WO2006090581A1

WO2006090581A1 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法

Info

Publication number: WO2006090581A1
Application number: PCT/JP2006/302111
Authority: WO
Inventors: Kenji Matsunaga
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2006-08-31
Also published as: US20080318098A1; DE112006000442T5; JP2006236799A; CN101120477A

Abstract

　燃料電池２２を備える燃料電池システム１０は、燃料電池２２に対して水素を含有する燃料ガスを供給する水素供給路６０と、水素供給路６０内の圧力を検出する第１の圧力センサ５２と、閉状態となることで水素供給路６０を閉塞するシャットバルブ６１と、圧力センサ５２が検出する水素供給路６０内の圧力が、第１の基準値を超えたときに、シャットバルブ６１を閉状態とする供給停止制御部とを備える。

Description

燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法技術分野

この発明は、燃料電池を備える燃料電池システムおよびその運転方法に関する

背景技術

燃料電池を用いて発電を行なう際には、アノードに対して水素を含有する燃料ガスが供給され、一般的に、燃料ガスの供給部においては、種々の安全対策が施されている。特に、高圧の水素含有ガス供給源（例えば水素タンク）を用いて燃料電池に対して非常に圧力の高い燃料ガスが供給され得る場合には、燃料電池内部に導入される燃料ガスの圧力調節に問題が生じた場合のための対策が重要である。過剰な圧力の燃料ガスが燃料電池に供給されると、燃料電池が損傷を受ける可能性がある。対策の一つとして、燃料電池に水素ガスを供給する供給路に、所定圧で開弁するリリーフ弁を設け、水素ガスの圧力が所定値を超えるときには、リリーフ弁から水素ガスを流路外に排出する構成が知られている。

しかしながら、このようなリリーフ弁を設けて水素含有ガスを外部に排出する場合には、可燃性ガスである水素が外部に排出される際の濃度をできる限り低く抑えるために、リリーフ弁を含む水素ガスの排出部全体の形状を設定する必要があった。すなわち、外部に排出される水素が拡散しやすいように、リリーフ弁に接続する流路の配管長さや、リリーフ弁およびリリーフ弁に接続する流路の配設位置、あるいは、外部へ水素ガスを排出する排出口の向きなどの全体形状を、排出水素の拡散を促す形状となるように設定する必要があった。一方、燃料電池システムを車両などの移動体の駆動用電源として用いる場合には、燃料電池システムの搭載スペースに限りがあるため、水素の排出に関わる配管などの形状が制限され得るという課題がある。発明の開示

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムにおいて特段の設計上の制限を課すことなく、燃料電池に供給される燃料ガス圧の過剰上昇を抑制または防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムを提供する。本発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池に対して水素を含有する燃料ガスを供給する水素供給路と、前記水素供給路内の圧力を検出する第 1 の圧力センサと、閉状態となることで前記水素供給路を閉塞するシャツトバルブと、前記第 1の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、第 1の基準値を超えたときに、前記シャツトバルブを閉状態とする供給停止制御部とを備える本発明の燃料電池システムによれば、水素供給路における圧力が第 1の基準値を超えるとシャットバルブを閉じるため、燃料電池に過剰な圧力が加えられることに起因する燃料電池の耐久性低下を抑制または防止することができる。また、燃料ガスの圧力超過に対応するために、燃料電池システムにおいて設計上の制限が課されることもない。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムの運転方法、あるいは、本発明の燃料電池システムを駆動用電源として搭載する移動体などの形態で実現することが可能である。図面の簡単な説明

図 1は実施例の燃料電池システムの概略構成を表わすブロック図である。

図 2は電気自動車の構成の概略を表わすプロック図である。

図 3は水素圧超過監視処理ルーチンを表わすフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を実施例について図面を参照しつつ説明する。

A . システムの全体構成：

図 1は、本発明の実施例である燃料電池システム 1 0における燃料電池の発電に関わる部分の構成の概略を表わすブロック図である。本実施例の燃料電池システム 1 0は、車両に搭載され、車両の駆動用電源として用いられる。燃料電池システム 1 0は、燃料電池 2 2と、燃料電池 2 2に供給する水素を貯蔵する水素夕ンク 2 3と、燃料電池 2 2に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサ 2 4と、を備えている。燃料電池 2 2としては種々の種類の燃料電池を用いることが可能であるが、本実施例では、燃料電池 2 2として固体高分子型燃料電池を用いている。この燃料電池 2 2は、複数の単セルを積層したスタック構造を有している水素タンク 2 3は、例えば、高圧水素を貯蔵する水素ボンベである。あるいは、水素吸蔵合金を内部に備え、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクとしても良い。水素タンク 2 3に貯蔵された水素ガスは、水素タンク 2 3に接続する水素供給路 6 0に放出された後、圧力調整弁 6 2によって所定の圧力に調整（減圧）されて、燃料ガスとして燃料電池 2 2を構成する各単セルのアノードに供給される。燃料電池 2 2のアノードから排出されるアノード排ガスは、アノード排ガス路 6 3に導かれて再び水素供給路 6 0に流入する。このように、アノード排ガス中の残余の水素は、水素供給路 6 0の一部とアノード排ガス路 6 3と燃料電池 2 2内の流路とから成る流路（以下、循環流路と呼ぶ）内を循環して再度電気化学反応に供される。電気化学反応による消費量に相当する水素は、圧力調整弁 6 2を介して水素タンク 2 3から循環流路へと補充される。循環流路内でアノード排ガスを循環させるために、アノード排ガス路 6 3には水素ポンプ 6 5が設けられている。ここで、水素供給路 6 0には、圧力調整弁 6 2の上流側に、シャットバルブ 6 1が設けられている。このシャットバルブ 6 1は、燃料電池の発電を停止する際には閉状態へと切り替えられ、水素タンク 2 3から燃料電池 2 2への水素ガス供給を遮断する。さらに本実施例では、燃料電池 2 2に供給される燃料ガス圧が過剰に上昇するときにも、シャットバルブ 6 1を閉じる制御が行なわれる。燃料ガス圧に基づく制御については、後に詳しく説明する。シャツ卜バルブ 6 1としては、例えば、直動式シャットバルブ、あるいはパイロット式シャットバルブを用いることができる。さらに水素供給路 6 0には、シャットバルブ 6 1の上流側に、水素供給路 6 0内の圧力を検出するための圧力センサ 5 0が設けられている。また、水素供給路 6 0には、圧力調整弁 6 2の下流側にも圧力センサ 5 2が設けられており、アノード排ガス路 6 3にも、圧力センサ 5 4が設けられている。さらに、アノード排ガス路 6 3には、気液分離器 2 7が設けられている。電気化学反応の進行に伴って力ソードでは水が生じるが、生じた水は、燃料電池 2 2 の電解質膜を介して、アノード側に供給される燃料ガス内にも導入される。気液分離器 2 7は、このようなアノード排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させて、ァノード排ガスから除去する。

気液分離器 2 7には、バルブ 2 7 aが設けられている。このバルブ 2 7 aを開状態とすることで、気液分離器 2 7内で凝縮された水が、バルブ 2 7 aに接続する排ガス排出路 6 4を介して外部に排出される。なお、バルブ 2 7 aが開状態になると、上記凝縮水と共に、アノード排ガス路 6 3内を流れるアノード排ガスの一部も外部に排出される。燃料電池 2 2の運転時には、アノード側を流れるガスにおいては、既述したように電解質膜を介して、力ソード側から水が導入されると共に、力ソードに供給される空気中の窒素なども導入される。従って、燃料電池による発電を継続していると、循環流路内を循環する水素含有ガスにおいては、窒素などの不純物濃度が上昇する。本実施例の燃料電池システム 1 0では、所定のタイミングでバルブ 2 7 aを開状態にすることによって、上記循環する水素含有ガスの一部を外部に排出して、水素含有ガス中の不純物濃度の上昇を抑えている。

ここで、排ガス排出路 6 4は、排ガス排出路 6 4よりも断面積が大きい容器である希釈器 2 6に接続されている。この希釈器 2 6は、アノード排ガスを外部に排出する際に、排出に先立って、アノード排ガス中の水素を後述する力ソード排ガスによつて希釈するために備えられている。

エアコンプレッサ 2 4は、加圧した空気を酸化ガスとして酸化ガス供給路 6 7 を介して燃料電池 2 2の力ソードに供給する。エアコンプレッサ 2 4が空気を圧縮する際には、エアクリーナ 2 8を介して外部から空気を取り込む。力ソードから排出される力ソード排ガスは、力ソード排ガス路 6 8に導かれて外部に排出される。ここで、酸化ガス供給路 6 7および力ソード排ガス路 6 8は、加湿モジュール 2 5を経由している。加湿モジュール 2 5では、水蒸気透過性の膜によって酸化ガス供給路 6 7とカソ一ド排ガス路 6 8とが隔てられており、水蒸気を含有するカソ一ド排ガスを用いて、力ソードに供給する加圧空気の加湿を行なっている。また、カソ一ド排ガス路 6 8は、力ソード排ガスを外部に導くのに先立って、既述した希釈器 2 6を経由している。そのため、排ガス排出路 6 4を介して希釈器 2 6に流入したアノード排ガスは、希釈器 2 6においてカソード排ガスと混合されることによって希釈された後に、外部に排出される。

さらに、燃料電池システム 1 0は、燃料電池システム 1 0の各部の動きを制御する制御部 7 0を備えている。制御部は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行する C P Uと、 C P Uで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納された R O Mと、同じく C P Uで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされる R AMと、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部 7 0は、既述した圧力センサ 5 0 , 5 2 , 5 4等の各種センサの検出信号や、燃料電池 2 2に対する負荷要求に関する情報などを取得する。また、燃料電池システム 1 0が備える圧力調整弁 6 2、エアコンプレッサ 2 4、水素ポンプ 6 5、あるいはバルブ 6 1， 2 7 aなど、燃料電池 2 2の発電に関わる各部に駆動信号を出力する。

図 2は、本実施例の燃料電池システム 1 0を搭載する電気自動車 1 5の構成の概略を表わすブロック図である。図 2に示すように、車両の駆動用電源である燃料電池システム 1 0は、発電の本体である燃料電池 2 2に加えて、さらに、 2次電池 4 0を備えている。なお、図 2では、燃料電池 2 2に係る電気的な接続状態を中心に表わしており、燃料電池 2 2におけるガスの給排に関わる流路等の記載は省略している。

電気自動車 1 5は、燃料電池システム 1 0から電力を供給される負荷として、駆動ィンバ一夕 3 0を介して燃料電池システム 1 0に接続される駆動モー夕 3 2 と、補機類 4 4とを備えている。これらの負荷と燃料電池システム 1 0との間には、配線 4 8が設けられており、この配線 4 8を介して、燃料電池システム 1 0 と負荷との間で電力がやり取りされる。ここで、 2次電池 4 0は、 D C / D Cコンバ一タ 4 2を介して上記配線 4 8に接続されており、 D C / D Cコンバータ 4 2と燃料電池 2 2とは、上記配線 4 8に対して並列に接続されている。

2次電池 4 0としては、鉛蓄電池や、ニッケル—カドミウム蓄電池、ニッケル一水素蓄電池、リチウム 2次電池など種々の 2次電池を用いることができる。この 2次電池 4 0は、燃料電池システム 1 0の始動時に、燃料電池システム 1 0の各部を駆動するための電力を供給したり、燃料電池システム 1 0の暧機運転が完了するまでの間、各負荷に対して電力を供給する。また、燃料電池 2 2が定常状態で発電を行なうときにも、負荷が所定の値よりも大きくなる場合には、 2次電池 4 0によって電力を補うこととしても良い。

D C /D Cコンバ一夕 4 2は、出力側の目標電圧値を設定することによって、配線 4 8における電圧を調節し、これによつて燃料電池 2 2からの出力電圧を調節して燃料電池 2 2の発電量を制御する。なお、 D C / D Cコンバータ 4 2は、 2次電池 4 0と配線 4 8との接続状態を制御するスィツチとしての役割も果たしており、 2次電池 4 0において充放電を行なう必要のないときには、 2次電池 4 0と配線 4 8との接続を切断する。

負荷の一つである駆動モー夕 3 2は、同期モー夕であって、回転磁界を形成するための三相コイルを備えており、駆動インバー夕 3 0を介して燃料電池システム 1 0から電力の供給を受ける。駆動インバー夕 3 0は、上記駆動モー夕 3 2の各相に対応してスィツチング素子としてのトランジスタを備えるトランジスタィンバ一夕である。駆動モー夕 3 2の出力軸 3 6は、減速ギヤ 3 4を介して車両駆動軸 3 8に接続している。

他の負荷である補機類 4 4には、既述したエアコンプレッサ 2 4や水素ポンプ

6 5など、燃料電池 2 2が発電する際に駆動する必要のある燃料電池補機が含まれている。なお、補機類 4 4のうち、駆動電圧がより低いバルブ類は、図示しない降圧 D C Z D Cコンバータによって降圧された電力が供給される。さらに、補機類 4 4としては、燃料電池補機に含まれるものの他に、例えば電気自動車 1 5 が備える空調装置（エアコン）等の車両補機が含まれる。

なお、制御部 7 0は、燃料電池システム 1 0が備えるものとして説明したが、本実施例の電気自動車 1 5では、制御部 7 0によって車両全体の制御が行なわれている。したがって、制御部 7 0は、補機類 4 4や D C /D Cコンバータ 4 2の他、駆動インバー夕 3 0に対しても駆動信号を出力する。

B . 水素ガス圧過剰上昇防止の動作：

図 3は、制御部 7 0において実行される水素圧超過監視処理ルーチンを表わすフロ一チャートである。本ル一チンは、燃料電池システム 1 0の稼働中に実行される処理である。本ルーチンが起動されると、制御部 7 0は、まず、水素供給路 6 0内のガス圧を取得する（ステップ S 1 0 0 ) 。本実施例では、圧力調整弁 6 2の下流に設けられた圧力センサ 5 2の検出信号を取得している。次に、制御部 7 0は、ステップ S 1 0 0で取得したガス圧が、第 1の基準値を超えているか否かを判断する（ステップ S 1 1 0 ) 。ここで、第 1の基準値とは、燃料電池 2 2の発電中における循環流路内の圧力として許容できる範囲を超える値として、予め設定された値である。ステップ S 1 0 0で取得したガス圧が第 1の基準値を超えていない場合には、循環流路内の圧力は許容範囲内に保たれていると判断して、制御部 7 0は、上記ステップ S 1 0 0および S 1 1 0の工程を繰り返し実行する。

ステップ S 1 1 0において、取得したガス圧が第 1の基準値を超えていると判断された場合には、制御部 7 0は、シャットバルブ 6 1を閉じると共に、所定の低電流値で燃料電池 2 2の発電を継続させ、さらに、所定の報知部を駆動する（ステップ S 1 2 0 ) 。すなわち、制御部 7 0は、取得したガス圧に基づいてシャットバルブ 6 1を閉じる制御を行なう供給停止制御部として機能する。また、制御部 7 0は、燃料電池 2 2の発電を継続させる制御を行なう水素消費制御部として機能する。なお、ステップ S 1 2 0で燃料電池 2 2の発電を継続させる際には、シャツ卜バルブ 6 1を閉じることによって発電に利用可能な水素は限られた少量に制限されるため、上記のように所定の低電流値で発電させることで、発電状態の安定化を図っている。

ここで、シャットバルブ 6 1を閉じるには、例えばシャットバルブ 6 1として非通電時に閉状態となるタイプのバルブを用いる場合には、シャットバルブ 6 1 に対する電力供給を遮断すればよい。

また、燃料電池 2 2の発電継続を行なうには、エアコンプレッサ 2 4を駆動し続け、燃料電池 2 2に対する酸化ガスの供給を続行すればよい。ここで、上記のようにシャツトパルプ 6 1を閉じて、水素タンク 2 3からの水素供給を遮断した場合には、燃料電池 2 2は、循環流路内に残留する水素のみを利用可能となる。シャットバルブ 6 1を閉じた後に行なわれる発電は、このような循環流路内に残留する水素を消費するためのものであり、得られる電力は限られたものとなる。ステップ S 1 2 0において燃料電池 2 2による発電で得られる電力は、何らかの負荷に接続して消費することも可能であるが、本実施例では 2次電池 4 0を充電するために用いている。 2次電池 4 0を充電する際には、例えば、図 2に示した D C / D Cコンバータ 4 2において配線 4 8の電圧を充分に高く設定すればよい。シャットバルブ 6 1を閉じた後の発電量は極めて少ないため、このように充分に高い電圧を設定するだけで、 2次電池 4 0の残存容量などを特に考慮することなく、容易に 2次電池 4 0を充電することができる。このように、燃料電池 2 2 から得られる電力により 2次電池 4 0が充電されるように D C /D Cコンバータ 4 2等を制御することにより、制御部 7 0は、充電制御部として機能する。なお、シャツトバルブ 6 1を閉じた後は発電可能時間が短いため、ステップ S 1 2 0 における燃料電池 2 2の発電時には、水素ポンプ 6 5は駆動しなくても良い。また、本実施例の車両は、水素圧超過が起こって水素供給が遮断されたことを使用者に知らせる報知部 7 2を備えており（図 1参照）、ステップ S 1 2 0ではこの報知部 7 2が制御部 7 0によってさらに駆動される。報知部 7 2としては、例えば、電気自動車 1 5の運転席近傍（例えばインストルメントパネル）に設けた表示部とすることができる。ステップ S 1 2 0では、この表示部において所定の形状の表示を点灯させればよい。あるいは、報知部 7 2によって、水素供給圧超過を告げる音声や、所定の警報音を発する構成としても良い。

ステップ S 1 2 0を実行すると、制御部 7 0は、シャツトバルブ 6 1の下流側における循環流路内の圧力を取得する（ステップ S 1 3 0 ) 。本実施例では、圧力センサ 5 2の検出信号を取得している。あるいは、燃料電池 2 2の下流側に設けた圧力センサ 5 4の検出信号を取得しても良い。

次に、制御部 7 0は、ステップ S 1 3 0で取得したガス圧が、第 2の基準値以下であるか否かを判断する（ステップ S 1 4 0 ) 。ここで、第 2の基準値とは、循環流路内のガスの圧力が充分に低い状態であることを示す基準となる圧力として予め設定された値である。ステップ S 1 3 0で取得したガス圧が第 2の基準値以下でない場合には、循環流路内の圧力が許容できる程度には低下していないと判断して、制御部 7 0は、上記ステップ S 1 3 0および S 1 4 0の工程を繰り返し実行する。このとき、燃料電池 2 2は発電を継続しているため、循環流路内の水素は消費され続け、ステップ S 1 3 0で検出される圧力は、やがて第 2の基準値以下となる。

ステップ S 1 4 0において循環流路内の圧力が第 2の基準値以下であると判断されると、制御部 7 0は、燃料電池 2 2の発電を停止させ（ステップ S 1 5 0 ) 、本ルーチンを終了する。燃料電池 2 2の発電を停止させる動作は、具体的には、エアコンプレッサ 2 4などの燃料電池補機を停止させると共に、燃料電池 2 2 と、それまで燃料電池 2 2から電力を供給されていた 2次電池 4 0との間の接続を切断するものである。

なお、このように水素供給路 6 0における圧力超過が検出されて燃料電池 2 2 への水素供給が停止されるときには、電気自動車 1 5の駆動モータ 3 2は、 2次電池 4 0から電力を得て車両走行を継続することができる。これにより、例えば適当な待避行動を取ることが可能となる。

以上のように構成された本実施例の燃料電池システム 1 0を備える電気自動車 1 5によれば、水素供給路 6 0における圧力が第 1の基準値を超えるとシャツトバルブ 6 1が閉じられるため、燃料電池 2 2に過剰な圧力が加えられることに起因する燃料電池 2 2の耐久性低下を防止することができる。ここで、本実施例では、水素供給路 6 0における圧力超過に対応するために、水素供給路 6 0に設けられたシャットバルブ 6 1を利用しているため、燃料電池システム 1 0の形状が複雑化したり、設計の自由度が低下することがない。特に本実施例では、燃料電池 2 2における通常の発電停止時に水素ガスの流通を遮断するために用いるシャットパルプを利用しているため、部品点数が新たに増加することもない。

水素供給路 6 0内の圧力超過に対応する他の方法としては、例えば、水素供給路 6 0において所定の圧力で開弁するリリーフ弁を設け、圧力超過時にはリリーフ弁から水素ガスを排出する構成も考えられる。しかしながら、このような場合には、排出水素の拡散を促す目的から、電気自動車内における各部の配置や配管設計における自由度が制限され、システム全体の構造が複雑化する可能性がある

。本実施例では、水素供給路 6 0に設けられたバルブを用いるだけであるため、そのような問題は生じない。さらに、上記リリーフ弁が外部と連通する場合には、リリーフ弁において異物の嚙み込みなどの不具合が生じ、水素圧の過剰上昇を防止する効果を充分に得られなくなる可能性がある。本実施例によれば、外部に開放されていない水素供給路 6 0に設けられたバルブを用いるだけであるため、このような問題が生じることが無く、水素供給路 6 0内の圧力超過に対応する動作の信頼性を、より高めることができる。

また、本実施例の燃料電池システム 1 0によれば、水素供給路 6 0内の圧力が第 1の基準値を超えたときには、シャットバルブ 6 1を閉じた後に、発電により循環流路内の水素を消費させて、循環流路内の圧力を低減した後に燃料電池 2 2 を停止させている。したがって、発電停止後に、燃料電池 2 2内部でアノード側に過剰な圧力がかかることがない。すなわち、燃料電池 2 2内部で、アノード側と力ソード側との間の電解質膜を介した圧力差を低減し、圧力差に起因する燃料電池 2 2の損傷を防止することができる。なお、本実施例では、燃料電池 2 2の発電停止時にエアコンプレッサ 2 4が停止されると、燃料電池 2 2内の力ソード側流路は略大気圧となる。

さらに、水素供給路 6 0の圧力超過が検出されてシャットバルブ 6 1を閉じた後に、燃料電池 2 2から得られる電力を用いて 2次電池 4 0を充電する場合には、燃料電池システム 1 0全体のシステム効率を向上させる効果が得られる。

また、本実施例の燃料電池システム 1 0によれば、水素供給路 6 0の圧力超過が検出されてシャツトバルブ 6 1を閉じたときには報知部 7 2を駆動するため、使用者は、いかなる不具合によるシステム停止であるかを的確に認識し、適切な処置をとることが可能となる。本実施例では、圧力調整弁 6 2の下流側における圧力に基づいて不具合発生を判断しているため、不具合発生部が圧力調整弁 6 2 である可能性が高いと判断することができる。

C . 変形例：

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

( 1 ) 水素供給路 6 0におけるバルブの配置や圧力センサの配置は、図 1に示した配置に限るものではない。例えば、シャットバルブ 6 1を、圧力調整弁 6 2の上流ではなく下流に設けることも可能である。また、ステップ S 1 0 0でガス圧を取得するために用いる圧力センサは、シャットバルブ 6 1の上流側に配置しても下流側に配置しても良い。シャットバルブ 6 1を閉じるまでは、シャットバルブ 6 1の上流であるか下流であるかにかかわらず、水素供給路 6 0内の異なる場所で検出した圧力同士は互いに相関するためである。いずれの場合にも、ステツプ S 1 3 0でガス圧を取得するために用いる圧力センサとして、圧力調整弁 6 2 よりも下流に配設された圧力センサを用いれば、圧力調整弁 6 2による圧力調整に不具合が生じたときに、これを検出することができる。

( 2 ) 実施例とは異なる構成の燃料電池システムにおいて本発明を適用することとしても良い。例えば、実施例の燃料電池システム 1 0では、燃料電池 2 2に供給される水素ガスは循環流路内を循環するが、アノード排ガス路を設けず、燃料電池からアノード排ガスを排出させない構成（いわゆるデッドエンド型）としても良い。このような構成では、水素の循環は行なわれないが、発電で消費された水素量に対応する量の水素が新たに燃料電池内に供給される。したがって、燃料電池に新たに供給される水素量の調節において不具合が生じて圧力超過を起こす際に、本発明を適用することができる。

あるいは、純度の高い水素を貯蔵する水素タンクを備える構成に代えて、改質器を設け、炭化水素系燃料を改質して得られる改質ガスを、燃料ガスとして燃料電池に供給することとしても良い。この場合にも、燃料電池に供給される燃料ガス圧を検出し、燃料ガス圧が過剰となった時には、燃料ガス流路に設けたシャツトバルブを閉じて燃料電池に対する燃料ガスの供給を遮断すればよい。

また、燃料電池システムは、実施例のように移動体の駆動用電源とする他、定置型の発電装置として用いる場合であっても、本発明を適用可能である。

いずれの場合にも、燃料電池に供給される燃料ガスの圧力超過時に、燃料電池に対する過剰圧の印加を防止する同様の効果を得ることができる。特に、燃料電池に供給する燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部（圧力調整弁を複数有するシステムでは、燃料電池に直近の圧力調整弁）の下流における圧力を検出してシャットバルブの閉じ制御を行なう場合には、このような圧力調整部に生じる不具合に起因する圧力超過に対応することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池を備える燃料電池システムであって、

水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス源と前記燃料電池とを連通する水素供給路と、

前記水素供給路内の圧力を検出する第 1の圧力センサと、

前記水素供給路を連通状態または非連通状態に切り替えるシャツ卜バルブと、前記第 1の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、第 1の基準値を超えたときに、前記シャツトバルブによって前記水素供給路を非連通状態とする供給停止制御部と

を備える燃料電池システム。

2 . 請求の範囲 1記載の燃料電池システムはさらに、

前記水素供給路に配置され、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部を備え、

前記第 1の圧力センサは、前記圧力調整部の配置位置よりも前記燃料電池側における前記水素供給路内の圧力を検出する

燃料電池システム。

3 . 請求の範囲 1または 2記載の燃料電池システムはさらに、

前記シャツトバルブによって前記水素供給路が非連通状態にされた後に、前記シャツトバルブと前記燃料電池との間における前記水素供給路内で水素を消費させる制御を行なう水素消費制御部を備える

燃料電池システム。

4 . 請求の範囲 3記載の燃料電池システムにおいて、前記第 1の圧力センサは、前記シャツトバルブの配置位置よりも前記燃料電池側における前記水素供給路内の圧力を検出し、

前記水素消費制御部は、前記第 1の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、前記第 1の基準値よりも小さな第 2の基準値以下になると、前記水素供給路内の水素を消費させる制御を停止する

燃料電池システム。

5 . 請求の範囲 3記載の燃料電池システムにおいて、

前記第 1の圧力センサは、前記シャツトバルブの配置位置よりも前記燃料ガス源側における前記水素供給路内の圧力を検出し、

前記燃料電池システムはさらに、

前記シャツトバルブの配置位置よりも前記燃料電池側における前記水素供給路内の圧力を検出する第 2の圧力センサを備え、

前記水素消費制御部は、前記第 2の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、前記第 1の基準値よりも小さな第 2の基準値以下になると、前記水素供給路内の水素を消費させる制御を停止する

燃料電池システム。

6 . 請求の範囲 1ないし 5いずれか記載の燃料電池システムはさらに、前記シャツトバルブにより前記水素供給路が非連通状態にされたときに、前記水素供給路で圧力超過が生じたことを報知する報知部を備える

燃料電池システム。

7 . 燃料電池を備える燃料電池システムの運転方法であって、

前記燃料電池に対して水素を含有する燃料ガスを供給する水素供給路内の圧力を検出し、前記検出した圧力が、所定の基準値を超えたときに、前記水素供給路に設けたシャツトバルブによって前記水素供給路を非連通状態として、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を遮断する燃料電池システムの運転方法。