JP2018160319A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】アノードオフガスの希釈及び燃料電池の温度制御の両立を図った燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池１１、第１供給流路１２、リサイクル流路１３、第１排出流路１４、開閉弁１５、熱交換器１６、水流路１７、送風ファン１８、合流部１９及び制御器２０を備え、制御器２０は、開閉弁１５を開放してアノードオフガスを排出する前に送風ファン１８の風量を低下し、開閉弁１５を開放してアノードオフガスを排出するときに送風ファン１８の風量を増加する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池のアノードからアノードオフガスを排出する燃料電池システムに関する。

従来の燃料電池システムとして、特許文献１に示す燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、燃料電池に循環する熱媒体を、熱交換用ファンにより送られた空気により熱交換器で冷却している。さらに、この空気により、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを拡散し、アノードオフガスに含まれる水素を希釈している。

特開２０１１−６５９０３号公報

しかしながら、上記特許文献１の従来技術について、アノードオフガスの希釈及び燃料電池の温度制御の両立の観点から未だ改善の余地がある。本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、アノードオフガスの希釈及び燃料電池の温度制御を両立することができる燃料電池システムを提供することを目的としている。

本発明のある態様に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノードに供給される前記燃料ガスが流通する供給流路と、前記アノードから排出されるアノードオフガスが流通し、前記供給流路と接続するリサイクル流路と、前記リサイクル流路から分岐し、前記アノードオフガスが流通する排出流路と、前記排出流路に設けられた開閉弁と、前記燃料電池を冷却する冷却水と空気との間で熱交換させる熱交換器と、前記燃料電池と前記熱交換器との間を前記冷却水が循環する水流路と、前記熱交換器に前記空気を送る送風ファンと、前記排出流路から排出されるアノードオフガスと、前記熱交換器を通過した空気とが合流して外部に排出する合流部と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出する前に前記送風ファンの風量を低下し、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出するときに前記送風ファンの風量を増加する。

本発明は、燃料電池システムにおいてアノードオフガスの希釈及び燃料電池の温度制御を両立することが可能であるという効果を奏する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す機能ブロック図である。 図１に示す燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。 従来の燃料電池システムにおける開閉弁の開閉及び送風ファンの風量調整のタイミング図である。 従来の燃料電池システムにおける燃料電池の温度変化を示すグラフである。 図１の燃料電池システムにおける開閉弁の開閉及び送風ファンの風量調整のタイミング図である。 図１の燃料電池システムにおける燃料電池の温度変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。

（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、燃料電池システムにおけるアノードオフガスの希釈及び燃料電池の温度制御の両立について鋭意検討をした。その中で、本発明者等は従来技術には下記のような問題があることを見出した。

上記特許文献１の燃料電池システムでは、アノードオフガスの排出（パージ）時には熱交換器用ファンを最大回転数で駆動している。これにより、熱交換器用ファンによる空気でアノードオフガスを拡散し、アノードオフガス中の水素を希釈している。

しかしながら、熱交換器用ファンを最大回転数で駆動すると、熱交換器用ファンによる空気により熱媒体の温度が下がり過ぎる。これにより、熱媒体が通過する燃料電池を所定の温度範囲に保つことができない場合がある。

これに対して、燃料電池を所定の温度範囲に維持するため、熱交換器用ファンの回転数を下げると、それに伴い熱交換器用ファンによる空気の量が減少する。このため、アノードオフガスの水素濃度が所定値以下になるようにアノードオフガスを熱交換器用ファンによる空気で十分に希釈できない問題が生じる。

そこで、本発明者等は、アノードオフガスを排出する前に送風ファンの風量を低下し、アノードオフガスを排出するときに送風ファンの風量を増加することにより、アノードオフガスの希釈及び燃料電池の温度制御の両立を図っている。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

本発明の実施の第１態様に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノードに供給される前記燃料ガスが流通する供給流路と、前記アノードから排出されるアノードオフガスが流通し、前記供給流路と接続するリサイクル流路と、前記リサイクル流路から分岐し、前記アノードオフガスが流通する排出流路と、前記排出流路に設けられた開閉弁と、前記燃料電池を冷却する冷却水と空気との間で熱交換させる熱交換器と、前記燃料電池と前記熱交換器との間を前記冷却水が循環する水流路と、前記熱交換器に前記空気を送る送風ファンと、前記排出流路から排出されるアノードオフガスと、前記熱交換器を通過した空気とが合流して外部に排出する合流部と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出する前に前記送風ファンの風量を低下し、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出するときに前記送風ファンの風量を増加する。

この構成によれば、排出流路から排出されるアノードオフガスと、熱交換器を通過した空気とが、合流部において合流することにより、アノードオフガスを空気により十分に希釈して合流部から外部へ排出することができる。また、送風ファンによる送風を、冷却水の冷却及びアノードオフガスの希釈の両方に用いることができる。さらに、アノードオフガスの排出前に送風ファンの風量の低下によって、送風ファンの送風により冷却される冷却水及びこれにより冷却される燃料電池の温度を上昇させている。そして、アノードオフガスの排出時にこの高くなった温度から冷却水及び燃料電池の温度が送風ファンの風量の増加によって低下するため、燃料電池が冷え過ぎることを防止し、燃料電池を適切に温度制御することができる。

本発明の実施の第２態様に係る燃料電池システムは、第１の態様において、前記供給流路は第１供給流路であり、前記排出流路は第１排出流路であり、前記燃料電池のカソードに供給される前記酸化剤ガスが流通する第２供給流路と、前記カソードから排出されるカソードオフガスが流通する第２排出流路と、をさらに備え、前記合流部において前記アノードオフガス、前記空気及び前記第２排出流路から排出されるカソードオフガスが合流して外部に排出されてもよい。この構成によれば、合流部にカソードオフガスを排出することにより、空気に加えてカソードオフガスによりアノードオフガスを十分に希釈して合流部から外部へ排出することができる。

本発明の実施の第３態様に係る燃料電池システムは、第１又は第２の態様において、前記制御器は、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出するときに前記送風ファンの風量を増加し、さらに前記開閉弁を閉鎖して前記アノードオフガスの排出を停止するときに前記送風ファンの風量を減少してもよい。この構成によれば、アノードオフガスの排出後に送風ファンの風量を低下させることにより、アノードオフガスの排出時の風量の増加により低下した燃料電池の温度を速やかに上昇させて、燃料電池の温度変動を抑制することができる。

本発明の実施の第４態様に係る燃料電池システムは、第１〜３のいずれかの態様において、前記制御器は、前記燃料電池の出力が小さいほど、前記開閉弁を開放する前に、前記送風ファンの風量を減少する時間を長くしてもよい。この構成によれば、燃料電池の出力が小さく、送風ファンの風量の減少に対する燃料電池の温度応答性が遅い場合であっても、送風ファンの風量を減少する時間を長くすることにより、送風ファンの送風により冷却される冷却水及びこれにより冷却される燃料電池の温度変動を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
＜構成＞
実施の形態１に係る燃料電池システム１０について、図１を参照して説明する。燃料電池システム１０は、燃料電池１１、供給流路（第１供給流路）１２、リサイクル流路１３、排出流路（第１排出流路）１４、開閉弁１５、熱交換器１６、水流路１７、送風ファン１８、合流部１９及び制御器２０を備えている。燃料電池システム１０は、この他に、第１循環器２１及び第２循環器２２を備えていてもよい。

燃料電池１１は、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを電気化学的に反応させて、電気を発生する装置である。燃料電池１１は、複数のセルが積層されたスタック（図示せず）を備えている。セルは、高分子電解質膜を用いた電解質、及びこれを挟む一対の電極（アノード、カソード）により構成されている。セルには、アノードに燃料ガスを供給するアノード流路、及びカソードに酸化剤ガスを供給するカソード流路が備えられている。

第１供給流路１２は、燃料電池１１のアノードに供給される燃料ガスが流通する流路であって、燃料電池１１のアノード流路の入口に接続している。この燃料ガスは、水素又は水素を含有するガスであって、例えば、都市ガス等の原料ガスを改質器（図示せず）にて改質反応して得られる改質ガス、及び、水電解等から得られる水素が用いられる。なお、第１供給流路１２には、燃料ガスを加湿する加湿器（図示せず）が設けられていてもよい。

第１供給流路１２には、燃料ガス供給器（図示せず）を設けてもよい。例えば、燃料電池１１に供給される燃料ガスの圧力が燃料電池１１を流れる燃料ガスの圧力損失よりも低い場合、燃料供給器によって燃料ガスは昇圧して燃料電池１１へ供給することができる。さらに、燃料ガス供給器は、燃料ガスの圧力を調整できる圧力調整器を備えていてもよい。これにより、例えば、燃料ガスの供給源に水素タンク等が用いられて、燃料電池１１に供給される燃料ガスの圧力が燃料ガスの圧力損失より高い場合、圧力調整器によって所定の圧力に燃料ガスを調整して燃料電池１１に供給することができる。

リサイクル流路１３は、燃料電池１１のアノードから排出されたアノードオフガスが流通する流路であって、燃料電池１１のアノード流路の出口と第１供給流路１２とを接続している。これにより、リサイクル流路１３、この接続点よりも下流側の第１供給流路１２、及び、燃料電池１１のアノード流路により循環流路が形成される。

燃料電池１１のアノード流路から排出されるアノードオフガスにはまだ未利用の水素が含まれているため、この水素を燃料電池１１で再利用することができる。よって、アノード流路から排出されたアノードオフガスを燃料ガスとしてリサイクル流路１３から第１供給流路１２へ流入させ、リサイクル流路１３の接続点よりも上流側の第１供給流路１２を流通してきた燃料ガスと混合させ、燃料電池１１のアノード流路に供給している。このようにして、アノードオフガスはリサイクル流路１３、第１供給流路１２及びアノード流路から成る循環流路を循環する。

第１循環器２１は、リサイクル流路１３に設けられ、且つ、リサイクル流路１３を流通するアノードオフガスを第１供給流路１２へ流入させるための機器であって、一般的には昇圧ポンプ等が用いられる。第１循環器２１には、例えば、入力電圧によりアノードオフガスの流量を調整できる電磁誘導式のダイアフラムポンプが用いられる。

第１排出流路１４は、リサイクル流路１３から分岐して合流部１９へ延び、且つ、アノードオフガスが流通する流路である。第１排出流路１４は、第１循環器２１よりも上流側のリサイクル流路１３に接続し、合流部１９を介して燃料電池システム１０の外部と連通している。

開閉弁１５は、第１排出流路１４に設けられ、例えば、ソレノイド式の電磁弁が用いられる。開閉弁１５が開放され開状態にされることにより、リサイクル流路１３を流れるアノードオフガス及び凝縮水等の不純物がリサイクル流路１３から第１排出流路１４を介して開閉弁１５を通り外部へ排出される。

水流路１７は、燃料電池１１の温度を所定の目標温度に維持するための冷却水が流通する流路であり、燃料電池１１及び熱交換器１６を貫通し、燃料電池１１と熱交換器１６との間を循環している。水流路１７には、燃料電池１１、第２循環器２２及び熱交換器１６が設けられ、必要に応じて温度検知器や流量計等（図示せず）が設けられてもよい。

第２循環器２２は、水流路１７を流通する冷却水を燃料電池１１と熱交換器１６との間で循環させる機器であって、例えば、ポンプである。第２循環器２２は、例えば、制御器２０からの制御信号に応じて水流路１７を循環する冷却水の流量を調整できる機能（流量調整機能）を有している。なお、流量調整機能は第２循環器２２に内蔵されていてもよいし、流量調整機能を有する部品として第２循環器２２とは別に設けられていてもよい。

熱交換器１６は、燃料電池１１を流通する冷却水と、大気中の空気との間で熱交換をさせる機器である。例えば、熱交換器１６としては、フィンアンドチューブ型のラジエータが挙げられる。この場合、熱交換器１６から排出された冷却水の熱は大気に放出され、冷却水が冷却される。なお、熱交換器１６はいずれの型式でも構わない。

送風ファン１８は、熱交換器１６に空気を送るファンである。送風ファン１８は、熱交換器１６側に向かって空気を引き入れる吸い込み型であってもよいし、熱交換器１６側に向かって空気を送る吹きつけ型であってもよい。送風ファン１８により空気が熱交換器１６に導入されて、熱交換器１６における放熱効果が促進される。これにより、熱交換器１６のサイズを維持又は小さくすることができる。また、送風ファン１８の風量（ｍ³／ｍｉｎ）は可変であって、制御器２０により制御される。例えば、燃料電池１１の入口の水流路１７に第１温度センサ１７ａが設けられており、この第１温度センサ１７ａにより検知される燃料電池１１の入口の冷却水の温度等に基づいて送風ファン１８の風量が調整される。

合流部１９は、第１排出流路１４から排出されたアノードオフガスと、熱交換器１６を通過した空気とが合流して外部に排出するよう構成されている。例えば、合流部１９は、筐体２３内に設けられた空間であって、熱交換器１６に隣接し、第１排出流路１４に連通し、開口部２３ａを介して外部に開放され、合流部１９内に送風ファン１８が設けられている。

制御器２０は、ＣＰＵ等の演算部（図示せず）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部（図示せず）を備えている。記憶部には燃料電池システム１０の基本プログラム及び各種固定データ等の情報が記憶されており、演算部はこの基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、制御器２０は各部の動作を制御する。なお、制御器２０は、集中制御する単独の制御器２０によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御器２０によって構成されていてもよい。

＜運転方法＞
燃料電池システム１０の運転方法について、図２及び図３を参照して説明する。この運転方法は、制御器２０により制御されている。ここでは、熱交換器１６にラジエータを用いた場合について説明する。

まず、燃料電池１１の運転状態などに応じてアノードオフガスの排出（パージ）命令が出力されると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御器２０は送風ファン１８による空気の冷却量が希釈量以上か否かを判定する（ステップＳ２）。この冷却量は、燃料電池１１を所定温度に冷却するために冷却水を冷却するのに必要な送風ファン１８の風量であって、第１温度センサ１７ａによる検知温度に基づいて調整される。希釈量は、排出されたアノードオフガスの水素濃度が所定値よりも低下させるためにアノードオフガスを希釈するのに必要な送風ファン１８の風量であって、例えば、最大風量である。

燃料電池１１の発電量が多いほど、燃料電池１１を冷却する冷却水に対して高い冷却能力が必要になるため、冷却水を冷却する空気の流量（冷却量）が多くなる。この冷却量が希釈量以上になれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、冷却量で希釈量を賄うことができ、この冷却量の空気で冷却水を冷却し、かつ、冷却後の空気によりアノードオフガスを十分に希釈することができる。

このため、送風ファン１８により冷却量の空気を送りながら、第１排出流路１４の開閉弁１５を開放してパージを開始する（ステップＳ３）。これにより、第１排出流路１４が合流部１９に連通し、燃料電池１１から排出されたアノードオフガスが第１排出流路１４により合流部１９へ流出する。この合流部１９では、送風ファン１８により冷却量の空気が熱交換器１６へ送られた後、熱交換器１６を通過して合流部１９へ放出される。この空気によりアノードオフガスが希釈されて、アノードオフガスの水素濃度が所定値以下に低下する。そして、希釈されたアノードオフガスは開口部２３ａを介して合流部１９から外部へ流出する。

この開閉弁１５の開放からの経過時間が所定時間に達する等、燃料電池システム１０からアノードオフガスが排出される所定条件が具備されると（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部は開閉弁１５を閉鎖する（ステップＳ５）。これにより、アノードオフガスのパージ処理が終了する。

一方、ステップＳ２において、例えば、燃料電池１１の発電量が小さく、送風ファン１８による冷却量が希釈量よりも少なければ（ステップＳ２：ＮＯ）、冷却量で希釈量を賄うことができない。ただし、空気によりアノードオフガスを十分に希釈する必要があるため、アノードオフガスのパージ時には送風ファン１８は希釈量を送風しなければならない。

このため、制御器２０は、開閉弁１５を開放してアノードオフガスを排出する前に、送風ファン１８の風量を低下し、開閉弁１５を開放してアノードオフガスを排出するときに、送風ファン１８の風量を増加する。これにより、アノードオフガスの希釈及び燃料電池１１の温度制御を両立することができる。

つまり、通常、図３Ａに示すように、点Ａ１でアノードオフガスのパージ命令が出力されると、第１排出流路１４の開閉弁１５を開放してパージを開始すると共に、送風ファン１８の風量を希釈量に上昇させる。そして、点Ａ２で開閉弁１５を閉鎖してパージを終了すると共に、送風ファン１８の風量を冷却量に減少する。

このように、点Ａ１のアノードオフガスのパージ開始時には、開閉弁１５を開放により第１排出流路１４を介してアノードオフガスが合流部１９へ排出されると共に、送風ファン１８の風量の上昇により合流部１９へ供給される風量が希釈量に増加する。これにより、合流部１９においてアノードオフガスが送風ファン１８による空気により希釈されて、合流部１９から外部へ排出される。

しかしながら、送風ファン１８の風量が増加するに伴い、送風ファン１８の送風により熱交換器１６において水流路１７の冷却水が冷却される。これにより、図３Ｂに示すように、冷却水により冷却される燃料電池１１の温度が、目標温度の最低温度Ｔ２よりも低下してしまう。目標温度は、例えば、燃料電池１１の発電量に応じた所定の温度であって、幅のある温度であってもよい。この場合、目標温度の中心温度Ｔ０は５２℃であり、目標温度の最高温度Ｔ１は５４℃であり、目標温度の最低温度Ｔ２は５０℃である。

これに対して、図１に示す燃料電池システム１０では、図４Ａに示すように、点Ｂ１のアノードオフガスのパージ命令に応じて、第１排出流路１４の開閉弁１５を開放せずに、送風ファン１８の風量を、パージ命令時の風量等の減少前の風量よりも減少させる（ステップＳ６）。この風量の減少は、送風ファン１８の停止も含む。これにより、送風ファン１８の送風により冷却される冷却水の温度低下が少なくなるため、冷却水による燃料電池１１に対する冷却能力が低下し、図４Ｂに示すように、燃料電池１１の温度が上昇する。

そして、制御器２０は、例えば、所定時間の経過、又は、冷却水の所定温度への到達等の所定条件が具備されるか否かを判定する（ステップＳ７）。この所定時間は、燃料電池１１の温度が所定の目標温度の最高温度Ｔ１に達するまでの時間である。また、所定の温度は、目標温度の最高温度Ｔ１以下の温度である。

所定条件が具備されると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御器２０は第１排出流路１４の開閉弁１５を開放しパージを開始する（ステップＳ８）。これと同時又は同等のタイミングで、制御器２０は送風ファン１８の風量を希釈量に増加する（ステップＳ９）。これにより、送風ファン１８の風量は、パージ命令時の風量等の点Ｂ１における減少前の風量よりも上昇し、例えば、最大風量になる。

これにより、図４Ａの点Ｂ２において開閉弁１５を開放により第１排出流路１４を介してアノードオフガスが合流部１９へ排出されると共に、送風ファン１８の風量の上昇により合流部１９へ供給される風量が希釈量になる。このため、合流部１９においてアノードオフガスが送風ファン１８による空気により十分に希釈され、アノードオフガスの水素濃度が低下されて、合流部１９から外部へ排出される。

また、図４Ｂに示すように、送風ファン１８の風量の上昇に伴い、送風ファン１８の送風により冷却される冷却水及びこれにより冷却される燃料電池１１の温度が低下していく。ここで、送風ファン１８の風量の上昇前に、一旦、風量を減少しているため、燃料電池１１の温度が目標温度よりも高くなっている。ここから、送風ファン１８の大きな風量により燃料電池１１が目標温度よりも低い温度へ冷却される。このため、燃料電池１１の温度は目標温度を中心に上下動するため、目標温度よりも低下することが防止され、燃料電池１１の適切な温度制御が可能になる。

そして、所定時間の経過等、所望量のアノードオフガスを排出したと判定されたら（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、図４Ａの点Ｂ３において開閉弁１５を閉じる（ステップＳ１１）。これにより、アノードオフガスのパージ処理が終了する。

一方、ステップＳ１において、アノードオフガスのパージ命令が出力されていないと（ステップＳ１：ＮＯ）、燃料電池１１の温度が目標温度になるように第１温度センサ１７ａによる冷却水の温度に応じて送風ファン１８の風量がフィードバック制御される。例えば、燃料電池１１の温度が目標温度であれば（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、送風ファン１８の風量を変化させずにその風量に維持して、ステップＳ１の処理に戻る。一方、燃料電池１１の温度が目標温度よりも低ければ（ステップＳ１２：ＮＯ、ステップＳ１３：ＹＥＳ）、燃料電池１１を冷却する冷却水の冷却能力を下げるために、冷却水を冷却する送風ファン１８の風量を減少する（ステップＳ１４）。これに対し、燃料電池１１の温度が目標温度以上であれば（ステップＳ１２：ＮＯ、ステップＳ１３：ＮＯ）、燃料電池１１を冷却する冷却水の冷却能力を上げるために、冷却水を冷却する送風ファン１８の風量を増加する（ステップＳ１５）。そして、ステップＳ１の処理に戻る。

（実施の形態２）
本発明の実施の第２態様に係る燃料電池システム１０は、燃料電池システム１０は、図１に示すように、第２供給流路２４及び第２排出流路２５をさらに備えていている。

第２供給流路２４は、燃料電池１１のカソードに供給される酸化剤ガスが流通する流路であって、燃料電池１１のカソード流路の入口に接続している。酸化剤ガスには、例えば空気を用いることができ、この場合、空気を燃料電池１１へ供給するための酸化剤ガス供給器（図示せず）が第２供給流路２４に設けられていてもよい。酸化剤ガス供給器には、例えば、コンプレッサー及び電磁誘導式のダイアフラムポンプが用いられる。なお、第２供給流路２４には酸化剤ガスを加湿する加湿器が設けられていてもよい。

第２排出流路２５は、燃料電池１１のカソードから排出されたカソードオフガスが流通する流路であって、燃料電池１１のカソード流路の出口に接続し、合流部１９に連通している。このため、カソードオフガスは、合流部１９に放出される。これにより、合流部１９においてアノードオフガスが送風ファン１８の空気に加えてカソードオフガスによっても希釈される。よって、アノードオフガスの水素濃度が所定値以下に十分に低下されて、開口部２３ａを介して合流部１９から外部へ流出する。

（実施の形態３）
本発明の実施の第３態様に係る燃料電池システム１０では、制御器２０は、開閉弁１５を開放してアノードオフガスを排出するときに、送風ファン１８の風量を増加し、さらに開閉弁１５を閉鎖してアノードオフガスの排出を停止するときに、送風ファン１８の風量を減少する。

この場合、図５に示すフローでは、制御器２０は、図２に示したステップＳ１〜Ｓ１５の各処理を実行し、さらに、ステップＳ１１の処理の後にステップＳ２０において送風ファン１８の風量を減少する処理を行う。図５のＳ１〜Ｓ１５の各処理は図２のステップＳ１〜Ｓ１５の各処理と同様であるため、その説明を省略する。

図４Ａの点Ｂ３において、開閉弁１５を閉じ（ステップＳ１１）、これと同時、あるいは同等のタイミングで、送風ファン１８の風量をアノードオフガスのパージ前の風量、あるいは所定の風量になるように減少させる（ステップＳ２０）。これにより、図４Ｂの点Ｂ２〜点Ｂ３のアノードオフガスのパージ時に送風ファン１８の風量の増加によって燃料電池１１の温度が低下している。これに対し、図４Ｂの点Ｂ３のパージの終了後に風量を低下するため、燃料電池１１の温度が速やかに上昇し、燃料電池１１の温度変動をより低減することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の第４態様に係る燃料電池システム１０では、制御器２０は、燃料電池１１の出力が小さいほど、開閉弁１５を開放する前に、送風ファン１８の風量を減少する時間を長くする。

発明者らの知見によると、燃料電池１１の出力が小さいほど、燃料電池１１の発熱量が小さくなるため、送風ファン１８の風量を低下させた際の燃料電池１１の温度応答性が低下する。

例えば、燃料電池１１の出口の水流路１７に第２温度センサ１７ｂが設けられており、第２温度センサ１７ｂにより検知される燃料電池１１の出口の冷却水が検知される。この第２温度センサ１７ｂの温度に基づいて第２循環器２２が制御され、第２循環器２２により水流路１７を流通する冷却水の流量が調整されている。この際、燃料電池１１の発熱量が小さいほど、燃料電池１１の出口の冷却水の温度が低くなり、第２循環器２２による冷却水の流量が低下する。よって、熱交換器１６の熱容量に対して冷却水の流量が少ないため、熱交換器１６の温度応答が遅く、冷却水の熱交換器１６の出口の温度応答も遅い。これに伴って、燃料電池１１の温度上昇速度も遅くなるため、燃料電池１１の温度応答性が低下する。

これに対して、送風ファン１８の風量を低下させる時間を長くすることにより、パージ前に、燃料電池１１の温度を、例えば、目標温度の中心温度Ｔ０以上で最高温度Ｔ１以下の所定の温度に上昇させることができる。これにより、パージ時に送風ファン１８の風量を増加し、送風ファン１８の送風による冷却水の温度が低下した際にも、冷却水により冷却される燃料電池１１の温度を目標温度の最低温度Ｔ２以上に収めることができる。このように、燃料電池１１の温度変動を低減できる。

（実施の形態５）
本発明の実施の第５態様に係る燃料電池システム１０は、制御器２０は、送風ファン１８の風量を送風ファン１８の回転数により制御する。この風量と回転数との関係は、関係式あるいはマップ等により予め定められている。これにより、送風ファン１８の風量が回転数により直接的に調整されるため、所望の風量を即座に発生させることができるので、より適切な温度制御が行える。

（その他の実施の形態）
なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。例えば、実施の第２態様に係る燃料電池システム１０において、制御器２０は実施の第３、第４及び／又は第５態様と同様に制御してもよい。また、実施の第３態様に係る燃料電池システム１０において、制御器２０は実施の第４及び／又は第５態様と同様に制御してもよい。さらに、実施の第４態様に係る燃料電池システム１０において、制御器２０は実施の第５態様と同様に制御してもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の燃料電池システムは、アノードオフガスの希釈及び燃料電池の温度制御の両立を図った燃料電池システムとして有用である。

１０ ：燃料電池システム
１１ ：燃料電池
１２ ：第１供給流路
１３ ：リサイクル流路
１４ ：第１排出流路
１５ ：開閉弁
１６ ：熱交換器
１７ ：水流路
１８ ：送風ファン
１９ ：合流部
２０ ：制御器
２１ ：第１循環器
２２ ：第２循環器
２４ ：第２供給流路
２５ ：第２排出流路

Claims (4)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池のアノードに供給される前記燃料ガスが流通する供給流路と、
   前記アノードから排出されるアノードオフガスが流通し、前記供給流路と接続するリサイクル流路と、
   前記リサイクル流路から分岐し、前記アノードオフガスが流通する排出流路と、
   前記排出流路に設けられた開閉弁と、
   前記燃料電池を冷却する冷却水と空気との間で熱交換させる熱交換器と、
   前記燃料電池と前記熱交換器との間を前記冷却水が循環する水流路と、
   前記熱交換器に前記空気を送る送風ファンと、
   前記排出流路から排出されるアノードオフガスと、前記熱交換器を通過した空気とが合流して外部に排出する合流部と、
   制御器と、を備え、
   前記制御器は、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出する前に前記送風ファンの風量を低下し、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出するときに前記送風ファンの風量を増加する、燃料電池システム。
2. 前記供給流路は第１供給流路であり、
   前記排出流路は第１排出流路であり、
   前記燃料電池のカソードに供給される前記酸化剤ガスが流通する第２供給流路と、
   前記カソードから排出されるカソードオフガスが流通する第２排出流路と、をさらに備え、
   前記合流部において前記アノードオフガス、前記空気及び前記第２排出流路から排出されるカソードオフガスが合流して外部に排出される、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御器は、前記開閉弁を開放して前記アノードオフガスを排出するときに前記送風ファンの風量を増加し、さらに前記開閉弁を閉鎖して前記アノードオフガスの排出を停止するときに前記送風ファンの風量を減少する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御器は、前記燃料電池の出力が小さいほど、前記開閉弁を開放する前に、前記送風ファンの風量を減少する時間を長くする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

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