JP2010135194A - Fuel battery device - Google Patents

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Yosuke Tomita
要介 冨田
Kotaro Akashi
耕太郎 明石
Kazuhiro Kageyama
和弘 影山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid an oversupply of water to an anode by controlling circulation amount of exhausted gas based on an accurately estimated water content in the exhausted gas in a fuel battery device in which the exhausted gas from the anode is sent back to the anode again. <P>SOLUTION: The fuel battery device includes a fuel cell stack composed of laminated fuel battery cells supplying hydrogen-containing gas to the anode, a circulating passage where the exhausted gas from the anode is again sent to the anode with a variable-capacity pump, a gas-liquid separation device mounted in the circulating passage, and a drain valve which exhausts liquid water from the gas-liquid separation device to the circulation passage. The fuel battery device provides a means that estimates an amount of the water inflow at the gas-liquid separation device, and an amount of drain water exhausted from the drain valve. The oversupply of water to the anode is avoided in such a manner that, the more the difference is between the amounts of the water inflow and the drain water, the less amount of the exhausted gas is returned to the anode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device.

燃料電池は電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟んだ構造をしており、燃料極に燃料ガスを供給し、酸化剤極に酸化ガスを供給することによって発電している。この燃料電池では電解質膜として一般的に水素イオン導電性を有する固体高分子電解質膜を利用する場合が多い。そして、この燃料電池に燃料ガスとして水素を供給し酸化ガスとして空気を供給すると、以下に示す反応によって発電する。 A fuel cell has a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, and generates power by supplying a fuel gas to the fuel electrode and supplying an oxidant gas to the oxidant electrode. In this fuel cell, a solid polymer electrolyte membrane generally having hydrogen ion conductivity is often used as the electrolyte membrane. When hydrogen is supplied to the fuel cell as a fuel gas and air is supplied as an oxidizing gas, power is generated by the following reaction.

アノード（燃料極）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ― （１）
カソード（酸化剤極）：２Ｈ＋＋２ｅ―＋(１／２)Ｏ２→Ｈ２Ｏ （２）
したがって、燃料電池は副生成物として水しか排出しないため、内燃機関のような二酸化炭素など地球環境に対するダメージを与える物質を放出しないという利点がある。 Anode (fuel electrode): H 2 → 2H + + 2e − (1)
Cathode (oxidant electrode): 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
Therefore, since the fuel cell only discharges water as a by-product, there is an advantage that a substance that damages the global environment such as carbon dioxide like an internal combustion engine is not released.

しかし、プロトンの移動媒体として高分子固体電解質膜を利用する場合、高分子固体電解質膜の含水量が少ないとこの高分子固体電解質膜での抵抗が大きくなり、発電性能が大きく低下する。 However, when a polymer solid electrolyte membrane is used as a proton transfer medium, if the water content of the polymer solid electrolyte membrane is low, the resistance of the polymer solid electrolyte membrane increases, and the power generation performance is greatly reduced.

このため、一般的には燃料電池外部に燃料ガスや酸化ガスを加湿する加湿器を設け、加湿したガスを燃料電池に供給している。また燃料電池の発電時には、上述のように酸化剤極側で反応生成水が発生する。 For this reason, generally, a humidifier that humidifies fuel gas or oxidizing gas is provided outside the fuel cell, and the humidified gas is supplied to the fuel cell. In addition, when the fuel cell generates power, reaction product water is generated on the oxidant electrode side as described above.

これらの水分は、燃料電池の単位セル内におけるガスの流れが十分でない場合や生成水が多く発生する高出力発電時に、ガス拡散層内部に溜まり電極表面に水滴となって付着し、電極へのガスの拡散を阻害する。このいわゆるフラッディング現象により、燃料電池の電圧出力の低下を引き起こす。 These moisture accumulates inside the gas diffusion layer and adheres to the electrode surface as water droplets when the gas flow in the unit cell of the fuel cell is insufficient or during high power generation where a large amount of generated water is generated. Inhibits gas diffusion. This so-called flooding phenomenon causes a decrease in the voltage output of the fuel cell.

燃料電池では、一般的にアノードから排気された未反応水素ガスおよび水分を含む排出ガスを再度アノードへ供給する排出ガス循環路を設ける。この場合、前述のフラッディング現象の発生時に燃料電池装置内の水分量に応じて排出ガスの循環量を制御して燃料電池内の水分を掃気する、いわゆる水パージ運転をすることが一般的である。 In a fuel cell, generally, an exhaust gas circulation path for supplying exhaust gas containing unreacted hydrogen gas and moisture exhausted from the anode to the anode again is provided. In this case, when the above-described flooding phenomenon occurs, it is common to perform a so-called water purge operation in which the circulation amount of the exhaust gas is controlled according to the moisture amount in the fuel cell device to scavenge the moisture in the fuel cell. .

この水パージ運転に関する制御装置が提案されている（特許文献１参照）。この制御装置は、燃料電池停止時の燃料電池スタック内の水パージ運転の際、気液分離装置内で水分を含む排出ガスから分離されて溜まる液水の水位に応じて燃料ガスの循環を適切な値に制御するものである。気液分離装置内の液水の水位が高い場合、水面付近の液水が分離されたガス成分とともに再度アノードに供給される可能性が高くなる。つまり、気液分離装置内の液水の水位を低くすることで気液分離性能を高い状態に維持できるため、フラッディング現象による燃料電池の電圧出力の低下を回避している。
特開２００７−２０７７２４号公報 A control device related to this water purge operation has been proposed (see Patent Document 1). This control device appropriately circulates the fuel gas according to the water level of liquid water that is separated from the exhaust gas containing moisture in the gas-liquid separator during the water purge operation in the fuel cell stack when the fuel cell is stopped. It is controlled to a proper value. When the water level of the liquid water in the gas-liquid separator is high, there is a high possibility that the liquid water near the water surface is supplied again to the anode together with the separated gas component. That is, since the gas-liquid separation performance can be maintained at a high level by lowering the level of the liquid water in the gas-liquid separator, a decrease in the voltage output of the fuel cell due to the flooding phenomenon is avoided.
JP 2007-207724 A

上記従来技術において、気液分離装置内で分離した水分の水位によりアノードへ再供給する排出ガスの流量を制御している。ところが、気液分離装置で回収した排出ガスは、ガス成分と水分とを完全には分離できない。この場合、気液分離装置内で分離しきれなかった水分は、アノードへの流入流量を制御されずに再度アノードに供給される。そのため、この気液分離装置内で分離しきれなかった水分がスタックへ再流入することでフラッディング現象を助長し、燃料電池の発電出力が低下するという課題がある。 In the above prior art, the flow rate of exhaust gas resupplied to the anode is controlled by the water level of the water separated in the gas-liquid separator. However, the exhaust gas recovered by the gas-liquid separator cannot completely separate the gas component and moisture. In this case, the moisture that could not be separated in the gas-liquid separator is supplied again to the anode without controlling the inflow rate to the anode. Therefore, there is a problem that the moisture that could not be separated in the gas-liquid separation device re-flows into the stack, thereby promoting the flooding phenomenon and reducing the power generation output of the fuel cell.

上記の目的を達成するための本発明は燃料電池装置に関するものであって、アノードに水素含有ガスを供給し、またカソードに酸化ガスを供給して発電する燃料電池セルを積層した燃料電池スタックを有する。また、アノードからの排出ガスを可変容量ポンプにより再度アノードに供給する循環路と、この循環路の可変容量ポンプ上流側に設けて排出ガスから水分を分離する気液分離装置とを有する。さらに、この気液分離装置で分離した水分を外部へ排出する排水弁と、可変容量ポンプを制御するポンプ制御手段とを有する。 The present invention for achieving the above-described object relates to a fuel cell apparatus, comprising: a fuel cell stack in which fuel cell cells that generate power by supplying a hydrogen-containing gas to an anode and supplying an oxidizing gas to a cathode are stacked. Have. In addition, it has a circulation path for supplying exhaust gas from the anode to the anode again by a variable capacity pump, and a gas-liquid separation device provided on the upstream side of the variable capacity pump in the circulation path to separate moisture from the exhaust gas. Furthermore, it has a drain valve for discharging the water separated by the gas-liquid separator to the outside, and a pump control means for controlling the variable displacement pump.

この燃料電池装置の気液分離装置での流入水流量と排水弁から排出した排水流量とを推定する手段を有し、気液分離装置内で分離しきれなかった水分のアノードへの再流入流量に相当する流入水流量と排水流量との差を計算する。そしてこの再流入流量が多いほど、可変容量ポンプの容量を減少させて可変容量ポンプがアノードに供給する排出ガスの量を減少させ、アノードへの水の供給過多を避けることを特徴とするものである。 The fuel cell device has means for estimating the inflow water flow rate in the gas-liquid separation device and the drainage flow rate discharged from the drain valve, and the re-inflow rate of moisture to the anode that could not be separated in the gas-liquid separation device The difference between the inflow water flow rate and the drainage flow rate corresponding to is calculated. As the re-inflow rate increases, the capacity of the variable displacement pump is reduced to reduce the amount of exhaust gas supplied to the anode by the variable displacement pump, thereby avoiding excessive supply of water to the anode. is there.

上記構成により、気液分離装置内で分離しきれなかった水分がある場合に、可変容量ポンプの容量を減少させることによりこの水分のアノードへの再流入流量を低減できる。その結果、フラッディング現象による燃料電池の発電出力の低下の発生を低減することができる。 With the above configuration, when there is moisture that could not be separated in the gas-liquid separator, the flow rate of re-inflow of moisture into the anode can be reduced by reducing the capacity of the variable displacement pump. As a result, it is possible to reduce the occurrence of a decrease in the power generation output of the fuel cell due to the flooding phenomenon.

以下に本燃料電池装置の実施形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明は原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the fuel cell device will be described. The same or corresponding parts are denoted by the same reference symbols, and the description thereof will not be repeated in principle.

―第１の実施形態―
図１は燃料電池スタック２０１を説明する図である。燃料電池スタック２０１は、燃料電池セル２０５を積層することにより構成される。 -First embodiment-
FIG. 1 is a diagram illustrating the fuel cell stack 201. The fuel cell stack 201 is configured by stacking fuel cells 205.

図２は、第１の実施形態における燃料電池装置２００の構成を示したブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the fuel cell device 200 according to the first embodiment.

燃料電池装置の燃料電池スタック２０１を構成する各燃料電池セル２０５は、固体高分子電解質膜２０２を挟んでカソード２０３とアノード２０４とを対設させ、セパレータ２１６で挟持される。   Each fuel cell 205 constituting the fuel cell stack 201 of the fuel cell device is sandwiched between the cathode 203 and the anode 204 with the solid polymer electrolyte membrane 202 interposed therebetween, and is sandwiched between the separators 216.

この燃料電池セル２０５は、アノード２０４に水素含有ガスが供給されカソード２０３に酸化ガスが供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。本実施形態では、水素含有ガスとして水素を、酸化ガスとして空気を用いるケースについて説明する。 In this fuel cell 205, hydrogen-containing gas is supplied to the anode 204 and oxidizing gas is supplied to the cathode 203, and these gases are reacted electrochemically to generate electric power. In this embodiment, a case where hydrogen is used as the hydrogen-containing gas and air is used as the oxidizing gas will be described.

水素は、燃料タンク２０７に貯蔵された状態から燃料電池セル２０５のアノード２０４に供給される。具体的には、水素調圧弁２０８によって減圧された後に、燃料電池スタック２０１に供給される。水素調圧弁２０８は、燃料電池スタック２０１の極端な電圧出力の低下を回避するために燃料電池セル２０５へ供給される水素分圧を調整すべく、その開度が調整される。   Hydrogen is supplied from the state stored in the fuel tank 207 to the anode 204 of the fuel cell 205. Specifically, the pressure is reduced by the hydrogen pressure regulating valve 208 and then supplied to the fuel cell stack 201. The opening of the hydrogen pressure regulating valve 208 is adjusted in order to adjust the hydrogen partial pressure supplied to the fuel cell 205 in order to avoid an extreme decrease in the voltage output of the fuel cell stack 201.

空気は、燃料電池セル２０５のカソード２０３に供給される。その結果、燃料電池セル２０５では、アノードの供給される水素と固体高分子電解質膜２０２を介して電気化学的に反応することにより電力が発生する。 Air is supplied to the cathode 203 of the fuel cell 205. As a result, in the fuel cell 205, electric power is generated by an electrochemical reaction via hydrogen supplied from the anode and the solid polymer electrolyte membrane 202.

燃料電池セル２０５の下流には、排出ガスを再度アノードへ供給するための循環路２１７が設けられる。   A circulation path 217 for supplying exhaust gas to the anode again is provided downstream of the fuel battery cell 205.

循環路２１７には、気液分離装置２１０が設けられている。気液分離装置２１０は燃料電池スタック２０１のアノード２０４から排出されたガスに含まれる水分を分離する。気液分離装置２１０には排水弁２１１が設けられており、この排水弁を開くことにより気液分離装置２１０に貯水されている水は外部に排出される。気液分離装置２１０に設けられている排水弁２１１は、アノード２０４への過度な水分供給を回避するために気液分離装置２１０の残水量を調整すべく、その開閉が調整される。 A gas-liquid separation device 210 is provided in the circulation path 217. The gas-liquid separator 210 separates moisture contained in the gas discharged from the anode 204 of the fuel cell stack 201. The gas-liquid separator 210 is provided with a drain valve 211. By opening the drain valve, the water stored in the gas-liquid separator 210 is discharged to the outside. The drain valve 211 provided in the gas-liquid separator 210 is adjusted to open and close in order to adjust the amount of remaining water in the gas-liquid separator 210 in order to avoid excessive water supply to the anode 204.

さらに循環路２１７の気液分離装置２１０下流には、可変容量ポンプ２１２が設けられている。可変容量ポンプ２１２によりアノード２０４からの排出ガスは再度アノード２０４へ供給され、燃料電池セル２０５からの排出ガス中の未消費水素を再度燃料電池セル２０５にて発電に使用することで燃料電池セル２０５の発電効率向上を図ることができる。また可変容量ポンプ２１２は、回転数センサ２２４を有する。 Further, a variable capacity pump 212 is provided downstream of the gas-liquid separator 210 in the circulation path 217. The exhaust gas from the anode 204 is again supplied to the anode 204 by the variable capacity pump 212, and the unconsumed hydrogen in the exhaust gas from the fuel battery cell 205 is used again for power generation in the fuel battery cell 205. The power generation efficiency can be improved. The variable displacement pump 212 has a rotation speed sensor 224.

また循環路２１７により供給される排出ガスの流量は、循環路２１７に設けられる可変容量ポンプ２１２の回転数により制御される。可変容量ポンプ２１２の上流と下流には圧力センサ２１３，２１４が設けられており、可変容量ポンプ２１２の吸入ポート側および吐出ポート側のガス圧力を測定している。 The flow rate of the exhaust gas supplied through the circulation path 217 is controlled by the rotational speed of the variable capacity pump 212 provided in the circulation path 217. Pressure sensors 213 and 214 are provided upstream and downstream of the variable displacement pump 212 to measure gas pressures on the suction port side and the discharge port side of the variable displacement pump 212.

ところで、カソード２０３に供給される空気中の窒素が固体高分子電解質膜２０２を介してアノード２０４に透過するため、アノード２０４内で水素中の窒素濃度が増加して水素分圧が減少する傾向となる。そのため、循環路２１７には燃料ガスを排出する排出流路２０６が接続されている。排出流路２０６にはガスパージ弁２１５が設けられており、このガスパージ弁２１５の開閉状態を切り替えることにより、水素循環流路を流れる排出ガス（窒素、未使用な水素等を含むガス）が外部に排出される。   By the way, since nitrogen in the air supplied to the cathode 203 permeates to the anode 204 through the solid polymer electrolyte membrane 202, the nitrogen concentration in hydrogen increases in the anode 204 and the hydrogen partial pressure tends to decrease. Become. Therefore, the circulation path 217 is connected with a discharge flow path 206 for discharging the fuel gas. The exhaust passage 206 is provided with a gas purge valve 215. By switching the open / close state of the gas purge valve 215, the exhaust gas (gas containing nitrogen, unused hydrogen, etc.) flowing through the hydrogen circulation passage is exposed to the outside. Discharged.

ガスパージ弁２１５は基本的に閉状態に制御されているが、アノード２０４での窒素濃度を低下させようとする場合には閉状態から開状態へと切り替えるよう制御される。これにより、未反応な水素とともに窒素が外部に排出され、水素分圧の減少を抑制することができる。 The gas purge valve 215 is basically controlled to be closed, but when the nitrogen concentration at the anode 204 is to be reduced, it is controlled to switch from the closed state to the open state. Thereby, nitrogen is discharged | emitted outside with unreacted hydrogen, and the fall of a hydrogen partial pressure can be suppressed.

次に制御部２０９について説明する。制御部２０９は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部２０９は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い燃料電池装置２００を制御することにより、燃料電池スタック２０１の運転状態を制御する。また、制御部２０９内部に内蔵された燃料電池スタック２０１の電流を検出する電流検出手段としての電流センサ２２３を有する。   Next, the control unit 209 will be described. As the control unit 209, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface can be used. The control unit 209 controls the operating state of the fuel cell stack 201 by controlling the fuel cell device 200 according to a control program stored in the ROM. In addition, it has a current sensor 223 as current detection means for detecting the current of the fuel cell stack 201 built in the control unit 209.

図３に、第１の実施形態における制御部２０９のシステム図を示す。 FIG. 3 shows a system diagram of the control unit 209 in the first embodiment.

排水弁指令部１００１は、排水弁２１１の開閉を判断して指令する。アノード２０４への過度な水分供給を回避するために気液分離装置２１０の残水量を調整すべく、その開閉が制御される。 The drain valve command unit 1001 determines and instructs opening / closing of the drain valve 211. In order to avoid excessive water supply to the anode 204, the opening and closing thereof is controlled in order to adjust the amount of water remaining in the gas-liquid separator 210.

ガスパージ弁指令部１００２は、アノード２０４内の水素分圧の低下を検知してガスパージ弁２１５の開閉を判断して指令するガスパージ弁制御手段の機能を有する。 The gas purge valve command unit 1002 has a function of a gas purge valve control unit that detects a decrease in the hydrogen partial pressure in the anode 204 and determines whether or not the gas purge valve 215 is opened and closed.

水素調圧弁指令部１００３は、水素調圧弁２０８の開度を演算して指令する。燃料電池スタック２０１の発電による水素消費によりアノード２０４内のガスの圧力が低下した場合に、その圧力低下に応じて水素調圧弁２０８の開度が制御されることで水素を補填する。 The hydrogen pressure regulating valve command unit 1003 calculates and commands the opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 208. When the pressure of the gas in the anode 204 decreases due to the consumption of hydrogen by the power generation of the fuel cell stack 201, hydrogen is compensated by controlling the opening of the hydrogen pressure regulating valve 208 according to the pressure decrease.

可変容量ポンプ指令部１００４は、可変容量ポンプ２１２の回転数の指令値を演算して指令するポンプ制御手段としての機能を有する。 The variable displacement pump command unit 1004 has a function as a pump control unit that computes and commands a command value of the rotation speed of the variable displacement pump 212.

ところで、アノード２０４では水素と空気との化学反応により副生成物として水が生成される。また、燃料電池スタック２０１は燃料ガスや酸化ガスを予め加湿したうえで供給させることにより固体高分子電解質膜２０２の湿潤状態を維持している。このとき、アノード２０４におけるガスの流れが十分でない場合や、生成水が多く発生する高出力発電時に、燃料電池スタック２０１内部の電極表面に水滴が付着し、電極へのガスの拡散を阻害する。このいわゆるフラッディング現象により、燃料電池スタック２０１の電圧出力の低下を引き起こす。 By the way, in the anode 204, water is produced as a by-product by a chemical reaction between hydrogen and air. The fuel cell stack 201 maintains the wet state of the solid polymer electrolyte membrane 202 by supplying the fuel gas and the oxidizing gas after humidifying them in advance. At this time, when the gas flow at the anode 204 is not sufficient, or during high-output power generation in which a large amount of generated water is generated, water droplets adhere to the electrode surface inside the fuel cell stack 201 and inhibit gas diffusion to the electrode. This so-called flooding phenomenon causes the voltage output of the fuel cell stack 201 to decrease.

制御部２０９の可変容量ポンプ指令部１００４ではこのフラッディング現象が起こった時及び起こりそうな時に、いわゆる水パージ運転の実施を指示する。 The variable displacement pump command unit 1004 of the control unit 209 instructs the execution of a so-called water purge operation when this flooding phenomenon occurs and is likely to occur.

水パージ運転とは、フラッディング現象の発生時の対応として、燃料電池スタック２０１内の水分量に応じて循環路２１７を通流する排出ガス循環量を可変容量ポンプ指令部１００４により制御して燃料電池スタック２０１内の水分を掃気するものである。 In the water purge operation, as a response to the occurrence of the flooding phenomenon, the variable capacity pump command unit 1004 controls the exhaust gas circulation amount flowing through the circulation path 217 in accordance with the amount of water in the fuel cell stack 201, and the fuel cell. The moisture in the stack 201 is scavenged.

図４は本実施形態における水パージ運転を説明する図である。制御部２０９は、水パージ運転時の燃料電池の運転状態より、燃料電池スタック２０１からの排水流量と気液分離装置２１０での流入水流量とを推定する。排水流量と流入水流量の差分で表現されるアノード再流入水流量ＱＷｒ１が多い場合は、アノード２０４からの排出ガスを再度アノード２０４に供給する排出ガスのアノード循環流量をＱ1からＱ2へ減少させる。その結果、アノード再流入水流量がＱｗｒ２に低減され、許容値範囲内になった場合はそのアノード２０４からの排出ガスのアノード循環流量Ｑ2で水パージ運転を行う。 FIG. 4 is a diagram illustrating a water purge operation in the present embodiment. The control unit 209 estimates the waste water flow rate from the fuel cell stack 201 and the inflow water flow rate in the gas-liquid separation device 210 from the operating state of the fuel cell during the water purge operation. When the anode re-inflow water flow rate Q Wr1 expressed by the difference between the waste water flow rate and the inflow water flow rate is large, the anode circulation flow rate of the exhaust gas for supplying the exhaust gas from the anode 204 to the anode 204 again is changed from Q 1 to Q 2 . Decrease. As a result, when the anode re-inflow water flow rate is reduced to Q wr2 and falls within the allowable value range, the water purge operation is performed at the anode circulation flow rate Q 2 of the exhaust gas from the anode 204.

次に、図３の可変容量ポンプ指令部１００４で実施する本実施形態における水パージ運転について、詳細に説明する。 Next, the water purge operation in the present embodiment performed by the variable displacement pump command unit 1004 in FIG. 3 will be described in detail.

入出力圧力差ΔＰ演算部１００５は、可変容量ポンプ２１２の吸入ポート圧力および吐出ポート圧力より可変容量ポンプ２１２の入出力圧力差ΔＰを演算する。 The input / output pressure difference ΔP calculation unit 1005 calculates the input / output pressure difference ΔP of the variable displacement pump 212 from the suction port pressure and the discharge port pressure of the variable displacement pump 212.

密度推定手段としての排出ガス密度ρ推定部１００６は、１００５で演算したΔＰと可変容量ポンプ回転数Ｎとにより排出ガス密度ρを推定する。 The exhaust gas density ρ estimation unit 1006 as the density estimation means estimates the exhaust gas density ρ from ΔP calculated in 1005 and the variable displacement pump rotation speed N.

排水流量を推定する手段としての燃料電池スタック排水流量ＱＷＳ推定部１００７は、１００６で推定したρと燃料電池スタック２０１の電流Ｉと１０１０で演算する排出ガスアノード循環流量Ｑ０とにより燃料電池スタック排水流量Ｑｗｓを推定する。 The fuel cell stack drainage flow rate Q WS estimation unit 1007 as a means for estimating the drainage flow rate is based on ρ estimated at 1006, the current I of the fuel cell stack 201, and the exhaust gas anode circulation flow rate Q 0 calculated by 1010. Estimate the drainage flow rate Qws .

流入水流量を推定する手段としての燃料電池スタック排水流量ＱＷＴ推定部１００８は、１００６で推定したρと燃料電池スタック２０１の電流Ｉと１０１０で演算する排出ガスアノード循環流量Ｑ０とにより燃料電池スタック排水流量ＱＷＴを推定する。 The fuel cell stack drainage flow Q WT estimation unit 1008 as a means for estimating the incoming water flow rate, the fuel cell by the exhaust gas anode circulation flow rate Q 0 of computing a current I and 1010 of the ρ estimated by 1006 the fuel cell stack 201 Estimate the stack drainage flow rate QWT .

アノード再流入水流量ＱＷｒ演算部１００９は、１００７で推定したＱＷＳと１００８で推定したＱＷＴとによりアノード再流入水流量ＱＷｒを演算する。 The anode re influent flow rate Q Wr calculation unit 1009 calculates the anode re influent flow rate Q Wr by the Q WT estimated by the Q WS and 1008 estimated in 1007.

排出ガスアノード循環流量Ｑ０演算部１０１０は、１００９で演算したＱｗｒと燃料電池スタック２０１の電流Ｉとにより排出ガスアノード循環流量Ｑ０を演算する。 The exhaust gas anode circulation flow rate Q0 calculation unit 1010 calculates the exhaust gas anode circulation flow rate Q 0 based on Qwr calculated in 1009 and the current I of the fuel cell stack 201.

回転数演算部１０１１は、１０１０で演算したＱ０により可変容量ポンプ２１２の目標回転数Ｎ０を演算する。 The rotation speed calculation unit 1011 calculates the target rotation speed N 0 of the variable displacement pump 212 based on Q 0 calculated in 1010.

図５は、第１の実施形態にかかる燃料電池スタック水パージ運転時の排出ガスのアノード循環流量制御の手順を示すフローチャートであり、図２の可変容量ポンプ２１２指令部１００４の中身を説明したものである。このフローチャートに示す処理は所定周期毎に呼び出されて実行される。 FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for controlling the anode circulation flow rate of the exhaust gas during the fuel cell stack water purge operation according to the first embodiment, and illustrates the contents of the variable capacity pump 212 command unit 1004 of FIG. It is. The processing shown in this flowchart is called and executed at predetermined intervals.

初期状態において、可変容量ポンプ２１２は停止している。ステップ１０において、電流センサ２２３による燃料電池スタック２０１の電流Ｉを検出する。 In the initial state, the variable displacement pump 212 is stopped. In step 10, the current I of the fuel cell stack 201 is detected by the current sensor 223.

ステップ１１において、回転数センサ２２４による可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎを検出する。   In step 11, the rotational speed N of the variable capacity pump 212 is detected by the rotational speed sensor 224.

ステップ１２において、圧力センサ２１３によるＰ２１3、および圧力センサ２１４によるＰ２１４を検出する。 In step 12, P 213 by the pressure sensor 213 and P 214 by the pressure sensor 214 are detected.

ステップ１３において、ステップ１２で検出したＰ２１3，Ｐ２１４より、可変容量ポンプ２１２の入出力圧力差ΔＰを算出する。
可変容量ポンプ２１２の入出力圧力差：ΔＰ＝Ｐ２１４−Ｐ２１3 In step 13, the input / output pressure difference ΔP of the variable displacement pump 212 is calculated from P 213 and P 214 detected in step 12.
Input / output pressure difference of the variable displacement pump 212: ΔP = P 214 −P 213

ステップ１４は、排出ガスの密度ρを推定する密度推定手段である。排出ガスの密度ρは可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎと可変容量ポンプ２１２の入出力圧力差ΔＰと相関がある。   Step 14 is density estimating means for estimating the density ρ of the exhaust gas. The density ρ of the exhaust gas has a correlation with the rotational speed N of the variable displacement pump 212 and the input / output pressure difference ΔP of the variable displacement pump 212.

制御部２０９には、可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎ及び可変容量ポンプ２１２の入出力圧力差ΔＰに対応する排出ガスの密度ρの関係が規定されたマップ或いは計算式が制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 In the control unit 209, a map or a calculation formula in which the relationship between the rotational speed N of the variable displacement pump 212 and the density ρ of the exhaust gas corresponding to the input / output pressure difference ΔP of the variable displacement pump 212 is defined is stored in the control unit 209 as internal data. Is stored in the storage area.

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて、種々の可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎ毎に可変容量ポンプ２１２の入出力圧力差ΔＰを変化させながら排出ガスの密度ρを予め取得することにより作成することができる。 This internal data is created by obtaining the density ρ of the exhaust gas in advance while changing the input / output pressure difference ΔP of the variable displacement pump 212 for each rotation speed N of various variable displacement pumps 212 through experiments and simulations. Can do.

この内部データにおいて、図６で示すように可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎが高く、可変容量ポンプ２１２の入出力間の圧力差ΔＰが大きい程、排出ガスの密度ρが多くなる。このステップ１４では、内部データを参照した上で、ステップ１１で検出した可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎとステップ１３で検出した可変容量ポンプ２１２の入出力圧力差ΔＰに基づいて、排出ガスの密度ρを推定する。 In this internal data, the exhaust gas density ρ increases as the rotational speed N of the variable capacity pump 212 is higher and the pressure difference ΔP between the input and output of the variable capacity pump 212 is larger as shown in FIG. In step 14, after referring to the internal data, the density of the exhaust gas is determined based on the rotational speed N of the variable displacement pump 212 detected in step 11 and the input / output pressure difference ΔP of the variable displacement pump 212 detected in step 13. Estimate ρ.

ステップ１５において、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０を読み込む。初期値は取りうる排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０の最大値を設定する。この排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０は、後述するステップ１６からステップ２１のフローを繰り返すことにより、最適値となるまでその値を減じていく。 In step 15, it reads the anode request circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas. The initial value is set to the maximum value of the anode request circulation rate Q 0 of the exhaust gas can take. The anode required circulation flow rate Q 0 of this exhaust gas is decreased until it reaches an optimum value by repeating the flow from step 16 to step 21 described later.

ステップ１６において、燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳを推定する。燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳは、排出ガスのアノード循環流量Ｑと排出ガスの密度ρと燃料電池スタック２０１の電流Ｉと相関がある。制御部２０９には、排出ガスのアノード循環流量Ｑと排出ガスの密度ρと燃料電池スタック２０１の電流Ｉに対応する燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳの関係が規定されたマップ或いは計算式が、制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 In step 16, the drainage flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 is estimated. The drainage flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 is correlated with the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas, the density ρ of the exhaust gas, and the current I of the fuel cell stack 201. The control unit 209, anode circulation flow rate Q and the map or calculation formula related drainage flow Q WS is defined in the fuel cell stack 201 corresponding to the current I of the density ρ and the fuel cell stack 201 of the exhaust gas of the exhaust gas The control unit 209 stores the data as internal data in the storage area.

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて、種々の排出ガスのアノード循環流量毎に排出ガスの密度ρや燃料電池スタック２０１の電流Ｉを変化させながら燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳを予め取得することにより作成することができる。 This internal data is obtained beforehand through experiments and simulations while the exhaust gas density ρ and the current I of the fuel cell stack 201 are changed for each anode circulation flow rate of various exhaust gases while the drainage flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 is changed. Can be created.

この内部データにおいて、図７，図８で示すように排出ガスのアノード循環流量Ｑが多く排出ガスの密度ρが大きく燃料電池スタック２０１の電流Ｉが高い程、燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳが多くなる。このステップ１６では、内部データを参照した上でステップ１５で読み込んだ排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０とステップ１４で推定した排出ガスの密度ρとステップ１０で検出した燃料電池スタック２０１の電流Ｉとに基づいて、燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳを推定する。 In this internal data, as shown in FIGS. 7 and 8, the drainage flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 increases as the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas increases, the density ρ of the exhaust gas increases, and the current I of the fuel cell stack 201 increases. Will increase. In step 16, after referring to the internal data, the anode required circulation flow rate Q 0 read in step 15, the exhaust gas density ρ estimated in step 14, and the current I of the fuel cell stack 201 detected in step 10. Based on the above, the drainage flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 is estimated.

なお、燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳは排出ガス温度とも相関があるため、このステップ１６で用いる燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳの上記内部データを排出ガス温度毎のデータとすることで、燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳの推定精度の向上を図っても良い。 Since the waste water flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 is also correlated with the exhaust gas temperature, the internal data of the waste water flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 used in step 16 is used as data for each exhaust gas temperature. The estimation accuracy of the drainage flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 may be improved.

ステップ１７において、気液分離装置２１０での流入水流量ＱＷＴを推定する。気液分離装置２１０での流入水流量ＱＷＴは排出ガスのアノード循環流量Ｑと排出ガスの密度ρと燃料電池スタック２０１の発電電流と相関がある。制御部２０９には、排出ガスのアノード循環流量Ｑと排出ガスの密度ρと燃料電池スタック２０１の電流Ｉに対応する気液分離装置２１０での流入水流量ＱＷＴの関係が規定されたマップ或いは計算式が制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 In step 17, the influent water flow rate QWT in the gas-liquid separator 210 is estimated. The inflow water flow rate QWT in the gas-liquid separator 210 has a correlation with the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas, the density ρ of the exhaust gas, and the power generation current of the fuel cell stack 201. The control unit 209 includes a map in which the relationship between the anode circulation flow rate Q of exhaust gas, the density ρ of exhaust gas, and the inflow water flow rate QWT in the gas-liquid separation device 210 corresponding to the current I of the fuel cell stack 201 is defined. The calculation formula is stored in the storage area as internal data in the control unit 209.

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて、種々の排出ガスのアノード循環流量Ｑ毎に排出ガスの密度ρや燃料電池スタック２０１の電流Ｉを変化させながら流入水流量ＱＷＴを予め取得することにより作成することができる。 This internal data is created by acquiring the inflow water flow rate QWT in advance while changing the exhaust gas density ρ and the current I of the fuel cell stack 201 for each anode circulation flow rate Q of various exhaust gases through experiments and simulations. can do.

この内部データにおいて、図７，図８で示すように、排出ガスのアノード循環流量Ｑが多く排出ガスのガス密度ρが小さく燃料電池スタック２０１の電流Ｉが高い程、気液分離装置２１０での流入水流量ＱＷＴが多くなる。このステップ１７では、内部データを参照した上でステップ１５で読み込んだ排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０とステップ１４で推定した排出ガスの密度ρとステップ１０で検出した燃料電池スタック２０１の電流Ｉとに基づいて、気液分離装置２１０での流入水流量ＱＷＴを推定する。 In this internal data, as shown in FIGS. 7 and 8, as the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas is large, the gas density ρ of the exhaust gas is small, and the current I of the fuel cell stack 201 is high, the gas-liquid separation device 210 Inflow water flow rate QWT increases. In this step 17, after referring to the internal data, the anode required circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas read in step 15, the exhaust gas density ρ estimated in step 14, and the current I of the fuel cell stack 201 detected in step 10. Based on the above, the inflow water flow rate QWT in the gas-liquid separator 210 is estimated.

ステップ１８において、ステップ１６で推定した燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳおよびステップ１７で推定した気液分離装置２１０での流入水流量ＱＷＴより、燃料電池スタック２０１へのアノード再流入水流量ＱＷｒを推定する。
アノード再流入水流量：ＱＷｒ＝ＱＷＳ−ＱＷＴ
ここで図７より、ガス密度ρが大きくなると、アノード再流入水流量ＱＷｒは大きくなる。 In step 18, the anode re-inflow water flow rate Q to the fuel cell stack 201 from the drainage flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 estimated in step 16 and the inflow water flow rate Q WT in the gas-liquid separator 210 estimated in step 17. Wr to estimate.
Anode reflow water flow rate: Q Wr = Q WS −Q WT
Here, as shown in FIG. 7, the anode re-inflow water flow rate Q Wr increases as the gas density ρ increases.

ステップ１９において、燃料電池スタック２０１へのアノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０を推定する。アノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０は燃料電池スタック２０１の電流Ｉと相関がある。制御部２０９には、燃料電池スタック２０１の電流Ｉに対応する燃料電池スタック２０１への流入液水許容値ＱＷｒ０の関係が規定されたマップ或いは計算式が内部データとして記憶領域に格納されている。 In step 19, the anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 to the fuel cell stack 201 is estimated. The anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 has a correlation with the current I of the fuel cell stack 201. In the control unit 209, a map or a calculation formula in which the relationship of the allowable influent water value Q Wr0 to the fuel cell stack 201 corresponding to the current I of the fuel cell stack 201 is stored in the storage area as internal data. .

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて、種々の燃料電池スタック２０１の電流Ｉ毎に極端な電圧出力の低下を起こさない燃料電池スタック２０１への再流入水流量ＱＷｒをアノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０として予め取得することにより、作成することができる。 This internal data indicates that the reflow water flow rate Q Wr to the fuel cell stack 201 that does not cause a drastic decrease in the voltage output for each current I of the various fuel cell stacks 201 is the anode reflow water flow allowable value through experiments and simulations. It can be created by acquiring in advance as Q Wr0 .

この内部データにおいて、図９で示すように、燃料電池スタック２０１の電流が高い程燃料電池スタック２０１へのアノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０が低くなる。このステップ１９では、内部データを参照した上でステップ１０で検出した燃料電池スタック２０１の電流Ｉに基づいて燃料電池スタック２０１へのアノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０を算出する。 In this internal data, as shown in FIG. 9, the anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 to the fuel cell stack 201 becomes lower as the current of the fuel cell stack 201 becomes higher. In this step 19, after referring to the internal data, based on the current I of the fuel cell stack 201 detected in step 10, an anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 to the fuel cell stack 201 is calculated.

ステップ２０において、ステップ１８で推定された燃料電池スタック２０１へのアノード再流入水流量ＱＷｒがステップ１９で算出したアノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０以下か判定される。ステップ２０において肯定判定された場合、すなわちアノード再流入水流量ＱＷｒがアノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０以下である場合にはステップ２２に進む。 In step 20, the anode re influent flow rate Q Wr is determined whether the calculated anode re influent flow rate tolerances Q Wr0 following Step 19 to the fuel cell stack 201 estimated in step 18. If the determination in step 20 is affirmative, that is, if the anode re-inflow water flow rate Q Wr is equal to or less than the anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 , the process proceeds to step 22.

一方、ステップ２０において否定判定された場合、すなわちアノード再流入水流量ＱＷｒがアノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０以下である場合にはステップ２１に進み、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０は減少される。 On the other hand, if a negative determination is made in step 20, that is, if the anode re-inflow water flow rate Q Wr is less than or equal to the anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 , the process proceeds to step 21 and the anode required circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas is Will be reduced.

ステップ２２において、可変容量ポンプ２１２の目標回転数Ｎ０を算出する。可変容量ポンプ２１２の目標回転数Ｎ０は排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０と相関がある。排出ガスのアノード循環流量Ｑ０に対応する可変容量ポンプ２１２の目標回転数Ｎ０の関係が規定されたマップ或いは計算式が制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 In step 22, the target rotational speed N 0 of the variable displacement pump 212 is calculated. The target rotational speed N 0 of the variable displacement pump 212 is correlated with the anode required circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas. A map or calculation formula defining the relationship of the target rotational speed N 0 of the variable displacement pump 212 corresponding to the anode circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas is stored in the storage area as internal data in the control unit 209.

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて種々の可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎ毎に排出ガスのアノード循環流量Ｑとして予め取得することにより作成することができる。 This internal data can be created by acquiring in advance as the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas for each rotation speed N of various variable displacement pumps 212 through experiments and simulations.

このステップ２２では、内部データを参照した上、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０に基づいて可変容量ポンプ２１２の目標回転数Ｎ０を算出する。 In this step 22, referring to the internal data, the target rotational speed N 0 of the variable capacity pump 212 is calculated based on the anode required circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas.

ステップ２３において、可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎが目標回転数Ｎ０と等しくなるように制御する。 In step 23, the rotational speed N of the variable displacement pump 212 is controlled to be equal to the target rotational speed N 0.

ところで、本実施形態における、排出ガスの密度ρとアノード循環流量Ｑとの関係を述べる。図７より、アノード循環流量Ｑに対するアノード再流入水流量ＱＷｒとの関係は、図１０のような排出ガスのガス密度ρとの相関となる。図１０にて排出ガスの密度ρが変化した場合、アノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０が同じ場合には、アノード要求循環流量Ｑ０が減少する。したがって本実施形態においては、排出ガス密度ρが大きくなると、アノード要求循環流量Ｑ０は減少することになる。つまり、ガス密度ρを推定する手段を有する場合に、ガス密度ρに応じてアノード要求循環流量Ｑ０を制御しても本実施形態と同様の効果を得ることができる。 By the way, the relationship between the exhaust gas density ρ and the anode circulation flow rate Q in this embodiment will be described. From FIG. 7, the relationship between the anode recirculation water flow rate Q Wr and the anode recirculation flow rate Q is correlated with the gas density ρ of the exhaust gas as shown in FIG. When the density ρ of the exhaust gas changes in FIG. 10, the anode required circulation flow rate Q 0 decreases when the anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 is the same. In this embodiment, therefore, exhaust the gas density ρ is large, the anode request circulation rate Q 0 is decreased. That is, in the case where a means for estimating the gas density ρ is provided, the same effect as in the present embodiment can be obtained even if the anode required circulation flow rate Q 0 is controlled according to the gas density ρ.

次に、本実施形態における、燃料電池スタック２０１の電流Ｉとアノード循環流量Ｑとの関係を述べる。図８より、アノード循環流量Ｑに対するアノード再流入水流量ＱＷｒとの関係は、図１１のような燃料電池スタック２０１の電流Ｉとの相関となる。図１１にて燃料電池スタック２０１の電流Ｉが変化した場合、アノード再流入水流量許容値ＱＷｒ０が同じ場合には、アノード要求循環流量Ｑ０が減少する。したがって本実施形態においては、燃料電池スタック２０１の電流Ｉが大きくなると、アノード要求循環流量Ｑ０は減少することになる。つまり、燃料電池スタック２０１の電流Ｉを推定する手段を有する場合に、燃料電池スタック２０１の電流Ｉに応じてアノード要求循環流量Ｑ０を制御しても本実施形態と同様の効果を得ることができる。 Next, the relationship between the current I of the fuel cell stack 201 and the anode circulation flow rate Q in the present embodiment will be described. From FIG. 8, the relationship between the anode recirculation water flow rate QWr and the anode recirculation flow rate Q is correlated with the current I of the fuel cell stack 201 as shown in FIG. When the current I of the fuel cell stack 201 changes in FIG. 11, the anode required circulation flow rate Q 0 decreases when the anode re-inflow water flow rate allowable value Q Wr0 is the same. In this embodiment, therefore, the current I of the fuel cell stack 201 is increased, the anode request circulation rate Q 0 is decreased. That is, in the case where a means for estimating the current I of the fuel cell stack 201 is provided, the same effect as in the present embodiment can be obtained even if the anode required circulation flow rate Q 0 is controlled according to the current I of the fuel cell stack 201. it can.

以上、本実施形態により、燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳと気液分離装置の流入水流量ＱＷＴの差であるアノード再流入水流量ＱＷｒが大きい場合に排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０を減少させる制御によりアノード循環流量Ｑを減少させるため、燃料電池の発電出力の低下を引き起こす燃料電池スタック２０１へのアノード再流入水流量ＱＷｒを可変容量ポンプの容量を減少させることで低減し、燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 As described above, according to the present embodiment, when the anode re-inflow water flow rate Q Wr that is the difference between the waste water flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 and the inflow water flow rate Q WT of the gas-liquid separator is large, the anode required circulation flow rate Q of the exhaust gas Since the anode circulation flow rate Q is reduced by the control to reduce 0 , the anode re-inflow water flow rate Q Wr to the fuel cell stack 201 that causes a decrease in the power generation output of the fuel cell is reduced by reducing the capacity of the variable capacity pump. A decrease in the power generation output of the fuel cell 201 can be avoided.

さらに、燃料電池スタック２０１の電流が大きいほど排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０を少なくする制御とすることで可変容量ポンプの容量を減少させることとしたため、燃料電池スタック２０１の電流が大きくなった場合に水分を含む排気ガスのアノード循環流量Ｑを低減させながら水パージ運転ができる。したがって燃料電池スタック２０１内の液水を効率よく掃気することでフラッディング現象の発生を抑制し、燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 Furthermore, since it was decided to reduce the capacity of the variable capacity pump by a control to reduce the anode request circulation flow rate Q 0 of about emission current is large in the fuel cell stack 201, current of the fuel cell stack 201 is increased In this case, the water purge operation can be performed while reducing the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas containing moisture. Therefore, by efficiently scavenging the liquid water in the fuel cell stack 201, the occurrence of the flooding phenomenon can be suppressed, and a decrease in the power generation output of the fuel cell 201 can be avoided.

また、排出ガスの密度ρが大きいほど排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０を少なくする制御とすることで可変容量ポンプの容量を減少させることとした。そのため、燃料電池スタック２０１の排水流量ＱＷＳと気液分離装置２１０での流入水流量ＱＷＴとの差であるアノード再流入水流量ＱＷｒを精度良く予測して水パージ運転ができる。したがってフラッディング現象の発生をきめ細かく抑制することができるため、燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 Furthermore, it was decided to reduce the capacity of that the variable displacement pump to be controlled to reduce the anode request circulation flow rate Q 0 of about exhaust gas density ρ is large emissions. Therefore, the water purge operation can be performed by accurately predicting the anode re-inflow water flow rate Q Wr that is the difference between the waste water flow rate Q WS of the fuel cell stack 201 and the inflow water flow rate Q WT in the gas-liquid separator 210. Therefore, the occurrence of the flooding phenomenon can be finely suppressed, so that a decrease in the power generation output of the fuel cell 201 can be avoided.

―第２の実施形態―
次に、第２の実施形態にかかる燃料電池装置について説明する。図１２は、本実施形態にかかる燃料電池装置２２０を示すブロック図である。 -Second Embodiment-
Next, a fuel cell device according to a second embodiment will be described. FIG. 12 is a block diagram showing the fuel cell device 220 according to the present embodiment.

本実施形態にかかる燃料電池装置２２０が第１の実施形態と相違する点は、アノード入口圧力検出手段としての圧力センサ２２１とアノード入口温度検出手段としての温度センサ２２２とを備え、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０に下限値を設けたことである。 The fuel cell device 220 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that it includes a pressure sensor 221 as an anode inlet pressure detection means and a temperature sensor 222 as an anode inlet temperature detection means, and an anode of exhaust gas. to request circulation flow rate Q 0 is the provision of the lower limit.

排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０に下限値を設けたことで、燃料電池本体の発電を阻害しない範囲内にアノード再流入水流量ＱＷｒを制御しながら排出ガスを循環させて水パージ運転をすることができる。 By providing the lower limit to the anode request circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas, while controlling the anode re influent flow rate Q Wr within a range that does not interfere with power generation of the fuel cell body by circulating exhaust gas water purge operation can do.

図１３に、第２の実施形態における制御部２０９のシステム図を示す。 FIG. 13 shows a system diagram of the control unit 209 in the second embodiment.

この制御部２０９は、可変容量ポンプ２１２指令部２００４が第１の実施形態と異なる。 The control unit 209 is different from the first embodiment in the variable displacement pump 212 command unit 2004.

本実施形態における可変容量ポンプ２１２指令部２００４において、２００５から２０１１は、図３の１００５から１０１１と同じ構成である。 In the variable displacement pump 212 command unit 2004 in the present embodiment, 2005 to 2011 have the same configuration as 1005 to 1011 in FIG.

アノード循環流量下限値Ｑｍｉｎ演算部２０１２は、アノード２０４入口の圧力センサ２２１の検出値Ｐｉｎとアノード２０４入口の温度センサ２２２の検出値Ｔｉｎと燃料電池スタック２０１の電流Ｉと２００６で推定したρとによりアノード循環流量下限値Ｑｍｉｎを演算する。 The anode circulation flow rate lower limit Q min calculating unit 2012 was estimated by the current I and 2006 of the detection value T in the fuel cell stack 201 of the detection value P in the anode 204 inlet temperature sensor 222 of the anode 204 the inlet of the pressure sensor 221 The anode circulation flow rate lower limit value Q min is calculated from ρ.

図１４は、本実施形態にかかる燃料電池スタック水パージ運転時の排出ガスのアノード循環流量制御の手順を示すフローチャートであって、図１３で示す可変容量ポンプ２１２指令演算部２００４の処理を詳細に説明するものである。このフローチャートに示す処理は、所定周期毎に呼び出され、制御部２０９によって実行される。 FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of the anode circulation flow rate control of the exhaust gas during the fuel cell stack water purge operation according to the present embodiment, and details the processing of the variable capacity pump 212 command calculation unit 2004 shown in FIG. Explain. The process shown in this flowchart is called at predetermined intervals and executed by the control unit 209.

初期状態において、可変容量ポンプ２１２は停止している。ステップ３０〜４１は、図５のステップ１０〜２１と同じである。 In the initial state, the variable displacement pump 212 is stopped. Steps 30 to 41 are the same as steps 10 to 21 in FIG.

ステップ４２において、アノード２０４入口の圧力センサ２２１の検出値Ｐｉｎを検出する。 In step 42, it detects a detection value P in the anode 204 the inlet of the pressure sensor 221.

ステップ４３において、アノード２０４入口の温度センサ２２２の検出値Ｔｉｎを検出する。 In step 43, it detects a detection value T in the anode 204 inlet temperature sensor 222.

ステップ４４は、アノード発電要求循環流量Ｑｅを推定する手段である。アノード発電要求循環流量Ｑｅは、燃料電池スタック２０１の電流Ｉ及び圧力センサ２２１の検出値Ｐｉｎ及び温度センサ２２２の検出値Ｔｉｎと相関がある。制御部２０９には、燃料電池スタック２０１の電流Ｉと圧力センサ２２１の検出値Ｐｉｎと温度センサ２２２の検出値Ｔｉｎに対応するアノード発電要求循環流量Ｑｅの関係が規定されたマップ或いは計算式が制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 Step 44 is a means for estimating the anode power required circulation rate Q e. The anode power required circulation rate Q e is correlated with the detected value T in the detection value P in and the temperature sensor 222 of the current I and the pressure sensor 221 of the fuel cell stack 201. The control unit 209, the current I and the detection value P in the anode generation demand circulated corresponding to the detected value T in the temperature sensor 222 flow Q e relationships defined map or calculation of the pressure sensor 221 of the fuel cell stack 201 The expression is stored in the storage area as internal data in the control unit 209.

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて、燃料電池スタック２０１の電流Ｉ，圧力センサ２２１の検出値Ｐｉｎ，温度センサ２２２の検出値Ｔｉｎ毎に、ストイキ不足による極端な電圧出力の低下を起こさない排出ガスのアノード循環流量Ｑをアノード発電要求循環流量Ｑｅとして予め取得することにより、作成することができる。 The internal data, through experiments and simulations, the current I of the fuel cell stack 201, the detection value P in the pressure sensor 221, for each detection value T in the temperature sensor 222, does not cause a reduction in the extreme voltage output by stoichiometric shortage It can be created by acquiring the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas as the anode power generation required circulation flow rate Qe in advance.

このステップ４４では、内部データを参照した上でステップ３０で検出した燃料電池スタック２０１の電流Ｉとステップ４２で検出した圧力センサ２２１の検出値Ｐｉｎとステップ４３で検出した温度センサ２２２の検出値Ｔｉｎとに基づいて、アノード発電要求循環流量Ｑｅを推定する。 In step 44, the detection value of the temperature sensor 222 which is detected by the detection value P in a step 43 of the pressure sensor 221 detected by the current I and the step 42 of the fuel cell stack 201 detected in step 30 on which refers to the internal data based on the T in, estimating the anode power required circulation rate Q e.

ステップ４５において、アノード最低要求循環流量Ｑｐｍを推定する。 In step 45, the anode minimum required circulation flow rate Q pm is estimated.

アノード最低要求循環流量Ｑｐｍは排出ガスの密度ρ及び燃料電池スタック２０１の電流Ｉと相関がある。制御部９には、排出ガスの密度ρと燃料電池スタック２０１の電流Ｉに対応するアノード最低要求循環流量Ｑｐｍとの関係が規定されたマップ或いは計算式が制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 The minimum anode required circulation flow rate Q pm is correlated with the exhaust gas density ρ and the current I of the fuel cell stack 201. The control unit 9 stores a map or a calculation formula in which the relationship between the exhaust gas density ρ and the anode minimum required circulation flow rate Q pm corresponding to the current I of the fuel cell stack 201 is stored in the control unit 209 as internal data. Stored in

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて種々の排出ガスの密度ρおよび燃料電池スタック２０１の電流Ｉ毎に、フラッディングによる極端な電圧出力の低下を起こさない最低アノード循環流量をアノード最低循環流量Ｑｐとして予め取得することにより、作成することができる。 This internal data indicates that the minimum anode circulation flow rate Q p that does not cause a drastic decrease in voltage output due to flooding for each density ρ of various exhaust gases and the current I of the fuel cell stack 201 through experiments and simulations. It can be created by acquiring in advance.

このステップ４５では、この内部データを参照した上で、ステップ３４で推定した排出ガスの密度ρとステップ３０で検出した燃料電池スタック２０１の電流Ｉに基づいてアノード最低要求循環流量Ｑｐｍを推定する。 In this step 45, referring to this internal data, the minimum anode required circulation flow rate Q pm is estimated based on the exhaust gas density ρ estimated in step 34 and the current I of the fuel cell stack 201 detected in step 30. .

ステップ４６において、ステップ４５で算出したアノード最低要求循環流量Ｑｐｍがステップ４４で算出したアノード発電要求循環流量Ｑｅより多いか判定される。 In step 46, it is determined whether the minimum anode required circulation flow rate Q pm calculated in step 45 is larger than the anode power generation required circulation flow rate Q e calculated in step 44.

ステップ４６において肯定判定された場合、すなわちステップ４５で算出したアノード最低要求循環流量Ｑｐｍがステップ４４で算出したアノード発電要求循環流量Ｑｅより多い場合にはステップ４７に進む。一方、ステップ４６において否定判定された場合、すなわちアノード最低要求循環流量Ｑｐｍがアノード発電要求循環流量Ｑｅより少ない場合にはステップ４８に進む。 If an affirmative determination is made in step 46, that is, if the anode minimum required circulation flow rate Q pm calculated in step 45 is greater than the anode power generation required circulation flow rate Q e calculated in step 44, the process proceeds to step 47. On the other hand, if a negative determination is made in step 46, that is, if the anode minimum required circulation flow rate Qpm is smaller than the anode power generation required circulation flow rate Qe, the routine proceeds to step 48.

ステップ４７において、アノード循環流量下限値Ｑｍｉｎにステップ４４で算出したアノード発電要求循環流量Ｑｐｍを代入する。 In step 47, the anode power generation required circulation flow rate Q pm calculated in step 44 is substituted for the anode circulation flow rate lower limit Q min .

ステップ４８において、アノード循環流量下限値Ｑｍｉｎにステップ４４で算出したアノード発電要求循環流量Ｑｅを代入する。 In step 48, substituting the anode circulation flow rate lower limit Q min anode generation demand computed in step 44 to the circulation flow rate Q e.

ステップ４９において、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０がアノード循環流量下限値Ｑｍｉｎより多いか判定される。ステップ４９において肯定判定された場合、すなわち排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０がアノード循環流量下限値Ｑｍｉｎより多い場合にはステップ５１に進む。一方、ステップ４９において否定判定された場合、すなわちアノード最低要求循環流量Ｑｐｍがアノード循環流量下限値Ｑｍｉｎより少ない場合にはステップ５０に進む。 In step 49, the anode request circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas is determined greater than or anode circulation flow rate lower limit Q min. If the determination is positive at step 49, that is, the flow proceeds to step 51 when the anode request circulation rate Q 0 of the exhaust gas is higher than the anode circulation flow rate lower limit Q min. On the other hand, if a negative determination is made in step 49, that is, if the anode minimum required circulation flow rate Qpm is smaller than the anode circulation flow rate lower limit Qmin , the process proceeds to step 50.

ステップ５０において、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０にアノード循環流量下限値Ｑｍｉｎを代入する。 In step 50, substituting the anode circulation flow rate lower limit Q min to the anode request circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas.

ステップ５１，５２は、図５のステップ２２，２３と同じである。 Steps 51 and 52 are the same as steps 22 and 23 in FIG.

以上、本実施形態により、排出ガスのアノード循環流量Ｑの指令値であるアノード要求循環流量Ｑ０の下限をアノード循環流量下限値Ｑｍｉｎとすることとした。したがって発電を阻害しない範囲内で燃料電池スタック２０１にアノード再流入水流量ＱＷｒを制御しながら水パージ運転をすることができるため、燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 Above, according to this embodiment, it was decided that the lower limit of the anode request circulation rate Q 0 is a command value of the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas and the anode circulation flow rate lower limit Q min. Therefore, since the water purge operation can be performed while controlling the anode re-inflow water flow rate Q Wr to the fuel cell stack 201 within a range that does not inhibit power generation, a decrease in the power generation output of the fuel cell 201 can be avoided.

―第３の実施形態―
次に、第３の実施形態にかかる燃料電池装置２３０について説明する。図１５は、本実施形態にかかる燃料電池装置２３０を示すブロック図である。 -Third embodiment-
Next, a fuel cell device 230 according to a third embodiment will be described. FIG. 15 is a block diagram showing a fuel cell device 230 according to the present embodiment.

この第３の実施形態にかかる燃料電池装置が第１の実施形態と相違する点は、燃料電池スタック２０１に各燃料電池セル２０５の電圧を測定するセル電圧検出手段としてのセル電圧センサ２３１を各燃料電池セル２０５毎に備え、燃料電池スタック水パージ運転時にフラッディング現象発生および水素分圧低下等により各セル電圧のばらつきが大きくなった場合にガスパージ弁２１５を開ける制御を設けたことである。 The fuel cell device according to the third embodiment is different from the first embodiment in that each cell voltage sensor 231 serving as a cell voltage detecting means for measuring the voltage of each fuel cell 205 is provided in the fuel cell stack 201. This is provided for each fuel cell 205 and is provided with a control for opening the gas purge valve 215 when a variation in each cell voltage becomes large due to occurrence of a flooding phenomenon and a decrease in hydrogen partial pressure during the fuel cell stack water purge operation.

燃料電池スタック水パージ運転時に各セル電圧のばらつきが大きくなった場合にガスパージ弁２１５を開ける制御を設けることで、アノードへ供給するガスの水素分圧を向上させることができる。 By providing a control for opening the gas purge valve 215 when the variation in the cell voltage becomes large during the fuel cell stack water purge operation, the hydrogen partial pressure of the gas supplied to the anode can be improved.

図１６に、第３の実施形態における制御部２０９のシステム図を示す。 FIG. 16 shows a system diagram of the control unit 209 in the third embodiment.

この制御部２０９が第１の実施形態と異なる点は、可変容量ポンプ２１２指令演算部３００２の入力を各セル毎に電圧を検出する電圧センサ２３１として、水パージ運転時にガスパージ弁の開閉を制御することとしたことである。 This control unit 209 is different from the first embodiment in that the input of the variable displacement pump 212 command calculation unit 3002 is used as a voltage sensor 231 that detects the voltage for each cell, and controls the opening and closing of the gas purge valve during the water purge operation. That is to say.

図１７は、本実施形態にかかる燃料電池スタック水パージ運転時のアノード循環流量制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は所定周期毎に呼び出され、制御部２０９によって実行される。 FIG. 17 is a flowchart showing a procedure for controlling the anode circulation flow rate during the fuel cell stack water purge operation according to the present embodiment. The process shown in this flowchart is called at predetermined intervals and executed by the control unit 209.

初期状態において、可変容量ポンプ２１２は停止している。ステップ６０〜７１は、図５のステップ１０〜２１と同じである。 In the initial state, the variable displacement pump 212 is stopped. Steps 60 to 71 are the same as steps 10 to 21 in FIG.

ステップ７２において、燃料電池スタック２０１の各セル電圧のうち最小電圧Ｖｍｉｎを取得する。 In step 72, the minimum voltage V min is acquired from the cell voltages of the fuel cell stack 201.

ステップ７３において、燃料電池スタック２０１の各セル電圧の平均セル電圧Ｖａｖｅを取得する。 In step 73, the average cell voltage V ave of each cell voltage of the fuel cell stack 201 is acquired.

ステップ７４において、セル電圧偏差ΔＶを算出する。
セル電圧偏差：ΔＶ＝Ｖａｖｅ−Ｖｍｉｎ In step 74, the cell voltage deviation ΔV is calculated.
Cell voltage deviation: ΔV = V ave −V min

ステップ７５において、セル電圧偏差ΔＶが所定値ΔＶ０以上か判定される。ステップ７５において肯定判定された場合、すなわち、ステップ７４で算出したセル電圧偏差ΔＶが所定値ΔＶ０以上である場合にはステップ７６に進む。一方ステップ７５において否定判定された場合、すなわちセル電圧偏差ΔＶが所定値ΔＶ０以下である場合にはステップ７７に進む。なお所定値ΔＶ０はガスパージ弁２１５を開けるかどうかの閾値であるが、燃料電池スタックが安定して運転できているかどうかを考慮して実験やシミュレーションを通じて設定されている。 In step 75, the cell voltage deviation [Delta] V is determined whether a predetermined value [Delta] V 0 or more. If the determination is positive at step 75, i.e., the flow proceeds to step 76 when the cell voltage deviation [Delta] V calculated in step 74 is the predetermined value [Delta] V 0 or more. On the other hand, if a negative determination is made in step 75, that is, if the cell voltage deviation ΔV is equal to or smaller than a predetermined value ΔV 0 , the routine proceeds to step 77. The predetermined value ΔV 0 is a threshold value for determining whether or not to open the gas purge valve 215, and is set through experiments and simulations in consideration of whether the fuel cell stack can be stably operated.

ステップ７６において、ガスパージ弁２１５を開ける。 In step 76, the gas purge valve 215 is opened.

ステップ７７において、ガスパージ弁２１５を閉じる。 In step 77, the gas purge valve 215 is closed.

ステップ７８，７９は、図５のステップ２２，２３と同じである。 Steps 78 and 79 are the same as steps 22 and 23 in FIG.

以上、本実施形態により、燃料電池スタック水パージ運転時にフラッディング現象発生および水素分圧低下等により各セル電圧のばらつきが大きくなった場合、ガスパージ弁２１５を開ける。すると、燃料電池スタック内の水パージ制御時に窒素濃度が高いガスをパージするためアノード２０４へ供給するガスの水素分圧を向上させる。その結果、燃料電池スタック２０１の発電量がガスをパージする前と比較して向上するため、燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 As described above, according to the present embodiment, the gas purge valve 215 is opened when the variation in each cell voltage becomes large due to the occurrence of a flooding phenomenon and a decrease in hydrogen partial pressure during the fuel cell stack water purge operation. Then, the hydrogen partial pressure of the gas supplied to the anode 204 is improved in order to purge the gas having a high nitrogen concentration during the water purge control in the fuel cell stack. As a result, the power generation amount of the fuel cell stack 201 is improved as compared with before the gas is purged, so that a decrease in the power generation output of the fuel cell 201 can be avoided.

―第４の実施形態―
次に、第４の実施形態にかかる燃料電池装置２４０について説明する。図１８は、本実施形態にかかる燃料電池装置２４０を示すブロック図である。 -Fourth Embodiment-
Next, a fuel cell device 240 according to a fourth embodiment will be described. FIG. 18 is a block diagram showing a fuel cell device 240 according to this embodiment.

本実施形態にかかる燃料電池装置が第１の実施形態と相違する点は、可変容量ポンプ２１２に負荷電流と負荷電圧を測定する負荷検出手段としての可変容量ポンプの負荷センサ２２５を備えたことと、燃料電池スタック水パージ運転時の可変容量ポンプ２１２の負荷としての出力が高い場合に、燃料電池スタック水パージ循環流量を減少する制御を設けたことである。 The difference between the fuel cell device according to the present embodiment and the first embodiment is that the variable displacement pump 212 is provided with a load sensor 225 of a variable displacement pump as load detection means for measuring load current and load voltage. In addition, when the output as the load of the variable capacity pump 212 during the fuel cell stack water purge operation is high, control is provided to reduce the fuel cell stack water purge circulation flow rate.

燃料電池スタック内に液水が多量に滞留していると可変容量ポンプ２１２の出力が大きくなる。したがって燃料電池スタック水パージ運転時の可変容量ポンプ２１２の出力が高い場合に、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０を減少する制御を設けることで、燃料電池スタック内に液水が多量に滞留している場合に再流入する液水量を低減させることができる。 If a large amount of liquid water stays in the fuel cell stack, the output of the variable capacity pump 212 increases. Therefore, when the output of the variable displacement pump 212 during the fuel cell stack water purge operation is high, by providing the control to reduce the anode request circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas, the liquid water is a large amount of remaining in the fuel cell stack In this case, the amount of liquid water that reflows can be reduced.

図１９に、第４の実施形態における制御部２０９のシステム図を示す。 FIG. 19 shows a system diagram of the control unit 209 in the fourth embodiment.

この制御部２０９は、可変容量ポンプ２１２指令演算部４００４が第１の実施形態と異なる。 The control unit 209 is different from the first embodiment in the variable displacement pump 212 command calculation unit 4004.

本実施形態における可変容量ポンプ２１２指令部４００４において、４００５から４００９および４０１１は、図３の１００５から１００９および１０１１と同じ構成である。排出ガスアノード要求循環流量Ｑ０演算部４０１０には、新たに可変容量ポンプ出力Ｗｐが入力として追加されている。 In the variable displacement pump 212 command unit 4004 in the present embodiment, 4005 to 4009 and 4011 have the same configuration as 1005 to 1009 and 1011 in FIG. The exhaust gas anode request circulation flow rate Q0 calculating unit 4010 is newly variable displacement pump output W p is added as an input.

可変容量ポンプ出力許容値Ｗｐ０演算部４０１２は、可変容量ポンプ回転数と排出ガス密度ρ推定部４００６で推定したρとにより、可変容量ポンプ出力許容値Ｗｐ０を演算する。 Variable displacement pump output tolerance W p0 calculating unit 4012, by a ρ estimated by the variable displacement pump speed and the exhaust gas density ρ estimation unit 4006 calculates the variable displacement pump output tolerance W p0.

図２０は、本実施形態にかかる燃料電池スタック水パージ運転時のアノード循環流量制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定周期毎に呼び出され、制御部２０９によって実行される。 FIG. 20 is a flowchart showing a procedure of anode circulation flow rate control during the fuel cell stack water purge operation according to the present embodiment. The process shown in this flowchart is called at predetermined intervals and executed by the control unit 209.

初期状態において、可変容量ポンプ２１２は停止している。ステップ９０〜１０１は、図５のステップ１０〜２１と同じである。 In the initial state, the variable displacement pump 212 is stopped. Steps 90 to 101 are the same as steps 10 to 21 in FIG.

ステップ１０２において、負荷センサ２２５より、可変容量ポンプ出力Ｗｐを検出する。 In step 102, from the load sensor 225 detects the variable displacement pump output W p.

ステップ１０３において、可変容量ポンプ出力許容値Ｗｐ０を推定する。可変容量ポンプ出力Ｗｐは可変容量ポンプ回転数Ｎとガス密度ρと相関がある。制御部２０９には可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎ及び排出ガスの密度ρに対応する可変容量ポンプ出力Ｗｐの関係が規定されたマップ或いは計算式が制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 In step 103, the variable displacement pump output allowable value Wp0 is estimated. Variable displacement pump output W p correlates with variable displacement pump speed N and the gas density [rho. Stored in the storage area as the internal data to the variable displacement pump output W map or calculation formula the relationship is defined in the p control unit 209 corresponding to the density of the rotational speed N and the exhaust gas ρ of the variable displacement pump 212 to the control unit 209 Has been.

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて、種々の可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎ及び排出ガスの密度ρ毎に可変容量ポンプ出力Ｗｐを予め取得することにより作成することができる。 This internal data can be created by acquiring the variable displacement pump output W p in advance for each rotation speed N and exhaust gas density ρ of various variable displacement pumps 212 through experiments and simulations.

このステップ１０３では、内部データを参照した上で、ステップ９１で検出した可変容量ポンプ２１２の回転数Ｎ及びステップ９４で推定した排出ガスの密度ρに基づいて可変容量ポンプ２１２の出力を算出し可変容量ポンプ出力許容値Ｗｐ０を推定する。 In step 103, the internal data is referred to, and the output of the variable displacement pump 212 is calculated and varied based on the rotational speed N of the variable displacement pump 212 detected in step 91 and the exhaust gas density ρ estimated in step 94. The capacity pump output allowable value W p0 is estimated.

ステップ１０４において、可変容量ポンプ出力偏差ΔＰを算出する。
可変容量ポンプ出力偏差：ΔＷｐ＝Ｗｐ−Ｗｐ０ In step 104, the variable displacement pump output deviation ΔP is calculated.
Variable displacement pump output deviation: ΔW p = W p −W p0

ステップ１０５において、ステップ１０４で算出した可変容量ポンプ出力偏差ΔＷｐが所定値ΔＷｐ０以上か判定する。ステップ１０５において肯定判定された場合、すなわち可変容量ポンプ負荷偏差ΔＷｐが所定値ΔＷｐ０以上である場合にはステップ１０６に進む。 In step 105, it is determined whether the variable displacement pump output deviation ΔW p calculated in step 104 is greater than or equal to a predetermined value ΔW p0 . If an affirmative determination is made in step 105, that is, if the variable displacement pump load deviation ΔW p is greater than or equal to a predetermined value ΔW p0 , the routine proceeds to step 106.

一方ステップ１０５において否定判定された場合、すなわちステップ１０４で算出した可変容量ポンプ出力偏差ΔＷｐが所定値ΔＷｐ０以下である場合にはステップ１０７に進む。 On the other hand, if a negative determination is made in step 105, that is, if the variable displacement pump output deviation ΔW p calculated in step 104 is equal to or smaller than a predetermined value ΔW p0 , the routine proceeds to step 107.

なお所定値ΔＷｐ０は排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０を下げるどうかの閾値であるが、循環路２１７内の液水の可変容量ポンプ出力との関係を考慮して実験やシミュレーションを通じて設定されている。 Incidentally predetermined value [Delta] W p0 is a threshold of whether to lower the anode request circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas, is set through experiment or simulation in consideration of the relationship between the variable displacement pump output of liquid water in the circulation path 217 Yes.

ステップ１０６において、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０を下げる。なお排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０の減少量については、循環路２１７内の液水の可変容量ポンプ出力への影響を考慮して実験やシミュレーションを通じて設定されている。 In step 106, lowering the anode request circulation flow rate Q 0 of the exhaust gas. Note the reduction of anode required circulation rate Q 0 of the exhaust gas, taking into account the influence of the variable displacement pump output of liquid water in the circulation line 317 is set through experiments or simulations.

ステップ１０７、１０８は、図５のステップ２２、２３と同じである。 Steps 107 and 108 are the same as steps 22 and 23 in FIG.

以上、本実施形態により、可変容量ポンプ２１２の出力が高い場合に排出ガスのアノード循環流量Ｑの指令値であるアノード要求循環流量Ｑ０を減少させる制御を設けた。そのため、燃料電池スタック２０１内に液水が多量に滞留していたとしても再流入する液水量を燃料電池の発電を阻害しない範囲に制御しながら燃料電池スタック２０１内の水パージ運転ができる。したがって燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 As described above, according to the present embodiment, when the output of the variable displacement pump 212 is high, the control for reducing the anode required circulation flow rate Q 0 which is the command value of the anode circulation flow rate Q of the exhaust gas is provided. Therefore, even if a large amount of liquid water stays in the fuel cell stack 201, the water purge operation in the fuel cell stack 201 can be performed while controlling the amount of liquid water that re-flows within a range that does not hinder the power generation of the fuel cell. Therefore, a decrease in the power generation output of the fuel cell 201 can be avoided.

―第５の実施形態―
次に、第５の実施形態にかかる燃料電池装置２５０について説明する。図２１は、本燃料電池装置の第５の実施形態にかかる燃料電池装置を示すブロック図である。 -Fifth embodiment-
Next, a fuel cell device 250 according to a fifth embodiment will be described. FIG. 21 is a block diagram showing a fuel cell device according to a fifth embodiment of the present fuel cell device.

この本実施形態にかかる燃料電池装置が第１の実施形態と相違する点は、燃料電池スタック２０１の内部に温度センサ２５１を備え、燃料電池スタック２０１に液水滞留量が多くなった場合に燃料電池スタック水パージ運転を開始し、燃料電池スタック水パージ運転時の気液分離量が多くなった場合に水パージ運転を停止する制御を設けたことである。さらに、排水弁２１１の流量計２５２を設けて、排水弁２１１からの排水流量を検出できるようにしたことである。 The fuel cell device according to this embodiment is different from the first embodiment in that a temperature sensor 251 is provided inside the fuel cell stack 201, and the fuel cell stack 201 is fueled when the liquid water retention amount increases. The battery stack water purge operation is started, and when the amount of gas-liquid separation during the fuel cell stack water purge operation increases, a control is provided to stop the water purge operation. Furthermore, the flow meter 252 of the drain valve 211 is provided so that the drain flow rate from the drain valve 211 can be detected.

燃料電池スタック２０１の液水滞留量が多くなった場合に燃料電池スタック水パージ運転を開始する制御としたことで、燃料電池スタック内の液水量が過多とならないようにすることができる。 By controlling to start the fuel cell stack water purge operation when the liquid water retention amount of the fuel cell stack 201 increases, the liquid water amount in the fuel cell stack can be prevented from being excessive.

また、燃料電池スタック水パージ運転時の気液分離量が多くなった場合に水パージ運転を停止する制御としたことで、燃料電池スタック２０１に再流入する液水量を燃料電池スタック２０１の発電を阻害しない様に制御するため、燃料電池スタック内の液水量が過多とならないようにすることができる。 In addition, since the water purge operation is stopped when the amount of gas-liquid separation during the fuel cell stack water purge operation increases, the amount of liquid water re-entering the fuel cell stack 201 is reduced to generate power in the fuel cell stack 201. Since control is performed so as not to inhibit, the amount of liquid water in the fuel cell stack can be prevented from becoming excessive.

図２２に、第５の実施形態における制御部２０９のシステム図を示す。 FIG. 22 shows a system diagram of the control unit 209 in the fifth embodiment.

この制御部２０９は、可変容量ポンプ２１２指令演算部５００４が第１の実施形態と異なる。 The control unit 209 is different from the first embodiment in a variable displacement pump 212 command calculation unit 5004.

本実施形態における可変容量ポンプ２１２指令部５００４において、５００５から５０１１は、図３の１００５から１０１１と同じ構成である。 In the variable displacement pump 212 command unit 5004 in the present embodiment, 5005 to 5011 have the same configuration as 1005 to 1011 in FIG.

水分滞留量推定手段としての燃料電池水分滞留量Ａ推定部５０１２は、燃料電池スタック２０１の電流Ｉおよび燃料電池スタック２０１の温度Ｔｓとにより、燃料電池スタック水分滞留量Ａを推定する。 A fuel cell water retention amount A estimation unit 5012 serving as a water retention amount estimation unit estimates the fuel cell stack water retention amount A based on the current I of the fuel cell stack 201 and the temperature Ts of the fuel cell stack 201.

残水量推定手段としての気液分離装置残水量Ｂ推定部５０１３は、５００８で推定したＱＷＴと排水弁２１１の流量計２５２で検出する排水弁流量とにより気液分離装置残水量Ｂを推定する。 Gas-liquid separator residual water B estimator 5013 as residual water estimating means estimates the gas-liquid separator residual water content B by the drain valve flow rate detected by the flow meter 252 of the drain valve 211 and Q WT estimated in 5008 .

ポンプ駆動指示部５０１４は、５０１２で推定したＡと５０１３で推定したＢと５０１１で演算したＮ０とにより、可変容量ポンプ２１２に対する回転数指令あるいはＯＮあるいはＯＦＦといった可変容量ポンプ２１２の駆動状態を指示する。 The pump drive instructing unit 5014 instructs the rotational state command for the variable displacement pump 212 or the drive state of the variable displacement pump 212 such as ON or OFF based on A estimated in 5012, B estimated in 5013, and N 0 calculated in 5011. To do.

可変容量ポンプ出力許容値Ｗｐ０演算部は、可変容量ポンプ回転数と排出ガス密度ρ推定部５００６で推定したρとにより、可変容量ポンプ出力許容値Ｗｐ０を演算する。 Variable displacement pump output tolerance W p0 calculation section by a ρ estimated by the variable displacement pump speed and the exhaust gas density ρ estimation unit 5006 calculates the variable displacement pump output tolerance W p0.

図２３は、本実施形態にかかる燃料電池スタック水パージ運転時のアノード循環流量制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定周期毎に呼び出され、制御部９によって実行される。 FIG. 23 is a flowchart showing a procedure of anode circulation flow rate control during the fuel cell stack water purge operation according to the present embodiment. The process shown in this flowchart is called at predetermined intervals and executed by the control unit 9.

初期状態において、可変容量ポンプ２１２は停止している。ステップ１２０において、電流センサ２２３により読み込まれた燃料電池スタック２０１の電流Ｉを検出する。 In the initial state, the variable displacement pump 212 is stopped. In step 120, the current I of the fuel cell stack 201 read by the current sensor 223 is detected.

ステップ１２１において、温度センサ２５１による燃料電池スタック２０１の温度Ｔｓを検出する。 In step 121, it detects the temperature T s of the fuel cell stack 201 by the temperature sensor 251.

ステップ１２２において、燃料電池スタック２０１の水溜り速度Ｖを推定する。 In step 122, the water pool speed V of the fuel cell stack 201 is estimated.

燃料電池スタック２０１の水溜り速度Ｖはステップ１２０で検出した燃料電池スタック２０１の電流Ｉとステップ１２１で検出した燃料電池スタック２０１の温度Ｔｓと相関がある。制御部２０９には、燃料電池スタック２０１の電流Ｉと温度Ｔｓに対応する燃料電池スタック２０１の水溜り速度Ｖの関係が規定されたマップ或いは計算式が制御部２０９に内部データとして記憶領域に格納されている。 The water pool speed V of the fuel cell stack 201 has a correlation with the current I of the fuel cell stack 201 detected at step 120 and the temperature T s of the fuel cell stack 201 detected at step 121. In the control unit 209, a map or a calculation formula that defines the relationship between the water pool velocity V of the fuel cell stack 201 corresponding to the current I of the fuel cell stack 201 and the temperature T s is stored in the storage area as internal data in the control unit 209. Stored.

この内部データは、実験やシミュレーションを通じて、種々の燃料電池スタック２０１の電流Ｉと温度Ｔｓ毎に燃料電池スタック２０１の水溜り速度Ｖを予め取得することにより作成することができる。 This internal data can be made by through experimentation or simulation in advance to obtain the puddle velocity V of the fuel cell stack 201 for each current I and the temperature T s of the various fuel cell stack 201.

このステップ１２２では、内部データを参照した上で、燃料電池スタック２０１の電流Ｉと温度Ｔｓに基づいてスタック水溜り速度Ｖを推定する。 In this step 122, after referring to the internal data, the stack water pool speed V is estimated based on the current I and the temperature T s of the fuel cell stack 201.

ステップ１２３は、ステップ１２２で推定したスタック水溜り速度Ｖを積算することにより燃料電池スタック２０１の水分滞留量Ａを推定する。   In step 123, the water retention amount A of the fuel cell stack 201 is estimated by integrating the stack water pool speed V estimated in step 122.

ステップ１２４において、ステップ１２３で推定した燃料電池スタック２０１の水分滞留量Ａが所定値Ａ０以上か判定する。 In step 124, the water retention amount A of the fuel cell stack 201 estimated in step 123 it is determined whether the predetermined value A 0 or more.

ステップ１２４において肯定判定された場合、すなわち燃料電池スタック２０１の水分滞留量Ａが所定値Ａ０以上である場合にはステップ１２５で燃料電池スタック２０１の電流Ｉを検出し、ステップ１２６に進む。 If the determination is positive at step 124, that is, if the water retention amount A of the fuel cell stack 201 is the predetermined value A 0 or detects the current I of the fuel cell stack 201 at step 125, the process proceeds to step 126.

一方、ステップ１２４において否定判定された場合、すなわち燃料電池スタック２０１の水分滞留量Ａが所定値Ａ０以下である場合には、ステップ１２０に進む。 On the other hand, if the determination is in the negative in step 124, that is, if the water retention amount A of the fuel cell stack 201 is less than the predetermined value A 0, the process proceeds to step 120.

なお所定値Ａ０は水パージ運転を行うかどうかの閾値であるが、気液分離装置２１０の気液分離性能や燃料電池スタック２０１の発電への影響を考慮して実験やシミュレーションを通じて設定されている。 The predetermined value A0 is a threshold value for determining whether or not to perform the water purge operation, and is set through experiments and simulations in consideration of the gas-liquid separation performance of the gas-liquid separator 210 and the influence on the power generation of the fuel cell stack 201. Yes.

なお、ここで言う気液分離装置２１０の気液分離性能や発電への影響とは、燃料電池スタック２０１の水分滞留量Ａが多すぎるとフラッディングにより電圧出力の低下を起こしたり、水パージ運転時に燃料電池スタック２０１からの排水量が多すぎて、気液分離能力が足りなくなるなどの問題が発生するといったことが挙げられる。 Note that the gas-liquid separation performance of the gas-liquid separator 210 and the influence on power generation are as follows. If the water retention amount A of the fuel cell stack 201 is too large, the voltage output is reduced due to flooding, or during the water purge operation. For example, the amount of drainage from the fuel cell stack 201 is so large that problems such as insufficient gas-liquid separation capability occur.

ステップ１２５〜１３８は、図５のステップ１０〜２３と同じである。 Steps 125 to 138 are the same as steps 10 to 23 in FIG.

ステップ１３９は、気液分離装置２１０に溜まる水分量である残水量Ｂを推定する流入水量推定手段である。残水量Ｂは、気液分離装置２１０の流入水流量の時間積分値から排水弁２１１の流量計２５２検出値の時間積分値を差し引くことで推定する。   Step 139 is an inflow water amount estimation means for estimating a residual water amount B that is a water amount accumulated in the gas-liquid separator 210. The residual water amount B is estimated by subtracting the time integral value of the flow meter 252 detected value of the drain valve 211 from the time integral value of the inflow water flow rate of the gas-liquid separator 210.

ステップ１４０において、気液分離装置２１０の残水量Ｂが、所定値Ｂ０以上か判定する。 In step 140, residual water content B of the gas-liquid separator 210, determines whether the predetermined value B 0 or more.

ステップ１４０において肯定判定された場合、すなわち気液分離装置２１０の残水量Ｂが所定値Ｂ０以上である場合にはステップ１４１にて可変容量ポンプ２１２の運転を停止させる。 If the determination is positive at step 140, i.e. residual water content B of the gas-liquid separation device 210 in the case where the predetermined value B 0 or stops the operation of the variable displacement pump 212 in step 141.

一方、ステップ１４０において否定判定された場合、すなわち気液分離装置２１０の残水量Ｂが所定値Ｂ０以下である場合にはステップ１２６に進み、排出ガスのアノード要求循環流量Ｑ０は一度最大値にリセットされる。 On the other hand, if the determination is in the negative in step 140, that is, when the residual water content B of the gas-liquid separator 210 is less than the predetermined value B 0 the process proceeds to step 126, the anode request circulation rate Q 0 once the maximum value of the exhaust gas Reset to.

なお所定値Ｂ０は燃料電池スタック２０１の水パージ運転を行うかどうかの閾値であるが、気液分離装置２１０の気液分離性能や発電への影響を考慮して実験やシミュレーションを通じて設定されている。 The predetermined value B 0 is a threshold value for determining whether or not to perform the water purge operation of the fuel cell stack 201, and is set through experiments and simulations in consideration of the gas-liquid separation performance of the gas-liquid separator 210 and the influence on power generation. Yes.

以上、本実施形態により、水パージ運転の実施可否を気液分離装置２１０の残水量に応じて判定し、この残水量が大きい場合に水パージ運転を停止するものとし、残水量が小さい場合にはアノード循環流量を増やすものとした。したがって、燃料電池スタック２０１の発電を阻害するアノードへの気液分離装置２１０の液水供給を抑制しながら排出ガスをアノードへ供給することになるため、燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 As described above, according to the present embodiment, whether or not the water purge operation can be performed is determined according to the residual water amount of the gas-liquid separator 210, and the water purge operation is stopped when the residual water amount is large, and the residual water amount is small. Increased the anode circulation flow rate. Therefore, since the exhaust gas is supplied to the anode while suppressing the liquid water supply of the gas-liquid separation device 210 to the anode that inhibits the power generation of the fuel cell stack 201, a decrease in the power generation output of the fuel cell 201 is avoided. be able to.

さらに、本実施の形態により、燃料電池スタック２０１の液水滞留量に応じて燃料電池スタック２０１の水パージ運転の実施可否を判定するものとした。そのため燃料電池スタック２０１内の液水が滞留過多となって燃料電池の発電を阻害ことを回避することがでる。したがって燃料電池２０１の発電出力の低下を回避することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, whether or not the water purge operation of the fuel cell stack 201 can be performed is determined according to the liquid water retention amount of the fuel cell stack 201. Therefore, it can be avoided that the liquid water in the fuel cell stack 201 is excessively retained and obstructs the power generation of the fuel cell. Therefore, a decrease in the power generation output of the fuel cell 201 can be avoided.

燃料電池スタックの説明図Illustration of fuel cell stack 第１の実施形態におけるブロック図Block diagram in the first embodiment 第１の実施形態における制御部システム図Control unit system diagram in the first embodiment 燃料電池本体水パージ制御の説明図Explanatory drawing of fuel cell main body water purge control 第１の実施形態におけるフローチャートFlowchart in the first embodiment ガス密度と排出ガスのアノード循環流量と可変容量ポンプ圧力差との関係Relationship between gas density, exhaust gas anode circulation flow rate and variable displacement pump pressure difference 液水流入流量/燃料電池本体排水流量と排出ガスアノード循環流量と燃料電池スタック電流との関係Relationship between liquid water inflow flow rate / fuel cell drainage flow rate, exhaust gas anode circulation flow rate, and fuel cell stack current 液水流入流量/燃料電池本体排水流量と排出ガスアノード循環流量とガス密度との関係Relationship between liquid water inflow rate / fuel cell body drainage flow rate, exhaust gas anode circulation flow rate, and gas density アノード再流入水量許容値と燃料電池スタック電流の関係Relationship between anode reflow water tolerance and fuel cell stack current 排出ガスアノード循環流量とアノード再流入水流量許容値と燃料電池スタック電流との関係Relationship between exhaust gas anode circulation flow rate, anode re-inflow water flow tolerance and fuel cell stack current 排出ガスアノード循環流量とアノード再流入水流量許容値とガス密度との関係Relationship between exhaust gas anode circulation flow rate, anode re-inflow water flow tolerance and gas density 第２の実施形態におけるブロック図Block diagram in the second embodiment 第２の実施形態における制御部システム図Control unit system diagram in the second embodiment 第２の実施形態におけるフローチャートFlowchart in the second embodiment 第３の実施形態におけるブロック図Block diagram in the third embodiment 第３の実施形態における制御部システム図Control unit system diagram in the third embodiment 第３の実施形態におけるフローチャートFlowchart in the third embodiment 第４の実施形態におけるブロック図Block diagram in the fourth embodiment 第４の実施形態における制御部システム図Control unit system diagram in the fourth embodiment 第４の実施形態におけるフローチャートFlowchart in the fourth embodiment 第５の実施形態におけるブロック図Block diagram in the fifth embodiment 第５の実施形態における制御部システム図Control unit system diagram according to the fifth embodiment 第５の実施形態におけるフローチャートFlowchart in the fifth embodiment

符号の説明Explanation of symbols

２０１…燃料電池スタック
２０３…カソード
２０４…アノード
２０５…燃料電池セル
２０９…制御部（ポンプ制御手段、ガスパージ弁制御手段）
２１０…気液分離装置
２１１…排水弁
２１２…可変容量ポンプ
２１５…ガスパージ弁
２１７…循環路
２２３…電流センサ(電流検出手段)
２２５…負荷センサ(負荷検出手段)
２３１…セル電圧センサ(セル電圧検出手段)
１００６、２００６,３００６、４００６、５００６…密度推定手段
１００７、２００７、３００７、４００７、５００７…排水流量を推定する手段
１００８、２００８、３００８、４００８、５００８…流入水流量を推定する手段
５０１２…水分滞留量推定手段
５０１３…残水量推定手段 201 ... Fuel cell stack 203 ... Cathode 204 ... Anode 205 ... Fuel cell 209 ... Control unit (pump control means, gas purge valve control means)
210 ... Gas-liquid separator 211 ... Drain valve 212 ... Variable displacement pump 215 ... Gas purge valve 217 ... Circulation path 223 ... Current sensor (current detection means)
225 ... Load sensor (load detection means)
231 ... Cell voltage sensor (cell voltage detection means)
1006, 2006, 3006, 4006, 5006 ... Density estimation means 1007, 2007, 3007, 4007, 5007 ... Means for estimating drainage flow rate 1008, 2008, 3008, 4008, 5008 ... Means for estimating inflow water flow rate 5012 ... Moisture retention Amount estimating means 5013 ... Residual water amount estimating means

Claims (8)

アノードに水素含有ガスが供給され、カソードに酸化ガスが供給されて発電する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックと、
前記アノードから排出される排出ガスを可変容量ポンプにより再度前記アノードに供給するための循環路と、
当該循環路の前記可変容量ポンプの上流側に設けて前記排出ガスから水分を分離する気液分離装置と、
当該気液分離装置で分離した水分を排出する排水弁と、
前記可変容量ポンプの容量を制御するポンプ制御手段と、
を有する燃料電池装置において、
前記気液分離装置に流入する水分の流量である流入水流量を推定する手段と、
前記燃料電池スタックから排出した水分の流量である排水流量を推定する手段と、を有し、
前記ポンプ制御手段は、
前記流入水流量と前記排水流量との差が大きいほど前記可変容量ポンプの容量を減少させる、
燃料電池装置。 A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by supplying a hydrogen-containing gas to an anode and an oxidizing gas to a cathode are stacked; and
A circulation path for supplying exhaust gas discharged from the anode to the anode again by a variable displacement pump;
A gas-liquid separator provided on the upstream side of the variable displacement pump in the circulation path to separate moisture from the exhaust gas;
A drain valve for discharging the water separated by the gas-liquid separator;
Pump control means for controlling the capacity of the variable displacement pump;
In a fuel cell device having
Means for estimating an inflow water flow rate that is a flow rate of water flowing into the gas-liquid separator;
A drainage flow rate that is a flow rate of water discharged from the fuel cell stack, and
The pump control means includes
The capacity of the variable displacement pump is reduced as the difference between the inflow water flow rate and the drainage flow rate is larger.
Fuel cell device. 請求項１に記載の燃料電池装置において、
前記ポンプ制御手段は、
前記可変容量ポンプの容量の減少量に制限を設ける、
燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 1,
The pump control means includes
Setting a limit on the amount of decrease in the capacity of the variable displacement pump;
Fuel cell device. 請求項１あるいは請求項２に記載の燃料電池装置において、
各前記燃料電池セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記循環路中から前記排出ガス中の不純物を排出するガスパージ弁と、
当該ガスパージ弁の開閉を制御するガスパージ弁制御手段と、を備え、
当該ガスパージ弁制御手段は、
前記セル電圧検知手段により検知された電圧値が低下した場合に前記ガスパージ弁を開ける、燃料電池装置。 In the fuel cell device according to claim 1 or 2,
Cell voltage detection means for detecting the voltage of each fuel cell;
A gas purge valve for discharging impurities in the exhaust gas from the circulation path;
Gas purge valve control means for controlling opening and closing of the gas purge valve,
The gas purge valve control means
A fuel cell device that opens the gas purge valve when a voltage value detected by the cell voltage detection means decreases. 請求項１から請求項３に記載のいずれかの燃料電池装置において、
前記可変容量ポンプの負荷を検出する負荷検出手段を有し、
前記ポンプ制御手段は、
前記可変容量ポンプの負荷が大きい場合に、前記可変容量ポンプの容量を減少させる、燃料電池装置。 The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3,
Load detecting means for detecting a load of the variable displacement pump;
The pump control means includes
A fuel cell device that reduces the capacity of the variable displacement pump when the load of the variable displacement pump is large. 請求項１から請求項４に記載のいずれかの燃料電池装置において、
前記気液分離装置内の残水量を推定する残水量推定手段を有し、
前記ポンプ制御手段は、
推定した前記残水量が大きい場合に前記可変容量ポンプを駆動させない、燃料電池装置。 The fuel cell device according to any one of claims 1 to 4,
Having a residual water amount estimating means for estimating a residual water amount in the gas-liquid separator,
The pump control means includes
A fuel cell device that does not drive the variable displacement pump when the estimated remaining water amount is large. 請求項１から請求項５に記載のいずれかの燃料電池装置において、
前記燃料電池スタックの水分滞留量を推定する水分滞留量推定手段を有し、
前記ポンプ制御手段は、
前記水分滞留量が多い場合に前記可変容量ポンプを駆動させる、燃料電池装置。 The fuel cell device according to any one of claims 1 to 5,
Having water retention amount estimating means for estimating the water retention amount of the fuel cell stack,
The pump control means includes
A fuel cell device that drives the variable displacement pump when the moisture retention amount is large. アノードに水素含有ガスが供給され、カソードに酸化ガスが供給されて発電する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックと、
前記アノードから排出される排出ガスを可変容量ポンプにより再度前記アノードに供給するための循環路と、
当該循環路の前記可変容量ポンプの上流側に設けて前記排出ガスから水分を分離する気液分離装置と、
当該気液分離装置で分離した水分を排出する排水弁と、
前記可変容量ポンプの容量を制御するポンプ制御手段と、
を有する燃料電池装置において、
前記燃料電池スタックの電流を検出する電流検出手段を有し、
前記ポンプ制御手段は、
前記電流が大きいほど前記可変容量ポンプの容量を減少させる、
燃料電池装置。 A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by supplying a hydrogen-containing gas to an anode and an oxidizing gas to a cathode are stacked; and
A circulation path for supplying exhaust gas discharged from the anode to the anode again by a variable displacement pump;
A gas-liquid separator provided on the upstream side of the variable displacement pump in the circulation path to separate moisture from the exhaust gas;
A drain valve for discharging the water separated by the gas-liquid separator;
Pump control means for controlling the capacity of the variable displacement pump;
In a fuel cell device having
Current detection means for detecting the current of the fuel cell stack;
The pump control means includes
The capacity of the variable displacement pump is reduced as the current increases.
Fuel cell device. アノードに水素含有ガスが供給され、カソードに酸化ガスが供給されて発電する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックと、
前記アノードから排出される排出ガスを可変容量ポンプにより再度前記アノードに供給するための循環路と、
当該循環路の前記可変容量ポンプの上流側に設けて前記排出ガスから水分を分離する気液分離装置と、
当該気液分離装置で分離した水分を排出する排水弁と、
前記可変容量ポンプの容量を制御するポンプ制御手段と、
を有する燃料電池装置において、
前記排出ガスの密度推定手段を有し、
前記ポンプ制御手段は、
前記密度が大きいほど前記可変容量ポンプの容量を減少させる、
燃料電池装置。 A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by supplying a hydrogen-containing gas to an anode and an oxidizing gas to a cathode are stacked; and
A circulation path for supplying exhaust gas discharged from the anode to the anode again by a variable displacement pump;
A gas-liquid separator provided on the upstream side of the variable displacement pump in the circulation path to separate moisture from the exhaust gas;
A drain valve for discharging the water separated by the gas-liquid separator;
Pump control means for controlling the capacity of the variable displacement pump;
In a fuel cell device having
Having exhaust gas density estimating means,
The pump control means includes
Decreasing the capacity of the variable displacement pump as the density increases,
Fuel cell device.
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