JP2008041432A - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently discharge water contents present on an anode side, in a fuel cell system in which an anode off gas is circulated and re-supplied to a fuel cell. <P>SOLUTION: A variable valve 49 is provided on the lower stream side of a circulation pump 40 for circulating the anode off-gas in a fuel cell 10. The open degree of the variable valve 49 is decreased to increase workload of the circulation pump 40, so that the circulation pump 40 itself is heated. Thus, the anode off-gas that passes the circulation pump is raised in temperature. The water content present in an anode of the fuel cell 10 and the piping connected to the anode is discharged efficiently in a short period of time. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料電池のアノード側に存在する水分を排出する技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a technique for discharging moisture present on the anode side of a fuel cell.

燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素の供給を受けて発電する燃料電池システムでは、水素と酸素の電気化学反応の過程においてカソード側で水が生成される。この水がシステムの停止時に各種流路や燃料電池中に過剰に存在すると、例えば、低温環境下において流路が閉塞する原因となり、また、電解質膜や電極、拡散層からなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）が凍結して劣化する原因となる。従来、このような問題に対処するため種々の技術が提案されている。   In a fuel cell system that generates electricity by receiving supply of hydrogen as a fuel gas and oxygen as an oxidizing gas, water is generated on the cathode side in the course of an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. If this water is excessively present in various channels and fuel cells when the system is stopped, for example, the channel may be blocked in a low-temperature environment, and an MEA (Membrane Electrode Assembly consisting of an electrolyte membrane, an electrode, and a diffusion layer). ) Will freeze and deteriorate. Conventionally, various techniques have been proposed to deal with such problems.

例えば、下記特許文献１には、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサを過回転させることにより空気を断熱圧縮して空気を昇温させる技術が開示されている。かかる技術によれば、空気の飽和水蒸気量が増大し、カソード側に存在する水分を効率的に排出することが可能になる。   For example, Patent Document 1 below discloses a technique for heating air by adiabatically compressing air by over-rotating an air compressor that supplies air to the fuel cell. According to such a technique, the amount of saturated water vapor in the air is increased, and the water present on the cathode side can be efficiently discharged.

特開２０００−１０６２０６号公報JP 2000-106206 A 特開２００５−３１７２２４号公報JP 2005-317224 A 特開２００５−２７６５４７号公報JP 2005-276547 A

しかし、カソード側で生成された水は、燃料電池内の電解質膜を介してアノード側にも透過する場合がある。従来は、このようにアノード側に透過した水分を効率的に排出することに関して、十分な検討がなされていなかった。特に、燃料電池から排出されたアノードオフガスを循環して燃料電池に再供給する燃料電池システムでは、アノードオフガスを循環させるための循環ポンプを上述した特許文献１のように過回転させたとしても、流路系が閉じているため、エアコンプレッサによる加圧のように前後圧差を確保しにくく、断熱圧縮の効果を利用してアノードオフガスを昇温させることは困難であった。   However, the water produced on the cathode side may also permeate the anode side through the electrolyte membrane in the fuel cell. Conventionally, sufficient studies have not been made for efficiently discharging the moisture permeated to the anode side. In particular, in a fuel cell system that circulates anode off-gas discharged from the fuel cell and re-supplies it to the fuel cell, even if the circulation pump for circulating the anode off-gas is over-rotated as in Patent Document 1 described above, Since the flow path system is closed, it is difficult to ensure a front-back pressure difference as in the case of pressurization by an air compressor, and it is difficult to raise the temperature of the anode off gas by utilizing the effect of adiabatic compression.

このような問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、アノードオフガスを循環させて燃料電池に再供給する燃料電池システムにおいて、アノード側に存在する水分を効率的に排出することにある。   In view of such problems, the problem to be solved by the present invention is to efficiently discharge moisture present on the anode side in a fuel cell system that circulates an anode off gas and re-supplys the fuel cell. .

上記課題を踏まえ、本発明の燃料電池システムを次のように構成した。すなわち、
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
水素を含有する燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給流路に対して、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを供給する循環流路と、
前記循環流路中に設けられ、前記アノードオフガスを加圧して前記供給流路に流す循環ポンプと、
前記循環流路中に設けられ、該循環流路の流路断面積を変化させる可変絞りと、
所定の条件下で、前記可変絞りの開度を低下させるとともに前記循環ポンプの仕事量を増加させることにより前記アノードオフガスを昇温させる昇温制御を行う制御部と
を備えることを要旨とする。 Based on the above problems, the fuel cell system of the present invention is configured as follows. That is,
A fuel cell system comprising a fuel cell,
A circulation flow path for supplying an anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell to a supply flow path for supplying a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell;
A circulation pump which is provided in the circulation flow path and pressurizes the anode off gas to flow through the supply flow path;
A variable throttle provided in the circulation channel and changing a channel cross-sectional area of the circulation channel;
And a controller for performing temperature increase control for increasing the temperature of the anode off gas by decreasing the opening of the variable throttle and increasing the work of the circulation pump under a predetermined condition.

このような構成の燃料電池システムでは、循環流路中に設けた可変絞りの開度を低下させた上で、循環ポンプの仕事量を増加させるので、アノードオフガスの循環量を確保しながら、循環ポンプ自体を発熱させることができる。この結果、循環ポンプを通過するアノードオフガスの温度も上昇することになるので、アノードオフガスの飽和水蒸気量が増加し、燃料電池内のアノードから水分をより多く排出することが可能になる。なお、可変絞りとしては、例えば、弁体の開度が調整可能な可変バルブや可変オリフィスなどを用いることができる。   In the fuel cell system having such a configuration, the work amount of the circulation pump is increased after the opening of the variable throttle provided in the circulation flow path is reduced, so that the circulation amount of the anode off-gas is secured while ensuring the circulation amount. The pump itself can generate heat. As a result, the temperature of the anode off gas passing through the circulation pump also rises, so that the saturated water vapor amount of the anode off gas increases, and more water can be discharged from the anode in the fuel cell. As the variable throttle, for example, a variable valve or a variable orifice that can adjust the opening of the valve body can be used.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
更に、前記循環流路内から前記アノードオフガスを外部に排出する排出弁を備え、
前記制御部は、前記昇温制御を行った後に、前記排出弁を開弁する手段を備えるものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
And a discharge valve for discharging the anode off gas from the circulation flow path to the outside.
The controller may include means for opening the discharge valve after performing the temperature increase control.

このような構成であれば、燃料電池内から持ち出した水分によって湿度の高まったアノードオフガスをシステムの外部に排出することができる。   With such a configuration, it is possible to discharge the anode off gas whose humidity is increased by the moisture taken out from the fuel cell to the outside of the system.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記所定の条件下として、当該燃料電池システムの停止時に、前記昇温制御を行うものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
The control unit may perform the temperature increase control when the fuel cell system is stopped under the predetermined condition.

このような構成であれば、システムの停止後に水分がアノード側に滞留することを抑制することができるので、低温環境に晒されたとしても流路の凍結や電解質膜等を含むＭＥＡの劣化を抑制することができる。燃料電池システムが停止されたか否かは、例えば、イグニッションスイッチの状態に応じて判断することができる。なお、燃料電池システムの起動時や運転中に上述した昇温制御を行うものとしても、燃料電池の温度を上昇させることができるので、システムの起動時間を短縮したり、アノード側のフラッディングを抑制したりすることが可能となる。   With such a configuration, moisture can be prevented from staying on the anode side after the system is shut down, so that the flow path is frozen and the MEA including the electrolyte membrane is deteriorated even when exposed to a low temperature environment. Can be suppressed. Whether or not the fuel cell system has been stopped can be determined, for example, according to the state of the ignition switch. Even if the temperature control described above is performed during start-up or operation of the fuel cell system, the temperature of the fuel cell can be raised, so the system start-up time can be shortened and flooding on the anode side can be suppressed. It becomes possible to do.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
更に、前記燃料電池のアノードに流入するガスの湿度を検出する入口湿度検出部を備え、
前記制御部は、前記昇温制御の実行に伴って、前記入口湿度検出部によって検出された湿度が所定の入口湿度以上になった場合に、前記排出弁を開弁する手段を備えるものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
Furthermore, an inlet humidity detector for detecting the humidity of the gas flowing into the anode of the fuel cell is provided,
The control unit may include means for opening the discharge valve when the humidity detected by the inlet humidity detection unit becomes equal to or higher than a predetermined inlet humidity as the temperature increase control is executed. Good.

このような構成であれば、燃料電池のアノードに流入するアノードオフガスの湿度が所定の入湿度以上になる度に、このガスを外部に排出することができるので、循環しているアノードオフガスの湿度が下がり、燃料電池内の水分をより多く排出することが可能になる。なお、所定の入口湿度とは１００％とすることができる。   With such a configuration, every time the humidity of the anode off gas flowing into the anode of the fuel cell becomes equal to or higher than a predetermined humidity, this gas can be discharged to the outside. As a result, the moisture in the fuel cell can be discharged more. The predetermined inlet humidity can be 100%.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
更に、前記燃料電池のアノードから排出されるガスの湿度を検出する出口湿度検出部を備え、
前記制御部は、前記出口湿度検出部によって検出された湿度が所定の出口湿度になるように、前記昇温制御を行うものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
Further, an outlet humidity detection unit that detects the humidity of the gas discharged from the anode of the fuel cell,
The said control part is good also as what performs the said temperature rising control so that the humidity detected by the said exit humidity detection part turns into predetermined | prescribed exit humidity.

このような構成であれば、燃料電池のアノードから排出されるガスの湿度が所定の出口湿度になるように昇温制御を行うため、効率的に燃料電池内の水分を排出することができる。なお、所定の出口湿度とは１００％とすることができる。   With such a configuration, the temperature rise control is performed so that the humidity of the gas discharged from the anode of the fuel cell becomes a predetermined outlet humidity, so that the water in the fuel cell can be efficiently discharged. The predetermined outlet humidity can be 100%.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記出口湿度検出部によって検出された湿度が前記所定の出口湿度未満であれば、前記増加させた循環ポンプの仕事量を低減し、該湿度が前記所定の出口湿度以上であれば、前記循環ポンプの仕事量を更に増加させることにより、前記昇温制御を行うものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
If the humidity detected by the outlet humidity detector is less than the predetermined outlet humidity, the control unit reduces the increased work of the circulation pump, and the humidity is equal to or higher than the predetermined outlet humidity. For example, the temperature increase control may be performed by further increasing the work amount of the circulation pump.

このような構成であれば、燃料電池のアノード側から排出されるガスの湿度が所定の出口湿度（例えば、１００％）未満の場合には、アノードオフガスを昇温させなくても水分を排出することができるので、循環ポンプの仕事量を抑えることより、補機損を低減することが可能になる。また、湿度が所定の出口湿度以上の場合には、循環ポンプの仕事量を増加させるため、アノードオフガスを昇温させてより多くの水分を排出することが可能になる。   With such a configuration, when the humidity of the gas discharged from the anode side of the fuel cell is less than a predetermined outlet humidity (for example, 100%), moisture is discharged without raising the temperature of the anode offgas. Therefore, it is possible to reduce the auxiliary machine loss by suppressing the work of the circulation pump. In addition, when the humidity is equal to or higher than the predetermined outlet humidity, the work amount of the circulation pump is increased, so that it is possible to discharge more water by raising the temperature of the anode off gas.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池内の水分量を検出する水分量検出部を備え、
前記制御部は、前記水分量検出部によって検出された水分量が所定の目標値まで低下した場合に、前記昇温制御を停止する手段を備えるものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
A water content detector for detecting the amount of water in the fuel cell;
The control unit may include means for stopping the temperature increase control when the water content detected by the water content detection unit is reduced to a predetermined target value.

このような構成であれば、燃料電池内の湿度を十分に低減させた上で昇温制御を停止することができる。   With such a configuration, the temperature rise control can be stopped after the humidity in the fuel cell is sufficiently reduced.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
前記水分量検出部は、前記燃料電池の内部抵抗値を交流インピーダンス法によって測定し、該測定結果に基づき、前記水分量を推定するものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
The moisture amount detection unit may measure the internal resistance value of the fuel cell by an AC impedance method and estimate the moisture amount based on the measurement result.

このような構成であれば、比較的簡易な構成で燃料電池内の水分量を検出することができる。   With such a configuration, it is possible to detect the amount of water in the fuel cell with a relatively simple configuration.

上記構成の燃料電池システムにおいて、
前記可変絞りは、前記循環ポンプの下流側に設けられているものとしてもよい。 In the fuel cell system configured as described above,
The variable throttle may be provided on the downstream side of the circulation pump.

このような構成であれば、循環ポンプによって加圧されたアノードオフガスが、すぐに可変絞りに流入することになるので、循環ポンプを効率よく発熱させることが可能になる。   With such a configuration, the anode off gas pressurized by the circulation pump immediately flows into the variable throttle, so that the circulation pump can efficiently generate heat.

なお、本発明は、上述した燃料電池システムとしての構成のほか、以下のような燃料電池システムの制御方法としても構成することができる。すなわち、
燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
水素を含有する燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給流路に対して、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを供給する循環流路を設け、
前記循環流路中に設けられた循環ポンプを駆動し、前記アノードオフガスを加圧して前記供給流路に循環させ、
前記循環流路中に設けられ、該循環流路の流路断面積を変化させる可変絞りの開度を、所定の条件下で、低下させるとともに前記循環ポンプの仕事量を増加させることにより前記アノードオフガスを昇温させて前記燃料電池のアノードに存在する水分を排出する
制御方法である。 In addition to the configuration as the fuel cell system described above, the present invention can also be configured as a control method for the fuel cell system as described below. That is,
A control method for a fuel cell system comprising a fuel cell,
A supply flow path for supplying a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell is provided with a circulation flow path for supplying an anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell,
Driving a circulation pump provided in the circulation flow path, pressurizing the anode off gas and circulating it to the supply flow path,
The anode is provided by reducing the opening of a variable throttle provided in the circulation passage and changing the passage sectional area of the circulation passage under a predetermined condition and increasing the work of the circulation pump. In this control method, the temperature of the off-gas is raised to discharge moisture present in the anode of the fuel cell.

以下、上述した本発明の作用・効果を一層明らかにするため、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．燃料電池システムの構成：
Ｂ．アノードパージ処理：
Ｃ．変形例： Hereinafter, in order to further clarify the operations and effects of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described based on examples in the following order.
A. Configuration of fuel cell system:
B. Anode purge process:
C. Variation:

Ａ．燃料電池システムの構成：
図１は、実施例としての燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。図示するように、本実施例の燃料電池システム１００は、水素と酸素の電気化学反応によって発電を行う燃料電池１０や、高圧の水素ガスを貯蔵する水素タンク２０、燃料電池１０に対して圧縮空気を供給するエアコンプレッサ３０、燃料電池１０から排出されたアノードオフガスを循環させる循環ポンプ４０、燃料電池システム１００の動作を制御する制御コンピュータ５０などを備えている。 A. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 as an embodiment. As shown in the figure, the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a fuel cell 10 that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, a hydrogen tank 20 that stores high-pressure hydrogen gas, and compressed air for the fuel cell 10. An air compressor 30 for supplying the fuel, a circulation pump 40 for circulating the anode off-gas discharged from the fuel cell 10, a control computer 50 for controlling the operation of the fuel cell system 100, and the like.

燃料電池１０は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜を挟んで水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とが配置された構成をとっている。各々の単セルのアノードに水素を含有する燃料ガスを供給し、カソードに酸素を含有する酸化ガスを供給することで電気化学反応が進行し、起電力が生じる。こうして発電された電力は、燃料電池１０に接続されたモータ等の負荷に供給される。   The fuel cell 10 is a solid polymer electrolyte type fuel cell, and has a stack structure in which a plurality of unit cells as a structural unit are stacked. Each single cell has a configuration in which a hydrogen electrode (hereinafter referred to as an anode) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as a cathode) are arranged with an electrolyte membrane interposed therebetween. When a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode of each single cell and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode, an electrochemical reaction proceeds and an electromotive force is generated. The electric power thus generated is supplied to a load such as a motor connected to the fuel cell 10.

燃料電池１０のカソード側入口には、酸化ガス供給管３２が接続され、出口にはカソードオフガス排出管３４が接続されている。燃料電池１０のカソードには、酸化ガス供給管３２を通じて、エアコンプレッサ３０により圧縮された空気が酸化ガスとして供給される。この空気は、燃料電池１０内での電気化学反応によって酸素が消費された後、カソードオフガス排出管３４を通じて外部に排出される。こうしてカソードから排出されるガスをカソードオフガスという。カソードオフガス排出管３４には、背圧調整弁３８が設けられており、これにより、燃料電池１０に供給される酸化ガスの背圧が調整される。   An oxidizing gas supply pipe 32 is connected to the cathode side inlet of the fuel cell 10 and a cathode offgas discharge pipe 34 is connected to the outlet. Air compressed by the air compressor 30 is supplied as an oxidizing gas to the cathode of the fuel cell 10 through an oxidizing gas supply pipe 32. This air is exhausted to the outside through the cathode offgas exhaust pipe 34 after oxygen is consumed by an electrochemical reaction in the fuel cell 10. The gas discharged from the cathode in this way is called cathode off gas. The cathode off-gas discharge pipe 34 is provided with a back pressure adjusting valve 38, and thereby the back pressure of the oxidizing gas supplied to the fuel cell 10 is adjusted.

燃料電池１０のアノード側入口には、燃料ガス供給管４２が接続され、出口には燃料ガス循環管４４が接続されている。燃料ガス供給管４２は、本願の「供給流路」に対応し、燃料ガス循環管４４は、本願の「循環流路」に対応する。燃料電池１０のアノードには、燃料ガス供給管４２を通じて、水素タンク２０から燃料ガスとしての水素が供給される。燃料ガス供給管４２には、シャットバルブ４６と調圧弁４８とが備えられている。シャットバルブ４６は、燃料電池システム１００の停止時に、水素タンク２０からの燃料ガスの供給を遮断するためのバルブである。調圧弁４８は、水素タンク２０から供給される燃料ガスの圧力を、燃料電池１０による発電に適した圧力まで減圧するためのバルブである。   A fuel gas supply pipe 42 is connected to the anode side inlet of the fuel cell 10, and a fuel gas circulation pipe 44 is connected to the outlet. The fuel gas supply pipe 42 corresponds to the “supply flow path” of the present application, and the fuel gas circulation pipe 44 corresponds to the “circulation flow path” of the present application. Hydrogen as fuel gas is supplied from the hydrogen tank 20 to the anode of the fuel cell 10 through the fuel gas supply pipe 42. The fuel gas supply pipe 42 is provided with a shut valve 46 and a pressure regulating valve 48. The shut valve 46 is a valve for shutting off the supply of fuel gas from the hydrogen tank 20 when the fuel cell system 100 is stopped. The pressure regulating valve 48 is a valve for reducing the pressure of the fuel gas supplied from the hydrogen tank 20 to a pressure suitable for power generation by the fuel cell 10.

燃料電池１０のアノードに供給された燃料ガス中の水素は、その一部が電気化学反応によって消費されることになる。しかし、電気化学反応によって消費しきれなかった水素は、アノードオフガスとして燃料ガス循環管４４に排出される。この燃料ガス循環管４４は、燃料ガス供給管４２中の、調圧弁４８と燃料電池１０との間に接続されており、その管路には循環ポンプ４０が備えられている。燃料ガス循環管４４に排出されたアノードオフガスは、この循環ポンプ４０によって加圧されて燃料ガス供給管４２に供給され、再度、燃料電池１０のアノードに供給される。上述したように、アノードオフガスには、燃料電池１０による電気化学反応で消費しきれなかった水素が含まれるため、アノードオフガスを燃料電池１０に循環して供給することにより、効率的に水素を利用することができる。   A part of the hydrogen in the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell 10 is consumed by an electrochemical reaction. However, the hydrogen that cannot be consumed by the electrochemical reaction is discharged to the fuel gas circulation pipe 44 as an anode off gas. The fuel gas circulation pipe 44 is connected between the pressure regulating valve 48 and the fuel cell 10 in the fuel gas supply pipe 42, and a circulation pump 40 is provided in the pipeline. The anode off-gas discharged to the fuel gas circulation pipe 44 is pressurized by the circulation pump 40, supplied to the fuel gas supply pipe 42, and supplied again to the anode of the fuel cell 10. As described above, since the anode off gas contains hydrogen that could not be consumed by the electrochemical reaction by the fuel cell 10, the anode off gas is circulated and supplied to the fuel cell 10 to efficiently use hydrogen. can do.

燃料ガス循環管４４の循環ポンプ４０の下流側には、燃料ガス循環管４４の流路断面積を調整するための可変バルブ４９が備えられている。この可変バルブ４９は、本願の「可変絞り」に対応し、制御コンピュータ５０による制御によって、その開度（絞り量）が調整される。この可変バルブ４９の制御方法については後で詳しく説明する。   A variable valve 49 for adjusting the cross-sectional area of the fuel gas circulation pipe 44 is provided on the downstream side of the circulation pump 40 of the fuel gas circulation pipe 44. The variable valve 49 corresponds to the “variable throttle” of the present application, and the opening degree (throttle amount) is adjusted by the control of the control computer 50. A method for controlling the variable valve 49 will be described in detail later.

燃料ガス循環管４４の循環ポンプ４０の上流側（燃料電池１０側）には、排気バルブ６２が接続されている。この排気バルブ６２は、本願の「排出弁」に対応するものであり、排気管６４を通じて、希釈器３６に接続されている。排気バルブ６２は、制御コンピュータ５０による制御によって、所定のタイミングで開閉される。排気バルブ６２が開くと、アノードオフガスは、排気管６４を通って、希釈器３６中に排出される。希釈器３６は、カソードオフガス排出管３４から入力したカソードオフガスによって水素を含有するアノードオフガスを希釈し、これらのガスをまとめて燃料電池システム１００の外部に排出する。燃料電池１０から排出されたアノードオフガス中には、水素以外にも、燃料電池１０内のカソード側から電解質膜を通じてアノード側に透過してきた水分や窒素等の不純物が含まれている。そのため、上述のように、排気バルブ６２を所定のタイミングで開閉することで、燃料ガス循環管４４内を循環することによって不純物濃度の高まったアノードオフガスを外部に排出することができる。   An exhaust valve 62 is connected to the upstream side (fuel cell 10 side) of the circulation pump 40 of the fuel gas circulation pipe 44. The exhaust valve 62 corresponds to the “exhaust valve” of the present application, and is connected to the diluter 36 through the exhaust pipe 64. The exhaust valve 62 is opened and closed at a predetermined timing under the control of the control computer 50. When the exhaust valve 62 is opened, the anode off gas passes through the exhaust pipe 64 and is discharged into the diluter 36. The diluter 36 dilutes the anode off gas containing hydrogen with the cathode off gas input from the cathode off gas discharge pipe 34 and discharges these gases together outside the fuel cell system 100. In addition to hydrogen, the anode off-gas discharged from the fuel cell 10 contains impurities such as moisture and nitrogen that have permeated from the cathode side in the fuel cell 10 to the anode side through the electrolyte membrane. Therefore, as described above, by opening and closing the exhaust valve 62 at a predetermined timing, the anode off gas having an increased impurity concentration can be discharged to the outside by circulating through the fuel gas circulation pipe 44.

制御コンピュータ５０は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭを備えている。ＲＯＭには、燃料電池システム１００の動作を制御するためのプログラムやマップが記録されている。ＣＰＵは、ＲＡＭをワークエリアとしてこのプログラムを実行することにより、後述するアノードパージ処理を実現する。   The control computer 50 includes a CPU, RAM, and ROM. In the ROM, programs and maps for controlling the operation of the fuel cell system 100 are recorded. The CPU implements an anode purge process to be described later by executing this program using the RAM as a work area.

制御コンピュータ５０は、複数のＩ／Ｏポートを備えている。このＩ／Ｏポートには、燃料電池システム１００の起動あるいは停止を行うためのイグニッションスイッチ８０や、可変バルブ４９、循環ポンプ４０、エアコンプレッサ３０、背圧調整弁３８、シャットバルブ４６、調圧弁４８、排気バルブ６２等が接続されている（結線状態の詳細については不図示）。また、制御コンピュータ５０には、燃料ガス供給管４２の燃料電池１０入口近傍に設けられ、燃料電池１０内に流入するガスの湿度を測定するための入口湿度センサ７２と、燃料ガス循環管４４の燃料電池１０出口近傍に設けられ、燃料電池１０から排出されるガスの湿度を測定するための出口湿度センサ７４とが接続されている。   The control computer 50 includes a plurality of I / O ports. The I / O port includes an ignition switch 80 for starting or stopping the fuel cell system 100, a variable valve 49, a circulation pump 40, an air compressor 30, a back pressure regulating valve 38, a shut valve 46, and a pressure regulating valve 48. The exhaust valve 62 and the like are connected (details of the connection state are not shown). The control computer 50 includes an inlet humidity sensor 72 provided in the vicinity of the fuel cell 10 inlet of the fuel gas supply pipe 42 for measuring the humidity of the gas flowing into the fuel cell 10, and the fuel gas circulation pipe 44. An outlet humidity sensor 74 that is provided near the outlet of the fuel cell 10 and measures the humidity of the gas discharged from the fuel cell 10 is connected.

更に、制御コンピュータ５０には、燃料電池１０内の水分量を検出するための水分量センサ７６が接続されている。この水分量センサ７６は、交流インピーダンス法によって燃料電池１０の内部抵抗（詳しくは、電解質膜の膜抵抗）を測定するものである。制御コンピュータ５０は、この内部抵抗を水分量センサ７６によって測定すると、ＲＯＭに記憶された所定のマップに基づき、その内部抵抗に応じた水分量を推定する。交流インピーダンス法によって燃料電池内部の水分量を検出する技術は周知であり、例えば、特開２００３−２９７４０８号にその詳細な技術が開示されている。   Furthermore, a moisture amount sensor 76 for detecting the amount of moisture in the fuel cell 10 is connected to the control computer 50. This moisture sensor 76 measures the internal resistance of the fuel cell 10 (specifically, the membrane resistance of the electrolyte membrane) by the AC impedance method. When the control computer 50 measures the internal resistance by the water content sensor 76, the control computer 50 estimates the water content according to the internal resistance based on a predetermined map stored in the ROM. A technique for detecting the moisture content inside the fuel cell by the AC impedance method is well known, and for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-297408 discloses the detailed technique.

Ｂ．アノードパージ処理：
図２は、イグニッションスイッチ８０がオフにされ、燃料電池システム１００による発電が停止される条件下で制御コンピュータ５０が実行するアノードパージ処理のフローチャートである。このアノードパージ処理は、燃料電池１０のアノード側に存在する水分を外部に排出するための処理である。このアノードパージ処理が実行される前提として、可変バルブ４９は全開にされており、循環ポンプ４０は、燃料電池１０での発電に適した所定の基準回転数で稼働しているものとする。なお、燃料電池システム１００の停止時には、エアコンプレッサ３０を所定時間駆動することでカソード側についてもパージ処理を行うが、本実施例では、かかるカソード側のパージ処理については説明を省略する。 B. Anode purge process:
FIG. 2 is a flowchart of an anode purge process executed by the control computer 50 under conditions where the ignition switch 80 is turned off and power generation by the fuel cell system 100 is stopped. This anode purge process is a process for discharging moisture present on the anode side of the fuel cell 10 to the outside. As a premise that the anode purge process is executed, it is assumed that the variable valve 49 is fully opened and the circulation pump 40 is operating at a predetermined reference rotational speed suitable for power generation in the fuel cell 10. When the fuel cell system 100 is stopped, the air compressor 30 is driven for a predetermined time to perform the purge process on the cathode side, but in this embodiment, the description of the cathode side purge process is omitted.

図２に示すように、アノードパージ処理が実行されると、まず、制御コンピュータ５０は、シャットバルブ４６を閉じて水素の供給を遮断する（ステップＳ１００）。そして、可変バルブ４９の開度を所定の開度（例えば、７０％）に低下させた上で（ステップＳ１１０）、上述した循環ポンプ４０の基準回転時におけるアノードオフガスの循環量が維持されるように、循環ポンプ４０の回転数を増加させる（ステップＳ１２０）。すると、循環ポンプ４０の仕事量が増加し、循環ポンプ４０自体が発熱することになる。循環ポンプ４０自体が発熱すると、この循環ポンプ４０を通過するアノードオフガスが昇温され、飽和水蒸気量が増加する。そのため、燃料電池１０内部から持ち出される水分量が増加することになる。上記ステップＳ１１０とステップＳ１２０による処理が、本願の「昇温制御」に相当する。   As shown in FIG. 2, when the anode purge process is executed, first, the control computer 50 closes the shut valve 46 to shut off the supply of hydrogen (step S100). Then, after the opening degree of the variable valve 49 is reduced to a predetermined opening degree (for example, 70%) (step S110), the circulation amount of the anode off gas during the reference rotation of the circulation pump 40 is maintained. Next, the rotational speed of the circulation pump 40 is increased (step S120). Then, the work volume of the circulation pump 40 increases and the circulation pump 40 itself generates heat. When the circulation pump 40 itself generates heat, the anode off-gas passing through the circulation pump 40 is heated and the saturated water vapor amount increases. Therefore, the amount of moisture taken out from the inside of the fuel cell 10 increases. The processes in steps S110 and S120 correspond to the “temperature increase control” in the present application.

次に、制御コンピュータ５０は、入口湿度センサ７２を用いて、燃料電池１０に流入するアノードオフガスの湿度Ｈ１を測定する（ステップＳ１３０）。そして、この湿度Ｈ１が、１００％ＲＨ以上であるかを判定し（ステップＳ１４０）、１００％ＲＨ以上であれば（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、排気バルブ６２を一定時間（例えば、１秒）開く（ステップＳ１５０）。燃料電池１０に流入する燃料ガスの湿度が１００％ＲＨ以上であれば、それ以上、燃料電池１０内部から水分を持ち出すことができない。そのため、上記ステップＳ１５０によって、排気バルブ６２を開弁すれば、排気管６４を通じてアノードオフガスが外部に排出されるため、燃料ガス循環管４４中を循環するアノードオフガスの湿度を低下させることができる。これに対して、上記ステップＳ１３０において測定した湿度Ｈ１が１００％ＲＨ未満であれば（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、まだ、燃料電池１０内部から水分を持ち出すことができるため、排気バルブ６２の開弁は行わない。   Next, the control computer 50 uses the inlet humidity sensor 72 to measure the humidity H1 of the anode offgas flowing into the fuel cell 10 (step S130). Then, it is determined whether the humidity H1 is 100% RH or more (step S140). If the humidity H1 is 100% RH or more (step S140: Yes), the exhaust valve 62 is opened for a certain time (for example, 1 second) ( Step S150). If the humidity of the fuel gas flowing into the fuel cell 10 is 100% RH or higher, water cannot be taken out from the fuel cell 10 any more. Therefore, if the exhaust valve 62 is opened in step S150, the anode off gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 64, so that the humidity of the anode off gas circulating in the fuel gas circulation pipe 44 can be reduced. In contrast, if the humidity H1 measured in step S130 is less than 100% RH (step S140: No), moisture can still be taken out from the inside of the fuel cell 10, and therefore the exhaust valve 62 is opened. Not performed.

次に、制御コンピュータ５０は、出口湿度センサ７４を用いて、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスの湿度Ｈ２を測定する（ステップＳ１６０）。そして、この湿度Ｈ２が１００％ＲＨ未満であるかを判定し（ステップＳ１７０）、１００％ＲＨ未満であれば（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、循環ポンプ４０の回転数を上記ステップＳ１２０によって設定した回転数から減少させる（ステップＳ１８０）。これに対して、１００％ＲＨ以上であれば（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、循環ポンプ４０の回転数を上記ステップＳ１２０によって設定した回転数から増加させる（ステップＳ１９０）。   Next, the control computer 50 uses the outlet humidity sensor 74 to measure the humidity H2 of the anode off gas discharged from the fuel cell 10 (step S160). Then, it is determined whether the humidity H2 is less than 100% RH (step S170). If the humidity H2 is less than 100% RH (step S170: Yes), the rotation speed of the circulation pump 40 is set to the rotation speed set in step S120. (Step S180). On the other hand, if it is 100% RH or more (step S170: No), the rotational speed of the circulation pump 40 is increased from the rotational speed set in step S120 (step S190).

燃料電池１０から排出されるアノードオフガスの湿度Ｈ２が１００％未満の場合には、アノードオフガスが飽和状態にまで達していないため、アノードオフガスの温度を昇温する必要がない。そのため、上記ステップＳ１８０によって循環ポンプ４０の回転数を下げて、循環させるアノードオフガスの温度を下げる。こうすれば、循環ポンプ４０を必要以上に回転する必要がないため、補機損を低減することができる。また、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスの湿度Ｈ２が１００％以上であれば、アノードオフガスに含まれる水蒸気がすでに飽和状態となっていることになるため、上記ステップＳ１９０によって循環ポンプの回転数を増加させる。こうすることにより、循環ポンプの仕事量の増加に伴いアノードオフガスが昇温するので、飽和水蒸気量が増し、より多くの水分を燃料電池１０内から持ち出すことができる。つまり、これらの処理によれば、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスの湿度Ｈ２が１００％になるように、循環ポンプ４０の回転数を制御することになる。なお、本実施例では、湿度Ｈ２が１００％未満か否かに応じて循環ポンプ４０の回転数を増減させるものとしたが、湿度Ｈ２と循環ポンプ４０の回転数との関係を予め定義したマップや関数によって、湿度Ｈ２に応じた回転数の制御を行うものとしてもよい。   When the humidity H2 of the anode off-gas discharged from the fuel cell 10 is less than 100%, the anode off-gas does not reach a saturation state, and therefore it is not necessary to raise the temperature of the anode off-gas. Therefore, the temperature of the anode off gas to be circulated is lowered by lowering the number of revolutions of the circulation pump 40 in step S180. By so doing, it is not necessary to rotate the circulation pump 40 more than necessary, so that auxiliary machinery loss can be reduced. Further, if the humidity H2 of the anode offgas discharged from the fuel cell 10 is 100% or more, the water vapor contained in the anode offgas is already saturated. Increase. By doing so, the anode off-gas increases in temperature as the work of the circulation pump increases, so that the amount of saturated water vapor increases and more water can be taken out from the fuel cell 10. That is, according to these processes, the rotation speed of the circulation pump 40 is controlled so that the humidity H2 of the anode off-gas discharged from the fuel cell 10 becomes 100%. In this embodiment, the number of rotations of the circulation pump 40 is increased or decreased depending on whether or not the humidity H2 is less than 100%. However, a map in which the relationship between the humidity H2 and the number of rotations of the circulation pump 40 is defined in advance. It is also possible to control the number of revolutions according to the humidity H2 by using a function.

上記ステップＳ１８０またはステップＳ１９０によって循環ポンプの回転数を制御した後、制御コンピュータ５０は、水分量センサ７６によって、電解質膜に含まれる水分量ＭＨを推定する（ステップＳ２００）。水分量センサ７６は、交流インピーダンス法によって燃料電池１０の内部抵抗を測定するセンサであるため、かかる処理では、この内部抵抗と水分量の関係を予め定義したマップに基づき、水分量ＭＨを推定する。   After controlling the rotation speed of the circulation pump in step S180 or step S190, the control computer 50 estimates the amount of water MH contained in the electrolyte membrane by the water amount sensor 76 (step S200). Since the moisture amount sensor 76 is a sensor that measures the internal resistance of the fuel cell 10 by the alternating current impedance method, in this processing, the moisture amount MH is estimated based on a map in which the relationship between the internal resistance and the moisture amount is defined in advance. .

図３は、上記ステップＳ２００において参照されるマップの一例を示す説明図である。図示するように、このマップを参照すれば、水分量センサ７６によって測定した抵抗値Ｒが増加するにつれ、水分量ＭＨが減少することになる。電解質膜は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す部材であるため、電解質膜の水分量が減少すれば、それだけ電解質膜の導電率が低下し、その結果、抵抗値Ｒが増大するからである。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the map referred to in step S200. As shown in the figure, with reference to this map, the water content MH decreases as the resistance value R measured by the water content sensor 76 increases. Since the electrolyte membrane is a member that exhibits good electrical conductivity in a wet state, if the moisture content of the electrolyte membrane decreases, the conductivity of the electrolyte membrane decreases accordingly, and as a result, the resistance value R increases. is there.

水分量ＭＨを推定すると、制御コンピュータ５０は、この水分量ＭＨが、目標値以下（例えば、最大水分量の１０％以下）になったか否かを判定する（ステップＳ２１０）。かかる判定によって、水分量ＭＨが、目標値以下となった場合には（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、アノード側の水分が十分に排出されたと判断できるため、制御コンピュータ５０は、当該アノードパージ処理を終了する。一方、水分量ＭＨが目標値を超えている場合には（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、処理を上記ステップＳ１３０に戻して、引き続き、アノードパージ処理の実行を継続する。   When the moisture amount MH is estimated, the control computer 50 determines whether or not the moisture amount MH is equal to or less than a target value (for example, 10% or less of the maximum moisture amount) (step S210). If it is determined that the amount of moisture MH is equal to or less than the target value (step S210: Yes), it can be determined that the moisture on the anode side has been sufficiently discharged, and the control computer 50 ends the anode purge process. To do. On the other hand, when the moisture amount MH exceeds the target value (step S210: No), the process returns to step S130, and the execution of the anode purge process is continued.

以上で説明した本実施例の燃料電池システム１００では、システムの停止時において、可変バルブ４９の開度を低下させ、循環ポンプ４０の仕事量を増加させることで、循環ポンプ４０自体を発熱させ、この循環ポンプ４０を通過するアノードオフガスを昇温させるものとした。こうしてアノードオフガスを昇温させると、燃料ガス循環管４４や燃料電池１０内を循環して流れるアノードオフガスの飽和水蒸気量が増加することになるため、燃料電池１０のアノードやアノードに接続される配管内に存在する水分を効率的に短時間で排出することが可能になる。   In the fuel cell system 100 of the present embodiment described above, when the system is stopped, the opening of the variable valve 49 is decreased and the work of the circulation pump 40 is increased, thereby causing the circulation pump 40 itself to generate heat, The anode off gas passing through the circulation pump 40 was heated. When the temperature of the anode off gas is raised in this way, the saturated water vapor amount of the anode off gas that circulates in the fuel gas circulation pipe 44 and the fuel cell 10 increases, so that the pipe connected to the anode and anode of the fuel cell 10 It becomes possible to efficiently discharge the moisture present in the inside in a short time.

Ｃ．変形例：
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、以下のような変形が可能である。 C. Variation:
As mentioned above, although the Example of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to such an Example, and can take a various structure in the range which does not deviate from the meaning. For example, the following modifications are possible.

（Ｃ１）変形例１：
上記実施例では、燃料ガス循環管４４の流路断面積を調整するために、可変バルブ４９を設けるものとしたが、可変バルブ４９に代えて、開度を調整可能な可変オリフィスを設けるものとしてもよい。 (C1) Modification 1:
In the above embodiment, the variable valve 49 is provided in order to adjust the cross-sectional area of the fuel gas circulation pipe 44. However, instead of the variable valve 49, a variable orifice capable of adjusting the opening degree is provided. Also good.

（Ｃ２）変形例２：
上記実施例のアノードパージ処理では、図３に示したマップに基づき水分量を推定し、この推定した水分量と目標値とを比較するものとした。これに対して、水分量センサ７６が測定した抵抗値を、水分量の目標値に相当する抵抗値と直接比較するものとしてもよい。この場合、マップを参照する処理が不要となるため、処理を簡略化することが可能になる。 (C2) Modification 2:
In the anode purge process of the above embodiment, the moisture amount is estimated based on the map shown in FIG. 3, and the estimated moisture amount is compared with the target value. On the other hand, the resistance value measured by the moisture amount sensor 76 may be directly compared with the resistance value corresponding to the target value of the moisture amount. In this case, the process of referring to the map is not necessary, and the process can be simplified.

（Ｃ３）変形例３：
上記実施例では、水分量センサ７６によって測定した燃料電池１０の内部抵抗値に基づきアノードパージ処理を終了するか否かを判断するものとした。これに対して、内部抵抗値の微分値を算出し、この微分値が略ゼロになった場合に、アノードパージ処理を終了するものとしてもよい。微分値が略ゼロであれば、それ以上アノード側から水分を排出することができないと判断できるためである。 (C3) Modification 3:
In the above embodiment, it is determined whether or not to end the anode purge process based on the internal resistance value of the fuel cell 10 measured by the moisture amount sensor 76. On the other hand, a differential value of the internal resistance value may be calculated, and the anode purge process may be terminated when the differential value becomes substantially zero. This is because if the differential value is substantially zero, it can be determined that no more moisture can be discharged from the anode side.

（Ｃ４）変形例４：
上記実施例では、燃料電池システム１００を停止させる条件下で、可変バルブ４９の開度を低下させつつ循環ポンプ４０の回転数を増加させることにより、アノードオフガスを昇温させるものとした。これに対して、例えば、燃料電池システム１００の起動時や運転中等の条件下においても同様の処理を実行することにより、アノードオフガスを昇温させることができる。起動時にアノードオフガスを昇温させれば、低温状態から発電に適した温度に速やかに燃料電池１０を昇温させることが可能となる。また、運転中に昇温させれば、アノード側のフラッディングを抑制することが可能となる。 (C4) Modification 4:
In the above embodiment, the anode off gas is heated by increasing the number of revolutions of the circulation pump 40 while decreasing the opening of the variable valve 49 under the condition that the fuel cell system 100 is stopped. On the other hand, for example, the anode off gas can be heated by executing the same process even under conditions such as when the fuel cell system 100 is started up or during operation. If the anode off gas is heated during startup, the fuel cell 10 can be quickly heated from a low temperature state to a temperature suitable for power generation. Further, if the temperature is raised during operation, flooding on the anode side can be suppressed.

（Ｃ５）変形例５：
上記実施例では、循環ポンプ４０の仕事量を増加させることにより、アノードオフガスを昇温させるものとしたが、かかる昇温制御によってもその温度上昇が不足する場合には、別途、ヒータ等の熱源を燃料ガス循環管４４等に近接して設けることで、アノードオフガスを昇温させるものとしてもよい。 (C5) Modification 5:
In the above embodiment, the anode off gas is heated by increasing the amount of work of the circulation pump 40. However, if the temperature increase is insufficient even by such temperature increase control, a heat source such as a heater is separately provided. May be provided in the vicinity of the fuel gas circulation pipe 44 or the like to raise the temperature of the anode off gas.

燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100. FIG. アノードパージ処理のフローチャートである。It is a flowchart of an anode purge process. 抵抗値Ｒと水分量ＭＨの関係を予め定義したマップである。It is the map which defined the relationship between the resistance value R and the water content MH in advance.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池
２０…水素タンク
３０…エアコンプレッサ
３２…酸化ガス供給管
３４…カソードオフガス排出管
３６…希釈器
３８…背圧調整弁
４０…循環ポンプ
４２…燃料ガス供給管
４４…燃料ガス循環管
４６…シャットバルブ
４８…調圧弁
４９…可変バルブ
５０…制御コンピュータ
６２…排気バルブ
６４…排気管
７２…入口湿度センサ
７４…出口湿度センサ
７６…水分量センサ
８０…イグニッションスイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 20 ... Hydrogen tank 30 ... Air compressor 32 ... Oxidation gas supply pipe 34 ... Cathode off-gas discharge pipe 36 ... Diluter 38 ... Back pressure adjustment valve 40 ... Circulation pump 42 ... Fuel gas supply pipe 44 ... Fuel gas circulation pipe 46 ... Shut valve 48 ... Pressure regulating valve 49 ... Variable valve 50 ... Control computer 62 ... Exhaust valve 64 ... Exhaust pipe 72 ... Inlet humidity sensor 74 ... Outlet humidity sensor 76 ... Moisture amount sensor 80 ... Ignition switch

Claims (12)

燃料電池を備える燃料電池システムであって、
水素を含有する燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給流路に対して、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを供給する循環流路と、
前記循環流路中に設けられ、前記アノードオフガスを加圧して前記供給流路に流す循環ポンプと、
前記循環流路中に設けられ、該循環流路の流路断面積を変化させる可変絞りと、
所定の条件下で、前記可変絞りの開度を低下させるとともに前記循環ポンプの仕事量を増加させることにより前記アノードオフガスを昇温させる昇温制御を行う制御部と
を備える燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a fuel cell,
A circulation flow path for supplying an anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell to a supply flow path for supplying a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell;
A circulation pump which is provided in the circulation flow path and pressurizes the anode off gas to flow through the supply flow path;
A variable throttle provided in the circulation channel and changing a channel cross-sectional area of the circulation channel;
A fuel cell system comprising: a controller that performs temperature increase control for increasing the temperature of the anode off gas by decreasing the opening of the variable throttle and increasing the work of the circulation pump under a predetermined condition. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
更に、前記循環流路内から前記アノードオフガスを外部に排出する排出弁を備え、
前記制御部は、前記昇温制御を行った後に、前記排出弁を開弁する手段を備える
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
And a discharge valve for discharging the anode off gas from the circulation flow path to the outside.
The said control part is provided with the means to open the said discharge valve after performing the said temperature rising control Fuel cell system. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記所定の条件下として、当該燃料電池システムの停止時に、前記昇温制御を行うものである
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
The control unit performs the temperature increase control when the fuel cell system is stopped under the predetermined condition. 請求項２または請求項３に記載の燃料電池システムであって、
更に、前記燃料電池のアノードに流入するガスの湿度を検出する入口湿度検出部を備え、
前記制御部は、前記昇温制御の実行に伴って、前記入口湿度検出部によって検出された湿度が所定の入口湿度以上になった場合に、前記排出弁を開弁する手段を備える
燃料電池システム。 A fuel cell system according to claim 2 or claim 3, wherein
Furthermore, an inlet humidity detector for detecting the humidity of the gas flowing into the anode of the fuel cell is provided,
The control unit includes means for opening the discharge valve when the humidity detected by the inlet humidity detection unit becomes equal to or higher than a predetermined inlet humidity as the temperature increase control is performed. . 請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記所定の入口湿度とは、１００％である
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein
The predetermined inlet humidity is 100%. A fuel cell system. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
更に、前記燃料電池のアノードから排出されるガスの湿度を検出する出口湿度検出部を備え、
前記制御部は、前記出口湿度検出部によって検出された湿度が所定の出口湿度になるように、前記昇温制御を行う
燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
Further, an outlet humidity detection unit that detects the humidity of the gas discharged from the anode of the fuel cell,
The said control part performs the said temperature rising control so that the humidity detected by the said exit humidity detection part becomes predetermined | prescribed exit humidity. Fuel cell system. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記出口湿度検出部によって検出された湿度が前記所定の出口湿度未満であれば、前記増加させた循環ポンプの仕事量を低減し、該湿度が前記所定の出口湿度以上であれば、前記循環ポンプの仕事量を更に増加させることにより、前記昇温制御を行う
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6,
If the humidity detected by the outlet humidity detector is less than the predetermined outlet humidity, the control unit reduces the increased work of the circulation pump, and the humidity is equal to or higher than the predetermined outlet humidity. For example, the fuel cell system performs the temperature increase control by further increasing the work of the circulation pump. 請求項６または請求項７に記載の燃料電池システムであって、
前記所定の出口湿度とは、１００％である
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6 or 7, wherein
The predetermined outlet humidity is 100%. A fuel cell system. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池内の水分量を検出する水分量検出部を備え、
前記制御部は、前記水分量検出部によって検出された水分量が所定の目標値まで低下した場合に、前記昇温制御を停止する手段を備える
燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 1 to 8,
A water content detector for detecting the amount of water in the fuel cell;
The said control part is provided with a means to stop the said temperature rising control, when the moisture content detected by the said moisture content detection part falls to the predetermined target value. 請求項９に記載の燃料電池システムであって、
前記水分量検出部は、前記燃料電池の内部抵抗値を交流インピーダンス法によって測定し、該測定結果に基づき、前記水分量を推定するものである
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 9, wherein
The water content detection unit measures an internal resistance value of the fuel cell by an alternating current impedance method, and estimates the water content based on the measurement result. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記可変絞りは、前記循環ポンプの下流側に設けられている
燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 1 to 10,
The variable throttle is provided on the downstream side of the circulation pump. 燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
水素を含有する燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給流路に対して、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを供給する循環流路を設け、
前記循環流路中に設けられた循環ポンプを駆動し、前記アノードオフガスを加圧して前記供給流路に循環させ、
前記循環流路中に設けられ、該循環流路の流路断面積を変化させる可変絞りの開度を、所定の条件下で、低下させるとともに前記循環ポンプの仕事量を増加させることにより前記アノードオフガスを昇温させて前記燃料電池のアノードに存在する水分を排出する
制御方法。 A control method for a fuel cell system comprising a fuel cell,
A supply flow path for supplying a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell is provided with a circulation flow path for supplying an anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell,
Driving a circulation pump provided in the circulation flow path, pressurizing the anode off gas and circulating it to the supply flow path,
The anode is provided by reducing the opening of a variable throttle provided in the circulation passage and changing the passage sectional area of the circulation passage under a predetermined condition and increasing the work of the circulation pump. A control method for raising the temperature of off-gas and discharging moisture present in the anode of the fuel cell.
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