JP2006331674A

JP2006331674A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2006331674A
Application number: JP2005149295A
Authority: JP
Inventors: Goji Katano; 剛司片野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-23
Also published as: JP4770268B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten the valve opening time of an exhausting valve needing to exhausting of water staying in circulation piping when a fuel cell system is stopped. <P>SOLUTION: Reaction gas is supplied from a reaction gas supply part to a fuel cell in the fuel cell system through a reaction gas supply passage. Reaction exhaust gas from the fuel cell is sent to reaction gas supply piping with a circulation pump through a gas-liquid separating device and the circulation piping. When the fuel cell system is stopped, an exhausting valve installed in the gas-liquid separating device is opened after the circulation amount of the reaction exhaust gas sent with the circulation pump reaches the prescribed lower limit value. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池システムにおける反応ガス給排装置に関する。 The present invention relates to a reactive gas supply / discharge device in a fuel cell system.

水素ガスを燃料とする燃料電池システムでは、水素の利用率の向上と、アノードでの水の滞留の抑制のため、循環式の燃料ガス給排装置が用いられる。この燃料ガス給排装置では、燃料電池から排出される燃料ガス（アノードオフガス）に含まれる水分は、気液分離器により分離される。気液分離器により水分量が低減されたアノードオフガスは、循環ポンプにより、燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給配管に還流される。 In a fuel cell system using hydrogen gas as a fuel, a circulation type fuel gas supply / discharge device is used to improve the utilization rate of hydrogen and to suppress the retention of water at the anode. In this fuel gas supply / discharge device, moisture contained in the fuel gas (anode offgas) discharged from the fuel cell is separated by the gas-liquid separator. The anode off-gas whose water content has been reduced by the gas-liquid separator is returned to the fuel gas supply pipe for supplying the fuel gas to the fuel cell by the circulation pump.

この循環式の燃料ガス給排装置を用いた燃料電池システムを停止する際には、アノードオフガスから分離された気液分離器中の水の凍結を防止するため、気液分離器に設けられた排水弁から分離された水が排出される。 When stopping the fuel cell system using this circulation type fuel gas supply / discharge device, it was provided in the gas-liquid separator to prevent freezing of water in the gas-liquid separator separated from the anode off-gas. Water separated from the drain valve is discharged.

特開平１１−２７３７０５号公報JP-A-11-273705 特開２００４−３５９２７号公報JP 2004-35927 A 特開２００２−２１６８１２号公報JP 2002-216812 A 特開２０００−２１４３０号公報JP 2000-21430 A 特開２００３−１５７８７５号公報JP 2003-157875 A 特開平７−２３５３２４号公報JP 7-235324 A

しかしながら、燃料電池システムを停止する際に気液分離器から排水を行っても、気液分離器と循環ポンプとを接続する還流配管に凝結した水が滞留する場合がある。この場合、滞留した水が時間とともに気液分離器に向かって落下し、気液分離器に設けられた排水弁の近くに蓄積する。蓄積した滞留水は、外気温が低くなると凍結し、排水弁の機能が損なわれるおそれがある。還流配管中の滞留水は、排水弁の開弁時間を長くすることにより排出することが可能である。しかしながら、排水弁の開弁時間を長くすると、排水弁の下流側からの拡散や逆流により不純物を含むガスが気液分離器に流入し、流入したガスにより燃料電池の始動性が悪くなるおそれがある。 However, even if the gas-liquid separator is drained when the fuel cell system is stopped, condensed water may stay in the reflux pipe connecting the gas-liquid separator and the circulation pump. In this case, the accumulated water falls toward the gas-liquid separator with time and accumulates near the drain valve provided in the gas-liquid separator. Accumulated accumulated water freezes when the outside air temperature decreases, and the function of the drain valve may be impaired. The staying water in the reflux pipe can be discharged by extending the valve opening time of the drain valve. However, if the valve opening time of the drain valve is lengthened, the gas containing impurities flows into the gas-liquid separator due to diffusion or reverse flow from the downstream side of the drain valve, and the start-up performance of the fuel cell may deteriorate due to the gas flowing in. is there.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムの停止の際に、還流配管内に滞留している水の排出に要する排水弁の開弁時間を短縮する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and shortens the valve opening time of the drain valve required to discharge the water staying in the reflux pipe when the fuel cell system is stopped. It aims at providing the technology to do.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池システムは、反応ガスを利用して発電する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガス供給流路を介して前記反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記燃料電池からの反応排ガスが供給される気液分離器と、前記気液分離器に設けられた排水弁と、前記気液分離器の上部に設けられた還流配管を介して供給される前記反応排ガスを前記反応ガス供給流路に送出する循環ポンプと、前記循環ポンプにより、前記気液分離器から前記反応ガス供給流路に還流される前記反応排ガスの還流量を表す還流量パラメータを取得する還流量パラメータ取得部と、燃料電池制御部と、を備え、前記燃料電池制御部は、前記燃料電池システムを停止する際に、前記還流量パラメータによって表される前記還流量が所定の下限値となった後、前記排水弁を開くことにより前記気液分離器から水を排出する停止時排水モードを有することを特徴とする。 In order to achieve at least a part of the above object, a fuel cell system according to the present invention supplies a fuel cell that generates power using a reaction gas, and supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas supply channel. A reaction gas supply unit, a gas-liquid separator to which reaction exhaust gas from the fuel cell is supplied, a drain valve provided in the gas-liquid separator, and a reflux pipe provided in an upper part of the gas-liquid separator. A circulation pump for sending the reaction exhaust gas supplied to the reaction gas supply passage, and a circulation amount of the reaction exhaust gas recirculated from the gas-liquid separator to the reaction gas supply passage by the circulation pump. A recirculation amount parameter obtaining unit that obtains a recirculation amount parameter to be expressed, and a fuel cell control unit, wherein the fuel cell control unit is represented by the recirculation amount parameter when the fuel cell system is stopped. After serial recirculation amount reaches a predetermined lower limit value, characterized by having a stop-time wastewater mode for discharging water from the gas-liquid separator by opening the drain valve.

この構成によれば、反応排ガスの還流量が低下することにより、反応排ガスの動圧により滞留していた還流配管内の水が気液分離器に落下する。そのため、気液分離器からの排水に十分な時間だけ排水弁を開弁することにより還流配管内の滞留水を排出することができるので、排水弁の開弁時間を短縮することができる。 According to this configuration, when the reflux amount of the reaction exhaust gas decreases, the water in the reflux pipe that has been retained by the dynamic pressure of the reaction exhaust gas falls to the gas-liquid separator. Therefore, since the accumulated water in the reflux pipe can be discharged by opening the drain valve for a sufficient time for draining from the gas-liquid separator, the valve opening time of the drain valve can be shortened.

前記燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池内の前記反応ガスの圧力を表す圧力パラメータを取得する圧力パラメータ取得部を備えており、前記燃料電池制御部は、前記停止時排水モードの実行前に、前記圧力パラメータで表される前記反応ガスの圧力を所定の目標圧力に設定する圧力調整モードを実行するものとしてもよい。 The fuel cell system further includes a pressure parameter acquisition unit that acquires a pressure parameter that represents the pressure of the reaction gas in the fuel cell, and the fuel cell control unit is configured to perform the drainage mode when stopped. The pressure adjustment mode for setting the pressure of the reaction gas represented by the pressure parameter to a predetermined target pressure may be executed.

この構成によれば、反応ガスの圧力を予め所定の目標圧力に設定した後、停止時排水モードが実行されるので、停止時排水モード実行後の停止状態での燃料電池内の反応ガス圧力を燃料電池の停止状態に適した圧力にすることができる。 According to this configuration, after the reaction gas pressure is set to a predetermined target pressure in advance, the stop-time drainage mode is executed. Therefore, the reaction gas pressure in the fuel cell in the stopped state after the stop-time drainage mode is executed is set. The pressure can be made suitable for the stopped state of the fuel cell.

前記燃料電池システムは、さらに、前記気液分離器中の水量を表す水量パラメータを取得する水量パラメータ取得部と、前記水量パラメータに基づいて前記所定の目標圧力を算出する目標圧力算出部と、を備えるものとしてもよい。 The fuel cell system further includes a water amount parameter acquisition unit that acquires a water amount parameter that represents the amount of water in the gas-liquid separator, and a target pressure calculation unit that calculates the predetermined target pressure based on the water amount parameter. It may be provided.

この構成によれば、目標圧力を気液分離器中の水量に応じて設定できるので、停止時排水モード実行前の反応ガス圧力を排水に適した圧力とすることができる。また、気液分離器中の水量に対して停止時排水モード実行前の反応ガス圧力が低い場合に、停止時排水モードの実行中に反応ガス圧力が排水弁の下流側の圧力とほぼ同圧に低下して排水弁からの排水ができなくなる排水の中断の発生を抑制できる。排水の中断を抑制することにより排水を再開するために反応ガス圧力を高める処理が省略できるので、排水時間を短縮することができる。 According to this configuration, since the target pressure can be set according to the amount of water in the gas-liquid separator, the reaction gas pressure before execution of the stop-time drainage mode can be set to a pressure suitable for drainage. In addition, when the reaction gas pressure before execution of the stop drain mode is low relative to the amount of water in the gas-liquid separator, the reaction gas pressure is almost the same as the pressure downstream of the drain valve during the stop drain mode. It is possible to suppress the occurrence of interruption of drainage that decreases to a point where the drainage valve cannot drain. Since the process of increasing the reaction gas pressure in order to resume drainage by suppressing interruption of drainage can be omitted, the drainage time can be shortened.

前記燃料電池制御部は、前記停止時排水モードにおける前記排水弁の開弁時に、前記反応ガス供給部から前記反応ガス供給流路に前記反応ガスを供給するものとしてもよい。 The fuel cell control unit may supply the reaction gas from the reaction gas supply unit to the reaction gas supply channel when the drain valve is opened in the stop drain mode.

この構成によれば、反応ガス供給部から供給された反応ガスが、還流配管を介して排水弁に供給されるので、還流配管内の滞留水をより速やかに排出できる。 According to this configuration, since the reaction gas supplied from the reaction gas supply unit is supplied to the drain valve via the reflux pipe, the accumulated water in the reflux pipe can be discharged more quickly.

前記燃料電池制御部は、前記停止時排水モード実行時に、前記排水弁を間欠的に開閉するものとしてもよい。 The fuel cell control unit may intermittently open and close the drain valve when the stop drain mode is executed.

この構成によれば、排水弁の閉弁時に還流配管内および気液分離器内の水滴が凝集するので、還流配管内および気液分離器内の水の排出がより容易となる。 According to this configuration, since water droplets in the reflux pipe and the gas-liquid separator are aggregated when the drain valve is closed, the water in the reflux pipe and the gas-liquid separator can be easily discharged.

前記循環ポンプは、循環ポンプ内の回転運動によりガスを送出する回転式ポンプであり、前記還流量パラメータは、前記循環ポンプの回転数であり、前記循環ポンプの回転数が低いほど還流量が少ないとするものとしてもよい。 The circulation pump is a rotary pump that sends out gas by rotational movement in the circulation pump, and the reflux amount parameter is the number of revolutions of the circulation pump, and the lower the number of revolutions of the circulation pump, the smaller the amount of reflux. It is good also as what.

この構成によれば、測定の容易な循環ポンプの回転数により還流量パラメータが取得できるので、還流量パラメータの取得がより容易となる。 According to this configuration, the recirculation amount parameter can be acquired based on the number of rotations of the circulation pump, which can be easily measured, so that the recirculation amount parameter can be acquired more easily.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムにおける反応ガス給排装置とその給排装置の制御装置および制御方法、その給排装置と制御装置および制御方法を利用した燃料電池システム、また、その燃料電池システムを利用した発電装置およびその燃料電池を搭載した電気自動車等の態様で実現することができる。 The present invention can be realized in various modes, for example, a reactive gas supply / discharge device in a fuel cell system, a control device and a control method for the supply / discharge device, a supply / discharge device, a control device, and a control thereof. The fuel cell system using the method, the power generation device using the fuel cell system, and the electric vehicle equipped with the fuel cell can be realized.

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例： Next, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:
E. Variations:

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１００の構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、複数のセル１１２を積層することにより構成された燃料電池１１０と、酸化剤ガス給排部２００と、燃料ガス給排部３００と、燃料電池制御部４００と、を備えている。 A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 as an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 110 configured by stacking a plurality of cells 112, an oxidant gas supply / discharge unit 200, a fuel gas supply / discharge unit 300, and a fuel cell control unit 400. Yes.

酸化剤ガス給排部２００と燃料電池１１０とは、酸化剤ガス供給配管１２２と酸化剤ガス排出配管１２４との２つの配管で互いに接続されている。同様に、燃料ガス給排部３００と燃料電池１１０とは、燃料ガス供給配管１３２と燃料ガス排出配管１３４との２つの配管で互いに接続されている。 The oxidant gas supply / discharge unit 200 and the fuel cell 110 are connected to each other by two pipes, an oxidant gas supply pipe 122 and an oxidant gas discharge pipe 124. Similarly, the fuel gas supply / discharge unit 300 and the fuel cell 110 are connected to each other through two pipes, a fuel gas supply pipe 132 and a fuel gas discharge pipe 134.

酸化剤ガス給排部２００は、空気ポンプ２０２と、カソードオフガス排出部２０４と、を備えている。空気ポンプ２０２は、外気から圧縮空気を生成する。生成された圧縮空気は、燃料電池１１０で使用される酸素を含む酸化剤ガスとして、酸化剤ガス供給配管１２２を介して燃料電池１１０に供給される。燃料電池１１０に供給された酸化剤ガスは、セル１１２内のカソードに供給される。カソードでは、酸化剤ガス中の酸素が燃料電池反応により消費されるとともに、水分が生成される。酸素の消費により酸素濃度が低下した酸化剤ガス（一般に、「カソードオフガス」と呼ばれる）は、酸化剤ガス排出配管１２４を介してカソードオフガス排出部２０４に排出される。カソードオフガス排出部２０４は、燃料電池１１０から排出されたカソードオフガスを大気中に放出する。 The oxidant gas supply / discharge unit 200 includes an air pump 202 and a cathode off-gas discharge unit 204. The air pump 202 generates compressed air from outside air. The generated compressed air is supplied to the fuel cell 110 through the oxidant gas supply pipe 122 as an oxidant gas containing oxygen used in the fuel cell 110. The oxidant gas supplied to the fuel cell 110 is supplied to the cathode in the cell 112. At the cathode, oxygen in the oxidant gas is consumed by the fuel cell reaction, and moisture is generated. Oxidant gas (generally referred to as “cathode off-gas”) having a reduced oxygen concentration due to oxygen consumption is discharged to the cathode off-gas discharge unit 204 via the oxidant gas discharge pipe 124. The cathode offgas discharge unit 204 releases the cathode offgas discharged from the fuel cell 110 into the atmosphere.

燃料ガス給排部３００は、水素ガスタンク３１０と、遮断弁３２０と、調圧弁３３０と、循環ポンプ３４０と、気液分離器３５０と、排気・排水弁３６０と、水・アノードオフガス排出部３７０と、を備えている。 The fuel gas supply / discharge unit 300 includes a hydrogen gas tank 310, a shutoff valve 320, a pressure regulating valve 330, a circulation pump 340, a gas-liquid separator 350, an exhaust / drain valve 360, a water / anode off-gas discharge unit 370, It is equipped with.

高圧の水素ガスが充填された水素ガスタンク３１０は、第１の高圧水素配管３１２を介して遮断弁３２０に接続されている。燃料電池システム１００を運転する際には、遮断弁３２０が開かれる。遮断弁３２０が開くことにより、第１の高圧水素配管３１２と、遮断弁３２０と、第２の高圧水素配管３２２とを介して、水素ガスタンク３１０から調圧弁３３０に水素ガスが供給される。燃料電池システム１００を停止する際には、遮断弁３２０が閉じられて水素ガスの供給が停止される。 A hydrogen gas tank 310 filled with high-pressure hydrogen gas is connected to a shut-off valve 320 via a first high-pressure hydrogen pipe 312. When operating the fuel cell system 100, the shutoff valve 320 is opened. When the shut-off valve 320 is opened, hydrogen gas is supplied from the hydrogen gas tank 310 to the pressure regulating valve 330 via the first high-pressure hydrogen pipe 312, the shut-off valve 320, and the second high-pressure hydrogen pipe 322. When stopping the fuel cell system 100, the shutoff valve 320 is closed and the supply of hydrogen gas is stopped.

調圧弁３３０は、第２の高圧水素配管３２２を通して供給された高圧の水素ガスを適当な圧力にまで減圧する。低圧水素配管３３２から供給される水素ガスと、第１の還流配管３４２から供給されるアノードオフガス（後述する）とは混合されて、燃料ガスとして燃料ガス供給配管１３２を介して燃料電池１１０に供給される。 The pressure regulating valve 330 reduces the high-pressure hydrogen gas supplied through the second high-pressure hydrogen pipe 322 to an appropriate pressure. Hydrogen gas supplied from the low-pressure hydrogen pipe 332 and anode off-gas (described later) supplied from the first reflux pipe 342 are mixed and supplied to the fuel cell 110 via the fuel gas supply pipe 132 as fuel gas. Is done.

燃料電池１１０に供給された燃料ガスは、セル１１２内のアノードに供給される。アノードでは、燃料電池反応により燃料ガス中の水素が消費される。水素の消費により水素濃度が低下した燃料ガス（一般に、「アノードオフガス」と呼ばれる）は、燃料ガス排出配管１３４を介して気液分離器３５０に供給される。気液分離器３５０は、カソードで生成されカソードからアノードに透過してきた水分をアノードオフガスから分離する。 The fuel gas supplied to the fuel cell 110 is supplied to the anode in the cell 112. At the anode, hydrogen in the fuel gas is consumed by the fuel cell reaction. A fuel gas (generally referred to as “anode offgas”) having a reduced hydrogen concentration due to the consumption of hydrogen is supplied to the gas-liquid separator 350 via the fuel gas discharge pipe 134. The gas-liquid separator 350 separates moisture generated at the cathode and transmitted from the cathode to the anode from the anode off-gas.

水分が分離されたアノードオフガスは、第２の還流配管３５４を介して循環ポンプ３４０に供給される。循環ポンプ３４０は、供給されたアノードオフガスを第１の還流配管３４２を介して燃料ガス供給配管１３２に送出する。このように、循環ポンプ３４０がアノードオフガスを第１の還流配管３４２に送出することにより、水素ガスとアノードオフガスとが混合された燃料ガスが、燃料電池１１０と、気液分離器３５０と、循環ポンプ３４０との間を循環する。なお、第１実施例では、循環ポンプ３４０として羽根車の回転によってガスを送出するターボポンプを使用している。 The anode off-gas from which the moisture has been separated is supplied to the circulation pump 340 via the second reflux pipe 354. The circulation pump 340 sends the supplied anode off gas to the fuel gas supply pipe 132 via the first reflux pipe 342. In this way, the circulation pump 340 sends the anode off gas to the first reflux pipe 342, so that the fuel gas in which the hydrogen gas and the anode off gas are mixed becomes the fuel cell 110, the gas-liquid separator 350, the circulation Circulates between the pump 340. In the first embodiment, a turbo pump that sends gas by rotation of an impeller is used as the circulation pump 340.

排気・排水弁３６０は、気液分離器３５０中の水の量が所定量以上となった場合や、循環する燃料ガス中の不純物濃度が高くなった場合等、必要に応じて開かれる。なお、排気・排水弁３６０は、燃料電池システム１００を停止する際にも開かれるが、この場合の動作については後述する。排気・排水弁３６０を開くことにより、気液分離器３５０中の水とアノードオフガスとは、配管３５２と、排気・排水弁３６０と、配管３６２とを介して、水・アノードオフガス排出部３７０に排出される。水・アノードオフガス排出部３７０は、排出されたアノードオフガス中に含まれる水素を燃焼させて不活性化した後、不活性化したアノードオフガスを大気中に放出する。 The exhaust / drain valve 360 is opened as necessary when the amount of water in the gas-liquid separator 350 exceeds a predetermined amount or when the concentration of impurities in the circulating fuel gas becomes high. The exhaust / drain valve 360 is also opened when the fuel cell system 100 is stopped. The operation in this case will be described later. By opening the exhaust / drain valve 360, the water and anode off-gas in the gas-liquid separator 350 are supplied to the water / anode off-gas discharge unit 370 via the pipe 352, the exhaust / drain valve 360, and the pipe 362. Discharged. The water / anode off-gas discharge unit 370 burns and inactivates hydrogen contained in the discharged anode off-gas, and then releases the deactivated anode off-gas into the atmosphere.

燃料電池制御部４００は、外部制御部からの電力要求や起動・停止の指示などの制御信号と、燃料電池システム１００に設けられた各種センサ（図示しない）および循環ポンプ３４０の出力信号とに基づいて、燃料電池システム１００の空気ポンプ２０２と、開閉弁３２０，３６０と、調圧弁３３０と、循環ポンプ３４０とを制御する。 The fuel cell control unit 400 is based on a control signal such as a power request from the external control unit or a start / stop instruction, various sensors (not shown) provided in the fuel cell system 100, and an output signal of the circulation pump 340. Thus, the air pump 202, the on-off valves 320 and 360, the pressure regulating valve 330, and the circulation pump 340 of the fuel cell system 100 are controlled.

図２は、燃料電池システム１００（図１）を停止する際に、気液分離器３５０（図１）から水を排出する排水制御ルーチンを示すフローチャートである。図３は、気液分離器３５０から水が排出される様子を示す説明図である。気液分離器３５０には、通常、燃料電池システム１００の運転時に分離された水がたまっているが、図３では、図示の便宜上、第２の還流配管３５４のみに水がある状態を示している。なお、図３では、閉じた状態の排気・排水弁３６０を黒の塗り潰しで、開いた状態の排気・排水弁３６０を白抜きで表している。また、図３は、図３の上方が鉛直上方となるように描かれている。 FIG. 2 is a flowchart showing a drainage control routine for discharging water from the gas-liquid separator 350 (FIG. 1) when the fuel cell system 100 (FIG. 1) is stopped. FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which water is discharged from the gas-liquid separator 350. The gas-liquid separator 350 normally contains water separated during operation of the fuel cell system 100, but FIG. 3 shows a state where there is water only in the second reflux pipe 354 for convenience of illustration. Yes. In FIG. 3, the exhaust / drain valve 360 in a closed state is shown in black, and the exhaust / drain valve 360 in an open state is shown in white. Further, FIG. 3 is drawn so that the upper side of FIG.

図２のステップＳ２００では、燃料電池１１０への水素ガスの供給を停止するため、燃料電池制御部４００は、遮断弁３２０を閉止する。次いで、ステップＳ２２０において、燃料電池制御部４００は、循環ポンプ３４０の駆動を停止する。循環ポンプ３４０は、その駆動が停止されても、慣性により回転はすぐに停止せず、徐々にその回転数が低下していく。 In step S200 of FIG. 2, the fuel cell control unit 400 closes the shut-off valve 320 in order to stop the supply of hydrogen gas to the fuel cell 110. Next, in step S220, the fuel cell control unit 400 stops driving the circulation pump 340. Even if the drive of the circulation pump 340 is stopped, the rotation does not stop immediately due to inertia, and the rotation speed gradually decreases.

図３（ａ）は、燃料電池制御部４００が循環ポンプ３４０の駆動を停止した直後の状態を示している。このとき、循環ポンプ３４０は、燃料電池システム１００の通常運転時とほぼ同じ速度で回転している。そのため、通常運転時とほぼ同量のアノードオフガスが、燃料電池１１０から、燃料ガス排出配管１３４と、気液分離器３５０と、気液分離器３５０から鉛直上方に向かってのびている第２の還流配管３５４と、を介して循環ポンプ３４０に供給される。このように、通常運転時とほぼ同量のアノードオフガスが第２の還流配管３５４内を流れると、その動圧により、第２の還流配管３５４内の水滴は、循環ポンプ３４０方向の力を受ける。図３（ａ）の例では、水滴が受ける循環ポンプ３４０方向の力が水滴にかかる重力よりも大きいため、水滴は気液分離器３５０に落下せず、第２の還流配管３５４内に滞留する。 FIG. 3A shows a state immediately after the fuel cell control unit 400 stops driving the circulation pump 340. At this time, the circulation pump 340 rotates at substantially the same speed as during normal operation of the fuel cell system 100. Therefore, approximately the same amount of anode off-gas as that during normal operation extends from the fuel cell 110 to the fuel gas discharge pipe 134, the gas-liquid separator 350, and the second reflux that extends vertically upward from the gas-liquid separator 350. And is supplied to the circulation pump 340 via the pipe 354. As described above, when the anode off-gas of almost the same amount as that in the normal operation flows in the second reflux pipe 354, the water drops in the second reflux pipe 354 receive a force in the direction of the circulation pump 340 due to the dynamic pressure. . In the example of FIG. 3A, the force in the direction of the circulation pump 340 received by the water droplet is larger than the gravity applied to the water droplet, so the water droplet does not fall into the gas-liquid separator 350 and stays in the second reflux pipe 354. .

図２のステップＳ３００において、燃料電池制御部４００は、循環ポンプ３４０の回転数を取得する。そして、取得した循環ポンプ３４０の回転数が、所定の回転数下限値以下か否かを判断する。循環ポンプ３４０の回転数が所定の回転数よりも大きい場合には、制御は戻されステップＳ３００が繰り返し実行される。一方、循環ポンプ３４０の回転数が所定の回転数下限値以下の場合には、制御はステップＳ４００に移される。なお、所定の回転数下限値の決定方法については、後述する。 In step S300 of FIG. 2, the fuel cell control unit 400 acquires the rotational speed of the circulation pump 340. Then, it is determined whether or not the acquired rotation speed of the circulation pump 340 is equal to or lower than a predetermined rotation speed lower limit value. When the rotational speed of the circulation pump 340 is larger than the predetermined rotational speed, the control is returned and step S300 is repeatedly executed. On the other hand, if the rotational speed of circulation pump 340 is equal to or lower than the predetermined rotational speed lower limit, control is transferred to step S400. A method for determining the predetermined rotation speed lower limit will be described later.

図３（ｂ）は、循環ポンプ３４０の回転数が所定の回転数下限値以下となった状態での気液分離器３５０の様子を示している。一般に、ターボポンプが送出する気体の流量は、ポンプの回転数の変化に従って変化する。そのため、循環ポンプ３４０の回転数が低下すると、燃料電池１１０から燃料ガス供給配管１３２に還流されるアノードオフガスの流量も低下する。アノードオフガスの還流量が低下することにより、アノードオフガスの流れによる循環ポンプ３４０方向の力は、水滴に係る重力よりも小さくなる。そのため、第２の還流配管３５４内の水滴は、重力により気液分離器３５０に向かって落下する。なお、所定の回転数下限値は、このように、第２の還流配管３５４内に滞留している水滴が気液分離器３５０に落下するようなアノードオフガスの還流量に基づいて決定される。 FIG. 3B shows a state of the gas-liquid separator 350 in a state where the rotation speed of the circulation pump 340 is equal to or lower than a predetermined rotation speed lower limit value. In general, the flow rate of gas delivered by a turbo pump changes according to changes in the rotational speed of the pump. Therefore, when the rotation speed of the circulation pump 340 is decreased, the flow rate of the anode off gas that is recirculated from the fuel cell 110 to the fuel gas supply pipe 132 is also decreased. By reducing the amount of anode off-gas recirculation, the force in the direction of the circulation pump 340 due to the anode off-gas flow becomes smaller than the gravity associated with the water droplets. Therefore, water droplets in the second reflux pipe 354 fall toward the gas-liquid separator 350 due to gravity. The predetermined lower limit of the rotational speed is determined based on the reflux amount of the anode off gas such that the water droplets staying in the second reflux pipe 354 are dropped on the gas-liquid separator 350 in this way.

図３（ｃ）は、上述のように第２の還流配管３５４内に滞留していた水滴が、第２の還流配管３５４から落下した状態を示している。落下した水滴は、さらに、気液分離器３５０から配管３５２まで落下する。図３（ｃ）に示す状態では、排気・排水弁３６０が閉止されているので、落下した水滴は配管３５２に蓄積する。 FIG. 3C shows a state in which the water droplets staying in the second reflux pipe 354 as described above have fallen from the second reflux pipe 354. The dropped water droplet further falls from the gas-liquid separator 350 to the pipe 352. In the state shown in FIG. 3C, the exhaust / drain valve 360 is closed, so that the dropped water droplets accumulate in the pipe 352.

図２のステップＳ４００では、配管３５２中の滞留水を排出するため、排気・排水弁３６０が開かれる。排気・排水弁３６０が開かれると、図３（ｄ）に示すように、配管３５２内の滞留水は、排気・排水弁３６０と、配管３６２とを介して、水・アノードオフガス排出部に排出される。このように、排水が行われるた後、ステップＳ４２０において、燃料電池制御部４００は、排気・排水弁３６０を閉じ、図２に示す排水制御ルーチンは終了する。 In step S400 of FIG. 2, the exhaust / drain valve 360 is opened to discharge the accumulated water in the pipe 352. When the exhaust / drain valve 360 is opened, the accumulated water in the pipe 352 is discharged to the water / anode off-gas discharge section via the exhaust / drain valve 360 and the pipe 362 as shown in FIG. Is done. Thus, after draining is performed, in step S420, the fuel cell control unit 400 closes the exhaust / drain valve 360, and the drain control routine shown in FIG. 2 ends.

第１実施例では、燃料電池制御部４００は、循環ポンプ３４０の駆動を停止し（ステップＳ２２０）、循環ポンプ３４０の回転数が所定の回転数下限値以下となった後（ステップＳ３００）に排気・排水弁３６０を開く（ステップＳ４００）制御（停止時排水モード）を実行する。そのため、第２の還流配管３５４に滞留している水滴が気液分離器３５０に落下した後に、排気・排水弁３６０から排水が行われる。これにより、第２の還流配管３５４に滞留した水も排出されるので、気液分離器３５０からの排水に十分な時間だけ排気・排水弁３６０を開くことにより第２の還流配管３５４に滞留した水を排出することができ、排気・排水弁３６０の開弁時間が短縮される。そのため、排気・排水弁３６０の水・アノードオフガス排出部側（下流側）から気液分離器３５０側（上流側）への不純物を含むガスの拡散や逆流を抑制することができる。 In the first embodiment, the fuel cell control unit 400 stops driving the circulation pump 340 (step S220), and exhausts after the rotation speed of the circulation pump 340 becomes equal to or lower than a predetermined rotation speed lower limit (step S300). -The drain valve 360 is opened (step S400) and the control (drainage mode when stopped) is executed. Therefore, drainage is performed from the exhaust / drainage valve 360 after water droplets staying in the second reflux pipe 354 fall on the gas-liquid separator 350. As a result, the water staying in the second reflux pipe 354 is also discharged, so that it stays in the second reflux pipe 354 by opening the exhaust / drain valve 360 for a time sufficient for drainage from the gas-liquid separator 350. Water can be discharged, and the opening time of the exhaust / drain valve 360 is shortened. Therefore, diffusion and backflow of the gas containing impurities from the water / anode off-gas discharge part side (downstream side) of the exhaust / drain valve 360 to the gas-liquid separator 350 side (upstream side) can be suppressed.

Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例における燃料電池システム１００ａの構成を示す説明図である。第２実施例の燃料電池システム１００ａは、圧力センサ１４０が配管１３６を介して燃料ガス供給配管１３２ａに接続されている点と、燃料電池制御部４００に圧力センサ１４０の出力信号が供給されている点と、で第１実施例の燃料電池システム１００（図１）と異なっている。他の構成は、第１実施例と同じである。 B. Second embodiment:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the fuel cell system 100a in the second embodiment. In the fuel cell system 100a of the second embodiment, the pressure sensor 140 is connected to the fuel gas supply pipe 132a via the pipe 136, and the output signal of the pressure sensor 140 is supplied to the fuel cell control unit 400. This is different from the fuel cell system 100 (FIG. 1) of the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

図５は、第２実施例における排水制御ルーチンを示すフローチャートである。図５に示す第２実施例の排水制御ルーチンは、燃料電池１１０内の燃料ガス圧力を調整するステップＳ１００〜Ｓ１４０が付加されている点で、図２に示す第１実施例の排水制御ルーチンと異なっている。他の点は、第１実施例と同じである。 FIG. 5 is a flowchart showing a drainage control routine in the second embodiment. The drainage control routine of the second embodiment shown in FIG. 5 is different from the drainage control routine of the first embodiment shown in FIG. 2 in that steps S100 to S140 for adjusting the fuel gas pressure in the fuel cell 110 are added. Is different. The other points are the same as in the first embodiment.

図６（ａ）〜（ｄ）は、第２実施例において、燃料電池制御部４００が排水制御ルーチンを実行する際の燃料電池システム１００ａの状態の時間変化を示す説明図である。図６（ａ）〜（ｄ）の横軸は、時間を表している。図６（ａ）の縦軸は、燃料電池１１０内の燃料ガスの圧力Ｐ（燃料電池圧力Ｐ）を表している。図６（ｂ）の縦軸は、循環ポンプ３４０の回転数Ｒ（循環ポンプ回転数Ｒ）を表している。また、図６（ｃ）と図６（ｄ）は、それぞれ、遮断弁３２０（図４）と排気・排水弁３６０（図４）の開閉状態を表している。 FIGS. 6A to 6D are explanatory diagrams showing changes over time in the state of the fuel cell system 100a when the fuel cell control unit 400 executes the drainage control routine in the second embodiment. The horizontal axis in FIGS. 6A to 6D represents time. The vertical axis in FIG. 6A represents the fuel gas pressure P in the fuel cell 110 (fuel cell pressure P). The vertical axis of FIG. 6B represents the rotational speed R of the circulating pump 340 (circulating pump rotational speed R). FIGS. 6C and 6D show the open / close states of the shut-off valve 320 (FIG. 4) and the exhaust / drain valve 360 (FIG. 4), respectively.

上述のように、気液分離器３５０（図４）中の水の量が所定量以上となった場合には、排気・排水弁３６０が開かれ、気液分離器３５０中の水は水・アノードオフガス排出部３７０から排出される。しかしながら、例えば、このように水が排出される直前に燃料電池システム１００ａを停止させると、停止時の排水の際に気液分離器３５０から排出すべき水の量が多くなる。この場合、気液分離器３５０中の水を排出するためには時間がかかるので、気液分離器３５０を介して排出されるアノードオフガスの量が多くなる。 As described above, when the amount of water in the gas-liquid separator 350 (FIG. 4) exceeds a predetermined amount, the exhaust / drain valve 360 is opened, and the water in the gas-liquid separator 350 is water, It is discharged from the anode off gas discharge unit 370. However, for example, if the fuel cell system 100a is stopped immediately before water is discharged in this way, the amount of water to be discharged from the gas-liquid separator 350 at the time of drainage at the time of stop increases. In this case, since it takes time to discharge the water in the gas-liquid separator 350, the amount of anode off-gas discharged through the gas-liquid separator 350 increases.

図６は、このように、気液分離器３５０中の水量が多く、排水に時間がかかる場合の燃料電池システム１００ａの状態を示している。図６の例では、時刻ｔ₀において、燃料電池制御部４００に燃料電池システム１００ａ停止の指示が与えられている。燃料電池システム１００ａ停止の指示が与えられると、燃料電池制御部４００は、排水制御ルーチンを実行する。 FIG. 6 shows the state of the fuel cell system 100a when the amount of water in the gas-liquid separator 350 is large and draining takes time as described above. In the example of FIG. 6, at time t ₀ , the fuel cell control unit 400 is instructed to stop the fuel cell system 100a. When an instruction to stop the fuel cell system 100a is given, the fuel cell control unit 400 executes a drainage control routine.

ステップＳ１００において、燃料電池制御部４００は、気液分離器３５０中の水量を表す水量パラメータを取得する。水量パラメータとしては、例えば、気液分離器３５０に設けられた水量センサ出力値や、前回の排水時からの経過時間や発電量に基づいて推定された水量推定値を使用することができる。 In step S <b> 100, the fuel cell control unit 400 acquires a water amount parameter representing the amount of water in the gas-liquid separator 350. As the water amount parameter, for example, an output value of a water amount sensor provided in the gas-liquid separator 350, an estimated amount of water estimated based on an elapsed time since the last drainage or a power generation amount can be used.

ステップＳ１１０において、燃料電池制御部４００は、燃料電池１１０（図４）内の燃料ガスの目標圧力Ｐｔを算出する。目標圧力Ｐｔは、例えば、排水の際のアノードオフガスの排出による燃料電池圧力Ｐの低下量ΔＰと、停止時圧力Ｐｍと、に基づいて決定される。なお、停止時圧力Ｐｍとは、燃料電池システム１００ａが停止した際に、燃料電池１１０内に維持される圧力である。目標圧力Ｐｔは、具体的には、水量パラメータで表される気液分離器３５０内の水量に応じて決定される排水時間Ｔｅｘと、排水中に排気・排水弁３６０から排出されるアノードオフガスの流量Ｆｅａと、燃料電池１１０と気液分離器３５０と循環ポンプ３４０とこれらを接続する配管との総容積Ｖと、を用いて、例えば、以下の式（１）および（２）で求めることができる。 In step S110, the fuel cell control unit 400 calculates the target pressure Pt of the fuel gas in the fuel cell 110 (FIG. 4). The target pressure Pt is determined based on, for example, the decrease amount ΔP of the fuel cell pressure P due to the discharge of the anode off gas during drainage and the stop-time pressure Pm. The stop-time pressure Pm is a pressure maintained in the fuel cell 110 when the fuel cell system 100a is stopped. Specifically, the target pressure Pt is determined by the drain time Tex determined according to the amount of water in the gas-liquid separator 350 represented by the water amount parameter, and the anode off-gas discharged from the exhaust / drain valve 360 during drainage. Using the flow rate Fea and the total volume V of the fuel cell 110, the gas-liquid separator 350, the circulation pump 340, and the pipes connecting them, the following formulas (1) and (2) can be used, for example. it can.

ΔＰ＝Ｔｅｘ＊Ｆｅａ／Ｖ …（１）
Ｐｔ＝Ｐｍ＋ΔＰ …（２） ΔP = Tex * Fea / V (1)
Pt = Pm + ΔP (2)

ステップＳ１２０において、燃料電池制御部４００は、圧力センサ１４０（図４）から燃料電池圧力Ｐを取得し、燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔ以上か否かを判断する。燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔ以上の場合、制御はステップＳ２００に移される。一方、燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔより低い場合には、制御はステップＳ１４０に移される。図６の例では、燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔよりも低いため、制御はステップＳ１４０に移される。 In step S120, the fuel cell control unit 400 acquires the fuel cell pressure P from the pressure sensor 140 (FIG. 4), and determines whether or not the fuel cell pressure P is equal to or higher than the target pressure Pt. If the fuel cell pressure P is greater than or equal to the target pressure Pt, control is transferred to step S200. On the other hand, when the fuel cell pressure P is lower than the target pressure Pt, the control is moved to step S140. In the example of FIG. 6, since the fuel cell pressure P is lower than the target pressure Pt, the control is moved to step S140.

ステップＳ１４０において、燃料電池制御部４００は、調圧弁３３０を制御して燃料電池圧力Ｐを目標圧力Ｐｔまで昇圧する。昇圧が終了すると、制御はステップＳ２００に移される。図６の例では、時刻ｔ₀で燃料電池圧力の昇圧が開始され、時刻ｔ₁で昇圧は終了する。このとき燃料電池圧力Ｐは、図６（ａ）の実線で示すように、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの間に、通常運転時の圧力Ｐｎから目標圧力Ｐｔまで上昇する。 In step S140, the fuel cell control unit 400 controls the pressure regulating valve 330 to increase the fuel cell pressure P to the target pressure Pt. When the boosting is finished, control is transferred to step S200. In the example of FIG. 6, the pressure increase of the fuel cell pressure starts at time t ₀ and the pressure increase ends at time t ₁ . At this time, as shown by the solid line in FIG. 6A, the fuel cell pressure P increases from the pressure Pn during the normal operation to the target pressure Pt between time t ₀ and time t ₁ .

昇圧が終了した時刻ｔ₁では、遮断弁３２０の閉止（ステップＳ２００）と、循環ポンプ３４０の駆動の停止（ステップＳ２２０）とが行われる。循環ポンプ３４０の駆動が停止されると、循環ポンプ回転数Ｒは、図６（ｂ）に示すように、通常運転時の回転数Ｒｎから低下し始める。そして時刻ｔ₂で循環ポンプ回転数Ｒが回転数下限値Ｒｔになる。循環ポンプ回転数Ｒが回転数下限値Ｒｔになる時刻ｔ₂では、図６（ｄ）に示すように、排気・排水弁３６０が開かれる（ステップＳ３００，Ｓ４００）。排気・排水弁３６０が開かれると、図６（ａ）の実線に示すように、アノードオフガスの排出に伴って燃料電池圧力Ｐは徐々に低下する。そして、排水が終了する時刻ｔ₄で、図６（ｄ）に示すように、排気・排水弁３６０は閉じられる（ステップＳ４２０）。このときの燃料電池圧力Ｐは、停止時圧力Ｐｍとなる。 At time t ₁ when the pressure increase is finished, the shutoff valve 320 is closed (step S200) and the driving of the circulation pump 340 is stopped (step S220). When the driving of the circulation pump 340 is stopped, the circulation pump rotational speed R starts to decrease from the rotational speed Rn during normal operation, as shown in FIG. The circulating pump rotation speed R is the rotational speed limit value Rt at time t _2. At time t ₂ the circulation pump speed R is the rotational speed limit value Rt, as shown in FIG. 6 (d), the exhaust-drain valve 360 is opened (step S300, S400). When the exhaust / drain valve 360 is opened, the fuel cell pressure P gradually decreases as the anode off gas is discharged, as shown by the solid line in FIG. Then, at time t ₄ when the drainage is completed, as shown in FIG. 6 (d), the exhaust-drain valve 360 is closed (step S420). The fuel cell pressure P at this time is the stop-time pressure Pm.

一方、燃料電池圧力Ｐを目標圧力Ｐｔに調整しない場合、図６（ａ）の破線で示すように、時刻ｔ₁から燃料電池圧力Ｐは徐々に低下する。そして、時刻ｔ₃において燃料電池圧力Ｐは、排気・排水弁３６０の水・アノードオフガス排出部側の圧力Ｐａ（以下、「排水弁出口圧Ｐａ」とも呼ぶ）になる。燃料電池圧力Ｐが排水弁出口圧Ｐａになると、排気・排水弁３６０の気液分離器３５０側と水・アノードオフガス排出部側との差圧がなくなるので、気液分離器３５０からの排水ができなくなる。このとき、気液分離器３５０の排水を行うためには、遮断弁３２０から燃料電池１１０に水素ガスを供給しする必要が生じるので、排水制御に要する時間が長くなる。また、一般に、水・アノードオフガス排出部の圧損は小さいので、排水弁出口圧Ｐａは大気圧とほぼ同じである。そのため、燃料電池圧力ＰがＰａとなった状態で、排気・排水弁３６０が開いていると、排気・排水弁３６０から空気が逆流するおそれがある。 On the other hand, when the fuel cell pressure P is not adjusted to the target pressure Pt, the fuel cell pressure P gradually decreases from time t ₁ as shown by the broken line in FIG. At time t ₃ , the fuel cell pressure P becomes the pressure Pa on the water / anode off-gas discharge part side of the exhaust / drain valve 360 (hereinafter also referred to as “drain valve outlet pressure Pa”). When the fuel cell pressure P reaches the drain valve outlet pressure Pa, the differential pressure between the gas / liquid separator 350 side of the exhaust / drain valve 360 and the water / anode off-gas discharge part side disappears. become unable. At this time, in order to drain the gas-liquid separator 350, it is necessary to supply hydrogen gas from the shut-off valve 320 to the fuel cell 110, so that the time required for drainage control becomes longer. In general, since the pressure loss of the water / anode off-gas discharge part is small, the drain valve outlet pressure Pa is almost the same as the atmospheric pressure. For this reason, if the exhaust / drain valve 360 is opened with the fuel cell pressure P being Pa, air may flow backward from the exhaust / drain valve 360.

このように、第２実施例では、燃料電池制御部４００は、停止時排水モードの実行（ステップＳ２２０〜Ｓ４２０）前に、燃料電池圧力Ｐを上げて目標圧力Ｐｔに調整する圧力調整モードを実行する。圧力調整モードの実行により、気液分離器３５０中の水量が多く排水に時間がかかる場合であっても、停止時排水モードの実行中に燃料ガスが不足することを抑制できる。また、停止時排水モードの実行終了後の燃料電池圧力Ｐを停止時圧力Ｐｍ以上とすることができるので、燃料電池システム１００ａを望ましい状態で停止することができる。 As described above, in the second embodiment, the fuel cell control unit 400 executes the pressure adjustment mode in which the fuel cell pressure P is increased and adjusted to the target pressure Pt before the stop-time drainage mode is executed (steps S220 to S420). To do. By executing the pressure adjustment mode, even when the amount of water in the gas-liquid separator 350 is large and draining takes time, it is possible to suppress the shortage of fuel gas during the execution of the stop-time draining mode. In addition, since the fuel cell pressure P after completion of the stop-time drainage mode can be set to the stop-time pressure Pm or more, the fuel cell system 100a can be stopped in a desired state.

第２実施例は、気液分離器３５０中の水量が多い場合であっても、停止時排水モードの実行中の燃料ガスの不足による排水制御時間が増加することを抑制できる点で、第１実施例よりも好ましい。一方、第１実施例は、燃料電池システムの制御がより容易となる点で、第２実施例よりも好ましい。 In the second embodiment, even when the amount of water in the gas-liquid separator 350 is large, it is possible to suppress an increase in drainage control time due to a shortage of fuel gas during execution of the stop-time drainage mode. More preferred than the examples. On the other hand, the first embodiment is preferable to the second embodiment in that the control of the fuel cell system becomes easier.

Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例における排水制御ルーチンを示すフローチャートである。図７に示す第３実施例の排水制御ルーチンは、ステップＳ１２０がステップＳ１２０ａに置き換えられている点と、ステップＳ１６０，Ｓ１８０とが付加されている点とで、図５に示す第２実施例の排水制御ルーチンと異なっている。第３実施例の他の構成や機能は、第２実施例と同じである。 C. Third embodiment:
FIG. 7 is a flowchart showing a drainage control routine in the third embodiment. The drainage control routine of the third embodiment shown in FIG. 7 is different from that of the second embodiment shown in FIG. 5 in that step S120 is replaced by step S120a and steps S160 and S180 are added. It is different from the drainage control routine. Other configurations and functions of the third embodiment are the same as those of the second embodiment.

ステップＳ１２０ａでは、燃料電池制御部４００は、圧力センサ１４０（図４）から燃料電池圧力Ｐを取得し、燃料電池圧力Ｐと目標圧力Ｐｔとを比較する。燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔより低い（Ｐ＜Ｐｔ）場合には、制御はステップＳ１４０に移される。また、燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔに等しい（Ｐ＝Ｐｔ）場合には、制御はステップＳ２００に移される。一方、燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔより高い（Ｐ＞Ｐｔ）場合には、制御はステップＳ１６０に移される。 In step S120a, the fuel cell control unit 400 acquires the fuel cell pressure P from the pressure sensor 140 (FIG. 4), and compares the fuel cell pressure P with the target pressure Pt. When the fuel cell pressure P is lower than the target pressure Pt (P <Pt), the control is moved to step S140. On the other hand, when the fuel cell pressure P is equal to the target pressure Pt (P = Pt), the control is moved to step S200. On the other hand, when the fuel cell pressure P is higher than the target pressure Pt (P> Pt), the control is moved to step S160.

ステップＳ１６０において、燃料電池制御部４００は、遮断弁３２０（図４）を閉止する。そして、ステップＳ１８０では、燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔまで低減される。燃料電池圧力は、例えば、燃料電池１１０から電流を取り出し水素を消費させることによって下げることができる。また、排気・排水弁３６０（図４）を開くことにより、アノードオフガスを水・アノードオフガス排出部３７０（図４）に供給することによっても燃料電池圧力Ｐを下げることができる。燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔまで低減されると、制御はステップＳ２２０に移される。 In step S160, the fuel cell control unit 400 closes the shutoff valve 320 (FIG. 4). In step S180, the fuel cell pressure P is reduced to the target pressure Pt. The fuel cell pressure can be lowered, for example, by extracting current from the fuel cell 110 and consuming hydrogen. Further, by opening the exhaust / drain valve 360 (FIG. 4), the fuel cell pressure P can also be lowered by supplying anode off-gas to the water / anode off-gas discharge unit 370 (FIG. 4). When the fuel cell pressure P is reduced to the target pressure Pt, the control is moved to step S220.

停止時排水モード実行開始の際に燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔよりも高いと、燃料電池システム１００ａの停止時の燃料電池圧力Ｐを停止時圧力Ｐｍとするため、排気・排水弁３６０は排水に要する時間よりも長い時間開状態に維持される。この場合、多量のアノードオフガスが排気・排水弁３６０から連続して排出される。 If the fuel cell pressure P is higher than the target pressure Pt when the stop-time drainage mode is started, the fuel cell pressure P when the fuel cell system 100a is stopped is set to the stop-time pressure Pm. The open state is maintained for a longer time than the time required for. In this case, a large amount of anode off gas is continuously discharged from the exhaust / drain valve 360.

これに対し、第３実施例では、停止時排水モード実行開始前に燃料電池圧力Ｐが目標圧力Ｐｔに調整されるので、停止時排水モード実行後の燃料電池圧力Ｐは停止時圧力Ｐｍとなる。そのため、排気・排水弁３６０から連続して排出されるアノードオフガスの量を抑制することができ、アノードオフガスの水・アノードオフガス排出部３７０における処理がより容易となる。 On the other hand, in the third embodiment, the fuel cell pressure P is adjusted to the target pressure Pt before the stop drainage mode is started, so the fuel cell pressure P after the stop drain mode is executed is the stop pressure Pm. . Therefore, the amount of the anode off gas continuously discharged from the exhaust / drain valve 360 can be suppressed, and the treatment of the anode off gas in the water / anode off gas discharge unit 370 becomes easier.

第３実施例は、気液分離器３５０中の水量が多い場合であっても、停止時排水モードの実行中の燃料ガスの不足により排水制御時間が増加することを抑制できる点で、第１実施例よりも好ましい。また、停止時排水モード実行時に連続して排出されるアノードオフガスの量を抑制することができる点で、第２実施例よりも好ましい。一方、第１実施例および第２実施例は、燃料電池システムの制御がより容易となる点で、第３実施例よりも好ましい。 In the third embodiment, even when the amount of water in the gas-liquid separator 350 is large, it is possible to suppress an increase in drainage control time due to a shortage of fuel gas during execution of the stop drain mode. More preferred than the examples. Moreover, it is more preferable than the second embodiment in that the amount of anode off-gas continuously discharged when the stop-time drainage mode is executed can be suppressed. On the other hand, the first embodiment and the second embodiment are preferable to the third embodiment in that the control of the fuel cell system becomes easier.

Ｄ．第４実施例：
図８は、第４実施例における排水制御ルーチンを示すフローチャートである。図８に示す第３実施例の排水制御ルーチンは、停止時排水モード実行前のステップＳ２００で行われる遮断弁３２０の閉止が、停止時排水モード実行後のステップＳ４４０で行われている点で、図２に示す第１実施例の排水制御ルーチンと異なっている。第４実施例の他の構成や機能は、第１実施例と同じである。 D. Fourth embodiment:
FIG. 8 is a flowchart showing a drainage control routine in the fourth embodiment. The drainage control routine of the third embodiment shown in FIG. 8 is that the shutoff valve 320 closed in step S200 before execution of the stop-time drainage mode is performed in step S440 after execution of the stop-time drainage mode. This is different from the drainage control routine of the first embodiment shown in FIG. Other configurations and functions of the fourth embodiment are the same as those of the first embodiment.

第４実施例の排水制御ルーチンでは、停止時排水モード実行の前に遮断弁３２０（図１）が閉止されないので、停止時排水モード実行中にも燃料電池１１０（図１）には水素ガスが供給されつづける。燃料電池に水素ガスが供給されている状態で、循環ポンプ３４０（図１）の駆動が停止され（ステップＳ２２０）、循環ポンプ３４０の回転数が回転数下限値以下となると排気・排水弁３６０（図１）が開かれる（ステップＳ３００，Ｓ４００）。一般に、燃料電池１１０は、回転数が低下している循環ポンプ３４０よりも圧損が大きい。そのため、供給された水素ガスは、排気・排水弁３６０が開かれると循環ポンプ３４０を逆流する。 In the drainage control routine of the fourth embodiment, the shutoff valve 320 (FIG. 1) is not closed before the stop drainage mode is executed, so that hydrogen gas is not supplied to the fuel cell 110 (FIG. 1) even during the stop drainage mode. Continue to be supplied. With the hydrogen gas being supplied to the fuel cell, the driving of the circulation pump 340 (FIG. 1) is stopped (step S220), and when the rotation speed of the circulation pump 340 becomes less than the rotation speed lower limit value, the exhaust / drain valve 360 ( 1) is opened (steps S300, S400). In general, the fuel cell 110 has a larger pressure loss than the circulation pump 340 whose rotational speed is decreasing. Therefore, the supplied hydrogen gas flows back through the circulation pump 340 when the exhaust / drain valve 360 is opened.

図９は、このときの燃料電池システム１００内の水素ガスの流れを示す説明図である。図９の太線の矢印で示される調圧弁からの水素ガスは、第１の還流配管３４２と、循環ポンプ３４０と、第２の還流配管３５４と、気液分離器３５０と、排気・排水弁３６０と、を介して水・アノードオフガス排出部に供給される。このとき、第２の還流配管３５４とに滞留している水滴には、逆流する水素ガスの動圧により気液分離器３５０方向の力が加わる。そのため、第２の還流配管内に滞留している水滴は、気液分離器３５０方向に流され、速やかに排出される。また、逆流する水素ガスは、燃料電池１１０を通らないので乾燥している。乾燥した水素ガスが、供給されることにより、第１の還流配管３４２と、循環ポンプ３４０と、第２の還流配管３５４とを乾燥させることができる。そのため、第４実施例では、第２の還流配管内の滞留水がより速やかに排出されるとともに、第１の還流配管３４２と循環ポンプ３４０とを乾燥することができる。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing the flow of hydrogen gas in the fuel cell system 100 at this time. The hydrogen gas from the pressure regulating valve indicated by the thick line arrow in FIG. 9 is supplied from the first reflux pipe 342, the circulation pump 340, the second reflux pipe 354, the gas-liquid separator 350, and the exhaust / drain valve 360. To the water / anode off-gas discharge section. At this time, a force in the direction of the gas-liquid separator 350 is applied to the water droplets staying in the second reflux pipe 354 by the dynamic pressure of the hydrogen gas flowing backward. Therefore, water droplets staying in the second reflux pipe are flowed in the direction of the gas-liquid separator 350 and quickly discharged. Further, the backflowing hydrogen gas does not pass through the fuel cell 110 and is therefore dry. By supplying the dried hydrogen gas, the first reflux pipe 342, the circulation pump 340, and the second reflux pipe 354 can be dried. Therefore, in the fourth embodiment, the accumulated water in the second reflux pipe is discharged more quickly, and the first reflux pipe 342 and the circulation pump 340 can be dried.

第４実施例は、第２の還流配管３５４の滞留水がより速やかに排出でき、また、第１の還流配管３４２と循環ポンプ３４０との乾燥が可能である点で、第１ないし第３実施例よりも好ましい。 In the fourth embodiment, the accumulated water in the second reflux pipe 354 can be discharged more quickly, and the first reflux pipe 342 and the circulation pump 340 can be dried. More preferable than the example.

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 E. Variations:
In addition, this invention is not restricted to the said Example and embodiment, It can implement in a various aspect in the range which does not deviate from the summary, For example, the following deformation | transformation is also possible.

Ｅ１．変形例１：
上記各実施例では、燃料電池制御部４００は、循環ポンプ回転数Ｒに応じて排気・排水弁３６０を開くか否かの判断をしているが、一般に、排気・排水弁３６０を開くか否かの判断は、気液分離器３５０から循環ポンプ３４０へのアノードオフガスの還流量を表すパラメータに基づいて決定することができる。例えば、第２の還流配管３５４に設けられた流量センサの出力に基づいて排気・排水弁３６０を開くか否かを判断するものとしてもよい。 E1. Modification 1:
In each of the above embodiments, the fuel cell control unit 400 determines whether or not to open the exhaust / drain valve 360 according to the circulation pump rotational speed R. In general, whether or not to open the exhaust / drain valve 360 is determined. This determination can be made based on a parameter that represents the amount of anode off-gas recirculation from the gas-liquid separator 350 to the circulation pump 340. For example, it may be determined whether to open the exhaust / drain valve 360 based on the output of a flow rate sensor provided in the second reflux pipe 354.

Ｅ２．変形例２：
上記第１ないし第３実施例では、循環ポンプ３４０としてターボポンプを使用しているが、循環ポンプ３４０としては種々のポンプを使用することができる。循環ポンプ３４０としては、例えば、二葉ポンプや三葉ポンプなどの多葉ポンプや、往復ポンプや、エゼクタを使用することも可能である。なお、エゼクタを循環ポンプとして使用する場合、還流量としては、例えば、還流配管に設けられた流量センサにより直接測定された流量や、水素供給停止からの経過時間から実験的に求められる推定流量を使用することができる。 E2. Modification 2:
In the first to third embodiments, a turbo pump is used as the circulation pump 340. However, various pumps can be used as the circulation pump 340. As the circulation pump 340, for example, a multi-leaf pump such as a two-leaf pump or a three-leaf pump, a reciprocating pump, or an ejector can be used. When the ejector is used as a circulation pump, the recirculation amount is, for example, a flow rate directly measured by a flow sensor provided in the recirculation pipe, or an estimated flow rate experimentally obtained from the elapsed time since the hydrogen supply is stopped. Can be used.

Ｅ３．変形例３：
上記各実施例では、循環ポンプ回転数Ｒが所定の回転数下限値Ｒｔ以下となった直後に排気・排水弁３６０を開いているが、排気・排水弁３６０の開弁は、循環ポンプ回転数Ｒが所定の回転数下限値Ｒｔとなった後の任意の時点で行うことができる。例えば、循環ポンプ回転数Ｒが回転数下限値Ｒｔとなった後、一定の待ち時間経過後に排気・排水弁３６０を開くものとしてもよい。この場合、第２の還流配管３５４内の滞留水を排気・排水弁３６０にまで落下させることができるので、滞留水の排水をより確実に行うことができる。 E3. Modification 3:
In each of the above embodiments, the exhaust / drain valve 360 is opened immediately after the circulation pump rotation speed R becomes equal to or less than the predetermined rotation speed lower limit value Rt. It can be performed at an arbitrary time after R reaches a predetermined rotation speed lower limit value Rt. For example, the exhaust / drain valve 360 may be opened after a certain waiting time after the circulation pump rotation speed R reaches the rotation speed lower limit Rt. In this case, the accumulated water in the second reflux pipe 354 can be dropped to the exhaust / drain valve 360, so that the accumulated water can be drained more reliably.

Ｅ４．変形例４：
上記各実施例では、停止時排水モードの実行時に、排気・排水弁３６０の開閉をそれぞれ１回づつ行っているが、排気モードの実行時に、排気・排水弁３６０の開閉を複数回行ってもよい。この場合、排気・排水弁３６０を閉じている間に、第２の還流配管３５４内および気液分離器３５０内の水滴が凝集するので、排気・排水弁３６０が開いたときの排水速度を高めることができる。そのため、停止時排水モード実行中での、排気・排水弁３６０の開弁時間を短縮することができる。 E4. Modification 4:
In each of the above embodiments, the exhaust / drain valve 360 is opened and closed once every time when the stop drain mode is executed. However, even when the exhaust / drain valve 360 is opened and closed several times when the exhaust mode is executed. Good. In this case, while the exhaust / drain valve 360 is closed, water droplets in the second reflux pipe 354 and the gas-liquid separator 350 aggregate, so that the drain speed when the exhaust / drain valve 360 is opened is increased. be able to. Therefore, it is possible to reduce the valve opening time of the exhaust / drain valve 360 during execution of the stop drain mode.

Ｅ５．変形例５：
上記各実施例では、図３に示すように、第２の還流配管３５４が気液分離器３５０から鉛直上方に伸びているが、一般に、第２の還流配管３５４は気液分離器３５０の上方に設けられていればよい。この場合、第２の還流配管３５４内の水滴に係る重力は、気液分離器３５０方向の成分を有するので、循環ポンプ回転数Ｒが所定の回転数下限値Ｒｔ以下になると第２の還流配管３５４内の水滴は気液分離器３５０に落下する。 E5. Modification 5:
In each of the above embodiments, as shown in FIG. 3, the second reflux pipe 354 extends vertically upward from the gas-liquid separator 350, but in general, the second reflux pipe 354 is located above the gas-liquid separator 350. As long as it is provided. In this case, since the gravity related to the water droplets in the second reflux pipe 354 has a component in the direction of the gas-liquid separator 350, the second reflux pipe when the circulation pump rotational speed R becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed lower limit value Rt. The water droplets in 354 fall to the gas-liquid separator 350.

Ｅ６．変形例６：
上記各実施例では、燃料ガスの循環流路には、水素ガスタンクから供給される水素ガス供給しているが、循環流路には、燃料電池の燃料となる成分を含む任意のガスを供給するものとしてもよい。循環流路に供給するガスとしては、例えば、炭化水素系の改質原料から改質器を用いて生成された水素を含む改質ガスを用いることもできる。 E6. Modification 6:
In each of the above embodiments, the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas tank is supplied to the fuel gas circulation passage. However, any gas containing a component serving as fuel for the fuel cell is supplied to the circulation passage. It may be a thing. As the gas supplied to the circulation flow path, for example, a reformed gas containing hydrogen generated from a hydrocarbon-based reforming raw material using a reformer can be used.

Ｅ７．変形例７：
上記各実施例では、本発明を燃料ガス給排部に適用することについて説明してきたが、酸化剤ガス給排部が循環流路を有し、酸化剤ガスがその循環流路内を循環する燃料電池システムであれば、酸化剤ガス給排部にも本発明を適用することができる。 E7. Modification 7:
In each of the above embodiments, the application of the present invention to the fuel gas supply / exhaust unit has been described. However, the oxidant gas supply / exhaust unit has a circulation channel, and the oxidant gas circulates in the circulation channel. If it is a fuel cell system, the present invention can also be applied to the oxidant gas supply / discharge section.

本発明の一実施形態としての燃料電池システム１００の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the fuel cell system 100 as one Embodiment of this invention. 燃料電池システム１００を停止する際に、気液分離器３５０から水を排出する排水制御ルーチンを示すフローチャート。6 is a flowchart showing a drainage control routine for discharging water from the gas-liquid separator when the fuel cell system is stopped. 気液分離器３５０から水が排出される様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that water is discharged | emitted from the gas-liquid separator 350. FIG. 第２実施例における燃料電池システム１００ａの構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the fuel cell system 100a in 2nd Example. 第２実施例における排水制御ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows the waste_water | drain control routine in 2nd Example. 第２実施例において、燃料電池制御部４００が排水制御ルーチンを実行する際の燃料電池システム１００ａの状態の時間変化を示す説明図。In 2nd Example, explanatory drawing which shows the time change of the state of the fuel cell system 100a when the fuel cell control part 400 performs a waste_water | drain control routine. 第３実施例における排水制御ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows the waste_water | drain control routine in 3rd Example. 第４実施例における排水制御ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows the waste_water | drain control routine in 4th Example. 第４実施例における燃料電池システム１００内の水素ガスの流れを示す説明図。Explanatory drawing which shows the flow of the hydrogen gas in the fuel cell system 100 in 4th Example.

Explanation of symbols

１００，１００ａ…燃料電池システム
１１０…燃料電池
１１２…セル
１２２…酸化剤ガス供給配管
１２４…酸化剤ガス排出配管
１３２，１３２ａ…燃料ガス供給配管
１３４…燃料ガス排出配管
１３６…配管
１４０…圧力センサ
２００…酸化剤ガス給排部
２０２…空気ポンプ
２０４…カソードオフガス排出部
３００…燃料ガス給排部
３１０…水素ガスタンク
３１２，３２２…高圧水素配管
３２０…遮断弁
３３０…調圧弁
３３２…低圧水素配管
３４０…循環ポンプ
３４２，３５４…還流配管
３５０…気液分離器
３５２，３６２…配管
３６０…排水弁
３７０…アノードオフガス排出部
４００…燃料電池制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100a ... Fuel cell system 110 ... Fuel cell 112 ... Cell 122 ... Oxidant gas supply piping 124 ... Oxidant gas discharge piping 132, 132a ... Fuel gas supply piping 134 ... Fuel gas discharge piping 136 ... Pipe 140 ... Pressure sensor 200 Oxidant gas supply / discharge unit 202 ... air pump 204 ... cathode off-gas discharge unit 300 ... fuel gas supply / discharge unit 310 ... hydrogen gas tanks 312, 322 ... high-pressure hydrogen piping 320 ... shut-off valve 330 ... pressure regulating valve 332 ... low-pressure hydrogen piping 340 ... Circulation pumps 342, 354 ... Recirculation piping 350 ... Gas-liquid separators 352, 362 ... Piping 360 ... Drain valve 370 ... Anode off-gas discharge unit 400 ... Fuel cell control unit

Claims

A fuel cell system,
A fuel cell that generates power using the reaction gas; and
A reaction gas supply unit for supplying the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas supply channel;
A gas-liquid separator to which reaction exhaust gas from the fuel cell is supplied;
A drain valve provided in the gas-liquid separator;
A circulation pump for sending the reaction exhaust gas supplied through a reflux pipe provided at an upper portion of the gas-liquid separator to the reaction gas supply channel;
A recirculation amount parameter obtaining unit for obtaining a recirculation amount parameter representing a recirculation amount of the reaction exhaust gas recirculated from the gas-liquid separator to the reaction gas supply channel by the circulation pump;
A fuel cell control unit;
With
When the fuel cell control unit stops the fuel cell system, the gas-liquid separator is opened by opening the drain valve after the recirculation amount represented by the recirculation amount parameter reaches a predetermined lower limit value. A fuel cell system having a stop drain mode for discharging water from the fuel cell.

The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
A pressure parameter acquisition unit for acquiring a pressure parameter representing the pressure of the reaction gas in the fuel cell;
The fuel cell control unit executes a pressure adjustment mode in which the pressure of the reaction gas represented by the pressure parameter is set to a predetermined target pressure before the stop drain mode is executed.

The fuel cell system according to claim 2, further comprising:
A water amount parameter obtaining unit for obtaining a water amount parameter representing the amount of water in the gas-liquid separator;
A target pressure calculation unit for calculating the predetermined target pressure based on the water amount parameter;
A fuel cell system comprising:

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell control unit is configured to supply the reaction gas from the reaction gas supply unit to the reaction gas supply channel when the drain valve is opened in the stop drain mode.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
The fuel cell control unit is configured to intermittently open and close the drain valve when the stop drain mode is executed.

A fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The circulation pump is a rotary pump that sends out gas by rotational movement in the circulation pump,
The fuel cell system, wherein the recirculation amount parameter is a rotation speed of the circulation pump, and the recirculation amount decreases as the rotation speed of the circulation pump decreases.