JP2007059093A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 排出制御を行うにあたり水位センサを不要とし、水位センサを用いることによる重量及び占有空間の増加を防止することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の負荷を検出し、検出した負荷に応じて生成水排出系４０を制御して生成水を排出させることとしている。ここで、生成水量が多くなると、生成水が循環ポンプ３２に流入し、循環ポンプ３２の負荷が上昇する。このため、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の負荷を検出することで、生成水の増加を検出することができ、水位センサを用いる必要がなくなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムでは、燃料電池での発電によって燃料極側で水が生成されるため、この生成水を水素循環系に設けられた水セパレータで回収し、排出バルブを通じて系外に生成水を排出することが知られている。また、水セパレータに設けられた水位センサで生成水の水位を検出し、検出した水位が所定水位以上のときに排出バルブを開けて生成水を排出する燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−１２４２９０号公報

しかし、従来の燃料電池システムでは、水位センサからの信号に基づいて生成水の排出制御を行うので、排出制御を行うには水位センサが必須となり、水位センサを用いることによる重量の増加、及び空間占有を避けることができなかった。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、排出制御を行うにあたり水位センサを不要とし、水位センサを用いることによる重量及び占有空間の増加を防止することが可能な燃料電池システムを提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、燃料ガスの供給を受ける燃料極及び酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の燃料極側から排出されるガスを燃料極下流から燃料極上流に循環させるガス循環ラインと、ガス循環ライン上に設けられ、燃料電池の燃料極側から排出されるガスを燃料極下流から燃料極上流に循環させる動力源となるガス循環ポンプと、燃料電池による発電によって生じた生成水を外部に排出する生成水排出手段と、生成水排出手段による生成水の排出を制御する制御手段とを備えている。さらに、制御手段は、ガス循環ポンプの負荷を検出し、検出した負荷に応じて生成水排出手段を制御して生成水を排出させる。

本発明によれば、制御手段は、ガス循環ポンプの負荷を検出し、検出した負荷に応じて生成水排出手段を制御して生成水を排出させることとしている。ここで、生成水量が多くなると、生成水がガス循環ポンプに流入し、ガス循環ポンプの負荷が上昇する。このため、制御手段は、ガス循環ポンプの負荷を検出することで、生成水の増加を検出することができ、水位センサを用いる必要がなくなっている。従って、生成水の排出制御を行うにあたり水位センサを不要とし、水位センサを用いることによる重量及び占有空間の増加を防止することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一又は同様の要素には同一の符号を付して説明を省略するものとする。

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。なお、図１では、一部構成の接続関係を省略するものとする。同図に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料ガス供給系２０と、ガス循環系（ガス循環手段）３０とを備えている。

燃料電池１０は、燃料ガスである水素ガスと酸化剤ガスである酸素とを反応させることにより発電を行うものであって、水素ガスが供給される燃料極と酸素を含む空気が供給される酸化剤極とを有している。これら両極は電解質を挟んで重ね合わされて発電セルを構成しており、燃料電池１０は、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造となっている。

燃料ガス供給系２０は、水素タンク２１と、水素ガス供給配管２２と、圧力調整弁２３とからなっている。水素タンク２１は、燃料電池１０の燃料極に供給する水素ガスを蓄えておくものである。水素ガス供給配管２２は水素タンク２１と燃料電池１０の燃料極側とを接続し、水素タンク２１からの水素ガスを燃料電池１０の燃料極側まで導くものである。圧力調整弁２３は、水素ガス供給配管２２に設けられ、開度を調整することにより、水素タンク２１から燃料電池１０の燃料極側に供給される水素ガスの供給量を制御し、水素ガスの供給量を制御することにより燃料電池１０の燃料極側の圧力についても制御する構成となっている。

ガス循環系３０は、発電に寄与することなく排出された水素ガスを再利用するためのものであって、循環配管（ガス循環ライン）３１と、循環ポンプ（ガス循環ポンプ）３２とからなっている。

循環配管３１は、燃料電池１０の燃料極側から排出されるガスを燃料極下流から燃料極上流に循環させる流路となるものであり、一端が燃料電池１０の燃料極側出口に接続され、他端が圧力調整弁２３と燃料極側入口との間の水素ガス供給配管２２（すなわち図１の接続点Ａ）に接続されている。循環ポンプ３２は、循環配管３１上に設けられ、燃料電池１０の燃料極側から排出されるガスを燃料極下流から燃料極上流に循環させる動力源となるものである。

さらに、燃料電池システム１は、生成水排出系（生成水排出手段）４０と圧力センサ５０と制御コントローラ（制御手段）６０とを備えている。生成水排出系４０は、燃料電池１０の発電により生じる生成水を外部に排出するものであり、水セパレータ（生成水回収手段）４１と、生成水排出配管４２と、排出バルブ４３とを有している。

水セパレータ４１は、燃料電池１０から循環ポンプ３２に至るまでの循環配管３１上に設けられ、燃料電池１０による発電によって生じた生成水を回収して貯蔵しておくものである。生成水排出配管４２は、水セパレータ４１に貯蔵された生成水を外部に導くものであり、一端が水セパレータ４１の生成水貯蔵部の下面に接続され、他端が外部につながっている。排出バルブ４３は、生成水排出配管４２に設けられ、開度を調整することにより、水セパレータ４１に蓄えられた生成水の排出を制御するものである。

圧力センサ５０は、水セパレータ４１から循環ポンプ３２に至るまでの循環配管３１に設置され、設置個所の圧力を検出するものである。なお、圧力センサ５０は、循環配管３１または接続点Ａから燃料電池１０に至るまでの水素ガス供給配管２２であれば、どこに設置されていてもよいが、燃料電池１０の下流であって循環ポンプ３２の上流に配置されていることが圧力検出精度の面で望ましい。

制御コントローラ６０は、本システム１の全体を制御するものであり、特には生成水排出系４０による生成水の排出を制御する構成となっている。なお、本実施形態では水セパレータ４１に貯蔵される生成水量を測定するための水位センサを有しておらず、生成水の排出制御を行うにあたり、循環ポンプ３２の負荷を検出し、検出した負荷に応じて生成水排出系４０を制御して生成水を排出させる構成となっている。

排出制御について説明する。まず、燃料電池１０の発電によって生成水が生じ、生成量が多くなると、生成水が循環ポンプ３２に流入する。このため、生成水が流入した分だけ、循環ポンプ３２に負荷が掛かる。故に、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の負荷を検出することで、生成水の増加を検出することができ、水位センサを用いる必要がなくなっている。

ここで、循環ポンプ３２の負荷は、燃料電池１０の運転圧力や水素ガスの循環量によっても変動するため、制御コントローラ６０は、これら圧力や循環流量それぞれについて、生成水流入時の負荷変動データを記憶しておき、このデータを用いることで、適切な制御を行う構成となっている。

また、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の負荷を検出するにあたり、循環ポンプ３２の電流値を検出する構成となっている。ここで、循環ポンプ３２に生成水が流入すると負荷が上昇するため、ガス循環ポンプは、ガスの循環流量を維持するため、電流値が増大する。これを利用して、制御コントローラ６０は循環ポンプ３２の負荷を検出する。なお、循環ポンプ３２の負荷は、電流値によって検出される場合に限らず、ポンプの回転数など他の方法によって検出されても良い。

次に、第１実施形態に係る燃料電池システム１の動作を説明する。図２は、第１実施形態に係る燃料電池システム１の動作を示すフローチャートである。図２に示すように、まず、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の電流値を計測する（ＳＴ１）。次いで、制御コントローラ６０は、計測した電流値が規定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ２）。上記規定値は、循環ポンプ３２が最大出力を示す運転限界電流値よりも小さい値とされている。

図３は、規定値を説明するグラフである。図３に示すように、規定値は運転限界電流値よりも低い。ここで、運転限界電流値とは、循環ポンプ３２の最大出力を得るための電流値である。すなわち、循環ポンプ３２は、運転限界電流値の電流が供給されたときに最大出力を示し、たとえ運転限界電流値以上の電流が供給されたとしても最大出力以上の出力を示さないようになっている。

このように、規定値が運転限界電流値よりも小さい値とされているため、規定値を運転限界電流値以上としてしまうことにより、生成水がいくら流入しても循環ポンプ３２の電流値が規定値以上とならず、排出制御が行われなくなってしまう事態を防止することができる。

なお、規定値は運転限界電流値から小さすぎる値でないことが望ましい。あまりに小さい値であると、過渡的な生成水の流入量の変化による誤検知（ステップＳＴ２での誤判断）を招く可能性があるためである。

再度、図２を参照する。計測した電流値が規定値以上でないと判断した場合（ＳＴ２：ＮＯ）、図２に示す処理は終了する。一方、計測した電流値が規定値以上であると判断した場合（ＳＴ２：ＹＥＳ）、制御コントローラ６０は、水セパレータ４１により回収された生成水が満水状態となったために、生成水が循環ポンプ３２に流入して負荷が増大したと判断する。そして、制御コントローラ６０は、排出バルブ４３を開く（ＳＴ３）。これにより、生成水が外部に排出される。

このとき、制御コントローラ６０は、排出バルブ４３の開時間の計測を開始する（ＳＴ４）。そして、制御コントローラ６０は、圧力センサ５０からの信号に基づいて燃料極側の圧力を検出する（ＳＴ５）。

次いで、制御コントローラ６０は、ステップＳＴ５において検出した燃料電池１０の燃料極側の圧力と、予め記憶している水セパレータ４１の生成水貯蔵容量とから、生成水の排出時間を求める（ＳＴ６）。ここで、単位時間あたりの生成水の排出量は、燃料電池１０の燃料極側の圧力が大きくなるに従って増加する。このため、水セパレータ４１の生成水が満水状態となって生成水を排出するときには、水セパレータ４１の生成水貯蔵容量と圧力とから、適切な排出時間を求めることができる。

次に、制御コントローラ６０は、再度、圧力センサ５０からの信号に基づいて燃料極側の圧力を検出する（ＳＴ７）。そして、制御コントローラ６０は、ステップＳＴ７において検出した圧力が所定値以下であるか否かを判断する（ＳＴ８）。ここで、ステップＳＴ７において検出した圧力が所定値以下であると判断した場合（ＳＴ８：ＹＥＳ）、生成水の排出が終了し、且つ、燃料極側のガス（主として水素ガス）までも排出していると考えられるため、制御コントローラ６０は、排出バルブ４３を閉じる（ＳＴ１０）。その後、図２に示す処理は終了する。

一方、ステップＳＴ７において検出した圧力が所定値以下でないと判断した場合（ＳＴ８：ＮＯ）、生成水の排出中であると考えられるため、制御コントローラ６０は、ステップＳＴ６において求めた排出時間が経過したか否かを判断する（ＳＴ９）。排出時間が経過していないと判断した場合（ＳＴ９：ＮＯ）、処理はステップＳＴ７に移行する。一方、排出時間が経過したと判断した場合（ＳＴ９：ＹＥＳ）、制御コントローラ６０は、排出を完了させるべく、排出バルブ４３を閉じる（ＳＴ１０）。その後、図２に示す処理は終了する。

なお、上記のステップＳＴ６において、制御コントローラ６０は、水セパレータ４１に貯蔵された生成水が完全排出されるまでの時間を排出時間として算出してもよいし、生成水の排出後に水素ガス等が排出されしまう可能性が無いように、貯蔵された生成水が完全排出されるまでの時間から所定時間減じた時間を排出時間として算出してもよい。

このようにして、第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、循環ポンプ３２の負荷を検出し、検出した負荷に応じて生成水排出系４０を制御して生成水を排出させることとしている。ここで、生成水量が多くなると、生成水が循環ポンプ３２に流入し、循環ポンプ３２の負荷が上昇する。このため、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の負荷を検出することで、生成水の増加を検出することができ、水位センサを用いる必要がなくなっている。従って、生成水の排出制御を行うにあたり水位センサを不要とし、水位センサを用いることによる重量及び占有空間の増加を防止することができる。

また、生成水排出系４０は、燃料電池１０から循環ポンプ３２に至るまでの循環配管３１上に、燃料電池１０による発電によって生じた生成水を回収して貯蔵する水セパレータ４１を有している。このため、燃料電池１０の燃料極側で生じた生成水は、まず、循環ポンプ３２に流入するまえに、水セパレータ４１で貯蔵されることとなる。そして、水セパレータ４１で貯蔵される生成水が満水状態などになったときに、生成水が循環ポンプ３２に流入することとなる。これにより、水セパレータ４１で生成水を貯蔵し、満水時等に循環ポンプ３２の負荷が上昇することとなり、適切な生成水の排出制御を行うことができる。

また、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の負荷を検出するにあたり循環ポンプ３２の電流値を検出し、検出した電流値が規定値以上となったときに生成水排出系４０を制御して生成水を排出させることとしている。ここで、循環ポンプ３２の負荷が増加した場合、循環ポンプ３２では、ガスの循環流量を維持するため、電流値が増大する。このため、循環ポンプ３２の電流値を検出し、検出した電流値が規定値以上となったときに生成水を排出することで、適切に排出制御を行うことができる。

また、規定値は、循環ポンプ３２が最大出力を示す運転限界電流値よりも小さい値とされている。このため、規定値を運転限界電流値以上としてしまうことにより、循環ポンプ３２の電流値が規定値以上とならず、排出制御が行われなくなってしまう事態を防止することができる。

また、制御コントローラ６０は、燃料電池１０の燃料極側の圧力と、水セパレータ４１の生成水貯蔵容量とから、生成水の排出時間を求め、生成水の排出を開始してから排出時間が経過したときに生成水の排出を完了させることとしている。ここで、生成水の排出については燃料電池１０の燃料極側の圧力が大きくなると、単位時間あたりの生成水の排出量が増加する。このため、水セパレータ４１の生成水が満水等になり生成水を排出するときに、水セパレータ４１の生成水貯蔵容量と圧力とから、適切な排出時間を求めることができ、この排出時間経過後に排出を完了させることで、適切な排出制御を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システム２の構成図である。同図に示すように、第２実施形態に係る燃料電池システム２は、新たに生成水通過配管（負荷増加手段、生成水通過ライン）７０を備えている。

生成水通過配管７０は、水セパレータ４１の生成水貯蔵量に応じた量の生成水を通過させるものであり、一端が水セパレータ４１の生成水貯蔵部と循環配管３１との接続部Ｂよりも下側位置Ｃに接続され、他端が水セパレータ４１と循環ポンプ３２との間の循環配管３１に接続されている。なお、生成水通過配管７０の他端は、循環ポンプ３２に直接接続されていてもよい。さらに、生成水通過配管７０は、循環配管３１よりも径が小さくされ、水セパレータ４１の生成水貯蔵量の全体量に応じた一部分量の生成水を通過させる構成となっている。

このように構成されるため、生成水通過配管７０は、水セパレータ４１によって貯蔵されている生成水量が多くなるに従って、循環ポンプ３２に流入する生成水量を増加させる手段として機能することとなる。

次に、第２実施形態に係る燃料電池システム２の動作について説明する。図５は、第２実施形態に係る燃料電池システム２の動作を示すフローチャートである。なお、図５に示すステップＳＴ１１〜ＳＴ１３は図２に示したステップＳＴ１〜ＳＴ３と同じであるため、説明を省略する。

図５に示すように、制御コントローラ６０は、排出バルブ４３を開いた後（ＳＴ１３の後）、再度循環ポンプ３２の電流値を計測する（ＳＴ１４）。次いで、制御コントローラ６０は、ステップＳＴ１４にて検出した電流値が規定値よりも小さい第２規定値を以下であるか否かを判断する（ＳＴ１５）。第２規定値とは、図３に示すような値であって、循環ポンプ３２に生成水の流入がないときの電流値よりも大きい値である。

電流値が第２規定値を以下でないと判断した場合（ＳＴ１５：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１４に移行する。一方、電流値が第２規定値を以下であると判断した場合（ＳＴ１５：ＹＥＳ）、制御コントローラ６０は、排出バルブ４３を閉じ（ＳＴ１６）、図５に示す処理は終了する。

このようにして、第２実施形態に係る燃料電池システム２によれば、第１実施形態と同様に、従って、生成水の排出制御を行うにあたり水位センサを不要とし、水位センサを用いることによる重量及び占有空間の増加を防止することができる。また、適切な生成水の排出制御を行うことができ、循環ポンプ３２の電流値が規定値以上とならず、排出制御が行われなくなってしまう事態を防止することができる。

さらに、第２実施形態によれば、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の電流値が規定値よりも小さい第２規定値以下となったときに、生成水の排出を完了させることとしている。ここで、生成水が適切に排出されて循環ポンプ３２への生成水の流入量が減少した場合、循環ポンプ３２では、電流値が減少する。このため、循環ポンプ３２の電流値が規定値よりも小さい第２規定値以下となったときに、生成水の排出を完了させることで、適切に排出制御を行うことができる。

また、第２規定値は、循環ポンプ３２に生成水の流入がないときの電流値よりも大きい値とされている。このため、第２規定値を生成水の流入がないときの電流値以下としてしまうことにより、生成水の排出を行い続けても循環ポンプ３２の電流値が第２規定値以下とならず、生成水の排出が適切に完了しなくなってしまう事態を防止することができる。

また、水セパレータ４１によって貯蔵されている生成水量が多くなるに従って、循環ポンプ３２に流入する生成水量を増加させる生成水通過配管７０をさらに備えるので、水セパレータ４１が満水状態となって生成水が循環ポンプ３２に流入してくる段階で循環ポンプ３２の負荷が増加するのでなく、水セパレータ４１に貯蔵される生成水量に応じた量の生成水が循環ポンプ３２に流入して負荷が増加することとなる。これにより、水セパレータ４１の満水状態を待つことなく、排出制御を開始することができる。なお、水セパレータ４１の満水状態を待つことなく排出制御を開始するには、図３に示すように規定値を第１実施形態のものよりも小さくしておくことが望ましい。

また、生成水通過配管７０は、一端が水セパレータ４１の生成水貯蔵部と循環配管３１との接続部よりも下側位置に接続され、他端が循環ポンプ３２または水セパレータ４１と循環ポンプ３２との間の循環配管３１に接続され、生成水貯蔵量に応じた量の生成水を通過させる。このため、簡易な構成で、規定値を小さな値とし、水セパレータ４１の満水状態を待つことなく、排出制御を開始することが可能となる。

また、生成水通過配管７０は、循環配管３１よりも径が小さくされ、生成水貯蔵量の全体量に応じた一部分量の生成水を通過させる構成となっている。このため、生成水通過配管７０の径が循環配管３１の径よりも大きいために、水セパレータ４１によって生成水が貯蔵されずに流れ出してしまうことを防止するができる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図６は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システム３の構成図である。同図に示すように、第３実施形態に係る燃料電池システム３は、水セパレータ４１を有しておらず、代わりに循環ポンプ３２が生成水を蓄える水溜部を有している。また、水セパレータ４１を有してないため、生成水排出系４０は、循環ポンプ３２の水溜部に蓄えられる生成水を排出することとなる。

次に、第３実施形態に係る燃料電池システム３の動作を説明する。図７は、第３実施形態に係る燃料電池システム３の動作を示すフローチャートである。

図７に示すように、制御コントローラ６０は、まず、循環ポンプ３２の電流値と、その電流値の継続時間と、燃料極側の圧力とを計測する（ＳＴ２１）。次に、制御コントローラ６０は、循環ポンプ３２の電流値、及び電流値の持続時間から、水溜部内に蓄えられている生成水量を推定する（ＳＴ２２）。ここで、水溜部内の生成水量は循環ポンプ３２の負荷に直接的に影響する。従って、制御コントローラ６０は、水溜部内の生成水量を推定することで、循環ポンプ３２の負荷を検出しているとも言える。

そして、制御コントローラ６０は生成水の排出が必要か否かを判断する（ＳＴ２３）。このとき、制御コントローラ６０は、推定した生成水量が所定量以上であるか否かを判断する。ここで、推定した生成水量が所定量以上でないと判断した場合（ＳＴ２３：ＮＯ）、図７に示す処理は終了する。

一方、推定した生成水量が所定量以上であると判断した場合（ＳＴ２３：ＹＥＳ）、制御コントローラ６０は、排出バルブ４３を開く（ＳＴ２４）。次いで、制御コントローラ６０は、排出バルブ４３の開時間の計測を開始し（ＳＴ２５）、圧力センサ５０からの信号に基づいて燃料極側の圧力を検出する（ＳＴ２６）。

次いで、制御コントローラ６０は、ステップＳＴ２６において検出した燃料電池１０の燃料極側の圧力と、ステップＳＴ２２において推定した生成水量とから、生成水の排出時間を求める（ＳＴ２７）。その後、ステップＳＴ２８〜ＳＴ３１において図２に示したステップＳＴ７〜ＳＴ１０と同様の処理が行われ、図７に示す処理は終了する。

このようにして、第３実施形態に係る燃料電池システム３によれば、第１実施形態と同様に、生成水の排出制御を行うにあたり水位センサを不要とし、水位センサを用いることによる重量及び占有空間の増加を防止することができる。

さらに、第３実施形態によれば、循環ポンプ３２は生成水を蓄える水溜部を有し、生成水排出系４０は循環ポンプ３２の水溜部内に蓄えられる生成水を排出する構成となっている。このため、水セパレータ４１の構成を省略することができる。

また、循環ポンプ３２の負荷を検出するにあたり循環ポンプ３２の電流値、及び電流値の持続時間から、水溜部内に蓄えられている生成水量を推定し、推定した生成水量が所定量以上であるときに生成水排出系４０を制御して生成水を排出させることとしている。ここで、循環ポンプ３２の電流値は既に説明したように、蓄えられる生成水量との相関がある。また、電流値の持続時間は負荷増加が過渡的なものでないことを示している。このため、循環ポンプ３２の電流値、及び電流値の持続時間から、水溜部内に蓄えられている生成水量を正確に推定することができる。

さらに、推定した生成水量と燃料極側の圧力とから排出時間を求め、排出時間が経過すると生成水の排出を完了することとしている。ここで、上記したように、燃料極側の圧力が大きくなると、単位時間あたりの生成水の排出量が増加する。このため、推定した生成水量と燃料極側の圧力とから適切な排出時間を求めることができ、この排出時間経過後に排出を完了させることで、適切な排出制御を行うことができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよし、各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 第１実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 規定値を説明するグラフである。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 第３実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１〜３…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…燃料ガス供給系
２１…水素タンク
２２…水素ガス供給配管
２３…圧力調整弁
３０…ガス循環系
３１…循環配管（ガス循環ライン）
３２…循環ポンプ（ガス循環ポンプ）
４０…生成水排出系（生成水排出手段）
４１…水セパレータ（生成水回収手段）
４２…生成水排出配管
４３…排出バルブ
５０…圧力センサ
６０…制御コントローラ（制御手段）
７０…生成水通過配管（負荷増加手段、生成水通過ライン）

Claims (12)

1. 燃料ガスの供給を受ける燃料極及び酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の燃料極側から排出されるガスを燃料極下流から燃料極上流に循環させるガス循環ラインと、
   前記ガス循環ライン上に設けられ、前記燃料電池の燃料極側から排出されるガスを燃料極下流から燃料極上流に循環させる動力源となるガス循環ポンプと、
   前記燃料電池による発電によって生じた生成水を外部に排出する生成水排出手段と、
   前記生成水排出手段による生成水の排出を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ガス循環ポンプの負荷を検出し、検出した負荷に応じて前記生成水排出手段を制御して生成水を排出させる
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記生成水排出手段は、前記燃料電池から前記ガス循環ポンプに至るまでのガス循環ライン上に設けられ且つ前記燃料電池による発電によって生じた生成水を回収して貯蔵する生成水回収手段を有し、
   前記制御手段は、前記生成水回収手段により回収して貯蔵された生成水を外部に排出させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、前記ガス循環ポンプの負荷を検出するにあたり前記ガス循環ポンプの電流値を検出し、検出した電流値が規定値以上となったときに前記生成水排出手段を制御して生成水を排出させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記規定値は、前記ガス循環ポンプが最大出力を示す運転限界電流値よりも小さい値とされていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御手段は、前記ガス循環ポンプの電流値が前記規定値よりも小さい第２規定値以下となったときに、生成水の排出を完了させることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
6. 前記第２規定値は、前記ガス循環ポンプに生成水の流入がないときの電流値よりも大きい値とされていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記制御手段は、前記燃料電池の燃料極側の圧力と、前記生成水回収手段の生成水貯蔵容量とから、生成水の排出時間を求め、生成水の排出を開始してから前記排出時間が経過したときに生成水の排出を完了させることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
8. 前記生成水回収手段によって貯蔵されている生成水量が多くなるに従って、前記ガス循環ポンプに流入する生成水量を増加させる負荷増加手段をさらに備えることを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
9. 前記負荷増加手段は、一端が前記生成水回収手段の生成水貯蔵部と前記ガス循環ラインとの接続部よりも下側位置に接続され、他端が前記ガス循環ポンプまたは前記生成水回収手段とガス循環ポンプとの間のガス循環ラインに接続され、生成水貯蔵量に応じた量の生成水を通過させる生成水通過ラインであることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 前記生成水通過ラインは、前記ガス循環ラインよりも径が小さくされ、生成水貯蔵量の全体量に応じた一部分量の生成水を通過させることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
11. 前記ガス循環ポンプは、生成水を蓄える水溜部を有し、
    前記生成水排出手段は、前記ガス循環ポンプの水溜部内に蓄えられる生成水を排出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
12. 前記制御手段は、前記ガス循環ポンプの負荷を検出するにあたり前記ガス循環ポンプの電流値、及び前記電流値の持続時間から、前記水溜部内に蓄えられている生成水量を推定し、前記推定した生成水量が所定量以上であるときに前記生成水排出手段を制御して生成水を排出させ、推定した生成水量と前記燃料電池の燃料極側圧力とから排出時間を算出し、生成水を排出してから前記排出時間が経過すると前記生成水排出手段を制御して生成水の排出を完了することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
    

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