JP2007123158A

JP2007123158A - 燃料電池システム

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Publication number: JP2007123158A
Application number: JP2005316439A
Authority: JP
Inventors: Koichi Shiraishi; 剛一白石; Yoshihiro Tamura; 義宏田村
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP5076304B2

Abstract

【課題】燃料ガスの排出量を抑え、かつ燃料室からの水の排出を確実に可能とする。
【解決手段】燃料電池における燃料室に燃料ガスを供給し、燃料室の燃料ガスを循環ポンプ２５により循環路202及び供給路201Ｂを介して燃料室に循環すると共に、循環路202に設けられた減圧電磁弁31を閉じ、循環ポンプ25の吸引によって、ドレインタンク24のガス圧を低下させる。その後、減圧電磁弁31を開放し、ドレインタンク24へのガス流入時のガス流により、燃料室内の水を排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の燃料室内に溜まった逆拡散水の排出を行うための燃料電池システムに関する。

従来、高分子電解質膜を使用した燃料電池では、電解質膜を挟んで両側に燃料室及び酸素室が存在し、燃料室における燃料ガスが燃料極を介し、或いは、酸素室における酸化ガス（主として外気）が酸素極を介し、イオン化し、そのイオンを、電解質膜を介して取り出して電力を得ている。

ところで、燃料室内には、発電反応によって生成される水が高分子電解質膜を解して浸透し滞留する。この生成水は、水素と燃料極との接触を阻害し、出力の低下を招くことが知られており、燃料室内の水の排出が課題とされている。
そこで、燃料室内の水を効率よく排出する手段として、特許文献１に記載の発明が提案されている。
特開２００３−１７８７８９号公報

しかし、上記特許文献１に記載の水詰まり除去方法は、水詰まり除去弁を開放することによって、水とともに燃料として使用できるガスも排出されてしまうので、効率が悪いといった問題がある。
本発明は、燃料ガスの排出量を抑え、かつ燃料室からの水の排出を確実に可能とする燃料電池システムを提供することを目的とする。

以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。
（１）燃料ガスが流入される燃料室と、酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料室に接続され、燃料ガスを供給するための供給路と、
一端が前記供給路に他端が前記燃料室のガス排出口に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給路を介して前記燃料室へ循環させるための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記供給路に循環させる循環ポンプと、
前記循環路に設けられ、前記燃料室から排出される水を収容する水タンクと、
前記循環路において前記水タンクと前記燃料室の間に設けられ、燃料ガスが流通可能な開状態と、流通不能な閉状態とに切換可能な減圧切換弁と、
前記循環路における前記減圧切換弁と前記循環ポンプとの間のガス圧を検出する圧力検出手段と、
前記減圧切換弁を閉状態に切り換え、前記循環ポンプの吸引によって、圧力検出手段で検出されたガス圧が前記供給路のガス圧よりも低い所定値以下に達した場合に、前記減圧切換弁を開状態に切り換える水排出動作を制御する水排出制御手段とを備えたことを特徴する燃料電池システム。

（２）燃料ガスが流入される燃料室と、酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料室に接続され、燃料ガスを供給するための供給路と、
一端が前記供給路に他端が前記燃料室のガス排出口に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給路を介して前記燃料室へ循環させるための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記供給路に循環させる循環ポンプと、
前記循環路に設けられ、前記燃料室から排出される水を収容する水タンクと、
前記循環路において前記水タンクと前記燃料室の間に設けられ、燃料ガスが流通可能な開状態と、流通不能な閉状態とに切換可能な減圧切換弁と、
前記循環路における前記減圧切換弁と前記循環ポンプとの間のガス圧を検出する圧力検出手段と、
前記循環路において、前記循環路の下流側に設けられ、燃料ガスが流通可能な開状態と、流通不能な閉状態とに切換可能な循環弁と、
前記供給路へ燃料ガス供給源から燃料ガスを供給する開状態と、供給を遮断する閉状態とに切換可能な供給切換弁と、
前記供給路内のガス圧を検出する供給ガス圧検出手段と、
前記減圧切換弁と前記供給切換弁を閉状態とし、供給ガス圧検出手段で検出されたガス圧値が、燃料ガス供給源から供給されるガス圧よりも低く、かつ前記循環ポンプの吸引によって、圧力検出手段で検出されたガス圧が前記供給路のガス圧よりも低い所定値以下に達した場合に、前記循環弁を閉状態とし、前記減圧切換弁と前記供給切換弁を開状態とする水排出動作を制御する水排出制御手段とを備えたことを特徴する燃料電池システム。

（３）前記燃料電池の発電量を検出する発電量検出手段を有し、
前記水排出制御手段は、前記発電量検出手段による発電量に基づき水排出動作を開始する上記（１）又は（２）に記載の燃料電池システム。

（４）前記発電量検出手段は、電流計であり、
前記水排出手段は、電流値の積算値が所定値に達した場合に水排出動作を開始する上記（３）に記載の燃料電池システム。

請求項１記載の発明によれば、循環ポンプの吸引によって、水タンク内の圧力を下げ、減圧切換弁の開放によって、供給路との圧力差によって生じる、高圧ガスの流入により燃料室内の水を排出するので、水排出のために燃料ガスを排出する必要がなく、燃料ガスの消費効率が向上する。
請求項２記載の発明によれば、循環ポンプの吸引による水タンクと供給路との圧力差に、燃料ガス供給源からのガスの流入圧が加わるので、燃料室内の流速はさらに高まり、溜まっている水の排出効率がさらに向上する。

請求項３記載の発明によれば、水の生成量を推定する発電量に応じて、燃料室における水詰まりが発生する前に、水詰まりを原因とする電極の劣化を抑制できる。
請求項４記載の発明によれば、発電量として電流の積算値を用いることによって、より正確に発電量を検出することができ、水の排出処理を一層効率よく行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
次にこの発明の好適実施形態について説明する。この実施形態は、電気自動車に搭載される燃料電池システムである。図１は、この発明の燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されているように、この燃料電池システム１は燃料電池スタック１００、水素貯蔵タンク１１を含む燃料供給系１０、空気供給系１２、水供給系５０、負荷系７とに大略構成される。

この燃料電池スタック１００の構成について説明する。燃料電池スタック１００は、燃料電池単位セル１５と燃料電池セパレータ１３とを交互に積層して構成されている。図２は、燃料電池用セパレータ１３を示す全体正面図、図３は、燃料電池セパレータ１３で構成された燃料電池スタック１００の部分断面平面図（図２におけるＡ‐Ａ断面図）、図４は、同じく部分断面側面図（図２及び図３におけるＢ−Ｂ断面図）、図５は、燃料電池セパレータ１３の部分断面側面図（図２及び図３におけるＣ−Ｃ断面図）、図６は、燃料電池用セパレータ１３の全体背面図である。

セパレータ１３は、単位セル１５の電極に接触して電流を外部に取り出すための集電部材３、４と、各集電部材３、４の周端部に外装される枠体８、９とを備えている。集電板である集電部材３、４は金属で構成されている。構成金属は、導電性と耐食性を備えた金属で、例えば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施したもの等が挙げられる。
集電部材３は、単位セル１５の燃料極に接触し、集電部材４は酸素極に接触する。集電部材３には、プレス加工によって、突出形成された複数の凸状部３２が形成されている。

凸状部３２は、板材の長辺に沿って短辺方向へ向けて、等間隔で配列されている。長辺に沿って（図２における横方向）配置された凸状部３２の間に形成された溝によって、凸状部３２の間には水素流路３０１が形成され、凸状部３２の裏側に形成された溝３３によって、水素流路３０２が形成されている。この凸状部３２の頂点部分の面は、燃料極が接触する当接部３２１となっている。集電部材３が網体であるため、当接部３２１が接触する部分においても、孔３２０を介して、燃料極は燃料ガスを供給することができる。また、水素流路３０１と水素流路３０２の間も、孔３２０を介して、水素ガスが相互に流通可能となる。
集電部材３の両端部には、流通孔３５が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この流通孔３５によって水素供給路が構成される。

集電部材４は、矩形の板材から成り、プレス加工によって、複数の凸状部４２が形成されている。凸状部４２は、板材の短辺に平行に直線状に連続して形成されており、等間隔で配置されている。凸状部４２の間には、溝が形成されて、空気が流通する空気流路４０が形成されている。この凸状部４２の頂点部分の面は、酸素極が接触する当接部４２１となっている。また、凸状部４２の裏側は溝状の中空部４１となっており、中空部４１の両端は、閉鎖されている。

以上のような集電部材３、４は、各凸状部３２と凸状部４２が外側となるように重ね合わされて固定される。このとき、集電部材３の裏側面３４と空気流路４０の裏側面４０３が当接した状態となり、相互に通電可能な状態となる。また、空気流路４０は、図３及び図５に示されているように、単位セル１５に重ね合わされ、溝の開口部４００を閉鎖することにより、管状の流路が構成され、空気流路４０の内壁の一部が酸素極で構成される。この空気流路４０から、単位セル１５の酸素極に酸素と水が供給される。酸素極に供給される酸素は、空気流路４０を通過する空気中に含有される酸素である。

空気流路４０の一端側開口部は、空気と水が流入する導入口４３となり、他端の開口部は、空気と水が流出する導出口４４となっている。この導入口４３から導出口４４までの空気流路４０及びその集合体が、固体電解質膜に酸素を供給する酸素室（空気室）として機能する。
また、中空部４１の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口４５となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出開放口４６となっている。以上のような構成において、空気流路４０と中空部４１は、交互に平行に配置され、相互に側壁４７を挟んで隣接した構成となっている。

集電部材３、４には、枠体８、９がそれぞれ重ねられる。図２に示されているように、集電部材３に重ねられる枠体８は、集電部材３と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部３２を収納する窓８１が形成されている。また、両端部近傍には、集電部材３の流通孔３５に合致する位置に孔８３が形成されており、この孔８３と窓８１との間には、集電部材３に接触する側の平面に凹部が形成され、水素流通経路８４が設けられている。また、集電部材３に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓８１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部８２が設けられている。この収納部８２に収納された単位セル１５の燃料極表面と、水素流路３０１、３０２と、窓８１とによって、燃料室３０が画成される。このように、燃料室は、燃料極に隣接して設けられ、酸素室は酸素極に隣接して設けられている。

集電部材４に重ねられる枠体９は、枠体８と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部４２を収納する窓９１が形成されている。また、両端部近傍には、枠体８の孔８３に合致する位置に孔９３が形成されている。枠体８の集電部材４が重ねられる側の面には、枠体８の対向する一対の長辺に沿って溝が形成され、集電部材３、４に重ねることによって、空気流通路９４、９５が構成される構造となっている。空気流通路９４の一端は、枠体８の長辺側の端面に形成された開口９４１に接続され、他端は空気流路４０の導入口４３に接続されている。

上流側の空気流通路９４は、開口９４１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９４２となっており、後述する空気マニホールド５４から噴射される霧状水の取り入れを容易としている。一方、下流側の空気流通路９５の一端は、空気流路４０の導出口４４に接続され、他端は、枠体８の長辺側端面に形成された開口９５１に接続されている。空気流通路９５は、開口９５１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９５２となっている。燃料電池スタック１００が傾いた際にも、このテーパー面９５２によって、水の排出が維持される。また、枠体９の、集電部材４に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓９１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部９２が設けられている。

図７は単位セル１５の拡大断面図である。単位セル１５は、固体高分子電解質膜１５ａと、該固体高分子電解質膜1５ａの両側面にそれぞれ重ねられた酸化剤極である酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとを備えていて、固体高分子電解質膜１５ａは、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとで挟持されている。固体高分子電解質膜1５ａは、収納部８２、９２に合致した大きさに形成され、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃは、窓９１、８１に合致した大きさに形成されている。単位セル１５の厚さは、枠体８、９や集電部材３、４の厚さに比べると極めて薄いので、図面では、一体の部材として表示している。

空気流路４０の内壁には、親水性処理が施されている。内壁表面と水の接触角が４０°以下、好ましくは３０°以下となるように表面処理が施されているとよい。処理方法としては、親水処理剤を、表面に塗布する方法が取られる。塗布される処理剤としては、ポリアクリルアミド、ポリウレタン系樹脂、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等が挙げられる。

以上のように構成された枠体８、９によって集電部材３、４を保持してセパレータ１３が構成され、セパレータ１３と単位セル１５を交互に積層して、燃料電池スタック１００が構成される。図８は燃料電池スタック１００の部分平面図である。燃料電池スタック１００の上面には、多数の導入口４３が開口し、この導入口４３に、後述するように、空気マニホールド５４から空気が流入するとともに、空気マニホールド５４内で、水噴射手段であるノズル５５から噴射された水が同時に流入する。導入口４３から流入した空気と水は、潜熱冷却により集電部材３、４を冷却する。

次に、図１に示されている燃料電池システムの構成について説明する。
燃料供給系１０の構成について、説明する。燃料ガスボンベである水素貯蔵タンク１１には、燃料ガス供給流路２０１Ａ、２０１Ｂを介して燃料電池スタック１００のガス取入口２０１ＢＩＮに接続されている。燃料ガス供給流路２０１Ａには、水素元電磁弁１８、一次センサＳ０、レギュレータ１９、二次圧センサＳ１、並列接続された水素起動電磁弁２０及び水素調圧弁２１、ガス供給弁２２、供給ガス圧検出手段である三次圧センサＳ２が順に設けられ、この燃料ガス供給流路２０１Ａは、燃料ガス供給流路２０１Ｂに接続している。供給路である燃料ガス供給流路２０１Ｂには、リリーフ弁ＲＶが設けられ、燃料ガス供給流路２０１Ｂは、燃料電池スタック１００の上記ガス取入口２０１ＢＩＮに接続されている。燃料電池スタック１００のガス排出口２０２ＯＵＴには、ガス排出流路２０２の一端が接続され、その他端は、レベルセンサＳ１１が取り付けられたドレインタンク２４に接続されている。

ガス排出流路２０２には、減圧切換弁としての減圧電磁弁３１と、圧力検出手段である圧力センサＳ１２が接続されている。圧力センサＳ１２は、ドレインタンク２４を含む、減圧電磁弁２１から循環ポンプ２５の間の流路の圧力を検出する。ドレインタンク２４には、循環流路２０４の一端と、ガス導出路２０３の一端がそれぞれ接続されている。ガス導出路２０３の他端は、減圧排出路２０５に接続され、最終的には後述する空気排出路１２４に接続されている。ガス導出路２０３には、排気電磁弁２７が設けられている。ドレインタンク２４は、排出された水を回収する水タンクとして機能する。

循環流路２０４の他端は、外気流入路２０６に接続されている。循環流路２０４には、循環ポンプ２５と、循環弁としての循環電磁弁２６が設けられており、循環ポンプ２５と循環電磁弁２６の間には、減圧排出路２０５の一端が接続されている。減圧排出路２０５の他端は、空気排出路１２４に開口し、減圧排出路２０５には、減圧電磁弁２３が設けられている。外気流入路２０６の他端は、外部に開口し、開口側からフィルタ２９、外気導入電磁弁２８の順に設けられている。循環ポンプ２５には、循環ポンプの駆動電流を検出する駆動電流検出センサＳ１０が設けられている。
ガス排出流路２０２、循環流路２０４、外気流入路２０６により、ガスの循環路が形成される。この循環路と燃料ガス供給流路２０１Ｂによって、ガスを循環させる循環流路が構成される。

次に空気供給系１２について説明する。空気供給系１２は、空気導入路１２３と、空気マニホールド５４と、空気排出路１２４とを備えている。空気導入路１２３には、フィルタ１２１、外気温度センサＳ６、空気ファン１２２、ヒータＨ、空気入口温度センサＳ５、空気マニホールド５４の順で流入方向に沿って設けられている。空気マニホールド５４内には、冷却水を噴射するノズル５５が設けられている。空気マニホールド５４は、燃料電池スタック１００の導入口４３に空気を分割して流入させる。

空気排出路１２４は、燃料電池スタック１００の導出口４４に接続され、導出口４４から流出した空気を合流させ、外部へ導流する。空気排出路１２４には、ファンが取り付けられた凝縮器５１及び凝縮器排気温センサＳ１０が設けられ、続いてフィルタ１２５が接続されている。凝縮器５１は、空気と水分を分離する。また、ノズル５５から供給された水も、ここで、回収される。空気排出路１２４には、排気温度センサＳ９が設けられ、燃料電池スタック１００の温度が間接的に検出される。

次に、水供給系について説明する。水供給系５０は、貯水手段である水タンク５３と、凝縮器５１で回収した水を水タンク５３へ導く導水路５２と、水タンク５３の水をノズル５５へ導く給水路５６とを有する。導水路５２には、回収ポンプ６２が設けられている。給水路５６には、フィルタ６４、水供給手段である供給ポンプ６１、水供給電磁弁６３が順に設けられている。給水路５６には、外気取入路５４が接続され、該導入路５４には、外気取入電磁弁６５が設けられている。水タンク５３には、水温センサＳ７と、貯水量検出手段であるタンク水位センサＳ８が設けられている。凝縮器５１と、導水路５２と、回収ポンプ６２とによって、水回収手段が構成される。

水回収手段は、これに加えて、燃料電池スタック１００の下側に設けられ、ノズル５５から噴射された水や、燃料電池スタック１００の生成水等を受ける水受回収手段としての水受トレーに溜まった水を回収する構成を加えてもよく、凝縮器５１が設けられていない場合には、水受トレーにより水の回収が行われる。また、凝縮器５１や水受トレー等を、水タンク５３よりも、鉛直方向において、上方に配置することにより、水の回収を重力により行う構成とすることが可能となる。この場合には、回収ポンプ６２は不要となるが、切換手段による水の回収動作を制御するために、回収ポンプの代りに電磁開閉弁を設ける。

燃料電池スタック１００には、負荷系７が接続されており、燃料電池スタック１００で出力される電力は、この負荷系７に供給される。燃料電池スタック１００の電極は、配線７１を介してリレー７２、７２に接続され、さらに、リレー７２、７２は、インバータ７３を介してモータ７４に接続されている。また、インバータ７３には、出力制御装置７５を介して補助電源７６が接続されている。
この負荷系７には、燃料電池スタック１００の出力電圧を検出する電圧センサＳ４と、同じく出力電流を検出する電流センサＳ３が設けられている。

図９に示すように、燃料電池システム１の制御系は、各センサＳ０〜Ｓ１２の検出値が入力され、レギュレータ１９、各電磁弁１８、２０、２２〜２４、２６〜２８、６３、６５、各ポンプ２５、６２、６１、ノズル５５、ファン１２２、ヒータＨ、インバータ７３、出力制御装置７５を制御する制御装置（ＥＣＵ）２００を備えている。この制御装置２００には、図示しないイグニッションスイッチが接続され、モータ７４の駆動や停止の指示信号が入力される。

図１０には、燃料電池スタック１００の燃料室内の水を排出するための水排出制御プログラムを示す、第１実施形態のフローチャートが示されている。
水排出制御プログラムがスタートすると、ステップＳ１０１で、供給電磁弁２２、減圧電磁弁３１、循環電磁弁２６がそれぞれ開放され、循環ポンプ２５が駆動しているか確認する。供給電磁弁２２、減圧電磁弁３１、循環電磁弁２６がそれぞれ開放されていない場合には、開放させる。また、循環ポンプ２５が駆動していない場合には、駆動させる。

出力電流を検出する電流センサＳ３から供給される検出値に基づき、積算電流値Ｇを演算する（ステップＳ１０３）。この積算値は、前回の水排出処理の実行時からの積算値である。積算値は、電流値でなく、電圧計Ｓ４の検出値も考慮した、積算電力値としてもよい。

積算値Ｇが予め定められた所定値を越えたか判断する（ステップＳ１０５）。この所定値は、燃料電池スタック１００の出力電流の積算値に応じて、燃料電池スタック内部の生成水の生成量を推定するためのものであり、積算値が増えれば、生成水量も増えるものと推定し、排出が必要となる生成水量を示唆する積算値が経験値として予め設定されている。

積算値Ｇが、所定値を超えてない場合には、再度ステップＳ１０３を実行する。超えた場合には、減圧電磁弁３１を閉じる（ステップＳ１０７）。これにより、循環ポンプ２５の吸引によって、減圧電磁弁３１と循環ポンプ２５との間の、ドレインタンク２４を含む流路内圧が減少する。この流路内圧は、圧力センサＳ１２によって検出され、検出値は制御装置（ＥＣＵ）２００に供給される。

次に、圧力センサＳ１２の検出値が予め定められた設定値より低くなったか判断する（ステップＳ１０９）。この設定値は、燃料ガスの供給圧力よりも十分低く設定されている。この設定値は、例えば、燃料ガスの供給圧力の５０％以下、又は燃料電池スタック内との圧力差が１００ｋＰａ以上であるとよいが、この値に限定されるものではない。

設定値より低くなった場合には、減圧電磁弁３１を開放する（ステップＳ１１１）。この開放によって、ガスは、供給路２０１Ｂから、燃料電池スタック１００の燃料室を通って、ドレインタンク２４内へ急激に流入する。この燃料ガスの流れによって、燃料室内に溜まった逆拡散水は、燃料電池スタック１００の外側に押し出され、ドレインタンク２４内へ流入し、貯留される。ドレインタンク２４の容積は、大きい程よく、例えば、燃料電池スタック１００内の各燃料室の全ての容積を合計した値よりも大きいことが好ましい。このような値とすることによって、燃料室内のガスを全て、かつ急激に置換することができ、水の排出をより効果的に行うことができる。

次に、図１１に示されているフローチャートに基づき、水排出処理の他の実施形態について説明する。
水排出制御プログラムがスタートすると、ステップＳ２０１で、供給電磁弁２２、減圧電磁弁３１、循環電磁弁２６がそれぞれ開放され、循環ポンプ２５が駆動しているか確認する。供給電磁弁２２、減圧電磁弁３１、循環電磁弁２６がそれぞれ開放されていない場合には、開放させる。また、循環ポンプ２５が駆動していない場合には、駆動させる。

出力電流を検出する電流センサＳ３から供給される検出値に基づき、積算電流値Ｇを演算する（ステップＳ２０３）。この積算値は、前回の水排出処理の実行時からの積算値である。

積算値Ｇが予め定められた所定値を越えたか判断する（ステップＳ２０５）。積算値Ｇが、所定値を超えてない場合には、再度ステップＳ２０３を実行する。以上の処理までは、図１０に示されている処理と同様であるので、詳しい説明は省略する。

超えた場合には、供給電磁弁２２と減圧電磁弁３１を閉じる（ステップＳ２０７）。これにより、循環ポンプ２５の吸引によって、減圧電磁弁３１と循環ポンプ２５との間の、ドレインタンク２４を含む流路内圧が減少する。この流路内圧は、圧力センサＳ１２によって検出され、検出値は制御装置（ＥＣＵ）２００に供給される。また、同時に、供給路２０１Ｂ内、及び燃料室内のガス圧は、減少し始める。これは、燃料電池スタック１００内での発電反応により、水素ガスが消費されるためである。この供給路２０１Ｂ内のガス圧も、圧力センサＳ２によって、検出され、検出値は制御装置（ＥＣＵ）２００に供給される。

次に、圧力センサＳ１２の検出値が予め定められた設定値より低くなったか判断する（ステップＳ２０９）。この設定値は、第１実施形態における設定値と同様の値に設定されている。設定値に到達していない場合には、吸引を続け、到達した場合には、循環電磁弁２６を閉じる（ステップＳ２１１）。これにより、供給電磁弁２１３を開放した時の、ドレインタンク２４へのガスの逆流が防止される。次に、供給電磁弁２２が開放され（ステップＳ２１３）、減圧電磁弁３１が開放される（ステップＳ２１５）。

ステップＳ２１３とステップＳ２１５の開放によって、ガス供給源から調圧されたガスが、供給路２０１Ｂと燃料電池スタック１００の燃料室を通って、ドレインタンク２４内へ急激に流入する。この燃料ガスの流れによって、燃料室内に溜まった逆拡散水は、燃料電池スタック１００の外側に押し出され、ドレインタンク２４内へ流入し、貯留される。

なお、本実施形態では、水排出動作を電流値の積算に基づいて開始したが、燃料電池の発電量を時間で予測し、任意の時間間隔で開始させてもよい。

この発明の燃料電池システム１を示すブロック図である。燃料電池用セパレータを示す全体正面図である。燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面平面図（Ａ‐Ａ断面図）である。燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面側面図（Ｂ‐Ｂ断面図）である。燃料電池セパレータの部分断面側面図（Ｃ‐Ｃ断面図）である。燃料電池用セパレータの全体背面図である。単位セルの断面図である。燃料電池スタックの部分平面図である。燃料電池システム１の制御系のブロック図である。第１の実施の形態における水排出プログラムを示すフローチャートである。第２の実施の形態における水排出プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

１燃料電池システム
１１水素貯蔵タンク
１００燃料電池スタック
２０１Ａ、２０１Ｂ燃料ガス供給流路
２０４循環流路
２５循環ポンプ
２３減圧電磁弁
Ｓ２三次圧センサ
Ｓ１０駆動電流検出センサ
２００制御装置

Claims

燃料ガスが流入される燃料室と、酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料室に接続され、燃料ガスを供給するための供給路と、
一端が前記供給路に他端が前記燃料室のガス排出口に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給路を介して前記燃料室へ循環させるための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記供給路に循環させる循環ポンプと、
前記循環路に設けられ、前記燃料室から排出される水を収容する水タンクと、
前記循環路において前記水タンクと前記燃料室の間に設けられ、燃料ガスが流通可能な開状態と、流通不能な閉状態とに切換可能な減圧切換弁と、
前記循環路における前記減圧切換弁と前記循環ポンプとの間のガス圧を検出する圧力検出手段と、
前記減圧切換弁を閉状態に切り換え、前記循環ポンプの吸引によって、圧力検出手段で検出されたガス圧が前記供給路のガス圧よりも低い所定値以下に達した場合に、前記減圧切換弁を開状態に切り換える水排出動作を制御する水排出制御手段とを備えたことを特徴する燃料電池システム。
燃料ガスが流入される燃料室と、酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料室に接続され、燃料ガスを供給するための供給路と、
一端が前記供給路に他端が前記燃料室のガス排出口に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給路を介して前記燃料室へ循環させるための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記供給路に循環させる循環ポンプと、
前記循環路に設けられ、前記燃料室から排出される水を収容する水タンクと、
前記循環路において前記水タンクと前記燃料室の間に設けられ、燃料ガスが流通可能な開状態と、流通不能な閉状態とに切換可能な減圧切換弁と、
前記循環路における前記減圧切換弁と前記循環ポンプとの間のガス圧を検出する圧力検出手段と、
前記循環路において、前記循環路の下流側に設けられ、燃料ガスが流通可能な開状態と、流通不能な閉状態とに切換可能な循環弁と、
前記供給路へ燃料ガス供給源から燃料ガスを供給する開状態と、供給を遮断する閉状態とに切換可能な供給切換弁と、
前記供給路内のガス圧を検出する供給ガス圧検出手段と、
前記減圧切換弁と前記供給切換弁を閉状態とし、供給ガス圧検出手段で検出されたガス圧値が、燃料ガス供給源から供給されるガス圧よりも低く、かつ前記循環ポンプの吸引によって、圧力検出手段で検出されたガス圧が前記供給路のガス圧よりも低い所定値以下に達した場合に、前記循環弁を閉状態とし、前記減圧切換弁と前記供給切換弁を開状態とする水排出動作を制御する水排出制御手段とを備えたことを特徴する燃料電池システム。
前記燃料電池の発電量を検出する発電量検出手段を有し、
前記水排出制御手段は、前記発電量検出手段による発電量に基づき水排出動作を開始する請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記発電量検出手段は、電流計であり、
前記水排出手段は、電流値の積算値が所定値に達した場合に水排出動作を開始する請求項３に記載の燃料電池システム。