JP2008041433A - 燃料電池システムおよびこの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】システムの停止時において、循環ポンプ４０の上流側に設けられた排気バルブ６２をわずかに開き、循環ポンプ４０の仕事量を増加させる。すると、循環ポンプ４０自体が発熱し、この循環ポンプを通過するアノードオフガスが昇温することになる。この結果、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。
【選択図】図１

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。

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。

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。

特開２０００−１０６２０６号公報 特開２００５−３１７２２４号公報 特開２００５−２７６５４７号公報

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。

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。

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、
前記循環流路中の前記循環ポンプの上流側に設けられ、該循環流路中を流れるアノードオフガスを外部に排出する排出弁と、
所定の条件下で、前記排出弁を所定の開度まで開いた上で、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。

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排出弁を所定の開度まで開いた上で、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圧力を確保しながら、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、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。

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による発電の停止時に、前記昇温制御を行うものとしてもよい。

このような構成であれば、発電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、その他の条件下として、例えば、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。

上記構成の燃料電池システムにおいて、
更に、前記循環流路中の前記循環ポンプの上流側のアノードオフガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記制御部は、前記圧力検出部によって検出した前記圧力が、大気圧よりも高い状態において、前記昇温制御を行うものとしてもよい。

このような構成であれば、排出弁から大気が循環流路内に逆流することを抑制することができる。

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１００％以上になった場合に、前記排出弁の開度を前記所定の開度よりも更に高める手段を備えるものとしてもよい。

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１００％以上になる度に、このガスを外部に大きく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。

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１００％になるように、前記昇温制御の調整を行うものとしてもよい。

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１００％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。

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１００％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させ、該湿度が１００％以上であれば、前記増加させた循環ポンプの仕事量を更に増加させることにより、前記調整を行うものとしてもよい。

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１００％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。

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。

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。

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。

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。

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て、前記燃料電池から排出されたアノードオフガスを加圧して前記供給流路に循環させ、
前記循環流路中の前記循環ポンプの上流側に設けられ、該循環流路中を流れるアノードオフガスを外部に排出する排出弁を、所定の条件下で、所定に開度まで開いた上で、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。

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：

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。

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。

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。

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。

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。循環ポンプ４０としては、例えば、内部に設けられた回転子をモータ等で回転させることで内部に流通する流体を加圧する回転式ポンプを用いることができる。

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。

また、排気バルブ６２は、制御コンピュータ５０によってその開度が調整される。この開度の調整方法については後で詳しく説明する。開度が調整可能な排気バルブ６２としては、例えば、バタフライ弁や、デューティ比を可変することで単位時間当たりの開度を調整可能な電磁弁などを用いることができる。

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。

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入口湿度センサ７２と、排気管６４の排気バルブ６２近傍に設けられ、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスの湿度を測定する出口湿度センサ７４と、燃料ガス循環管４４の循環ポンプ４０の上流側に設けられ、かかる部分に流れるアノードオフガスの圧力を測定する圧力センサ７８とが接続されている。

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。

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、排気バルブ６２は閉じられており、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。

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、排気バルブ６２をわずかに開き（例えば、開度１０％）、アノードオフガスを徐々に排出する（ステップＳ１１０）。そして、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圧力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。なお、本実施例では、上記ステップＳ１１０において排気バルブ６２をわずかに開くものとしたが、排気バルブ６２を全開にするものとしてもよい。

次に、制御コンピュータ５０は、圧力センサ７８を用いて、循環ポンプ４０の上流側のアノードオフガスの圧力Ｐを測定する（ステップＳ１３０）。そして、この圧力Ｐが大気圧よりも大きいか否かを判断し（ステップＳ１４０）、大気圧以下であれば（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、当該アノードパージ処理を停止する。こうすることで、燃料ガス循環管４４内に排気バルブ６２から大気が逆流することを抑制することができる。

上記ステップＳ１４０において、圧力Ｐが大気圧よりも大きいと判断されれば（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、続いて制御コンピュータ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Ｓ１５０）。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Ｓ１６０）、１００％ＲＨ以上であれば（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）、排気バルブ６２を全開にし、一定時間（例えば、１秒）後に上記ステップＳ１１０によって設定した開度に戻す（ステップＳ１７０）。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Ｓ１７０によって、排気バルブ６２を全開にすれば、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Ｓ１５０において測定した湿度Ｈ１が１００％ＲＨ未満であれば（ステップＳ１６０：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の全開は行わない。

次に、制御コンピュータ５０は、出口湿度センサ７４を用いて、排気バルブ６２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Ｓ１８０）。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Ｓ１９０）、１００％ＲＨ未満であれば（ステップＳ１９０：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Ｓ２００）。これに対して、１００％ＲＨ以上であれば（ステップＳ１９０：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Ｓ２１０）。

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Ｓ２００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Ｓ２１０によって循環ポンプ４０の回転数を増加させる。こうすることにより、循環ポンプ４０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の回転数を調整することになる。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。

上記ステップＳ２００またはステップＳ２１０によって循環ポンプ４０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Ｓ２２０）。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。

図３は、上記ステップＳ２２０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。

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Ｓ２３０）。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Ｓ２３０：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Ｓ２３０：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。

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、排気バルブ６２をわずかに開き、循環ポンプ４０の回転数を高めることで、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。すると、燃料ガス循環管４４を循環す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。

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。

（Ｃ１）変形例１：
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）変形例２：
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）変形例３：
上記実施例では、燃料電池システム１００による発電を停止させる条件下で、排気バルブ６２をわずかに開き、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）変形例４：
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。

燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。 アノードパージ処理のフローチャートである。 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。

符号の説明

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
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
７８…圧力センサ
８０…イグニッションスイッチ

Claims (9)

1. 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、
   前記循環流路中の前記循環ポンプの上流側に設けられ、該循環流路中を流れるアノードオフガスを外部に排出する排出弁と、
   所定の条件下で、前記排出弁を所定の開度まで開いた上で、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。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御部は、前記所定の条件下として、当該燃料電池システムによる発電の停止時に、前記昇温制御を行うものである
   燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   更に、前記循環流路中の前記循環ポンプの上流側のアノードオフガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、
   前記制御部は、前記圧力検出部によって検出した前記圧力が、大気圧よりも高い状態において、前記昇温制御を行うものである
   燃料電池システム。
4. 請求項１ないし請求項３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１００％以上になった場合に、前記排出弁の開度を前記所定の開度よりも更に高める手段を備える
   燃料電池システム。
5. 請求項１ないし請求項４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１００％になるように、前記昇温制御の調整を行う
   燃料電池システム。
6. 請求項５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１００％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させ、該湿度が１００％以上であれば、前記増加させた循環ポンプの仕事量を更に増加させることにより、前記調整を行う
   燃料電池システム。
7. 請求項１ないし請求項６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。
8. 請求項７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。
9. 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て、前記燃料電池から排出されたアノードオフガスを加圧して前記供給流路に循環させ、
   前記循環流路中の前記循環ポンプの上流側に設けられ、該循環流路中を流れるアノードオフガスを外部に排出する排出弁を、所定の条件下で、所定に開度まで開いた上で、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。

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