JP2007066554A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of solving flooding while increase in noise and vibration and drop in the life of a bearing are suppressed. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is controlled so that the gas density on the fuel electrode side is increased when flooding in a fuel cell stack 10 is detected. A usual circulation pump 42 is generally known that efficiency is increased with increase in fluid density. That is, the circulation pump 42 increases pressure flow rate characteristics with increase in the density of circulating gas, and can increase the gas circulation flow rate without increasing the number of revolutions. The flooding is thus solved while increase in noise and vibration and drop in the life of the bearing are suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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

従来、燃料電池スタックの燃料極側出口から入口に向けてガスを循環させる燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック内でフラッディング（水詰まり）が発生した場合、ガス循環流量を増加させることで、水を吹き飛ばしてフラッディングを解消するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−２８００２７号公報 Conventionally, in a fuel cell system that circulates gas from the fuel electrode side outlet to the inlet of the fuel cell stack, when flooding (water clogging) occurs in the fuel cell stack, the water is increased by increasing the gas circulation flow rate. One that blows away and eliminates flooding is known (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-280027 A

ここで、従来の燃料電池システムにおいて、ガス循環流量を増加させるには、ポンプの回転数を増加させることが一般的である。しかし、ポンプの回転数を増加させると、騒音及び振動が増加するうえに、軸受け寿命を短くしてしまうという問題が生じる。   Here, in the conventional fuel cell system, in order to increase the gas circulation flow rate, it is common to increase the rotational speed of the pump. However, when the rotation speed of the pump is increased, noise and vibration increase, and the bearing life is shortened.

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、騒音及び振動の増加、並びに軸受け寿命の低下を抑制しつつ、フラッディングを解消することが可能な燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and the object of the present invention is to eliminate flooding while suppressing an increase in noise and vibration and a decrease in bearing life. Is to provide a simple fuel cell system.

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ることにより発電を行う燃料電池スタックと、燃料電池スタックの燃料極側出口から排出されたガスを燃料極側入口に循環させる流路となるガス循環ラインと、燃料電池スタックの燃料極側から排出されるガスを燃料極側出口から燃料極側入口に循環させる動力源となるガス循環ポンプと、燃料電池スタックの運転条件を制御する制御手段とを備えている。さらに、ガス循環ポンプは、循環させるガスの密度が大きくなるに従って圧力流量特性が向上するものであり、制御手段は、燃料電池スタックでのフラッディングを検出した場合に、燃料極側のガス密度が大きくなるように制御するものである。   A fuel cell system according to the present invention has a fuel electrode supplied with a fuel gas and an oxidizer electrode supplied with an oxidant gas, and generates a fuel cell stack by reacting the fuel gas with the oxidant gas. A gas circulation line serving as a flow path for circulating the gas discharged from the fuel electrode side outlet of the fuel cell stack to the fuel electrode side inlet, and gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack to the fuel from the fuel electrode side outlet A gas circulation pump serving as a power source to be circulated to the pole side inlet and a control means for controlling the operating conditions of the fuel cell stack are provided. Furthermore, the gas circulation pump improves the pressure flow characteristics as the density of the gas to be circulated increases. When the control means detects flooding in the fuel cell stack, the gas density on the fuel electrode side increases. It controls to become.

本発明によれば、燃料電池スタックでのフラッディングを検出した場合に、燃料極側のガス密度が大きくなるように制御することとしている。ここで、一般的なガス循環ポンプは、流体密度が大きくなることで、効率が良くなることが知られている。すなわち、ガス循環ポンプは、循環させるガスの密度が大きくなるに従って圧力流量特性が向上し、ポンプ回転数を増加させることなくガス循環流量を増加させることができる。従って、騒音及び振動の増加、並びに軸受け寿命の低下を抑制しつつ、フラッディングを解消することができる。   According to the present invention, when flooding in the fuel cell stack is detected, control is performed so that the gas density on the fuel electrode side is increased. Here, it is known that the efficiency of a general gas circulation pump is improved by increasing the fluid density. That is, in the gas circulation pump, the pressure flow rate characteristic is improved as the density of the gas to be circulated increases, and the gas circulation flow rate can be increased without increasing the pump rotation speed. Therefore, flooding can be eliminated while suppressing an increase in noise and vibration and a decrease in bearing life.

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

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料ガス供給系２０と、燃料ガス排出系３０と、ガス循環系４０と、水分離器５０と、コントローラ（制御手段）６０とを備えている。   FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, a fuel gas supply system 20, a fuel gas discharge system 30, a gas circulation system 40, a water separator 50, and a controller (control means). 60.

燃料電池スタック１０は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（酸素）とを反応させることにより発電を行うものであり、水素ガスの供給を受ける燃料極と、酸素を含む空気の供給を受ける酸化剤極とを有している。また、燃料極と酸化剤極と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、燃料電池スタック１０は、これら発電セルが複数層積層された構造となっている。   The fuel cell stack 10 generates power by reacting a fuel gas (hydrogen gas) and an oxidant gas (oxygen), and receives a fuel electrode supplied with hydrogen gas and a supply of air containing oxygen. And an oxidizer electrode. Further, the fuel electrode and the oxidant electrode are overlapped with an electrolyte interposed therebetween to constitute a power generation cell, and the fuel cell stack 10 has a structure in which a plurality of these power generation cells are stacked.

燃料ガス供給系２０は、燃料電池スタック１０の各燃料極に水素ガスを供給するためのものであり、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、燃料電池スタック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と燃料電池スタック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スタック１０の燃料極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から燃料電池スタック１０の燃料極側に供給される水素ガスの供給量を制御すると共に、水素ガスの供給量を制御することにより燃料電池スタック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。   The fuel gas supply system 20 is for supplying hydrogen gas to each fuel electrode of the fuel cell stack 10, and includes a hydrogen tank 21, a hydrogen gas supply pipe 22, and a pressure adjustment valve 23. The hydrogen tank 21 stores hydrogen gas supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 10. The hydrogen gas supply pipe 22 connects the hydrogen tank 21 and the fuel electrode side of the fuel cell stack 10, and guides the hydrogen gas from the hydrogen tank 21 to the fuel electrode of the fuel cell stack 10. The pressure adjustment valve 23 is provided in the hydrogen gas supply pipe 22 and controls the supply amount of hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 21 to the fuel electrode side of the fuel cell stack 10 by adjusting the opening degree. The pressure on the fuel electrode side of the fuel cell stack 10 is also controlled by controlling the gas supply amount.

燃料ガス排出系３０は、燃料電池スタック１０の燃料極側から排出されるガスを外部に排出するものであり、水素ガス排出配管３１と、パージ弁３２とを備えている。水素ガス排出配管３１は、燃料電池スタック１０の燃料極側出口と外部とを接続し、燃料極側のオフガスを外部に導くための流路となるものである。パージ弁３２は、水素ガス排出配管３１に設けられ、開度を調整することにより、燃料極側のオフガスの排出量を制御する構成となっている。   The fuel gas discharge system 30 discharges gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 10 to the outside, and includes a hydrogen gas discharge pipe 31 and a purge valve 32. The hydrogen gas discharge pipe 31 serves as a flow path for connecting the fuel electrode side outlet of the fuel cell stack 10 to the outside and guiding the off gas on the fuel electrode side to the outside. The purge valve 32 is provided in the hydrogen gas discharge pipe 31 and is configured to control the discharge amount of the off-gas on the fuel electrode side by adjusting the opening degree.

ガス循環系４０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、燃料電池スタック１０の燃料極側から排出されるガスを燃料極側出口から入口に循環させるものである。このガス循環系４０は、循環配管（ガス循環ライン）４１と、循環ポンプ（ガス循環ポンプ）４２とからなっている。   The gas circulation system 40 is for reusing hydrogen gas discharged without contributing to power generation, and circulates gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 10 from the fuel electrode side outlet to the inlet. It is something to be made. The gas circulation system 40 includes a circulation pipe (gas circulation line) 41 and a circulation pump (gas circulation pump) 42.

循環配管４１は、燃料電池スタック１０の燃料極側出口から排出されたガスを燃料極側入口に循環させる流路となるものである。この循環配管４１は、一端が燃料極出口からパージ弁３２に至るまでの水素ガス排出配管３１（図１に示す点Ａ）に接続され、他端が圧力調整弁２３から燃料極入口に至るまでの水素ガス供給配管２２に（図１に示す点Ｂ）接続されている。循環ポンプ４２は、循環配管４１上に設けられ、燃料電池スタック１０の燃料極側から排出されるガスを燃料極側出口から燃料極側入口に循環させる動力源となるものである。この循環ポンプ４２は、一般的な構成のポンプであり、流体密度が大きくなることで、効率が良くなるものである。すなわち、循環ポンプ４２は、循環させるガスの密度が大きくなるに従って圧力流量特性が向上する構成となっている。   The circulation pipe 41 serves as a flow path for circulating the gas discharged from the fuel electrode side outlet of the fuel cell stack 10 to the fuel electrode side inlet. This circulation pipe 41 is connected at one end to a hydrogen gas discharge pipe 31 (point A shown in FIG. 1) from the fuel electrode outlet to the purge valve 32, and at the other end from the pressure adjustment valve 23 to the fuel electrode inlet. To the hydrogen gas supply pipe 22 (point B shown in FIG. 1). The circulation pump 42 is provided on the circulation pipe 41 and serves as a power source for circulating gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 10 from the fuel electrode side outlet to the fuel electrode side inlet. The circulation pump 42 is a pump having a general configuration, and the efficiency is improved by increasing the fluid density. That is, the circulation pump 42 is configured to improve the pressure flow characteristics as the density of the gas to be circulated increases.

ここで、圧力流量特性とは、ポンプの吐出圧力と流量との相関を示すものであり、予めポンプの種類等によって定まっているものである。故に、ポンプを駆動させて或る吐出圧力を得るためには流量を或る値にする必要がある。ところが、上記のように流体密度が大きくなると、この圧力流量特性は向上し、上記或る吐出圧力における流量は前述の値よりも大きくなる。   Here, the pressure-flow rate characteristic indicates a correlation between the discharge pressure and the flow rate of the pump, and is determined in advance by the type of the pump and the like. Therefore, in order to obtain a certain discharge pressure by driving the pump, the flow rate needs to be a certain value. However, when the fluid density is increased as described above, the pressure flow characteristic is improved, and the flow rate at the certain discharge pressure is larger than the above-described value.

水分離器５０は、燃料極からのオフガスに含まれる水分を凝縮して回収するものであり、燃料極出口から上記接続点Ａに至るまでの水素ガス排出配管３１に設けられている。この水分離器５０は、凝縮して取り出した水分を加湿器などに送るようになっている。   The water separator 50 condenses and collects moisture contained in the off-gas from the fuel electrode, and is provided in the hydrogen gas discharge pipe 31 from the fuel electrode outlet to the connection point A. The water separator 50 is configured to send moisture condensed and taken out to a humidifier or the like.

コントローラ６０は、燃料電池スタック１０の運転条件を制御するものであり、具体的には燃料電池スタック１０の運転圧力や温度、及び、各種弁２３，３２の開度などを制御することができる構成となっている。また、コントローラ６０は、燃料電池システム１の運転状況等などから、燃料電池スタック１０においてフラッディングが発生しているか否かを判断できる構成となっており、例えば、燃料電池スタック１０のセル電圧の変動や、排出ガスの圧力変動などからフラッディングの発生を判断する。   The controller 60 controls the operating conditions of the fuel cell stack 10. Specifically, the controller 60 can control the operating pressure and temperature of the fuel cell stack 10 and the opening degree of the various valves 23 and 32. It has become. Further, the controller 60 is configured to be able to determine whether or not flooding has occurred in the fuel cell stack 10 from the operation status of the fuel cell system 1 or the like. Also, the occurrence of flooding is judged from the pressure fluctuation of the exhaust gas.

次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作を図２を参照して説明する。図２は、本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。なお、図２に示す処理は、燃料電池システム１の電源がオフされるまで繰り返されるものとする。   Next, the operation of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to this embodiment. 2 is repeated until the power of the fuel cell system 1 is turned off.

まず、図２に示すように、燃料電池システム１は通常運転を行っている（ＳＴ１）。すなわち、コントローラ６０は、負荷からの要求に応じた発電を行えるように、燃料電池システム１の運転条件を決定し、発電を行う。   First, as shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 is operating normally (ST1). That is, the controller 60 determines the operating conditions of the fuel cell system 1 so as to perform power generation according to a request from the load, and performs power generation.

そして、コントローラ６０は、燃料電池スタック１０においてフラッディングが発生しているか否かを判断する（ＳＴ２）。このとき、コントローラ６０は、例えば燃料電池スタック１０のセル電圧の変動や、排出ガスの圧力変動などからフラッディングの発生を判断する。ここで、フラッディングが発生していないと判断した場合（ＳＴ２：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１に移行し、コントローラ６０は通常運転を継続する。   Then, the controller 60 determines whether flooding has occurred in the fuel cell stack 10 (ST2). At this time, the controller 60 determines the occurrence of flooding based on, for example, fluctuations in the cell voltage of the fuel cell stack 10 or fluctuations in the pressure of the exhaust gas. If it is determined that no flooding has occurred (ST2: NO), the process proceeds to step ST1, and the controller 60 continues normal operation.

一方、フラッディングが発生していると判断した場合（ＳＴ２：ＹＥＳ）、コントローラ６０は、燃料極出口から入口に循環させるガスの密度を大きくする（ＳＴ３）。この際、コントローラ６０は、燃料極側のガスの圧力を一時的に大きくすることにより、燃料極側のガス密度を大きくする。なお、コントローラ６０は、例えば圧力調整弁２３を開けて水素ガスを供給することで、燃料極側のガスの圧力を大きくする。   On the other hand, when it is determined that flooding has occurred (ST2: YES), the controller 60 increases the density of the gas circulated from the fuel electrode outlet to the inlet (ST3). At this time, the controller 60 increases the gas density on the fuel electrode side by temporarily increasing the pressure of the gas on the fuel electrode side. The controller 60 increases the pressure of the gas on the fuel electrode side, for example, by opening the pressure adjustment valve 23 and supplying hydrogen gas.

ここで、循環ポンプ４２は、上記したように、流体密度が大きくなることで、効率が良くなるものである。このため、循環ポンプ４２は、循環させるガスの密度が大きくなるに従って圧力流量特性が向上することとなる。すなわち、本システム１は、燃料極側の圧力を大きくすることで、ポンプ回転数を増加させることなく、ガス循環流量を増加させることができる。故に、本システム１では、騒音及び振動の増加、並びに軸受け寿命の低下を抑制しつつ、フラッディングを解消することができる。   Here, as described above, the circulation pump 42 is improved in efficiency by increasing the fluid density. For this reason, the pressure and flow characteristics of the circulation pump 42 are improved as the density of the gas to be circulated increases. That is, the system 1 can increase the gas circulation flow rate without increasing the pump rotation speed by increasing the pressure on the fuel electrode side. Therefore, in this system 1, flooding can be eliminated while suppressing an increase in noise and vibration and a decrease in bearing life.

また、コントローラ６０は、燃料極側のガスの圧力を一時的に大きくすることで燃料極側のガス密度を大きくする場合に限らず、燃料極側から外部へのガス排出量を一時的に減少させることで、燃料極側のガス密度を大きくするようにしてもよい。   The controller 60 is not limited to increasing the gas density on the fuel electrode side by temporarily increasing the gas pressure on the fuel electrode side, but temporarily reduces the amount of gas discharged from the fuel electrode side to the outside. By doing so, the gas density on the fuel electrode side may be increased.

一般に、燃料電池スタック１０の酸化剤極には窒素等の不純物ガスが存在し、燃料電池システム１を長期に使用すると、不純物ガスが燃料極側に流入して運転効率が低下することが知られている。このため、一般的な燃料電池システムでは、一定時間ごとに、または所定条件が満たされるごと（例えば窒素濃度が規定濃度以上になるごと）に、パージ弁を開いて燃料極側から外部へガスを排出することとしている。本実施形態の燃料電池システム１では、上記一定時間を長く変更したり、上記所定条件を満たし難くなるように変更したりして（例えば規定濃度を高めに変更したりして）、燃料極側から外部へのガス排出量を減少させて、燃料極側における不純物ガスの濃度を高め、燃料極側のガス密度を大きくする。   In general, there is an impurity gas such as nitrogen in the oxidant electrode of the fuel cell stack 10, and it is known that when the fuel cell system 1 is used for a long period of time, the impurity gas flows into the fuel electrode side and the operation efficiency is lowered. ing. For this reason, in a general fuel cell system, the purge valve is opened to supply gas from the fuel electrode side to the outside at regular time intervals or every time a predetermined condition is satisfied (for example, every time the nitrogen concentration exceeds a specified concentration). We are going to discharge. In the fuel cell system 1 of the present embodiment, the predetermined time is changed longer or changed so as not to satisfy the predetermined condition (for example, the specified concentration is changed to be higher), and the fuel electrode side is changed. The concentration of the impurity gas on the fuel electrode side is increased, and the gas density on the fuel electrode side is increased by reducing the amount of gas discharged to the outside.

また、コントローラ６０は、燃料電池スタック１０の運転温度を上昇させることで、燃料極側のガス密度が大きくなるように制御するようにしてもよい。ここで、燃料電池スタック１０の運転温度を上昇させると、燃料極側におけるガス中の水蒸気濃度が増し、燃料極側のガス密度を大きくすることができる。なお、燃料電池スタック１０の運転温度を上昇させるには、燃料電池スタック１０を冷却する冷却液の流量を減少させるなどするとよい。   Further, the controller 60 may control the gas density on the fuel electrode side to be increased by increasing the operating temperature of the fuel cell stack 10. Here, when the operating temperature of the fuel cell stack 10 is raised, the water vapor concentration in the gas on the fuel electrode side increases, and the gas density on the fuel electrode side can be increased. In order to increase the operating temperature of the fuel cell stack 10, it is preferable to reduce the flow rate of the coolant that cools the fuel cell stack 10.

以上、コントローラ６０は、上記のいずれかの方法またはその組み合わせによって、循環させるガスの密度を大きくし、ガス循環流量を多くする。これにより、燃料電池スタック１０の水分が吹き飛ばされ、水分離器５０により多くの水分が除去されることとなる。   As described above, the controller 60 increases the density of the gas to be circulated and increases the gas circulation flow rate by any one of the above methods or a combination thereof. As a result, the water in the fuel cell stack 10 is blown off, and much water is removed by the water separator 50.

その後、コントローラ６０は、フラッディングが解消したか否かを判断する（ＳＴ４）。フラッディングが解消したと判断した場合（ＳＴ４：ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１に移行することとなる。一方、フラッディングが解消していないと判断した場合（ＳＴ４：ＮＯ）、解消したと判断されるまで、この処理が繰り返される。   Thereafter, the controller 60 determines whether or not the flooding has been eliminated (ST4). If it is determined that flooding has been eliminated (ST4: YES), the process proceeds to step ST1. On the other hand, when it is determined that the flooding has not been resolved (ST4: NO), this process is repeated until it is determined that the flooding has been resolved.

このようにして、本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、燃料電池スタック１０でのフラッディングを検出した場合に、燃料極側のガス密度が大きくなるように制御することとしている。ここで、一般的な循環ポンプ４２は、流体密度が大きくなることで、効率が良くなることが知られている。すなわち、循環ポンプ４２は循環させるガスの密度が大きくなるに従って圧力流量特性が向上し、ポンプ回転数を増加させることなくガス循環流量を増加させることができる。従って、騒音及び振動の増加、並びに軸受け寿命の低下を抑制しつつ、フラッディングを解消することができる。   Thus, according to the fuel cell system 1 according to the present embodiment, when flooding in the fuel cell stack 10 is detected, control is performed so that the gas density on the fuel electrode side is increased. Here, it is known that the efficiency of the general circulation pump 42 increases as the fluid density increases. That is, the circulation pump 42 has an improved pressure flow rate characteristic as the density of the gas to be circulated increases, and can increase the gas circulation flow rate without increasing the pump rotation speed. Therefore, flooding can be eliminated while suppressing an increase in noise and vibration and a decrease in bearing life.

また、燃料電池スタック１０でのフラッディングを検出した場合に、燃料極側のガスの圧力を大きくするとで、燃料極側のガス密度が大きくなるように制御することとしている。このため、ガス圧力の調整により、騒音及び振動の増加、並びに軸受け寿命の低下を抑制しつつ、フラッディングを解消することができる。   In addition, when flooding in the fuel cell stack 10 is detected, control is performed so that the gas density on the fuel electrode side is increased by increasing the pressure of the gas on the fuel electrode side. For this reason, by adjusting the gas pressure, it is possible to eliminate flooding while suppressing an increase in noise and vibration and a decrease in bearing life.

また、燃料電池スタック１０でのフラッディングを検出した場合に、燃料極側から外部へのガス排出量を減少させることで、燃料極側のガス密度が大きくなるように制御することとしている。このため、燃料極側から外部へのガス排出量を減少させ、燃料極側における不純物ガスの濃度を高め、燃料極側のガス密度を大きくすることができる。従って、燃料極側から外部へのガス排出量の調整によって、騒音及び振動の増加、並びに軸受け寿命の低下を抑制しつつ、フラッディングを解消することができる。   Further, when flooding in the fuel cell stack 10 is detected, control is performed so that the gas density on the fuel electrode side is increased by reducing the amount of gas discharged from the fuel electrode side to the outside. For this reason, the amount of gas discharged from the fuel electrode side to the outside can be reduced, the impurity gas concentration on the fuel electrode side can be increased, and the gas density on the fuel electrode side can be increased. Therefore, by adjusting the gas discharge amount from the fuel electrode side to the outside, flooding can be eliminated while suppressing an increase in noise and vibration and a decrease in bearing life.

また、燃料電池スタック１０でのフラッディングを検出した場合に、燃料電池スタック１０の運転温度を上昇させることで、燃料極側のガス密度が大きくなるように制御することとしている。ここで、燃料電池スタック１０の運転温度を上昇させると、燃料極側におけるガス中の水蒸気濃度が増し、燃料極側のガス密度が大きくなる。従って、燃料電池スタック１０の運転温度の調整によって、騒音及び振動の増加、並びに軸受け寿命の低下を抑制しつつ、フラッディングを解消することができる。   Further, when flooding in the fuel cell stack 10 is detected, control is performed such that the gas density on the fuel electrode side is increased by increasing the operating temperature of the fuel cell stack 10. Here, when the operating temperature of the fuel cell stack 10 is increased, the water vapor concentration in the gas on the fuel electrode side increases and the gas density on the fuel electrode side increases. Therefore, by adjusting the operating temperature of the fuel cell stack 10, flooding can be eliminated while suppressing an increase in noise and vibration and a decrease in bearing life.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、本実施形態では、循環させるガスの密度を大きくする方法を３つほど例示したが、これに限らず、他の方法によって循環ガス密度を大きくするようにしてもよい。   As described above, the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the present embodiment, about three methods for increasing the density of the gas to be circulated are exemplified, but the present invention is not limited to this, and the circulating gas density may be increased by other methods.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る燃料電池システム１の動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to the present embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム
１０…燃料電池スタック
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…燃料ガス排出系
３１…水素ガス排出配管
３２…パージ弁
４０…ガス循環系
４１…循環配管（ガス循環ライン）
４２…循環ポンプ（ガス循環ポンプ）
５０…水分離器
６０…コントローラ（制御手段）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell stack 20 ... Fuel gas supply system 21 ... Hydrogen tank 22 ... Hydrogen gas supply piping 23 ... Pressure adjustment valve 30 ... Fuel gas discharge system 31 ... Hydrogen gas discharge piping 32 ... Purge valve 40 ... Gas Circulation system 41 ... circulation piping (gas circulation line)
42. Circulation pump (gas circulation pump)
50 ... Water separator 60 ... Controller (control means)

Claims (4)

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、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの燃料極側出口から排出されたガスを燃料極側入口に循環させる流路となるガス循環ラインと、
前記燃料電池スタックの燃料極側から排出されるガスを燃料極側出口から燃料極側入口に循環させる動力源となるガス循環ポンプと、
前記燃料電池スタックの運転条件を制御する制御手段と、を備え、
前記ガス循環ポンプは、循環させるガスの密度が大きくなるに従って圧力流量特性が向上するものであり、
前記制御手段は、前記燃料電池スタックでのフラッディングを検出した場合に、前記燃料極側のガス密度が大きくなるように制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack having a fuel electrode supplied with a fuel gas and an oxidant electrode supplied with an oxidant gas, and generating power by reacting the fuel gas with the oxidant gas;
A gas circulation line serving as a flow path for circulating the gas discharged from the fuel electrode side outlet of the fuel cell stack to the fuel electrode side inlet;
A gas circulation pump serving as a power source for circulating gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack from the fuel electrode side outlet to the fuel electrode side inlet;
Control means for controlling operating conditions of the fuel cell stack,
The gas circulation pump improves the pressure flow characteristics as the density of the gas to be circulated increases.
The fuel cell system, wherein the control means performs control so that the gas density on the fuel electrode side is increased when flooding in the fuel cell stack is detected. 前記制御手段は、前記燃料電池スタックでのフラッディングを検出した場合に、前記燃料極側のガスの圧力を大きくすることで、前記燃料極側のガス密度が大きくなるように制御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。   The control means, when detecting flooding in the fuel cell stack, controls to increase the gas density on the fuel electrode side by increasing the pressure of the gas on the fuel electrode side. The fuel cell system according to claim 1. 前記制御手段は、前記燃料電池スタックでのフラッディングを検出した場合に、前記燃料極側から外部へのガス排出量を減少させることで、前記燃料極側のガス密度が大きくなるように制御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。   When the control unit detects flooding in the fuel cell stack, the control unit controls the gas density on the fuel electrode side to increase by reducing the amount of gas discharged from the fuel electrode side to the outside. The fuel cell system according to claim 1. 前記燃料電池スタックでのフラッディングを検出した場合に、前記燃料電池スタックの運転温度を上昇させることで、前記燃料極側のガス密度が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
2. The control according to claim 1, wherein when flooding in the fuel cell stack is detected, control is performed such that the gas density on the fuel electrode side is increased by increasing the operating temperature of the fuel cell stack. Fuel cell system.
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