較例に係る従来の燃料電池システムの構成を示す構成図である。発明を実施するための最良の形態以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。この燃料電池システムは、燃料ガスとしての水素ガスの配管ラインに設けられる弁などの開閉装置の配置を改善し、システムの構成を簡素化したものである。また、燃料電池システムは、システムの運転終了時等に、水素ガスの消費量を減らすようにしたものである。

図 1に示すように、例えば燃料電池自動車に搭載される燃料電池システム 1は、多数の単セルを積層したスタック構造からなる燃料電池 2と、システム全体を統括制御する制御装置 3と、を備えている。燃料電池 2としては、リン酸型など複数の種類があるが、ここでは車載や定置に好適な固体高分子電解質型で構成されている。

燃料電池 2の単セルは、図示省略したが、 M E A (Membrane Electrode Assembly) をメタルなどの一対のセパレータで挟持して構成されている。 M E Aは、酸化剤ガスとしての空気が供給される力ソードと、燃料ガスとしての水素ガスが供給されるアノードと、力ソードおよびアノードの間に設けられた電解質膜と、で構成されている。通常、一対のセパレータの一方の内面に空気の流路が形成され、その他方のセパレータの内面に水素ガスの流路が形成されている。燃料電池 2は、この空気と水素ガスとにより発電して、起電力が得られる。

空気は、図示省略したコンプレッサにより圧送されて、供給配管 1 1を介して燃料電池 2に供給される。燃料電池 2から排出される空気（力ソードォフガス）は、排出配管 1 2を介して外部に排出される。

水素ガスは、燃料ガス供給源 2 1に貯留されている。燃料ガス供給源 2 1 は、例えば、内部に水素吸蔵合金を有するタンク（圧力容器）や、水素ガスを 3 5 M P aまたは 7 O M P aの高圧で貯蔵する高圧タンク（圧力容器）で構成されている。あるいは、燃料ガス供給源 2 1は、 2 0 M P aの圧縮天然ガス（C N G) などの原燃料を貯蔵する圧力容器で構成されている。この場合には、燃料電池き動車において、水素ガスに改質する改質器が設けられる。水素ガスの配管ラインとしては、燃料ガス供給源 2 1から燃料電池 2のァノードガス入口 2 aまでに亘る供給配管 2 2と、燃料電池 2のアノードガス出口 2 bから供給配管 2 2に合流する合流点 Aまでに亘る循環配管 2 3と、で構成されている。循環配管 2 3は、燃料電池 2から排出された未反応の水素ガス（アノードオフガス）を、燃料ガス供給源 2 1からの新たな水素ガスに合流させる。この合流後の混合ガスが、燃料電池 2に供給される。

供給配管 2 2は、燃料ガス供給源 2 1から合流点 Aまでに亘り、新たな水素ガスが流れる上流管 3 1と、合流点 Aから燃料電池 2のアノードガス入口 2 aにまでに亘り、混合された水素ガスが流れる下流管 3 2と、で主に構成されている。下流管 3 2 (第 1の循環路）と循環配管 2 3 (第 2の循環路）とにより、燃料電池 2のアノードガス出口 2 bとアノードガス入口 2 aとを結んで、燃料電池 2に水素ガスを循環供給するガス循環系 3 5が構成されている。そして、ガス循環系 3 5の合流点 A (接続点）で上流管 3 1 (第 1供給通路）が接続されている。

上流管 3 1には、燃料ガス供給源 2 1に対して元弁となる遮断弁 4 1 (第 2の遮断弁）と、遮断弁 4 1の下流側に位置する調圧弁 4 2と、調圧弁 4 2 の下流側に位置する遮断弁 4 3 (第 1の遮靳弁）と、が介設されている。調圧弁 4 2 (レギユレータ）は、燃料ガス供給源 2 1からの水素ガスを減圧し、燃料電池 2に供給される水素ガスの圧力を調圧する。本実施形態では、上流管 3 1に調圧弁 4 2を一つ設けたが、複数の調圧弁 4 2を上流管 3 1に設けて、燃料ガス供給源 2 1からの水素ガスの圧力を段階的に減圧することが好ましい。例えば、二つの調圧弁 4 2を設けて、最終的に水素ガスの圧力が 0 . 2 MP a〜0 . 3 MP aになるように調圧する。もっとも、複数の調圧弁 4 2のいずれも、合流点 Aの近傍の遮断弁 4 3よりも上流側に設けられると共に、元弁となる遮断弁 4 1の下流側に設けられる。二つの遮断弁 4 1， 4 3は、制御装置 3に接続された例えば電磁弁からなり、制御装置 3により開閉制御される。遮断弁 4 3は、逆流防止機能を有して、合流点 Αの直近の上流側に位置している。遮断弁 4 1 , 4 3が開弁することで、上流管 3 1内の水素ガスは燃料電池 2に供給可能となる。遮断弁 4 1 , 4 3が閉弁することで、上流管 3 1内の水素ガスは燃料電池 2への供給を遮断される。このとき、遮断弁 4 3から合流点 Aまでの上流管 3 1の部分とガス循環系 3 5とにより、燃料電池 2との間で閉空間（閉回路）が構成される。

循環配管 2 3には、水素ガスを圧送するポンプ 5 0が設けられている。循環配管 2 3は、主として、燃料電池 2のアノードガス出口 2 bからポンプ⁵ 0までに亘る第 1の配管 5 1と、ポンプ 5 0から合流点までに亘る第 2の配管 5 2と、で構成されている。ポンプ 5 0は、その駆動源となるモータが制御装置 3に接続されており、制御装置 3によりモータの回転数を制御される。循環配管 2 3には、これを開閉する開閉装置が設けられていない。ここで、開閉装置とは、主として遮断弁を意味するが、水素ガスの逆流を阻止するために閉塞される逆止弁をも含む意味である。この種の開閉装置は、循環配管 2 3のみならず、供給配管 2 2の下流管 3 2にも設けられていない。すなわち、ガス循環系 3 5は、一つの開閉装置も具備しない構成となっている。これを換言すれば、ガス循環系 3 5は、アノードガス出口 2 bとアノードガス入口 2 aとの間の通路（循環配管 2 3及び下流管 3 2 ) 、燃料電池システム 1の運転時及び停止時も含め常に、連通状態を保持する構成である。なお、連通状態とは、循環配管 2 3及び下流管 3 2の内部が完全に閉じられていない状態をいい、これらの内部をガスが流通可能な状態をいう。

なお、本発明の一態様としては、図 3に示すようなシステム構成も採用することができる。

すなわち、図 3に示すように、循環配管 2 3には、燃料電池 2から排出された水素ガスの水分と気体分とを分離する気液分離器 7 1を設けてもよい。また、循環配管 2 3には、水素ガスに含まれる不純物成分を除去するイオン交換器などの不純物除去器 7 2を設けてもよい。気液分離器 7 1やイオン交換器 7 2は、循環配管 2 3を開閉する構成とはなっていない。すなわち、気液分離器 7 1及ぴ不純物除去器 7 2は、循環配管 2 3の連通状態を妨げる構成ではない。具体的には、気液分離器 7 1は、例えばサイクロン式の分離器であり、気液分離器 7 1内のガス通路を遮断する構成ではない。また、不純物除去器 7 2は、例えばメッシュ状のフィルタ、又は、ガスが通過可能なィオン交換榭脂を封入したケースである。不純物除去器 7 2も同様にガス通路を閉塞する構成ではない。

また、図 3に示すように、循環配管 2 3の例えば第 1の配管 5 1又は第 2 の配管 5 2に分岐接続されたパージ系 8 1を設けてもよい。パージ系 8 1は、水素ガスが含む不純物を水素ガスと共に外部に排出するためのものである。好ましくは、パージ系 8 1は、第 1の配管 5 1に接続されたパージ通路 8 2 と、パージ通路 8 2を開閉する遮断弁タイプのパージ弁 8 3と、を備えている。さらに好ましくは、アノードガス出口 2 bとポンプ 5 0との間の第 1の配管 5 1上には、アノードガス出口 2 bから下流に向かって、気液分離器 7 1、パージ通路 8 2の接続点、ポンプ 5 0の順に配置される。

制御装置 3 ( E C U) は、図示省略した C P U、 C P Uで処理する制御プログラムや制御データを記憶した R OM、主として制御処理のための各種作業領域として使用される R AMなどを有している。制御装置 3は、図示省略した温度センサや圧力センサなどの各種センサからの検出信号を入力する。また、制御装置 3は、各種ドライバに制御信号を出力することによりポンプ 5 0や各遮断弁 4 1 , 4 3を制御するなど、燃料電池システム 1全体を統括制御している。

本実施形態の燃料電池システム 1の効果について、図 2に示す従来の燃料電池システム 1 と比較して説明する。図 2では、本実施形態の燃料電池システム 1と同一の構成部品については同一の符号を付している。

図 2に示すように、ガス循環系 3 5における供給配管 2 2の下流管 3 2と循環配管 2 3の第 1の配管 5 1とには、それぞれ遮断弁 1 0 1， 1 0 2が設けられている。また、循環配管 2 3の第 2の配管 5 2には、逆止弁 1 0 3が設けられている。さらに、供給配管 2 2の上流管 3 1については、調圧弁 4 2と合流点 Aとの間に遮断弁が設けられていない。

従来の燃料電池システム 1 'では、ガス循環系 3 5に二つの遮断弁 1 0 1 , 1 0 2および逆止弁 1 0 3を設けている。これに対し、これらを具備しない本実施形態の燃料電池システム 1では、その分、部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。

一般に、ガス循環系 3 5では、その配管や燃料電池 2から流出または溶出し得る不純物成分や異物が配管内を流動するおそれがある。従来の燃料電池システム 1 'では、この不純物成分等に起因して遮断弁 1 0 1 , 1 0 2等の機能を阻害するおそれがある。これに対し、本実施形態の燃料電池システム 1によれば、部品点数が削減されているため、その機能阻害を未然に防止することができ、システムの信頼性を高めることができる。

また、従来の燃料電池システム 1 'の運転中では、ガス循環系 3 5の二つの遮断弁 1 0 1 , 1 0 2およぴ逆止弁 1 0 3で水素ガスの圧損が生じる。このため、圧損を考慮して回転数を調整されたポンプ 5 0が駆動する必要がある。これに対し、本実施形態の燃料電池システム 1では、ガス循環系 3 5にはこれらの開閉装置が設けられていないため、水素ガスの圧損を極めて抑制することができる。したがって、ポンプ 5 0の制御が簡素化されると共に、消費電力を小さくすることができる。

また一般に、燃料電池システム（1、 1 ' ) の運転終了後には、アノードと力ソードとの間の極間差圧が小さいことが好ましい。このため、燃料電池システム（1、 1 ' ) の運転停止に移行する運転終了時には、ポンプ 5 0の駆動を所定時間だけ続行して、水素ガスを燃料電池 2の発電により消費することが行われる。

従来の燃料電池システム 1一では、運転終了時にガス循環系 3 5の二つの遮断弁 1 0 1 , 1 0 2を閉弁してしまうとポンプ 5 0の駆動を続行することができなくなる。このため、燃料電池 2の発電を定格運転の圧力以下で行い難くなる。また、二つの遮断弁 1 0 1 , 1 0 2を開弁してポンプ 5 0を駆動する場合には、ガス循環系 3 5の水素ガスのみならず、上流管 3 1の水素ガスを消費する必要がある。

これに対し、本実施形態の燃料電池システム 1では、ガス循環系 3 5が常に連通状態であるため、運転終了時にポンプ 5 0の駆動を確実に続行することができる。また、合流点の直近の遮断弁 4 3を閉弁することで、上流管 3 1の水素ガスを消費することなく、ガス循環系 3 5の水素ガスを消費することができる。つまり、閉空間に残留する水素ガスの量が減少する分、運転終了時の水素ガスの消費量を減らすことができる。したがって、燃料電池 2の発電を定格運転の圧力以下で安定させて燃費（発電効率）を向上することができる。また、運転終了時間が短縮されると共に、図示省略した二次パッテリの過充電を適切に防止することができる。

Claims

請求の範囲 i . 燃料ガスの配管ラインとして、

燃料電池のガス出口とガス入口とを結び、当該燃料電池に燃料ガスを循環供給するガス循環系と、

前記ガス循環系に接続されて、燃料ガス供給源からの新たな燃料ガスが流れる第 1供給通路と、

を備えた^ 料電池システムであって、

前記第 1供給通路に設けられた調圧弁と、

前記配管ラインのうち前記第 1供給通路にのみ設けられ、前記調圧弁の下流側に位置する少なくとも一つの遮断弁と、を備えた燃料電池システム。

2 . 前記ガス循環系は、前記燃料電池のガス出口とガス入口との間の通路が常に連通状態である請求項 1に記載の燃料電池システム。

3 . 燃料ガスの配管ラインとして、

を備えた燃料電池システムであって、

前記第 1供給通路には、前記燃料ガス供給源側から順に、調圧弁と少なくとも一つの遮断弁とが設けられ、

前記ガス循環系は、前記燃料電池のガス出口とガス入口との間の通路が常に連通状態である燃料電池システム。

4 . 前記ガス循環系は、前記燃料電池のガス出口とガス入口との間の通路が当該燃料電池システムの運転時及び停止時に連通状態である請求項 3に記載の燃料電池システム。

5 . 前記ガス循環系に設けられ、燃料ガスを圧送するポンプと、前記ポンプおよび前記少なくとも一つの遮断弁を制御する制御装置と、を更に備え、

前記制御装置は、当該燃料電池システムの運転終了時に、前記少なくとも一つの遮断弁の閉弁後に前記ポンプの駆動を続行させ、前記ガス循環系内の燃料ガスを前記燃料電池の発電により消費させる請求項 1ないし 4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

6 . 前記少なくとも一つの遮断弁は、前記ガス循環系と前記第 1供給通路との接続点の直近に設けられている請求項 1ないし 5のいずれか一項に記载の燃料電池システム。

7 . 前記燃料ガス供給源は、燃料ガスとして水素ガスを貯蔵した圧力容器である請求項 1ないし 6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

8 . 前記少なくとも一つの遮断弁には、

前記第 1供給通路における前記調圧弁の下流側に設けられた第 1の遮断弁と、

前記調圧弁と前記燃料ガス供給源との間に設けられた第 2の遮断弁と、が含まれる請求項 1ないし 7のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

9 . 前記第 2の遮断弁は、前記燃料ガス供給源の元弁である請求項 8に記載の燃料電池システム。

1 0 . 前記調圧弁は、前記第 1供給通路に複数が設けられている請求項 1 ないし 9の、ずれか一項に記載の燃料電池システム。

1 1 . 前記ガス循環系は、前記燃料電池から排出されたアノードオフガスの水分と気体分とを分離する気液分離器を有している請求項 1ないし 1 0の V、ずれか一項に記載の燃料電池システム。

1 2 . 前記ガス循環系は、前記燃料電池から排出されたアノードオフガスに含まれる不純物成分を除去する不純物除去器を有している請求項 1ないし 1 1のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

1 3 . 前記ガス循環系は、

前記ガス出口から前記第 1供給通路との接続点までの第 1の循環路と、前記第 1の循環路に連通し、前記接続点から前記ガス入口までの第 2の循環路と、からなる請求項 1ないし 1 2のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

1 4 . 燃料ガス供給源から燃料電池のガス入口までに亘る供給配管と、前記燃料電池のガス出口から前記供給配管に合流する合流点までに亘り、当該燃料電池から排出されたァノ一ドオフガスを前記燃料ガス供給源からの燃料ガスに合流させる循環配管と、を備え、

前記供給配管における前記合流点の上流側には、調圧弁と、当該調圧弁の下流側に位置する遮断弁とが設けられ、

前記供給配管における前記合流点の下流側およぴ前記循環配管は、常に連通状態である燃料電池システム。

1 5 . 前記供給配管における前記合流点の下流側および前記循環配管は、当該燃料電池システムの運転時及び停止時に連通状態である請求項 1 4に記載の燃料電池システム。 .

1 6 . 前記供給配管における前記合流点の下流側および前記循環配管には、これら配管を開閉する開閉装置が設けられていない請求項 1 4又は 1 5に記載の燃料電池システム。

1 7 . 前記循環配管に設けられ、アノードオフガスを圧送するポンプと、前記ポンプおよび前記遮断弁を制御する制御装置と、を更に備え、前記制御装置は、当該燃料電池システムの運転終了時に、前記遮断弁の閉弁後に前記ポンプの駆動を続行させ、当該遮断弁の下流側の配管内の燃料ガスを前記燃料電池の発電により消費させる請求項 1 4ないし 1 6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

1 8 . 前記遮断弁は、前記合流点の直近に設けられている請求項 1 4ないし 1 7のいずれか一項に記載の燃料電池システム。