JP2003173807A - Controller for fuel cell system - Google Patents

Controller for fuel cell system

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JP2003173807A
JP2003173807A JP2001371729A JP2001371729A JP2003173807A JP 2003173807 A JP2003173807 A JP 2003173807A JP 2001371729 A JP2001371729 A JP 2001371729A JP 2001371729 A JP2001371729 A JP 2001371729A JP 2003173807 A JP2003173807 A JP 2003173807A
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孝之 荒井
Tetsuya Uehara
哲也 上原
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve draining efficiency of water trapped in a fuel cell. <P>SOLUTION: When a fuel cell stack is made to generate electricity by a control unit (a step S1), a cell voltage of the fuel cell stack is monitored by a cell voltage sensor (a step S2), and when the cell voltage is judged to be lower than a predetermined value (a step S3), a hydrogen gas supply regulator is controlled so as to raise fuel gas pressure (a step S4), and then, a purge open/close valve is controlled to switch from a closed state to an open state (a step S5). With this, a kinetic pressure of hydrogen gas pressure is generated to make an anode electrode side drain efficiently. Then, the cell voltage is estimated to be higher than the predetermined value (a step S6), the purge open/close valve 6 is controlled to switch from an open state to a closed state (a step S7). <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車等の
駆動源として用いられ、燃料ガスとして水素ガス、酸化
剤ガスとして空気が供給されて発電をし、水素循環路に
パージ動作を行うためのパージ弁を有する燃料電池シス
テムを制御する燃料電池システムの制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used, for example, as a drive source for automobiles and the like, and is supplied with hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidant gas to generate electric power and perform a purge operation in a hydrogen circulation path. The present invention relates to a fuel cell system control device for controlling a fuel cell system having a purge valve.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の燃料電池システムとしては、例え
ば特開平7−235324号公報に開示されたものが知
られている。この燃料電池システムは、燃料電池スタッ
クを運転することにより燃料電池スタック内に水が滞留
したことを検出すると、燃料電池スタックのカソード側
ガス流量を増加させて、酸素ガスの動圧により滞留水を
吹き飛ばす動作をしていた。
2. Description of the Related Art As a conventional fuel cell system, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235324 is known. When the fuel cell system detects that water has accumulated in the fuel cell stack by operating the fuel cell stack, the cathode-side gas flow rate of the fuel cell stack is increased, and the accumulated water is retained by the dynamic pressure of oxygen gas. It was working to blow it away.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の燃料
電池システムでは、燃料ガスタンクから燃料電池スタッ
クに供給する燃料ガス圧力を調整するに際して、燃料ガ
スを燃料電池スタックに供給しながら燃料ガス圧力を調
整しているために、燃費が良好ではない。これに対し、
従来より、燃料電池スタックの燃料ガス出口から排出さ
れる残存燃料ガスを燃料電池スタックの燃料ガス入口に
循環させる燃料ガス循環流路を有する燃料電池システム
が提案されている。
In the conventional fuel cell system, when adjusting the fuel gas pressure supplied from the fuel gas tank to the fuel cell stack, the fuel gas pressure is adjusted while supplying the fuel gas to the fuel cell stack. Therefore, the fuel economy is not good. In contrast,
BACKGROUND ART Conventionally, there has been proposed a fuel cell system having a fuel gas circulation flow path for circulating the residual fuel gas discharged from the fuel gas outlet of the fuel cell stack to the fuel gas inlet of the fuel cell stack.

【0004】このような燃料電池システムでは、燃料電
池スタック内の滞留水を排出する技術をアノード極側に
も適用して滞留水の排出効率を向上させることが考えら
れる。しかし、燃料ガス循環流路に循環ポンプを有しな
い場合には、燃料電池スタックの燃料ガス消費量が変化
しないと、燃料ガス圧力を高くしても燃料ガス供給量を
増加させることは不可能である。すなわち、燃料ガス圧
を燃料電池スタックの運転状況に合わせて一定に保った
状態で、燃料ガス供給量を燃料電池スタックで消費した
燃料ガス量以上とすることは不可能であり、アノード極
側の水詰まり発生時には容易に燃料ガス流量を上昇させ
ることはできない。
In such a fuel cell system, it is possible to improve the discharge efficiency of accumulated water by applying the technique of discharging accumulated water in the fuel cell stack to the anode side as well. However, in the case where the fuel gas circulation passage does not have a circulation pump, it is impossible to increase the fuel gas supply amount even if the fuel gas pressure is increased unless the fuel gas consumption amount of the fuel cell stack changes. is there. That is, it is impossible to make the fuel gas supply amount more than the fuel gas amount consumed in the fuel cell stack while keeping the fuel gas pressure constant according to the operating condition of the fuel cell stack. When water clogging occurs, the fuel gas flow rate cannot be easily increased.

【0005】これに対し、水詰まりの発生を検出した場
合には、パージ弁を開状態にし、燃料ガス供給流量を燃
料電池スタックで消費した燃料ガス量とパージ弁からの
排出ガス量との合計とする。これにより、燃料電池シス
テムでは、パージ弁からの排出ガス量分を増加させて燃
料ガスを燃料電池スタックに供給することができ、アノ
ード極側での燃料ガス供給流量を増大させていた。しか
し、燃料ガスを外部に放出することによる燃費の低下を
招いてしまう。
On the other hand, when the occurrence of water clogging is detected, the purge valve is opened and the fuel gas supply flow rate is the sum of the fuel gas amount consumed in the fuel cell stack and the exhaust gas amount from the purge valve. And As a result, in the fuel cell system, the fuel gas can be supplied to the fuel cell stack by increasing the amount of exhaust gas from the purge valve, and the fuel gas supply flow rate on the anode side is increased. However, the fuel economy is reduced by releasing the fuel gas to the outside.

【0006】また、燃料電池スタック内の滞留水の除去
手法として、燃料ガス圧力を低下させることにより燃料
電池スタックの電力出力を低下させてセル電圧を回復す
る手法があるが、一時的に意図した電力出力を得られな
い期間が発生するという問題点がある。特に、二次電池
を搭載していない燃料電池システムでは、この問題が重
要となる。
As a method of removing accumulated water in the fuel cell stack, there is a method of lowering the power output of the fuel cell stack by lowering the fuel gas pressure to recover the cell voltage. There is a problem that a period during which no power output is obtained occurs. This problem is particularly important in a fuel cell system that does not include a secondary battery.

【0007】そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて
提案されたものであり、燃料電池中に滞留した水の排水
効率を向上させることができる燃料電池システムの制御
装置を提供するものである。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above situation, and provides a control device for a fuel cell system capable of improving the drainage efficiency of water accumulated in the fuel cell. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る燃料電池
システムの制御装置は、電解質膜を酸化剤極と燃料極と
により挟んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記
酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料
極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記
燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給
手段と、上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口と
を挿通する燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、
上記燃料循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ
弁とを有する燃料電池システムを制御するものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a control device for a fuel cell system in which a plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are laminated, Side is supplied with an oxidant gas, and is supplied with fuel gas to the fuel electrode side to generate electric power, gas supply means for supplying the oxidant gas and the fuel gas to the fuel cell, and the fuel cell A fuel circulation passage that passes through the fuel gas outlet and the fuel gas inlet, and provided in this fuel circulation passage,
A fuel cell system having a purge valve for releasing a part of the gas in the fuel circulation path to the outside is controlled.

【0009】この燃料電池システムの制御装置は、上記
燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場
合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供給手
段を制御した後に上記パージ弁を閉状態から開状態にす
る制御をし、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大
きいと判定した場合に上記パージ弁を開状態から閉状態
にする制御をする。
When the fuel cell system control device determines that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the fuel cell system control device controls the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure, and then turns on the purge valve. Control is performed from the closed state to the open state, and when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is higher than a predetermined value, the purge valve is controlled from the open state to the closed state.

【0010】請求項2に係る燃料電池システムの制御装
置は、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成
されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化
剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが
供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤
ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料
電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循
環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内
の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料
電池システムを制御するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for a fuel cell system in which a plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are laminated, and an oxidant gas is provided on the oxidant electrode side. A fuel cell that is supplied with fuel gas to the fuel electrode side to generate electricity, a gas supply unit that supplies an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell, a fuel gas outlet of the fuel cell, and a fuel gas. The present invention controls a fuel cell system having a fuel circulation passage that passes through an inlet and a purge valve that is provided in the fuel circulation passage and discharges a part of the gas in the fuel circulation passage to the outside.

【0011】この燃料電池システムの制御装置は、上記
燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場
合に、上記パージ弁を周期的に開閉制御し、上記燃料電
池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に上
記パージ弁を閉状態にする制御をする。
When the cell voltage of the fuel cell is determined to be lower than a predetermined value, the control device of the fuel cell system periodically controls the opening / closing of the purge valve so that the cell voltage of the fuel cell is a predetermined value. When it is determined that the value is larger than the above value, the purge valve is controlled to be closed.

【0012】請求項3に係る燃料電池システムの制御装
置は、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成
されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化
剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが
供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤
ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料
電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循
環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内
の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料
電池システムを制御するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a control device for a fuel cell system in which a plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are laminated, and an oxidant gas is provided on the oxidant electrode side. A fuel cell that is supplied with fuel gas to the fuel electrode side to generate electricity, a gas supply unit that supplies an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell, a fuel gas outlet of the fuel cell, and a fuel gas. The present invention controls a fuel cell system having a fuel circulation passage that passes through an inlet and a purge valve that is provided in the fuel circulation passage and discharges a part of the gas in the fuel circulation passage to the outside.

【0013】この燃料電池システムの制御装置は、上記
燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場
合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供給手
段を制御した後に上記パージ弁を周期的に開閉制御し、
上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定し
た場合に上記パージ弁を閉状態にする制御をする。
When the cell voltage of the fuel cell is determined to be lower than a predetermined value, the control device of the fuel cell system controls the purge valve after controlling the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure. Open and close control periodically,
When it is determined that the cell voltage of the fuel cell is higher than a predetermined value, the purge valve is controlled to be closed.

【0014】請求項4に係る燃料電池システムの制御装
置では、請求項1乃至請求項3の何れかに記載の燃料電
池システムの制御装置であって、上記燃料電池のセル電
圧が所定値よりも小さいと判定した場合に少なくとも一
のパージ弁を開状態にする制御をし、前記一のパージ弁
を開状態にしてから所定期間経過後において上記燃料電
池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に他
のパージ弁を開状態にする制御をし、上記燃料電池のセ
ル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に開状態と
したパージ弁を閉状態にする制御をすることを特徴とす
る。
A fuel cell system controller according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell system controller according to any one of the first to third aspects, wherein the cell voltage of the fuel cell is higher than a predetermined value. If it is determined to be small, control is performed to open at least one purge valve, and it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value after a lapse of a predetermined period after opening the one purge valve. When the fuel cell cell voltage of the fuel cell is determined to be higher than a predetermined value, the purge valve that has been opened is controlled to be closed. And

【0015】請求項5に係る燃料電池システムの制御装
置では、請求項1又は請求項3に記載の燃料電池システ
ムの制御装置であって、上記燃料電池のセル電圧が所定
値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を段階
的に上昇させるように上記ガス供給手段を制御すること
を特徴とする。
A fuel cell system controller according to a fifth aspect of the present invention is the fuel cell system controller according to the first or third aspect, wherein the cell voltage of the fuel cell is determined to be smaller than a predetermined value. In this case, the gas supply means is controlled so as to increase the fuel gas pressure stepwise.

【0016】請求項6に係る燃料電池システムの制御装
置では、請求項1、請求項3又は請求項5に記載の燃料
電池システムの制御装置であって、上記燃料電池のセル
電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス
圧力を上昇させると共に、上記酸化剤極における酸化剤
ガス流量を保持するように上記ガス供給手段を制御する
ことを特徴とする。
A fuel cell system controller according to a sixth aspect of the present invention is the fuel cell system controller according to the first, third or fifth aspect, wherein the cell voltage of the fuel cell is greater than a predetermined value. When it is determined that is also small, the fuel gas pressure is increased and the gas supply means is controlled so as to maintain the oxidant gas flow rate at the oxidant electrode.

【0017】[0017]

【発明の効果】請求項1に係る燃料電池システムの制御
装置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さ
い場合に、燃料ガス圧力を上昇させるようにガス供給手
段を制御した後にパージ弁を閉状態から開状態にする制
御をするので、パージ弁を開状態にした直後の燃料ガス
圧力の動圧を大きくすることができる。したがって、こ
の燃料電池システムの制御装置によれば、パージ弁を開
状態にする期間を短縮することができ、パージ弁を開状
態にすることによる燃料ガス排出量を少なくすることが
でき、排水効率を向上させることができる。
According to the controller of the fuel cell system of the first aspect, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the purge is performed after controlling the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure. Since the valve is controlled to change from the closed state to the open state, the dynamic pressure of the fuel gas pressure immediately after the purge valve is opened can be increased. Therefore, according to this control device of the fuel cell system, it is possible to shorten the period of time during which the purge valve is opened, reduce the amount of fuel gas discharged by opening the purge valve, and improve the drainage efficiency. Can be improved.

【0018】請求項2に係る燃料電池システムの制御装
置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい
場合に、パージ弁を周期的に開閉制御するので、燃料ガ
ス圧力の変動回数を多くすることができる。したがっ
て、この燃料電池システムの制御装置によれば、燃料ガ
ス圧力の動圧発生回数を多くすることができ、排水効率
をより向上させることができる。
According to the second aspect of the fuel cell system control device, the purge valve is controlled to open and close periodically when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value. You can do a lot. Therefore, according to this control device of the fuel cell system, it is possible to increase the number of times the dynamic pressure of the fuel gas pressure is generated, and it is possible to further improve the drainage efficiency.

【0019】請求項3に係る燃料電池システムの制御装
置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい
場合に、燃料ガス圧力を上昇させるようにガス供給手段
を制御した後にパージ弁を周期的に開閉制御するので、
燃料ガス圧力を上昇させることによる動圧の増加と、周
期的にパージ弁を開閉制御することによる動圧発生回数
の増加との相乗作用を発揮させることができ、パージ弁
からの総水素ガス排出量が少なくても効率的に排水をす
ることができる。
According to the third aspect of the control device for the fuel cell system, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the purge valve is turned on after controlling the gas supply means so as to raise the fuel gas pressure. Since it controls opening and closing periodically,
It is possible to exert a synergistic effect of increasing the dynamic pressure by increasing the fuel gas pressure and increasing the number of times the dynamic pressure is generated by periodically controlling the opening and closing of the purge valve. Even if the amount is small, it is possible to drain water efficiently.

【0020】請求項4に係る燃料電池システムの制御装
置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい
場合に少なくとも一のパージ弁を開状態にする制御を
し、一のパージ弁を開状態にしてから所定期間経過後に
おいて燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定
した場合に他のパージ弁を開状態にする制御をするの
で、更に燃料循環流路内の総ガス排出流量を増加するこ
とができ、更に動圧を増加させることができる。
According to the fourth aspect of the control device for the fuel cell system, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than the predetermined value, at least one purge valve is controlled to be in the open state, and the one purge valve is opened. When it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than the predetermined value after the lapse of a predetermined period from the open state, the other purge valves are controlled to be in the open state. The flow rate can be increased and the dynamic pressure can be further increased.

【0021】請求項5に係る燃料電池システムの制御装
置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい
場合に燃料ガス圧力を段階的に上昇させるので、更に動
圧を増加させることができ、排水効率をより向上させる
ことができる。
According to the fifth aspect of the control device for the fuel cell system, since the fuel gas pressure is increased stepwise when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the dynamic pressure can be further increased. Therefore, the drainage efficiency can be further improved.

【0022】請求項6に係る燃料電池システムの制御装
置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい
場合に、燃料ガス圧力を上昇させると共に酸化剤極にお
ける酸化剤ガス流量を保持するので、燃料ガス圧力を上
昇させると共に酸化剤ガス圧力を上昇させることにより
酸化剤ガス流量が減少する場合であっても、酸化剤ガス
流速が減って排水効率が低下することを防止することが
でき、排水効率を維持することができる。
According to the sixth aspect of the control device for the fuel cell system, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the fuel gas pressure is increased and the oxidant gas flow rate at the oxidant electrode is maintained. Therefore, even when the oxidant gas flow rate is decreased by increasing the fuel gas pressure and the oxidant gas pressure, it is possible to prevent the oxidant gas flow rate from decreasing and the drainage efficiency to decrease. The drainage efficiency can be maintained.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】本発明は、例えば図1に示すように構成さ
れた第1実施形態に係る燃料電池システム、及び図5に
示すように構成された第2実施形態に係る燃料電池シス
テムに適用される。
The present invention is applied to, for example, the fuel cell system according to the first embodiment configured as shown in FIG. 1 and the fuel cell system according to the second embodiment configured as shown in FIG. .

【0025】[第1実施形態に係る燃料電池システムの
構成]第1実施形態に係る燃料電池システムに備えられ
る燃料電池スタック1は、固体高分子電解質膜を酸化剤
極(カソード極)と燃料極(アノード極)とにより挟ん
で構成されたセル構造体が、セパレータを介して複数積
層されてなるスタック構造となっている。また、この燃
料電池スタック1では、内部に酸化剤ガスを通過させる
酸化剤ガス流路、燃料ガスを通過させる燃料ガス流路、
冷却水を通過させる冷却水流路が設けられている。そし
て、燃料電池スタック1は、上記酸化剤極側に酸化剤ガ
スとしての空気が供給されると共に、上記燃料極側に燃
料ガスとしての水素ガスが供給される。これにより、燃
料電池スタック1は、水分を媒体として膜中をそれぞれ
のイオンが移動して接触して発電する。
[Configuration of Fuel Cell System According to First Embodiment] The fuel cell stack 1 included in the fuel cell system according to the first embodiment has a solid polymer electrolyte membrane and an oxidizer electrode (cathode electrode) and a fuel electrode. It has a stack structure in which a plurality of cell structures sandwiched by (anode electrode) are laminated with a separator interposed therebetween. In addition, in the fuel cell stack 1, an oxidant gas passage through which an oxidant gas passes, a fuel gas passage through which a fuel gas passes,
A cooling water passage is provided for passing cooling water. Then, in the fuel cell stack 1, air as an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, and hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the fuel electrode side. As a result, in the fuel cell stack 1, each ion moves and contacts in the membrane using water as a medium to generate electricity.

【0026】この燃料電池システムは、水素を貯蔵して
いる水素タンク2、水素ガス供給調圧弁3、水素循環装
置4及び加湿器5が水素ガス供給流路L1で挿通されて
燃料電池スタック1の水素ガス入口1aに接続し、燃料
電池スタック1の水素ガス出口1b、水素ガス入口1
a、パージ用開閉弁6が水素ガス循環流路L2で挿通さ
れてなる水素ガス系を備える。
In this fuel cell system, a hydrogen tank 2, which stores hydrogen, a hydrogen gas supply pressure regulating valve 3, a hydrogen circulation device 4 and a humidifier 5 are inserted through a hydrogen gas supply passage L1 to form a fuel cell stack 1. Connected to the hydrogen gas inlet 1a, the hydrogen gas outlet 1b of the fuel cell stack 1, the hydrogen gas inlet 1
a, a purge on-off valve 6 is equipped with a hydrogen gas system which is inserted through the hydrogen gas circulation flow path L2.

【0027】水素ガス供給調圧弁3及びパージ用開閉弁
6は、図示しないアクチュエータと接続され、コントロ
ールユニット17からの制御信号に従ってアクチュエー
タが駆動することで開閉動作や開度が制御される。パー
ジ用開閉弁6は、コントロールユニット17からの制御
信号に従って開閉制御され、開状態にされることで、燃
料ガス循環流路L2中及び燃料電池スタック1内の水素
ガスを外部に排出する。
The hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 and the purge opening / closing valve 6 are connected to an actuator (not shown), and the opening / closing operation and the opening degree are controlled by driving the actuator according to a control signal from the control unit 17. The purging on-off valve 6 is controlled to be opened and closed according to a control signal from the control unit 17, and is opened to discharge the hydrogen gas in the fuel gas circulation flow path L2 and the fuel cell stack 1 to the outside.

【0028】この燃料電池システムでは、燃料電池スタ
ック1を運転するに際して、コントロールユニット17
により水素タンク2に高圧状態で貯蔵された水素を水素
ガス供給調圧弁3により調圧し、水素ガス供給流路L1
を介して水素循環装置4に供給する。これにより燃料電
池スタック1のアノード極側における水素ガス圧力を調
整する。水素循環装置4は、水素ガス供給調圧弁3から
の水素ガスと水素ガス循環流路L2を介して供給される
水素ガスとを加湿器5に供給する。加湿器5は、内部に
半透膜を有し、半透膜を介して純水と水素ガスとを隣接
させることにより、水分子を半透膜を介して通過させて
水素ガスの加湿をして燃料電池スタック1に供給する。
In this fuel cell system, when operating the fuel cell stack 1, the control unit 17
The hydrogen stored in the hydrogen tank 2 in a high pressure state is regulated by the hydrogen gas supply regulating valve 3 by the hydrogen gas supply passage L1.
It is supplied to the hydrogen circulation device 4 via. This adjusts the hydrogen gas pressure on the anode side of the fuel cell stack 1. The hydrogen circulation device 4 supplies the humidifier 5 with the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 and the hydrogen gas supplied through the hydrogen gas circulation flow path L2. The humidifier 5 has a semipermeable membrane inside, and by allowing pure water and hydrogen gas to be adjacent to each other through the semipermeable membrane, water molecules are allowed to pass through the semipermeable membrane to humidify the hydrogen gas. Supply to the fuel cell stack 1.

【0029】また、この燃料電池システムは、コンプレ
ッサ7が空気供給流路L3に挿通され燃料電池スタック
1の空気入口1cに接続し、燃料電池スタック1の空気
出口1d、空気調圧弁8が空気排出流路L4に挿通され
てなる酸化剤ガス系を備える。コンプレッサ7は、コン
トロールユニット17からの制御信号に従ってその回転
数が制御されて駆動し、燃料電池スタック1に空気流量
を調整して供給する。また、空気調圧弁8は、コントロ
ールユニット17からの制御信号に従って動作し、その
開度が調整される。
Further, in this fuel cell system, the compressor 7 is inserted into the air supply passage L3 and connected to the air inlet 1c of the fuel cell stack 1, and the air outlet 1d of the fuel cell stack 1 and the air pressure regulating valve 8 discharge the air. An oxidant gas system that is inserted through the flow path L4 is provided. The compressor 7 is driven by controlling its rotation speed according to a control signal from the control unit 17, and adjusts and supplies the air flow rate to the fuel cell stack 1. Further, the air pressure regulating valve 8 operates according to a control signal from the control unit 17, and the opening thereof is adjusted.

【0030】この燃料電池システムでは、燃料電池スタ
ック1を運転するに際して、コントロールユニット17
によりコンプレッサ7を駆動して空気を加湿器5に供給
する。加湿器5では、水素ガスと同様に空気を加湿して
燃料電池スタック1に供給する。このとき、燃料電池シ
ステムでは、コントロールユニット17により空気調圧
弁8の開度を調整することで、燃料電池スタック1内、
空気供給流路L3及び空気排出流路L4での空気圧力の
調整をする。
In this fuel cell system, when operating the fuel cell stack 1, the control unit 17
The compressor 7 is driven to supply air to the humidifier 5. The humidifier 5 humidifies the air in the same manner as the hydrogen gas and supplies the humidified air to the fuel cell stack 1. At this time, in the fuel cell system, by adjusting the opening degree of the air pressure regulating valve 8 by the control unit 17, the inside of the fuel cell stack 1
The air pressure in the air supply passage L3 and the air discharge passage L4 is adjusted.

【0031】更に、この燃料電池システムは、水タンク
9、水ポンプ10、ラジエータ11、燃料電池スタック
1、加湿器5が水循環流路L5で挿通されてなる水循環
系を有する。また、この燃料電池システムにおける水循
環系は、ラジエータ11を通過する水を冷却するラジエ
ータファン12を備える。
Further, this fuel cell system has a water circulation system in which the water tank 9, the water pump 10, the radiator 11, the fuel cell stack 1, and the humidifier 5 are inserted through the water circulation flow path L5. In addition, the water circulation system in this fuel cell system includes a radiator fan 12 that cools water passing through the radiator 11.

【0032】このような燃料電池システムでは、水タン
ク9内の水を、水ポンプ10によりラジエータ11に供
給してラジエータファン12の駆動量を制御することで
水温度を制御し、燃料電池スタック1に供給することに
より、燃料電池スタック1を冷却して温度調整をする。
そして、燃料電池スタック1を冷却した水は、加湿器5
に供給され、加湿器5での加湿に一部が使用されて再度
水タンク9に蓄積される。
In such a fuel cell system, the water in the water tank 9 is supplied to the radiator 11 by the water pump 10 to control the drive amount of the radiator fan 12 to control the water temperature, thereby controlling the fuel cell stack 1 Is supplied to the fuel cell stack 1 to cool the fuel cell stack 1 and adjust the temperature.
The water that has cooled the fuel cell stack 1 is supplied to the humidifier 5
Is partially supplied to the humidifier 5 and is stored in the water tank 9 again.

【0033】更にまた、この燃料電池システムは、加湿
器5と燃料電池スタック1との間の水素ガス供給流路L
1内の水素ガス圧力を検出する水素ガス圧力センサ1
3、加湿器5と燃料電池スタック1との間の空気供給流
路L3の空気圧力を検出する空気圧力センサ14、コン
プレッサ7に取り込まれる空気流量を検出する空気流量
センサ15を備える。これらの水素ガス圧力センサ1
3、空気圧力センサ14、空気流量センサ15は、図1
に示すように配設されることにより、燃料電池スタック
1内の水素ガス圧力、空気圧力、空気流量を検出する。
更にまた、燃料電池システムは、燃料電池スタック1を
構成する各セルのセル電圧を検出するセル電圧センサ1
6を備える。これらのセンサは、その検出値をセンサ信
号としてコントロールユニット17に出力する。
Furthermore, in this fuel cell system, the hydrogen gas supply passage L between the humidifier 5 and the fuel cell stack 1 is provided.
Hydrogen gas pressure sensor 1 for detecting hydrogen gas pressure in 1
3, an air pressure sensor 14 that detects the air pressure in the air supply flow path L3 between the humidifier 5 and the fuel cell stack 1, and an air flow rate sensor 15 that detects the air flow rate taken into the compressor 7. These hydrogen gas pressure sensors 1
3, the air pressure sensor 14, and the air flow sensor 15 are shown in FIG.
The hydrogen gas pressure, the air pressure, and the air flow rate in the fuel cell stack 1 are detected by arranging as shown in FIG.
Furthermore, the fuel cell system includes a cell voltage sensor 1 that detects a cell voltage of each cell that constitutes the fuel cell stack 1.
6 is provided. These sensors output the detected values to the control unit 17 as sensor signals.

【0034】コントロールユニット17は、上述したよ
うに構成された各部を制御する。コントロールユニット
17は、外部からの燃料電池スタック1を駆動開始する
命令が入力されると、燃料電池スタック1に水素ガスを
供給するように水素ガス供給調圧弁3を制御すると共
に、燃料電池スタック1に空気を供給するようにコンプ
レッサ7及び空気調圧弁8を制御する。更に、コントロ
ールユニット17は、水ポンプ10及びラジエータファ
ン12に制御信号を出力して燃料電池スタック1及び加
湿器5中に水を循環させる。これにより、コントロール
ユニット17は、燃料電池スタック1を発電開始させ
る。
The control unit 17 controls each section configured as described above. When a command to start driving the fuel cell stack 1 is input from the outside, the control unit 17 controls the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 so as to supply hydrogen gas to the fuel cell stack 1, and also controls the fuel cell stack 1 The compressor 7 and the air pressure regulating valve 8 are controlled so that air is supplied to the compressor. Further, the control unit 17 outputs a control signal to the water pump 10 and the radiator fan 12 to circulate water in the fuel cell stack 1 and the humidifier 5. As a result, the control unit 17 causes the fuel cell stack 1 to start power generation.

【0035】また、コントロールユニット17は、外部
からアクセル開度などを示す信号に従った燃料電池スタ
ック1の発電電力量を認識し、必要な水素ガス圧力及び
空気圧力等の運転条件を認識する。そして、コントロー
ルユニット17は、運転条件を実現するように、水素ガ
ス圧力の調整をするように水素ガス供給調圧弁3を制御
し、空気圧力の調整をするようにコンプレッサ7及び空
気調圧弁8を制御し、燃料電池スタック1の温度調整を
するように水ポンプ10及びラジエータファン12を制
御する。ここで、コントロールユニット17は、水素ガ
ス圧力センサ13、空気圧力センサ14、空気流量セン
サ15からのセンサ信号を参照することで、水素ガス圧
力と空気圧力とをほぼ同じ圧力値とする。
Further, the control unit 17 recognizes the amount of electric power generated by the fuel cell stack 1 according to a signal indicating the accelerator opening degree or the like from the outside, and recognizes necessary operating conditions such as hydrogen gas pressure and air pressure. Then, the control unit 17 controls the hydrogen gas supply pressure adjusting valve 3 so as to adjust the hydrogen gas pressure so as to realize the operating condition, and controls the compressor 7 and the air pressure adjusting valve 8 so as to adjust the air pressure. The water pump 10 and the radiator fan 12 are controlled so as to control the temperature of the fuel cell stack 1. Here, the control unit 17 refers to the sensor signals from the hydrogen gas pressure sensor 13, the air pressure sensor 14, and the air flow rate sensor 15 to make the hydrogen gas pressure and the air pressure substantially the same pressure value.

【0036】更に、コントロールユニット17は、燃料
電池スタック1を運転しているときに、セル電圧センサ
16からのセンサ信号を入力し、燃料電池スタック1の
セル電圧を監視し、燃料電池スタック1のアノード極及
びカソード極の水詰まりによるセル電圧低下を検出す
る。
Further, the control unit 17 inputs the sensor signal from the cell voltage sensor 16 while operating the fuel cell stack 1 to monitor the cell voltage of the fuel cell stack 1 to detect the fuel cell stack 1 A cell voltage drop due to water clogging of the anode and cathode is detected.

【0037】具体的には、コントロールユニット17
は、検出したセル電圧と予め設定された許容下限値とを
比較する。コントロールユニット17は、検出したセル
電圧が許容下限値以下であるか否かを判定し、検出した
セル電圧が許容下限値より小さい場合に、燃料電池スタ
ック1内に滞留している水による各セルの発電能力の低
下が発生して水排出が必要と判定し、パージ用開閉弁6
の動作を制御する水排出処理をする。
Specifically, the control unit 17
Compares the detected cell voltage with a preset allowable lower limit value. The control unit 17 determines whether or not the detected cell voltage is less than or equal to the allowable lower limit value, and when the detected cell voltage is less than the allowable lower limit value, each cell due to water accumulated in the fuel cell stack 1 It is judged that the power generation capacity of the plant has deteriorated and water discharge is necessary, and the purge on-off valve 6
Water discharge processing is performed to control the operation of.

【0038】ここで、燃料電池スタック1に水素ガスを
供給しているときに、パージ用開閉弁6を閉状態から開
状態、又は開状態から閉状態に動作させることにより、
図2に示すように、水素ガス圧力センサ13にて検出さ
れる水素ガス圧力(燃料電池スタック1内の水素ガス圧
力)が変化する動圧が発生する。この動圧は、パージ用
開閉弁6を開閉動作させることにより、水素ガス供給流
路L1内及び燃料電池スタック1のアノード極で水素ガ
ス流速が変化することにより発生する。
Here, by operating the purge on-off valve 6 from the closed state to the open state or from the open state to the closed state while supplying hydrogen gas to the fuel cell stack 1,
As shown in FIG. 2, a dynamic pressure that changes the hydrogen gas pressure (hydrogen gas pressure in the fuel cell stack 1) detected by the hydrogen gas pressure sensor 13 is generated. This dynamic pressure is generated when the purge on-off valve 6 is opened and closed to change the hydrogen gas flow velocity in the hydrogen gas supply passage L1 and the anode electrode of the fuel cell stack 1.

【0039】すなわち、図2(b)に示すように時刻t
1にてパージ用開閉弁6を閉状態から開状態とすると、
水素ガス供給流路L1内での水素ガス流速が一時的に上
昇して、図2(a)に示すように水素ガス圧力が一時的
に低下する。そして、時刻t1〜時刻t2(パージ期
間)の間、パージ用開閉弁6を開状態とすると次第に水
素ガス流速が低下することにより、次第に水素ガス圧力
が元の圧力値に戻る。更に、時刻t2にてパージ用開閉
弁6を開状態から閉状態とすると、水素ガス供給流路L
1内での水素ガス流速が一時的に低下し、水素ガス圧力
が一時的に上昇する。
That is, as shown in FIG. 2B, time t
When the purge on-off valve 6 is changed from the closed state to the open state in 1,
The hydrogen gas flow velocity in the hydrogen gas supply passage L1 temporarily increases, and the hydrogen gas pressure temporarily decreases as shown in FIG. 2 (a). During time t1 to time t2 (purge period), when the purge on-off valve 6 is opened, the hydrogen gas flow velocity gradually decreases, so that the hydrogen gas pressure gradually returns to the original pressure value. Further, when the purge on-off valve 6 is changed from the open state to the closed state at time t2, the hydrogen gas supply flow path L
The hydrogen gas flow rate in 1 temporarily decreases, and the hydrogen gas pressure temporarily increases.

【0040】コントロールユニット17は、このような
パージ用開閉弁6の動作に応じた水素ガス圧力の動圧を
利用して水排出処理をする。なお、この水排出処理を行
うときのコントロールユニット17の詳細な処理内容に
ついては後述する。
The control unit 17 uses the dynamic pressure of the hydrogen gas pressure according to the operation of the purge opening / closing valve 6 to perform the water discharge process. The detailed processing contents of the control unit 17 when performing this water discharge processing will be described later.

【0041】また、このコントロールユニット17は、
水排出処理を行うときに、パージ用開閉弁6の開閉状態
を制御する前に、水素ガス圧力を燃料電池スタック1の
運転条件やセル電圧低下代等により設定された所定圧力
値まで上昇させるように水素ガス供給調圧弁3を制御す
る。
Further, the control unit 17 is
When performing the water discharge process, before controlling the open / closed state of the purge on-off valve 6, the hydrogen gas pressure is increased to a predetermined pressure value set according to the operating conditions of the fuel cell stack 1, the cell voltage decrease, etc. Then, the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 is controlled.

【0042】[第1実施形態に係る燃料電池システムの
動作]つぎに、上述した第1実施形態に係る燃料電池シ
ステムの動作について図3のフローチャートを参照して
説明する。
[Operation of Fuel Cell System According to First Embodiment] Next, the operation of the fuel cell system according to the above-described first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0043】このフローチャートによれば、先ず、コン
トロールユニット17により、燃料電池スタック1を発
電させる発電電力量を示す信号を入力し、目標とする運
転条件にて水素ガス圧力を調整している状態において、
例えば所定期間毎にステップS1以降の水排出処理を行
う。なお、この状態において、パージ用開閉弁6は、閉
状態となっている。
According to this flowchart, first, the control unit 17 inputs a signal indicating the amount of electric power generated by the fuel cell stack 1 to adjust the hydrogen gas pressure under the target operating conditions. ,
For example, the water discharge process after step S1 is performed every predetermined period. In this state, the purge opening / closing valve 6 is closed.

【0044】先ず、ステップS1において、コントロー
ルユニット17により、現在の水素ガス供給圧力を水素
ガス圧力センサ13からのセンサ信号により検出し、水
素ガス圧力を基準水素ガス圧力にしてステップS2に処
理を進める。
First, in step S1, the control unit 17 detects the current hydrogen gas supply pressure from the sensor signal from the hydrogen gas pressure sensor 13, sets the hydrogen gas pressure to the reference hydrogen gas pressure, and proceeds to step S2. .

【0045】ステップS2において、コントロールユニ
ット17により、ステップS1で基準水素ガス圧力とし
ている状態におけるセル電圧をセル電圧センサ16から
のセンサ信号により検出して、ステップS3に処理を進
める。
In step S2, the control unit 17 detects the cell voltage in the state where the reference hydrogen gas pressure is set in step S1 by the sensor signal from the cell voltage sensor 16, and the process proceeds to step S3.

【0046】ステップS3において、コントロールユニ
ット17により、ステップS2で検出したセル電圧が許
容下限値よりも小さいか否かを判定する。この許容下限
値は、燃料電池スタック1に水詰まりが発生してセル電
圧が低下したときの電圧値が予め設定されている。ま
た、この許容下限値は、燃料電池スタック1に要求され
る発電電力に応じて可変させても良い。
In step S3, the control unit 17 determines whether the cell voltage detected in step S2 is smaller than the allowable lower limit value. This allowable lower limit value is preset with a voltage value when the fuel cell stack 1 is clogged with water and the cell voltage is reduced. The allowable lower limit value may be changed according to the generated electric power required for the fuel cell stack 1.

【0047】コントロールユニット17により、セル電
圧が許容下限値よりも小さいと判定したときには、アノ
ード極にて水詰まりが発生していると判定して処理をス
テップS4に進め、小さくないと判定したときにはアノ
ード極にて水詰まりによるセル電圧低下が発生していな
いと判定してステップS1に処理を戻す。
When the control unit 17 determines that the cell voltage is lower than the allowable lower limit value, it is determined that the anode electrode is clogged with water, and the process proceeds to step S4. It is determined that the cell voltage drop due to water clogging has not occurred at the anode electrode, and the process returns to step S1.

【0048】ステップS4において、コントロールユニ
ット17により、水素ガス圧力を所定圧力値まで上昇さ
せるように水素ガス供給調圧弁3を制御する。すなわ
ち、コントロールユニット17により、燃料電池スタッ
ク1に供給する水素ガス圧力を、ステップS1での基準
水素ガス圧力と、所定圧力値まで上昇させるために増加
させる圧力分のパージ補正圧力との圧力和とする制御を
する。ここで、所定圧力値は、燃料電池スタック1の運
転条件や、ステップS2で検出したセル電圧に応じたセ
ル電圧低下代等により設定されている。
In step S4, the control unit 17 controls the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 to raise the hydrogen gas pressure to a predetermined pressure value. That is, the control unit 17 causes the hydrogen gas pressure supplied to the fuel cell stack 1 to be the sum of the reference hydrogen gas pressure in step S1 and the purge correction pressure corresponding to the pressure to be increased to the predetermined pressure value. To control. Here, the predetermined pressure value is set based on the operating conditions of the fuel cell stack 1, the cell voltage drop margin according to the cell voltage detected in step S2, and the like.

【0049】ステップS4の動作によって水素ガス圧力
が所定圧力値となったことを水素ガス圧力センサ13か
らのセンサ信号から検出すると、ステップS5に処理を
進め、コントロールユニット17により、パージ用開閉
弁6を閉状態から開状態にするように制御して、ステッ
プS6に処理を進める。
When it is detected from the sensor signal from the hydrogen gas pressure sensor 13 that the hydrogen gas pressure has reached the predetermined pressure value by the operation of step S4, the process proceeds to step S5 and the control unit 17 causes the purge on-off valve 6 to operate. Is controlled from the closed state to the open state, and the process proceeds to step S6.

【0050】ステップS6において、コントロールユニ
ット17により、パージ用開閉弁6を開状態とした後の
セル電圧を検出して、セル電圧が許容下限値よりも小さ
いか否かを判定することにより、水詰まりが解消したか
否かを判定する。コントロールユニット17により、セ
ル電圧が許容下限値よりも小さく水詰まりが解消してい
ないと判定したときにはステップS8に処理を進める。
一方、セル電圧が許容下限値よりも大きく水詰まりが解
消したと判定したときはステップS7に処理を進め、パ
ージ用開閉弁6を閉状態にしてステップS1に処理を戻
す。
In step S6, the control unit 17 detects the cell voltage after the purge on-off valve 6 is opened, and determines whether the cell voltage is lower than the allowable lower limit value. Determine if the clog is cleared. When the control unit 17 determines that the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value and the water clogging has not been resolved, the process proceeds to step S8.
On the other hand, when it is determined that the cell voltage is larger than the allowable lower limit value and the water clogging is eliminated, the process proceeds to step S7, the purge on-off valve 6 is closed, and the process returns to step S1.

【0051】ステップS8において、コントロールユニ
ット17により、ステップS5においてパージ用開閉弁
6を開状態にした時刻からの経過時間であるパージ弁開
時間と設定時間とを比較し、パージ弁開時間が設定時間
よりも長いか否かを判定する。この設定時間は、水詰ま
りによる燃料電池スタック1の機能低下を抑制するため
に設定された時間である。
In step S8, the control unit 17 compares the purge valve opening time, which is the elapsed time from the time when the purge on-off valve 6 is opened in step S5, with the set time to set the purge valve opening time. Determine if it is longer than time. This set time is a time set to suppress the functional deterioration of the fuel cell stack 1 due to water clogging.

【0052】コントロールユニット17により、パージ
弁開時間が設定時間よりも長いと判定したときには、ス
テップS9に処理を進め、燃料電池スタック1の機能低
下を抑制するために、燃料電池スタック1の発電を停止
させるように水素ガス供給調圧弁3を閉状態にすると共
に、コンプレッサ7の動作を停止させる制御をする。一
方、パージ弁開時間が設定時間よりも長くないと判定し
たときにはステップS6に処理を戻す。
When the control unit 17 determines that the purge valve opening time is longer than the set time, the process proceeds to step S9, and in order to suppress the functional deterioration of the fuel cell stack 1, the power generation of the fuel cell stack 1 is stopped. The hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 is closed to stop the operation, and the operation of the compressor 7 is stopped. On the other hand, when it is determined that the purge valve opening time is not longer than the set time, the process is returned to step S6.

【0053】このような動作を行う燃料電池システムに
よるセル電圧、水素ガス供給流量、水素ガス圧力、パー
ジ用開閉弁6の開閉状態の変化を図4に示す。
FIG. 4 shows changes in cell voltage, hydrogen gas supply flow rate, hydrogen gas pressure, and open / close state of the purge on-off valve 6 in the fuel cell system performing such an operation.

【0054】コントロールユニット17は、セル電圧が
低下し、時刻Aにてセル電圧が許容下限値より小さくな
ったことを検出すると(図4(a)、ステップS3)、
所定圧力値とするように水素ガス供給調圧弁3を制御す
る。
When the control unit 17 detects that the cell voltage has dropped and the cell voltage has become smaller than the allowable lower limit value at time A (FIG. 4A, step S3),
The hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 is controlled so as to have a predetermined pressure value.

【0055】そして、時刻Bにおいて水素ガス圧力を上
昇させて所定圧力値とすると(図4(c)、ステップS
4)、パージ用開閉弁6を開状態にする(図4(d)、
ステップS5)。このとき、ステップS1での基準水素
ガス圧力よりも水素ガス圧力を上昇させているために、
更に時刻Bから時刻Cに亘って水素ガス圧力が低下する
動圧が発生し(図4(c))、これにより、時刻Bから
時刻Cに亘って水素ガス供給流量が増加し(図4
(b))、アノード極内での水素ガス流速が上昇する。
このように動作することにより、アノード極に滞留した
水を吹き飛ばしやすくする。この結果、時刻B以降から
セル電圧を上昇させ、セル電圧が許容下限値よりも大き
くなったことを検出すると、時刻Dにてパージ用開閉弁
6を閉状態にする(図4(d)、ステップS7)。
Then, at time B, the hydrogen gas pressure is increased to a predetermined pressure value (FIG. 4 (c), step S
4) open the purge on-off valve 6 (FIG. 4 (d),
Step S5). At this time, since the hydrogen gas pressure is raised above the reference hydrogen gas pressure in step S1,
Further, a dynamic pressure is generated in which the hydrogen gas pressure decreases from time B to time C (FIG. 4C), which increases the hydrogen gas supply flow rate from time B to time C (FIG. 4C).
(B)), the hydrogen gas flow velocity in the anode increases.
By operating in this way, it is easy to blow off the water accumulated in the anode. As a result, when the cell voltage is increased after time B and it is detected that the cell voltage becomes higher than the allowable lower limit value, the purge on-off valve 6 is closed at time D (FIG. 4 (d), Step S7).

【0056】なお、図4に示す一例において、時刻B〜
時刻Cの水素ガス圧力低下分は、パージ用開閉弁6を開
状態にした時点にて水素ガスの供給量が不足になるため
に発生する。また、時刻D以降の水素ガス圧力上昇分
は、パージ用開閉弁6を閉状態するのに要する期間に対
する水素ガス供給調圧弁3が所定圧力値から通常の圧力
値に戻すのに要する期間の遅れにより発生する。
In the example shown in FIG. 4, time B-
The amount of decrease in the hydrogen gas pressure at time C occurs because the supply amount of hydrogen gas becomes insufficient when the purge opening / closing valve 6 is opened. Further, the amount of increase in the hydrogen gas pressure after time D is delayed by the period required for the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 to return from the predetermined pressure value to the normal pressure value with respect to the period required for closing the purge on-off valve 6. Caused by.

【0057】なお、カソード極側の加湿された空気中の
水蒸気の凝縮、及び生成水による水詰まりを解消するた
めには例えば、コンプレッサ7の流量を上昇させること
で空気の動圧を発生させる。
In order to eliminate the condensation of water vapor in the humidified air on the cathode side and the water clogging due to the generated water, for example, the flow rate of the compressor 7 is increased to generate the dynamic pressure of the air.

【0058】[第1実施形態に係る燃料電池システムの
効果]以上、詳細に説明したように、第1実施形態に係
る燃料電池システムによれば、加湿器5により加湿した
水素ガス中の水蒸気の凝縮によって燃料電池スタック1
のアノード極において発生する水詰まりを解消する。
[Effects of Fuel Cell System According to First Embodiment] As described above in detail, according to the fuel cell system according to the first embodiment, the amount of water vapor in the hydrogen gas humidified by the humidifier 5 is increased. Fuel cell stack 1 by condensation
The water clogging that occurs in the anode electrode of is eliminated.

【0059】また、この第1実施形態に係る燃料電池シ
ステムでは、パージ用開閉弁6を開状態にした直後の動
圧を大きくするために、水素ガス圧力を所定圧力値まで
上昇させた後にパージ用開閉弁6を開状態にするので、
動圧を増加させて水素ガス流速を上昇させることがで
き、アノード極での排水を効率的に行うことができる。
すなわち、この燃料電池システムによれば、燃料電池ス
タック1に要求される発電電力によって水素ガス圧力の
調整を行って単にパージ用開閉弁6を開状態にする動作
と比較して、パージ用開閉弁6を開状態にした直後の動
圧を大きくすることができる。
Further, in the fuel cell system according to the first embodiment, in order to increase the dynamic pressure immediately after the purge on-off valve 6 is opened, the hydrogen gas pressure is raised to a predetermined pressure value and then the purge is performed. Since the open / close valve 6 for the
The dynamic pressure can be increased to increase the hydrogen gas flow rate, and the drainage at the anode can be efficiently performed.
That is, according to this fuel cell system, compared with the operation of adjusting the hydrogen gas pressure by the generated electric power required for the fuel cell stack 1 and simply opening the purge on-off valve 6, the purge on-off valve is opened. The dynamic pressure immediately after opening 6 can be increased.

【0060】したがって、この燃料電池システムによれ
ば、パージ用開閉弁6を開状態にしている期間を短縮す
ることができるので、パージ用開閉弁6を開状態にする
ことによる水素ガス排出量を少なくすることができ、効
率的にアノード極側の排水を行うことができる。このよ
うに、燃料電池システムによれば、効率的に排水を行う
ことにより、水素ガスの燃費向上を実現できると共に、
排水時間の短縮をするための空気圧力及び水素ガス圧力
の低下、発電出力低下、発電による生成ガス低減を行う
必要なく、発電出力に影響を与えることなく発電出力を
維持したまま排水効率を向上させることができる。
Therefore, according to this fuel cell system, the period in which the purge on-off valve 6 is in the open state can be shortened, so that the amount of hydrogen gas discharged by opening the purge on-off valve 6 can be reduced. The amount can be reduced, and the drainage on the anode side can be efficiently performed. As described above, according to the fuel cell system, it is possible to improve the fuel efficiency of hydrogen gas by efficiently discharging water, and
Improve the drainage efficiency while maintaining the power generation output without affecting the power generation output without the need to reduce the air pressure and hydrogen gas pressure to reduce the drainage time, reduce the power generation output, and reduce the generated gas by power generation. be able to.

【0061】[第2実施形態に係る燃料電池システムの
構成]つぎに、第2実施形態に係る燃料電池システムに
ついて図5を参照して説明する。なお、上述した第1実
施形態に係る燃料電池システムと同じ部分については同
一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
[Configuration of Fuel Cell System According to Second Embodiment] Next, the fuel cell system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those of the fuel cell system according to the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0062】図5に示す第2実施形態に係る燃料電池シ
ステムは、水素ガス循環流路L2に第1パージ用開閉弁
18,第2パージ用開閉弁19を設けた点で、第1実施
形態に係る燃料電池システムとは異なる。
The fuel cell system according to the second embodiment shown in FIG. 5 is that the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19 are provided in the hydrogen gas circulation passage L2. The fuel cell system according to the present invention is different.

【0063】このような燃料電池システムにおいて、コ
ントロールユニット17は、第1実施形態と同様に、セ
ル電圧センサ16からのセンサ信号により燃料電池スタ
ック1のセル電圧低下を検出し、第1パージ用開閉弁1
8及び/又は第2パージ用開閉弁19を開状態にする水
排出処理を行う。
In such a fuel cell system, the control unit 17 detects the cell voltage drop of the fuel cell stack 1 by the sensor signal from the cell voltage sensor 16 as in the first embodiment, and opens and closes for the first purge. Valve 1
8 and / or the water discharge process of opening the second purge on-off valve 19 is performed.

【0064】[第2実施形態に係る燃料電池システムの
動作]つぎに、上述した第2実施形態に係る燃料電池シ
ステムの動作について図6のフローチャートを参照して
説明する。
[Operation of Fuel Cell System According to Second Embodiment] Next, the operation of the fuel cell system according to the second embodiment described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0065】図6によれば、ステップS4の処理の次の
ステップS11において、コントロールユニット17に
より、第1パージ用開閉弁18のみを開状態にする制御
をする。そして、ステップS6において、セル電圧が許
容下限値よりも大きくなったと判定したら、ステップS
12において第1パージ用開閉弁18を閉状態にして処
理を終了する。
According to FIG. 6, in step S11 subsequent to the process of step S4, the control unit 17 controls to open only the first purge on-off valve 18. Then, if it is determined in step S6 that the cell voltage becomes larger than the allowable lower limit value, step S6
At 12, the first purge on-off valve 18 is closed to end the process.

【0066】ステップS6においてセル電圧が許容下限
値よりも小さいと判定したときにはステップS8に処理
を進め、コントロールユニット17により、ステップS
11にて第1パージ用開閉弁18を開状態にした時刻か
らの経過時間であるパージ開時間が第1設定時間よりも
大きいか否かを判定して、パージ開時間が第1設定時間
より長くなったと判定したらステップS13に処理を進
める。
When it is determined in step S6 that the cell voltage is lower than the allowable lower limit value, the process proceeds to step S8, and the control unit 17 causes step S8 to proceed.
At 11, it is determined whether the purge opening time, which is the elapsed time from the time when the first purge on-off valve 18 is opened, is longer than the first setting time, and the purge opening time is longer than the first setting time. If it is determined that it has become longer, the process proceeds to step S13.

【0067】ステップS13において、コントロールユ
ニット17により、第2パージ用開閉弁19を開状態に
するように制御する。これにより、第1パージ用開閉弁
18及び第2パージ用開閉弁19の双方を開状態にし、
第1パージ用開閉弁18及び第2パージ用開閉弁19か
ら水素ガス循環流路L2内のガスを排出する状態とす
る。
In step S13, the control unit 17 controls the second purge on-off valve 19 to open it. As a result, both the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19 are opened,
The gas in the hydrogen gas circulation flow path L2 is discharged from the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19.

【0068】ステップS14において、コントロールユ
ニット17により、第1パージ用開閉弁18及び第2パ
ージ用開閉弁19を開状態にしたことによりセル電圧が
許容下限値よりも小さくなったか否かを判定する。セル
電圧が許容下限値よりも小さくないと判定したときには
ステップS15に処理を進め、コントロールユニット1
7により第2パージ用開閉弁19を閉状態にし、更にス
テップS12にて第1パージ用開閉弁18を閉状態にす
る。
In step S14, the control unit 17 determines whether the cell voltage has become smaller than the allowable lower limit value by opening the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19. . When it is determined that the cell voltage is not lower than the allowable lower limit value, the process proceeds to step S15 and the control unit 1
The second purge on-off valve 19 is closed by step 7, and the first purge on-off valve 18 is closed by step S12.

【0069】一方、セル電圧が許容下限値よりも小さい
と判定したときにはステップS16に処理を進め、ステ
ップS13にて第2パージ用開閉弁19を開状態にした
時刻からのパージ開時間が第2設定時間より長くなった
か否かを判定する。パージ開時間が第2設定時間よりも
長くなったときにはステップS9に処理を進め、長くな
いときにはステップS14に処理を戻して第1パージ用
開閉弁18及び第2パージ用開閉弁19の双方を開状態
にしている状態を保持する。
On the other hand, when it is determined that the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value, the process proceeds to step S16, and the purge opening time from the time when the second purge opening / closing valve 19 is opened in step S13 is the second purge opening time. It is determined whether it has become longer than the set time. When the purge open time is longer than the second set time, the process proceeds to step S9, and when it is not long, the process returns to step S14 to open both the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19. Holds the state of being in the state.

【0070】なお、第1設定時間及び第2設定時間は、
その和が第1実施形態における設定時間となるように設
定しても良く、第1実施形態における設定時間を等分し
た時間としても良い。
The first set time and the second set time are
The sum may be set to be the set time in the first embodiment, or may be a time obtained by equally dividing the set time in the first embodiment.

【0071】[第2実施形態に係る燃料電池システムの
効果]以上、詳細に説明したように、第2実施形態に係
る燃料電池システムによれば、ステップS11にて第1
パージ用開閉弁18を開状態にしてもセル電圧が許容下
限値よりも大きくならない場合には、ステップS13に
て第2パージ用開閉弁19をも開状態にするので、第1
実施形態と比較して、更に水素ガス循環流路L2内の総
ガス排出流量を増加することができ、更に動圧を増加さ
せることができる。したがって、この燃料電池システム
によれば、セル電圧が許容下限値にまで回復するのにあ
る程度の期間を要する場合に短時間で水排出を行うこと
ができ、効果的に水排出を行うことができる。
[Effects of Fuel Cell System According to Second Embodiment] As described above in detail, according to the fuel cell system according to the second embodiment, the first operation is performed in step S11.
If the cell voltage does not exceed the allowable lower limit value even when the purge on-off valve 18 is opened, the second purge on-off valve 19 is also opened in step S13.
Compared with the embodiment, the total gas discharge flow rate in the hydrogen gas circulation flow path L2 can be further increased, and the dynamic pressure can be further increased. Therefore, according to this fuel cell system, water can be discharged in a short time when the cell voltage requires a certain period of time to recover to the allowable lower limit value, and water can be effectively discharged. .

【0072】なお、以下に説明する燃料電池システムで
は、2つの第1パージ用開閉弁18,第2パージ用開閉
弁19を設けた場合について説明したが、これに限るも
のではなく、更に多くのパージ用開閉弁を設けても同様
の効果を得ることができるのは勿論である。
In the fuel cell system described below, the case where the two first purge on-off valves 18 and the second purge on-off valves 19 are provided has been described, but the present invention is not limited to this. Needless to say, the same effect can be obtained even if a purge on-off valve is provided.

【0073】[燃料電池システムの他の動作例]つぎ
に、上述した第1実施形態に係る燃料電池システム、第
2実施形態に係る燃料電池システムにおける他の動作例
として、第1動作例、第2動作例、第3動作例について
説明する。なお、以下に説明する動作例では、第1実施
形態にて使用した符号を付することによりその詳細な説
明を省略するが、第2実施形態に係る燃料電池システム
であっても適用可能である。
[Another Operation Example of Fuel Cell System] Next, as another operation example of the fuel cell system according to the first embodiment and the fuel cell system according to the second embodiment, the first operation example, The second operation example and the third operation example will be described. In the operation example described below, the reference numerals used in the first embodiment are attached to omit detailed description thereof, but the fuel cell system according to the second embodiment is also applicable. .

【0074】「第1動作例」第1動作例では、パージ用
開閉弁6を開状態にしてもセル電圧が回復しない場合に
おいて、水素ガス圧力を段階的に上昇させる動作を行
う。
[First Operation Example] In the first operation example, when the cell voltage does not recover even when the purge opening / closing valve 6 is opened, the operation of gradually increasing the hydrogen gas pressure is performed.

【0075】すなわち、図7に示すように、ステップS
5において、パージ用開閉弁6を開状態にしても、セル
電圧が所定下限値よりも小さく(ステップS6)、且つ
パージ用開閉弁6を開状態にした時刻からの経過時間が
設定時間よりも短いときに(ステップS8)、ステップ
S21の処理に移行する。
That is, as shown in FIG. 7, step S
5, even if the purge on-off valve 6 is opened, the cell voltage is smaller than the predetermined lower limit value (step S6), and the elapsed time from the time when the purge on-off valve 6 is opened is less than the set time. When it is short (step S8), the process proceeds to step S21.

【0076】ステップS21においては、コントロール
ユニット17により、現在燃料電池スタック1に供給し
ている水素ガス圧力を水素ガス圧力センサ13からのセ
ンサ信号より取得し、現在の水素ガス圧力と予め設定し
た許容上限圧力とを比較する。この許容上限圧力は、例
えば燃料電池スタック1内の空気圧力との関係から、燃
料電池スタック1の機能低下が発生しない程度の圧力値
とするように設定されている。
In step S21, the control unit 17 obtains the hydrogen gas pressure currently supplied to the fuel cell stack 1 from the sensor signal from the hydrogen gas pressure sensor 13, and determines the current hydrogen gas pressure and the preset tolerance. Compare with upper pressure limit. The allowable upper limit pressure is set to a pressure value at which the function of the fuel cell stack 1 does not deteriorate, for example, in relation to the air pressure in the fuel cell stack 1.

【0077】現在の水素ガス圧力が許容上限圧力よりも
大きくないと判定したときには、ステップS22に処理
を進め、燃料電池スタック1に供給する水素ガス圧力
を、所定上昇圧力分(α)だけ高くするように水素ガス
供給調圧弁3を制御してステップS6に処理を戻す。こ
れにより、燃料電池スタック1に供給する水素ガス圧力
を、ステップS4における基準水素ガス圧力とパージ補
正圧力と所定上昇圧力(α)との圧力和とする。
When it is determined that the current hydrogen gas pressure is not higher than the allowable upper limit pressure, the process proceeds to step S22, and the hydrogen gas pressure supplied to the fuel cell stack 1 is increased by a predetermined rising pressure (α). Thus, the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 is controlled to return the process to step S6. As a result, the hydrogen gas pressure supplied to the fuel cell stack 1 becomes the pressure sum of the reference hydrogen gas pressure in step S4, the purge correction pressure, and the predetermined rising pressure (α).

【0078】この燃料電池システムでは、パージ用開閉
弁6を開状態にした後に、セル電圧が許容下限値であっ
て、パージ開時間が設定時間よりも短く、更に水素ガス
圧力が許容上限圧力より小さい場合に、ステップS6、
ステップS8、ステップS21、ステップS22の処理
を繰り返して行うことにより、水素ガス圧力を段階的に
上昇させる。一方、ステップS21において、水素ガス
圧力が許容上限圧力よりも大きくなった場合には、コン
トロールユニット17によりステップS9に処理を進め
て燃料電池スタック1の発電を停止させる制御をする。
In this fuel cell system, after the purge on-off valve 6 is opened, the cell voltage is at the allowable lower limit value, the purge opening time is shorter than the set time, and the hydrogen gas pressure is lower than the allowable upper limit pressure. If smaller, step S6,
By repeating the processes of step S8, step S21, and step S22, the hydrogen gas pressure is increased stepwise. On the other hand, when the hydrogen gas pressure becomes higher than the allowable upper limit pressure in step S21, the control unit 17 advances the process to step S9 to control the power generation of the fuel cell stack 1.

【0079】このような動作を行う燃料電池システムに
よれば、段階的に水素ガス圧力を上昇させることによ
り、更に動圧を増加させることができ、アノード極での
排水をより効率的に行うことができる。
According to the fuel cell system performing such an operation, the dynamic pressure can be further increased by gradually increasing the hydrogen gas pressure, and the drainage at the anode can be performed more efficiently. You can

【0080】「第2動作例」第2動作例では、セル電圧
が許容下限値より小さいと判定してパージ用開閉弁6を
閉状態から開状態にした後に、パージ開時間内において
パージ用開閉弁6を周期的に開閉動作させる。
[Second Operation Example] In the second operation example, after it is determined that the cell voltage is lower than the allowable lower limit value and the purge on-off valve 6 is changed from the closed state to the open state, the purge on-off valve is opened within the purge open time. The valve 6 is periodically opened and closed.

【0081】すなわち、図8(b)に示すように、時刻
t11から時刻t12までのパージ開時間において、コ
ントロールユニット17により、時刻t11〜時刻t1
3、時刻t14〜時刻t15、時刻t16〜時刻t12
の期間ではパージ用開閉弁6を開状態にし、時刻t13
〜時刻t14、時刻t15〜時刻t16の期間ではパー
ジ用開閉弁6を閉状態にすることにより、周期的にパー
ジ用開閉弁6を開状態、閉状態で切換動作させる。この
ようにパージ用開閉弁6を開閉制御する周期は、運転条
件、セル電圧の回復度合い等により決定されてコントロ
ールユニット17により制御する。
That is, as shown in FIG. 8B, during the purge opening time from the time t11 to the time t12, the control unit 17 controls the time t11 to the time t1.
3, time t14 to time t15, time t16 to time t12
In the period of time, the purge on-off valve 6 is opened, and the time t13 is reached.
During the period from time t14 to time t15 to time t16, the purge on-off valve 6 is closed to periodically switch the purge on-off valve 6 between the open and closed states. The cycle for controlling the opening and closing of the purge on-off valve 6 in this way is determined by the operating conditions, the degree of recovery of the cell voltage, etc., and is controlled by the control unit 17.

【0082】このような動作をさせることにより、図8
(a)に示すように水素ガス圧力の変動回数を多くする
ことができる。したがって、この燃料電池システムによ
れば、水素ガス圧力の動圧発生回数を多くすることがで
き、アノード極での排水をより効率的に行うことができ
る。
By performing such an operation, as shown in FIG.
As shown in (a), the number of times the hydrogen gas pressure fluctuates can be increased. Therefore, according to this fuel cell system, the number of times the dynamic pressure of the hydrogen gas pressure is generated can be increased, and the drainage at the anode can be performed more efficiently.

【0083】また、この燃料電池システムによれば、ス
テップS4の処理の後に周期的にパージ用開閉弁6を開
閉制御することにより、動圧を増加させると共に動圧発
生回数を多くする相乗作用を発揮させることができ、パ
ージ開時間におけるパージ用開閉弁6からの総水素ガス
排出量が少なくても効率的に排水をすることができる。
According to this fuel cell system, the purge on-off valve 6 is periodically opened and closed after the process of step S4 to increase the dynamic pressure and increase the number of times the dynamic pressure is generated. Even if the total amount of hydrogen gas discharged from the purge opening / closing valve 6 during the purge opening time is small, the drainage can be efficiently performed.

【0084】なお、この第2動作例では、ステップS4
において水素ガス圧力を増加させた後に行う場合につい
て説明したが、水素ガス圧力を増加させずにパージ用開
閉弁6を開閉制御した場合であっても、水素ガス圧力の
動圧発生回数を多くしてアノード極での排水を効率的に
行うことができる。
In this second operation example, step S4
In the above, the case where the hydrogen gas pressure is increased has been described. However, even when the opening / closing valve 6 for purge is controlled to open / close without increasing the hydrogen gas pressure, the number of times the dynamic pressure of the hydrogen gas pressure is generated is increased. Therefore, drainage at the anode can be efficiently performed.

【0085】「第3動作例」第3動作例では、ステップ
S4において、水素ガス圧力を上昇させると共に、空気
圧力も上昇させる動作をすることによりアノード極とカ
ソード極との差圧を規定値以下とし、更にカソード極の
空気圧力を上昇させる前の空気流量を保持するように空
気流量を上昇させる。
[Third Operation Example] In the third operation example, the hydrogen gas pressure is increased and the air pressure is also increased in step S4 so that the differential pressure between the anode electrode and the cathode electrode is set to a specified value or less. Further, the air flow rate is increased so as to maintain the air flow rate before increasing the air pressure of the cathode electrode.

【0086】すなわち、図9に示すように、セル電圧が
低下したことに応じ(図9(a))、ステップS4にお
いて水素ガス圧力及び水素ガス流量を上昇させると共に
(図9(c)、(b))、空気圧力上昇させることによ
り(図9(e))、空気供給流量を増加させる(図9
(f))。その後、パージ用開閉弁6を開状態にして水
素ガス圧力の動圧を発生させる(図9(d))。このと
き、コントロールユニット17により、空気圧力センサ
14からのセンサ信号を参照して空気圧力を上昇させる
ように空気調圧弁8を制御すると共に、空気流量センサ
15からのセンサ信号を参照しながらコンプレッサ7を
制御することにより空気流量を増加させて、目標とする
空気流量とする。
That is, as shown in FIG. 9, in response to the decrease in cell voltage (FIG. 9A), the hydrogen gas pressure and hydrogen gas flow rate are increased in step S4 (FIGS. 9C and 9C). b)), the air supply flow rate is increased by increasing the air pressure (FIG. 9E) (FIG. 9E).
(F)). After that, the purge on-off valve 6 is opened to generate the dynamic pressure of the hydrogen gas pressure (FIG. 9D). At this time, the control unit 17 controls the air pressure regulating valve 8 so as to raise the air pressure by referring to the sensor signal from the air pressure sensor 14, and the compressor 7 while referring to the sensor signal from the air flow rate sensor 15. The air flow rate is increased by controlling the value to obtain the target air flow rate.

【0087】このような動作をさせることにより、燃料
電池スタック1からの発電出力を変化させずに空気圧力
を上昇させた場合の空気流量を一定とすると、空気圧力
が上昇したことにより空気流量が減少し、カソード極で
の空気流速が減って排水効率が低下することを防止する
ことができる。したがって、この燃料電池システムによ
れば、空気圧力を上昇させた場合であっても、空気流速
を保って排水効率を維持することができる。
By performing such an operation, if the air flow rate when the air pressure is increased without changing the power generation output from the fuel cell stack 1 is constant, the air flow rate is increased by the increase in the air pressure. It is possible to prevent the drainage efficiency from decreasing due to the decrease in the air velocity at the cathode. Therefore, according to this fuel cell system, it is possible to maintain the air flow velocity and maintain the drainage efficiency even when the air pressure is increased.

【0088】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other than this embodiment, as long as it does not deviate from the technical idea of the present invention, various types according to the design etc. Of course, it is possible to change.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した第1実施形態に係る燃料電池
システムの構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment to which the present invention is applied.

【図2】パージ用開閉弁を閉状態から開状態にし、パー
ジ期間後に閉状態にしたときの水素ガス圧力の変化を説
明するための図であり、(a)は水素ガス圧力の時間変
化を示し、(b)はパージ用開閉弁の開閉状態の時間変
化を示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining a change in hydrogen gas pressure when a purge on-off valve is changed from a closed state to an open state and then closed after a purging period. FIG. 3B shows the change over time in the open / closed state of the purge on-off valve.

【図3】本発明を適用した第1実施形態に係る燃料電池
システムによる水排出処理の動作手順を示すフローチャ
ートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an operation procedure of water discharge processing by the fuel cell system according to the first embodiment to which the present invention is applied.

【図4】水排出処理を行ったときにおけるセル電圧、水
素ガス流量、水素ガス圧力、パージ用開閉弁の開閉状態
の関係を示す図であり、(a)はセル電圧の時間変化を
示し、(b)は水素ガス流量の時間変化を示し、(c)
は水素ガス圧力の変化を示し、(d)パージ用開閉弁の
開閉状態の時間変化を示す。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship among a cell voltage, a hydrogen gas flow rate, a hydrogen gas pressure, and an open / closed state of a purge on-off valve when a water discharge process is performed, and (a) shows a time change of the cell voltage, (B) shows the time change of the hydrogen gas flow rate, (c)
Shows a change in hydrogen gas pressure, and (d) shows a time change in the open / closed state of the purge on-off valve.

【図5】本発明を適用した第2実施形態に係る燃料電池
システムの構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment to which the present invention is applied.

【図6】本発明を適用した第2実施形態に係る燃料電池
システムによる水排出処理の動作手順を示すフローチャ
ートである。
FIG. 6 is a flowchart showing an operation procedure of water discharge processing by the fuel cell system according to the second embodiment to which the present invention is applied.

【図7】本発明を適用した燃料電池システムの第1動作
例における処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure in a first operation example of the fuel cell system to which the present invention is applied.

【図8】本発明を適用した燃料電池システムの第2動作
例を説明するための図であり、(a)は水素ガス圧力の
時間変化を示し、(b)はパージ用開閉弁の開閉状態の
時間変化を示す。
FIG. 8 is a diagram for explaining a second operation example of the fuel cell system to which the present invention is applied, (a) shows a time change of hydrogen gas pressure, and (b) shows an open / closed state of a purge on-off valve. Shows the change over time.

【図9】本発明を適用した燃料電池システムの第3動作
例を説明するための図であり、(a)はセル電圧の時間
変化を示し、(b)は水素ガス流量の時間変化を示し、
(c)は水素ガス圧力の変化を示し、(d)パージ用開
閉弁の開閉状態の時間変化を示し、(e)は空気圧力の
時間変化を示し、(f)は空気流量の時間変化を示す。
9A and 9B are views for explaining a third operation example of the fuel cell system to which the present invention is applied, in which FIG. 9A shows a time change of the cell voltage, and FIG. 9B shows a time change of the hydrogen gas flow rate. ,
(C) shows the change of hydrogen gas pressure, (d) shows the time change of the opening and closing state of the purge on-off valve, (e) shows the time change of the air pressure, (f) shows the time change of the air flow rate. Show.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池スタック 2 水素タンク 3 水素ガス供給調圧弁 4 水素循環装置 5 加湿器 6 パージ用開閉弁 7 コンプレッサ 8 空気調圧弁 9 水タンク 10 水ポンプ 11 ラジエータ 12 ラジエータファン 13 水素ガス圧力センサ 14 空気圧力センサ 15 空気流量センサ 16 セル電圧センサ 17 コントロールユニット L1 水素ガス供給流路 L2 水素ガス循環流路 L3 空気供給流路 L4 空気排出流路 L5 水循環流路 1 Fuel cell stack 2 hydrogen tank 3 Hydrogen gas supply pressure regulating valve 4 Hydrogen circulation device 5 humidifier 6 Purge on-off valve 7 compressor 8 Air pressure regulator 9 water tank 10 water pump 11 radiator 12 radiator fan 13 Hydrogen gas pressure sensor 14 Air pressure sensor 15 Air flow rate sensor 16 cell voltage sensor 17 Control unit L1 hydrogen gas supply channel L2 hydrogen gas circulation channel L3 air supply channel L4 air exhaust flow path L5 water circulation channel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H026 AA06 HH06 HH09 5H027 AA06 BA13 BA19 DD00 KK05 KK22 KK54 MM08 5H115 PA12 PC06 PG04 PI18 PU01 SE06 TI05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5H026 AA06 HH06 HH09                 5H027 AA06 BA13 BA19 DD00 KK05                       KK22 KK54 MM08                 5H115 PA12 PC06 PG04 PI18 PU01                       SE06 TI05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟
んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極
側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃
料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池
に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、
上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通す
る燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料
循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有
する燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制
御装置において、 上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定し
た場合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供
給手段を制御した後に上記パージ弁を閉状態から開状態
にする制御をし、上記燃料電池のセル電圧が所定値より
も大きいと判定した場合に上記パージ弁を開状態から閉
状態にする制御をすることを特徴とする燃料電池システ
ムの制御装置。
1. A plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side and a fuel is supplied to the fuel electrode side. A fuel cell that is supplied with gas to generate power; and a gas supply unit that supplies an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell,
A fuel cell having a fuel circulation passage that passes through a fuel gas outlet and a fuel gas inlet of the fuel cell, and a purge valve that is provided in the fuel circulation passage and discharges a part of the gas in the fuel circulation passage to the outside. In the control device of the fuel cell system for controlling the system, when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined value, the purge valve is turned on after controlling the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure. A fuel cell system characterized by performing control from a closed state to an open state, and performing control from the open state to the closed state when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is higher than a predetermined value. Control device.
【請求項2】 電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟
んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極
側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃
料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池
に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、
上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通す
る燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料
循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有
する燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制
御装置において、 上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定し
た場合に、上記パージ弁を周期的に開閉制御し、上記燃
料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合
に上記パージ弁を閉状態にする制御をすることを特徴と
する燃料電池システムの制御装置。
2. A plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side and a fuel is supplied to the fuel electrode side. A fuel cell that is supplied with gas to generate power; and a gas supply unit that supplies an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell,
A fuel cell having a fuel circulation passage that passes through a fuel gas outlet and a fuel gas inlet of the fuel cell, and a purge valve that is provided in the fuel circulation passage and discharges a part of the gas in the fuel circulation passage to the outside. In the control device of the fuel cell system for controlling the system, when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the purge valve is cyclically controlled to open and close, and the cell voltage of the fuel cell is a predetermined value. A control device for a fuel cell system, which controls to close the purge valve when it is determined to be larger than the above.
【請求項3】 電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟
んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極
側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃
料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池
に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、
上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通す
る燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料
循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有
する燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制
御装置において、 上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定し
た場合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供
給手段を制御した後に上記パージ弁を周期的に開閉制御
し、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判
定した場合に上記パージ弁を閉状態にする制御をするこ
とを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
3. A plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side and a fuel is supplied to the fuel electrode side. A fuel cell that is supplied with gas to generate power; and a gas supply unit that supplies an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell,
A fuel cell having a fuel circulation passage that passes through a fuel gas outlet and a fuel gas inlet of the fuel cell, and a purge valve that is provided in the fuel circulation passage and discharges a part of the gas in the fuel circulation passage to the outside. In the control device of the fuel cell system for controlling the system, when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined value, the purge valve is turned on after controlling the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure. A control device for a fuel cell system, characterized in that opening / closing control is periodically performed, and control is performed to close the purge valve when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is higher than a predetermined value.
【請求項4】 上記燃料電池システムは、上記燃料循環
路に複数のパージ弁を有し、 上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定し
た場合に少なくとも一のパージ弁を開状態にする制御を
し、前記一のパージ弁を開状態にしてから所定期間経過
後において上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さ
いと判定した場合に他のパージ弁を開状態にする制御を
し、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判
定した場合に開状態としたパージ弁を閉状態にする制御
することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに
記載の燃料電池システムの制御装置。
4. The fuel cell system has a plurality of purge valves in the fuel circulation path, and opens at least one purge valve when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined value. If the cell voltage of the fuel cell is determined to be lower than a predetermined value after a lapse of a predetermined period after the one purge valve is opened, the other purge valve is controlled to be opened. The fuel according to any one of claims 1 to 3, wherein when the cell voltage of the fuel cell is determined to be higher than a predetermined value, the open purge valve is controlled to be closed. Battery system controller.
【請求項5】 上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも
小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を段階的に上昇
させるように上記ガス供給手段を制御することを特徴と
する請求項1又は請求項3に記載の燃料電池システムの
制御装置。
5. The gas supply means is controlled to increase the fuel gas pressure stepwise when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined value. The control device for the fuel cell system according to claim 3.
【請求項6】 上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも
小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を上昇させると
共に、上記酸化剤極における酸化剤ガス流量を保持する
ように上記ガス供給手段を制御することを特徴とする請
求項1、請求項3又は請求項5に記載の燃料電池システ
ムの制御装置。
6. When the cell voltage of the fuel cell is determined to be lower than a predetermined value, the fuel gas pressure is increased and the gas supply means is arranged to maintain the oxidant gas flow rate at the oxidant electrode. It controls, The control apparatus of the fuel cell system of Claim 1, Claim 3, or Claim 5 characterized by the above-mentioned.
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