JP2006252920A - Fuel cell system - Google Patents

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健二 米倉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of efficiently exhausting impure gas. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 makes pressure of an anode 11 of a fuel cell stack 10 increase by controlling a hydrogen tank 21, a first pressure control valve 23, and a switching valve 32, and exhausts impure gas from the anode of the anode of the fuel cell stack by opening the switching valve 32 when the pressure of the anode reaches a prescribed pressure. At this time, the fuel cell system 1 exhausts the impure gas while generating power at the fuel cell stack 10. By the above, the fuel cell system 1 exhaust a gas in which content of impure gas is increased by consumption of hydrogen to efficiently exhaust the impure gas. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

従来、燃料電池スタックのアノード内に存在する不純物ガスを、燃料電池の起動時にアノード下流に設けられる水素パージ弁を開放することにより、排出する燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムによれば、アノードの入口側の圧力を検出する圧力センサと、アノードへの水素の供給量を制御する水素遮断弁とを設け、圧力センサによる検出値に応じて、水素遮断弁の開弁開始時刻から水素パージ弁の開弁開始時刻までの時間を設定し、この時間が経過したときには、水素極の入口側の圧力が「大気圧+数kPa」まで上昇しているものとみなし、水素パージ弁を開弁することとしている(例えば特許文献1参照)。
特開2004−179080号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system that discharges impurity gas existing in an anode of a fuel cell stack by opening a hydrogen purge valve provided downstream of the anode when the fuel cell is started is known. According to this fuel cell system, the pressure sensor for detecting the pressure on the inlet side of the anode and the hydrogen shut-off valve for controlling the supply amount of hydrogen to the anode are provided, and the hydrogen shut-off valve is set according to the detection value by the pressure sensor. The time from the valve opening start time to the hydrogen purge valve opening start time is set, and when this time elapses, the pressure on the inlet side of the hydrogen electrode has increased to “atmospheric pressure + several kPa” It is assumed that the hydrogen purge valve is opened (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-179080 A

ここで、従来の燃料電池システムにおいて、アノードの圧力が大気圧よりも低い場合、水素パージ弁を開弁しても、不純物ガスを排出するどころか、外部から空気が流入してしまう。このため、従来の燃料電池システムでは、アノードの圧力を増大させたうえで、水素パージ弁を開弁するようにしている。   Here, in the conventional fuel cell system, when the anode pressure is lower than the atmospheric pressure, even if the hydrogen purge valve is opened, air flows in from the outside rather than discharging the impurity gas. For this reason, in the conventional fuel cell system, the hydrogen purge valve is opened after increasing the pressure of the anode.

しかしながら、従来の燃料電池システムでは、アノードの圧力を上昇させるためにアノードに水素を供給するため、アノード内の不純物ガスの濃度が低下し水素濃度が上昇することとなる。この場合、パージ弁を開弁したときに排出されるガスは水素を多く含み不純物ガスの割合が小さくなってしまう。故に、従来の燃料電池システムでは、不純物ガスの排出が効率的に行われているとはいえなかった。   However, in the conventional fuel cell system, since hydrogen is supplied to the anode in order to increase the pressure of the anode, the concentration of impurity gas in the anode decreases and the hydrogen concentration increases. In this case, the gas discharged when the purge valve is opened contains a large amount of hydrogen and the ratio of the impurity gas becomes small. Therefore, it cannot be said that the conventional fuel cell system efficiently discharges the impurity gas.

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、効率的に不純物ガスを排出することが可能な燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of efficiently discharging an impurity gas.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料ガス供給手段と、圧力調整手段と、制御手段とを備えている。燃料電池スタックは、燃料ガスの供給を受けるアノード及び酸化剤ガスの供給を受けるカソードを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。燃料ガス供給手段は、燃料電池スタックのアノードに燃料ガスを供給するものである。圧力調整手段は燃料電池スタックのアノードの圧力を調整するものである。制御手段は、起動時に燃料ガス供給手段と圧力調整手段とを制御して燃料電池スタックのアノードの圧力を上昇させるものである。また、制御手段は、アノードの圧力が所定圧力に達した場合に燃料電池スタックに発電を行わせつつも燃料電池スタックのアノードと外部とを連通させて、燃料電池スタックのアノード内から不純物ガスを排出させる。   The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell stack, a fuel gas supply means, a pressure adjustment means, and a control means. The fuel cell stack includes an anode that receives supply of fuel gas and a cathode that receives supply of oxidant gas, and generates power by reacting the fuel gas and oxidant gas. The fuel gas supply means supplies fuel gas to the anode of the fuel cell stack. The pressure adjusting means adjusts the pressure of the anode of the fuel cell stack. The control means controls the fuel gas supply means and the pressure adjustment means at the time of startup to increase the pressure of the anode of the fuel cell stack. In addition, the control means causes the fuel cell stack to generate power when the anode pressure reaches a predetermined pressure, and allows the anode of the fuel cell stack to communicate with the outside so that the impurity gas is generated from the anode of the fuel cell stack. Let it drain.

本発明によれば、起動時にアノードの圧力を上昇させ、該圧力が所定圧力に達した場合に燃料電池スタックに発電を行わせつつもアノードと外部とを連通させて、燃料電池スタックのアノード内から不純物ガスを排出させることとしている。このため、発電によりアノード内の燃料ガスを消費し、不純物ガスの濃度を高めつつ排出することとなる。従って、効率的に不純物ガスを排出することができる。   According to the present invention, the anode pressure is increased at the time of start-up, and when the pressure reaches a predetermined pressure, the anode is connected to the outside while the fuel cell stack is generating power, and the anode of the fuel cell stack is connected. Impurity gas is discharged from. For this reason, the fuel gas in the anode is consumed by power generation and discharged while increasing the concentration of the impurity gas. Therefore, the impurity gas can be efficiently discharged.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、燃料ガス供給系20と、燃料ガス排出系30と、ガス循環系40と、酸化剤ガス供給系50と、酸化剤ガス排出系60と、冷却液循環系70とを備えている。   FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, a fuel gas supply system 20, a fuel gas discharge system 30, a gas circulation system 40, an oxidant gas supply system 50, and an oxidant gas. A discharge system 60 and a coolant circulation system 70 are provided.

燃料電池スタック10は、燃料ガスの供給を受けるアノード11と、酸化剤ガスの供給を受けるカソード12とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。ここで、本実施形態では例えば燃料ガスとして水素ガスが用いられ、酸化剤ガスとして酸素が用いられる。この燃料電池スタック10のアノード11は、燃料ガス供給系20から燃料ガスの供給を受け、燃料ガス排出系30からアノードオフガスを排出するようになっている。   The fuel cell stack 10 includes an anode 11 that receives supply of fuel gas and a cathode 12 that receives supply of oxidant gas, and generates power by reacting the fuel gas and oxidant gas. Here, in the present embodiment, for example, hydrogen gas is used as the fuel gas, and oxygen is used as the oxidant gas. The anode 11 of the fuel cell stack 10 is supplied with fuel gas from the fuel gas supply system 20 and discharges anode off-gas from the fuel gas discharge system 30.

燃料ガス供給系20は、水素タンク21(燃料ガス供給手段)と、燃料ガス導入配管22と、第1圧力調整弁23とからなっている。水素タンク21は、燃料電池スタック10のアノード11に燃料ガスを供給するためのものである。燃料ガス導入配管22は水素タンク21と燃料電池スタック10のアノード11とを接続し、水素タンク21からの燃料ガスを燃料電池スタック10のアノード11まで導くものである。第1圧力調整弁23は、燃料ガス導入配管22に設けられ、水素タンク21から燃料電池スタック10のアノード11に供給される水素の供給量を制御できるようになっている。   The fuel gas supply system 20 includes a hydrogen tank 21 (fuel gas supply means), a fuel gas introduction pipe 22, and a first pressure adjustment valve 23. The hydrogen tank 21 is for supplying fuel gas to the anode 11 of the fuel cell stack 10. The fuel gas introduction pipe 22 connects the hydrogen tank 21 and the anode 11 of the fuel cell stack 10, and guides the fuel gas from the hydrogen tank 21 to the anode 11 of the fuel cell stack 10. The first pressure regulating valve 23 is provided in the fuel gas introduction pipe 22 so that the supply amount of hydrogen supplied from the hydrogen tank 21 to the anode 11 of the fuel cell stack 10 can be controlled.

燃料ガス排出系30は、燃料ガス排出配管(ガス排出配管)31と、開閉弁32とを備えている。燃料ガス排出配管31は、燃料電池スタック10のアノード11と外部とを接続し、アノードオフガスを外部に導くものである。開閉弁32は、燃料ガス排出配管31に設けられ、開閉動作することにより流路を遮断したり開放したりしてアノードオフガスの排出を制御するものである。   The fuel gas discharge system 30 includes a fuel gas discharge pipe (gas discharge pipe) 31 and an on-off valve 32. The fuel gas discharge pipe 31 connects the anode 11 of the fuel cell stack 10 and the outside, and guides the anode off gas to the outside. The on-off valve 32 is provided in the fuel gas discharge pipe 31 and controls the discharge of the anode off-gas by opening and closing to shut off or open the flow path.

ここで、上記した如く、アノード11は、第1圧力調整弁23の制御によって水素タンク21から燃料ガスの供給を受け、開閉弁32の開閉動作によりガスが排出されるようになっている。このため、第1圧力調整弁23と開閉弁32とは、アノード11の圧力を制御できるようになっている。例えば、第1圧力調整弁23を開け開閉弁32を閉じている場合、アノード11の圧力を高めることができる。また、第1圧力調整弁23を閉じ開閉弁32を開けている場合、アノード11の圧力を低くすることができる。このように、第1圧力調整弁23と開閉弁32とはアノード11の圧力を調整する圧力調整手段として機能することとなる。   Here, as described above, the anode 11 is supplied with the fuel gas from the hydrogen tank 21 under the control of the first pressure regulating valve 23, and the gas is discharged by the opening / closing operation of the opening / closing valve 32. For this reason, the first pressure regulating valve 23 and the on-off valve 32 can control the pressure of the anode 11. For example, when the first pressure regulating valve 23 is opened and the on-off valve 32 is closed, the pressure of the anode 11 can be increased. Further, when the first pressure regulating valve 23 is closed and the on-off valve 32 is opened, the pressure of the anode 11 can be lowered. Thus, the first pressure regulating valve 23 and the on-off valve 32 function as pressure regulating means for regulating the pressure of the anode 11.

また、ガス循環系40は、発電に寄与することなく排出された燃料ガスを再利用するためのものであって、循環装置(ガス循環手段)41と循環配管42とを備えている。循環装置41は、燃料電池スタック10のアノード11と開閉弁32との間に設けられており、燃料電池スタック10のアノード11から排出されたオフガスを循環させて再度アノード11に送り込むものである。循環配管42は、一端が循環装置41と開閉弁32との間の燃料ガス排出配管31に接続され、他端が第1圧力調整弁23と燃料電池スタック10のアノード11との間の燃料ガス導入配管22に接続されており、アノード11から排出されたオフガスをアノード11の下流から上流に循環させるためのものである。   The gas circulation system 40 is for reusing the fuel gas discharged without contributing to power generation, and includes a circulation device (gas circulation means) 41 and a circulation pipe 42. The circulation device 41 is provided between the anode 11 of the fuel cell stack 10 and the open / close valve 32, and circulates off-gas discharged from the anode 11 of the fuel cell stack 10 and sends it to the anode 11 again. One end of the circulation pipe 42 is connected to the fuel gas discharge pipe 31 between the circulation device 41 and the on-off valve 32, and the other end is a fuel gas between the first pressure regulating valve 23 and the anode 11 of the fuel cell stack 10. It is connected to the introduction pipe 22 and circulates the off gas discharged from the anode 11 from the downstream side to the upstream side of the anode 11.

また、燃料電池スタック10のカソード12は、酸化剤ガス供給系50から酸化剤ガスの供給を受け、酸化剤ガス排出系60からカソードオフガスを排出するようになっている。酸化剤ガス供給系50は、コンプレッサ51と、酸化剤ガス供給配管52と、アフタークーラ53と、加湿器54とからなっている。   The cathode 12 of the fuel cell stack 10 is supplied with the oxidant gas from the oxidant gas supply system 50 and discharges the cathode off-gas from the oxidant gas discharge system 60. The oxidant gas supply system 50 includes a compressor 51, an oxidant gas supply pipe 52, an after cooler 53, and a humidifier 54.

コンプレッサ51は、空気を圧縮して燃料電池スタック10に送り込むものである。酸化剤ガス供給配管52は、コンプレッサ51と燃料電池スタック10のカソード12とを接続するものであり、コンプレッサ51により圧送される空気を燃料電池スタック10のカソード12に導くものである。アフタークーラ53は、コンプレッサ51と燃料電池スタック10のカソード12との間の酸化剤ガス供給配管52に設けられ、コンプレッサ51から圧送される空気が燃料電池スタック10での反応に適した温度となるまで空気を冷却するものである。加湿器54は、アフタークーラ53と燃料電池スタック10のカソード12との間の酸化剤ガス供給配管52に設けられ、燃料電池スタック10の電解質膜を湿潤に保つべく、燃料電池スタック10に供給する空気を加湿するものである。   The compressor 51 compresses air and sends it to the fuel cell stack 10. The oxidant gas supply pipe 52 connects the compressor 51 and the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and guides air fed by the compressor 51 to the cathode 12 of the fuel cell stack 10. The aftercooler 53 is provided in the oxidant gas supply pipe 52 between the compressor 51 and the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and the air fed from the compressor 51 has a temperature suitable for the reaction in the fuel cell stack 10. The air is cooled down to. The humidifier 54 is provided in the oxidant gas supply pipe 52 between the aftercooler 53 and the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and supplies the fuel cell stack 10 to keep the electrolyte membrane of the fuel cell stack 10 wet. It humidifies the air.

酸化剤ガス排出系60は、酸化剤ガス排出配管61と、第2圧力調整弁62とを備えている。酸化剤ガス排出配管61は、燃料電池スタック10のカソード12と外部とを接続し、カソードオフガスを外部に導くものである。第2圧力調整弁62は、酸化剤ガス排出配管61に設けられ、カソードオフガスの排出量を制御するものである。なお、酸化剤ガス排出配管61上には加湿器54が配置されている。このため、カソード12から排出されるオフガスは、まず加湿器54に流入した後に外部に排出されることとなる。ここで、加湿器54による加湿ではカソード12からのオフガスに含まれる水分が利用され、コンプレッサ51からの空気はオフガスの水分によって加湿されることとなる。   The oxidant gas discharge system 60 includes an oxidant gas discharge pipe 61 and a second pressure regulating valve 62. The oxidant gas discharge pipe 61 connects the cathode 12 of the fuel cell stack 10 and the outside, and guides the cathode off gas to the outside. The second pressure regulating valve 62 is provided in the oxidant gas discharge pipe 61 and controls the discharge amount of the cathode off gas. A humidifier 54 is disposed on the oxidant gas discharge pipe 61. For this reason, the off gas discharged from the cathode 12 first flows into the humidifier 54 and then is discharged to the outside. Here, in the humidification by the humidifier 54, moisture contained in the off gas from the cathode 12 is used, and the air from the compressor 51 is humidified by the moisture of the off gas.

冷却液循環系70は、燃料電池スタック10の温度が高温となり過ぎないように温度を抑制するためのものである。冷却液循環系70は、冷却液循環配管71と、ラジエータ72と、ラジエータファン73と、ポンプ74とからなっている。   The coolant circulation system 70 is for suppressing the temperature so that the temperature of the fuel cell stack 10 does not become too high. The coolant circulation system 70 includes a coolant circulation pipe 71, a radiator 72, a radiator fan 73, and a pump 74.

冷却液循環配管71は、冷却液循環系70において冷却液を循環させる流路となるものであり、冷却液はアフタークーラ53、ラジエータ72、及びポンプ74の順に通過して再度燃料電池スタック10に流入するようになっている。ラジエータ72は冷却液を冷却するためのものである。ラジエータファン73は、冷却液による冷却を促進させるべくラジエータ72に向けて送風するものである。ポンプ74は、冷却液循環系70において冷却液を循環させる循環源となるものである。   The coolant circulation pipe 71 serves as a flow path for circulating the coolant in the coolant circulation system 70, and the coolant passes through the aftercooler 53, the radiator 72, and the pump 74 in this order, and again enters the fuel cell stack 10. Inflow. The radiator 72 is for cooling the coolant. The radiator fan 73 blows air toward the radiator 72 in order to promote cooling by the coolant. The pump 74 serves as a circulation source for circulating the coolant in the coolant circulation system 70.

また、燃料電池システム1は、上記構成に加えて、アノード側圧力センサ81と、カソード側圧力センサ82と、温度センサ83と、システム制御装置90(制御手段、温度推定手段)とを備えている。アノード側圧力センサ81はアノード11の圧力を検出するものであり、アノード11の入口近傍に設けられている。また、カソード側圧力センサ82はカソード12の圧力を検出するものであり、カソード12の入口近傍に設けられている。温度センサ83は、燃料電池スタック10の運転温度を検出するものであり、燃料電池スタック10からアフタークーラ53に至るまでの冷却液循環配管71上に設けられている。   In addition to the above configuration, the fuel cell system 1 includes an anode-side pressure sensor 81, a cathode-side pressure sensor 82, a temperature sensor 83, and a system control device 90 (control means, temperature estimation means). . The anode pressure sensor 81 detects the pressure of the anode 11 and is provided in the vicinity of the inlet of the anode 11. The cathode pressure sensor 82 detects the pressure of the cathode 12 and is provided in the vicinity of the inlet of the cathode 12. The temperature sensor 83 detects the operating temperature of the fuel cell stack 10 and is provided on the coolant circulation pipe 71 from the fuel cell stack 10 to the aftercooler 53.

システム制御装置90は、燃料電池システム1の全体を制御するものであり、上記センサ81〜83からの信号を入力し、燃料電池システム1の各弁23,32,62や、循環装置41の駆動や、ラジエータファン73の駆動などを制御する構成となっている。特に、システム制御装置90は、システム1の起動時に水素タンク21、第1圧力調整弁23、及び開閉弁32を制御して燃料電池スタック10のアノード11の圧力を上昇させる。また、システム制御装置90は、アノード側圧力センサ81からの信号により燃料電池スタック10のアノード11の圧力を監視し、燃料電池スタック10のアノード11の圧力が所定圧力に達したときには開閉弁32を開け、燃料電池スタック10のアノード11と外部とを連通させるようになっている。これにより、起動時において燃料電池スタック10のアノード11内に溜まった不純物ガスを燃料電池スタック10の外に排出したうえで発電を行うことができるようにしている。   The system controller 90 controls the entire fuel cell system 1 and inputs signals from the sensors 81 to 83 to drive the valves 23, 32, 62 of the fuel cell system 1 and the circulation device 41. In addition, the driving of the radiator fan 73 is controlled. In particular, the system control device 90 controls the hydrogen tank 21, the first pressure regulating valve 23, and the on-off valve 32 when the system 1 is activated to increase the pressure of the anode 11 of the fuel cell stack 10. Further, the system control device 90 monitors the pressure of the anode 11 of the fuel cell stack 10 based on a signal from the anode side pressure sensor 81, and when the pressure of the anode 11 of the fuel cell stack 10 reaches a predetermined pressure, the system control device 90 opens the on-off valve 32. The anode 11 of the fuel cell stack 10 is communicated with the outside. Thus, the impurity gas accumulated in the anode 11 of the fuel cell stack 10 at the time of start-up can be generated after being discharged out of the fuel cell stack 10.

詳細に説明すると、燃料電池システム1が運転を停止した場合、燃料電池スタック10のアノード11には水素が残存し、カソード12には空気が残存する。これら水素及び空気は時間が経過するにつれてそれぞれクロスリークする。すなわち、アノード11の水素はカソード12に移動し、カソード12の空気はアノード11に移行することとなる。ここで、アノード11に移動した空気のうち、酸素は水素を反応して水を生成する。   More specifically, when the fuel cell system 1 stops operating, hydrogen remains on the anode 11 of the fuel cell stack 10 and air remains on the cathode 12. These hydrogen and air each cross-leak with time. That is, the hydrogen of the anode 11 moves to the cathode 12, and the air of the cathode 12 moves to the anode 11. Here, of the air that has moved to the anode 11, oxygen reacts with hydrogen to produce water.

ところが、アノード11に移動した空気のうち窒素はアノード11内の気体と反応せず、残ってしまう。このような窒素などの不純物ガスが存在すると燃料電池スタック10の発電性能は低下してしまうこととなる。また、不純物ガスが多く存在すると、循環装置41のガスの循環量についても低下してしまう。すなわち、循環装置41は、自己の性能とアノード11の圧力損失と循環配管42の圧力損失とから、循環可能なガス流量が定まっている。ところが、不純物ガスである窒素が多くなると、窒素の質量が水素の質量よりも大きいことから、循環装置41は、水素を循環させるよりも多くのパワーを要する。この結果、循環装置41の循環可能なガス流量は低下してしまう。このため、アノード11側には許容可能な窒素量や窒素濃度(以下、許容窒素量及び許容窒素濃度という)があり、これを超えないようにするために、起動時に不純物ガスの排出を行っておくことは肝要となっている。   However, nitrogen in the air that has moved to the anode 11 does not react with the gas in the anode 11 and remains. If such an impurity gas such as nitrogen is present, the power generation performance of the fuel cell stack 10 is degraded. In addition, when a large amount of impurity gas is present, the amount of gas circulation in the circulation device 41 is also reduced. That is, the circulation device 41 has a circulated gas flow rate determined from its own performance, the pressure loss of the anode 11, and the pressure loss of the circulation pipe 42. However, when nitrogen, which is an impurity gas, increases, the mass of nitrogen is larger than the mass of hydrogen, so that the circulation device 41 requires more power than circulating hydrogen. As a result, the gas flow rate that can be circulated by the circulation device 41 decreases. Therefore, the anode 11 has an allowable nitrogen amount and nitrogen concentration (hereinafter referred to as an allowable nitrogen amount and an allowable nitrogen concentration), and in order to avoid exceeding this, impurity gas is discharged at startup. It is important to keep it.

そこで、本実施形態に係る燃料電池システム1は、アノード11の圧力が所定圧力に達したときに燃料電池スタック10のアノード11と外部とを連通させるだけでなく、発電を行いつつアノード11と外部とを連通させるようになっている。すなわち、システム制御装置90は、積極的に燃料電池スタック10から電力を取り出しつつも、アノード11と外部とを連通させて、不純物ガスを排出するようになっている。   Therefore, the fuel cell system 1 according to the present embodiment not only allows the anode 11 of the fuel cell stack 10 to communicate with the outside when the pressure of the anode 11 reaches a predetermined pressure, but also allows the anode 11 to To communicate with each other. That is, the system control device 90 is configured to exhaust the impurity gas by communicating the anode 11 and the outside while actively taking out the electric power from the fuel cell stack 10.

図2は、燃料電池スタック10のアノード11の窒素濃度及び量を示すグラフであって、(a)はアノード11の出口付近の窒素濃度を示し、(b)はアノード11の入口付近の窒素濃度を示し、(c)はアノード11に存在する窒素量を示している。なお、各図において横軸は開閉弁32の開弁からの経過時間を示している。   FIG. 2 is a graph showing the nitrogen concentration and amount of the anode 11 of the fuel cell stack 10, where (a) shows the nitrogen concentration near the outlet of the anode 11, and (b) shows the nitrogen concentration near the inlet of the anode 11. (C) shows the amount of nitrogen present in the anode 11. In each figure, the horizontal axis indicates the elapsed time from the opening of the on-off valve 32.

図2(a)〜(c)に示すように、開閉弁32の開弁によりアノード11と外部とが連通することから、アノード11に存在する窒素が外部に排出され、アノード11の出口側の窒素濃度、アノード11の入口側の窒素濃度、及びアノード11に存在する窒素量が時間の経過とともに減少する。   As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), since the anode 11 and the outside communicate with each other by opening the on-off valve 32, nitrogen existing in the anode 11 is discharged to the outside, The nitrogen concentration, the nitrogen concentration on the inlet side of the anode 11, and the amount of nitrogen present in the anode 11 decrease with the passage of time.

ここで、図2(a)及び(b)に示すように、発電が行われていない場合、燃料電池スタック10での水素消費が無いため、アノード11の出口側の窒素濃度とアノード11の入口側の窒素濃度は同じ濃度となる。   Here, as shown in FIGS. 2A and 2B, when power generation is not performed, there is no hydrogen consumption in the fuel cell stack 10, so the nitrogen concentration on the outlet side of the anode 11 and the inlet of the anode 11 The nitrogen concentration on the side is the same.

一方、発電が行われている場合、燃料電池スタック10において水素が消費される。このため、アノード11における不純物ガスの濃度が高められることとなる。そして、この状態からアノード内のガスを排出するため、図2(a)に示すようにアノード11の出口側の窒素濃度は高くなる。このように、発電を行いながらアノード11と外部とを連通させることで、効率的に不純物ガスを排出することとなる。なお、不純物ガスが効率的に排出されることで、アノード11の入口側の窒素濃度は減少することとなる。   On the other hand, when power generation is performed, hydrogen is consumed in the fuel cell stack 10. For this reason, the concentration of the impurity gas in the anode 11 is increased. And since the gas in an anode is discharged | emitted from this state, as shown to Fig.2 (a), the nitrogen concentration on the exit side of the anode 11 becomes high. Thus, the impurity gas is efficiently discharged by communicating the anode 11 with the outside while performing power generation. Note that the nitrogen concentration on the inlet side of the anode 11 is reduced by efficiently discharging the impurity gas.

また、図2(c)に示すように、発電が行われていない場合、アノード11の許容窒素量を下回るまでの時間はt3であるが、発電が行われている場合、アノード11の許容窒素量を下回るまでの時間はt3よりも短いt2となる。すなわち、発電を行った方が発電を行わないよりも、効率的に排出できる。   Further, as shown in FIG. 2C, when power generation is not performed, the time until the anode 11 falls below the allowable nitrogen amount is t3. However, when power generation is performed, the allowable nitrogen of the anode 11 is The time until the amount falls is t2 shorter than t3. That is, it is possible to discharge more efficiently when power is generated than when power is not generated.

ここで、システム制御装置90は、発電量を最大に制御しつつ、アノード11と外部とを連通させることが望ましい。発電量を最大にすることにより、最も効率的な不純物ガスの排出を行うことができるためである。発電量を最大とする場合、システム制御装置90は、開閉弁32の開弁からの経過時間、アノード11の圧力、循環装置41により循環されるガスの流量、及びアノード11の温度の4つの要素から、最大となる発電量を決定する。   Here, it is desirable that the system control device 90 allows the anode 11 to communicate with the outside while controlling the power generation amount to the maximum. This is because the most efficient impurity gas can be discharged by maximizing the power generation amount. When the power generation amount is maximized, the system control device 90 has four elements: the elapsed time from opening of the on-off valve 32, the pressure of the anode 11, the flow rate of the gas circulated by the circulation device 41, and the temperature of the anode 11. From this, the maximum power generation amount is determined.

まず、1つ目の要素ついて言及する。開閉弁32の開弁からの経過時間が長くなるとアノード内の水素量も減少していく。このため、発電によりアノード内の水素を消費して不純物ガスの濃度を高めようとしても、発電量の限界も低下してくる。よって、システム制御装置90は、アノード11と外部とを連通させてからの経過時間が長くなるに従って発電量を小さくすることで、この限界にあわせた発電を行い、発電量を適切とする。   First, the first element will be mentioned. As the elapsed time from the opening of the on-off valve 32 becomes longer, the amount of hydrogen in the anode also decreases. For this reason, even if it tries to increase the concentration of the impurity gas by consuming hydrogen in the anode by power generation, the limit of the power generation amount also decreases. Therefore, the system control device 90 performs power generation according to this limit by reducing the power generation amount as the elapsed time after the anode 11 communicates with the outside becomes longer, and makes the power generation amount appropriate.

次に、2つ目及び3つ目の要素について言及する。アノード11の圧力が高まると水素圧も高まる。また、循環されるガス流量が多くなると、単位時間あたりにアノード11に供給される水素量も多くなる。このため、アノード11の圧力が高まったり循環されるガス流量が多くなったとすると、システム制御装置90は発電量を大きくする。そして、システム制御装置90は、発電量を大きくすることで効率よく水素を消費する。   Next, reference is made to the second and third elements. When the pressure of the anode 11 increases, the hydrogen pressure also increases. Further, when the flow rate of the circulated gas increases, the amount of hydrogen supplied to the anode 11 per unit time also increases. For this reason, if the pressure of the anode 11 increases or the flow rate of the circulated gas increases, the system controller 90 increases the power generation amount. And the system control apparatus 90 consumes hydrogen efficiently by enlarging electric power generation amount.

また、4つ目の要素について言及する。アノード11の温度が高くなると、アノード内の気体の飽和水蒸気量も高くなり、アノード内の気体が水分を多く含むこととなる。このため、水素の分圧が低下することとなる。よって、システム制御装置90は、アノード11の温度が高くなるに従って発電量を小さくすることで、水素の分圧の変化に応じた発電を行うことにより、発電量を適切とする。   Reference is also made to the fourth element. When the temperature of the anode 11 increases, the saturated water vapor amount of the gas in the anode also increases, and the gas in the anode contains a lot of moisture. For this reason, the partial pressure of hydrogen will fall. Therefore, the system control device 90 makes the power generation amount appropriate by performing power generation according to the change in the partial pressure of hydrogen by decreasing the power generation amount as the temperature of the anode 11 increases.

本実施形態に係る燃料電池システム1は、上記のようにして発電量を最大に制御することで、効率的に水素を消費して最も効率的に不純物ガスを排出する。また、発電量を最大とすることで、図2(c)に示すようにアノード11の窒素量が許容窒素量を下回るまでの時間をt1と最も短くすることができる。   The fuel cell system 1 according to the present embodiment controls hydrogen generation to the maximum as described above, thereby efficiently consuming hydrogen and discharging impurity gas most efficiently. Further, by setting the power generation amount to the maximum, the time until the nitrogen amount of the anode 11 falls below the allowable nitrogen amount can be shortened to t1 as shown in FIG. 2 (c).

なお、アノード11の温度は、システム制御装置90によって推定されるようになっている。すなわち、システム制御装置90は、温度センサ83からの温度情報からアノード11の温度を推定するようになっている。このため、システム制御装置90は、アノード11の温度を推定する温度推定手段として機能することとなる。   Note that the temperature of the anode 11 is estimated by the system controller 90. That is, the system control device 90 estimates the temperature of the anode 11 from the temperature information from the temperature sensor 83. For this reason, the system control device 90 functions as temperature estimation means for estimating the temperature of the anode 11.

次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の動作を説明する。図3は、第1実施形態に係る燃料電池システム1の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、燃料電池システム1が起動すると、まずシステム制御装置90は、前回の発電を中止してから今回の起動までの時間であるシステム停止時間を検出する(ST1)。そして、システム制御装置90は、システム停止時間から開閉弁32の開放時間Topen、すなわち不純物ガスを排出する排出時間を算出する(ST2)。   Next, the operation of the fuel cell system 1 according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to the first embodiment. As shown in the figure, when the fuel cell system 1 is activated, the system controller 90 first detects a system stop time, which is the time from the previous power generation to the current activation (ST1). Then, the system control device 90 calculates the opening time Topen of the on-off valve 32, that is, the discharge time for discharging the impurity gas from the system stop time (ST2).

図4は、排出時間の説明図である。なお、図4において縦軸は排出時間を示し、横軸はシステム停止時間を示している。同図に示すように、システム制御装置90は、システムの停止時間が長くなるに従って排出時間を長くする。ここで、システムの停止時間が長くなるに従って排出時間を長くするのは、図5に示すガス濃度に基づくものである。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the discharge time. In FIG. 4, the vertical axis indicates the discharge time, and the horizontal axis indicates the system stop time. As shown in the figure, the system control device 90 increases the discharge time as the system stop time increases. Here, the reason why the discharge time is lengthened as the system stop time becomes longer is based on the gas concentration shown in FIG.

図5は、システム停止時間と各ガスの濃度を示したグラフである。なお、図5において縦軸は濃度を示し、横軸はシステム停止時間を示している。同図に示すように、窒素の濃度はシステム停止時間が長くなるに従って大きくなっている。燃料電池システム1が停止すると、カソード12に残存した空気がクロスリークして、アノード11に至るためである。また、水素の濃度はシステム停止時間が長くなるに従って小さくなっている。カソード12からクロスリークした酸素がアノード11の水素と反応するためである。   FIG. 5 is a graph showing the system stop time and the concentration of each gas. In FIG. 5, the vertical axis indicates the concentration, and the horizontal axis indicates the system stop time. As shown in the figure, the concentration of nitrogen increases as the system shutdown time becomes longer. This is because when the fuel cell system 1 stops, the air remaining on the cathode 12 cross-leaks and reaches the anode 11. Also, the hydrogen concentration decreases as the system shutdown time increases. This is because oxygen leaked from the cathode 12 reacts with hydrogen of the anode 11.

さらに、酸素の濃度はクロスリークしても水素と反応するため一定期間の間ほぼ「0」である。ところが、アノード内の水素濃度が「0」に近づくと酸素の濃度はシステム停止時間が長くなるに従って大きくなっていく。また、燃料電池システム1が停止時において飽和状態であうと仮定した場合、水蒸気の濃度は、システム停止時間が長くなるに従って減少する。システムの停止によりアノード11の温度が低下し、飽和水蒸気量も低下するためである。   Further, the oxygen concentration is substantially “0” for a certain period because it reacts with hydrogen even if it cross leaks. However, as the hydrogen concentration in the anode approaches “0”, the oxygen concentration increases as the system shutdown time increases. Further, when it is assumed that the fuel cell system 1 is saturated at the time of stop, the concentration of water vapor decreases as the system stop time becomes longer. This is because the temperature of the anode 11 is lowered and the saturated water vapor amount is also lowered by stopping the system.

ここで、上記したようにアノード11の不純物ガス(窒素)の濃度は、システム停止時間が長くなるに従って大きくなる。このため、システム制御装置90は、図4に示すように、システム停止時間が長くなるに従って、排出時間を長く設定する。   Here, as described above, the concentration of the impurity gas (nitrogen) in the anode 11 increases as the system stop time increases. For this reason, as shown in FIG. 4, the system control device 90 sets the discharge time longer as the system stop time becomes longer.

再度、図3を参照する。排出時間を算出した後、システム制御装置90は、循環装置41の流量を増大させる(ST3)。これにより、循環装置41を駆動させつつ開閉弁32を開弁したときには、開閉弁32の上流の圧力を増大させたうえで不純物ガスを排出することとなり、効率の良い排出を行うようにしている。また、システム制御装置90は、単位時間あたりのガスの循環流量を循環装置41の性能範囲内で最大に制御する。これにより、圧力をより高めたうえで不純物ガスの排出を行うことができ、より効率よく排出を行うことができる。なお、循環流量は、循環装置41の性能範囲内とせず、車室内の騒音や振動を考慮して運転者に違和感を与えないレベルまで増大させるようにしてもよい。   FIG. 3 will be referred to again. After calculating the discharge time, the system control device 90 increases the flow rate of the circulation device 41 (ST3). As a result, when the on-off valve 32 is opened while the circulation device 41 is driven, the impurity gas is discharged after increasing the pressure upstream of the on-off valve 32, so that efficient discharge is performed. . Further, the system controller 90 controls the gas circulation flow rate per unit time to the maximum within the performance range of the circulation device 41. As a result, the impurity gas can be discharged after increasing the pressure, and the discharge can be performed more efficiently. The circulation flow rate may not be within the performance range of the circulation device 41, but may be increased to a level that does not give the driver a sense of incongruity in consideration of noise and vibration in the passenger compartment.

次に、システム制御装置90は、アノード11に水素を供給してアノード11の圧力を増大させる(ST4)。そして、アノード側圧力センサ81により検出される圧力値が所定圧力値に達した場合、システム制御装置90は処理をステップST5に進める。なお、所定圧力値は、少なくとも外部よりも高い圧力であることはいうまでもない。   Next, the system controller 90 supplies hydrogen to the anode 11 to increase the pressure of the anode 11 (ST4). If the pressure value detected by the anode side pressure sensor 81 reaches a predetermined pressure value, the system control device 90 advances the process to step ST5. Needless to say, the predetermined pressure value is a pressure higher than at least the outside.

ステップST5において、システム制御装置90は、ステップST2において求めた開放時間Topenから発電電流を算出する(ST5)。次に、システム制御装置90は、求められた発電電流値が得られるように発電を行う(ST6)。そして、システム制御装置90は、開閉弁32を開動作させる(ST7)。次いで、システム制御装置90は、所定時間Δtが経過した後に、開放時間Topenのカウントダウンを行う(ST8)。次に、システム制御装置90は、開放時間Topenが「0」未満であるか否かを判断する(ST9)。   In step ST5, the system control device 90 calculates a generated current from the open time Topen obtained in step ST2 (ST5). Next, the system control device 90 performs power generation so as to obtain the generated power generation current value (ST6). Then, the system control device 90 opens the on-off valve 32 (ST7). Next, the system control device 90 counts down the opening time Topen after the predetermined time Δt has elapsed (ST8). Next, the system control apparatus 90 determines whether or not the opening time Topen is less than “0” (ST9).

ここで、開放時間Topenが「0」未満でないと判断した場合(ST9:NO)、処理はステップST5に戻る。そして、システム制御装置90は、所定時間Δtが減じられた開放時間Topenに基づいて再度発電電流を算出する(ST5)。以後、所定時間Δtごとに上記の処理が繰り返される。このため、システム制御装置90は、ステップST5〜ST9の処理をループさせることにより、アノード11と外部とを連通させてからの経過時間が長くなるに従って発電量を小さくしていくこととなる。   If it is determined that the opening time Topen is not less than “0” (ST9: NO), the process returns to step ST5. Then, the system control device 90 calculates the generated current again based on the open time Topen in which the predetermined time Δt is reduced (ST5). Thereafter, the above process is repeated every predetermined time Δt. For this reason, the system control device 90 loops the processing of steps ST5 to ST9, thereby reducing the power generation amount as the elapsed time after the anode 11 communicates with the outside becomes longer.

図6は、図3に示したステップST5の詳細を示す説明図である。同図に示すように、経過時間が長くなるに従って発電量を小さくしていくこととなる。また、上記したように、システム制御装置90は、アノード11の温度が温度が高くなるに従って発電電流を小さくしている。さらに、図示していないが、システム制御装置90はステップST5においてアノード11の圧力、及び循環装置41により循環されるガスの流量の応じて発電電流値を決定するようにしてもよい。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing details of step ST5 shown in FIG. As shown in the figure, the power generation amount is reduced as the elapsed time becomes longer. Further, as described above, the system control device 90 reduces the generated current as the temperature of the anode 11 increases. Further, although not shown, the system control device 90 may determine the generated current value according to the pressure of the anode 11 and the flow rate of the gas circulated by the circulation device 41 in step ST5.

ところで、ステップST9において開放時間Topenが「0」未満であると判断した場合(ST9:YES)、処理は通常発電に移行する。すなわち、不純物ガスの排出が終了し、通常の通り負荷の要求に応じて燃料ガス及び酸化剤ガスが燃料電池スタック10に供給され、発電が行われていくこととなる。   By the way, when it is determined in step ST9 that the open time Topen is less than “0” (ST9: YES), the process shifts to normal power generation. That is, the discharge of the impurity gas is completed, and the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the fuel cell stack 10 according to the load request as usual, and power generation is performed.

このようにして、本実施形態に係る燃料電池システム1によれば、起動時にアノード11の圧力を上昇させ、該圧力が所定圧力に達した場合に燃料電池スタック10に発電を行わせつつもアノード11と外部とを連通させて、燃料電池スタック10のアノード内から不純物ガスを排出させることとしている。このため、発電によりアノード内の燃料ガスを消費し、不純物ガスの濃度を高めつつ排出することとなる。従って、効率的に不純物ガスを排出することができる。   As described above, according to the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the anode 11 is increased in pressure at the time of startup, and the fuel cell stack 10 generates power when the pressure reaches a predetermined pressure. The impurity gas is discharged from the anode of the fuel cell stack 10 through communication between the fuel cell 11 and the outside. For this reason, the fuel gas in the anode is consumed by power generation and discharged while increasing the concentration of the impurity gas. Therefore, the impurity gas can be efficiently discharged.

また、燃料電池スタック10に発電を行わせるときにはアノード11と外部とを連通させてからの経過時間が長くなるに従って、発電量を小さくしていくこととしている。ここで、アノード11と外部とを連通させると、不純物ガスと同時に燃料ガスも排出される。このため、アノード内の燃料ガスの量が減るため、発電によりアノード内の燃料ガスを消費して不純物ガスの濃度を高めようとしても、発電量の限界も低下してくる。よって、アノード11と外部とを連通させてからの経過時間が長くなるに従って発電量を小さくすることで、この限界にあわせた発電を行うことにより、発電量を適切とすることができる。   In addition, when the fuel cell stack 10 performs power generation, the power generation amount is reduced as the elapsed time after the anode 11 communicates with the outside becomes longer. Here, when the anode 11 communicates with the outside, the fuel gas is discharged simultaneously with the impurity gas. For this reason, since the amount of fuel gas in the anode is reduced, even if an attempt is made to increase the concentration of the impurity gas by consuming the fuel gas in the anode by power generation, the limit of the power generation amount also decreases. Therefore, by reducing the power generation amount as the elapsed time after the anode 11 communicates with the outside becomes longer, the power generation amount can be made appropriate by performing the power generation according to this limit.

また、アノード11の圧力及び循環されるガスの流量の少なくとも一方が大きくなるに従って、発電量を大きくしていくこととしている。ここで、アノード11の圧力が高まると燃料ガスの圧力も高まるため、発電量を大きくできる。また、循環されるガス流量が多くなると、単位時間あたりにアノード11に供給される燃料ガスの量も多くなるため、発電量を大きくできる。このように、アノードの圧力及び循環されるガスの流量の少なくとも一方が大きくなるに従って発電量を大きくしていくことで、適切な発電量の発電を行って効率よく水素を消費することができる。従って、一層効率的に不純物ガスを排出することができる。   Further, the power generation amount is increased as at least one of the pressure of the anode 11 and the flow rate of the circulated gas increases. Here, when the pressure of the anode 11 increases, the pressure of the fuel gas also increases, so that the amount of power generation can be increased. Further, when the flow rate of the circulated gas increases, the amount of fuel gas supplied to the anode 11 per unit time also increases, so that the power generation amount can be increased. In this way, by increasing the power generation amount as at least one of the anode pressure and the flow rate of the circulated gas increases, it is possible to generate hydrogen with an appropriate power generation amount and efficiently consume hydrogen. Therefore, the impurity gas can be discharged more efficiently.

また、アノード11の温度が高くなるに従って発電量を小さくすることとしている。ここで、アノード11の温度が高くなると、アノード内の気体の飽和水蒸気量も高くなり、アノード内の気体が水分を多く含むこととなる。このため、燃料ガスの分圧が低下することとなる。よって、アノード11の温度が高くなるに従って発電量を小さくすることで、燃料ガスの分圧の変化に応じた発電を行うことにより、発電量を適切とすることができる。   In addition, the amount of power generation is reduced as the temperature of the anode 11 increases. Here, when the temperature of the anode 11 increases, the amount of saturated water vapor in the gas in the anode also increases, and the gas in the anode contains a large amount of moisture. For this reason, the partial pressure of fuel gas will fall. Therefore, by reducing the power generation amount as the temperature of the anode 11 increases, the power generation amount can be made appropriate by performing power generation according to the change in the partial pressure of the fuel gas.

また、循環装置41は開閉弁32の上流に設けられている。このため、循環装置41を駆動させることで循環装置41から開閉弁32までの間の圧力を高めることができる。また、循環装置41を駆動させつつ開閉弁32を開弁することで燃料電池スタック10のアノード11と外部とを連通させることとしている。このため、開閉弁32の上流圧力を高めたうえで開閉弁32を開弁するため、不純物ガスの排出を効率的行うことができる。   The circulation device 41 is provided upstream of the on-off valve 32. For this reason, the pressure between the circulation device 41 and the on-off valve 32 can be increased by driving the circulation device 41. Further, the anode 11 of the fuel cell stack 10 is communicated with the outside by opening the on-off valve 32 while driving the circulation device 41. For this reason, since the on-off valve 32 is opened after increasing the upstream pressure of the on-off valve 32, the impurity gas can be efficiently discharged.

また、単位時間あたりのガスの循環流量を循環装置41の性能範囲内で最大に制御することとしている。このため、開閉弁32の上流の圧力を最大に高めたうえで開閉弁32を開弁することができ、より一層不純物ガスの排出を効率的行うことができる。   In addition, the circulation flow rate of the gas per unit time is controlled to the maximum within the performance range of the circulation device 41. For this reason, the on-off valve 32 can be opened after the pressure upstream of the on-off valve 32 is maximized, and the impurity gas can be discharged more efficiently.

また、発電を中止してからの時間(システム停止時間)が長くなるに従ってアノード内から不純物ガスを排出する排出時間を長くすることとしている。ここで、発電を中止した場合、燃料電池スタック10のカソード12には酸化剤ガスが残っており、発電を中止してからの時間が長くなるに従ってカソード12から不純物ガスがクロスリークしてくる。このため、発電を中止してからの時間が長くなるとアノード11の不純物ガスの濃度が高まることとなる。よって、発電を中止してからの時間が長くなるに従って、アノード内から不純物ガスを排出する排出時間を長くすることで、適切に不純物ガスを排出することができる。   In addition, the discharge time for discharging the impurity gas from the anode is lengthened as the time after stopping power generation (system stop time) becomes longer. Here, when the power generation is stopped, the oxidant gas remains on the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and the impurity gas cross leaks from the cathode 12 as the time after the power generation is stopped becomes longer. For this reason, the concentration of the impurity gas in the anode 11 increases as the time after power generation is stopped becomes longer. Therefore, the impurity gas can be appropriately discharged by extending the discharge time for discharging the impurity gas from the anode as the time after the power generation is stopped becomes longer.

なお、第1実施形態では、以下のようにしてもよい。すなわち、システム制御装置90は、アノード11の圧力が高くなるに従って、アノード内から不純物ガスを排出する排出時間を短くすることが望ましい。アノード11の圧力が高くなると排出されるガスの流量が多くなるため、排出時間を短くすることで排出時間を不要に長くして通常運転に移行するまでの時間が長くなってしまうことを防止することができるためである。   In the first embodiment, the following may be used. That is, it is desirable that the system controller 90 shortens the discharge time for discharging the impurity gas from the anode as the pressure of the anode 11 increases. Since the flow rate of the discharged gas increases when the pressure of the anode 11 increases, it is possible to prevent the discharge time from being unnecessarily lengthened by shortening the discharge time, thereby preventing the time from shifting to normal operation from being increased. Because it can.

また、システム制御装置90は、推定したアノード11の温度が低くなるに従って、排出時間を短くすることが望ましい。アノード11の温度が低くなるとアノードの水蒸気量が減少する。すなわち発電に寄与しない不純物ガスの量が減少することとなる。このため、不純物ガスの量が減るのにあわせて排出時間を短くすることで、排出時間を不要に長くして通常運転に移行するまでの時間が長くなってしまうことを防止することができる。   Further, it is desirable for the system control device 90 to shorten the discharge time as the estimated temperature of the anode 11 decreases. When the temperature of the anode 11 decreases, the amount of water vapor in the anode decreases. That is, the amount of impurity gas that does not contribute to power generation is reduced. For this reason, by shortening the discharge time as the amount of impurity gas decreases, it is possible to prevent the discharge time from becoming unnecessarily long and the time required to shift to normal operation from being increased.

また、システム制御装置90は、循環装置41により循環されるガス流量が多くなるに従って、排出時間を短くすることが望ましい。循環装置41により循環されるガス流量が多くなると開閉弁32の上流の圧力を高めることができる。このため、排出時には効率的に不純物ガスを排出できることとなる。従って、排出時間を不要に長くして通常運転に移行するまでの時間が長くなってしまうことを防止することができる。   Further, it is desirable for the system control device 90 to shorten the discharge time as the gas flow rate circulated by the circulation device 41 increases. When the gas flow rate circulated by the circulation device 41 increases, the pressure upstream of the on-off valve 32 can be increased. For this reason, impurity gas can be efficiently discharged at the time of discharge. Therefore, it is possible to prevent the discharge time from becoming unnecessarily long and the time required to shift to normal operation from being lengthened.

次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る燃料電池システム2は、第1実施形態のものと同様であるが、処理内容が異なっている。以下、第1実施形態との相違点を説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system 2 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is different. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

まず、第2実施形態に係る燃料電池システム2において、システム制御装置90は、アノード11の不純物ガスの濃度又は量を推定し、その濃度又は量が少なくなるまで不純物ガスを排出し、その後通常の運転を行うようになっている。このため、システム制御装置90は燃料電池スタック10の発電に利用され得ないアノード11の不純物ガスついて濃度及び量の少なくとも一方を推定する不純物ガス推定手段として機能することとなる。   First, in the fuel cell system 2 according to the second embodiment, the system controller 90 estimates the concentration or amount of the impurity gas in the anode 11, discharges the impurity gas until the concentration or amount decreases, and then performs a normal operation. It is designed to drive. For this reason, the system control device 90 functions as an impurity gas estimation means for estimating at least one of the concentration and the amount of the impurity gas of the anode 11 that cannot be used for power generation of the fuel cell stack 10.

図7は、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システム2の詳細動作を示すフローチャートである。同図に示すように、燃料電池システム1が起動すると、まずシステム制御装置90は、前回の発電を中止してから今回の起動までの時間であるシステム停止時間を検出する(ST1)。そして、システム制御装置90は、システム停止時間から窒素量を推定し、排出窒素量を「0」に初期化する(ST2)。このとき、システム制御装置90は、図8に示すデータを参照してアノード11の窒素量を推定する。   FIG. 7 is a flowchart showing a detailed operation of the fuel cell system 2 according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, when the fuel cell system 1 is activated, the system controller 90 first detects a system stop time, which is the time from the previous power generation to the current activation (ST1). Then, the system control device 90 estimates the nitrogen amount from the system stop time, and initializes the exhausted nitrogen amount to “0” (ST2). At this time, the system control device 90 estimates the nitrogen amount of the anode 11 with reference to the data shown in FIG.

図8は、システム停止時間とアノード11の窒素量との相関関係を示す説明図である。同図に示すように、アノード11の窒素量はシステム停止時間が長くなるに従って増大する傾向にある。システム制御装置90は、予め図8に示すデータを記憶しており、記憶データに従って窒素量を推定することとなる。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing the correlation between the system stop time and the nitrogen amount of the anode 11. As shown in the figure, the nitrogen amount of the anode 11 tends to increase as the system stop time becomes longer. The system controller 90 stores data shown in FIG. 8 in advance, and estimates the nitrogen amount according to the stored data.

再度図7を参照する。窒素量を推定した後、システム制御装置90は、現在のアノード11の窒素量を推定する(ST13)。すなわち、システム制御装置90は、窒素量=窒素量−排出窒素量なる演算式により、現在のアノード11の窒素量を推定する。次いで、システム制御装置90は、現在のアノード11の窒素量が許容窒素量(所定値)未満であるか否かを判断する(ST14)。現在のアノード11の窒素量が許容窒素量未満であると判断した場合(ST14:YES)、処理は通常発電に移行する。すなわち、システム制御装置90は、不純物ガスを排出させる動作を終了し、負荷の要求に応じて燃料ガス及び酸化剤ガスが燃料電池スタック10に供給し、発電を行っていく。   Refer to FIG. 7 again. After estimating the nitrogen amount, the system controller 90 estimates the current nitrogen amount of the anode 11 (ST13). That is, the system control apparatus 90 estimates the current nitrogen amount of the anode 11 by an arithmetic expression of nitrogen amount = nitrogen amount−exhaust nitrogen amount. Next, the system controller 90 determines whether or not the current nitrogen amount of the anode 11 is less than the allowable nitrogen amount (predetermined value) (ST14). When it is determined that the current nitrogen amount of the anode 11 is less than the allowable nitrogen amount (ST14: YES), the processing shifts to normal power generation. That is, the system control device 90 ends the operation of discharging the impurity gas, and supplies the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell stack 10 according to the load demand, and performs power generation.

他方、現在のアノード11の窒素量が許容窒素量未満でないと判断した場合(ST14:NO)、システム制御装置90は、目標の循環流量となるように循環装置41を制御する(ST15)。次いで、システム制御装置90は、目標の圧力となるようにアノード11の圧力を制御する(ST16)。これらステップST15及びST16において、システム制御装置90は、図9に示すデータに従って循環装置41の循環流量及びアノード11の圧力を制御する。   On the other hand, when it is determined that the current nitrogen amount of the anode 11 is not less than the allowable nitrogen amount (ST14: NO), the system control device 90 controls the circulation device 41 so as to achieve the target circulation flow rate (ST15). Next, the system control device 90 controls the pressure of the anode 11 so as to reach the target pressure (ST16). In these steps ST15 and ST16, the system control device 90 controls the circulation flow rate of the circulation device 41 and the pressure of the anode 11 according to the data shown in FIG.

図9は、アノード11の圧力と時刻との相関及びガス循環流量と時刻との相関を示すグラフであって、(a)はアノード11の圧力と時刻との相関を示し、(b)はガス循環流量と時刻との相関を示している。なお、図9では、ステップST15及びST16以外のアノード11の圧力とガス循環流量とについても示すものとする。   FIG. 9 is a graph showing the correlation between the pressure of the anode 11 and the time, and the correlation between the gas circulation flow rate and the time. FIG. 9A shows the correlation between the pressure of the anode 11 and the time, and FIG. The correlation between the circulation flow rate and the time is shown. FIG. 9 also shows the pressure of the anode 11 and the gas circulation flow rate other than steps ST15 and ST16.

まず、燃料電池システム2では、時刻taまで、循環装置41の循環流量を増大させつつ、アノード11の圧力を高める。ここで、時刻taまでにアノード11の圧力及び循環流量は目標の値に達するが、システム制御装置90はアノード11のガス濃度を均一にすべるために一定時間アノード11の圧力及び循環流量を維持したままでガスを循環させる。   First, in the fuel cell system 2, the pressure of the anode 11 is increased while increasing the circulation flow rate of the circulation device 41 until time ta. Here, the pressure and the circulation flow rate of the anode 11 reach the target values by the time ta, but the system controller 90 maintains the pressure and the circulation flow rate of the anode 11 for a certain time in order to make the gas concentration of the anode 11 uniform. Recirculate the gas.

そして、時刻ta〜tbの間に、システム制御装置90は、アノード11の圧力及び循環流量を減少させていく。このとき、アノード11の圧力及び循環流量を減少させることで、車室内の騒音及び振動を抑えることができる。その後、時刻tcにおいて、アノード11の窒素量が減少していれば、ステップST14において「YES」と判断されて通常発電に移行することとなる。   And between time ta-tb, the system control apparatus 90 reduces the pressure of the anode 11, and the circulation flow rate. At this time, noise and vibration in the passenger compartment can be suppressed by reducing the pressure of the anode 11 and the circulation flow rate. Thereafter, if the amount of nitrogen in the anode 11 decreases at time tc, it is determined as “YES” in step ST14, and the process proceeds to normal power generation.

このように、システム制御装置90は、ステップST15及びステップST16の処理において、図9に示すデータに従って、ガス循環流量とアノード11の圧力とを制御することとなる。   As described above, the system control device 90 controls the gas circulation flow rate and the pressure of the anode 11 in accordance with the data shown in FIG. 9 in the processing of step ST15 and step ST16.

再度、図7を参照する。アノード11の圧力とガス循環流量を制御した後、システム制御装置90は、アノード11の圧力とアノード11の温度と窒素量とから、アノード11の窒素濃度を算出する。なお、窒素濃度はアノード11の容積が既知であるために、窒素量とアノード11の圧力とアノード11の温度とから容易に算出できる。   Reference is again made to FIG. After controlling the pressure of the anode 11 and the gas circulation flow rate, the system controller 90 calculates the nitrogen concentration of the anode 11 from the pressure of the anode 11, the temperature of the anode 11, and the amount of nitrogen. Since the volume of the anode 11 is known, the nitrogen concentration can be easily calculated from the amount of nitrogen, the pressure of the anode 11, and the temperature of the anode 11.

次いで、システム制御装置90は、アノード11の圧力とアノード11の温度とからアノード11の水蒸気濃度を算出する(ST18)。このとき、システム制御装置90は、アノード11のガスが飽和水蒸気量に達しているものとして水蒸気の濃度を求める。次に、システム制御装置90は、窒素濃度と水蒸気濃度とから水素濃度を算出する(ST19)。ここで、システム制御装置90は、窒素濃度と水蒸気濃度が増加すると水素濃度が低下する傾向から、水素濃度を求める。   Next, the system controller 90 calculates the water vapor concentration of the anode 11 from the pressure of the anode 11 and the temperature of the anode 11 (ST18). At this time, the system control device 90 obtains the concentration of water vapor on the assumption that the gas of the anode 11 has reached the saturated water vapor amount. Next, the system controller 90 calculates the hydrogen concentration from the nitrogen concentration and the water vapor concentration (ST19). Here, the system controller 90 obtains the hydrogen concentration from the tendency that the hydrogen concentration decreases as the nitrogen concentration and the water vapor concentration increase.

そして、システム制御装置90は、水素濃度とガスの循環流量とから発電電流を算出する(ST20)。このとき、システム制御装置90は、図10に示すデータに従って発電電流値を決定する。図10は、水素濃度とガスの循環流量とから算出される発電電流値を示すグラフである。同図に示すように、水素濃度が高くなるほど発電電流値は高くされる。また、ガスの循環流量が多くなるほど発電電流値は高くされる。   Then, the system controller 90 calculates the generated current from the hydrogen concentration and the gas circulation flow rate (ST20). At this time, the system control device 90 determines the generated current value according to the data shown in FIG. FIG. 10 is a graph showing the generated current value calculated from the hydrogen concentration and the gas circulation flow rate. As shown in the figure, the power generation current value increases as the hydrogen concentration increases. The generated current value is increased as the gas circulation flow rate is increased.

再度、図7を参照する。発電電流値を求めた後、システム制御装置90は発電電流値が得られるように発電を行う(ST21)。そして、システム制御装置90は、開閉弁32を開動作させる(ST22)。次いで、システム制御装置90は、所定時間Δtだけ待機する(ST23)。次に、システム制御装置90は、アノード11の圧力及び温度と、窒素濃度と、微小時間Δtとから排出窒素量を算出する(ST24)。そして、処理はステップST13に戻る。   Refer to FIG. 7 again. After obtaining the generated current value, the system controller 90 performs power generation so that the generated current value is obtained (ST21). Then, the system control device 90 opens the on-off valve 32 (ST22). Next, system controller 90 waits for a predetermined time Δt (ST23). Next, the system controller 90 calculates the amount of exhausted nitrogen from the pressure and temperature of the anode 11, the nitrogen concentration, and the minute time Δt (ST24). Then, the process returns to step ST13.

その後、アノード11の窒素量が許容窒素量未満であると判断されるまで(ST14にて「YES」と判断されるまで)、上記処理が繰り返されることとなる。このため、システム制御装置90は、ST14にて「YES」と判断されるまで燃料電池スタック10のアノード11と外部とを連通させてから微小時間Δt(所定時間)経過ごとに、アノード内の不純物ガスついて濃度及び量の少なくとも一方を推定することとなる。   Thereafter, the above process is repeated until it is determined that the nitrogen amount of the anode 11 is less than the allowable nitrogen amount (until “YES” is determined in ST14). For this reason, the system controller 90 performs impurities in the anode every minute time Δt (predetermined time) after the anode 11 of the fuel cell stack 10 communicates with the outside until “YES” is determined in ST14. For gas, at least one of concentration and amount is estimated.

このようにして、第2実施形態に係る燃料電池システム2によれば、第1実施形態と同様に、効率的に不純物ガスを排出することができる。また、発電量を適切とすることができ、一層効率的に不純物ガスを排出することができる。   Thus, according to the fuel cell system 2 according to the second embodiment, the impurity gas can be efficiently discharged as in the first embodiment. Moreover, the power generation amount can be made appropriate, and the impurity gas can be discharged more efficiently.

さらに、第2実施形態によれば、不純物ガスの濃度又は量を推定して、許容窒素量未満となった場合にアノード内から不純物ガスを排出させる動作を終了させる。このため、不純物ガスが減った段階で確実に不純物ガスの排出を停止でき、排出時間を適切とすることができる。従って、不純物ガスがアノード内に多く残ってしまうことを防止でき、且つ通常運転に移行するまでの時間が長くなってしまうことを防止することができる。なお、第2実施形態では、窒素量が許容窒素量未満である場合に、不純物ガスの排出を終了しているが、これに限らず、窒素濃度が許容窒素濃度未満となった場合に不純物ガスの排出を終了してもよい。   Furthermore, according to the second embodiment, the concentration or amount of the impurity gas is estimated, and the operation of discharging the impurity gas from the anode is terminated when the amount is less than the allowable nitrogen amount. For this reason, it is possible to reliably stop the discharge of the impurity gas at the stage where the impurity gas is reduced, and to make the discharge time appropriate. Accordingly, it is possible to prevent a large amount of impurity gas from remaining in the anode, and it is possible to prevent the time until the shift to the normal operation is prolonged. In the second embodiment, the discharge of the impurity gas is finished when the nitrogen amount is less than the allowable nitrogen amount. However, the present invention is not limited to this, and the impurity gas is discharged when the nitrogen concentration becomes less than the allowable nitrogen concentration. May be terminated.

また、燃料電池スタックのアノードと外部とを連通させてから所定時間経過ごとに、アノード内の不純物ガスついて濃度及び量の少なくとも一方を推定することとしている。このため、不純物ガスの推定値を連続的に推定し、推定値が所定値以下となったタイミングで素早く不純物ガスの排出動作を終了させることが可能となる。従って、不純物ガスがアノード内に多く残ってしまうことを防止でき、且つ通常運転に移行するまでの時間が長くなってしまうことを防止することを一層効率的に行うことができる。   Further, at least one of the concentration and the amount of impurity gas in the anode is estimated every predetermined time after the anode of the fuel cell stack is communicated with the outside. For this reason, the estimated value of the impurity gas is continuously estimated, and the impurity gas discharge operation can be quickly terminated at the timing when the estimated value becomes equal to or less than the predetermined value. Therefore, it is possible to prevent a large amount of impurity gas from remaining in the anode, and it is possible to more efficiently prevent the time until shifting to normal operation.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。   As described above, the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified without departing from the gist of the present invention.

例えば、本実施形態では水素タンク21、第1圧力調整手段23及び開閉弁32により、アノード11の圧力を増大させることとしているが、これに限らず、循環装置41を加圧可能なものとして構成し、これによりアノード11の圧力を増大させるようにしてもよい。   For example, in the present embodiment, the pressure of the anode 11 is increased by the hydrogen tank 21, the first pressure adjusting means 23, and the on-off valve 32. However, the present invention is not limited to this, and the circulation device 41 can be pressurized. In this case, the pressure of the anode 11 may be increased.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池スタックのアノード11の窒素濃度及び量を示すグラフであって、(a)はアノードの出口付近の窒素濃度を示し、(b)はアノードの入口付近の窒素濃度を示し、(c)はアノードに存在する窒素量を示している。FIG. 4 is a graph showing the nitrogen concentration and amount of the anode 11 of the fuel cell stack, where (a) shows the nitrogen concentration near the anode outlet, (b) shows the nitrogen concentration near the anode inlet, and (c) shows The amount of nitrogen present at the anode is shown. 第1実施形態に係る燃料電池システム1の動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to the first embodiment. 排出時間の説明図である。It is explanatory drawing of discharge time. システム停止時間と各ガスの濃度を示したグラフである。It is the graph which showed the system stop time and the density | concentration of each gas. 図3に示したステップST5の詳細を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detail of step ST5 shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの詳細動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows detailed operation | movement of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. システム停止時間とアノードの窒素量との相関関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows correlation with a system stop time and the amount of nitrogen of an anode. アノードの圧力と時刻との相関及びガス循環流量と時刻との相関を示すグラフであって、(a)はアノードの圧力と時刻との相関を示し、(b)はガス循環流量と時刻との相関を示している。It is a graph which shows the correlation with the pressure of an anode and time, and the correlation with a gas circulation flow rate and time, Comprising: (a) shows the correlation with the pressure of an anode, and time, (b) is the gas circulation flow rate and time. Correlation is shown. 水素濃度とガスの循環流量とから算出される発電電流値を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power generation current value computed from hydrogen concentration and the circulation flow rate of gas.

符号の説明Explanation of symbols

1,2…燃料電池システム
10…燃料電池スタック
11…アノード
12…カソード
20…燃料ガス供給系
21…水素タンク(燃料ガス供給手段)
22…燃料ガス導入配管
23…第1圧力調整弁(圧力調整手段)
30…燃料ガス排出系
31…燃料ガス排出配管(ガス排出配管)
32…開閉弁(圧力調整手段)
40…ガス循環系
41…循環装置(ガス循環手段)
42…循環配管
50…酸化剤ガス供給系
51…コンプレッサ
52…酸化剤ガス供給配管
53…アフタークーラ
54…加湿器
60…酸化剤ガス排出系
61…酸化剤ガス排出配管
62…第2圧力調整弁
70…冷却液循環系
71…冷却液循環配管
72…ラジエータ
73…ラジエータファン
74…ポンプ
81…アノード側圧力センサ
82…カソード側圧力センサ
83…温度センサ
90…システム制御装置(制御手段、温度推定手段、時間検出手段、不純物ガス推定手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell stack 11 ... Anode 12 ... Cathode 20 ... Fuel gas supply system 21 ... Hydrogen tank (fuel gas supply means)
22 ... Fuel gas introduction pipe 23 ... First pressure regulating valve (pressure regulating means)
30 ... Fuel gas discharge system 31 ... Fuel gas discharge pipe (gas discharge pipe)
32. Open / close valve (pressure adjusting means)
40 ... Gas circulation system 41 ... Circulation device (gas circulation means)
42 ... Circulating pipe 50 ... Oxidant gas supply system 51 ... Compressor 52 ... Oxidant gas supply pipe 53 ... After cooler 54 ... Humidifier 60 ... Oxidant gas discharge system 61 ... Oxidant gas discharge pipe 62 ... Second pressure regulating valve DESCRIPTION OF SYMBOLS 70 ... Coolant circulation system 71 ... Coolant circulation piping 72 ... Radiator 73 ... Radiator fan 74 ... Pump 81 ... Anode side pressure sensor 82 ... Cathode side pressure sensor 83 ... Temperature sensor 90 ... System controller (control means, temperature estimation means) , Time detection means, impurity gas estimation means)

Claims (12)

燃料ガスの供給を受けるアノード及び酸化剤ガスの供給を受けるカソードを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックのアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池スタックのアノードの圧力を調整する圧力調整手段と、
起動時に前記燃料ガス供給手段と前記圧力調整手段とを制御して前記燃料電池スタックのアノードの圧力を上昇させ、該圧力が所定圧力に達した場合に前記燃料電池スタックに発電を行わせつつも前記燃料電池スタックのアノードと外部とを連通させて、前記燃料電池スタックのアノード内から不純物ガスを排出させる制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack having an anode for receiving a supply of fuel gas and a cathode for receiving a supply of oxidant gas, and generating electricity by reacting the fuel gas and the oxidant gas;
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell stack;
Pressure adjusting means for adjusting the pressure of the anode of the fuel cell stack;
While starting up, the fuel gas supply means and the pressure adjusting means are controlled to increase the pressure of the anode of the fuel cell stack, and when the pressure reaches a predetermined pressure, the fuel cell stack generates power. Control means for causing the anode of the fuel cell stack to communicate with the outside and discharging impurity gas from the anode of the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising:
前記制御手段は、該圧力が所定圧力に達した場合に前記燃料電池スタックに発電を行わせるときにはアノードと外部とを連通させてからの経過時間が長くなるに従って、発電量を小さくしていくことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   When the pressure reaches a predetermined pressure, the control means reduces the power generation amount as the elapsed time from the communication between the anode and the outside increases when the fuel cell stack performs power generation. The fuel cell system according to claim 1. 前記燃料電池スタックのアノードから排出されたガスを循環させて再度アノードに送り込むガス循環手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記アノードの圧力及び前記ガス循環手段により循環されるガスの流量の少なくとも一方が大きくなるに従って、発電量を大きくしていく
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
Further comprising a gas circulation means for circulating the gas discharged from the anode of the fuel cell stack and sending it again to the anode,
The fuel cell system according to claim 2, wherein the control means increases the power generation amount as at least one of the pressure of the anode and the flow rate of the gas circulated by the gas circulation means increases. .
前記燃料電池スタックのアノードの温度を推定する温度推定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記温度推定手段により推定された温度が高くなるに従って、発電量を小さくしていく
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
Temperature estimation means for estimating the temperature of the anode of the fuel cell stack,
The fuel cell system according to claim 3, wherein the control unit reduces the power generation amount as the temperature estimated by the temperature estimation unit increases.
前記燃料電池スタックのアノードから排出されるガスを外部に排出するガス排出配管をさらに備え、
前記圧力調整手段は、前記燃料ガス排出配管に設けられた開閉弁を含み、
前記ガス循環手段は、前記開閉弁の上流に設けられ、
前記制御手段は、前記ガス循環手段を駆動させつつ前記開閉弁を開弁することで、前記燃料電池スタックのアノードと外部とを連通させる
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
A gas discharge pipe for discharging the gas discharged from the anode of the fuel cell stack to the outside;
The pressure adjusting means includes an on-off valve provided in the fuel gas discharge pipe,
The gas circulation means is provided upstream of the on-off valve,
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the control unit causes the anode of the fuel cell stack to communicate with the outside by opening the on-off valve while driving the gas circulation unit.
前記制御手段は、単位時間あたりのガスの循環流量を前記ガス循環手段の性能範囲内で最大に制御することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the control means controls the gas circulation flow rate per unit time to the maximum within the performance range of the gas circulation means. 発電を中止してからの時間を検出する時間検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記時間検出手段により検出された時間が長くなるに従って、前記アノード内から不純物ガスを排出する排出時間を長くする
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
It further comprises time detection means for detecting the time since power generation was stopped,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control means lengthens a discharge time for discharging the impurity gas from the anode as the time detected by the time detection means increases.
前記制御手段は、前記アノードの圧力が高くなるに従って、前記アノード内から不純物ガスを排出する排出時間を短くすることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit shortens a discharge time for discharging the impurity gas from the anode as the pressure of the anode increases. 前記制御手段は、前記温度推定手段により推定された温度が低くなるに従って、前記アノード内から不純物ガスを排出する排出時間を短くすることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the control unit shortens a discharge time for discharging the impurity gas from the anode as the temperature estimated by the temperature estimation unit decreases. 前記制御手段は、前記ガス循環手段により循環されるガス流量が多くなるに従って、前記アノード内から不純物ガスを排出する排出時間を短くすることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the control unit shortens a discharge time for discharging the impurity gas from the anode as the gas flow rate circulated by the gas circulation unit increases. 前記燃料電池スタックの発電に利用され得ないアノード内の不純物ガスついて濃度及び量の少なくとも一方を推定する不純物ガス推定手段と、
前記制御手段は、前記不純物ガス推定手段の推定値が所定値未満である場合、アノード内から不純物ガスを排出させる動作を終了させる
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
Impurity gas estimation means for estimating at least one of concentration and amount of impurity gas in the anode that cannot be used for power generation of the fuel cell stack;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the estimated value of the impurity gas estimation unit is less than a predetermined value, the control unit ends the operation of discharging the impurity gas from the anode.
前記不純物ガス推定手段は、前記燃料電池スタックのアノードと外部とを連通させてから所定時間経過ごとに、アノード内の不純物ガスついて濃度及び量の少なくとも一方を推定することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池システム。
12. The impurity gas estimation means estimates at least one of a concentration and an amount of impurity gas in the anode every predetermined time after the anode of the fuel cell stack communicates with the outside. The fuel cell system described in 1.
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