JP2009016082A

JP2009016082A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2009016082A
Application number: JP2007174320A
Authority: JP
Inventors: Keigo Suematsu; 啓吾末松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology of suppressing anode dry-up due to power generation of a fuel cell. <P>SOLUTION: A fuel cell system includes the fuel cell. The fuel cell includes the anode provided on one surface of an electrolyte membrane, and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane. The fuel cell system further includes a temperature increasing part that increases the temperature of fuel gas supplied to the anode of the fuel cell at dry-up anode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池のアノードのドライアップを抑制する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that suppresses dry-up of an anode of a fuel cell.

近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池では、電解質膜の一方の面に設けられるアノードと、電解質膜の他方の面に設けられるカソードとを備え、アノードおよびカソードに、それぞれ、水素を含有する燃料ガスおよび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を生じさせ、発電を行うようにしている（特許文献１参照）。 In recent years, fuel cells that generate electricity by electrochemical reaction between hydrogen and oxygen have attracted attention as energy sources. This fuel cell includes an anode provided on one surface of an electrolyte membrane and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane, and a fuel gas containing hydrogen and an oxidation containing oxygen are respectively provided on the anode and the cathode. By supplying a gas, an electrochemical reaction is caused to generate power (see Patent Document 1).

特開２００４−６５０９４号公報JP 2004-65094 A

ところで、上記燃料電池が、例えば、固体高分子型燃料電池の場合には、発電に伴い、プロトンが、電解質膜を介してアノードからカソードに移動するが、その際、プロトンは、アノードから水を受け取り水和した状態で、カソードに移動する。そうすると、アノードにおいて、水分が不足するドライアップが生じるおそれがあった。このようにアノードにおいて、ドライアップが生じると、アノードからカソードへのプロトンの移動が滞り、その結果、燃料電池の発電効率が低下するおそれがあった。 By the way, when the fuel cell is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, protons move from the anode to the cathode through the electrolyte membrane during power generation. At that time, the protons remove water from the anode. Moves to the cathode in a hydrated state. As a result, there was a risk that dry-up in which the moisture was insufficient occurred in the anode. Thus, when dry-up occurs in the anode, proton transfer from the anode to the cathode is delayed, and as a result, the power generation efficiency of the fuel cell may be reduced.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電に伴い、アノードのドライアップを抑制する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing anode dry-up as the fuel cell generates power.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例１]燃料電池を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池は、電解質膜の一方の面に設けられるアノードと、前記電解質膜の他方の面に設けられるカソードと、を備え、前記燃料電池システムは、前記アノードのドライアップ時において、前記燃料電池の前記アノードに供給する燃料ガスの温度を昇温させる昇温部をさらに備えることを要旨とする。 Application Example 1 A fuel cell system including a fuel cell, wherein the fuel cell includes an anode provided on one surface of the electrolyte membrane and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane, The fuel cell system further includes a temperature raising unit that raises the temperature of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell when the anode is dry-up.

上記構成の燃料電池システムによれば、アノードの水蒸気分圧を低下させ、アノードとカソードとの間の水蒸気分圧差を拡大させることができ、それに伴いカソードからアノードへの水移動量を増加させることができる。その結果、アノードの水分を多くすることができ、すなわち、アノードのドライアップを抑制することができる。なお、「水分」とは、水（液体）、または、水蒸気を含む概念である。 According to the fuel cell system configured as described above, the water vapor partial pressure of the anode can be reduced, the water vapor partial pressure difference between the anode and the cathode can be increased, and accordingly, the amount of water transfer from the cathode to the anode can be increased. Can do. As a result, the moisture in the anode can be increased, that is, dry-up of the anode can be suppressed. “Moisture” is a concept including water (liquid) or water vapor.

[適用例２]適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に前記燃料ガスを導入するための燃料ガス導入流路と、前記燃料電池において電気化学反応に供された前記燃料ガスを前記燃料電池から前記燃料電池の外部に排出するための燃料ガス排出流路と、前記燃料ガス排出流路と前記燃料ガス導入流路とを接続する接続流路と、を備え、前記燃料ガス導入流路において前記接続流路の第１接続部と前記燃料電池との間の流路、前記燃料ガス排出流路において前記燃料電池と前記接続流路の第２接続部との間の流路、および、前記接続流路で形成される流路は、前記燃料電池から排出された前記燃料ガスを再利用のために前記燃料電池に循環させるための循環流路であり、前記昇温部は、前記循環流路上に設けられ、前記燃料電池から排出された前記燃料ガスを、前記循環流路を介して、前記燃料電池に循環させるための循環ポンプと、前記アノードのドライアップ時において、前記循環ポンプを制御し、前記循環ポンプの回転数を増加させて、前記循環ポンプの仕事量を増加させる仕事量増加制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 [Application Example 2] In the fuel cell system according to Application Example 1, a fuel gas introduction flow path for introducing the fuel gas into the fuel cell, and the fuel gas used in an electrochemical reaction in the fuel cell A fuel gas discharge passage for discharging from the fuel cell to the outside of the fuel cell; and a connection flow passage connecting the fuel gas discharge passage and the fuel gas introduction passage. A flow path between the first connection portion of the connection flow path and the fuel cell in the flow path, a flow path between the fuel cell and the second connection portion of the connection flow path in the fuel gas discharge flow path, The flow path formed by the connection flow path is a circulation flow path for circulating the fuel gas discharged from the fuel cell to the fuel cell for reuse, and the temperature raising unit is The fuel cell provided on the circulation channel A circulation pump for circulating the fuel gas discharged from the fuel cell through the circulation channel, and controlling the circulation pump at the time of dry-up of the anode, and the number of revolutions of the circulation pump And a work increase control unit for increasing the work of the circulating pump.

このようにすれば、循環ポンプを用いて、燃料電池のアノードに供給する燃料ガスを暖めることができる。 If it does in this way, the fuel gas supplied to the anode of a fuel cell can be warmed using a circulation pump.

[適用例３]適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記循環流路に設けられ、前記燃料ガスの圧力を減圧させることが可能な減圧弁を備え、前記仕事量増加制御部は、前記アノードのドライアップ時において、前記減圧弁を制御し前記燃料ガスの圧力を減圧させつつ、前記循環ポンプを制御し、前記循環ポンプの回転数を増加させて、前記循環ポンプの仕事量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。 [Application Example 3] In the fuel cell system according to Application Example 2, the fuel cell system includes a pressure reducing valve that is provided in the circulation flow path and can reduce the pressure of the fuel gas. During the anode dry-up, the pressure reducing valve is controlled to reduce the pressure of the fuel gas, and the circulating pump is controlled to increase the rotation speed of the circulating pump, thereby increasing the work of the circulating pump. A fuel cell system.

このようにすれば、循環ポンプの回転数を増加させた場合に、燃料電池のアノードに供給される燃料ガス量が過剰になることを抑制することができる。 In this way, it is possible to prevent the amount of fuel gas supplied to the anode of the fuel cell from becoming excessive when the rotational speed of the circulation pump is increased.

[適用例４]適用例２または適用例３に記載の燃料電池システムにおいて、前記循環流路に設けられ、前記循環流路を流れる前記燃料ガスを前記循環流路の外部に排出可能な第１排出弁を備え、前記仕事量増加制御部は、前記アノードのドライアップ時において、前記第１排出弁を制御し前記循環流路を流れる一部の前記燃料ガスを前記循環流路の外部に排出させつつ、前記循環ポンプを制御し、前記循環ポンプの回転数を増加させて、前記循環ポンプの仕事量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。 [Application Example 4] In the fuel cell system according to Application Example 2 or Application Example 3, the first fuel gas system provided in the circulation flow path and capable of discharging the fuel gas flowing through the circulation flow path to the outside of the circulation flow path. The work increase control unit includes a discharge valve, and controls the first discharge valve to discharge a part of the fuel gas flowing through the circulation channel to the outside of the circulation channel when the anode is dry-up. The fuel cell system further comprising: controlling the circulation pump and increasing the number of rotations of the circulation pump to increase a work amount of the circulation pump.

このようにすれば、循環ポンプの回転数を上げた場合に、燃料電池のアノードに供給される燃料ガス量が過剰になることを抑制することができる。 If it does in this way, when the rotation speed of a circulation pump is raised, it can suppress that the amount of fuel gas supplied to the anode of a fuel cell becomes excessive.

[適用例５]適用例２ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記昇温部は、前記循環流路に設けられるヒータと、前記アノードのドライアップ時において、前記ヒータを制御して前記燃料電池の前記アノードに供給する前記燃料ガスの温度を昇温させるヒータ制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 [Application Example 5] In the fuel cell system according to any one of Application Examples 2 to 4, the temperature raising unit includes a heater provided in the circulation channel, and the heater at the time of dry-up of the anode. A fuel cell system comprising: a heater control unit configured to control and raise the temperature of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell.

このようにすれば、ヒータを用いて、燃料電池のアノードに供給する燃料ガスを暖めることができる。 If it does in this way, the fuel gas supplied to the anode of a fuel cell can be warmed using a heater.

[適用例６]適用例２ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から排出される前記燃料ガスの湿度を検出する第１湿度検出部を備え、前記仕事量増加制御部は、前記循環ポンプを制御し、前記循環ポンプの回転数を向上させて、前記循環ポンプの仕事量を増加させている場合において、前記第１湿度検出部が検出した前記湿度が、第１閾値より低下した場合には、前記循環ポンプを制御し、前記循環ポンプの回転数を減少させ、その後、前記第１湿度検出部が検出した前記湿度が、第２閾値より高くなった場合には、前記循環ポンプを制御し、再度、前記循環ポンプの回転数を増加させ、前記循環ポンプの仕事量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。 [Application Example 6] In the fuel cell system according to any one of Application Examples 2 to 5, the fuel cell system includes a first humidity detection unit that detects the humidity of the fuel gas discharged from the fuel cell, and increases the work amount. The control unit controls the circulation pump to improve the rotation speed of the circulation pump to increase the work amount of the circulation pump, and the humidity detected by the first humidity detection unit is When the pressure falls below a threshold value, the circulation pump is controlled to reduce the rotation speed of the circulation pump, and then the humidity detected by the first humidity detector becomes higher than a second threshold value. Controls the circulating pump, and again increases the rotational speed of the circulating pump to increase the work of the circulating pump.

このようにすれば、循環ポンプの仕事量を無駄に増加させることなく、効率よく循環ポンプで燃料ガスの温度を昇温させることができる。 In this way, the temperature of the fuel gas can be efficiently raised by the circulation pump without unnecessarily increasing the work amount of the circulation pump.

[適用例７]適用例２ないし適用例６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記循環流路を流れる前記燃料ガスと共に、前記循環流路中の水分を前記燃料電池システムの外部に排出可能な第２排出弁と、前記第２排出弁を制御し、所定時間、前記第２排出弁を開弁させる排出弁制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 Application Example 7 In the fuel cell system according to any one of Application Examples 2 to 6, the water in the circulation channel is discharged to the outside of the fuel cell system together with the fuel gas flowing through the circulation channel. A fuel cell system comprising: a possible second discharge valve; and a discharge valve control unit that controls the second discharge valve and opens the second discharge valve for a predetermined time.

このようにすれば、循環流路や燃料ガス中の水分を燃料電池システムの外部に排出することができ、アノードに供給する燃料ガスの湿度を低下させることができる。その結果、燃料ガスによって効率よくアノードの水分を持ち去ることができるので、カソードからアノードへの水移動量を多くすることができる。 In this way, moisture in the circulation channel and the fuel gas can be discharged to the outside of the fuel cell system, and the humidity of the fuel gas supplied to the anode can be reduced. As a result, the moisture of the anode can be efficiently taken away by the fuel gas, so that the amount of water transfer from the cathode to the anode can be increased.

[適用例８]適用例７に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の前記アノードに供給する前記燃料ガスの湿度を検出する第２湿度検出部を備え、前記排出弁制御部は、前記第２湿度検出部が検出した前記燃料ガスの湿度が、第３閾値より高くなった場合に、前記第２排出弁を制御し、所定時間、前記第２排出弁を開弁させることを特徴とする燃料電池システム。 Application Example 8 In the fuel cell system according to Application Example 7, the fuel cell system includes a second humidity detection unit that detects the humidity of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell, and the discharge valve control unit includes the second (2) When the humidity of the fuel gas detected by the humidity detector is higher than a third threshold value, the second discharge valve is controlled to open the second discharge valve for a predetermined time. Fuel cell system.

[適用例９]適用例２ないし適用例８のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記アノードのドライアップ時において、前記燃料電池の前記カソードに供給する酸化ガスの供給流量を減少させる酸化ガス供給部を備えることを特徴とする燃料電池システム。 [Application Example 9] In the fuel cell system according to any one of Application Examples 2 to 8, the oxidizing gas for reducing the supply flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell when the anode is dry-up A fuel cell system comprising a supply unit.

このようにすれば、カソードにおいて、酸化ガスがカソードで生じた生成水を持ち去ることを抑制することができ、カソードの水分を多くし、すなわち、カソードにおける水蒸気分圧を高くすることができ、それに伴い、アノードとカソードとの間の水蒸気分圧差を拡大させることができる。そうすると、アノードからカソードへの水移動量を増加させることができ、その結果、アノードのドライアップを抑制することができる。 In this way, at the cathode, it is possible to suppress the oxidizing gas from taking away the generated water generated at the cathode, and to increase the moisture at the cathode, that is, to increase the water vapor partial pressure at the cathode. Accordingly, the water vapor partial pressure difference between the anode and the cathode can be increased. If it does so, the amount of water movement from an anode to a cathode can be increased, As a result, dry-up of an anode can be suppressed.

[適用例１０]適用例１ないし適用例９のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から排出される前記燃料ガスの湿度を検出する第３湿度検出部と、前記第３湿度検出部が検出した前記燃料ガスの湿度が、第４閾値より低い場合に、前記アノードがドライアップであると判定するドライアップ判定部と、を備え、前記昇温部は、前記ドライアップ判定部が、前記アノードがドライアップであると判断した場合において、前記燃料電池の前記アノードに供給する燃料ガスの温度を昇温させることを特徴とする燃料電池システム。 [Application Example 10] In the fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 9, a third humidity detection unit that detects the humidity of the fuel gas discharged from the fuel cell, and the third humidity detection A dry-up determination unit that determines that the anode is dry-up when the humidity of the fuel gas detected by the unit is lower than a fourth threshold value. When the anode is determined to be dry-up, the temperature of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell is raised.

このようにすれば、アノードのドライアップを的確に判定することができ、ドライアップを迅速に抑制することができる。 In this way, the anode dry-up can be accurately determined, and the dry-up can be quickly suppressed.

なお、本発明は、上記した燃料電池システムなどの態様の他、燃料電池や燃料電池システムの制御回路などの他の装置発明の態様で実現することも可能である。また、燃料電池システムの制御方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。 The present invention can be realized in other aspects of the invention of the device such as a fuel cell and a control circuit of the fuel cell system in addition to the above-described aspect of the fuel cell system. Further, the present invention can be realized in the form of a method invention such as a control method of the fuel cell system. Further, aspects as a computer program for constructing those methods and apparatuses, aspects as a recording medium recording such a computer program, data signals embodied in a carrier wave including the computer program, etc. It can also be realized in various ways.

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。 Further, when the present invention is configured as a computer program or a recording medium that records the program, the entire program for controlling the operation of the apparatus may be configured, or only the portion that performs the functions of the present invention. It may be configured.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１００の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００は、主に、燃料電池１０と、水素タンク２０と、コンプレッサ３０と、水素循環ポンプ５０と、冷媒循環ポンプ６５と、ラジエータ６０と、気液分離器７０と、湿度センサ８０，８５と、水素遮断弁２００と、レギュレータ２１０と、可変レギュレータ２２０と、排出弁２４０と、制御回路４００と、を備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A1. Configuration of the fuel cell system 100:
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 of the present embodiment mainly includes a fuel cell 10, a hydrogen tank 20, a compressor 30, a hydrogen circulation pump 50, a refrigerant circulation pump 65, a radiator 60, a gas-liquid separator 70, Humidity sensors 80 and 85, a hydrogen cutoff valve 200, a regulator 210, a variable regulator 220, a discharge valve 240, and a control circuit 400 are provided.

図２は、燃料電池１０が備えるセルアセンブリ１５の概略断面図である。燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池であり、セルアセンブリ１５を複数積層したスタック構造を有している。セルアセンブリ１５は、図２に示すように、ＭＥＡ（膜電極接合体：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）１１と、ＭＥＡ１１の外側に形成される第１ガス拡散層４，５と、第１ガス拡散層４，５の外側に形成される第２ガス拡散層６，７と、第２ガス拡散層６，７の外側に形成されるセパレータ８，９と、を備えている。ＭＥＡ１１は、電解質膜１と、電解質膜１の両面に形成されるカソード２およびアノード３とから成る。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the cell assembly 15 included in the fuel cell 10. The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell and has a stack structure in which a plurality of cell assemblies 15 are stacked. As shown in FIG. 2, the cell assembly 15 includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) 11, first gas diffusion layers 4, 5 formed on the outside of the MEA 11, and first gas diffusion layers 4, 4. 2, second gas diffusion layers 6, 7 formed on the outer side of 5, and separators 8, 9 formed on the outer side of the second gas diffusion layers 6, 7. The MEA 11 includes an electrolyte membrane 1 and a cathode 2 and an anode 3 formed on both surfaces of the electrolyte membrane 1.

電解質膜１は、固体高分子材料であるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。このフッ素系樹脂としては、例えば、パーフルオロスルホン酸（ナフィオン（登録商標）など）などが好ましい。カソード２およびアノード３は、白金担持カーボンと、電解質とから構成される。第１ガス拡散層４，５は、導電性を有するカーボン製の多孔質部材であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。また、第２ガス拡散層６，７は、導電性を有し、第１ガス拡散層４，５よりも比較的大きな細孔からなる多孔質部材であり、例えば、カーボンペーパ等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属などの金属多孔質体によって形成することができる。 The electrolyte membrane 1 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a fluororesin that is a solid polymer material. As this fluororesin, for example, perfluorosulfonic acid (Nafion (registered trademark), etc.) is preferable. The cathode 2 and the anode 3 are composed of platinum-supported carbon and an electrolyte. The first gas diffusion layers 4 and 5 are carbon porous members having conductivity, and are formed of, for example, carbon cloth or carbon paper. The second gas diffusion layers 6 and 7 are porous members having conductivity and having relatively larger pores than the first gas diffusion layers 4 and 5, for example, a carbon porous material such as carbon paper. Or a porous metal body such as a metal mesh or foam metal.

セパレータ８，９は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。セパレータ８，９の表面には、セルアセンブリ１５に導入された燃料ガスあるいは酸化ガスの流路を形成するための凹凸形状が形成されている。すなわち、カソード２側において、第２ガス拡散層６とセパレータ８との間には、カソード２で電気化学反応に供される酸化ガスが通過するアセンブリ内酸化ガス流路３２が形成されている。また、アノード３側の第２ガス拡散層７とセパレータ９との間には、アノード３で電気化学反応に供される燃料ガスが通過するアセンブリ内燃料ガス流路２２が形成されている。なお、図２のセパレータ８，９は、平行な複数の溝からなる凹凸形状を有しているが、異なる形状としても良く、セパレータ８，９とＭＥＡ１１との間に、ガスの流路を形成するための空間を形成可能であればよい。 The separators 8 and 9 can be formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon that has been made to be gas-impermeable by compressing carbon, or a press-molded metal plate. On the surfaces of the separators 8 and 9, a concavo-convex shape for forming a flow path of the fuel gas or the oxidizing gas introduced into the cell assembly 15 is formed. That is, on the cathode 2 side, an in-assembly oxidizing gas flow path 32 through which an oxidizing gas used for an electrochemical reaction at the cathode 2 passes is formed between the second gas diffusion layer 6 and the separator 8. Further, an in-assembly fuel gas flow path 22 through which fuel gas used for an electrochemical reaction at the anode 3 passes is formed between the second gas diffusion layer 7 on the anode 3 side and the separator 9. The separators 8 and 9 in FIG. 2 have an uneven shape composed of a plurality of parallel grooves, but may have different shapes, and a gas flow path is formed between the separators 8 and 9 and the MEA 11. What is necessary is just to be able to form a space for this.

燃料電池１０は、負荷（図示せず）と接続される。そして、燃料電池１０は、後述の水素タンク２０およびコンプレッサ３０から、負荷からの負荷要求情報（以下では、単に負荷要求と呼ぶ）に基づく流量の燃料ガスおよび酸化ガスがそれぞれ供給され、ＭＥＡ１１において電気化学反応が進行し、起電力が生じる。生じた電力は、負荷に供給される。 The fuel cell 10 is connected to a load (not shown). The fuel cell 10 is supplied with fuel gas and oxidant gas at flow rates based on load request information (hereinafter simply referred to as load request) from a load from a hydrogen tank 20 and a compressor 30 described later. A chemical reaction proceeds and an electromotive force is generated. The generated power is supplied to the load.

燃料電池１０は、各セルアセンブリ１５に対して燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニホールド（図示せず）と、各セルアセンブリ１５に対して酸化ガスを供給する酸化ガス供給マニホールド（図示せず）と、各セルアセンブリ１５に対して各セルアセンブリ１５を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給マニホールド（図示せず）と、各セルアセンブリ１５から燃料ガスを燃料電池１０の外部に排出するための燃料ガス排出マニホールド（図示せず）と、各セルアセンブリ１５から酸化ガスを燃料電池１０の外部に排出するための酸化ガス排出マニホールド（図示せず）と、各セルアセンブリ１５を冷却した冷却水を燃料電池１０の外部に排出するための冷却水排出マニホールド（図示せず）とを備えている。以下では、燃料ガス供給マニホールドと、アセンブリ内燃料ガス流路２２と、燃料ガス排出マニホールドとを総称して、アノード流路２５とも呼び、酸化ガス供給マニホールドと、アセンブリ内酸化ガス流路３２と、酸化ガス排出マニホールドとを総称して、カソード流路３５とも呼ぶ。 The fuel cell 10 includes a fuel gas supply manifold (not shown) that supplies fuel gas to each cell assembly 15, and an oxidizing gas supply manifold (not shown) that supplies oxidizing gas to each cell assembly 15. A cooling water supply manifold (not shown) for supplying cooling water for cooling each cell assembly 15 to each cell assembly 15, and for discharging fuel gas from each cell assembly 15 to the outside of the fuel cell 10. A fuel gas discharge manifold (not shown), an oxidizing gas discharge manifold (not shown) for discharging the oxidizing gas from each cell assembly 15 to the outside of the fuel cell 10, and cooling water for cooling each cell assembly 15 Is provided with a cooling water discharge manifold (not shown) for discharging the fuel to the outside of the fuel cell 10. Hereinafter, the fuel gas supply manifold, the in-assembly fuel gas flow path 22 and the fuel gas discharge manifold are collectively referred to as an anode flow path 25, and the oxidizing gas supply manifold, the in-assembly oxidizing gas flow path 32, The oxidizing gas discharge manifold is also collectively referred to as a cathode channel 35.

水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、燃料ガス導入流路２４を介して燃料電池１０のアノード流路２５（燃料ガス供給マニホールド）に接続されている。燃料ガス導入流路２４上において、水素タンク２０から近い順番に、水素遮断弁２００と、レギュレータ２１０とが設けられている。水素遮断弁２００を開弁することにより、燃料電池１０に水素ガスを燃料ガスとして供給する。なお、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノード側へ供給するものとしてもよい。 The hydrogen tank 20 is a storage device that stores high-pressure hydrogen gas, and is connected to an anode flow path 25 (fuel gas supply manifold) of the fuel cell 10 via a fuel gas introduction flow path 24. On the fuel gas introduction flow path 24, a hydrogen cutoff valve 200 and a regulator 210 are provided in the order closer to the hydrogen tank 20. By opening the hydrogen shut-off valve 200, hydrogen gas is supplied to the fuel cell 10 as fuel gas. Instead of the hydrogen tank 20, hydrogen may be generated by a reforming reaction using alcohol, hydrocarbon, aldehyde or the like as a raw material and supplied to the anode side.

燃料電池１０のアノード流路２５（燃料ガス排出マニホールド）は、燃料ガスを燃料電池１０から排出するための燃料ガス排出流路２６とも接続され、この燃料ガス排出流路２６上には、燃料電池１０から近い順番に、気液分離器７０と、排出弁２４０が設けられている。気液分離器７０は、燃料電池１０から排出される水を貯留したり、循環流路Ｃを循環する燃料ガス中の水蒸気を液化させて貯留するための装置である。燃料電池システム１００の運転中において、排出弁２４０を定期的に開弁することで、気液分離器７０に貯留される水やアノードで電気化学反応に供された後の燃料ガスが、定期的に、燃料電池システム１００の外部へ排出される。 The anode flow path 25 (fuel gas discharge manifold) of the fuel cell 10 is also connected to a fuel gas discharge flow path 26 for discharging the fuel gas from the fuel cell 10, and the fuel cell is disposed on the fuel gas discharge flow path 26. A gas-liquid separator 70 and a discharge valve 240 are provided in order from 10. The gas-liquid separator 70 is an apparatus for storing water discharged from the fuel cell 10 or liquefying and storing water vapor in the fuel gas circulating through the circulation channel C. During the operation of the fuel cell system 100, the discharge valve 240 is periodically opened, so that the water stored in the gas-liquid separator 70 and the fuel gas after being subjected to the electrochemical reaction at the anode are periodically Then, it is discharged to the outside of the fuel cell system 100.

また、気液分離器７０と燃料ガス導入流路２４とを接続するための接続流路２７が設けられている。この接続流路２７上には、水素循環ポンプ５０が設けられる。この接続流路２７は、水素循環ポンプ５０によって勢いをつけて送りだされた燃料ガスを、燃料ガス導入流路２４に導く。これにより、燃料電池１０から排出された燃料ガスは、燃料ガス排出流路２６を介して気液分離器７０に排出され、さらに、接続流路２７を介して燃料ガス導入流路２４に導入され、そして、燃料ガス導入流路２４を介して、再び燃料電池１０に循環する。燃料ガス排出流路２６における燃料電池１０と気液分離器７０との間の流路、接続流路２７、および、燃料ガス導入流路２４における接続流路２７との接続部Ｇと燃料電池１０との間の流路は、燃料ガスを循環させるための流路であるので、循環流路Ｃとも呼ぶ（図１参照）。燃料電池１０から排出された燃料ガスは、循環流路Ｃを流れて燃料電池１０で再利用される。なお、以下では、循環流路Ｃにおいて、燃料ガスが循環する方向を循環方向とも呼ぶ。 Further, a connection flow path 27 for connecting the gas-liquid separator 70 and the fuel gas introduction flow path 24 is provided. A hydrogen circulation pump 50 is provided on the connection flow path 27. The connection flow path 27 guides the fuel gas sent out by the hydrogen circulation pump 50 to the fuel gas introduction flow path 24. As a result, the fuel gas discharged from the fuel cell 10 is discharged to the gas-liquid separator 70 via the fuel gas discharge flow path 26 and further introduced to the fuel gas introduction flow path 24 via the connection flow path 27. Then, it circulates again to the fuel cell 10 via the fuel gas introduction flow path 24. The fuel cell 10 and the connection portion G between the fuel gas discharge channel 26 between the fuel cell 10 and the gas-liquid separator 70, the connection channel 27, and the connection channel 27 in the fuel gas introduction channel 24. Since the channel between the two is a channel for circulating the fuel gas, it is also called a circulation channel C (see FIG. 1). The fuel gas discharged from the fuel cell 10 flows through the circulation channel C and is reused in the fuel cell 10. Hereinafter, the direction in which the fuel gas circulates in the circulation channel C is also referred to as a circulation direction.

可変レギュレータ２２０は、循環流路Ｃにおいて、水素循環ポンプ５０と気液分離器７０との間に設けられ、水素循環ポンプ５０に流入する燃料ガスの圧力を調圧可能な弁である。 The variable regulator 220 is a valve that is provided between the hydrogen circulation pump 50 and the gas-liquid separator 70 in the circulation channel C and that can regulate the pressure of the fuel gas flowing into the hydrogen circulation pump 50.

コンプレッサ３０は、酸化ガス導入流路３４を介して燃料電池１０のカソード流路３５（酸化ガス供給マニホールド）に接続され、空気を圧縮し酸化ガスとして、カソード２に供給する。また、カソード流路３５（酸化ガス排出マニホールド）は、酸化ガス排出流路３６とも接続され、カソード２で電気化学反応に供された後の酸化ガスは、この酸化ガス排出流路３６を介して、燃料電池システム１００の外部に排出される。 The compressor 30 is connected to the cathode channel 35 (oxidizing gas supply manifold) of the fuel cell 10 via the oxidizing gas introduction channel 34, compresses air, and supplies the compressed gas as the oxidizing gas to the cathode 2. The cathode channel 35 (oxidizing gas discharge manifold) is also connected to the oxidizing gas discharge channel 36, and the oxidizing gas after being subjected to the electrochemical reaction at the cathode 2 passes through the oxidizing gas discharge channel 36. Then, the fuel cell system 100 is discharged to the outside.

また、燃料電池システム１００は、燃料電池１０を冷却するための冷却媒体（以下では、冷媒とも呼ぶ）を循環させるための冷媒循環流路６４を備えている。この冷媒循環流路６４上には、ラジエータ６０、冷媒循環ポンプ６５が設けられる。なお、冷媒としては、水や、水とエチレングリコールとの混合液（不凍液）などを用いることができる。 The fuel cell system 100 also includes a refrigerant circulation channel 64 for circulating a cooling medium (hereinafter also referred to as a refrigerant) for cooling the fuel cell 10. On the refrigerant circulation channel 64, a radiator 60 and a refrigerant circulation pump 65 are provided. In addition, as a refrigerant | coolant, water, the liquid mixture (antifreeze) of water and ethylene glycol, etc. can be used.

湿度センサ８０は、循環流路Ｃ（燃料ガス導入流路２４）から燃料電池１０（アノード３）に供給される燃料ガス中の湿度（以下では、供給湿度とも呼ぶ）を検出するためのセンサである。湿度センサ８５は、燃料電池１０から循環流路Ｃ（燃料ガス排出流路２６）に排出される燃料ガスの湿度（以下では、排出湿度とも呼ぶ）を検出するためのセンサである。 The humidity sensor 80 is a sensor for detecting the humidity (hereinafter also referred to as supply humidity) in the fuel gas supplied from the circulation channel C (fuel gas introduction channel 24) to the fuel cell 10 (anode 3). is there. The humidity sensor 85 is a sensor for detecting the humidity of the fuel gas discharged from the fuel cell 10 to the circulation flow path C (fuel gas discharge flow path 26) (hereinafter also referred to as discharge humidity).

制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。そして、この制御回路４００は、コンプレッサ３０、水素循環ポンプ５０、冷媒循環ポンプ６５、水素遮断弁２００、レギュレータ２１０、可変レギュレータ２２０、排出弁２４０などを制御し、燃料電池システム１００の運転制御を行う。 The control circuit 400 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, a CPU (not shown) that executes predetermined calculations according to a preset control program and various arithmetic processes performed by the CPU. A ROM (not shown) in which control programs and control data necessary for the above are stored in advance, and a RAM (not shown) in which various data necessary for performing various arithmetic processes in the CPU are temporarily read and written. And an input / output port (not shown) for inputting / outputting various signals. The control circuit 400 controls the compressor 30, the hydrogen circulation pump 50, the refrigerant circulation pump 65, the hydrogen shut-off valve 200, the regulator 210, the variable regulator 220, the discharge valve 240, etc., and controls the operation of the fuel cell system 100. .

また、制御回路４００は、仕事量増加制御部４１０と、湿度検出部４２０と、排出弁制御部４３０と、ドライアップ判定部４４０としても機能し、後述する発電中処理を実行する。 The control circuit 400 also functions as a work amount increase control unit 410, a humidity detection unit 420, a discharge valve control unit 430, and a dry-up determination unit 440, and executes processing during power generation, which will be described later.

Ａ２．アノード−カソード間の水移動の説明：
図３は、アノード３およびカソード２間の水移動を説明するためにＭＥＡ１１を拡大した図である。この図において、白抜き矢印は、電解質膜１におけるプロトン移動に伴う水の移動方向（アノード３からカソード２へ向かう方向）を示しており、黒塗り矢印は、電解質膜１においてアノード３とカソード２との間の水蒸気分圧差によって生じる水の移動方向（カソード２からアノード３へ向かう方向）を示している。また、以下では、プロトン移動に伴う水の移動量を水移動量Ｑ１とも呼び、アノード３とカソード２との間の水蒸気分圧差によって生じる水の移動量を水移動量Ｑ２とも呼ぶ。さらに、燃料ガスが、アノード３から持ち去る水蒸気量を持ち去り量Ｑａとも呼ぶ。以下では、単に「ドライアップ」と記載した場合には、「アノード３のドライアップ」のことを示す。 A2. Explanation of water transfer between anode and cathode:
FIG. 3 is an enlarged view of the MEA 11 for explaining water movement between the anode 3 and the cathode 2. In this figure, white arrows indicate the direction of water movement (direction from the anode 3 to the cathode 2) accompanying proton movement in the electrolyte membrane 1, and the black arrows indicate the anode 3 and the cathode 2 in the electrolyte membrane 1. The direction of water movement (the direction from the cathode 2 to the anode 3) generated by the difference in water vapor partial pressure between the cathode and the anode is shown. Hereinafter, the amount of water movement associated with proton movement is also referred to as water movement amount Q1, and the amount of water movement caused by the difference in water vapor partial pressure between the anode 3 and the cathode 2 is also referred to as water movement amount Q2. Further, the amount of water vapor that the fuel gas takes away from the anode 3 is also referred to as the carry-off amount Qa. Hereinafter, when simply described as “dry-up”, it means “dry-up of the anode 3”.

燃料電池１０では、例えば、負荷が比較的低く、すなわち、低出力発電時または中出力発電時などでは、水移動量Ｑ１と水移動量Ｑ２とは、ほとんど同程度の量となっており、ドライアップ状態になりにくい。しかし、例えば、燃料電池１０において、負荷が高くなる、すなわち、高出力発電時などでは、水移動量Ｑ１が急増するのに対して、水移動量Ｑ２は、水移動量Ｑ１の増加に伴う拡散抵抗の増大等で増加が抑制され、それに伴い、水移動量Ｑ２より水移動量Ｑ１が多くなり、相対的にアノード３からカソード２へ水が移動することとなる。そうすると、アノード３の水分が減少し、ドライアップ状態となるおそれがある。そこで、本発明の発明者は、ドライアップ時において、持ち去り量Ｑａを増加させることで、アノード３の水蒸気分圧を減少させ、それに伴い水移動量Ｑ２を増加させ、ドライアップを抑制する新たな手法を考案した。以下に説明するドライアップ抑制処理において、その手法を説明する。 In the fuel cell 10, for example, when the load is relatively low, that is, at the time of low output power generation or medium output power generation, the water transfer amount Q1 and the water transfer amount Q2 are almost the same, It is hard to be up. However, for example, in the fuel cell 10, when the load becomes high, that is, at the time of high output power generation or the like, the water movement amount Q1 increases rapidly, whereas the water movement amount Q2 spreads as the water movement amount Q1 increases. The increase is suppressed by an increase in resistance and the like, and accordingly, the water movement amount Q1 becomes larger than the water movement amount Q2, and the water relatively moves from the anode 3 to the cathode 2. If it does so, the moisture of the anode 3 may decrease, and there is a possibility that it will be in a dry-up state. Therefore, the inventor of the present invention reduces the water vapor partial pressure of the anode 3 by increasing the carry-off amount Qa at the time of dry-up, and accordingly increases the water transfer amount Q2 to suppress the dry-up. Devised a new technique. In the dry-up suppressing process described below, the method will be described.

Ａ３．発電中処理：
図４は、本実施例の燃料電池システム１００が行う発電中処理のフローチャートである。この発電中処理は、燃料電池システム１００が起動後に、燃料電池１０で発電が開始されると同時に行われ、また、発電中に随時行われる処理である。この発電中処理の前提条件を説明する。可変レギュレータ２２０は、全開に開弁されており、すなわち、循環流路Ｃにおいて、可変レギュレータ２２０の位置より循環方向の上流側と下流側で、燃料ガスの圧力は変わらない。また、水素循環ポンプ５０およびコンプレッサ３０は、制御回路４００に制御され、要求負荷に応じた回転数に制御されている。この場合における水素循環ポンプ５０の回転数を所定値Ｒとする。排出弁２４０は、閉弁されている。この発電中処理は、ドライアップ状態か否かを判定し、ドライアップ状態の場合には、後述のドライアップ抑制処理を行うための処理である。 A3. Processing during power generation:
FIG. 4 is a flowchart of a process during power generation performed by the fuel cell system 100 of the present embodiment. This process during power generation is a process that is performed simultaneously with the start of power generation in the fuel cell 10 after the fuel cell system 100 is started up, and is also performed as needed during power generation. The preconditions for the process during power generation will be described. The variable regulator 220 is fully opened, that is, in the circulation channel C, the pressure of the fuel gas does not change between the upstream side and the downstream side in the circulation direction from the position of the variable regulator 220. Moreover, the hydrogen circulation pump 50 and the compressor 30 are controlled by the control circuit 400, and are controlled to the rotation speed according to a required load. In this case, the rotation speed of the hydrogen circulation pump 50 is set to a predetermined value R. The discharge valve 240 is closed. This in-power generation process is a process for determining whether or not a dry-up state is present, and performing a dry-up suppressing process described later in the case of the dry-up state.

具体的には、発電中処理において、まず、ドライアップ判定部４４０は、ドライアップ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、ドライアップ判定部４４０は、湿度センサ８５から排出湿度Ｈを検出し、この排出湿度Ｈが、所定値Ｔｈより低い場合に、ドライアップ状態であると判定し、排出湿度Ｈが、所定値Ｔｈ以上であれば、ドライアップ状態ではないと判定する。所定値Ｔｈは、燃料電池システム１００の具体的な設計、運転環境等によって適宜決定される。 Specifically, in the process during power generation, first, the dry-up determination unit 440 determines whether or not it is in a dry-up state (step S10). Specifically, the dry-up determination unit 440 detects the discharge humidity H from the humidity sensor 85, and determines that it is in the dry-up state when the discharge humidity H is lower than a predetermined value Th. If it is equal to or greater than the predetermined value Th, it is determined that the dry-up state is not established. The predetermined value Th is appropriately determined depending on the specific design of the fuel cell system 100, the operating environment, and the like.

なお、ドライアップ判定部４４０は、以上の判定方法に限られず、以下のようにして、ドライアップの判定を行うようにしてもよい。ドライアップ判定部４４０は、例えば、冷媒循環流路６４を流れる冷媒の温度（以下では、冷媒温度Ｔ１と呼ぶ）を温度センサ（図示せず）から検出し、その冷媒温度Ｔ１が所定値Ｙ１より高い場合にドライアップ状態であると判定し、冷媒温度Ｔ１が所定値Ｙ１以下の場合はドライアップ状態でないと判定するようにしてもよい。また、ドライアップ判定部４４０は、負荷要求が、所定値Ｍより高い場合にドライアップ状態であると判定し、負荷要求が所定値Ｍ以下である場合はドライアップ状態ではないと判定するようにしてもよい。さらに、ドライアップ判定部４４０は、燃料電池システム１００が設置された場所の外気温度（以下では、外気温度Ｔ２と呼ぶ）を温度センサ（図示せず）から検出し、その外気温度Ｔ２が、所定値Ｙ２より高い場合にドライアップ状態であると判定し、外気温度Ｔ２が所定値Ｙ２以下の場合はドライアップ状態でないと判定するようにしてもよい。上記所定値Ｙ１、所定値Ｍ、および所定値Ｙ２は、燃料電池システム１００の具体的な設計、運転環境等によって適宜決定される。 The dry-up determination unit 440 is not limited to the above determination method, and may determine the dry-up as follows. The dry-up determination unit 440 detects, for example, the temperature of the refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage 64 (hereinafter referred to as refrigerant temperature T1) from a temperature sensor (not shown), and the refrigerant temperature T1 is determined from a predetermined value Y1. When the refrigerant temperature T1 is equal to or lower than the predetermined value Y1, it may be determined that it is not in the dry-up state. Further, the dry-up determination unit 440 determines that the load request is higher than the predetermined value M, and determines that the dry request is in the dry-up state. May be. Further, the dry-up determination unit 440 detects an outside air temperature (hereinafter referred to as an outside air temperature T2) where the fuel cell system 100 is installed from a temperature sensor (not shown), and the outside air temperature T2 is a predetermined value. When it is higher than the value Y2, it may be determined that it is in the dry-up state, and when the outside air temperature T2 is equal to or lower than the predetermined value Y2, it may be determined that it is not in the dry-up state. The predetermined value Y1, the predetermined value M, and the predetermined value Y2 are appropriately determined depending on the specific design of the fuel cell system 100, the operating environment, and the like.

制御回路４００は、ドライアップ判定部４４０がドライアップ状態ではないと判定した場合には（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ドライアップ判定部４４０に再度判定を行わせる。 When the dry-up determination unit 440 determines that the dry-up state is not in the dry-up state (step S10: No), the control circuit 400 causes the dry-up determination unit 440 to perform determination again.

一方、制御回路４００は、ドライアップ判定部４４０がドライアップ状態であると判定した場合には（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、以下に説明するドライアップ抑制処理を実行する（ステップＳ２０）。 On the other hand, when the dry-up determination unit 440 determines that the dry-up state is in the dry-up state (step S10: Yes), the control circuit 400 executes the dry-up suppression process described below (step S20).

Ａ４．ドライアップ抑制処理：
図５は、本実施例の燃料電池システム１００が行うドライアップ抑制処理のフローチャートである。まず、この図５に示すドライアップ抑制処理において、仕事量増加制御部４１０は、仕事量増加制御部４１０は、水素循環ポンプ５０を制御し、水素循環ポンプ５０の回転数を所定値Ｒから所定値Ｒ１に上昇させ、水素循環ポンプ５０の仕事量を増加させる。このようにすることにより、循環流路Ｃを流れる燃料ガスは、水素循環ポンプ５０を通過する際、水素循環ポンプ５０から熱量を受け取って暖められ（昇温し）、燃料電池１０のアノード３に供給される。そうすると、アノード３に供給される燃料ガスの温度上昇に伴い、燃料ガスが乾燥し、アノード３から燃料ガスにより持ちされる水蒸気量（持ち去り量Ｑａ）が多くなり、急激にアノード３の湿度（水蒸気分圧）が低下する。燃料ガスの温度上昇と共に、このようにアノード３の湿度が低下するので、排出湿度は低下する。また、仕事量増加制御部４１０は、可変レギュレータ２２０を制御し、燃料ガスが、燃料電池１０に、負荷要求に応じた分量供給されるように、循環流路Ｃにおいて、水素循環ポンプ５０に流入する燃料ガスの圧力を減圧させる（ステップＳ１１０）。なお、所定値Ｒ１は、所定値Ｒより高く設定される。また、所定値Ｒ１は、燃料電池システム１００の具体的な設計、運転環境等によって適宜決定される。 A4. Dry-up suppression processing:
FIG. 5 is a flowchart of the dry-up suppressing process performed by the fuel cell system 100 of the present embodiment. First, in the dry-up suppressing process shown in FIG. 5, the work increase control unit 410 controls the hydrogen circulation pump 50 to change the rotation speed of the hydrogen circulation pump 50 from a predetermined value R to a predetermined value. The work amount of the hydrogen circulation pump 50 is increased by increasing the value R1. By doing so, the fuel gas flowing through the circulation channel C receives the amount of heat from the hydrogen circulation pump 50 when it passes through the hydrogen circulation pump 50 and is warmed (heated up), and is supplied to the anode 3 of the fuel cell 10. Supplied. Then, as the temperature of the fuel gas supplied to the anode 3 rises, the fuel gas dries, the amount of water vapor (carrying amount Qa) carried by the fuel gas from the anode 3 increases, and the humidity (amount of the anode 3 rapidly) (Water vapor partial pressure) decreases. As the temperature of the fuel gas increases, the humidity of the anode 3 decreases in this way, so that the exhaust humidity decreases. Further, the work amount increase control unit 410 controls the variable regulator 220 and flows into the hydrogen circulation pump 50 in the circulation channel C so that the fuel gas is supplied to the fuel cell 10 in an amount corresponding to the load demand. The pressure of the fuel gas to be reduced is reduced (step S110). The predetermined value R1 is set higher than the predetermined value R. Further, the predetermined value R1 is appropriately determined depending on the specific design of the fuel cell system 100, the operating environment, and the like.

次に、湿度検出部４２０は、湿度センサ８５から排出湿度Ｈ１を検出する（ステップＳ１２０）。仕事量増加制御部４１０は、排出湿度Ｈ１が所定値Ｔｈ１以上の場合（ステップＳ１３０：Ｎｏ）には、ステップＳ１２０の処理に戻る。なお、所定値Ｔｈ１は、所定値Ｔｈより低く設定される。また、所定値Ｔｈ１は、燃料電池システム１００の具体的な設計、運転環境等によって適宜決定される。 Next, the humidity detector 420 detects the discharge humidity H1 from the humidity sensor 85 (step S120). The work amount increase control unit 410 returns to the process of step S120 when the discharge humidity H1 is equal to or greater than the predetermined value Th1 (step S130: No). The predetermined value Th1 is set lower than the predetermined value Th. Further, the predetermined value Th1 is appropriately determined depending on the specific design of the fuel cell system 100, the operating environment, and the like.

そして、仕事量増加制御部４１０は、排出湿度Ｈ１が所定値Ｔｈ１より低くなった場合（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）には、水素循環ポンプ５０を制御し、水素循環ポンプ５０の回転数を所定値Ｒ１から所定値Ｒに減少させて、水素循環ポンプ５０の仕事量を減少させる。また、仕事量増加制御部４１０は、可変レギュレータ２２０を制御し、全開に開弁させ、可変レギュレータ２２０の位置より循環方向の上流側と下流側で、燃料ガスの圧力は変わらないようにする（ステップＳ１５０）。 Then, when the discharge humidity H1 becomes lower than the predetermined value Th1 (step S130: Yes), the work increase control unit 410 controls the hydrogen circulation pump 50 and sets the rotation speed of the hydrogen circulation pump 50 to the predetermined value R1. To a predetermined value R, the work of the hydrogen circulation pump 50 is reduced. Further, the work amount increase control unit 410 controls the variable regulator 220 to open the valve fully open so that the pressure of the fuel gas does not change between the upstream side and the downstream side in the circulation direction from the position of the variable regulator 220 ( Step S150).

以上のように、排出湿度Ｈ１が所定値Ｔｈ１より低下し、言い換えれば、アノード３の水蒸気分圧が低下すると、アノード３とカソード２との間の水蒸気分圧差が拡大し、それに伴い水移動量Ｑ２が急増する。そうすると、水移動量Ｑ１より水移動量Ｑ２の方が多くなり、アノード３において、湿度が上昇し、それに伴い、排出湿度も上昇する。 As described above, when the discharge humidity H1 is lowered from the predetermined value Th1, in other words, when the water vapor partial pressure of the anode 3 is reduced, the water vapor partial pressure difference between the anode 3 and the cathode 2 is increased, and the water transfer amount is accordingly accompanied. Q2 increases rapidly. Then, the water movement amount Q2 becomes larger than the water movement amount Q1, and the humidity increases at the anode 3, and accordingly, the discharge humidity also increases.

湿度検出部４２０は、湿度センサ８５から排出湿度Ｈ２を検出する（ステップＳ１５０）。仕事量増加制御部４１０は、排出湿度Ｈ２が所定値Ｔｈ２以下の場合（ステップＳ１６０：Ｎｏ）には、再度、ステップＳ１５０の処理で排出湿度Ｈ２が検出されるまで待機する。所定値Ｔｈ２は、燃料電池システム１００の具体的な設計、運転環境等によって適宜決定される。 The humidity detector 420 detects the discharge humidity H2 from the humidity sensor 85 (step S150). When the discharge humidity H2 is equal to or less than the predetermined value Th2 (step S160: No), the work increase control unit 410 again waits until the discharge humidity H2 is detected in the process of step S150. The predetermined value Th2 is appropriately determined according to the specific design of the fuel cell system 100, the operating environment, and the like.

排出弁制御部４３０は、排出湿度Ｈ２が所定値Ｔｈ２より高くなった場合（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）には、続いて、湿度センサ８０から供給湿度Ｈ３を検出する（ステップＳ１６２）。 When the discharge humidity H2 becomes higher than the predetermined value Th2 (step S160: Yes), the discharge valve control unit 430 subsequently detects the supply humidity H3 from the humidity sensor 80 (step S162).

そして、排出弁制御部４３０は、供給湿度Ｈ３が所定値Ｔｈ３より高い場合（ステップＳ１６４：Ｙｅｓ）には、排出弁２４０を制御して、排出弁２４０を一定時間開弁させる（ステップＳ１６５）。この開弁時間および所定値Ｔｈ３は、燃料電池システム１００の具体的な設計、運転環境等によって適宜決定される。一方、排出弁制御部４３０は、供給湿度Ｈ３が所定値Ｔｈ３以下の場合（ステップＳ１６４：Ｎｏ）には、排出弁２４０を開弁する制御は行わない。 When the supply humidity H3 is higher than the predetermined value Th3 (step S164: Yes), the discharge valve control unit 430 controls the discharge valve 240 to open the discharge valve 240 for a certain time (step S165). The valve opening time and the predetermined value Th3 are appropriately determined according to the specific design of the fuel cell system 100, the operating environment, and the like. On the other hand, when the supply humidity H3 is equal to or less than the predetermined value Th3 (step S164: No), the discharge valve control unit 430 does not perform control for opening the discharge valve 240.

次に、制御回路４００は、このドライアップ抑制処理の開始から所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１７０）。制御回路４００が所定時間経過していないと判断すると（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、仕事量増加制御部４１０は、再び、ステップＳ１１０の処理を実行する。制御回路４００は、ドライアップ抑制処理の開始から所定時間が経過している場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）には、この処理を終了し、発電中処理に戻る。 Next, the control circuit 400 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the dry-up suppression process (step S170). When the control circuit 400 determines that the predetermined time has not elapsed (step S170: No), the work amount increase control unit 410 executes the process of step S110 again. When a predetermined time has elapsed from the start of the dry-up suppression process (step S170: Yes), the control circuit 400 ends this process and returns to the process during power generation.

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００は、ドライアップ時には、ドライアップ抑制処理（図５）を行い、その処理において、アノード３に供給する燃料ガスの温度を昇温させるようにしている。このようにすれば、アノード３の水蒸気分圧を低下させ、アノード３とカソード２との間の水蒸気分圧差を拡大させることができ、それに伴い水移動量Ｑ２を急増させることができる。その結果、水移動量Ｑ１より水移動量Ｑ２を多くし、アノード３の水分を多くすることができ、すなわち、ドライアップを抑制することができる。 As described above, the fuel cell system 100 of the present embodiment performs the dry-up suppression process (FIG. 5) at the time of dry-up, and raises the temperature of the fuel gas supplied to the anode 3 in the process. Yes. In this way, the water vapor partial pressure of the anode 3 can be reduced, the water vapor partial pressure difference between the anode 3 and the cathode 2 can be increased, and the water movement amount Q2 can be increased rapidly accordingly. As a result, the water movement amount Q2 can be increased more than the water movement amount Q1, and the moisture of the anode 3 can be increased, that is, dry-up can be suppressed.

また、燃料電池システム１００は、ドライアップ抑制処理において、水素循環ポンプ５０の回転数を増加させて、水素循環ポンプ５０の仕事量を増加させ、燃料ガスを暖めているが、この際、可変レギュレータ２２０を制御し、循環流路Ｃにおいて、水素循環ポンプ５０に流入する燃料ガスの圧力を減圧させるようにしている。このようにすれば、水素循環ポンプ５０の回転数を増加させた場合に、燃料電池１０（アノード３）に供給される燃料ガス量が過剰になることを抑制することができる。 Further, in the fuel cell system 100, in the dry-up suppression process, the rotation speed of the hydrogen circulation pump 50 is increased, the work amount of the hydrogen circulation pump 50 is increased, and the fuel gas is warmed. 220 is controlled to reduce the pressure of the fuel gas flowing into the hydrogen circulation pump 50 in the circulation channel C. In this way, it is possible to suppress an excessive amount of fuel gas supplied to the fuel cell 10 (anode 3) when the rotational speed of the hydrogen circulation pump 50 is increased.

さらに、燃料電池システム１００は、ドライアップ抑制処理において、水素循環ポンプ５０の回転数を上昇させた後、排出湿度Ｈ１が所定値Ｔｈ１より下がると、水素循環ポンプ５０の回転数を減少（仕事量を減少）させ、排出湿度Ｈ２の湿度が所定値Ｔｈ２より高くなると、再度、水素循環ポンプ５０の回転数を上昇（仕事量を上昇）させるフィードバック制御を行うようにしている。このようにすれば、水素循環ポンプ５０の仕事量を無駄に増加させることなく、効率よく水素循環ポンプ５０で燃料ガスの温度を昇温させることができる。 Furthermore, the fuel cell system 100 decreases the rotational speed of the hydrogen circulation pump 50 when the exhaust humidity H1 falls below a predetermined value Th1 after increasing the rotational speed of the hydrogen circulation pump 50 in the dry-up suppression process (work load). When the humidity of the discharge humidity H2 becomes higher than the predetermined value Th2, feedback control for increasing the rotational speed of the hydrogen circulation pump 50 (increasing the work amount) is performed again. In this way, the temperature of the fuel gas can be efficiently raised by the hydrogen circulation pump 50 without unnecessarily increasing the work amount of the hydrogen circulation pump 50.

また、燃料電池システム１００は、ドライアップ処理において、供給湿度Ｈ３が所定値Ｔｈ３より高い場合に、排出弁２４０を制御して、排出弁２４０を一定時間開弁させるようにしている。このようにすれば、循環流路Ｃやアノード流路２５中の水分を燃料電池システム１００の外部に排出することができ、アノード３に供給する燃料ガスの湿度を低下させることができる。その結果、燃料ガスによって効率よくアノード３の水分を持ち去ることができるので、水移動量Ｑ２を多くすることができる。 Further, in the dry-up process, the fuel cell system 100 controls the discharge valve 240 to open the discharge valve 240 for a predetermined time when the supply humidity H3 is higher than a predetermined value Th3. In this way, the water in the circulation channel C and the anode channel 25 can be discharged to the outside of the fuel cell system 100, and the humidity of the fuel gas supplied to the anode 3 can be reduced. As a result, the moisture of the anode 3 can be efficiently taken away by the fuel gas, so that the water movement amount Q2 can be increased.

なお、アノード３は、請求項におけるアノードに該当し、カソード２は、請求項におけるカソードに該当する。燃料ガス導入流路２４は、請求項における燃料ガス導入流路に該当し、燃料ガス排出流路２６は、請求項における燃料ガス排出流路に該当し、接続流路２７は、請求項における接続流路に該当し、循環流路Ｃは、請求項における循環流路に該当する。水素循環ポンプ５０は、請求項における循環ポンプに該当し、仕事量増加制御部４１０は、請求項における仕事量増加制御部に該当し、可変レギュレータ２２０は、請求項における減圧弁に該当し、湿度検出部４２０は、請求項における第１湿度検出部、第２湿度検出部に該当し、排出弁２４０は、請求項における第２排出弁に該当し、排出弁制御部４３０は、請求項における排出弁制御部に該当し、ドライアップ判定部４４０は、請求項におけるドライアップ判定部に該当する。 The anode 3 corresponds to the anode in the claims, and the cathode 2 corresponds to the cathode in the claims. The fuel gas introduction channel 24 corresponds to the fuel gas introduction channel in the claims, the fuel gas discharge channel 26 corresponds to the fuel gas discharge channel in the claims, and the connection channel 27 corresponds to the connection in the claims. The circulation channel C corresponds to the circulation channel in the claims. The hydrogen circulation pump 50 corresponds to the circulation pump in the claims, the work increase control unit 410 corresponds to the work increase control unit in the claims, the variable regulator 220 corresponds to the pressure reducing valve in the claims, and the humidity The detection unit 420 corresponds to the first humidity detection unit and the second humidity detection unit in the claims, the discharge valve 240 corresponds to the second discharge valve in the claims, and the discharge valve control unit 430 includes the discharge in the claims. It corresponds to the valve control unit, and the dry-up determination unit 440 corresponds to the dry-up determination unit in the claims.

Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システム１００Ａの構成：
図６は、本発明の第２実施例としての燃料電池システム１００Ａの構成示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００Ａは、基本的に第１実施例の燃料電池システム１００と同様の構成である。しかし、燃料電池システム１００Ａは、循環流路Ｃ上であって燃料ガス導入流路２４上に燃料電池１０（アノード３）に供給する燃料ガスを加熱可能なヒータ９９が設けられ、制御回路４００において、仕事量増加制御部４１０の代わりにヒータ９９を制御するヒータ制御部４１０Ａが設けられている点で、燃料電池システム１００と相違する。そして、燃料電池システム１００Ａは、燃料電池システム１００とは異なるドライアップ抑制処理を実行する。以下に、本実施例のドライアップ抑制処理について説明するが、第１実施例のドライアップ抑制処理（図５）と同様の処理には、同じステップ番号を記しており、その詳細については、省略する。 B. Second embodiment:
B1. Configuration of fuel cell system 100A:
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100A as a second embodiment of the present invention. The fuel cell system 100A of the present embodiment has basically the same configuration as the fuel cell system 100 of the first embodiment. However, the fuel cell system 100A is provided with a heater 99 that can heat the fuel gas supplied to the fuel cell 10 (anode 3) on the circulation channel C and on the fuel gas introduction channel 24. The difference from the fuel cell system 100 is that a heater control unit 410A for controlling the heater 99 is provided instead of the work increase control unit 410. Then, the fuel cell system 100A executes a dry-up suppression process different from that of the fuel cell system 100. In the following, the dry-up suppressing process of the present embodiment will be described, but the same step numbers are given to the processes similar to the dry-up suppressing process (FIG. 5) of the first embodiment, and details thereof are omitted. To do.

Ｂ２．ドライアップ抑制処理：
図７は、本実施例の燃料電池システム１００Ａが行うドライアップ抑制処理のフローチャートである。この図７に示すドライアップ抑制処理では、ヒータ制御部４１０Ａは、ヒータ９９を制御して、燃料電池１０のアノード３に供給する燃料ガスを加熱させる（ステップＳ１１０Ａ）。また、湿度検出部４２０が排出湿度Ｈ１を検出（ステップＳ１２０）した後、ヒータ制御部４１０Ａは、排出湿度Ｈ１が所定値Ｔｈ１以上の場合（ステップＳ１３０Ａ：Ｎｏ）には、ステップＳ１２０の処理に戻る。一方、ヒータ制御部４１０Ａは、ヒータ制御部４１０Ａは、排出湿度Ｈ１が所定値Ｔｈ１より低くなった場合（ステップＳ１３０Ａ：Ｙｅｓ）には、ヒータ９９を制御し、燃料ガスの加熱を停止させる（ステップＳ１４０Ａ）。また、ヒータ制御部４１０Ａは、湿度検出部４２０が、排出湿度Ｈ２を検出（ステップＳ１５０）した後、排出湿度Ｈ２が所定値Ｔｈ２以下の場合（ステップＳ１６０Ａ：Ｎｏ）には、再度、ステップＳ１５０の処理で排出湿度Ｈ２が検出されるまで待機する。 B2. Dry-up suppression processing:
FIG. 7 is a flowchart of the dry-up suppressing process performed by the fuel cell system 100A of the present embodiment. In the dry-up suppressing process shown in FIG. 7, the heater control unit 410A controls the heater 99 to heat the fuel gas supplied to the anode 3 of the fuel cell 10 (step S110A). In addition, after the humidity detection unit 420 detects the discharge humidity H1 (step S120), the heater control unit 410A returns to the process of step S120 when the discharge humidity H1 is equal to or greater than the predetermined value Th1 (step S130A: No). . On the other hand, when the exhaust humidity H1 becomes lower than the predetermined value Th1 (step S130A: Yes), the heater control unit 410A controls the heater 99 to stop heating the fuel gas (step S130A). S140A). In addition, after the humidity detection unit 420 detects the discharge humidity H2 (step S150), the heater control unit 410A, when the discharge humidity H2 is equal to or less than the predetermined value Th2 (step S160A: No), again in step S150. The process waits until the discharge humidity H2 is detected.

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、ドライアップ抑制処理（図７）において、ヒータ９９を用いて、アノード３に供給する燃料ガスの温度を上昇させるようにしている。このようにすれば、水素循環ポンプ５０と可変レギュレータ２２０との連動制御を行うことなく、容易に燃料ガスの温度を上昇させることができる。 As described above, in the fuel cell system 100A of the present embodiment, the temperature of the fuel gas supplied to the anode 3 is increased using the heater 99 in the dry-up suppressing process (FIG. 7). In this way, the temperature of the fuel gas can be easily raised without performing interlock control between the hydrogen circulation pump 50 and the variable regulator 220.

上記ヒータ９９は、循環流路Ｃにおいて、燃料ガス導入流路２４上に設けられることに限られず、循環流路Ｃ上に設けられればよく、燃料ガス排出流路２６上や接続流路２７上に設けられていてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。 The heater 99 is not limited to being provided on the fuel gas introduction flow path 24 in the circulation flow path C, but may be provided on the circulation flow path C, on the fuel gas discharge flow path 26 or on the connection flow path 27. May be provided. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the said Example.

なお、ヒータ９９は、請求項におけるヒータに該当し、ヒータ制御部４１０Ａは、請求項におけるヒータ制御部に該当する。 The heater 99 corresponds to the heater in the claims, and the heater control unit 410A corresponds to the heater control unit in the claims.

Ｃ．第３実施例：
Ｃ１．燃料電池システム１００Ｂの構成：
図８は、本発明の第３実施例としての燃料電池システム１００Ｂの構成示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００Ｂは、基本的に第１実施例の燃料電池システム１００と同様の構成である。しかし、燃料電池システム１００Ｂは、制御回路４００において、コンプレッサ３０を制御してカソード２に供給する酸化ガス流量を調整可能な酸化ガス制御部４５０が設けられている点で、燃料電池システム１００と相違する。そして、燃料電池システム１００Ｂは、燃料電池システム１００とは異なるドライアップ抑制処理を実行する。以下に、本実施例のドライアップ抑制処理について説明するが、第１実施例のドライアップ抑制処理（図５）と同様の処理には、同じステップ番号を記しており、その詳細については、省略する。 C. Third embodiment:
C1. Configuration of fuel cell system 100B:
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100B as a third embodiment of the present invention. The fuel cell system 100B of the present embodiment has basically the same configuration as the fuel cell system 100 of the first embodiment. However, the fuel cell system 100B differs from the fuel cell system 100 in that the control circuit 400 includes an oxidizing gas control unit 450 that can control the compressor 30 and adjust the flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode 2. To do. Then, the fuel cell system 100B executes a dry-up suppression process different from that of the fuel cell system 100. In the following, the dry-up suppressing process of the present embodiment will be described, but the same step numbers are given to the processes similar to the dry-up suppressing process (FIG. 5) of the first embodiment, and details thereof are omitted. To do.

Ｃ２．ドライアップ抑制処理：
図９は、本実施例の燃料電池システム１００Ｂが行うドライアップ抑制処理のフローチャートである。この図９に示すドライアップ抑制処理では、仕事量増加制御部４１０が、水素循環ポンプ５０の回転数を上昇させる制御（ステップＳ１１０）を行う前において、酸化ガス制御部４５０は、コンプレッサ３０を制御して、カソード２に供給する酸化ガスの供給量（以下では、酸化ガス供給量Ｌと呼ぶ）をドライアップ抑制処理前と比較して減少させる（ステップＳ１０５）。このようにすれば、カソード２において、酸化ガスがカソード２で生じた生成水を持ち去ることを抑制することができ、カソード２の水分を多くし、すなわち、カソード２における水蒸気分圧を高くすることができ、それに伴い、アノード３とカソード２との間の水蒸気分圧差を拡大させることができる。そうすると、水移動量Ｑ２を増加させることができ、その結果、ドライアップを抑制することができる。なお、ドライアップ判定部４４０は、請求項におけるドライアップ判定部に該当する。 C2. Dry-up suppression processing:
FIG. 9 is a flowchart of the dry-up suppressing process performed by the fuel cell system 100B of the present embodiment. In the dry-up suppression process shown in FIG. 9, the oxidizing gas control unit 450 controls the compressor 30 before the work increase control unit 410 performs control (step S110) to increase the rotation speed of the hydrogen circulation pump 50. Then, the supply amount of the oxidizing gas supplied to the cathode 2 (hereinafter referred to as the oxidizing gas supply amount L) is reduced as compared with that before the dry-up suppressing process (step S105). In this way, it is possible to suppress the oxidizing gas from taking away the generated water generated at the cathode 2 at the cathode 2, and to increase the moisture in the cathode 2, that is, to increase the water vapor partial pressure at the cathode 2. Accordingly, the water vapor partial pressure difference between the anode 3 and the cathode 2 can be increased. Then, the water movement amount Q2 can be increased, and as a result, dry-up can be suppressed. The dry-up determination unit 440 corresponds to the dry-up determination unit in the claims.

Ｄ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。 D. Variations:
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

Ｄ１．変形例１：
上記第１実施例の燃料電池システム１００では、可変レギュレータ２２０が水素循環ポンプ５０と気液分離器７０との間に設けられているが、本発明はこれに限られるものではない。可変レギュレータ２２０は、循環流路Ｃのいずれかの場所に設けられていればよく、例えば、可変レギュレータ２２０は、接続流路２７において、水素循環ポンプ５０と接続部Ｇとの間や、燃料ガス導入流路２４において、接続部Ｇと燃料電池１０との間に設けるようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。 D1. Modification 1:
In the fuel cell system 100 of the first embodiment, the variable regulator 220 is provided between the hydrogen circulation pump 50 and the gas-liquid separator 70, but the present invention is not limited to this. The variable regulator 220 only needs to be provided at any location in the circulation flow path C. For example, the variable regulator 220 is connected between the hydrogen circulation pump 50 and the connection portion G in the connection flow path 27, or in the fuel gas. In the introduction flow path 24, it may be provided between the connection portion G and the fuel cell 10. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the said Example.

Ｄ２．変形例２：
図１０は、本発明の変形例１としての燃料電池システム１００Ｃの構成を示すブロック図である。上記第１実施例の燃料電池システム１００では、ドライアップ抑制処理において、水素循環ポンプ５０の回転数を増加させて、燃料ガスを暖める際、可変レギュレータ２２０を制御し、循環流路Ｃにおいて、水素循環ポンプ５０に流入する燃料ガスの圧力を減圧させるようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図１０に示す燃料電池システム１００Ｃのように、循環流路Ｃにおいて、可変レギュレータ２２０の代わりに、燃料電池システム１００の外部に燃料ガスを排出可能な排出弁２２０Ａを設けてもよい。そして、ドライアップ抑制処理において、仕事量増加制御部４１０は、水素循環ポンプ５０の回転数を上げて、燃料ガスを暖める際には、この排出弁２２０Ａを制御して、循環流路Ｃにおいて、水素循環ポンプ５０に流入する燃料ガスの圧力を減圧させるようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。なお、この場合、排出弁２２０Ａの代わりにオリフィス弁を用いるようにしてもよい。排出弁２２０Ａまたはオリフィス弁は、請求項における第１排出弁部に該当する。 D2. Modification 2:
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100C as a first modification of the present invention. In the fuel cell system 100 of the first embodiment, when the fuel gas is warmed by increasing the rotation speed of the hydrogen circulation pump 50 in the dry-up suppression process, the variable regulator 220 is controlled, Although the pressure of the fuel gas flowing into the circulation pump 50 is reduced, the present invention is not limited to this. For example, as in the fuel cell system 100C shown in FIG. 10, in the circulation channel C, a discharge valve 220A that can discharge the fuel gas may be provided outside the fuel cell system 100 in place of the variable regulator 220. In the dry-up suppression process, the work increase control unit 410 increases the number of rotations of the hydrogen circulation pump 50 to control the exhaust valve 220A when the fuel gas is warmed. The pressure of the fuel gas flowing into the hydrogen circulation pump 50 may be reduced. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the said Example. In this case, an orifice valve may be used instead of the discharge valve 220A. The discharge valve 220A or the orifice valve corresponds to the first discharge valve portion in the claims.

Ｄ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池システムは、循環流路Ｃ（接続流路２７）を備えているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、上記燃料電池システムは、接続流路２７を備えない構成としてもよい。この場合、燃料電池システムは、燃料ガス導入流路２４上において、燃料電池１０のアノード３に供給する燃料ガスの温度を昇温させるための装置を設けるようにしてもよい。この装置としては、例えば、ヒータ等を用いることができる。そして、ドライアップ抑制処理において、この装置によって、アノード３に供給する燃料ガスの温度を昇温させる。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。この装置は、請求項における昇温部に該当する。 D3. Modification 3:
The fuel cell system of the above embodiment includes the circulation channel C (connection channel 27), but the present invention is not limited to this. For example, the fuel cell system may be configured not to include the connection flow path 27. In this case, the fuel cell system may be provided with a device for raising the temperature of the fuel gas supplied to the anode 3 of the fuel cell 10 on the fuel gas introduction channel 24. As this device, for example, a heater or the like can be used. In the dry-up suppression process, the temperature of the fuel gas supplied to the anode 3 is raised by this device. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the said Example. This apparatus corresponds to the temperature raising portion in the claims.

Ｄ４．変形例４：
上記実施例において、制御回路４００は、ソフトウェアとして構成されているものを、ハードウェアとして構成するようにしてもよいし、ハードウェアとして構成されているものを、ソフトウェアとして構成するようにしてもよい。 D4. Modification 4:
In the above-described embodiment, the control circuit 400 may be configured as hardware that is configured as software, or may be configured as software that is configured as hardware. .

本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 as a first embodiment of the present invention. 燃料電池１０が備えるセルアセンブリ１５の概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of a cell assembly 15 provided in the fuel cell 10. FIG. アノード３およびカソード２間の水移動を説明するためにＭＥＡ１１を拡大した図である。It is the figure which expanded MEA11 in order to demonstrate the water movement between the anode 3 and the cathode 2. FIG. 第１実施例の燃料電池システム１００が行う発電中処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process during electric power generation which the fuel cell system 100 of 1st Example performs. 第１実施例の燃料電池システム１００が行うドライアップ抑制処理のフローチャートである。It is a flowchart of the dry-up suppression process which the fuel cell system 100 of 1st Example performs. 本発明の第２実施例としての燃料電池システム１００Ａの構成示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 100 A of fuel cell systems as 2nd Example of this invention. 第２実施例の燃料電池システム１００Ａが行うドライアップ抑制処理のフローチャートである。It is a flowchart of the dry-up suppression process which the fuel cell system 100A of 2nd Example performs. 本発明の第３実施例としての燃料電池システム１００Ｂの構成示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system 100B as 3rd Example of this invention. 第３実施例の燃料電池システム１００Ｂが行うドライアップ抑制処理のフローチャートである。It is a flowchart of the dry-up suppression process which the fuel cell system 100B of 3rd Example performs. 本発明の変形例１としての燃料電池システム１００Ｃの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 100 C of fuel cell systems as the modification 1 of this invention.

Explanation of symbols

１...電解質膜
２...カソード
３...アノード
１０...燃料電池
１１...ＭＥＡ
１５...セルアセンブリ
２０...水素タンク
２４...燃料ガス導入流路
２６...燃料ガス排出流路
２７...接続流路
３０...コンプレッサ
３４...酸化ガス導入流路
３６...酸化ガス排出流路
５０...水素循環ポンプ
７０...気液分離器
８０，８５...湿度センサ
９９...ヒータ
１００,１００Ａ，１００Ｂ電池システム
２２０...可変レギュレータ
２４０...排出弁
４００...制御回路
４１０...仕事量増加制御部
４１０Ａ...ヒータ制御部
４２０...湿度検出部
４３０...排出弁制御部
４４０...ドライアップ判定部
４５０...酸化ガス制御部
Ｃ...循環流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte membrane 2 ... Cathode 3 ... Anode 10 ... Fuel cell 11 ... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Cell assembly 20 ... Hydrogen tank 24 ... Fuel gas introduction flow path 26 ... Fuel gas discharge flow path 27 ... Connection flow path 30 ... Compressor 34 ... Oxidation gas introduction flow Path 36 ... Oxidizing gas discharge path 50 ... Hydrogen circulation pump 70 ... Gas-liquid separator 80, 85 ... Humidity sensor 99 ... Heater 100, 100A, 100B battery system 220 ... Variable Regulator 240 ... Drain valve 400 ... Control circuit 410 ... Work volume increase controller 410A ... Heater controller 420 ... Humidity detector 430 ... Drain valve controller 440 ... Dry-up Judgment part 450 ... Oxidizing gas control part C ... Circulation flow path

Claims

A fuel cell system including a fuel cell,
The fuel cell
An anode provided on one surface of the electrolyte membrane;
A cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane,
The fuel cell system includes:
The fuel cell system further comprising a temperature raising unit for raising the temperature of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell when the anode is dry-up.

The fuel cell system according to claim 1,
A fuel gas introduction flow path for introducing the fuel gas into the fuel cell;
A fuel gas discharge passage for discharging the fuel gas subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell from the fuel cell to the outside of the fuel cell;
A connection flow path connecting the fuel gas discharge flow path and the fuel gas introduction flow path,
In the fuel gas introduction flow path, a flow path between the first connection portion of the connection flow path and the fuel cell, and in the fuel gas discharge flow path, between the fuel cell and the second connection portion of the connection flow path. And the flow path formed by the connection flow path is a circulation flow path for circulating the fuel gas discharged from the fuel cell to the fuel cell for reuse,
The temperature raising part is
A circulation pump provided on the circulation flow path for circulating the fuel gas discharged from the fuel cell to the fuel cell via the circulation flow path;
At the time of dry-up of the anode, a work volume increase control unit that controls the circulation pump, increases the rotation speed of the circulation pump, and increases the work volume of the circulation pump;
A fuel cell system comprising:

The fuel cell system according to claim 2, wherein
A pressure reducing valve provided in the circulation channel and capable of reducing the pressure of the fuel gas;
The workload increase control unit
During dry-up of the anode, the pressure reducing valve is controlled to reduce the pressure of the fuel gas, and the circulating pump is controlled to increase the rotation speed of the circulating pump, thereby increasing the work of the circulating pump. And a fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 2 or 3,
A first discharge valve provided in the circulation channel and capable of discharging the fuel gas flowing through the circulation channel to the outside of the circulation channel;
The workload increase control unit
When the anode is dry-up, the circulation pump is controlled by controlling the first discharge valve and discharging a part of the fuel gas flowing through the circulation passage to the outside of the circulation passage. The fuel cell system is characterized in that the amount of work of the circulation pump is increased by increasing the number of rotations.

The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4,
The temperature raising part is
A heater provided in the circulation channel;
A heater controller for controlling the heater to raise the temperature of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell at the time of dry-up of the anode;
A fuel cell system comprising:

The fuel cell system according to any one of claims 2 to 5,
A first humidity detector that detects the humidity of the fuel gas discharged from the fuel cell;
The workload increase control unit
When the circulation pump is controlled and the rotation speed of the circulation pump is increased to increase the work amount of the circulation pump, the humidity detected by the first humidity detection unit is lower than a first threshold value. In this case, the circulation pump is controlled to reduce the number of rotations of the circulation pump. Thereafter, when the humidity detected by the first humidity detection unit becomes higher than a second threshold value, the circulation pump A fuel cell system characterized by controlling a pump and again increasing the number of revolutions of the circulating pump to increase the work of the circulating pump.

The fuel cell system according to any one of claims 2 to 6,
A second discharge valve capable of discharging moisture in the circulation flow path to the outside of the fuel cell system together with the fuel gas flowing in the circulation flow path;
A discharge valve control unit for controlling the second discharge valve and opening the second discharge valve for a predetermined time;
A fuel cell system comprising:

The fuel cell system according to claim 7, wherein
A second humidity detector that detects the humidity of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell;
The discharge valve controller is
When the humidity of the fuel gas detected by the second humidity detection unit is higher than a third threshold value, the second discharge valve is controlled to open the second discharge valve for a predetermined time. A fuel cell system.

The fuel cell system according to any one of claims 2 to 8,
A fuel cell system comprising: an oxidizing gas supply unit that reduces a supply flow rate of an oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell when the anode is dry-up.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9,
A third humidity detector for detecting the humidity of the fuel gas discharged from the fuel cell;
A dry-up determination unit that determines that the anode is dry-up when the humidity of the fuel gas detected by the third humidity detection unit is lower than a fourth threshold;
The temperature raising part is
When the dry-up determination unit determines that the anode is dry-up, the fuel cell system increases the temperature of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell.