JP2004055260A

JP2004055260A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2004055260A
Application number: JP2002209427A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Taniguchi; 谷口　育宏; Hiroaki Hashigaya; 橋ヶ谷　浩昭
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】外気による燃料電池１の被毒を回避できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池１と、燃料電池１へ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給手段２と、燃料電池１へ酸素含有ガスとしての外気を供給する外気供給手段５、６と、外気中の不純物の進入により燃料電池１が被毒する可能性を推定する燃料電池被毒推定手段１０１と、酸素含有ガスを充填して貯蔵する酸素含有ガス貯蔵手段、ここでは空気タンク７と、を備える。燃料電池被毒推定手段１０１により燃料電池１が被毒する可能性があると判断された場合には、外気に替えて空気タンク７に貯蔵された酸素含有ガスを燃料電池１に供給する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池の被毒防止手段に関する、特に燃料電池の空気による被毒の防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池システムとして、電解質膜において水素と酸素の電極反応を生じることにより発電を行うものが知られている。例えば、特開２００１−１４３７３５号公報で開示されている燃料電池の制御装置では、アノードには水素タンクから水素を、また、カソードには酸素含有ガスとしての外気を供給する。このようなアノードとカソード間を水素イオンが移動することにより電力を生じている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、このような従来の燃料電池の制御装置においては、大気汚染ガスが燃料電池のカソードに混入して電解質膜を被毒するという可能性　がある。例えば、温泉地を燃料電池車で走行すると、硫黄を含んだ空気が燃料電池に流入して電解質膜が被毒することが予想される。
【０００４】
そこで本発電は、外気による燃料電池の被毒を防止することのできる燃料電池システムの制御手段を提供することを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、水素と酸素の電気化学反応により起電力を生じる燃料電池と、前記燃料電池へ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給手段と、前記燃料電池へ酸素含有ガスとしての外気を供給する外気供給手段と、を備えた燃料電池システムに関する。このような燃料電池システムにおいて、外気中の不純物の進入により前記燃料電池が被毒する可能性を推定する燃料電池被毒推定手段と、酸素含有ガスを充填して貯蔵する酸素含有ガス貯蔵手段と、を備える。さらに、前記燃料電池被毒推定手段により前記燃料電池が被毒する可能性があると判断された場合には、前記外気から切替えて前記酸素含有ガス貯蔵手段に貯蔵された酸素含有ガスを前記燃料電池に供給する酸素含有ガス供給制御手段と、を備える。
【０００６】
【作用及び効果】
燃料電池被毒推定手段により燃料電池が被毒する可能性があると判断された場合には、酸素含有ガス貯蔵手段に貯蔵された酸素含有ガスを燃料電池に供給する酸素含有ガス供給制御手段を備える。これにより、外気により燃料電池が被毒する可能性がある場合には、前記外気から切替えて貯蔵された酸素含有ガスを発電に用いることができ、燃料電池を被毒することなく発電を維持することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態における移動体の動力源としての燃料電池システムの制御手段、ここでは燃料電池１の被毒防止システムの概略を図１に示す。
【０００８】
燃料電池１はアノード１ａとカソード１ｂを備える。そして、アノード１ａには水素を、カソード１ｂには酸素含有ガスとしての空気を供給する。その結果、アノード１ａとカソード１ｂのそれぞれにおいて以下に示す電極反応が進行する。
【０００９】
【式１】

【００１０】
燃料電池１は上記電極反応により得られる起電力によって図示しないモータを駆動することで車両を走行させる。
【００１１】
燃料電池１へ供給する水素を貯える水素供給手段としての水素タンク２を備える。水素タンク２からは、水素供給配管３を介してアノード１ａに水素を供給し、水素供給配管３には水素を供給するかどうかを切り替える水素供給弁３ａを配置する。また、発電後にアノード１ａから排出される未反応ガスを再び水素供給配管３に供給する燃料循環配管４を備え、水素供給弁３ａの下流側に配置したエゼクタ４ａを介して水素タンク２から供給される水素に未反応ガスを混入する。
【００１２】
一方、燃料電池システムに外気（空気）を取り込むコンプレッサ５を設け、コンプレッサ５により燃料電池１のカソード１ｂへ外気を供給する。コンプレッサ５からカソード１ｂに空気を供給するカソード供給配管６には外気供給弁６ａを配置し、外気を燃料電池１に供給するかどうかを切り替える。
【００１３】
また、酸素含有ガス、ここでは空気を貯蔵する空気タンク７を備え、空気タンク７から貯蔵空気供給配管８を通ってカソード供給配管６に空気を導入する。ここで、カソード供給配管６と貯蔵空気供給配管８の合流部を外気供給弁６ａとカソード１ｂの間に配置する。また、貯蔵空気供給配管８には貯蔵空気供給弁８ａを設け、空気タンク７内の空気をカソード１ｂに供給するかどうかを切り替える。つまり、外気供給弁６ａと貯蔵空気供給弁８ａの開閉に応じて、カソード１ｂに外気と空気タンク７中の空気とのどちらを供給するかを選択可能とする。
【００１４】
このようなシステムにおいて、カソード１ｂへ供給する酸素含有ガスを選択するために、コントローラ１００を設ける。なお、コントローラ１００は、マイコン等の計算機により構成し、以下のような制御システムを備える。
【００１５】
まず、外気中の不純物がコンプレッサ５を介してカソード１ｂに混入した際に解質膜を被毒する可能性があるかどうかを推定する燃料電池被毒推定手段１０１を備える。これは例えば、「▲１▼硫黄センサやＣＯセンサにより外気中の硫黄、ＣＯ濃度を検出し、燃料電池１を被毒する濃度であるかどうかを推定する。」、「▲２▼燃料電池１のセル電圧低下、出力低下を検出して、低下の程度に応じて被毒し始めたかどうかを推定する。」、「▲３▼ナビゲーションなどにより、温泉地など硫黄が発生する地域を車両が走行しているかどうかを検出し、燃料電池１が被毒する可能性があるかどうかを推定する。」、というものがある。また、それぞれの推定方法に応じて、硫黄センサ、ＣＯセンサ、セル電圧検出手段、出力検出手段、ナビゲーションシステム等の図示しない検出手段を備える。
【００１６】
燃料電被毒推定手段１０１により燃料電池１が被毒する可能性があるかどうかを推定したら、その結果を空気供給制御手段１０２に入力する。被毒する可能性があると推定された場合には、空気供給制御手段１０２に被毒を回避する制御を行うように命令が出される。その結果、空気供給制御手段１０２において、外気供給弁６ａを閉じて貯蔵空気供給弁８ａを開くように制御することで、カソード１ｂへの空気供給を空気タンク７からの供給に設定する。一方、被毒する可能性がないと判断された場合には、空気供給制御手段１０２において、外気供給弁６ａを開き、貯蔵空気供給弁８ａを閉じることで、カソード１ｂへ外気を供給する。
【００１７】
次に、図２に示すフローチャートを用いてコントローラ１００が実行する燃料電池１の被毒を防止する制御のフローを説明する。
【００１８】
ステップＳ１では、前述のようにして燃料電池１が被毒する可能性があるかどうかを判断する。被毒する可能性があると判断されたら、ステップＳ２において外気供給弁６ａを閉じ、さらにステップＳ３において貯蔵空気供給弁８ａを開く。これにより、空気タンク７内に貯蔵した空気を燃料電池１に供給し、外気による被毒を回避する。
【００１９】
一方、ステップＳ１で被毒の可能性があると判断されなかった場合には、ステップＳ５において外気供給弁６ａを開き、ステップＳ４において発電に必要な空気量を燃料電池１に供給するようにコンプレッサ５の回転数を所定数に設定する。これにより、燃料電池１へ外気が供給されるので、ステップＳ６において貯蔵空気供給弁８ａを閉じ、空気タンク７からの空気の供給を停止する。これにより、コンプレッサ５により車外の空気を燃料電池１に供給する。
【００２０】
このような制御を、例えば所定時間毎や所定移動距離毎に行うことで、燃料電池１に備えた電解質膜の外気による被毒を防止する。
【００２１】
ここで、空気貯蔵手段としての空気タンク７には空気を充填する代わりに酸素を充填してもよい。酸素を充填すると、単位タンク当たりの燃料電池１の発電量が増大し、車両の航続距離を増大することができる。
【００２２】
このように制御することで以下のような効果を得ることができる。
【００２３】
外気中の不純物の進入により燃料電池１が被毒する可能性を推定する燃料電池被毒推定手段１０１と、酸素含有ガスを充填して貯蔵する酸素含有ガス貯蔵手段、ここでは空気タンク７と、を備える。燃料電池被毒推定手段１０１により燃料電池１が被毒する可能性があると判断された場合には、外気に替わって空気タンク７に貯蔵された酸素含有ガスを燃料電池１に供給することで、燃料電池１を被毒することなく発電を維持することができる。
【００２４】
反対に、外気を燃料電池１に供給することで燃料電池１が被毒する可能性があると判断されないときには、燃料電池１に外気を供給して発電を行うことで、空気タンク７内に貯蔵された空気の消費を抑えることができる。
【００２５】
また、酸素含有ガス貯蔵手段、ここでは空気タンク７には外気に替えて酸素を貯蔵することで、空気タンク７内のガスの単位体積当たりの航続距離を増大することができる。つまり、空気タンク７の体積を小さく設計することができるのでシステムをコンパクト化することができる。
【００２６】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池システムの制御手段、ここでは被毒防止システムの概略を図３に示す。
【００２７】
第１の実施形態の制御に加えて、燃料電池１が被毒しないと判断された場合に、コンプレッサ５を用いて空気タンク７への空気の充填を行う。ここでは、コンプレッサ５の仕事量が小さいとき、例えば停車中にアイドル運転をしている状態、つまり燃料電池１において要求される空気量が少ないときにコンプレッサ５の能力をフルに空気充填に利用する。
【００２８】
本実施形態は、第１の実施形態に用いた被毒防止システムに以下のような構成を加える。
【００２９】
エンコーダ等の車速検出手段９と、ポテンションメータ等のアクセル開度検出手段１０とを備える。これらの検出結果をコントローラ１００のアイドル運転判断手段１０３に入力し、車両がアイドル停止状態かどうかを判断する。ここでは、車速がゼロで、且つ、アクセル開度がゼロのときに車両がアイドル停止していると判断する。
【００３０】
また、コンプレッサ５と外気供給弁６ａ間から空気タンク７へ分岐する外気貯蔵配管１１を備え、外気貯蔵配管１１には外気を空気タンク７に取り込むかどうかを切り替える貯蔵選択弁１１ａを備える。
【００３１】
アイドル運転判断手段１０３により車両がアイドル停止していると判断され、且つ、燃料電池被毒推定手段１０１により燃料電池１が被毒する可能性がないと判断された場合には、コントローラ１００に含まれる空気充填制御手段１０４によりコンプレッサ５から空気タンク７へ空気を充填するように、コンプレッサ５と外気供給弁６ａ、貯蔵選択弁１１ａの制御を行う。
【００３２】
次に、図４に示すフローチャートを用いてコントローラ１００が実行する燃料電池１の被毒を防止に用いる空気タンク７への空気供給方法を説明する。
【００３３】
ステップＳ１０では燃料電池１が被毒するかどうかを判断する。被毒の可能性がある場合には、ステップＳ２００において空気タンク７内の空気を燃料電池１に供給して被毒を回避する。これは、第１実施形態におけるステップＳ２、３の動作と同様とする。
【００３４】
一方、ステップＳ１０において燃料電池１が被毒する可能性があると判断されなかった場合には、ステップＳ１１に進み、車両がアイドル停止しているかどうかを判定する。ここでは、車速検出手段９により車速を、アクセル開度検出手段１０によりアクセル開度を検出し、それらがともにゼロの場合に車両がアイドル停止していると判断する。
【００３５】
ステップＳ１１において、車両がアイドル停止していると判断されなかった場合には、ステップＳ１５に進んで外気の供給を行う。これは第１実施形態におけるステップＳ４〜６で行う動作と同様とする。外気の供給を開始したら、ステップＳ１６において貯蔵選択弁１１ａを閉じる。これにより、被毒の可能性がなく、燃料電池１における空気消費量が多い場合には、コンプレッサ５から供給される外部の空気を燃料電池１のみに供給して発電を行う。
【００３６】
一方、ステップＳ１１においてアイドル停止していると判断した場合には、ステップＳ１２で外気供給弁６ａを絞り、燃料電池１へ供給する空気流量を発電に必要な量を賄う範囲で低減する。ステップＳ１３で貯蔵選択弁１１ａを開くことにより、コンプレッサ５から空気タンク７への流路を確保する。さらにステップＳ１４でコンプレッサ５の回転数を上げて外気を空気タンク７へ充填する。
【００３７】
このように、発電に多くの空気を必要としない場合には、貯蔵選択弁１１ａを開いて外気を空気タンク７に充填する。これに対して、ステップＳ１５、１６のように燃料電池１における空気消費量が多い場合には、発電に用いる空気を優先して、空気タンク４の空気充填は行わない。
【００３８】
このように制御することで、第１の実施形態に加えて以下のような効果を得ることができる。
【００３９】
燃料電池被毒推定手段１０１により、燃料電池１が被毒する可能性があると判断されなかったときに、酸素含有ガス貯蔵手段、ここでは空気タンク７に外気を充填する空気充填制御手段１０４を備える。つまり、燃料電池１の被毒がないと思われるときに空気タンク７への空気の補充を行うので、特に酸素含有ガスの補充のための機会を設けなくても、システム運転中に外気の補充を行うことができる。さらに、燃料電池１が被毒する環境から抜けるとすぐに外気を充填することができるので、再び燃料電池１が被毒する環境に進入したとしても空気タンク７内の外気を使って燃料電池１の被毒を回避することができる。
【００４０】
この酸素含有ガス貯蔵手段、ここでは空気タンク７への外気の充填を、燃料電池被毒推定手段１０１により燃料電池１が被毒する可能性があると判断されず、また燃料電池１による発電量が所定量より小さい時に行う。燃料電池１が被毒すする可能性がないと思われる時点で充填することで、空気タンク７内の空気を燃料電池１の発電に用いた際に、燃料電池１が被毒するのを避けることができる。また、燃料電池１による発電量が所定量より小さい時に充填を行うので、燃料電池１へ供給しなければならない空気量は少なくてよく、余剰空気を空気タンク７に充填することができる。ここでは、システム内へ空気を吸引するのにコンプレッサ５を用いているので、コンプレッサ５に過度に負担をかけることなく、コンプレッサ５の余力を使って空気タンク７に外気を充填することができる。
【００４１】
ここでは、所定量を、通常の運転時に燃料電池１で消費する空気量に対し、空気タンク７に充填する余剰空気が生じる程度の空気量で発電を行った場合に生じる発電量とする。本実施形態では、例えば、車両がアイドル停車している際に必要な発電量を所定量とする。
【００４２】
次に、第３の実施形態について説明する。燃料電池１の被毒防止手段の構成を図５に示す。
【００４３】
ここでは、コンプレッサ５から貯蔵選択弁１１ａを介して空気タンク７に空気を供給する外気貯蔵配管１１に窒素除去手段として窒素分離膜１２ａを配置する。窒素分離膜１２ａとしては、フッ素化合物や高分子フルオロカーボン膜などを用いる。
【００４４】
コンプレッサ５により取り込んだ外気は、窒素分離膜１２ａを通過して空気タンク７へ充填されるので、外気中の窒素が除去されて空気タンク７に供給されるガス中の酸素の割合を増大することができる。その他の構成は第２実施形態と同様とする。
【００４５】
このように、外気貯蔵配管１１へ窒素分離膜１２ａを配置することで、空気タンク７に酸素濃度の高い空気を充填する。その結果、空気タンク７内に貯蔵している空気の単位体積量に対する発電量を向上することができる。
【００４６】
このように構成することで、第２の実施形態に加えて以下のような効果を得ることができる。
【００４７】
窒素を除去する窒素除去手段、ここでは窒素分離膜１２ａを備え、窒素除去手段により外気中の窒素の少なくとも一部を除去してから空気タンク７に充填する。これにより、空気タンク７に貯蔵される酸素含有ガスに対する単位体積当たりの発電量を増加することができるので、航続距離を増大することができる。また、酸素濃度が高くなると、燃料電池１内の酸素が電解質膜まで到達しやすくなり、高効率で燃料電池１を運転することができる。
【００４８】
特に前記窒素除去手段として窒素分離膜１２ａを用い、外気を窒素分離膜１２ａに通すことにより外気中の窒素の少なくとも一部を除去する。これにより、上記の効果をコンパクトな構成で得ることができる。
【００４９】
次に、第４の実施形態について説明する。燃料電池システムの制御手段、ここでは被毒防止手段の概略を図６に示す。
【００５０】
本実施形態は、空気タンク７に貯蔵する空気中の窒素を分離するのにＰＳＡ装置（圧力スイング吸着装置）１２ｂを用いる。ＰＳＡ装置１２ｂにたまった窒素は、ＰＳＡ装置１２ｂ内を減圧することによりパージすることができる。ここでは、減圧手段として真空ポンプ１３を用いる。このようなＰＳＡ装置１２ｂを用いて空気タンク７に酸素濃度の高い空気を貯蔵して、貯蔵している空気の単位体積量に対する発電量を増大させる。
【００５１】
ＰＳＡ装置１２ｂを、空気タンク７への外気の供給経路である外気貯蔵配管１１に設ける。ここでは、ＰＳＡ装置１２ｂを空気タンク７と貯蔵選択弁１１ａの間に配置し、さらにＰＳＡ装置１２ｂの上流側（貯蔵選択弁１１ａ側）、下流側（空気タンク７側）に流路遮断弁１１ｂ、１１ｃを設ける。また、上流側に配置した流路遮断弁１１ｂとＰＳＡ装置１２ｂの間からは真空ポンプ１３を介して外部に接続する減圧配管１４を備える。減圧配管１４の外気貯蔵配管１１からの分岐点と真空ポンプ１３との間には減圧選択弁１４ａを配置し、ＰＳＡ装置１２ｂ内の減圧を行うかどうかを選択可能とする。
【００５２】
ＰＳＡ装置１２ｂ内を高圧にして窒素を吸着するには、外気供給弁６ａ、流路遮断弁１１ｃ、減圧選択弁１４ａを閉じ、流路遮断弁１１ｂ、貯蔵選択弁１１ａを開いた状態でコンプレッサ５の回転数を上げる。これにより外気中の窒素を吸着して高い酸素濃度の外気を生成し、流路遮断弁１１ｃを開くことで空気タンク７に貯蔵することができる。このような空気の貯蔵は、コントローラ１００の空気充填制御手段１０４により制御する。一方、ＰＳＡ装置１２ｂ内を減圧して窒素をパージする際には、流路遮断弁１１ｂ、１１ｃを閉じ、減圧選択弁１４ａを開いた状態で、真空ポンプ１３を稼動させる。これによりＰＳＡ装置１２ｂ内のガスが外部に引っ張られるので、ＰＳＡ装置１２ｂ内は減圧され、窒素の脱着が行われる。このようなＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素脱着は、コントローラ１００に含まれる窒素脱着制御手段１０５により制御する。
【００５３】
本実施形態では、空気タンク７への空気の充填を燃料電池１が外気中の不純物により被毒する可能性がなく、図示しないバッテリの充電量が所定以上であるとき、すなわち燃料電池１の発電力が余っているときに行う。また、ＰＳＡ装置１２ｂの窒素の脱着は、空気充填量が終了してからバッテリの充電量が所定以上であるときに行う。
【００５４】
このような窒素の吸着を行うことで空気タンク７からカソード１ｂへ供給される空気の酸素濃度が高くなり、その結果、カソード１ｂから排出される排空気中の酸素濃度も高くなる。そこで、カソード１ｂからの排空気を循環させる循環路、ここではカソード１ｂからの排空気を外部に排出する空気排出配管１５と貯蔵空気供給配管８とを結ぶ空気循環配管１６を設ける。さらに貯蔵空気供給配管８と空気循環配管１６の合流部にエゼクタ１６ａを設けて空気タンク７から供給される空気に排空気を混入する。また、空気排出配管１５には排出選択弁１５ａを設け、空気タンク７からカソード１ｂに高い酸素濃度の空気が供給されるときに排出選択弁１５ａを閉じることで排空気を循環させ、酸素利用効率を向上する。
【００５５】
次に、コントローラ１００が実行するＰＳＡ装置１２ｂを用いて外気を充填する方法を図７、ＰＳＡ装置１２ｂの窒素を脱着する方法を図８に示したフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
まず、図７を用いて空気タンク７への空気の充填方法を説明する。
【００５７】
ステップＳ２０において、燃料電池１が被毒する可能性があるかどうかを判断する。燃料電池１の被毒の可能性がある場合には、ステップＳ２００に進み、図４と同様の空気タンク７による空気の供給を行う。一方、燃料電池１の被毒の可能性があると判断されなかった場合には、ステップＳ２１に進み、空気タンク７へ外気を充填するかどうかを判断する。ここでは、第２の実施形態と同様に、車両がアイドル停止の状態かどうかにより判断するが、空気タンク７内の空気充填量や図示しないバッテリの充電量等を考慮してもよい。
【００５８】
ステップＳ２１で空気充填を行わないと判断されたらステップＳ３０に進み、図４におけるステップＳ１５と同様の制御を行うことでカソード１ｂに外気を供給する。ステップＳ３１において貯蔵選択弁１１ａを閉じて、外気を空気タンク７へ供給する流路を遮断し、外気を発電のみに利用する。
【００５９】
一方、ステップＳ２１において空気充填を行うと判断されたらステップＳ２２に進む。ステップＳ２２〜Ｓ２７においては、ＰＳＡ装置１２ｂに空気の充填を行う。
【００６０】
ステップＳ２２において、カソード１ｂに必要な空気を供給できる範囲で外気供給弁６ａを絞り、外気貯蔵配管１１側に供給される空気量を増大する。ステップＳ２３において貯蔵選択弁１１ａを開き、ステップＳ２４において流路遮断弁１１ｂを開き、ステップＳ２５において流路遮断弁１１ｃを閉じる。これにより、コンプレッサ５からＰＳＡ装置１２ｂまでの流路を確保する。
【００６１】
ステップＳ２６でコンプレッサ５の回転数を上昇させ、ステップＳ２７においてこのような状態を所定時間維持する。ここで、この所定時間は、空気がＰＳＡ装置１２ｂ内に充填されるまでの時間とする。このように制御することで、ＰＳＡ装置１２ｂ内を高圧にして空気中の窒素を吸着させる。
【００６２】
所定時間が経過したら、ステップＳ２８に進みコンプレッサ５の回転数を下げる。ステップＳ２９において、流路遮断弁１０ｃを開くことにより、ＰＳＡ装置１２ｂ内の酸素濃度の高い空気を空気タンク７に充填する。
【００６３】
次に、図８を用いてＰＳＡ装置１２ｂにたまった窒素の脱着開始方法について説明する。これは、図７の空気充填制御で空気タンク７に空気が充填された後に行う。また、発電量が余っているとき、または図示しないバッテリの充電量が所定以上のときに行うが、この判断は、図７のステップＳ２１の動作を行うことで省略することもできる。
【００６４】
ステップＳ３３において、空気充填が終了しているかどうかを判断する。ここではこの終了判断を、上記の充填方法におけるステップＳ２９の動作が終了しているかどうかで判断する。例えば、空気タンク７へ空気を供給するために流路遮断弁１０ｃを開いてから所定時間経過しているかどうかや、空気タンク７の圧力を測定する圧力センサの出力により判断する。空気充填が終わっていなかったら制御を終了し、空気充填が終了していたらステップＳ３４に進む。
【００６５】
ステップＳ３４において、減圧配管１４に設けた減圧選択弁１４ａを開く。ステップＳ３５において流路遮断弁１０ｂを閉じ、ステップＳ３６において流路遮断弁１０ｃを閉じることにより、ＰＳＡ装置１２ｂを減圧配管１４に対してのみ開放する。ステップＳ３７において、真空ポンプ１３による吸引力を増大することにより、ＰＳＡ装置１２ｂ内を減圧して吸着していた窒素の脱着を行う。
【００６６】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第３の実施形態に加えて以下のような効果を得ることができる。
【００６７】
前記窒素除去手段としてＰＳＡ装置１２ｂを用い、ＰＳＡ装置１２ｂにより外気中の窒素の少なくとも一部を除去する。これにより、空気タンク７内の酸素濃度をさらに増大することができる。よって単位タンク当たりの発電量を増大することができるので、航続距離を長くすることができる。
【００６８】
また、燃料電池１のカソード１ｂから排出されたガスを再びカソード１ｂに循環させる空気循環配管１６を備える。これにより、カソード１ｂから排出された酸素を再利用することができるので、さらに空気タンク７に貯蔵するガスによる航続距離を増大することができる。
【００６９】
さらに、ＰＳＡ装置１２ｂを減圧してＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素をパージする減圧手段、ここでは減圧ポンプ１３と、空気タンク７に外気を充填していないときにＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素をパージする窒素脱着制御手段１０５とを備える。これにより、ＰＳＡ装置１２ｂを確実に減圧することが可能となり、窒素を脱着することができるので、ＰＳＡ装置１２ｂを繰り替えし使用することができる。その結果、窒素分離膜１２ａ等を用いた場合のように交換する手間を省くことができる。
【００７０】
次に、第５の実施形態について説明する。ここでは、ＰＳＡ装置１２ｂの窒素脱着に真空ポンプ１３を用いずに、コンプレッサ５を用いる。この場合には、コンプレッサ５により外気をカソード１ｂに供給していないとき、ここでは、空気タンク７の空気を発電に用いている場合に窒素脱着を行う。
【００７１】
燃料電池１の被毒防止装置の構成を図９に示す。
【００７２】
カソード供給配管６に配置したコンプレッサ５の上流側と、外気貯蔵配管１１とを結ぶ窒素パージ配管１７を備える。ここでは、窒素パージ配管１７の外気貯蔵配管１１からの分岐点を貯蔵選択弁１１ａと流路遮断弁１１ｂとの間に配置する。窒素パージ配管１７にはパージ選択弁１７ａを設け、ＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素をパージするときにこのパージ選択弁１７ａを開き、窒素パージ配管１７を窒素ガスの流路とする。また、カソード供給配管６の窒素パージ配管１７との合流部より上流側である外気の吸気口付近に外気遮断弁６ｂを配置し、コンプレッサ５により外気を吸入するかどうかを選択可能とする。さらに、コンプレッサ５と外気供給弁６ａの間にはカソード供給配管６から外部に分岐する窒素排出配管１８を備え、窒素排出配管１８には窒素排出弁１８ａを備える。
【００７３】
このように構成することで、ＰＳＡ装置１２ｂの窒素脱着時には、外気遮断弁６ｂを閉じるとともに、上述のパージ選択弁１７ａ、流路遮断弁１１ｂを開き、コンプレッサ５の吸い込み口とＰＳＡ装置１２ｂを連通させる。この状態でコンプレッサ５を回転させ、窒素排出弁１８ａを開くことにより、ＰＳＡ装置１２ｂ内を減圧させることができる。
【００７４】
ＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素の脱着は、空気充填制御手段１０４による空気タンク７への空気充填が終了し、空気供給制御手段１０２によりカソード１ｂに空気タンク７中の空気を供給しているときに行う。ここでは、コントローラ１００に備えた窒素脱着制御手段１０５により行う。
【００７５】
コントローラ１００が実行するコンプレッサ５を用いて行うＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素の脱着方法を図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態の空気の充填方法は図７に示した方法と同様とする。
【００７６】
ステップＳ４１において、図８のステップＳ３３と同様に空気充填が終了しているかどうかを判断する。空気充填が終わっていなかったら制御を終了し、空気充填が終了したら、ステップＳ４２に進む。
【００７７】
ステップＳ４２では、カソード１ｂに供給されているのが空気タンク７内の空気であるかどうかを判断する。カソード１ｂに外気を供給している場合には、コンプレッサ５を外気の供給に利用しているので、そのまま制御を終了する。一方、空気タンク７からカソード１ｂに空気を供給している場合には、コンプレッサ５による空気の供給を行っていないので、ステップＳ４３に進む。
【００７８】
ステップＳ４３〜Ｓ４９においては、ＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素のパージを開始する制御を行う。
【００７９】
ステップＳ４３においては貯蔵選択弁１１ａを閉じ、ステップＳ４４で流路遮断弁１１ｂを開き、ステップＳ４５で流路遮断弁１１ｃを閉じ、ステップＳ４６でパージ選択弁１７ａを開く。これにより、コンプレッサ５の吸気側とＰＳＡ装置１２ｂ内を連通させる。このとき、流路遮断弁１１ｃを閉じているのでＰＳＡ装置１２ｂ内の圧力を変動させることができる。ステップＳ４７において外気遮断弁６ｂを閉じ、ステップＳ４８において窒素排出弁１８ａを開く。これにより、コンプレッサ５により送られるガスは窒素排出配管１８を通って排出される。ステップＳ４９において、コンプレッサ５の回転数を上げることにより、ＰＳＡ装置１２ｂ内のガスを積極的にシステム外部に送ることができる。その結果、ＰＳＡ装置１２ｂ内の圧力が低減するので、ＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素を脱着し、システム外部に排出することができる。このとき、カソード１ｂへは空気タンク７内の空気が供給されているので、外気供給弁６ａは閉じられており、コンプレッサ５により送られる窒素を含むガスがカソード１ｂに送られることはない。
【００８０】
外気供給手段を、外気をシステム内に吸入するコンプレッサ５と、吸入された外気を前記燃料電池に供給するカソード供給配管６とから構成する。空気タンク７に外気を充填していない、かつ、コンプレッサ５により燃料電池１に外気を供給していないときに、コンプレッサ５の吸気側とＰＳＡ装置１２ｂを連通し、コンプレッサ５によりＰＳＡ装置１２ｂ内を減圧して窒素をパージする。これにより、発電反応に関係なく、コンプレッサ５を窒素のパージのみに使用することが可能となり、窒素パージが容易になる。また、既存の装置を用いてＰＳＡ装置１２ｂの減圧を行うので、システムを巨大化することなく、コストも低減できる。
【００８１】
次に、第６の実施形態の説明をする。ここでは、第５の実施形態と同様にＰＳＡ装置１２ｂの窒素脱着にコンプレッサ５を利用する。ただし、コンプレッサ５を用いてＰＳＡ装置１２ｂの窒素をパージするタイミングを、コンプレッサ５を用いて外気を燃料電池１に供給しない時、ここでは、燃料電池１の運転を停止してバッテリ走行を行っている場合とする。以下、第５の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００８２】
本実施形態の構成を図１１に示す。車両の動力源として燃料電池１のほかに、例えばリチウムイオンバッテリ等により構成したバッテリ１９を備える。動力源として燃料電池１とバッテリ１９のどちらを用いるかを、コントローラ１００に備えたエネルギマネジメント手段１０６により選択し、それぞれから電力を送ることにより走行用モータ２０を駆動する。ここでは、窒素脱着制御手段１０５は、バッテリ１９から送られる電力により走行用モータ２０が駆動されているときに窒素の脱着を行うので、このエネルギマネジメント手段１０６からの信号により窒素の脱着を行うかどうかを判断する。
【００８３】
本実施形態におけるコントローラ１００による窒素脱着の制御方法を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。本実施形態における空気充填制御は図７のフローと同様とする。
【００８４】
ステップＳ５６において、図８のステップＳ３３と同様に空気充填が終了しているかどうかを判断する。空気充填が終わっていなかったら制御を終了し、空気充填が終了したら、ステップＳ５７に進む。
【００８５】
ステップＳ５７において、エネルギマネジメント手段１０６がバッテリ１９からの電力で走行用モータ２０を駆動しているかどうかを判断する。燃料電池１からの電力で駆動している場合には、窒素の脱着は行わずに制御を終了する。一方、バッテリ１９からの電力で走行用モータ２０を駆動している場合には、ＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素の脱着を行う。ここでは、ステップＳ５８〜Ｓ６９にかけて図１０におけるステップＳ４３〜Ｓ５４と同様の方法で、コンプレッサ５を用いたＰＳＡ装置１２ｂの窒素の脱着を行う。
【００８６】
このような制御を行うことで以下のような効果を得ることができる。ここでは第５の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００８７】
車両がバッテリ１９により走行しているときに、窒素の脱着を行う。これにより、コンプレッサ５が発電に関与していないときに窒素の脱着を行うので、簡単な制御でスムーズに窒素の脱着を行うことができる。
【００８８】
次に、第７の実施形態について説明する。本実施形態は、空気中の窒素を分離するのにＴＳＡ装置（温度スイング吸着装置）１２ｃを用いる。ＴＳＡ装置１２ｃは、温度を上昇させることによりＴＳＡ装置１２ｃ内にたまった窒素をパージすることができる。そこで、水素を燃料循環配管４からパージしたときの排水素を燃焼する排水素燃焼器２０からの排気を利用してＴＳＡ装置１２ｃを昇温させて水素パージを行う。
【００８９】
本実施形態に用いる燃料電池システムの構成の一部を図１３に示す。ここでは、第４の実施形態の構成（図６）との違いのみを説明する。
【００９０】
窒素を分離する装置としてＰＳＡ装置１２ｂの替わりにＴＳＡ装置１２ｃを用いる。そのため、ＰＳＡ装置１２ｂの窒素脱着を行うために用いた真空ポンプ１３、減圧配管１４、減圧選択弁１４ａは省略し、以下のような構成とする。
【００９１】
ＴＳＡ装置１２ｃは、温度を上昇させることにより窒素をパージすることができる。ここでは、燃料電池１からの排出ガスを燃焼するための排水素燃焼器２１を備え、ＴＳＡ装置１２ｃを昇温させるための燃焼ガスを生成する。
【００９２】
カソード１ｂからの排出ガスは、空気排出配管１５を通り、排出選択弁１５ａを介して排水素燃焼器２１に供給される。排水素燃焼器２１に供給する流量は排出選択弁１５ａの開度により調整することができる。また、アノード１ｂの燃料循環配管４から分岐して、燃料循環配管４内の燃料ガスを排水素燃焼器２１に供給する燃料排出配管２２を備える。燃料排出配管２２には排出選択弁２２ａを備え、燃料循環配管４を循環する燃料ガスを選択的に排水素燃焼器２１に供給する。ここでは、排水素燃焼器２１内で、水素と酸素の比が一定になるように排出選択弁１５ａ、２２ａの開度を調整する。
【００９３】
排水素燃焼器２１では、燃料電池１からの排出ガスを燃焼することにより高温の燃焼ガスを生成する。生成された燃焼ガスを、燃焼ガス排出配管２３を通り外部に排出するか、燃焼ガス供給配管２４を通ってＴＳＡ装置１２ｃの熱伝導部に供給するかを三方弁より構成した燃焼ガス供給選択弁２１ａにより選択する。燃焼ガス供給選択弁２１ａは燃焼ガス排出配管２３と燃焼ガス供給配管２４との分岐点に設ける。
【００９４】
燃焼ガス供給配管２４を通ってＴＳＡ装置１２ｃの熱伝導部に供給される燃焼ガスは、ＴＳＡ装置１２ｃを昇温させて吸着している窒素を脱着させる。脱着した窒素は、ＴＳＡ装置１２ｃと流路遮断弁１１ｃとの間から分岐する窒素排出配管２５を通って外部に排出される。このとき、窒素排出配管２５に窒素排出選択弁２５ａを設け、窒素を選択的に排出する。一方、ＴＳＡ装置１２ｃの昇温に利用した燃焼ガスは図示しない配管を通って外部に排出される。
【００９５】
ここで、本実施形態では、空気タンク７への空気の充填が終了し、さらに燃料電池水素パージ制御手段１０７によりアノード１ａの水素のパージが行われるときに窒素の脱着制御を行う。水素パージは、例えば、燃料電池１に水詰まりが生じたときなどに行い、このときに、燃焼ガス供給選択弁２１ａを燃焼ガス供給配管２４側に設定してＴＳＡ装置１２ｃに燃焼ガスを供給して昇温させることで窒素の脱着を行う。
【００９６】
次に、コントローラ１００が実行する本実施形態の窒素の脱着開始の制御を図１４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００９７】
ステップＳ７１において、図７のステップＳ３３と同様に空気充填制御が終了しているかどうかを判断する。終了していたらステップＳ７２に進み、燃料電池パージ手段１０７により燃料電池１の水素パージを行っているかどうかを判断する。水素パージを行っていない場合には、ＴＳＡ装置１２ｃを昇温させることが出来ないので、制御を終了する。一方、ステップＳ７２において、水素パージを行っていると判断されたら、排水素燃焼器２１において燃焼ガスが生成されているのでステップＳ７３に進みＴＳＡ装置１２ｃの窒素の脱着動作を開始する。
【００９８】
ステップＳ７３において、排水素燃焼器２１で生成した燃焼ガスをＴＳＡ装置１２ｃに供給するように燃焼ガス供給選択弁２１ａを設定する。これにより、燃焼ガスによるＴＳＡ装置１２ｃの昇温が開始され、ＴＳＡ装置１２ｃ内の窒素の脱着が開始する。ステップＳ７４に進み、窒素排出選択弁２５ａを開くことにより、ＴＳＡ装置１２ｃ内の窒素をパージする。
【００９９】
次に、上記のような燃料電池システムの効果を説明する。ここでは、第４の実施形態と異なる効果についてのみ説明する。
【０１００】
窒素除去手段としてＴＳＡ装置１２ｃを用い、ＴＳＡ装置１２ｃにより外気中の窒素の少なくとも一部を除去する。ＴＳＡ装置１２ｃは熱を利用して窒素脱着を行うので、燃焼器等の発熱装置を有する燃料電池システムに対しては、発熱装置で生じた熱を用いて窒素脱着を行うことができる。これにより、窒素脱着のためにシステムを巨大化するのを避けることができる。
【０１０１】
特に、燃料電池１からの排水素を燃料する排水素燃焼器１８と、燃料電池１内の水素をパージして排水素燃焼器１８に排水素を供給したときに、排水素燃焼器１８で生じる燃焼熱によりＴＳＡ装置１２ｃを昇温して窒素をパージする。これにより無駄に水素を消費することなく、燃料の利用効率を向上することができる。
【０１０２】
第８の実施形態に用いる被毒防止システムの構成を図１５に示す。
【０１０３】
ここでは、燃料電池１の運転を停止する際に、ＰＳＡ装置１２ｂ内に吸着している窒素を用いて燃料電池１内の水素をパージする。ここで、発電時には空気充填終了後にＰＳＡ装置１２ｂ内の窒素脱着を行う第５の実施形態（図９、図１０）と同様の制御を行い、発電停止時に窒素を用いて燃料電池１内の水素をパージすることもできる。
【０１０４】
システム停止時にＰＳＡ装置１２ｂから脱着された窒素は、コンプレッサ５によりカソード供給配管６に供給される。このとき、窒素排出弁１８ａを閉じ、外気供給弁６ａを開くことで、パージされた窒素は燃料電池１のカソード１ｂに供給される。
【０１０５】
このとき、カソード１ｂとアノード１ａを連通させる連通配管２６を備えることで、この窒素をアノード１ａにも供給することができる。ここでは、カソード供給配管６と水素供給配管３を結ぶ連通配管２６を備え、さらに、カソード１ｂとアノード１ａを連通させるかどうかを選択する連通選択弁２６ａを備える。また、アノード１ａから水素を排出するために、燃料循環配管４から分岐して外部に連通する燃料排出配管２２を備え、さらに、選択的に水素を排出する排出選択弁２２ａを備える。
【０１０６】
このような構成の燃料電池システムにおいて、システム停止時の窒素脱着および水素パージをコントローラ１００に備えた燃料電池窒素パージ制御手段１０８により行う。コントローラ１００に停止信号が入力されたら、ＰＳＡ装置１２ｂの窒素脱着を行い、脱着した窒素を燃料電池１のカソード１ｂおよびアノード１ａに供給、充填する。
【０１０７】
次に、コントローラ１００が実行する、このような燃料電池システムにおける脱着方法、ここではシステム停止時のアノード１ａの水素を窒素によりパージする方法を図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ここで、燃料電池システムの信号に応じて水素の供給は停止するので、制御開始時には水素供給弁３ａは閉じている。
【０１０８】
ステップＳ７９において、図８のステップＳ３３と同様に空気充填が終了しているかどうかを判断する。空気充填が終わっていなかったら制御を終了し、空気充填が終了したら、ステップＳ８０に進む。
【０１０９】
ステップＳ８０において、燃料電池システムの運転が停止しているかどうかを判断する。ここでは、車両の走行を終了した時点で燃料電池システムの運転も終了するので、イグニッションキーがＯＦＦになっているかどうかを検出することにより判断する。燃料電池システムが停止していない場合には水素のパージは行わないので制御を終了させる。一方、ステップＳ８０で燃料電池システムが停止していると判断されたら、ステップＳ８１に進みアノード１ａの水素をパージする制御を開始する。
【０１１０】
ステップＳ８１〜Ｓ８５では図１０のＳ４３〜４７と同様の動作を行い、ＰＳＡ装置１２ｂからコンプレッサ５までの流路を連通させる。ステップＳ８６で窒素排出弁１８ａを閉じることにより、システムから窒素が排出されるのを防止する。ステップＳ８７において連通選択弁２６ａを開くことによりカソード１ｂとアノード１ａを連通させ、ステップＳ８８、Ｓ８９において排出選択弁１５ａ、２２ａを開くことにより、カソード１ｂとアノード１ａ内のガスを排出可能とする。
【０１１１】
ステップＳ９０においてコンプレッサ５の回転数を上げることにより、ＰＳＡ装置１２ｂ内が減圧されて窒素の脱着が生じる。脱着した窒素はコンプレッサ５によりカソード１ｂおよびアノード１ａに供給され、燃料電池１内のガスをパージする。このとき、空気循環配管１６および燃料循環配管４にも窒素が供給されるので、空気および水素をパージすることができる。
【０１１２】
このように制御することで、以下のような効果を得ることができる。
【０１１３】
窒素除去手段として、窒素を吸着する吸着装置、ここではＰＳＡ装置１２ｂを備え、燃料電池１の運転停止時に、ＰＳＡ装置１２ｃ内にたまった窒素を燃料電池１に供給することにより燃料電池１内の反応ガスをパージする。これにより、燃料電池１の運転停止中に水素が外に漏れるのを避けることができるため、安全性を向上することができる。また、吸着装置としてＴＳＡ装置１２ｃを用いることもできる。
【０１１４】
次に、第９の実施形態について説明する。ここでは、空気タンク７内の空気が空であると判断され、また燃料電池１が被毒する可能性があると判断された場合に、燃料電池１の運転を停止することにより、燃料電池１の被毒を防止する。以下、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０１１５】
本実施形態の燃料電池１の被毒防止手段の構成を図１７に示す。
【０１１６】
空気タンク７には、貯蔵される空気の有無を検出する検出手段、例えば圧力センサ２７を備える。外気により燃料電池１が被毒する可能性がある場合に圧力センサ２７により空気タンク７が空であると判断されたら、水素供給弁３ａ、外気供給弁６ａを閉じて水素、空気の供給を停止し、燃料電池１を停止する。この制御は、コントローラ１００に備えた運転停止制御手段１０９により行う。
【０１１７】
次に、図１８に示すコントローラ１００が実行するフローチャートを用いて、空気タンク７が空になった場合のシステムの制御方法を説明する。
【０１１８】
外気により燃料電池１が被毒する可能性があり、空気の供給源を空気タンク７に切り替える信号を受けたら、ステップＳ１０１において、圧力センサ２７の出力より空気タンク７内の空気が空になったかどうかを判断する。空気タンク７に空気があると判断された場合には、本制御を終了してステップＳ２００のような空気タンク７からの空気供給を開始する。一方、空気タンク７に空気がないと判断された場合には、ステップＳ１０２に進み外気供給弁６ａを閉じて空気供給を停止する。ステップＳ１０３において、水素供給弁３ａを閉じることで水素の供給を停止し、ステップＳ１０４において、燃料電池から電力取り出しを停止して燃料電池１の運転を停止する。
【０１１９】
このように、空気タンク７に貯蔵する空気が空になった場合に燃料電池１の運転を停止することで、燃料電池１の被毒を確実に防ぐことができる。このときは、図示しないバッテリ等による運転を行い、燃料電池１の被毒の可能性がないと判断されたら燃料電池１の運転を外気供給で行うとともに、空気タンク７へ空気を補充する。
【０１２０】
空気タンク７内に貯蔵されている空気量が燃料電池１における発電を行うのに十分な量であるかどうかを判断する貯蔵酸素含有ガス検出手段、ここでは圧力センサ２７を備える。燃料電池被毒推定手段１０１により燃料電池１が被毒する可能性があると推定され、圧力センサ２７により燃料電池１における発電を行うのに空気タンク７内の空気量が十分ではないと判断されたときに、燃料電池１の運転を停止する。これにより、外気により燃料電池１が被毒するのをさらに確実に避けることができる。
【０１２１】
なお、上記実施の形態においては、制御部をコントローラ１００としたが、これは複数の装置から構成することもできる。また、複数の実施形態を組み合わせて用いることもできる。
【０１２２】
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図２】第１の実施形態における燃料電池の被毒防止方法のフローチャートである。
【図３】第２の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図４】第２の実施形態における燃料電池の被毒防止方法のフローチャートである。
【図５】第３の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図６】第４の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図７】第４の実施形態における空気充填方法のフローチャートである。
【図８】第４の実施形態における窒素脱着方法のフローチャートである。
【図９】第５の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図１０】第５の実施形態における窒素脱着方法のフローチャートである。
【図１１】第６の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図１２】第６の実施形態における窒素脱着方法のフローチャートである。
【図１３】第７の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図１４】第７の実施形態における窒素脱着方法のフローチャートである。
【図１５】第８の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図１６】第８の実施形態における水素パージ方法のフローチャートである。
【図１７】第９の実施形態における燃料電池の被毒防止システムの概略図である。
【図１８】第９の実施形態における燃料電池の被毒防止方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１　　燃料電池
２　　水素タンク（水素含有ガス供給手段）
５　　コンプレッサ（吸気装置、外気供給手段）
６　　カソード供給配管（供給配管、外気供給手段）
７　　空気タンク（酸素含有ガス貯蔵手段）
１２ａ　窒素分離膜
１２ｂ　ＰＳＡ装置（圧力スイング吸着装置）
１２ｃ　ＴＳＡ装置（温度スイング吸着装置）
１３　　真空ポンプ（減圧手段）
１６　　空気循環配管（カソード循環経路）
２１　　排水素燃焼器２１
２７　　圧力センサ（貯蔵酸素含有ガス検出手段）
１０１　燃料電池被毒推定手段
１０２　空気供給切替え手段（酸素含有ガス供給制御手段）
１０４　空気充填制御手段（外気充填制御手段）
１０５　窒素脱着制御手段
１０８　燃料電池窒素パージ制御手段（パージ制御手段）
１０９　運転停止制御手段

Claims

水素と酸素の電気化学反応により起電力を生じる燃料電池と、
前記燃料電池へ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給手段と、
前記燃料電池へ酸素含有ガスとしての外気を供給する外気供給手段と、
外気中の不純物の進入により前記燃料電池が被毒する可能性を推定する燃料電池被毒推定手段と、
酸素含有ガスを充填して貯蔵する酸素含有ガス貯蔵手段と、
前記燃料電池被毒推定手段により前記燃料電池が被毒する可能性があると判断された場合には、前記外気から切替えて前記酸素含有ガス貯蔵手段に貯蔵された酸素含有ガスを前記燃料電池に供給する酸素含有ガス供給制御手段と、を備えたことを特徴する燃料電池システム。
前記燃料電池被毒推定手段により、前記燃料電池が被毒する可能性があると判断されなかったときに、前記酸素含有ガス貯蔵手段に外気を充填する外気充填制御手段を備えた請求項１に記載の燃料電池システム。
窒素を除去する窒素除去手段を備え、
前記外気充填制御手段は、前記窒素除去手段により窒素の少なくとも一部を除去した外気を前記酸素含有ガス貯蔵手段に充填する請求項２に記載の燃料電池システム。
前記窒素除去手段として窒素分離膜を用い、
前記窒素分離膜は外気中の窒素の少なくとも一部を除去する請求項３に記載の燃料電池システム。
前記窒素除去手段として圧力スイング吸着装置を用い、
前記圧力スイング吸着装置は外気中の窒素の少なくとも一部を除去する請求項３に記載の燃料電池システム。
前記窒素除去手段として温度スイング吸着装置を用い、
前記温度スイング吸着装置は外気中の窒素の少なくとも一部を除去する請求項３に記載の燃料電池システム。
前記燃料電池のカソードから排出されたガスを再び前記燃料電池のカソードに循環させるカソード循環経路を備える請求項３に記載の燃料電池システム。
前記燃料電池被毒推定手段により、前記燃料電池が被毒する可能性があると判断されず、また前記燃料電池による発電量が所定量より小さい時に、前記酸素含有ガス貯蔵手段に外気を充填する外気充填制御手段を備えた請求項１に記載の燃料電池システム。
前記圧力スイング吸着装置内にたまった窒素をパージするために、前記圧力スイング吸着装置内を減圧する減圧手段と、
前記酸素含有ガス貯蔵手段に外気を充填していないときに、前記減圧手段により前記圧力スイング吸着装置内を減圧して窒素をパージする窒素脱着制御手段と、を備えた請求項５に記載の燃料電池システム。
前記外気供給手段を、外気をシステム内に吸入する吸気装置と、吸入された外気を前記燃料電池に供給する供給配管とから構成し、
前記酸素含有ガス貯蔵手段に外気を充填していない、かつ、前記外気供給手段により前記燃料電池に外気を供給していないときに、前記吸気装置の吸気側と前記圧力スイング吸着装置を連通し、前記吸気装置により前記圧力スイング吸着装置内を減圧して窒素をパージする窒素脱着制御手段と、を備えた請求項５に記載の燃料電池システム。
前記燃料電池からの排水素を燃料する排水素燃焼器と、
前記燃料電池内の水素をパージして前記排水素燃焼器に排水素を供給したときに、前記排水素燃焼器で生じる燃焼熱により前記温度スイング吸着装置を昇温して前記温度スイング吸着装置内の窒素をパージする窒素脱着制御手段と、を備えた請求項６に記載の燃料電池システム。
前記窒素除去手段として、窒素を吸着する吸着装置を備え、
前記燃料電池の運転停止時に、前記吸着装置内にたまった窒素を前記燃料電池に供給することにより前記燃料電池内の反応ガスをパージするパージ制御手段を備えた請求項３に記載の燃料電池システム。
前記酸素含有ガス貯蔵手段内に貯蔵されている酸素含有ガス量が前記燃料電池における発電を行うのに十分な量であるかどうかを判断する貯蔵酸素含有ガス検出手段を備え、
前記燃料電池被毒推定手段により前記燃料電池が被毒する可能性があると推定され、前記貯蔵酸素含有ガス検出手段により前記燃料電池における発電を行うのに前記酸素含有ガス貯蔵手段内の酸素含有ガス量が十分ではないと判断されたときに、前記燃料電池の運転を停止する運転停止制御手段を備えた請求項１に記載の燃料電池システム。
前記酸素含有ガス貯蔵手段には酸素を貯蔵する請求項１に記載の燃料電池システム。