JP2006351318A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2006351318A
JP2006351318A JP2005174887A JP2005174887A JP2006351318A JP 2006351318 A JP2006351318 A JP 2006351318A JP 2005174887 A JP2005174887 A JP 2005174887A JP 2005174887 A JP2005174887 A JP 2005174887A JP 2006351318 A JP2006351318 A JP 2006351318A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel gas
fuel cell
supply
cell system
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005174887A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4867207B2 (en
Inventor
Nobuhiro Tomosada
伸浩 友定
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005174887A priority Critical patent/JP4867207B2/en
Publication of JP2006351318A publication Critical patent/JP2006351318A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4867207B2 publication Critical patent/JP4867207B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of suppressing local fluctuation in supply volume of fuel gas inside the fuel cell at the start of fuel gas supply. <P>SOLUTION: A process of circulating again the exhaust gas from a plurality of internal fuel gas passages installed in the fuel cell into the internal fuel gas passages is started, and supply of a fuel gas to the plurality of internal fuel gas passages is started at a timing after a prescribed circulation time or more larger than zero from the start of circulation has elapsed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に燃料ガスを供給する技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for supplying fuel gas to a fuel cell.

近年、燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池が注目されている。このような燃料電池の起動時には、燃料電池に燃料ガスが供給され、その後、発電が開始される(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, attention has been focused on fuel cells that generate power using fuel gas. When such a fuel cell is started, fuel gas is supplied to the fuel cell, and then power generation is started (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−216812号公報JP 2002-216812 A

ところで、燃料電池の起動時には、燃料電池内部の燃料ガス流路に電気化学反応に利用される燃料成分(例えば、水素)以外の成分(以下「不純物」とも呼ぶ。例えば、窒素や水)が溜まっている場合がある。すると、燃料ガス供給の当初において、燃料電池内部での燃料ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなり、不具合が発生する場合があった。   By the way, when the fuel cell is started, components other than the fuel component (for example, hydrogen) used for the electrochemical reaction (hereinafter also referred to as “impurities”, for example, nitrogen and water) accumulate in the fuel gas flow path inside the fuel cell. There may be. Then, at the beginning of the fuel gas supply, the local variation of the fuel gas supply amount inside the fuel cell becomes large, and a problem may occur.

例えば、燃料電池の中には、複数のセルを積層したスタック構造を有するものがある。「セル」とは、電解質層と、その電解質層を挟むアノードとカソードとを有する構造体である。燃料ガス供給の当初においては、燃料ガスは、各セルのガス流路内に溜まっている不純物を押し出しながら流れる。ここで、燃料ガスが、ガスの流れやすいセルから順番に流れ始める場合がある。例えば、複数のセルの中に、燃料電池に接続された燃料ガス供給路に比較的近いセルと比較的遠いセルとが含まれる場合には、燃料ガスが、燃料ガス供給路に比較的近いセルから順番に流れる場合がある。すると、燃料電池に供給された燃料ガスは比較的近いセルを通り抜け、比較的遠いセルには不純物が残る。ここで、不純物の排出のために排ガスを外部に排出すると、燃料ガスも多量に排出してしまう場合があった。また、一部のセルへの燃料ガス供給量が不足し、発電を開始することができない場合があった。   For example, some fuel cells have a stack structure in which a plurality of cells are stacked. A “cell” is a structure having an electrolyte layer, and an anode and a cathode sandwiching the electrolyte layer. At the beginning of the fuel gas supply, the fuel gas flows while extruding impurities accumulated in the gas flow path of each cell. Here, the fuel gas may start to flow in order from the cell where the gas easily flows. For example, when a plurality of cells include cells that are relatively close to and far from the fuel gas supply path connected to the fuel cell, the fuel gas is a cell that is relatively close to the fuel gas supply path. May flow in order. Then, the fuel gas supplied to the fuel cell passes through a relatively close cell, and impurities remain in a relatively far cell. Here, when exhaust gas is discharged outside to discharge impurities, a large amount of fuel gas may be discharged. In addition, the amount of fuel gas supplied to some cells is insufficient, and power generation may not be started.

なお、このような問題は、スタック構造を有する燃料電池に限らず、複数の内部燃料ガス流路を有する燃料電池に共通する問題であった。例えば、燃料電池内部で燃料ガスの流路が複数の支流に分岐する構造を有する燃料電池にも共通する問題であった。   Such a problem is not limited to fuel cells having a stack structure, but is common to fuel cells having a plurality of internal fuel gas flow paths. For example, it is a problem common to fuel cells having a structure in which the flow path of the fuel gas branches into a plurality of tributaries inside the fuel cell.

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、燃料ガス供給の当初において、燃料電池内部での燃料ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制可能な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 is a technique capable of suppressing the local variation in the amount of fuel gas supplied inside the fuel cell at the beginning of the fuel gas supply. The purpose is to provide.

上記課題の少なくとも一部を解決するために、この発明における燃料電池システムは、複数の内部燃料ガス流路を有する燃料電池と、前記複数の内部燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記複数の内部燃料ガス流路からの排ガスを再び前記複数の内部燃料ガス流路に循環させる循環ポンプと、前記各部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に前記燃料ガスを供給する供給モードとして、前記循環ポンプの駆動を開始させるとともに、前記循環ポンプの駆動開始からゼロよりも大きな所定の循環時間以上経過したタイミングで前記燃料ガス供給部に前記燃料ガスの供給を開始させる、第1供給モードを有する。   In order to solve at least a part of the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell having a plurality of internal fuel gas passages, and a fuel gas supply for supplying fuel gas to the plurality of internal fuel gas passages. A circulation pump that circulates exhaust gas from the plurality of internal fuel gas passages again to the plurality of internal fuel gas passages, and a control portion that controls the respective portions, the control portion including the fuel As the supply mode for supplying the fuel gas when the battery system is activated, the fuel gas supply unit starts driving the circulation pump and at a timing when a predetermined circulation time greater than zero has elapsed from the start of driving the circulation pump. A first supply mode for starting the supply of the fuel gas.

この燃料電池システムによれば、排ガス循環の開始からゼロよりも大きな所定の循環時間以上経過したタイミングで燃料ガスの供給が開始されるので、供給された燃料ガスは、複数の内部燃料ガス流路を循環するガスによって複数の内部燃料ガス流路に分散される。その結果、燃料ガス供給の当初において、燃料電池内部での燃料ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制することが可能となる。   According to this fuel cell system, since the supply of fuel gas is started at a timing when a predetermined circulation time greater than zero has elapsed since the start of exhaust gas circulation, the supplied fuel gas has a plurality of internal fuel gas flow paths. Is dispersed in a plurality of internal fuel gas flow paths by the gas circulating through the gas. As a result, it is possible to suppress an increase in local variation in the fuel gas supply amount inside the fuel cell at the beginning of the fuel gas supply.

上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、さらに、前記燃料電池システムの起動時における前記供給モードとして、前記循環ポンプの駆動を開始させるとともに、前記第1供給モードにおける前記燃料ガスの供給開始タイミングよりも早いタイミングで前記燃料ガス供給部に前記燃料ガスの供給を開始させる、第2供給モードを有し、前記燃料電池システムは、さらに、前記複数の内部燃料ガス流路における不純物の量に相関のある不純物量パラメータ値を測定する不純物量パラメータ測定部を備え、前記制御部は、前記起動時に、前記不純物量パラメータ測定部を用いて前記不純物量パラメータ値を測定し、(i)前記不純物量パラメータ値が、前記不純物量が比較的多いことを示す場合には、前記第1供給モードに従って前記燃料ガスの供給を行い、(ii)前記不純物量パラメータ値が、前記不純物量が比較的少ないことを示す場合には、前記第2供給モードに従って前記燃料ガスの供給を行うことが好ましい。   In the fuel cell system, the control unit further starts driving the circulation pump as the supply mode at the time of starting the fuel cell system, and from the supply start timing of the fuel gas in the first supply mode. A second supply mode in which the fuel gas supply unit starts supplying the fuel gas at an earlier timing, and the fuel cell system further correlates with the amount of impurities in the plurality of internal fuel gas flow paths. An impurity amount parameter measuring unit that measures a certain impurity amount parameter value, wherein the control unit measures the impurity amount parameter value by using the impurity amount parameter measuring unit at the start-up, and (i) the impurity amount parameter If the value indicates that the amount of impurities is relatively large, the fuel is in accordance with the first supply mode. Performs the supply of the scan, (ii) the amount of impurities parameter values, to indicate that the amount of the impurity is relatively small, it is preferable to perform the supply of the fuel gas in accordance with the second supply mode.

この構成によれば、不純物量パラメータ値が、不純物量が比較的多いことを示す場合には、燃料ガス供給開始のタイミングが第1供給モードに従った比較的遅いタイミングに設定され、不純物量パラメータ値が、不純物量が比較的少ないことを示す場合には、燃料ガス供給開始のタイミングが第2供給モードに従った比較的早いタイミングに設定される。その結果、燃料電池システムの起動に要する時間が過剰に長くなることを抑制しつつ、燃料ガス供給の当初において、燃料電池内部での燃料ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制することが可能となる。   According to this configuration, when the impurity amount parameter value indicates that the impurity amount is relatively large, the fuel gas supply start timing is set to a relatively late timing according to the first supply mode, and the impurity amount parameter is set. When the value indicates that the amount of impurities is relatively small, the fuel gas supply start timing is set to a relatively early timing according to the second supply mode. As a result, while suppressing the time required for starting up the fuel cell system from becoming excessively long, it is possible to suppress an increase in local variation of the fuel gas supply amount inside the fuel cell at the beginning of the fuel gas supply. It becomes possible.

上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記複数の内部燃料ガス流路から外部へ至る、前記複数の内部燃料ガス流路からの排ガスの排出流路と、前記排出流路に設けられた開閉可能な排出弁と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時において、前記第1供給モードに従った前記燃料ガス供給開始の後に、前記排出弁を開けることによって前記排ガスを前記外部に排出する排出処理を実行することとしてもよい。   In each of the fuel cell systems described above, exhaust gas exhaust passages from the plurality of internal fuel gas passages extending from the plurality of internal fuel gas passages to the outside, and openable / closable provided in the exhaust passages A discharge valve, and when the fuel cell system is activated, the control unit opens the discharge valve after the start of the fuel gas supply in accordance with the first supply mode, and thereby releases the exhaust gas to the outside. It is good also as performing the discharge process to discharge.

この構成によれば、燃料ガス供給の当初において、燃料電池内部での燃料ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることが抑制されるので、内部燃料ガス流路からの排ガスに過剰な量の燃料ガスが含まれることが抑制される。その結果、過剰な量の燃料ガスの外部への排出を抑制しつつ、不純物を外部に排出することが可能となる。   According to this configuration, at the beginning of the fuel gas supply, it is suppressed that the local variation in the fuel gas supply amount inside the fuel cell is increased, so that an excessive amount of exhaust gas from the internal fuel gas flow path is excessive. Including fuel gas is suppressed. As a result, impurities can be discharged to the outside while suppressing an excessive amount of fuel gas from being discharged to the outside.

上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記排出処理の前に前記燃料ガス供給部に前記燃料ガスの供給を停止させるとともに、前記燃料ガスの供給が停止した状態で前記排出処理を実行することが好ましい。   In the fuel cell system, the control unit stops the supply of the fuel gas to the fuel gas supply unit before the discharge process, and executes the discharge process in a state where the supply of the fuel gas is stopped. Is preferred.

この構成によれば、供給された燃料ガスがすぐに外部に排出されることを抑制することができる。   According to this structure, it can suppress that the supplied fuel gas is immediately discharged | emitted outside.

上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記排出弁の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に相関のある差圧パラメータ値を測定する差圧パラメータ測定部を備え、前記制御部は、前記排出処理において、前記差圧パラメータ測定部を用いて前記差圧パラメータ値を測定するとともに、前記差圧パラメータ値が、前記差圧が所定の許容差圧以下であることを示す値になるまで、前記排出弁の開状態を続けることとしてもよい。   Each fuel cell system further includes a differential pressure parameter measurement unit that measures a differential pressure parameter value correlated with a differential pressure between an upstream pressure and a downstream pressure of the exhaust valve, and the control unit includes: In the discharge process, the differential pressure parameter value is measured using the differential pressure parameter measurement unit, and the differential pressure parameter value is a value indicating that the differential pressure is equal to or less than a predetermined allowable differential pressure. The open state of the discharge valve may be continued.

この構成によれば、差圧が許容差圧よりも大きい状態で排出弁を閉じる場合と比べて、大量の不純物を外部に排出することができる。   According to this configuration, a large amount of impurities can be discharged to the outside as compared with the case where the discharge valve is closed in a state where the differential pressure is larger than the allowable differential pressure.

なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの起動方法または装置、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、この燃料電池システムを駆動用電源として搭載する車両、等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms, for example, a fuel cell system, a starting method or apparatus for the fuel cell system, a computer program for realizing the functions of these methods or apparatuses, and the computer The present invention can be realized in the form of a recording medium on which the program is recorded, a data signal that includes the computer program and embodied in a carrier wave, a vehicle on which the fuel cell system is mounted as a driving power source, and the like.

次に、本発明の実施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.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variations:

A.第1実施例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。この燃料電池システム900は、燃料電池スタック100と、水素供給システム200と、循環ポンプ400と、排気弁500と、制御部600と、を備えている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a fuel cell system as an embodiment of the present invention. The fuel cell system 900 includes a fuel cell stack 100, a hydrogen supply system 200, a circulation pump 400, an exhaust valve 500, and a control unit 600.

燃料電池スタック100(以下、単に「スタック100」とも呼ぶ)は、図示しない燃料電池セル(「単セル」とも呼ぶ)を複数積層したスタック構造を有する固体高分子電解質型の燃料電池である。図示しない単セルの各々は、内部アノード流路102と、内部カソード流路104とを、内部に備えている(図1では、1つの単セルの内部アノード流路102と内部カソード流路104とが代表して示されている)。内部アノード流路102には、燃料ガスとしての水素ガスが供給される(後述)。内部カソード流路104には、酸素を含む酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池スタック100は、内部アノード流路102を流れる水素と、内部カソード流路104を流れる酸素とを、用いた電気化学反応によって、発電を行う。なお、図1では、カソード側のガスの流路については、図示が省略されている。   The fuel cell stack 100 (hereinafter also simply referred to as “stack 100”) is a solid polymer electrolyte type fuel cell having a stack structure in which a plurality of fuel cells (not shown) (also referred to as “single cells”) are stacked. Each single cell (not shown) includes an internal anode flow channel 102 and an internal cathode flow channel 104 inside (in FIG. 1, the internal anode flow channel 102 and the internal cathode flow channel 104 of one single cell are provided. Is shown as a representative). Hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the internal anode channel 102 (described later). Air as an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the internal cathode channel 104. The fuel cell stack 100 generates power by an electrochemical reaction using hydrogen flowing through the internal anode flow channel 102 and oxygen flowing through the internal cathode flow channel 104. In FIG. 1, the gas flow path on the cathode side is not shown.

水素供給システム200は、水素を貯蔵する水素タンク210と、供給弁220と、調圧弁230と、を有している。水素タンク210は、水素供給路300を介してスタック100の内部アノード流路102に接続されている。水素供給路300には、水素タンク210に近い側から順番に、供給弁220と、調圧弁230とが、設けられている。供給弁220が開状態にある場合には、水素タンク210の水素ガスがスタック100に供給される。供給弁220が閉状態にある場合には、水素ガスの供給が遮断される。調圧弁230は、水素タンク210からの水素ガスの圧力を所定の圧力まで減圧する。調圧弁230の設定、すなわち、減圧後の圧力は、スタック100に接続される負荷(図示せず)の大きさに応じて適宜設定可能である。   The hydrogen supply system 200 includes a hydrogen tank 210 that stores hydrogen, a supply valve 220, and a pressure regulating valve 230. The hydrogen tank 210 is connected to the internal anode flow path 102 of the stack 100 via the hydrogen supply path 300. The hydrogen supply path 300 is provided with a supply valve 220 and a pressure regulating valve 230 in order from the side close to the hydrogen tank 210. When the supply valve 220 is in the open state, the hydrogen gas in the hydrogen tank 210 is supplied to the stack 100. When the supply valve 220 is in the closed state, the supply of hydrogen gas is shut off. The pressure regulating valve 230 reduces the pressure of the hydrogen gas from the hydrogen tank 210 to a predetermined pressure. The setting of the pressure regulating valve 230, that is, the pressure after the pressure reduction can be appropriately set according to the size of a load (not shown) connected to the stack 100.

内部アノード流路102の下流側には、アノードオフガス流路310が接続されている。内部アノード流路102からの排ガス(以下「アノードオフガス」とも呼ぶ)は、アノードオフガス流路310を介してスタック100から排出される。アノードオフガス流路310の下流側は、調圧弁230とスタック100との間の水素供給路300に接続されている(合流点C)。このように、水素供給路300の合流点Cよりも下流側と、アノードオフガス流路310と、の全体は、アノードオフガスを、再び、内部アノード流路102に循環させる循環流路を形成している。   An anode off gas channel 310 is connected to the downstream side of the internal anode channel 102. Exhaust gas from the internal anode channel 102 (hereinafter also referred to as “anode off gas”) is discharged from the stack 100 via the anode off gas channel 310. The downstream side of the anode off-gas flow path 310 is connected to the hydrogen supply path 300 between the pressure regulating valve 230 and the stack 100 (confluence point C). As described above, the entire downstream side of the junction C of the hydrogen supply path 300 and the anode off-gas flow path 310 form a circulation flow path for circulating the anode off-gas to the internal anode flow path 102 again. Yes.

また、アノードオフガス流路310の途中には、循環ポンプ400が設けられている。この循環ポンプ400は、アノードオフガスを強制的に循環させる。発電運転時には、この循環ポンプ400が駆動され、アノードオフガスが、再び、内部アノード流路102に供給される。また、燃料電池システム900の起動時にも、循環ポンプ400が駆動される(後述)。   A circulation pump 400 is provided in the middle of the anode off gas flow path 310. The circulation pump 400 forcibly circulates the anode off gas. During the power generation operation, the circulation pump 400 is driven, and the anode off gas is supplied to the internal anode channel 102 again. The circulation pump 400 is also driven when the fuel cell system 900 is activated (described later).

内部アノード流路102の下流側と循環ポンプ400との間のアノードオフガス流路310には、オフガス排出路320が接続されている。オフガス排出路320の下流端は、大気中に開放されている。このオフガス排出路320は、アノードオフガス流路310を流れるガス、すなわち、アノードオフガスを、内部アノード流路102へ至る循環路(アノードオフガス流路310、水素供給路300)の外部に排出するためのガス流路である。また、このオフガス排出路320には、排気弁500が設けられている。   An offgas discharge path 320 is connected to the anode offgas flow path 310 between the downstream side of the internal anode flow path 102 and the circulation pump 400. The downstream end of the off-gas discharge path 320 is open to the atmosphere. The off-gas discharge path 320 is for discharging the gas flowing through the anode off-gas flow path 310, that is, the anode off-gas, to the outside of the circulation path (the anode off-gas flow path 310 and the hydrogen supply path 300) to the internal anode flow path 102. It is a gas flow path. Further, an exhaust valve 500 is provided in the off-gas discharge path 320.

ところで、アノードオフガスには、不純物が含まれる場合がある。不純物としては、例えば、電気化学反応によって生成された水分や、内部カソード流路104から電解質層(図示せず)を透過して内部アノード流路102へ到達した窒素、水分等がある。本明細書において、内部アノード流路102における不純物とは、電気化学反応に用いられる燃料成分(例えば、水素)以外の成分を意味する。このような不純物は消費されずに残留する。従って、アノードオフガス中の不純物の量は徐々に増加する。ここで、排気弁500を開くと、不純物を含むガスが、アノードオフガス流路310から外部に排出される。その結果、内部アノード流路102を流れるガス中の不純物の量を少なくすることが可能となる。制御部600は、排気弁500を間欠的に開閉させることによって、不純物量が過剰に多くなることを防止している。以下、排気弁500を開けてガスを排出する排出処理のことを「パージ処理」とも呼ぶ。   Incidentally, the anode off gas may contain impurities. Examples of the impurities include moisture generated by an electrochemical reaction, nitrogen that has permeated through an electrolyte layer (not shown) from the internal cathode channel 104 and reached the internal anode channel 102, moisture, and the like. In the present specification, the impurities in the internal anode channel 102 mean components other than the fuel component (for example, hydrogen) used in the electrochemical reaction. Such impurities remain without being consumed. Therefore, the amount of impurities in the anode off gas gradually increases. Here, when the exhaust valve 500 is opened, a gas containing impurities is exhausted from the anode off-gas flow path 310 to the outside. As a result, the amount of impurities in the gas flowing through the internal anode channel 102 can be reduced. The controller 600 prevents the amount of impurities from excessively increasing by opening and closing the exhaust valve 500 intermittently. Hereinafter, the discharge process of opening the exhaust valve 500 and discharging the gas is also referred to as “purge process”.

制御部600は、燃料電池システム900を構成する各構成要素からデータ信号を受信するとともに、各構成要素に駆動信号を出力することによって、燃料電池システム900の全体の運転状態を制御する(後述)。制御部600はCPUとメモリとを有しており、コンピュータプログラムを実行することによって種々の機能を実現する。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で供給され得る。また、制御部600の機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。また、制御部600には、タイマ610が接続されている。制御部600は、このタイマ610を用いることによって、種々の時間を測定可能である(後述)。   The control unit 600 controls the overall operation state of the fuel cell system 900 by receiving a data signal from each component constituting the fuel cell system 900 and outputting a drive signal to each component (described later). . The control unit 600 includes a CPU and a memory, and implements various functions by executing computer programs. Such a computer program can be supplied in a form recorded on a computer-readable recording medium. Further, part or all of the functions of the control unit 600 may be realized by hardware. In addition, a timer 610 is connected to the control unit 600. The controller 600 can measure various times by using the timer 610 (described later).

図2は、燃料電池システム900の起動処理の比較例の概要を示す説明図である。燃料電池システム900の状態は、起動処理において、図2の(A)(B)(C)(D)という順に変化する。以下、図2の(A)部分を「図2(A)」と示す。他の部分(B)〜(D)と、後述する図3の各部分(A)〜(D)についても同様である。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a comparative example of the startup process of the fuel cell system 900. The state of the fuel cell system 900 changes in the order of (A), (B), (C), and (D) in FIG. Hereinafter, the part (A) of FIG. 2 is referred to as “FIG. 2 (A)”. The same applies to the other parts (B) to (D) and the parts (A) to (D) of FIG.

図2の各部分(A)〜(D)の燃料電池スタック100には、複数の単セルのうちの3つの単セルの内部アノード流路102a、102b、102cが、代表して示されている。各流路102a、102b、102cの上流側は合流して水素供給路300に接続されている。ここで、第1内部アノード流路102aと第3内部アノード流路102cとは、第2内部アノード流路102bと比べて、水素供給路300から遠い位置に配置されている。一方、各流路102a、102b、102cの下流側は合流してアノードオフガス流路310に接続されている。また、第1内部アノード流路102aと第3内部アノード流路102cとは、第2内部アノード流路102bと比べて、アノードオフガス流路310から遠い位置に配置されている。   In the fuel cell stack 100 in each of the parts (A) to (D) of FIG. 2, the internal anode flow paths 102a, 102b, and 102c of three single cells among the plurality of single cells are representatively shown. . The upstream sides of the flow paths 102 a, 102 b, 102 c merge and are connected to the hydrogen supply path 300. Here, the first internal anode flow path 102a and the third internal anode flow path 102c are disposed at a position farther from the hydrogen supply path 300 than the second internal anode flow path 102b. On the other hand, the downstream sides of the respective flow paths 102 a, 102 b, 102 c merge and are connected to the anode offgas flow path 310. Further, the first internal anode flow channel 102a and the third internal anode flow channel 102c are disposed at a position farther from the anode off-gas flow channel 310 than the second internal anode flow channel 102b.

図2(A)は、起動前、すなわち、停止状態の燃料電池システム900を示している。この停止状態では、供給弁220と排気弁500とは閉じられている。また、内部アノード流路102には、不純物が蓄積している。このような不純物としては、例えば、内部カソード流路(図示せず)から電解質(図示せず)を透過して内部アノード流路102に移動した窒素がある。   FIG. 2 (A) shows the fuel cell system 900 before starting, that is, in a stopped state. In this stop state, the supply valve 220 and the exhaust valve 500 are closed. Further, impurities are accumulated in the internal anode channel 102. Such impurities include, for example, nitrogen that has passed through the electrolyte (not shown) from the internal cathode channel (not shown) and moved to the internal anode channel 102.

水素タンク210と供給弁220との間の水素供給路300にはハッチングが付されている。このハッチングは、その流路部分内のガスの水素濃度が、ハッチングの無い流路部分内のガスの水素濃度と比べて高いことを示している。換言すれば、ハッチングの付された流路部分内のガスの不純物濃度は、ハッチングの無い流路部分内のガスの不純物濃度と比べて低い。これは、図2の他の部分や、後述する図3についても同様である。   The hydrogen supply path 300 between the hydrogen tank 210 and the supply valve 220 is hatched. This hatching indicates that the hydrogen concentration of the gas in the channel portion is higher than the hydrogen concentration of the gas in the channel portion without hatching. In other words, the impurity concentration of the gas in the channel portion with hatching is lower than the impurity concentration of the gas in the channel portion without hatching. The same applies to other parts of FIG. 2 and FIG. 3 described later.

起動処理の比較例では、まず、制御部600(図1)は、供給弁220を開け、スタック100に水素を供給する。すると、燃料電池システム900は、図2(B)に示す状態となる。水素は水素供給路300を介してスタック100に供給される。   In the comparative example of the startup process, first, the control unit 600 (FIG. 1) opens the supply valve 220 and supplies hydrogen to the stack 100. Then, the fuel cell system 900 is in a state shown in FIG. Hydrogen is supplied to the stack 100 via the hydrogen supply path 300.

次に制御部600は、循環ポンプ400を駆動させる。すると、燃料電池システム900は、図2(C)に示す状態となる。循環ポンプ400は、スタック100からのアノードオフガスを強制的に循環させる。   Next, the control unit 600 drives the circulation pump 400. Then, the fuel cell system 900 is in the state shown in FIG. The circulation pump 400 forcibly circulates the anode off gas from the stack 100.

図2(C)の例では、スタック100に供給された水素は、第2内部アノード流路102bを通り抜けてアノードオフガス流路310に排出されている。一方、他の内部アノード流路102a、102cには、不純物が残っている。この理由は以下の通りである。内部アノード流路102a、102cは、第2内部アノード流路102bと比べて、水素供給路300とアノードオフガス流路310とから遠い。換言すれば、水素供給路300からアノードオフガス流路310へ至る流路の長さは、第2内部アノード流路102bを通る場合よりも、他の内部アノード流路102a、102cを通る場合の方が長い。従って、水素は、第2内部アノード流路102bを流れる場合の方が、他の内部アノード流路102a、102cを流れる場合よりも、流路内の不純物を押し出しやすい。すると、水素は先に第2内部アノード流路102bを通り抜け、また、他の内部アノード流路102a、102cには、水素が遅れて流れることとなる。すなわち、循環の当初には、内部アノード流路102a、102cには、不純物が残ることとなる。   In the example of FIG. 2C, the hydrogen supplied to the stack 100 passes through the second internal anode channel 102b and is discharged to the anode off-gas channel 310. On the other hand, impurities remain in the other internal anode channels 102a and 102c. The reason is as follows. The internal anode channels 102a and 102c are farther from the hydrogen supply channel 300 and the anode offgas channel 310 than the second internal anode channel 102b. In other words, the length of the flow path from the hydrogen supply path 300 to the anode off-gas flow path 310 is longer when passing through the other internal anode flow paths 102a and 102c than when passing through the second internal anode flow path 102b. Is long. Therefore, hydrogen tends to push out impurities in the flow path when flowing through the second internal anode flow path 102b than when flowing through the other internal anode flow paths 102a and 102c. Then, hydrogen first passes through the second internal anode flow path 102b, and hydrogen flows through the other internal anode flow paths 102a and 102c with a delay. That is, at the beginning of the circulation, impurities remain in the internal anode channels 102a and 102c.

次に、制御部600は、排気弁500を開けて、不純物を排出させる。すると、燃料電池システム900は、図2(D)に示す状態となる。図2(D)に示す例では、内部アノード流路102a、102c内に不純物が残っている。その結果、オフガス排出路320からは、水素濃度が高いガスが排出されるおそれがある。   Next, the controller 600 opens the exhaust valve 500 to discharge impurities. Then, the fuel cell system 900 is in the state shown in FIG. In the example shown in FIG. 2D, impurities remain in the internal anode channels 102a and 102c. As a result, gas with a high hydrogen concentration may be discharged from the off-gas discharge path 320.

以後、制御部600は、所定の時間だけ排気弁500を開ける処理を、所定のタイミングで繰り返し実行する。すると、不純物が排出され、その代わりに、燃料ガスが供給されるので、内部アノード流路102を循環するガスの水素濃度が上昇する。そして、制御部600は、スタック100に発電を開始させる。なお、単セルの内部アノード流路内に不純物が残っていると、その単セルで発電を開始できない場合がある。そこで、全ての単セルに速やかに水素を供給するために、起動時における調圧弁230の設定圧力(すなわち、スタック100に供給される燃料ガスの圧力)を、通常の発電運転時での圧力よりも高い値に設定する場合もある。   Thereafter, the control unit 600 repeatedly executes the process of opening the exhaust valve 500 for a predetermined time at a predetermined timing. Then, the impurities are discharged, and instead, the fuel gas is supplied, so that the hydrogen concentration of the gas circulating in the internal anode channel 102 increases. Then, the control unit 600 causes the stack 100 to start power generation. If impurities remain in the internal anode channel of a single cell, power generation may not be started in that single cell. Therefore, in order to quickly supply hydrogen to all the single cells, the set pressure of the pressure regulating valve 230 at the time of startup (that is, the pressure of the fuel gas supplied to the stack 100) is set to be higher than the pressure during normal power generation operation. May be set to a higher value.

図3は、第1実施例における燃料電池システム900の起動処理の概要を示す説明図である。また、図4は、第1実施例における燃料電池システム900の起動処理の手順を示すフローチャートである。この起動処理において、燃料電池システム900の状態は、図3の(A)(B)(C)(D)という順に変化する。図3の各部分(A)〜(D)には、図2と同様の燃料電池システム900が示されている。また、流路に付されたハッチングの意味は、図2でのハッチングと同じである。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an overview of the startup process of the fuel cell system 900 in the first embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the startup process of the fuel cell system 900 in the first embodiment. In this activation process, the state of the fuel cell system 900 changes in the order of (A), (B), (C), and (D) in FIG. Each part (A) to (D) of FIG. 3 shows a fuel cell system 900 similar to that of FIG. Moreover, the meaning of the hatching attached to the flow path is the same as the hatching in FIG.

最初のステップS100(図4)では、制御部600(図1)は、まず、循環ポンプ400の駆動を開始させる。すると、内部アノード流路102やアノードオフガス流路310、水素供給路300の内に溜まっていたガス(不純物)が循環し始める。   In the first step S100 (FIG. 4), the control unit 600 (FIG. 1) first starts driving the circulation pump 400. Then, the gas (impurities) accumulated in the internal anode channel 102, the anode off gas channel 310, and the hydrogen supply channel 300 starts to circulate.

次のステップS110では、制御部600は、循環ポンプ400の運転時間を測定し、この運転時間が所定時間以上となるまで待つ。すると、燃料電池システム900は、図3(A)に示す状態となる。この段階では、供給弁220と排気弁500とは、閉じられたままである。また、いずれの内部アノード流路102a、102b、102cにも、ガス(不純物)が循環している。循環ポンプ400が駆動を開始すると、図2(C)に示す例と同様に、循環ポンプ400によってスタック100供給されたガス(不純物)は、最初に、第2内部アノード流路102bを通り抜ける。そして、時間の経過とともに、他の内部アノード流路102a、102c内に溜まっていたガスも流れはじめる。所定時間の経過後には、いずれの内部アノード流路102a、102b、102cにも、ガスが循環する。ここで、所定時間は、各セルの内部アノード流路をガスが循環するのに十分な時間となるように、予め実験に基づいて定めておくことが可能である(例えば、3秒程度)。   In the next step S110, the control unit 600 measures the operation time of the circulation pump 400 and waits until the operation time reaches a predetermined time or more. Then, the fuel cell system 900 is in the state shown in FIG. At this stage, the supply valve 220 and the exhaust valve 500 remain closed. Further, gas (impurities) circulates in any of the internal anode flow paths 102a, 102b, 102c. When the circulation pump 400 starts driving, the gas (impurities) supplied by the stack 100 by the circulation pump 400 first passes through the second internal anode channel 102b, as in the example shown in FIG. Then, as time passes, the gas accumulated in the other internal anode channels 102a and 102c also starts to flow. After the elapse of the predetermined time, the gas circulates in any of the internal anode channels 102a, 102b, 102c. Here, the predetermined time can be determined in advance based on experiments (for example, about 3 seconds) so as to be sufficient time for the gas to circulate through the internal anode channel of each cell.

次のステップS120では、制御部600は、供給弁220を開ける。水素は、水素供給路300を介してスタック100に供給される。すると、燃料電池システム900は、図3(B)に示す状態となる。この際、水素は、循環ポンプ400によって供給されたガス(不純物)と混合された後に、スタック100に供給される。なお、合流点Cよりも下流側の水素供給路300では、水素濃度が不純物との混合によって低くなる。従って、合流点Cよりも下流側の水素供給路300に付されたハッチングは、上流側よりも薄くなっている。   In the next step S120, the control unit 600 opens the supply valve 220. Hydrogen is supplied to the stack 100 via the hydrogen supply path 300. Then, the fuel cell system 900 is in a state shown in FIG. At this time, hydrogen is mixed with the gas (impurities) supplied by the circulation pump 400 and then supplied to the stack 100. In the hydrogen supply path 300 downstream from the junction C, the hydrogen concentration is lowered by mixing with impurities. Therefore, the hatching attached to the hydrogen supply path 300 downstream from the junction C is thinner than the upstream side.

スタック100に供給された水素は、各セルの内部アノード流路に供給される。第1実施例では、循環ポンプ400の運転時間が所定時間以上となった後に、すなわち、ガスが各セルの内部アノード流路を循環するようになった後に、水素が供給される。従って、スタック100に供給されたガスは、スムーズに、各セルの内部アノード流路を通り抜けることができる。その結果、水素は、図2に示す比較例のように一部の内部アノード流路に偏ることなく、各セルの内部アノード流路に供給される。すると、燃料電池システム900は、図3(C)に示す状態となる。図3(C)の例では、3つの内部アノード流路102a、102b、102cのいずれにおいても、水素が通り抜けている。また、いずれの内部アノード流路102a、102b、102cからも、不純物が排出されている。このように、第1実施例では、比較例と比べて、水素供給の当初において、排出されずにスタック100内に残る不純物の量を少なくすることが可能となる。その結果、スタック100を循環するガスの水素濃度は、比較例と比べて低くなる。   The hydrogen supplied to the stack 100 is supplied to the internal anode channel of each cell. In the first embodiment, hydrogen is supplied after the operation time of the circulation pump 400 reaches a predetermined time or more, that is, after the gas circulates through the internal anode flow path of each cell. Therefore, the gas supplied to the stack 100 can smoothly pass through the internal anode channel of each cell. As a result, hydrogen is supplied to the internal anode flow paths of each cell without being biased to some internal anode flow paths as in the comparative example shown in FIG. Then, the fuel cell system 900 is in a state shown in FIG. In the example of FIG. 3C, hydrogen passes through any of the three internal anode channels 102a, 102b, 102c. Impurities are discharged from any of the internal anode channels 102a, 102b, 102c. Thus, in the first embodiment, compared to the comparative example, it is possible to reduce the amount of impurities remaining in the stack 100 without being discharged at the beginning of hydrogen supply. As a result, the hydrogen concentration of the gas circulating in the stack 100 is lower than that in the comparative example.

次のステップS130では、制御部600は、排出処理を開始する。第1実施例では、制御部600は、排気弁500を所定の時間だけ開けた後に再び閉じる処理(以下「一定時間パージ処理」とも呼ぶ)を、所定のタイミングで繰り返し実行する。制御部600が排気弁500を開けると、燃料電池システム900は、図3(D)に示す状態となる。図3(D)に示す第1実施例では、図2に示す比較例と比べて、不純物濃度が高く水素濃度が低いガスが排出される。なお、不純物が排出されると、その代わりに、燃料ガスが供給されるので、内部アノード流路102を循環するガスの水素濃度は上昇する。   In the next step S130, the control unit 600 starts the discharge process. In the first embodiment, the control unit 600 repeatedly executes a process of closing the exhaust valve 500 after opening the exhaust valve 500 for a predetermined time (hereinafter also referred to as “predetermined time purge process”) at a predetermined timing. When the control unit 600 opens the exhaust valve 500, the fuel cell system 900 is in the state shown in FIG. In the first embodiment shown in FIG. 3D, a gas having a high impurity concentration and a low hydrogen concentration is discharged as compared with the comparative example shown in FIG. When impurities are discharged, fuel gas is supplied instead, so that the hydrogen concentration of the gas circulating in the internal anode channel 102 increases.

次のステップS140では、制御部600は、スタック100に発電を開始させる。例えば、制御部600は、スタック100と負荷(図示せず)とを電気的に接続可能なスイッチ(図示せず)を「オン」に切り替えて、発電電力を負荷に供給する。   In the next step S140, the control unit 600 causes the stack 100 to start power generation. For example, the control unit 600 switches a switch (not shown) that can electrically connect the stack 100 and a load (not shown) to “on” and supplies generated power to the load.

以上のように、第1実施例では、予め、循環ポンプ400をゼロより大きな所定時間だけ駆動させた後に、水素ガスの供給を行うので、水素ガス供給当初において、燃料電池内部での水素ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制することができる。その結果、排気弁500が開けられる際に、外部に排出されるガスの水素濃度が過剰に高くなることを抑制できる。すなわち、発電に寄与せずに排出される水素の量が過剰に多くなることを防止できる。また、一部のセルに供給される水素量が過剰に少なくなることが抑制されるので、一部のセルで発電が開始できなくなることを抑制することもできる。その結果、スタック100に供給される燃料ガスの圧力を過剰に高くせずに、燃料電池システム900を起動させることが可能となる。   As described above, in the first embodiment, since the hydrogen gas is supplied after the circulation pump 400 is driven for a predetermined time larger than zero in advance, the hydrogen gas is supplied inside the fuel cell at the beginning of the hydrogen gas supply. An increase in local variation in amount can be suppressed. As a result, when the exhaust valve 500 is opened, it is possible to suppress an excessive increase in the hydrogen concentration of the gas discharged to the outside. That is, it is possible to prevent an excessive amount of hydrogen discharged without contributing to power generation. Moreover, since it is suppressed that the amount of hydrogen supplied to one part cell decreases excessively, it can also suppress that it becomes impossible to start electric power generation in one part cell. As a result, the fuel cell system 900 can be activated without excessively increasing the pressure of the fuel gas supplied to the stack 100.

なお、水素供給(図4:ステップS120)後の内部アノード流路102内の水素濃度が、起動処理の直前(すなわち、起動処理の開始時)の水素濃度に拘わらずに、発電を開始するのに十分に高い場合には、排出処理(ステップS130)を省略してもよい。   Note that power generation is started regardless of the hydrogen concentration in the internal anode channel 102 after the hydrogen supply (FIG. 4: step S120), immediately before the startup process (that is, at the start of the startup process). If it is sufficiently high, the discharge process (step S130) may be omitted.

B.第2実施例:
図5は、第2実施例における燃料電池システム900の起動処理の手順を示すフローチャートである。図4に示す第1実施例の起動処理との差違は、2点ある。1つ目の差違は、制御部600が、供給弁220を閉じた状態で、排出処理を実行する点である。2つ目の差違は、排出処理において制御部600(図1)が排気弁500を開ける時間(以下「開放時間」とも呼ぶ)が、アノードオフガスを十分に排出できるような長い時間に設定されている点である。燃料電池システムの構成は、第1実施例の燃料電池システム900(図1)と同じである。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the startup process of the fuel cell system 900 in the second embodiment. There are two differences from the activation process of the first embodiment shown in FIG. The first difference is that the controller 600 executes the discharge process with the supply valve 220 closed. The second difference is that the time during which the control unit 600 (FIG. 1) opens the exhaust valve 500 (hereinafter also referred to as “opening time”) in the discharge process is set to a long time that can sufficiently discharge the anode off-gas. It is a point. The configuration of the fuel cell system is the same as that of the fuel cell system 900 (FIG. 1) of the first embodiment.

ステップS200〜S220の処理は、図4のステップS100〜S120と、それぞれ同じである。   The processes in steps S200 to S220 are the same as steps S100 to S120 in FIG.

スタック100(図1)へ水素を供給したら(S220)、制御部600は、次のステップS230で供給弁220を閉じ、次のステップS240で、排気弁500を開ける。そして、次のステップS245で、制御部600は、排気弁500を開けてからの経過時間を測定する。この経過時間は、排気弁500の開状態が維持されている時間である(開放時間)。制御部600は、この開放時間が所定の排出時間以上となるのを待つ。   When hydrogen is supplied to the stack 100 (FIG. 1) (S220), the control unit 600 closes the supply valve 220 in the next step S230, and opens the exhaust valve 500 in the next step S240. Then, in the next step S245, the control unit 600 measures an elapsed time after opening the exhaust valve 500. This elapsed time is a time during which the exhaust valve 500 is kept open (open time). The control unit 600 waits for the opening time to be equal to or longer than a predetermined discharge time.

第2実施例では、所定の排出時間は、アノードオフガスを十分に排出できるような長い時間に予め設定されている。一方、オフガス排出路320(図1)の排気弁500よりも下流側の圧力は大気圧(約100kPa)と同じである。ステップS240、S245では、オフガス排出路320の排気弁500よりも上流側の圧力が、下流側の圧力(大気圧)とほぼ同じとなるまで、アノードオフガスが排出される。   In the second embodiment, the predetermined discharge time is set in advance to a long time that can sufficiently discharge the anode off gas. On the other hand, the pressure on the downstream side of the exhaust valve 500 in the off-gas discharge path 320 (FIG. 1) is the same as the atmospheric pressure (about 100 kPa). In steps S240 and S245, the anode off-gas is discharged until the pressure on the upstream side of the exhaust valve 500 in the off-gas discharge path 320 is substantially the same as the pressure on the downstream side (atmospheric pressure).

アノードオフガスを外部に排出したら、制御部600(図1)は、次のステップS250で、排気弁500を閉じ、次のステップS260で、供給弁220を開ける。すると、水素がスタック100に供給される。次のステップS270では、制御部600は、スタック100に発電を開始させる。   When the anode off gas is discharged to the outside, the controller 600 (FIG. 1) closes the exhaust valve 500 in the next step S250, and opens the supply valve 220 in the next step S260. Then, hydrogen is supplied to the stack 100. In the next step S270, the control unit 600 causes the stack 100 to start power generation.

以上のように、第2実施例の起動処理では、制御部600は、供給弁220を閉じた状態で(すなわち、燃料ガスの供給を停止させた状態で)、排出処理を実行している。その結果、供給された水素が直ぐに外部に排出されることを抑制できる。さらに、第2実施例では、制御部600は、排気弁500が開いている間は、供給弁220を閉じることとしている。その結果、供給された水素が直ぐに外部に排出されることをさらに抑制できる。ただし、排気弁500を閉じる前に供給弁220を開けることとしてもよい。   As described above, in the startup process of the second embodiment, the control unit 600 executes the discharge process with the supply valve 220 closed (that is, with the supply of fuel gas stopped). As a result, the supplied hydrogen can be prevented from being immediately discharged to the outside. Furthermore, in the second embodiment, the control unit 600 closes the supply valve 220 while the exhaust valve 500 is open. As a result, it is possible to further suppress the supplied hydrogen from being immediately discharged to the outside. However, the supply valve 220 may be opened before the exhaust valve 500 is closed.

また、第2実施例の排出処理では、開放時間がアノードオフガスを十分に排出できるような長い時間(所定の排出時間)に設定されている。特に、第2実施例の排出処理では、この所定の排出時間が、排気弁500(図1)を開けてから、排気弁500の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が所定の許容差圧以下となるまでの時間に設定されている。すなわち、差圧が許容差圧以下となるまで排気弁500が開けられる(以下、開放時間がこのような排出時間以上である排出処理を「低差圧排出処理」とも呼ぶ)。その結果、差圧が許容差圧よりも高い状態で排気弁500を閉じる排出処理(以下、「高差圧排出処理」と呼ぶ)と比べて、大量の不純物を外部に排出することができる。従って、第2実施例では、高差圧排出処理と水素の供給とを繰り返す場合と比べて、発電に寄与せずに外部に排出される水素の量が過剰に多くなることを防止しつつ、内部アノード流路102を循環するガスの水素濃度を高めることが可能となる。なお、本実施例では、開放時間が「差圧パラメータ値」に相当する。また、制御部600とタイマ610との全体が「差圧パラメータ測定部」に相当する。   In the discharge process of the second embodiment, the open time is set to a long time (predetermined discharge time) that can sufficiently discharge the anode off gas. In particular, in the discharge process of the second embodiment, the predetermined discharge time is determined by the difference between the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the exhaust valve 500 after the exhaust valve 500 (FIG. 1) is opened. It is set to the time until the pressure becomes less than the allowable differential pressure. That is, the exhaust valve 500 is opened until the differential pressure becomes equal to or lower than the allowable differential pressure (hereinafter, the discharge process in which the open time is longer than the discharge time is also referred to as “low differential pressure discharge process”). As a result, a larger amount of impurities can be discharged to the outside as compared with the discharge process (hereinafter referred to as “high differential pressure discharge process”) in which the exhaust valve 500 is closed in a state where the differential pressure is higher than the allowable differential pressure. Therefore, in the second embodiment, compared with the case where the high differential pressure discharge process and the supply of hydrogen are repeated, the amount of hydrogen discharged outside without contributing to power generation is prevented from being excessively increased. It becomes possible to increase the hydrogen concentration of the gas circulating in the internal anode channel 102. In this embodiment, the opening time corresponds to the “differential pressure parameter value”. The entire control unit 600 and timer 610 correspond to a “differential pressure parameter measurement unit”.

ここで、許容差圧は、排気弁500の下流側の圧力と比べて小さいことが好ましい。例えば、下流側の圧力の10分の1以下の値を採用可能である(例えば、10kPa)。なお、差圧が許容差圧以下となるまでの時間(所定の排出時間)は、予め実験的に定めておくことが可能である。   Here, it is preferable that the allowable pressure difference is smaller than the pressure on the downstream side of the exhaust valve 500. For example, a value of 1/10 or less of the downstream pressure can be adopted (for example, 10 kPa). The time until the differential pressure becomes equal to or less than the allowable differential pressure (predetermined discharge time) can be experimentally determined in advance.

なお、排出処理を終了するタイミング(排気弁500を閉じるタイミング)の決定に用いるパラメータ値としては、開放時間に限らず、排気弁500の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に相関のある種々のパラメータ値(差圧パラメータ値)を採用可能である。例えば、オフガス排出路320の排気弁500よりも上流側と下流側とのそれぞれに圧力センサを設けることができる。この場合には、これらの圧力センサの測定値から得られる差圧を採用可能である。いずれの場合も、制御部600は、排出処理において、差圧パラメータ測定部を用いて差圧パラメータ値を測定し、差圧パラメータ値が、差圧が所定の許容差圧以下であることを示す値になるまで、排気弁500の開状態を続けることが好ましい。   The parameter value used for determining the timing for ending the exhaust process (timing for closing the exhaust valve 500) is not limited to the opening time, but is correlated with the differential pressure between the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the exhaust valve 500. It is possible to adopt various parameter values (differential pressure parameter values). For example, a pressure sensor can be provided on each of the upstream side and the downstream side of the exhaust valve 500 of the off gas discharge path 320. In this case, a differential pressure obtained from the measured values of these pressure sensors can be employed. In any case, in the discharge process, the control unit 600 measures the differential pressure parameter value using the differential pressure parameter measurement unit, and the differential pressure parameter value indicates that the differential pressure is equal to or less than a predetermined allowable differential pressure. It is preferable to keep the exhaust valve 500 open until the value is reached.

なお、図5に示す起動処理において、開放時間が上述したような排出時間よりも短くても良い。いずれの場合も、制御部600は、排出処理での開放時間の長さに関わらずに、燃料ガスの供給を停止させた状態で排出処理を実行することが好ましい。   In the activation process shown in FIG. 5, the opening time may be shorter than the discharging time as described above. In any case, it is preferable that the control unit 600 executes the discharge process in a state in which the supply of the fuel gas is stopped regardless of the length of the open time in the discharge process.

一方、制御部600が、燃料ガスを供給している状態で、排出処理を実行することとしてもよい。例えば、図5に示す起動処理において、ステップS230を省略してもよい。この場合には、排出処理によって排気弁500の上流側の圧力が十分に下がるように、燃料ガスの供給速度(単位時間あたりの供給量)を小さい値に設定しておくことが好ましい。例えば、供給弁220の開度を小さくすることによって、供給速度を小さくすることができる。   On the other hand, the control unit 600 may perform the discharge process while supplying the fuel gas. For example, step S230 may be omitted in the startup process shown in FIG. In this case, it is preferable to set the fuel gas supply speed (supply amount per unit time) to a small value so that the pressure on the upstream side of the exhaust valve 500 is sufficiently lowered by the discharge process. For example, the supply speed can be reduced by reducing the opening degree of the supply valve 220.

ところで、制御部600が、内部アノード流路102における水素濃度に応じて、排出処理(ステップS240)を実行するか否かを判断することとしてもよい。例えば、制御部600が、水素濃度が所定のしきい値以上となるまで、ステップS230〜S260の処理を、繰り返し実行する構成を採用可能である。   Incidentally, the control unit 600 may determine whether or not to execute the discharge process (step S240) according to the hydrogen concentration in the internal anode channel 102. For example, it is possible to employ a configuration in which the control unit 600 repeatedly executes the processes of steps S230 to S260 until the hydrogen concentration becomes a predetermined threshold value or more.

水素濃度の取得方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、燃料電池システム900(例えば、水素供給路300やアノードオフガス流路310)に、内部アノード流路102を循環するガスの水素濃度を測定する水素濃度センサを設けることができる。制御部600は、この水素濃度センサの測定値を、水素濃度として採用可能である。   Various methods can be adopted as a method for obtaining the hydrogen concentration. For example, the fuel cell system 900 (for example, the hydrogen supply path 300 or the anode off-gas flow path 310) can be provided with a hydrogen concentration sensor that measures the hydrogen concentration of the gas circulating in the internal anode flow path 102. The controller 600 can employ the measurement value of the hydrogen concentration sensor as the hydrogen concentration.

また、測定値の代わりに、水素濃度の推定値を用いる方法を採用してもよい。図6は、燃料電池システム900の運転を最後に停止してからの経過時間(以下「停止時間」とも呼ぶ)と、内部アノード流路102内の水素分圧と、内部アノード流路102内の窒素分圧と、の対応関係(以下「時間分圧関係」とも呼ぶ)の一例を示すグラフである。横軸は経過時間(停止時間)を示し、縦軸は分圧を示している。また、実線のグラフは、水素分圧を示し、破線のグラフは窒素分圧を示している。   Moreover, you may employ | adopt the method of using the estimated value of hydrogen concentration instead of a measured value. FIG. 6 shows the elapsed time since the last stop of the operation of the fuel cell system 900 (hereinafter also referred to as “stop time”), the hydrogen partial pressure in the internal anode channel 102, and the internal pressure in the internal anode channel 102. It is a graph which shows an example of correspondence (it is also called "time partial pressure relationship" hereafter) with nitrogen partial pressure. The horizontal axis represents elapsed time (stop time), and the vertical axis represents partial pressure. The solid line graph indicates the hydrogen partial pressure, and the broken line graph indicates the nitrogen partial pressure.

燃料電池システム900の運転が停止すると、内部アノード流路102内の水素が、スタック100の電解質層を透過して内部カソード流路104へ移動するので、内部アノード流路102内の水素分圧が徐々に低くなる。さらに、内部カソード流路104内の窒素が、電解質層を透過して内部アノード流路102へ移動するので、内部アノード流路102内の窒素の分圧が徐々に高くなる。このような時間分圧関係は、予め実験的に求めておくことが可能である。また、実験的に設定された時間分圧関係を、制御部600のメモリ(図示せず)に予め格納しておくこともできる。こうすれば、制御部600は、時間分圧関係を参照することによって、起動処理の開始時における水素分圧と窒素分圧とを推定可能である。さらに、制御部600は、こうして得られた水素分圧推定値と窒素分圧推定値とに加えて、調圧弁230の設定圧力を用いることによって、起動処理における水素濃度を推定することができる。   When the operation of the fuel cell system 900 is stopped, hydrogen in the internal anode channel 102 passes through the electrolyte layer of the stack 100 and moves to the internal cathode channel 104, so that the hydrogen partial pressure in the internal anode channel 102 is reduced. Gradually lower. Furthermore, since nitrogen in the internal cathode channel 104 passes through the electrolyte layer and moves to the internal anode channel 102, the partial pressure of nitrogen in the internal anode channel 102 gradually increases. Such a time partial pressure relationship can be experimentally obtained in advance. In addition, the experimentally set time division relationship can be stored in advance in a memory (not shown) of the control unit 600. In this way, the control unit 600 can estimate the hydrogen partial pressure and the nitrogen partial pressure at the start of the startup process by referring to the time partial pressure relationship. Further, the control unit 600 can estimate the hydrogen concentration in the startup process by using the set pressure of the pressure regulating valve 230 in addition to the hydrogen partial pressure estimated value and the nitrogen partial pressure estimated value thus obtained.

図7は、制御部600が、起動処理において水素濃度を推定する様子を示す概略図である。図7の例では、水素濃度として、内部アノード流路102内の全圧に対する水素分圧の比率(以下「水素分圧比」と呼ぶ)を用いることとしている。また、この水素分圧比が所定比率(例えば、70%)以上で発電を開始することとしている。また、起動処理における調圧弁230の設定圧力(すなわち、水素供給後の内部アノード流路102の全圧)が200kPaであることとしている。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating how the control unit 600 estimates the hydrogen concentration in the startup process. In the example of FIG. 7, the ratio of the hydrogen partial pressure to the total pressure in the internal anode channel 102 (hereinafter referred to as “hydrogen partial pressure ratio”) is used as the hydrogen concentration. Further, power generation is started when the hydrogen partial pressure ratio is a predetermined ratio (for example, 70%) or more. In addition, the set pressure of the pressure regulating valve 230 in the startup process (that is, the total pressure of the internal anode channel 102 after the supply of hydrogen) is 200 kPa.

図7の例では、起動処理の開始時において、水素分圧推定値が0kPaで、窒素分圧推定値が100kPaである。これらの推定値は、時間分圧関係(図6)と停止時間測定値とから得られたものである。他の成分(例えば、酸素)の分圧については、十分に小さいので省略することとする。この状態で供給弁220が開けられると(図5:ステップS220)、スタック100(内部アノード流路102)が水素によって加圧され、全圧が200kPaとなる。ここで、窒素分圧は変わらないので、制御部600は、全圧(200kPa)から窒素分圧(100kPa)を差し引いた残り(100kPa)が水素分圧であると推定できる。また、制御部600は、水素分圧比が50%であると推定できる。この水素分圧比推定値(50%)は、所定比率(70%)未満であるので、制御部600は、供給弁220を閉じて(S230)、排出処理(S240)を実行する。   In the example of FIG. 7, the estimated hydrogen partial pressure is 0 kPa and the nitrogen partial pressure estimated value is 100 kPa at the start of the startup process. These estimated values are obtained from the time partial pressure relationship (FIG. 6) and the measured stop time value. The partial pressure of other components (for example, oxygen) will be omitted because it is sufficiently small. When the supply valve 220 is opened in this state (FIG. 5: Step S220), the stack 100 (inner anode flow path 102) is pressurized with hydrogen, and the total pressure becomes 200 kPa. Here, since the nitrogen partial pressure does not change, the controller 600 can estimate that the remainder (100 kPa) obtained by subtracting the nitrogen partial pressure (100 kPa) from the total pressure (200 kPa) is the hydrogen partial pressure. Further, the control unit 600 can estimate that the hydrogen partial pressure ratio is 50%. Since the hydrogen partial pressure ratio estimated value (50%) is less than the predetermined ratio (70%), the control unit 600 closes the supply valve 220 (S230) and executes the discharge process (S240).

排出処理を実行すると、全圧がほぼ大気圧(100kPa)となる。ここで、水素分圧と窒素分圧との比率は一定である。従って、制御部600は、排出処理後における、水素分圧が50kPaで、窒素分圧が50kPaであると推定できる。   When the discharge process is executed, the total pressure becomes almost atmospheric pressure (100 kPa). Here, the ratio between the hydrogen partial pressure and the nitrogen partial pressure is constant. Therefore, the control unit 600 can estimate that the hydrogen partial pressure after discharge processing is 50 kPa and the nitrogen partial pressure is 50 kPa.

次に、制御部600は、排気弁500を閉じて(ステップS250)、再び、水素を供給する(ステップS260)。すると、全圧が200kPaとなる。ここで、窒素分圧は変わらないので、制御部600は、全圧(200kPa)から窒素分圧(50kPa)を差し引いた残り(150kPa)が水素分圧であると推定できる。また、制御部600は、水素分圧比が75%であると推定できる。この水素分圧比推定値(75%)は、所定比率(70%)以上であるので、制御部600は、発電を開始する(ステップS270)。   Next, the control unit 600 closes the exhaust valve 500 (step S250) and supplies hydrogen again (step S260). Then, the total pressure becomes 200 kPa. Here, since the nitrogen partial pressure does not change, the control unit 600 can estimate that the remainder (150 kPa) obtained by subtracting the nitrogen partial pressure (50 kPa) from the total pressure (200 kPa) is the hydrogen partial pressure. Further, the control unit 600 can estimate that the hydrogen partial pressure ratio is 75%. Since this hydrogen partial pressure ratio estimated value (75%) is not less than the predetermined ratio (70%), the control unit 600 starts power generation (step S270).

なお、ステップS260の後で、水素分圧比推定値が所定比率未満である場合には、制御部600は、水素分圧比推定値が所定比率以上となるまで、ステップS230〜S260の処理を繰り返し実行する。また、ステップS220の後で、水素分圧比推定値が所定比率以上である場合には、制御部600は、ステップS230〜S260の処理を飛ばして、ステップS270に移行する。このような場合としては、例えば、燃料電池システム900の運転停止直後に、再び、燃料電池システム900を再起動させる場合がある。   If the hydrogen partial pressure ratio estimated value is less than the predetermined ratio after step S260, control unit 600 repeatedly executes the processes of steps S230 to S260 until the hydrogen partial pressure ratio estimated value becomes equal to or greater than the predetermined ratio. To do. If the hydrogen partial pressure ratio estimated value is equal to or greater than the predetermined ratio after step S220, control unit 600 skips steps S230 to S260 and proceeds to step S270. As such a case, for example, the fuel cell system 900 may be restarted again immediately after the operation of the fuel cell system 900 is stopped.

なお、図6、図7に示す例では、制御部600は、水素分圧と窒素分圧との推定値を用いて水素濃度を推定しているが、さらに、不純物の他の成分(例えば、酸素や水等)の分圧を考慮して水素濃度を推定してもよい。   In the examples shown in FIGS. 6 and 7, the control unit 600 estimates the hydrogen concentration using the estimated values of the hydrogen partial pressure and the nitrogen partial pressure, but further, other components of impurities (for example, The hydrogen concentration may be estimated in consideration of the partial pressure of oxygen or water.

C.第3実施例:
図8は、第3実施例における燃料電池システム900の起動処理の手順を示すフローチャートである。図4に示す第1実施例や、図5に示す第2実施例との差違は、制御部600が、起動処理の開始時における窒素分圧を推定し、その推定値に応じて、供給弁220を開けるタイミングを変えている点である。燃料電池システムの構成は、第1実施例の燃料電池システム900(図1)と同じである。
C. Third embodiment:
FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the startup process of the fuel cell system 900 according to the third embodiment. The difference between the first embodiment shown in FIG. 4 and the second embodiment shown in FIG. 5 is that the control unit 600 estimates the nitrogen partial pressure at the start of the start-up process, and according to the estimated value, the supply valve This is that the timing for opening 220 is changed. The configuration of the fuel cell system is the same as that of the fuel cell system 900 (FIG. 1) of the first embodiment.

最初のステップS300では、制御部600は、内部アノード流路102内の窒素分圧を推定する。窒素分圧の推定方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、制御部600のメモリ(図示省略)に、予め実験的に設定された時間分圧関係(図6)を格納しておくことが可能である。制御部600は、停止時間(燃料電池システム900の運転を最後に停止してからの経過時間)を測定し、この時間分圧関係を参照することによって、窒素分圧を推定できる。なお、この場合には、停止時間が「不純物量パラメータ値」に相当する。また、制御部600とタイマ610との全体が「不純物量パラメータ測定部」に相当する。   In the first step S300, the controller 600 estimates the nitrogen partial pressure in the internal anode channel 102. As a method for estimating the nitrogen partial pressure, various methods can be employed. For example, it is possible to store a time division relationship (FIG. 6) set experimentally in advance in a memory (not shown) of the control unit 600. The controller 600 can estimate the nitrogen partial pressure by measuring the stop time (the elapsed time since the last stop of the operation of the fuel cell system 900) and referring to this time-partial pressure relationship. In this case, the stop time corresponds to the “impurity amount parameter value”. The entire control unit 600 and timer 610 correspond to an “impurity amount parameter measurement unit”.

また、燃料電池システム900に、内部アノード流路102内の圧力を測定する圧力センサと、内部アノード流路102内のガスの水素濃度を測定する水素濃度センサと、を設けることができる。制御部600は、これらのセンサの測定値から水素分圧を推定可能である。また、圧力センサの測定値(全圧)から水素分圧推定値を差し引いた残りを、窒素分圧であると推定可能である。なお、このような水素濃度センサは、例えば、内部アノード流路102から再び内部アノード流路102へ至る循環流路(水素供給路300の合流点Cよりも下流側と、アノードオフガス流路310)に設けることができる。圧力センサについても同様である。なお、この場合には、水素濃度と圧力との全体が「不純物量パラメータ値」に相当する。また、水素濃度センサと圧力センサとの全体が「不純物量パラメータ測定部」に相当する。   Further, the fuel cell system 900 can be provided with a pressure sensor that measures the pressure in the internal anode flow channel 102 and a hydrogen concentration sensor that measures the hydrogen concentration of the gas in the internal anode flow channel 102. The controller 600 can estimate the hydrogen partial pressure from the measured values of these sensors. Further, it is possible to estimate that the remainder obtained by subtracting the hydrogen partial pressure estimated value from the measured value (total pressure) of the pressure sensor is the nitrogen partial pressure. Note that such a hydrogen concentration sensor is, for example, a circulation flow path from the internal anode flow path 102 to the internal anode flow path 102 again (on the downstream side of the junction C of the hydrogen supply path 300 and the anode off-gas flow path 310). Can be provided. The same applies to the pressure sensor. In this case, the entire hydrogen concentration and pressure correspond to the “impurity amount parameter value”. The whole of the hydrogen concentration sensor and the pressure sensor corresponds to an “impurity amount parameter measuring unit”.

次のステップS310では、制御部600は、窒素分圧の推定値が所定分圧以上であるか否かを判断する。窒素分圧が所定分圧以上である場合には、制御部600は、ステップS320に移行する。ステップS320では、制御部600は、図4に示す第1実施例と同じ起動処理を実行する。ここで、制御部600は、ステップS110(図4)で、所定時間として第1所定時間を用いる。この第1所定時間は、ゼロよりも大きな値であり、さらに、後述する第2所定時間よりも大きな値である。   In next step S310, control unit 600 determines whether or not the estimated value of the nitrogen partial pressure is equal to or higher than a predetermined partial pressure. If the nitrogen partial pressure is greater than or equal to the predetermined partial pressure, control unit 600 proceeds to step S320. In step S320, the control unit 600 executes the same startup process as that of the first embodiment shown in FIG. Here, the controller 600 uses the first predetermined time as the predetermined time in step S110 (FIG. 4). The first predetermined time is a value larger than zero, and is a value larger than a second predetermined time described later.

一方、窒素分圧が所定分圧未満である場合には、制御部600は、ステップS330に移行する。ステップS330では、制御部600は、ステップ320と同様に、図4に示す第1実施例と同じ起動処理を実行する。ここで、制御部600は、ステップS110(図4)で、所定時間として第2所定時間を用いる。この第2所定時間は、ステップS320で用いられる第1所定時間よりも小さい値である。   On the other hand, if the nitrogen partial pressure is less than the predetermined partial pressure, control unit 600 proceeds to step S330. In step S330, similarly to step 320, the control unit 600 executes the same startup process as in the first embodiment shown in FIG. Here, the controller 600 uses the second predetermined time as the predetermined time in step S110 (FIG. 4). This second predetermined time is a value smaller than the first predetermined time used in step S320.

このように、第3実施例では、制御部600は、窒素分圧推定値が比較的高い場合には、水素を供給するまでの循環ポンプ400の駆動時間を比較的長い第1所定時間に設定する(ステップS320)。窒素分圧が高ければ、それだけ、内部アノード流路102内の窒素を押し出すために要する時間も長くなる傾向にある。そこで、制御部600は、水素供給開始前の循環ポンプ400の駆動時間を比較的長い時間(第1所定時間)に設定することによって、水素供給当初において、燃料電池内部での水素供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制することができる。   As described above, in the third embodiment, when the nitrogen partial pressure estimated value is relatively high, the control unit 600 sets the drive time of the circulation pump 400 until hydrogen is supplied to a relatively long first predetermined time. (Step S320). The higher the nitrogen partial pressure, the longer the time required to push out nitrogen in the internal anode channel 102. Therefore, the controller 600 sets the drive time of the circulation pump 400 before the start of hydrogen supply to a relatively long time (first predetermined time), so that the hydrogen supply amount in the fuel cell is locally increased at the beginning of hydrogen supply. It is possible to suppress an increase in general variation.

一方、制御部600は、窒素分圧推定値が比較的低い場合には、水素を供給するまでの循環ポンプ400の駆動時間を比較的短い第2所定時間に設定する(ステップS330)。窒素分圧が低ければ、それだけ、内部アノード流路102内の窒素を押し出すために要する時間も短くなる傾向にある。そこで、制御部600は、水素供給開始前の循環ポンプ400の駆動時間を比較的短い時間(第2所定時間)に設定することによって、起動処理に過剰な時間がかかることを防止できる。   On the other hand, when the nitrogen partial pressure estimated value is relatively low, control unit 600 sets the drive time of circulation pump 400 until hydrogen is supplied to a relatively short second predetermined time (step S330). The lower the nitrogen partial pressure, the shorter the time required to push out nitrogen in the internal anode channel 102. Therefore, the control unit 600 can prevent the startup process from taking excessive time by setting the drive time of the circulation pump 400 before the start of hydrogen supply to a relatively short time (second predetermined time).

なお、所定分圧と、第1所定時間と、第2所定時間とは、水素供給当初において、燃料電池内部での水素供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制できるような値に、予め実験に基づいて設定しておけばよい。   The predetermined partial pressure, the first predetermined time, and the second predetermined time are set to values that can suppress an increase in local variation in the amount of hydrogen supplied inside the fuel cell at the beginning of hydrogen supply. It may be set in advance based on experiments.

また、ステップS320、S330で制御部600が実行する起動処理は、図4に示す処理に限らず、種々の処理を採用可能である。例えば、図4の手順からステップS130を省略した処理を採用してもよい。また、図5に示す第2実施例と同じ起動処理を採用してもよい。この場合には、制御部600は、ステップS210(図5)で、窒素分圧推定値に応じて、第1所定時間と第2所定時間とを使い分ければよい。ここで、ステップS220以降の処理としては、第2実施例で説明した種々の処理を採用可能である。   Moreover, the starting process which the control part 600 performs by step S320, S330 is not restricted to the process shown in FIG. 4, A various process is employable. For example, you may employ | adopt the process which abbreviate | omitted step S130 from the procedure of FIG. Moreover, you may employ | adopt the same starting process as 2nd Example shown in FIG. In this case, the control unit 600 may use the first predetermined time and the second predetermined time in accordance with the nitrogen partial pressure estimated value in step S210 (FIG. 5). Here, as the processes after step S220, various processes described in the second embodiment can be employed.

なお、ステップS320で実行される起動処理としては、循環ポンプ400を駆動させるとともに、循環ポンプ400をゼロより大きな所定時間(第1所定時間)だけ運転させた後に水素の供給を開始する(供給弁220を開ける)処理(例えば、図4のステップS100〜S120の処理)を含む任意の起動処理を採用可能である。   The start-up process executed in step S320 includes driving the circulation pump 400 and starting the supply of hydrogen after operating the circulation pump 400 for a predetermined time (first predetermined time) greater than zero (supply valve). Any starting process including a process (for example, the process of steps S100 to S120 in FIG. 4) can be employed.

また、ステップS330で実行される起動処理としては、循環ポンプ400を第1所定時間より小さな所定時間(第2所定時間)だけ運転させた後に水素の供給を開始する(供給弁220を開ける)処理を含む任意の起動処理を採用可能である。さらに、ステップS330で実行される起動処理としては、水素供給開始前に循環ポンプ400を駆動させる起動処理に限らず、循環ポンプ400の駆動開始と同時に水素供給を開始する起動処理を採用してもよい。また、水素供給を開始した後に循環ポンプ400の駆動を開始する起動処理を採用してもよい。一般には、ステップS330で実行される起動処理としては、循環ポンプ400を駆動させるとともに、水素供給開始のタイミングが、ステップS320の起動処理でのタイミングよりも早い任意の起動処理を採用可能である。   The start-up process executed in step S330 is a process of starting the supply of hydrogen (opening the supply valve 220) after operating the circulation pump 400 for a predetermined time (second predetermined time) smaller than the first predetermined time. Any start-up process including can be adopted. Furthermore, the start-up process executed in step S330 is not limited to the start-up process for driving the circulation pump 400 before the start of hydrogen supply, and the start-up process for starting the hydrogen supply simultaneously with the start of driving of the circulation pump 400 may be adopted. Good. Moreover, you may employ | adopt the starting process which starts the drive of the circulation pump 400 after starting hydrogen supply. In general, as the start-up process executed in step S330, any start-up process in which the circulation pump 400 is driven and the hydrogen supply start timing is earlier than the timing in the start-up process in step S320 can be employed.

D.変形例:
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

変形例1:
図8に示す第3実施例では、制御部600は、停止時間や、水素濃度を、窒素分圧に換算しているが、このような測定値(停止時間や水素濃度)を窒素分圧に換算せずにそのまま用いて、水素供給開始のタイミングの調整を行ってもよい。例えば、停止時間を用いる場合には、制御部600は、停止時間が所定のしきい時間以上である場合にはステップS320に移行し、停止時間がしきい時間未満である場合にはステップS330に移行することとしてもよい。
Modification 1:
In the third embodiment shown in FIG. 8, the control unit 600 converts the stop time and the hydrogen concentration into the nitrogen partial pressure, but such a measured value (stop time and hydrogen concentration) is converted into the nitrogen partial pressure. The hydrogen supply start timing may be adjusted by using it without conversion. For example, when the stop time is used, the control unit 600 proceeds to step S320 when the stop time is equal to or greater than a predetermined threshold time, and proceeds to step S330 when the stop time is less than the threshold time. It may be migrated.

また、不純物量としては、窒素の分圧に限らず、種々の値を採用可能である。例えば、窒素以外の他の成分(例えば、酸素や水等)を含む不純物の分圧を用いることが可能である。また、不純物の分圧の代わりに、内部アノード流路102における不純物の濃度を用いることも可能である。いずれの場合も、不純物の成分の中の最も量の多い成分(通常は、窒素)を少なくとも含む不純物の量を用いることが好ましい。   The amount of impurities is not limited to the partial pressure of nitrogen, and various values can be adopted. For example, it is possible to use the partial pressure of impurities including components other than nitrogen (for example, oxygen and water). Further, the concentration of impurities in the internal anode channel 102 can be used instead of the partial pressure of impurities. In any case, it is preferable to use the amount of impurities containing at least the most abundant component (usually nitrogen) among the impurity components.

なお、水素供給開始のタイミングの決定に用いるパラメータ値としては、停止時間や、水素濃度に限らず、複数の内部アノード流路102における不純物量に相関のある種々のパラメータ値(不純物量パラメータ値)を採用可能である。例えば、積算発電量の増加に伴って不純物量も増加する場合がある。このような場合には、積算発電量を採用可能である。また、図8の例では、制御部600が、水素供給開始のタイミングを2段階に切り替えることとしているが、3段階以上に切り替えることとしてもよい。また、制御部600が、不純物量パラメータ値に応じて連続的に水素供給開始のタイミングを変化させることとしてもよい。いずれの場合も、制御部600は、起動時に、不純物量パラメータ測定部を用いて不純物量パラメータ値を測定し、(i)不純物量パラメータ値が、不純物量が比較的多いことを示す場合には、水素供給開始のタイミングを比較的遅いタイミングに設定し、(ii)不純物量パラメータ値が、不純物量が比較的少ないことを示す場合には、水素供給開始のタイミングを比較的早いタイミングに設定することが好ましい。   The parameter values used for determining the timing for starting the hydrogen supply are not limited to the stop time and the hydrogen concentration, but various parameter values (impurity amount parameter values) correlated with the impurity amounts in the plurality of internal anode channels 102. Can be adopted. For example, the amount of impurities may increase as the integrated power generation amount increases. In such a case, the integrated power generation amount can be adopted. In the example of FIG. 8, the control unit 600 switches the timing of starting hydrogen supply to two stages, but may switch to three or more stages. Further, the control unit 600 may continuously change the hydrogen supply start timing according to the impurity amount parameter value. In any case, the control unit 600 measures the impurity amount parameter value using the impurity amount parameter measurement unit at the time of startup, and (i) when the impurity amount parameter value indicates that the impurity amount is relatively large. The hydrogen supply start timing is set to a relatively late timing, and (ii) when the impurity amount parameter value indicates that the impurity amount is relatively small, the hydrogen supply start timing is set to a relatively early timing. It is preferable.

変形例2:
図3の例では、水素供給路300から各単セルの内部アノード流路102を通ってアノードオフガス流路310へ至る流路長が単セルによって異なる場合について説明したが、スタック100の構成としては、他の任意の構成を採用可能である。例えば、水素供給路300から各単セルの内部アノード流路102を通ってアノードオフガス流路310へ至る流路長が、各単セルについて同じとなるようにスタック100が構成されていてもよい。いずれの場合も、燃料電池へのガス供給の当初においては、種々の要因によって、一部の単セルの内部アノード流路102内のガス(不純物)が排出されずに残り得る。要因としては、例えば、水素供給路300から各内部アノード流路102へ至る流路の形状の違いや、各単セルの内部アノード流路102の形状の個体差等がある。そこで、上述の各実施例と同様に、循環ポンプを所定時間だけ駆動させた後に水素ガスの供給を開始すれば、水素ガス供給当初において、燃料電池内部での水素ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制することができる。
Modification 2:
In the example of FIG. 3, the case where the channel length from the hydrogen supply channel 300 through the internal anode channel 102 of each single cell to the anode offgas channel 310 is different for each single cell has been described. Any other configuration can be adopted. For example, the stack 100 may be configured such that the channel length from the hydrogen supply channel 300 to the anode offgas channel 310 through the internal anode channel 102 of each unit cell is the same for each unit cell. In any case, at the beginning of gas supply to the fuel cell, gas (impurities) in the internal anode flow paths 102 of some single cells may remain without being discharged due to various factors. Factors include, for example, a difference in the shape of the flow path from the hydrogen supply path 300 to each internal anode flow path 102, an individual difference in the shape of the internal anode flow path 102 in each single cell, and the like. Therefore, as in the above-described embodiments, if the supply of hydrogen gas is started after the circulation pump is driven for a predetermined time, local variation in the amount of hydrogen gas supplied inside the fuel cell at the beginning of the hydrogen gas supply. Can be prevented from becoming large.

変形例3:
図4に示す第1実施例の起動処理においても、第2実施例と同様に、制御部600(図1)が、排出処理(ステップS130)を実行するか否かを、内部アノード流路102における水素濃度に応じて決めることとしてもよい。具体的には、制御部600は、水素濃度がしきい値以上となるまで排出処理を繰り返し実行すればよい。この場合も、制御部600は、第2実施例と同様に、水素濃度が所定のしきい値以上であるか否かを判断することが可能である。例えば、一定時間パージ処理前の水素濃度と、一定時間パージ処理後(水素を供給した後)の水素濃度と、の対応関係(以下「濃度変化対応関係」とも呼ぶ)を、予め実験的に求めておくことが可能である。また、時間分圧関係(図6)に加えて、このような濃度変化対応関係を、制御部600のメモリ(図示せず)に予め格納しておくこともできる。こうすれば、制御部600は、これらの対応関係を参照することによって、一定時間パージ処理を繰り返し実行しつつ、水素濃度を推定することができる。ここで、制御部600は、停止時間を測定し、パージ処理の繰り返し回数を数え(測定し)、停止時間と回数とを用いることによって、水素濃度を推定する。
Modification 3:
Also in the starting process of the first embodiment shown in FIG. 4, as in the second embodiment, whether or not the control unit 600 (FIG. 1) executes the discharge process (step S <b> 130) is determined. It is good also as determining according to the hydrogen concentration in. Specifically, the control unit 600 may repeatedly execute the discharge process until the hydrogen concentration becomes equal to or higher than the threshold value. Also in this case, the controller 600 can determine whether or not the hydrogen concentration is equal to or higher than a predetermined threshold value, as in the second embodiment. For example, a correspondence relationship (hereinafter also referred to as “concentration change correspondence relationship”) between the hydrogen concentration before the purge treatment for a certain time and the hydrogen concentration after the purge treatment for a certain time (after supplying hydrogen) (hereinafter also referred to as “concentration change correspondence”) is experimentally obtained in advance. It is possible to keep. Further, in addition to the time-divided pressure relationship (FIG. 6), such a concentration change correspondence relationship can also be stored in advance in a memory (not shown) of the control unit 600. In this way, the control unit 600 can estimate the hydrogen concentration while repeatedly executing the purge process for a predetermined time by referring to these correspondences. Here, the control unit 600 measures the stop time, counts (measures) the number of times the purge process is repeated, and estimates the hydrogen concentration by using the stop time and the number of times.

なお、制御部600は、水素濃度に限らず、内部アノード流路102における水素濃度に相関のある種々のパラメータ値(水素濃度パラメータ値)を用いることが可能である。例えば、水素濃度センサの測定値や、停止時間の測定値と排出処理の繰り返し回数の測定値との組み合わせや、変形例1で説明した不純物量パラメータ値等を採用可能である。ここで、制御部600は、排出処理を実行する前に、水素濃度パラメータ測定部を用いて水素濃度パラメータ値を測定し、(i)水素濃度パラメータ値が、水素濃度が所定のしきい値未満であることを示す場合には、排出処理を実行し、(ii)水素パラメータ値が、水素濃度が所定のしきい値以上であることを示す場合には、排出処理を実行せずに発電を開始する、ことが好ましい。図5に示す第2実施例の起動処理についても同様である。   Note that the controller 600 can use various parameter values (hydrogen concentration parameter values) that are correlated with the hydrogen concentration in the internal anode flow channel 102 as well as the hydrogen concentration. For example, the measurement value of the hydrogen concentration sensor, the combination of the measurement value of the stop time and the measurement value of the number of repetitions of the discharge process, the impurity amount parameter value described in the first modification, and the like can be employed. Here, the control unit 600 measures the hydrogen concentration parameter value using the hydrogen concentration parameter measurement unit before executing the discharge process, and (i) the hydrogen concentration parameter value is less than a predetermined threshold value. (Ii) If the hydrogen parameter value indicates that the hydrogen concentration is equal to or higher than a predetermined threshold value, the power generation is performed without executing the discharge process. It is preferable to start. The same applies to the startup process of the second embodiment shown in FIG.

また、制御部600が、パージ処理(例えば、図4:S130)における開放時間を、水素濃度に応じて調整することとしてもよい。具体的には、開放時間を、水素濃度が低いほど長い値に設定すればよい。こうすれば、発電に寄与せずに排出される水素の量が過剰に多くなることを防止しつつ、不純物を排出することができる。また、制御部600が、水素濃度の代わりに、不純物の濃度や分圧(より一般的には、不純物の量に相関のある不純物量パラメータ値)に応じて開放時間を設定してもよい。ここで、制御部600は、排出処理を実行する際に、不純物量パラメータ測定部を用いて不純物量パラメータ値を測定し、(i)不純物量パラメータ値が、不純物量が比較的多いことを示す場合には、開放時間を比較的長い時間に設定し、(ii)不純物量パラメータ値が、不純物量が比較的少ないことを示す場合には、開放時間を比較的短い時間に設定することが好ましい。なお、開放時間を設定するために用いる不純物量パラメータ値としては、水素濃度や、変形例1で説明した水素供給開始のタイミングを決定するために用いる不純物量パラメータ値と同様のものを用いることが可能である。同様に、図5に示す起動処理のパージ処理においても、制御部600が、開放時間(ステップS245の排出時間)を、不純物量パラメータ値に応じて調整することとしてもよい。   In addition, the control unit 600 may adjust the opening time in the purge process (for example, FIG. 4: S130) according to the hydrogen concentration. Specifically, the open time may be set to a longer value as the hydrogen concentration is lower. In this way, impurities can be discharged while preventing an excessive amount of hydrogen being discharged without contributing to power generation. Further, the controller 600 may set the open time according to the impurity concentration or partial pressure (more generally, the impurity amount parameter value correlated with the amount of impurities) instead of the hydrogen concentration. Here, when executing the discharge processing, the control unit 600 measures the impurity amount parameter value using the impurity amount parameter measurement unit, and (i) the impurity amount parameter value indicates that the impurity amount is relatively large. In this case, it is preferable to set the opening time to a relatively long time, and (ii) when the impurity amount parameter value indicates that the impurity amount is relatively small, the opening time is set to a relatively short time. . As the impurity amount parameter value used for setting the open time, the same impurity amount parameter value used for determining the hydrogen concentration and the timing of starting the hydrogen supply described in the first modification is used. Is possible. Similarly, also in the purge process of the startup process shown in FIG. 5, the control unit 600 may adjust the opening time (the discharging time in step S245) according to the impurity amount parameter value.

変形例4:
上記各実施例において、水素タンク210としては、高圧水素タンクや、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなど、水素を貯蔵する種々の装置を用いることができる。また、上記各実施例において、燃料ガス供給部(上記各実施例では、水素供給システム200)の構成としては、水素タンク210を有する構成に限らず、発電のための電気化学反応に利用される燃料成分(例えば、水素)を含む燃料ガスを供給可能であるとともに、燃料ガス供給の開始タイミングを制御可能な種々の構成を採用可能である。例えば、水素タンク210の代わりに改質反応によって水素を生成する改質器を有するとともに、生成された水素を含む改質ガスを燃料ガスとして供給する燃料ガス供給装置を用いてもよい。
Modification 4:
In each of the above embodiments, as the hydrogen tank 210, various devices that store hydrogen, such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank, can be used. In each of the above embodiments, the configuration of the fuel gas supply unit (in each of the above embodiments, the hydrogen supply system 200) is not limited to the configuration having the hydrogen tank 210, but is used for an electrochemical reaction for power generation. Various configurations capable of supplying a fuel gas containing a fuel component (for example, hydrogen) and controlling the start timing of the fuel gas supply can be employed. For example, instead of the hydrogen tank 210, a fuel gas supply device that has a reformer that generates hydrogen by a reforming reaction and supplies a reformed gas containing the generated hydrogen as a fuel gas may be used.

変形例5:
上記各実施例において、循環ポンプ400としては、周知の種々のポンプを採用可能である。例えば、回転駆動によって吸気と排気とを行うポンプを採用可能である。また、回転駆動を用いるポンプの中には、駆動を開始しても、回転数が、予め指定された回転数(「指示回転数」とも呼ぶ)まで、すぐには上がらないものがある。そこで、上記各実施例において、所定時間と比較するポンプの運転時間(例えば、図4のステップS110、図5のステップS210)として、駆動開始からの運転時間の代わりに、ポンプの回転数が所定の指示回転数以上となったタイミングからの運転時間を用いることとしてもよい。こうすれば、ポンプの回転数が上がるのに時間がかかることによって、燃料ガス供給の当初において、燃料電池内部での燃料ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制できる。なお、指示回転数は、各セルの内部アノード流路にガスを循環させることが可能な値であればよく、予め実験に基づいて定めておけばよい。
Modification 5:
In each of the above embodiments, various known pumps can be employed as the circulation pump 400. For example, a pump that performs intake and exhaust by rotational drive can be employed. Also, some pumps using rotational drive do not immediately increase to the rotational speed designated in advance (also referred to as “instructed rotational speed”) even when driving is started. Therefore, in each of the above-described embodiments, as the pump operation time to be compared with the predetermined time (for example, step S110 in FIG. 4 and step S210 in FIG. 5), the rotation speed of the pump is predetermined instead of the operation time from the start of driving. It is good also as using the driving | running time from the timing which became more than this instruction | indication rotation speed. By so doing, it takes time to increase the rotational speed of the pump, and therefore, it is possible to suppress an increase in local variation in the amount of fuel gas supplied inside the fuel cell at the beginning of fuel gas supply. The indicated rotational speed may be a value that allows the gas to circulate in the internal anode flow path of each cell, and may be determined in advance based on experiments.

変形例6:
上記各実施例では、燃料電池として、複数の単セルを有する燃料電池スタック100を採用しているが、燃料電池としては、複数の単セルを有する燃料電池に限らず、一般に、複数の内部燃料ガス流路を有する任意の燃料電池を採用可能である。例えば、単セル内部で燃料ガスの流路が枝分かれしている構成を有する単セルを採用してもよい。このような単セルでは、単セルへのガス供給の当初において、一部の支流内のガス(不純物)が、他の支流内のガス(不純物)と比べて、排出されにくい場合がある。そこで、上記各実施例と同様に、循環ポンプを所定時間だけ駆動させた後に燃料ガスの供給を開始すれば、燃料ガス供給当初において、単セル内部での燃料ガス供給量の局所的なバラツキが大きくなることを抑制することができる。なお、燃料電池としては、このような単セルを複数有する燃料電池スタックを用いてもよく、このような単セルを1つだけ有する燃料電池を用いてもよい。
Modification 6:
In each of the above embodiments, the fuel cell stack 100 having a plurality of single cells is employed as the fuel cell. However, the fuel cell is not limited to a fuel cell having a plurality of single cells, and generally a plurality of internal fuels. Any fuel cell having a gas flow path can be employed. For example, a single cell having a configuration in which the flow path of the fuel gas is branched inside the single cell may be adopted. In such a single cell, at the beginning of gas supply to the single cell, gas (impurities) in some of the tributaries may be less likely to be discharged than gases (impurities) in other tributaries. Therefore, as in the above embodiments, if the supply of the fuel gas is started after the circulation pump is driven for a predetermined time, there is a local variation in the amount of fuel gas supply inside the single cell at the beginning of the fuel gas supply. It is possible to suppress the increase. As the fuel cell, a fuel cell stack having a plurality of such single cells may be used, or a fuel cell having only one such single cell may be used.

変形例7:
燃料電池スタック100に接続されるアノード側のガス流路の構成としては、図1に示す燃料電池システム900の構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、アノードオフガス流路310の下流側が、水素供給路300と合流せずに、直接に、複数の内部アノード流路102に接続されていてもよい。また、オフガス排出路320が、アノードオフガス流路310の代わりに、直接に、複数の内部アノード流路102に接続されていてもよい。一般には、アノード側のガス流路の構成としては、複数の内部燃料ガス流路から循環ポンプを通って再び複数の内部燃料ガス流路に至るアノードオフガスの循環路と、燃料ガス供給部から複数の内部燃料ガス流路へ至る燃料ガスの供給路と、を有する構成を採用可能である。さらに、アノード側のガス流路の構成が、複数の内部燃料ガス流路から排出弁を通って循環路の外部へ至るアノードオフガスの排出流路を有することが好ましい。
Modification 7:
The configuration of the gas flow path on the anode side connected to the fuel cell stack 100 is not limited to the configuration of the fuel cell system 900 shown in FIG. 1, and various configurations can be adopted. For example, the downstream side of the anode off-gas channel 310 may be directly connected to the plurality of internal anode channels 102 without joining the hydrogen supply channel 300. Further, the off gas discharge channel 320 may be directly connected to the plurality of internal anode channels 102 instead of the anode off gas channel 310. In general, the anode-side gas flow path includes a plurality of anode off-gas circulation paths from a plurality of internal fuel gas flow paths to a plurality of internal fuel gas flow paths through a circulation pump, and a plurality of fuel gas supply sections. It is possible to adopt a configuration having a fuel gas supply path to the internal fuel gas flow path. Furthermore, it is preferable that the configuration of the gas flow path on the anode side includes an anode off-gas discharge flow path from the plurality of internal fuel gas flow paths to the outside of the circulation path through the discharge valve.

変形例8:
上記各実施例において、オフガス排出路320に、排出ガスを空気で希釈する希釈装置を設けてもよい。上記各実施例では、起動処理において、オフガス排出路320から外部に排出されるガスの水素濃度が過剰に高くなることが抑制されている。従って、希釈装置に対する負荷が過剰に大きくなることが抑制される。
Modification 8:
In each of the above embodiments, the off-gas discharge path 320 may be provided with a diluting device for diluting the exhaust gas with air. In each of the above embodiments, the hydrogen concentration of the gas discharged to the outside from the off-gas discharge path 320 is suppressed from being excessively increased in the startup process. Therefore, an excessive increase in the load on the dilution device is suppressed.

変形例9:
上述の各実施例では、電解質として固体高分子電解質を用いたが、この他にも、固体酸化物電解質や、リン酸電解質や、アルカリ水溶液電解質や、溶融炭酸塩電解質等、種々のタイプの電解質を用いることができる。
Modification 9:
In each of the above-described embodiments, a solid polymer electrolyte was used as the electrolyte. In addition, various types of electrolytes such as a solid oxide electrolyte, a phosphate electrolyte, an alkaline aqueous electrolyte, and a molten carbonate electrolyte were used. Can be used.

変形例10:
上述の図4の起動処理と図5の起動処理とのそれぞれに関する実施例と変形例とは、いずれも、図8のステップS320、S330に適用可能である。
Modification 10:
Both the above-described embodiment and modification examples relating to the activation process of FIG. 4 and the activation process of FIG. 5 can be applied to steps S320 and S330 of FIG.

本発明の一実施例としての燃料電池システム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 as one Example of this invention. 燃料電池システム900の起動処理の比較例の概要を示す説明図。Explanatory drawing which shows the outline | summary of the comparative example of the starting process of the fuel cell system. 第1実施例における燃料電池システム900の起動処理の概要を示す説明図。Explanatory drawing which shows the outline | summary of the starting process of the fuel cell system 900 in 1st Example. 第1実施例における燃料電池システム900の起動処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the starting process of the fuel cell system 900 in 1st Example. 第2実施例における燃料電池システム900の起動処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the starting process of the fuel cell system 900 in 2nd Example. 経過時間と水素分圧と窒素分圧との対応関係の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the correspondence of elapsed time, hydrogen partial pressure, and nitrogen partial pressure. 制御部600が起動処理において水素濃度を推定する様子を示す概略図。Schematic which shows a mode that the control part 600 estimates hydrogen concentration in a starting process. 第3実施例における燃料電池システム900の起動処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the starting process of the fuel cell system 900 in 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

100...燃料電池スタック
102...内部アノード流路、102a...第1内部アノード流路、
102b...第2内部アノード流路、102c...第3内部アノード流路
104...内部カソード流路
200...水素供給システム
210...水素タンク
220...供給弁
230...調圧弁
300...水素供給路
310...アノードオフガス流路
320...オフガス排出路
400...循環ポンプ
500...排気弁
600...制御部
610...タイマ
900...燃料電池システム
C...合流点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell stack 102 ... Internal anode flow path, 102a ... 1st internal anode flow path,
102b ... second internal anode flow path, 102c ... third internal anode flow path 104 ... internal cathode flow path 200 ... hydrogen supply system 210 ... hydrogen tank 220 ... supply valve 230. .. Pressure regulating valve 300 ... Hydrogen supply passage 310 ... Anode off-gas passage 320 ... Off-gas discharge passage 400 ... Circulation pump 500 ... Exhaust valve 600 ... Control unit 610 ... Timer 900 ... Fuel cell system C ... Confluence

Claims (6)

燃料電池システムであって、
複数の内部燃料ガス流路を有する燃料電池と、
前記複数の内部燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記複数の内部燃料ガス流路からの排ガスを再び前記複数の内部燃料ガス流路に循環させる循環ポンプと、
前記各部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に前記燃料ガスを供給する供給モードとして、前記循環ポンプの駆動を開始させるとともに、前記循環ポンプの駆動開始からゼロよりも大きな所定の循環時間以上経過したタイミングで前記燃料ガス供給部に前記燃料ガスの供給を開始させる、第1供給モードを有する、
燃料電池システム。
A fuel cell system,
A fuel cell having a plurality of internal fuel gas flow paths;
A fuel gas supply unit for supplying fuel gas to the plurality of internal fuel gas flow paths;
A circulation pump that circulates exhaust gas from the plurality of internal fuel gas passages again to the plurality of internal fuel gas passages;
A control unit for controlling each unit;
With
The control unit starts driving the circulation pump as a supply mode for supplying the fuel gas when starting the fuel cell system, and a predetermined circulation time greater than zero has elapsed from the start of driving the circulation pump. Having a first supply mode in which the fuel gas supply unit starts supplying the fuel gas at a timing;
Fuel cell system.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、さらに、前記燃料電池システムの起動時における前記供給モードとして、前記循環ポンプの駆動を開始させるとともに、前記第1供給モードにおける前記燃料ガスの供給開始タイミングよりも早いタイミングで前記燃料ガス供給部に前記燃料ガスの供給を開始させる、第2供給モードを有し、
前記燃料電池システムは、さらに、前記複数の内部燃料ガス流路における不純物の量に相関のある不純物量パラメータ値を測定する不純物量パラメータ測定部を備え、
前記制御部は、前記起動時に、前記不純物量パラメータ測定部を用いて前記不純物量パラメータ値を測定し、
(i)前記不純物量パラメータ値が、前記不純物量が比較的多いことを示す場合には、前記第1供給モードに従って前記燃料ガスの供給を行い、
(ii)前記不純物量パラメータ値が、前記不純物量が比較的少ないことを示す場合には、前記第2供給モードに従って前記燃料ガスの供給を行う、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The control unit further starts driving the circulation pump as the supply mode at the time of startup of the fuel cell system, and at a timing earlier than the supply start timing of the fuel gas in the first supply mode. A second supply mode for causing the gas supply unit to start supplying the fuel gas;
The fuel cell system further includes an impurity amount parameter measurement unit that measures an impurity amount parameter value correlated with the amount of impurities in the plurality of internal fuel gas flow paths,
The control unit measures the impurity amount parameter value using the impurity amount parameter measurement unit at the start-up,
(I) When the impurity amount parameter value indicates that the impurity amount is relatively large, the fuel gas is supplied according to the first supply mode;
(Ii) When the impurity amount parameter value indicates that the impurity amount is relatively small, the fuel gas is supplied according to the second supply mode.
Fuel cell system.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記複数の内部燃料ガス流路から外部へ至る、前記複数の内部燃料ガス流路からの排ガスの排出流路と、
前記排出流路に設けられた開閉可能な排出弁と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時において、前記第1供給モードに従った前記燃料ガス供給開始の後に、前記排出弁を開けることによって前記排ガスを前記外部に排出する排出処理を実行する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising:
Exhaust gas discharge flow paths from the plurality of internal fuel gas flow paths to the outside from the plurality of internal fuel gas flow paths,
An openable / closable discharge valve provided in the discharge channel;
With
The control unit executes a discharge process of discharging the exhaust gas to the outside by opening the discharge valve after starting the fuel gas supply according to the first supply mode at the time of starting the fuel cell system. ,
Fuel cell system.
請求項3に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記排出処理の前に前記燃料ガス供給部に前記燃料ガスの供給を停止させるとともに、前記燃料ガスの供給が停止した状態で前記排出処理を実行する、燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 3, wherein
The control unit causes the fuel gas supply unit to stop the supply of the fuel gas before the discharge process, and executes the discharge process in a state where the supply of the fuel gas is stopped.
請求項3または請求項4に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記排出弁の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に相関のある差圧パラメータ値を測定する差圧パラメータ測定部を備え、
前記制御部は、前記排出処理において、前記差圧パラメータ測定部を用いて前記差圧パラメータ値を測定するとともに、前記差圧パラメータ値が、前記差圧が所定の許容差圧以下であることを示す値になるまで、前記排出弁の開状態を続ける、燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 3 or 4, further comprising:
A differential pressure parameter measurement unit for measuring a differential pressure parameter value correlated with a differential pressure between the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the discharge valve;
In the discharging process, the control unit measures the differential pressure parameter value using the differential pressure parameter measurement unit, and the differential pressure parameter value indicates that the differential pressure is equal to or less than a predetermined allowable differential pressure. A fuel cell system in which the exhaust valve is kept open until the indicated value is reached.
複数の内部燃料ガス流路を有する燃料電池を備える燃料電池システムの起動方法であって、
(A)前記燃料電池システムの起動時に燃料ガスを供給する供給モードとしての第1供給モードで前記複数の内部燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する工程を備え、
前記工程(A)は、
(A1)前記複数の内部燃料ガス流路からの排ガスを再び前記複数の内部燃料ガス流路に循環させる処理を開始する工程と、
(A2)前記循環開始からゼロよりも大きな所定の循環時間以上経過したタイミングで、前記複数の内部燃料ガス流路に対する前記燃料ガスの供給を開始する工程と、
を有する、起動方法。
A method for starting a fuel cell system including a fuel cell having a plurality of internal fuel gas flow paths,
(A) a step of supplying the fuel gas to the plurality of internal fuel gas flow paths in a first supply mode as a supply mode for supplying fuel gas when the fuel cell system is activated;
The step (A)
(A1) starting a process of circulating the exhaust gas from the plurality of internal fuel gas passages again to the plurality of internal fuel gas passages;
(A2) starting supply of the fuel gas to the plurality of internal fuel gas flow paths at a timing when a predetermined circulation time greater than zero has elapsed since the start of circulation;
A starting method.
JP2005174887A 2005-06-15 2005-06-15 Fuel cell system Expired - Fee Related JP4867207B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005174887A JP4867207B2 (en) 2005-06-15 2005-06-15 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005174887A JP4867207B2 (en) 2005-06-15 2005-06-15 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006351318A true JP2006351318A (en) 2006-12-28
JP4867207B2 JP4867207B2 (en) 2012-02-01

Family

ID=37646954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005174887A Expired - Fee Related JP4867207B2 (en) 2005-06-15 2005-06-15 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4867207B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008288088A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Nippon Soken Inc Fuel cell system
WO2009016985A1 (en) * 2007-07-27 2009-02-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and its control method
JP2009123559A (en) * 2007-11-15 2009-06-04 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2019164891A (en) * 2018-03-19 2019-09-26 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and control method for fuel cell system
JP2020183925A (en) * 2019-05-09 2020-11-12 株式会社堀場エステック Light absorption analysis system, program for light absorption analysis system, absorption spectrometer, and absorbance measurement method
DE102020117820A1 (en) 2020-07-07 2022-01-13 Audi Aktiengesellschaft Method for determining the fuel concentration in an anode circuit, fuel cell device and motor vehicle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002352825A (en) * 2001-03-23 2002-12-06 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2003317769A (en) * 2002-04-25 2003-11-07 Equos Research Co Ltd Fuel feed device for fuel cell
JP2004165094A (en) * 2002-11-15 2004-06-10 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and its drive method
JP2004311344A (en) * 2003-04-10 2004-11-04 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002352825A (en) * 2001-03-23 2002-12-06 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2003317769A (en) * 2002-04-25 2003-11-07 Equos Research Co Ltd Fuel feed device for fuel cell
JP2004165094A (en) * 2002-11-15 2004-06-10 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and its drive method
JP2004311344A (en) * 2003-04-10 2004-11-04 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008288088A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Nippon Soken Inc Fuel cell system
WO2009016985A1 (en) * 2007-07-27 2009-02-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and its control method
US9450257B2 (en) 2007-07-27 2016-09-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and its control method
JP2009123559A (en) * 2007-11-15 2009-06-04 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2019164891A (en) * 2018-03-19 2019-09-26 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and control method for fuel cell system
JP2020183925A (en) * 2019-05-09 2020-11-12 株式会社堀場エステック Light absorption analysis system, program for light absorption analysis system, absorption spectrometer, and absorbance measurement method
JP7498545B2 (en) 2019-05-09 2024-06-12 株式会社堀場エステック Absorption analysis system, program for absorption analysis system, absorption analysis device, and absorbance measurement method
DE102020117820A1 (en) 2020-07-07 2022-01-13 Audi Aktiengesellschaft Method for determining the fuel concentration in an anode circuit, fuel cell device and motor vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP4867207B2 (en) 2012-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7910254B2 (en) Start-up method for fuel cell
JP4715103B2 (en) Fuel cell system
JP2005026054A (en) Energy output device and control method of the same
US7585578B2 (en) Fuel cell system
JP2004342473A (en) Operation control of fuel cell system
JP2009059556A (en) Fuel cell system
US8691460B2 (en) Method of stopping operation of fuel cell system
JP2008300165A (en) Fuel cell system and its air flow-rate control method
JP2005032652A (en) Fuel cell system
JP4867207B2 (en) Fuel cell system
JP2007220355A (en) Low-temperature starting method of fuel cell system and fuel cell
JP2008010196A (en) Fuel cell system
JP2005063712A (en) Fuel cell system and operation method of same
JP2004193102A (en) Fuel cell operating method, and fuel cell operating device
JP2009021077A (en) Fuel cell system
JP2010062015A (en) Fuel cell system
US7588848B2 (en) Fuel cell controller and control method
JP4872231B2 (en) Fuel cell system
JP2007242381A (en) Fuel cell system
JP2007123013A (en) Fuel cell system
JP2005129243A (en) Fuel cell system and operation method of fuel cell
JP5034191B2 (en) Fuel cell system
JP2006331966A (en) Fuel cell system
JP2006236675A (en) Fuel cell system
JP4784062B2 (en) Fuel cell system and control device thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080512

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110713

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110719

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110916

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111018

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111031

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141125

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees