JP2023105998A - fuel cell system - Google Patents

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Abstract

To suppress the concentration of fuel gas when fuel off-gas is exhausted to the outside in an idle state.SOLUTION: When the operating state of a fuel cell stack is in the idle state (step S4: YES), a valve continuous opening/closing control process (step S6) in which the opening and closing of a bleed valve is continuously repeated at a predetermined interval is performed such that it is possible to reduce the concentration of fuel gas contained in the fuel off-gas. As a result, it is possible to suppress the concentration of the fuel gas when the fuel off-gas is discharged to the outside in the idle state.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、移動体等に搭載される燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system mounted on a mobile object or the like.

近年、ガソリン車に代わる環境負荷の小さい自動車として、水素を燃料とする燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）が注目されている。燃料電池自動車は、空気（酸素を含む）と燃料ガスである水素ガスとを燃料電池に供給する。燃料電池自動車は、燃料電池における電気化学反応によって発電した電力を利用して電動機を駆動することにより走行する。このため、ガソリン車のようにＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の排出がなく水を排出するだけであり、環境にやさしい自動車とされている。 BACKGROUND ART In recent years, fuel cell vehicles (FCVs) that use hydrogen as a fuel have been attracting attention as vehicles that have a smaller environmental impact than gasoline vehicles. A fuel cell vehicle supplies air (including oxygen) and hydrogen gas, which is fuel gas, to a fuel cell. A fuel cell vehicle runs by driving an electric motor using electric power generated by an electrochemical reaction in a fuel cell. For this reason, unlike gasoline vehicles, they do not emit CO 2 , NOx, SOx, etc., but only water, and are regarded as environment-friendly vehicles.

例えば、特許文献１に記載されているように、このような燃料電池自動車においては、燃料電池のカソード流路からアノード流路に透過してきた窒素（Ｎ２）がアノード流路に蓄積されてくると、前記電気化学反応が阻害されて、燃料電池セルの出力電力を低下させることが知られている。 For example, as described in Patent Document 1, in such a fuel cell vehicle, nitrogen (N 2 ) permeating from the cathode flow path of the fuel cell to the anode flow path accumulates in the anode flow path. It is known that the electrochemical reaction is inhibited when the temperature rises, and the output power of the fuel cell is lowered.

そこで、特許文献１では、燃料電池の燃料オフガスの排気通路に開閉弁を設け、該開閉弁を間欠的に開くことで、前記窒素が含まれる燃料オフガスを間欠的に外部に放出する燃料電池の制御装置に係る技術が開示されている。 Therefore, in Patent Document 1, an on-off valve is provided in the exhaust passage of the fuel off-gas of the fuel cell, and by intermittently opening the on-off valve, the fuel off-gas containing nitrogen is intermittently released to the outside. A technique related to a control device is disclosed.

特開２００５－１０８８０５号公報JP 2005-108805 A

特許文献１では、前記排気通路に設けた前記開閉弁の下流にチャンバ、流量制御弁及びコンバスタを配置して、外部に放出される燃料オフガスの流量が一定になるようにしている。このため、構成並びに制御が複雑になっている。 In Patent Document 1, a chamber, a flow control valve, and a combustor are arranged downstream of the on-off valve provided in the exhaust passage so that the flow rate of the fuel off-gas discharged to the outside is constant. Therefore, the configuration and control are complicated.

一般に、燃料電池システム中の燃料電池スタックの運転状態が発電電力の小さいアイドル状態であるとき、コンプレッサから燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量も少ないことから、この酸化剤ガスの一部を燃料オフガスに混合した排ガス中の燃料ガス濃度が上昇する。 In general, when the operating state of the fuel cell stack in the fuel cell system is an idle state where the generated power is small, the flow rate of the oxidizing gas supplied from the compressor to the fuel cell stack is also low. is mixed with the fuel off-gas, the concentration of the fuel gas in the exhaust gas rises.

しかしながら、特許文献１には、燃料電池システム中の燃料電池スタックの運転状態が前記アイドル状態であるときの外部への排気制御についての記載はない。 However, Patent Document 1 does not describe exhaust control to the outside when the operating state of the fuel cell stack in the fuel cell system is the idle state.

この発明は、上述した課題を解決することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems.

前記の目的を達成するために、この発明の燃料電池システムの態様は、酸化剤ガスと燃料ガスとにより発電する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、前記燃料電池スタックから排出された酸化剤オフガスを流通させる酸化剤オフガス流路と、前記燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを流通させる燃料オフガス流路と、前記酸化剤ガス供給流路と前記燃料オフガス流路とを連通する接続流路と、前記接続流路を開閉する第１開閉弁と、該第１開閉弁の開閉状態を制御する制御装置と、を備え、該制御装置は、前記燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態のとき、前記第１開閉弁の開閉を所定間隔で連続して繰り返す弁連続開閉制御処理を実施する。 In order to achieve the above object, an embodiment of the fuel cell system of the present invention comprises: a fuel cell stack for generating electricity from an oxidizing gas and a fuel gas; and an oxidizing gas supply for supplying the oxidizing gas to the fuel cell stack. a channel, an oxidant offgas channel through which the oxidant offgas discharged from the fuel cell stack flows, a fuel gas supply channel through which the fuel gas is supplied to the fuel cell stack, and a fuel gas discharged from the fuel cell stack. a fuel off-gas channel for circulating the fuel off-gas, a connection channel for communicating the oxidant gas supply channel and the fuel off-gas channel, a first on-off valve for opening and closing the connection channel, the first a control device for controlling the opening/closing state of the on-off valve, wherein the control device continuously repeats opening and closing of the first on-off valve at predetermined intervals when the operating state of the fuel cell stack is in an idle state. Open/close control processing is executed.

この発明によれば、燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態のとき、第１開閉弁の開閉を所定間隔で連続して繰り返す弁連続開閉制御処理を実施することで、燃料オフガスに含まれる燃料ガスの濃度を低下させることができる。これにより、アイドル状態のときに燃料オフガスを外部に排気する際の燃料ガスの濃度を抑制することができる。 According to the present invention, when the operating state of the fuel cell stack is in the idling state, the valve continuous opening/closing control process is performed to continuously repeat the opening/closing of the first opening/closing valve at predetermined intervals. concentration can be reduced. As a result, it is possible to suppress the concentration of the fuel gas when the fuel off-gas is discharged to the outside in the idling state.

図１は、この発明の実施形態に係る燃料電池システムが組み込まれた燃料電池自動車の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell vehicle incorporating a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２は、実施形態に係る燃料電池システムの動作説明に供されるフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system according to the embodiment. 図３Ａは、ブリード弁の弁連続開閉制御処理を示す波形図、図３Ｂは、ブリード弁の弁連続開閉制御処理を行っているときの排気水素濃度の波形図である。FIG. 3A is a waveform diagram showing the valve continuous opening/closing control process of the bleed valve, and FIG. 3B is a waveform diagram of the exhaust hydrogen concentration during the valve continuous opening/closing control process of the bleed valve.

［構成］
図１は、この発明の実施形態に係る燃料電池システム１０が組み込まれた燃料電池自動車１２の概略構成図である。 [composition]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell vehicle 12 incorporating a fuel cell system 10 according to an embodiment of the invention.

燃料電池システム１０は、燃料電池自動車１２以外の船舶、航空機、ロボット等の他の移動体にも組み込み可能である。 The fuel cell system 10 can also be incorporated in other moving bodies such as ships, aircraft, and robots other than the fuel cell vehicle 12 .

燃料電池自動車１２は、該燃料電池自動車１２全体を制御する制御装置１５と、燃料電池システム１０と、該燃料電池システム１０に電気的に接続される出力部１６とから構成される。 The fuel cell vehicle 12 comprises a control device 15 that controls the entire fuel cell vehicle 12 , a fuel cell system 10 , and an output section 16 electrically connected to the fuel cell system 10 .

制御装置１５は、一つではなく、例えば、燃料電池システム１０用と出力部１６用等、二以上の制御装置に分けてもよい。 The control device 15 may be divided into two or more control devices, for example, one for the fuel cell system 10 and one for the output unit 16, instead of one.

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック（単に、燃料電池ともいう）１８と、水素タンク２０と、酸化剤ガス供給装置２２と、燃料ガス供給装置２４と、冷媒供給装置２６とから構成される。 The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack (simply called a fuel cell) 18 , a hydrogen tank 20 , an oxidant gas supply device 22 , a fuel gas supply device 24 and a coolant supply device 26 .

酸化剤ガス供給装置２２には、コンプレッサ（ＣＰ）２８及び加湿器（ＨＵＭ）３０が含まれる。 The oxidant gas supply device 22 includes a compressor (CP) 28 and a humidifier (HUM) 30 .

燃料ガス供給装置２４には、インジェクタ（ＩＮＪ）３２、エジェクタ３４及び気液分離器３６が含まれる。インジェクタ３２は、減圧弁に代替してもよい。 The fuel gas supply device 24 includes an injector (INJ) 32 , an ejector 34 and a gas-liquid separator 36 . The injector 32 may be replaced with a pressure reducing valve.

冷媒供給装置２６には、冷媒ポンプ（ＷＰ）３８及びラジエータ４０が含まれる。 The coolant supply device 26 includes a coolant pump (WP) 38 and a radiator 40 .

出力部１６には、駆動部４２、高電圧の蓄電装置（バッテリ）４４、及びモータ（電動機）４６が含まれる。駆動部４２の負荷には、主機である前記モータ４６の他に補機である前記コンプレッサ２８、その他エアコンプレッサ等の車両補機が含まれる。燃料電池自動車１２は、モータ４６が発生する駆動力により走行する。 The output unit 16 includes a drive unit 42 , a high-voltage power storage device (battery) 44 , and a motor (electric motor) 46 . The load of the drive unit 42 includes the motor 46, which is the main machine, the compressor 28, which is an auxiliary machine, and vehicle auxiliary machines such as an air compressor. The fuel cell vehicle 12 runs with the driving force generated by the motor 46 .

燃料電池スタック１８は、複数の発電セル５０が積層される。発電セル５０は、電解質膜・電極構造体５２と、該電解質膜・電極構造体５２を挟持するセパレータ５３、５４とを備える。 A plurality of power generation cells 50 are stacked in the fuel cell stack 18 . The power generation cell 50 includes an electrolyte membrane/electrode assembly 52 and separators 53 and 54 sandwiching the electrolyte membrane/electrode assembly 52 .

電解質膜・電極構造体５２は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜５５と、前記固体高分子電解質膜５５を挟持するカソード電極５６及びアノード電極５７とを備える。 The electrolyte membrane/electrode assembly 52 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 55 that is a thin film of perfluorosulfonic acid containing water, and a cathode electrode 56 and an anode electrode 57 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 55. Prepare.

カソード電極５６及びアノード電極５７は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）を有する。ガス拡散層の表面に、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が一様に塗布されることにより、電極触媒層（図示せず）が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５５の両面に形成される。 The cathode electrode 56 and the anode electrode 57 have gas diffusion layers (not shown) made of carbon paper or the like. An electrode catalyst layer (not shown) is formed by uniformly coating the surface of the gas diffusion layer with porous carbon particles having a platinum alloy supported thereon. Electrode catalyst layers are formed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 55 .

一方のセパレータ５３の電解質膜・電極構造体５２に向かう面には酸化剤ガス入口連通口１０１と酸化剤ガス出口連通口１０２とを連通するカソード流路（酸化剤ガス流路）５８が形成される。 A cathode flow channel (oxidizing gas flow channel) 58 is formed on one side of the separator 53 facing the electrolyte membrane/electrode assembly 52 to communicate between the oxidizing gas inlet communication port 101 and the oxidizing gas outlet communication port 102 . be.

他方のセパレータ５４の電解質膜・電極構造体５２に向かう面には、燃料ガス入口連通口１０３と燃料ガス出口連通口１０４とを連通するアノード流路（燃料ガス流路）５９が形成される。 An anode channel (fuel gas channel) 59 that communicates the fuel gas inlet communication port 103 and the fuel gas outlet communication port 104 is formed on the surface of the other separator 54 facing the electrolyte membrane electrode assembly 52 .

アノード電極５７では、燃料ガス（水素）が供給されることにより、触媒による電極反応によって水素分子から水素イオンを生じ、該水素イオンが固体高分子電解質膜５５を透過してカソード電極５６に移動する一方、水素分子から電子が解放される。 Fuel gas (hydrogen) is supplied to the anode electrode 57 to generate hydrogen ions from hydrogen molecules through an electrode reaction caused by a catalyst. The hydrogen ions pass through the solid polymer electrolyte membrane 55 and move to the cathode electrode 56 On the other hand, electrons are released from hydrogen molecules.

水素分子から解放された電子は、負極端子１０６から駆動部４２及びモータ４６等の負荷を通じ、正極端子１０８を介してカソード電極５６に移動する。 The electrons released from the hydrogen molecules move from the negative terminal 106 to the cathode electrode 56 via the positive terminal 108 through loads such as the drive unit 42 and the motor 46 .

カソード電極５６では、触媒の作用によって前記水素イオン及び前記電子と、供給された酸化剤ガスに含まれる酸素とが反応して水が生成される。 At the cathode electrode 56, the hydrogen ions and electrons react with the oxygen contained in the supplied oxidant gas by the action of a catalyst to produce water.

正極端子１０８及び負極端子１０６と駆動部４２を接続する配線の間には、発電電圧Ｖｆｃを検出する電圧センサ１１０が設けられる。さらに、正極端子１０８と駆動部４２を接続する配線には、発電電流Ｉｆｃを検出する電流センサ１１２が設けられる。 A voltage sensor 110 that detects the generated voltage Vfc is provided between the wiring that connects the positive electrode terminal 108 and the negative electrode terminal 106 to the drive unit 42 . Furthermore, a current sensor 112 that detects the generated current Ifc is provided on the wiring that connects the positive electrode terminal 108 and the drive unit 42 .

コンプレッサ２８は、蓄電装置４４の電力が駆動部４２を通じて供給されるモータ（不図示）により駆動される機械式の過給器等で構成され、外気取入口１１３から外気（大気、空気）を吸引して加圧し、加湿器３０を通じて燃料電池スタック１８に供給する等の機能を有する。 Compressor 28 is composed of a mechanical supercharger or the like driven by a motor (not shown) to which electric power of power storage device 44 is supplied through drive unit 42 , and sucks outside air (atmosphere, air) from outside air intake 113 . and pressurize it and supply it to the fuel cell stack 18 through the humidifier 30 .

加湿器３０は、流路３１Ａと流路３１Ｂとを有する。流路３１Ａには、コンプレッサ２８により圧縮され高温化されて乾燥した空気（酸化剤ガス）が流通する。流路３１Ｂには、燃料電池スタック１８の酸化剤ガス出口連通口１０２から排出される排出ガスが流通する。 The humidifier 30 has a channel 31A and a channel 31B. Air (oxidant gas) that has been compressed by the compressor 28, heated to a high temperature, and dried flows through the flow path 31A. Exhaust gas discharged from the oxidizing gas outlet communication port 102 of the fuel cell stack 18 flows through the flow path 31B.

ここで、前記排出ガスは、後述する第１開閉弁としてのブリード弁７０の閉弁時には、湿潤な酸化剤オフガス（湿潤なカソードオフガス、湿潤な酸化剤排ガス）とされ、ブリード弁７０の開弁時には、前記湿潤な酸化剤オフガスと燃料オフガス（アノードオフガス、燃料排ガス）が混合された湿潤な排出ガス（オフガス）が流通する。 Here, when the bleed valve 70 as a first on-off valve, which will be described later, is closed, the exhaust gas is turned into a wet oxidant off-gas (wet cathode off-gas, wet oxidant exhaust gas), and the bleed valve 70 is opened. At times, wet exhaust gas (off-gas) in which the wet oxidant off-gas and fuel off-gas (anode off-gas, fuel exhaust gas) are mixed flows.

加湿器３０は、コンプレッサ２８から供給された酸化剤ガスを加湿する機能を有する。すなわち、加湿器３０は、前記排出ガス（オフガス）中に含まれる水分を、流路３１Ｂから内部の多孔質膜を介して流路３１Ａに流通する供給ガス（酸化剤ガス）に移動させて加湿し、加湿した酸化剤ガスを燃料電池スタック１８に供給する。 The humidifier 30 has a function of humidifying the oxidant gas supplied from the compressor 28 . That is, the humidifier 30 moves moisture contained in the exhaust gas (off-gas) from the flow path 31B to the supply gas (oxidant gas) flowing through the flow path 31A through the internal porous membrane to humidify the gas. Then, the humidified oxidant gas is supplied to the fuel cell stack 18 .

外気取入口１１３から酸化剤ガス入口連通口１０１までの酸化剤ガス供給流路６０（酸化剤ガス供給流路６０Ａ、６０Ｂを含む）には、外気取入口１１３から順に遮断弁１１４、エアフローセンサ（ＡＦＳ：流量センサ）１１６、コンプレッサ２８、供給側封止弁１１８及び加湿器３０が設けられている。なお、二重線で描いている酸化剤ガス供給流路６０等の流路は、配管により形成されている（以下、同様）。 In the oxidizing gas supply passage 60 (including the oxidizing gas supply passages 60A and 60B) from the outside air intake 113 to the oxidizing gas inlet communication port 101, a shutoff valve 114, an airflow sensor ( AFS (flow rate sensor) 116, compressor 28, supply side sealing valve 118 and humidifier 30 are provided. Note that the channels such as the oxidant gas supply channel 60 drawn with double lines are formed by pipes (the same applies hereinafter).

遮断弁１１４は、酸化剤ガス供給流路６０への空気の取り入れを解放又は遮断するために開閉される。 The isolation valve 114 is opened and closed to release or block the intake of air into the oxidant gas supply channel 60 .

エアフローセンサ１１６は、コンプレッサ２８を通じて燃料電池スタック１８に供給される酸化剤ガスの流量を計測する。 The airflow sensor 116 measures the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack 18 through the compressor 28 .

供給側封止弁１１８は、酸化剤ガス供給流路６０Ａを開閉する。 The supply-side sealing valve 118 opens and closes the oxidant gas supply channel 60A.

外気取入口１１３には、外気温度Ｔａを検出（測定）する温度センサ７３が設けられている。 The outside air intake 113 is provided with a temperature sensor 73 that detects (measures) the outside air temperature Ta.

酸化剤ガス出口連通口１０２に連通する酸化剤オフガス流路６２には、酸化剤ガス出口連通口１０２から順に加湿器３０及び背圧弁としても機能する排出側封止弁１２０が設けられている。 The oxidant off-gas flow path 62 communicating with the oxidant gas outlet port 102 is provided with a humidifier 30 and a discharge side sealing valve 120 that also functions as a back pressure valve in this order from the oxidant gas outlet port 102 .

供給側封止弁１１８の吸入口と排出側封止弁１２０の吐出口との間には、酸化剤ガス供給流路６０と酸化剤オフガス流路６２を連通するバイパス流路６４が設けられている。バイパス流路６４には、バイパス流路６４を開閉するバイパス弁１２２が設けられている。バイパス弁１２２は、燃料電池スタック１８をバイパスする酸化剤ガスの流量を調整する。 A bypass channel 64 is provided between the inlet of the supply-side sealing valve 118 and the outlet of the discharge-side sealing valve 120 to communicate the oxidizing gas supply channel 60 and the oxidizing off-gas channel 62 . there is A bypass valve 122 that opens and closes the bypass flow path 64 is provided in the bypass flow path 64 . A bypass valve 122 adjusts the flow rate of the oxidant gas bypassing the fuel cell stack 18 .

バイパス流路６４と酸化剤オフガス流路６２との合流路は、排出流路６２Ａに連通している。 A confluence channel of the bypass channel 64 and the oxidant off-gas channel 62 communicates with the discharge channel 62A.

水素タンク２０は、電磁作動式の遮断弁を備え、高純度の水素を高い圧力で圧縮して収容する容器である。 The hydrogen tank 20 is a container that includes an electromagnetically actuated cutoff valve and stores high-purity hydrogen that is compressed under high pressure.

水素タンク２０から吐出される燃料ガスは、燃料ガス供給流路７２に設けられたインジェクタ３２及びエジェクタ３４を通じ、燃料ガス入口連通口１０３を介して燃料電池スタック１８のアノード流路５９の入口に供給される。 The fuel gas discharged from the hydrogen tank 20 is supplied to the inlet of the anode channel 59 of the fuel cell stack 18 via the fuel gas inlet communication port 103 through the injector 32 and the ejector 34 provided in the fuel gas supply channel 72. be done.

アノード流路５９の出口は、燃料ガス出口連通口１０４及び燃料ガスの燃料オフガス流路７４を通じて気液分離器３６の入口１５１に連通され、該気液分離器３６にアノード流路５９から水素含有ガスである前記燃料オフガスが供給される。 The outlet of the anode flow path 59 communicates with the inlet 151 of the gas-liquid separator 36 through the fuel gas outlet communication port 104 and the fuel off-gas flow path 74 of the fuel gas, and the gas-liquid separator 36 is supplied with hydrogen from the anode flow path 59. The fuel off-gas, which is a gas, is supplied.

気液分離器３６は、前記燃料オフガスを気体成分と液体成分（液水）とに分離する。燃料オフガスの気体成分（燃料排ガス）は、気液分離器３６の気体排出口１５２から排出され、循環流路７７を通じてエジェクタ３４の吸込口に供給される一方、ブリード弁７０が開弁されたとき、燃料オフガスは、接続流路（連絡流路）７８、ブリード弁７０を介し、酸化剤ガス供給流路６０Ｂにも供給される。 The gas-liquid separator 36 separates the fuel off-gas into a gas component and a liquid component (liquid water). The gas component of the fuel off-gas (fuel exhaust gas) is discharged from the gas discharge port 152 of the gas-liquid separator 36 and supplied to the suction port of the ejector 34 through the circulation flow path 77. When the bleed valve 70 is opened, , the fuel off-gas is also supplied to the oxygen-containing gas supply channel 60B via the connection channel (communication channel) 78 and the bleed valve 70 .

燃料排ガスの液体成分は、気液分離器３６の液体排出口１６０から第２開閉弁としてのドレイン弁１６４が設けられたドレイン流路１６２を通じ、排出流路６２Ａから排出される排出ガスと混合され排出流路９９及び排ガス排気口１６８を通じて外気に排出される。 The liquid component of the fuel exhaust gas passes through a drain passage 162 provided with a drain valve 164 as a second on-off valve from a liquid discharge port 160 of the gas-liquid separator 36, and is mixed with the exhaust gas discharged from the discharge passage 62A. It is discharged to the outside air through the discharge channel 99 and the exhaust gas outlet 168 .

実際上、ドレイン流路１６２には、液体成分と共に、一部の燃料オフガス（水素含有ガス）が排出される。この燃料オフガス中の水素ガスを希釈して外部に排出するために、コンプレッサ２８から吐出した酸化剤ガスの一部がバイパス流路６４を通じて、排出流路６２Ａに供給されている。 In practice, part of the fuel off-gas (hydrogen-containing gas) is discharged to the drain channel 162 together with the liquid component. In order to dilute the hydrogen gas in the fuel off-gas and discharge it to the outside, part of the oxidant gas discharged from the compressor 28 is supplied through the bypass flow path 64 to the discharge flow path 62A.

燃料オフガスの循環流路７７と酸化剤ガス供給流路６０Ｂを連通する接続流路７８に設けられたブリード弁７０は、次に説明する二つの理由のいずれかにより開閉制御される。 The bleed valve 70 provided in the connection flow path 78 connecting the fuel off-gas circulation flow path 77 and the oxidant gas supply flow path 60B is controlled to open or close for one of the following two reasons.

第１に、ブリード弁７０は、燃料電池自動車１２の走行中に、カソード流路５８に存在する窒素ガスが電解質膜・電極構造体５２を透過してアノード流路５９内の水素濃度を低下させることを原因とするアノード電極５７の劣化を防止するために開弁される（走行中におけるブリード弁７０の第１弁連続開閉制御処理）。 First, the bleed valve 70 reduces the hydrogen concentration in the anode channel 59 by allowing nitrogen gas present in the cathode channel 58 to permeate the electrolyte membrane/electrode assembly 52 while the fuel cell vehicle 12 is running. The valve is opened to prevent deterioration of the anode electrode 57 caused by this (first valve continuous opening/closing control process of the bleed valve 70 during running).

第２に、ブリード弁７０は、燃料電池スタック１８の運転状態がアイドル状態のとき、排ガス排気口１６８から外部に排気される排出ガス中の水素濃度を低減するために開弁される（アイドル状態におけるブリード弁７０の第２弁連続開閉制御処理）。 Second, the bleed valve 70 is opened to reduce the concentration of hydrogen in the exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet 168 when the operating state of the fuel cell stack 18 is in the idle state (idle state). second valve continuous opening/closing control process of the bleed valve 70 in ).

ブリード弁７０が開弁されると、燃料電池スタック１８から燃料オフガス流路７４を通じ、気液分離器３６を介して吐出される燃料オフガスを、接続流路７８、酸化剤ガス供給流路６０Ｂ、及び酸化剤ガス入口連通口１０１を介してカソード流路５８に流通させる。 When the bleed valve 70 is opened, the fuel off-gas discharged from the fuel cell stack 18 through the fuel off-gas flow path 74 and discharged through the gas-liquid separator 36 flows through the connection flow path 78, the oxidant gas supply flow path 60B, and through the oxidant gas inlet communication port 101 to the cathode channel 58 .

カソード流路５８に流通された燃料オフガス中の燃料ガスは、カソード電極５６での触媒反応により水素イオン化され、該水素イオンは酸化剤ガスと反応して水が生成される。反応しなかった残部の燃料オフガス（窒素ガスと未反応の僅かな水素ガスとからなる）は燃料電池スタック１８から酸化剤オフガスとして排出され、酸化剤オフガス流路６２に流通する。 The fuel gas in the fuel off-gas that has flowed through the cathode flow path 58 is hydrogen ionized by a catalytic reaction at the cathode electrode 56, and the hydrogen ions react with the oxidant gas to produce water. The remaining unreacted fuel off-gas (consisting of nitrogen gas and a small amount of unreacted hydrogen gas) is discharged from the fuel cell stack 18 as oxidant off-gas and flows through the oxidant off-gas channel 62 .

酸化剤オフガス流路６２に流通する酸化剤オフガス（前記反応しなかった残部の燃料オフガスを含む）に酸化剤ガスのバイパス流路６４を通じて供給された酸化剤ガスが混合されて、酸化剤オフガス中の燃料オフガス（燃料ガスを含む）の濃度が希釈された酸化剤オフガスが、排出流路６２Ａに流通する。 The oxidant gas supplied through the oxidant gas bypass channel 64 is mixed with the oxidant gas (including the remaining unreacted fuel offgas) flowing in the oxidant gas channel 62, and the oxidant gas is mixed with The oxidant off-gas in which the concentration of the fuel off-gas (including the fuel gas) is diluted flows through the discharge channel 62A.

排出流路６２Ａは、ドレイン流路１６２に連通し、合流して排出流路９９に連通する。 The discharge channel 62</b>A communicates with the drain channel 162 , merges, and communicates with the discharge channel 99 .

排出流路９９では、排出流路６２Ａからの酸化剤オフガスにより、ドレイン流路１６２から吐出される液水と燃料オフガスの混合流体中の燃料ガスが希釈され、排ガス排気口１６８を通じて燃料電池自動車１２の外部（大気）に排出される。 In the discharge channel 99, the fuel gas in the mixed fluid of the liquid water and the fuel off-gas discharged from the drain channel 162 is diluted by the oxidant off-gas from the discharge channel 62A, and is discharged from the fuel cell vehicle 12 through the exhaust gas outlet 168. outside (atmosphere).

なお、前記ブリード弁７０の開口径は、ドレイン弁１６４の開口径よりも大きい弁を採用している。この開口径の関係により、仮に、凍結等によりドレイン弁１６４が開いたままの開故障状態となっても、接続流路７８に流入する燃料オフガスの量が、ドレイン弁１６４に流入する燃料オフガスの量よりも大きくなり、結果として、排ガス排気口１６８から排出される燃料ガスの濃度を低下させることができる。 The opening diameter of the bleed valve 70 is larger than the opening diameter of the drain valve 164 . Due to this relationship between the opening diameters, even if the drain valve 164 is in an open failure state with the drain valve 164 open due to freezing or the like, the amount of fuel off-gas flowing into the connection flow path 78 is less than the amount of fuel off-gas flowing into the drain valve 164. As a result, the concentration of the fuel gas discharged from the exhaust gas outlet 168 can be reduced.

燃料電池システム１０の冷媒供給装置２６は、冷媒を流通させる冷媒流路１３８を有する。冷媒流路１３８は、冷媒供給流路１４０と冷媒排出流路１４２とを有する。冷媒供給流路１４０は燃料電池スタック１８に冷媒を供給し、冷媒排出流路１４２は燃料電池スタック１８から冷媒を排出する。冷媒供給流路１４０及び冷媒排出流路１４２には、ラジエータ４０が接続される。ラジエータ４０は冷媒を冷却する。冷媒供給流路１４０には、冷媒ポンプ３８が設けられる。冷媒ポンプ３８は、冷媒の循環回路内で冷媒を循環させる。冷媒の循環回路には、冷媒供給流路１４０、燃料電池スタック１８の内部冷媒流路、冷媒排出流路１４２及びラジエータ４０が含まれる。冷媒排出流路１４２に温度センサ７６が設けられる。該温度センサ７６により検出される冷却媒体の温度（冷媒出口温度）Ｔｓは、燃料電池スタック１８の（内部）温度であるものとして検出（測定）される。 The coolant supply device 26 of the fuel cell system 10 has a coolant channel 138 through which coolant flows. The coolant channel 138 has a coolant supply channel 140 and a coolant discharge channel 142 . A coolant supply channel 140 supplies coolant to the fuel cell stack 18 and a coolant discharge channel 142 discharges coolant from the fuel cell stack 18 . The radiator 40 is connected to the coolant supply channel 140 and the coolant discharge channel 142 . A radiator 40 cools the coolant. A coolant pump 38 is provided in the coolant supply channel 140 . The refrigerant pump 38 circulates the refrigerant within the refrigerant circulation circuit. The coolant circulation circuit includes a coolant supply channel 140 , an internal coolant channel of the fuel cell stack 18 , a coolant discharge channel 142 and the radiator 40 . A temperature sensor 76 is provided in the coolant discharge channel 142 . The temperature of the cooling medium (coolant outlet temperature) Ts detected by the temperature sensor 76 is detected (measured) as the (internal) temperature of the fuel cell stack 18 .

以上の燃料電池システム１０の各構成要素は、制御装置１５によって統括制御される。 Each component of the fuel cell system 10 described above is centrally controlled by the controller 15 .

なお、開閉が制御装置１５により制御される開閉弁である遮断弁１１４を除く供給側封止弁１１８、排出側封止弁１２０、ブリード弁７０、ドレイン弁１６４は、制御装置１５により開度が制御される流量調整弁であるが、開閉弁を用いデューティ制御してもよい。 Except for the cutoff valve 114, which is an open/close valve whose opening and closing is controlled by the control device 15, the supply side sealing valve 118, the discharge side sealing valve 120, the bleed valve 70, and the drain valve 164 are controlled by the control device 15. Although the flow control valve is controlled, it may be duty-controlled using an on-off valve.

制御装置１５は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成される。ＥＣＵは、１以上のプロセッサ（ＣＰＵ）、メモリ、入出力インタフェース及び電子回路を有するコンピュータにより構成される。１以上のプロセッサ（ＣＰＵ）は、メモリに記憶された図示しないプログラムを実行する。 The control device 15 is configured by an ECU (Electronic Control Unit). The ECU is composed of a computer having one or more processors (CPU), memory, input/output interfaces and electronic circuits. One or more processors (CPUs) execute programs (not shown) stored in memory.

制御装置１５のプロセッサ（ＣＰＵ）は、前記プログラムに従って演算を実行することで、燃料電池自動車１２及び燃料電池システム１０の運転制御を行う。 A processor (CPU) of the control device 15 performs operation control of the fuel cell vehicle 12 and the fuel cell system 10 by executing calculations according to the program.

制御装置１５には、燃料電池自動車１２の電源スイッチ（電源ＳＷ）７１が接続されている。電源スイッチ７１は、燃料電池システム１０の燃料電池スタック１８の発電運転を開始乃至継続（ＯＮ）させるか終了（ＯＦＦ）させる。制御装置１５には、また、それぞれ図示しないアクセル開度センサ、車速センサ、蓄電装置４４のＳＯＣセンサが接続される。 A power switch (power SW) 71 of the fuel cell vehicle 12 is connected to the control device 15 . The power switch 71 starts or continues (ON) or ends (OFF) the power generation operation of the fuel cell stack 18 of the fuel cell system 10 . The control device 15 is also connected to an accelerator opening sensor, a vehicle speed sensor, and an SOC sensor of the power storage device 44 (not shown).

［動作］
この実施形態に係る燃料電池システム１０は、基本的には以上のように構成される。以下、図２のフローチャートを参照しながら、その動作について説明する。図２のフローチャートによる処理は、制御装置１５により所定の周期で繰り返し実行される。 [motion]
The fuel cell system 10 according to this embodiment is basically configured as described above. The operation will be described below with reference to the flow chart of FIG. The processing according to the flowchart of FIG. 2 is repeatedly executed by the control device 15 at a predetermined cycle.

ステップＳ１にて、制御装置１５は、電源スイッチ７１がＯＮ状態であるか否（ＯＦＦ状態である）かを判定する。 In step S1, the control device 15 determines whether the power switch 71 is ON (OFF).

電源スイッチ７１がＯＦＦ状態にある（ステップＳ１：ＮＯ）場合、制御装置１５は、処理を終了し、燃料電池システム１０及び燃料電池自動車１２は停止状態とされる。 When the power switch 71 is in the OFF state (step S1: NO), the control device 15 terminates the process, and the fuel cell system 10 and the fuel cell vehicle 12 are brought into a stopped state.

電源スイッチ７１がＯＮ状態にある（ステップＳ１：ＹＥＳ）場合、ステップＳ２にて、制御装置１５は、アクセル開度、車速、道路勾配等に基づき燃料電池スタック１８への要求発電電力を算出する。さらに、ステップＳ２にて、制御装置１５は、燃料電池スタック１８の発電電力が、算出した要求発電電力になるように、コンプレッサ２８を含む酸化剤ガス供給装置２２及び水素タンク２０を含む燃料ガス供給装置２４を制御すると共に、冷媒ポンプ３８を含む冷媒供給装置２６を制御する。 When the power switch 71 is in the ON state (step S1: YES), in step S2, the control device 15 calculates the required power generation to the fuel cell stack 18 based on the accelerator opening, vehicle speed, road gradient, and the like. Further, in step S2, the control device 15 controls the oxidant gas supply device 22 including the compressor 28 and the fuel gas supply including the hydrogen tank 20 so that the generated power of the fuel cell stack 18 becomes the calculated required generated power. It controls the system 24 and controls the coolant supply system 26 including the coolant pump 38 .

図１中の矢印は、電源スイッチ７１がＯＮ状態にあるときの流体（酸化剤ガス、燃料ガス、酸化剤オフガス、燃料オフガス、液水）の流れの一例を示している。 Arrows in FIG. 1 indicate an example of the flow of fluids (oxidant gas, fuel gas, oxidant off-gas, fuel off-gas, and liquid water) when the power switch 71 is in the ON state.

ステップＳ３にて、制御装置１５は、温度センサ７３による外気温度（外部温度）Ｔａ［℃］と、スタック温度を示す冷媒出口温度Ｔｓ［℃］を取得する。 In step S3, the control device 15 acquires the outside air temperature (external temperature) Ta [°C] from the temperature sensor 73 and the refrigerant outlet temperature Ts [°C] indicating the stack temperature.

ステップＳ３にて、さらに、制御装置１５は、外気温度Ｔａが、予め定めた低温閾値Ｔｌｏｗ（例えば、０［℃］）未満（氷点下）の低温環境下であるか否かを判定すると共に、燃料電池スタック１８の内部温度に対応する冷媒出口温度Ｔｓを設定温度（燃料電池自動車１２の燃料電池スタック１８の目標温度）まで上昇させる暖気制御時であるか否かを判定する。 In step S3, the control device 15 further determines whether the outside air temperature Ta is in a low temperature environment below a predetermined low temperature threshold Tlow (for example, 0 [° C.]) (below freezing point). It is determined whether or not it is during warm-up control to increase the coolant outlet temperature Ts corresponding to the internal temperature of the cell stack 18 to the set temperature (the target temperature of the fuel cell stack 18 of the fuel cell vehicle 12).

制御装置１５が、外気温度Ｔａが低温閾値Ｔｌｏｗ未満の低温環境下又は前記設定温度まで未達の暖気制御中のいずれかであると判定した場合、ステップＳ４に進む。そうでない場合、外気温度Ｔａが低温閾値Ｔｌｏｗ以上であるか、暖気制御中ではない（冷媒出口温度Ｔｓが目標温度に到達している）場合、ステップＳ１に戻る。 When the control device 15 determines that the outside air temperature Ta is under a low temperature environment below the low temperature threshold Tlow or is under warm-up control in which the temperature has not yet reached the set temperature, the process proceeds to step S4. Otherwise, if the outside air temperature Ta is equal to or higher than the low temperature threshold Tlow, or if warm-up control is not in progress (refrigerant outlet temperature Ts has reached the target temperature), the process returns to step S1.

ステップＳ４にて、制御装置１５は、燃料電池自動車１２の運転状態がアイドル状態であるか否かを判定する。 At step S4, the control device 15 determines whether or not the fuel cell vehicle 12 is in an idle state.

アイドル状態とは、燃料電池自動車１２が走行停止中又はおおよそ１０［ｋｍ／ｈ］以下等での徐行走行中の状態であって、燃料電池スタック１８の小発電状態をいう。 The idling state is a state in which the fuel cell vehicle 12 is stopped or is running slowly at about 10 [km/h] or less, and is a state in which the fuel cell stack 18 generates a small amount of electricity.

アイドル状態ではない（ステップＳ４：ＮＯ）場合には、ステップＳ１に戻り、アイドル状態である（ステップＳ４：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ５に進む。 If it is not in the idle state (step S4: NO), the process returns to step S1, and if it is in the idle state (step S4: YES), the process proceeds to step S5.

ステップＳ５にて、制御装置１５は、ドレイン弁１６４が開固着状態（弁が開いた状態で固定されている状態）になっているか否かを判定する。なお、ドレイン弁１６４の開固着は、制御装置１５からドレイン弁１６４に弁閉信号を送っているのに、気液分離器３６の内部に配されている図示しない液量計で測定される液水レベルが所定値以下であること等により制御装置１５で判断することができる。 In step S5, the control device 15 determines whether or not the drain valve 164 is stuck open (a state in which the valve is fixed in an open state). It should be noted that the open sticking of the drain valve 164 is caused by the liquid measured by a liquid meter (not shown) arranged inside the gas-liquid separator 36 even though the valve closing signal is sent from the control device 15 to the drain valve 164 . The control device 15 can determine whether the water level is equal to or lower than a predetermined value.

制御装置１５は、ドレイン弁１６４が開固着状態になっていないと判定した（ステップＳ５：ＮＯ）場合、ステップＳ６にて、ブリード弁７０の開閉を所定間隔で連続して繰り返す弁連続開閉制御を行う。 When the controller 15 determines that the drain valve 164 is not stuck open (step S5: NO), in step S6, the valve continuous opening/closing control is performed to continuously repeat the opening/closing of the bleed valve 70 at predetermined intervals. conduct.

図３Ａは、ブリード弁７０の開閉が所定間隔で連続して繰り返す弁連続開閉制御中の制御装置１５による指令波形を示し、図３Ｂは、排ガス排気口１６８から外部に排出される排気水素濃度が閾値濃度以下に維持されている濃度波形を示している（上記したアイドル状態におけるブリード弁７０の第２弁連続開閉制御処理に該当する）。 FIG. 3A shows command waveforms from the control device 15 during valve continuous opening/closing control in which opening and closing of the bleed valve 70 are continuously repeated at predetermined intervals, and FIG. A concentration waveform maintained at or below the threshold concentration is shown (corresponding to the above-described second valve continuous opening/closing control process of the bleed valve 70 in the idle state).

図３Ａ、図３Ｂからブリード弁７０の開閉動作を素早く繰り返すことで、排気水素濃度の上昇が抑制されていることが理解される。 It is understood from FIGS. 3A and 3B that an increase in exhaust hydrogen concentration is suppressed by quickly repeating the opening and closing operations of the bleed valve 70 .

ステップＳ５にて、制御装置１５によりドレイン弁１６４が開固着状態になっていると判定した（ステップＳ５：ＹＥＳ）場合、ステップＳ７に進む。 In step S5, when the controller 15 determines that the drain valve 164 is stuck open (step S5: YES), the process proceeds to step S7.

ステップＳ７にて、制御装置１５は、駆動部４２を通じてコンプレッサ２８の回転数を一定回転数増加させた目標回転数まで上昇させる処理を行った後、ステップＳ６に進む。 In step S7, the control device 15 increases the rotational speed of the compressor 28 through the drive unit 42 to the target rotational speed by increasing the rotational speed by a constant speed, and then proceeds to step S6.

ドレイン弁１６４が開固着状態になっていても（ステップＳ５：ＹＥＳ）、バイパス流路６４から排出流路６２Ａに供給される酸化剤ガスの流量が増加されているので、制御装置１５は、ステップＳ６にてブリード弁７０の第１弁連続開閉制御処理を継続することで、排気水素濃度を閾値濃度以下に維持することができる。 Even if the drain valve 164 is stuck open (step S5: YES), since the flow rate of the oxidant gas supplied from the bypass channel 64 to the discharge channel 62A is increased, the control device 15 performs step By continuing the first valve continuous opening/closing control process of the bleed valve 70 in S6, the exhaust hydrogen concentration can be maintained below the threshold concentration.

この場合、ステップＳ７のコンプレッサ２８の回転数上昇処理を行った際、仮に、コンプレッサ２８が不調で、コンプレッサ２８の回転数が目標回転数に達しなかった場合でも、ステップＳ６のブリード弁７０の第１弁連続開閉制御処理が実施されるので、排気濃度の上昇を抑制することができる。 In this case, even if the compressor 28 is malfunctioning and the rotation speed of the compressor 28 does not reach the target rotation speed when the rotation speed increase processing of the compressor 28 is performed in step S7, the bleed valve 70 is closed in step S6. Since the one-valve continuous opening/closing control process is performed, it is possible to suppress an increase in exhaust gas concentration.

なお、ステップＳ３：ＮＯ、ステップＳ４：ＮＯ、又はステップＳ６処理後のステップＳ２の発電制御中において、制御装置１５が、アノード流路５９内の水素濃度の低下を検出したとき、図３Ａを参照して説明したブリード弁７０の第２弁連続開閉制御処理と同様なブリード弁７０の第１弁連続開閉制御処理が行われる。水素濃度は、例えば、燃料オフガス流路７４に水素濃度センサを設けて計測してもよい。 Note that when the controller 15 detects a decrease in hydrogen concentration in the anode flow path 59 during the power generation control in step S3: NO, step S4: NO, or step S2 after step S6, see FIG. 3A. A first valve continuous opening/closing control process for the bleed valve 70 similar to the second valve continuous opening/closing control process for the bleed valve 70 described above is performed. The hydrogen concentration may be measured by, for example, providing a hydrogen concentration sensor in the fuel offgas flow path 74 .

上記実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素の一部には上記実施形態で用いた符号を付けているが、該構成要素はその符号を付けたものに限定されない。 Technical ideas and effects that can be grasped from the above embodiments will be described below. For convenience of understanding, some of the constituent elements are given the reference numerals used in the above embodiment, but the constituent elements are not limited to those with the reference numerals.

この発明に係る燃料電池システム１０は、酸化剤ガスと燃料ガスとにより発電する燃料電池スタック１８と、該燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路６０（６０Ａ、６０Ｂ）と、前記燃料電池スタックから排出された酸化剤オフガスを流通させる酸化剤オフガス流路６２と、前記燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路７２と、前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを流通させる燃料オフガス流路７４と、前記酸化剤ガス供給流路と前記燃料オフガス流路を連通する接続流路７８と、前記接続流路を開閉する第１開閉弁（７０）と、該第１開閉弁の開閉状態を制御する制御装置１５と、を備え、該制御装置は、前記燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態のとき、前記第１開閉弁の開閉を所定間隔で連続して繰り返す弁連続開閉制御処理を実施する。 A fuel cell system 10 according to the present invention includes a fuel cell stack 18 that generates power from an oxidant gas and a fuel gas, and oxidant gas supply passages 60 (60A, 60B) that supply the oxidant gas to the fuel cell stack. an oxidant offgas channel 62 for circulating the oxidant offgas discharged from the fuel cell stack; a fuel gas supply channel 72 for supplying the fuel gas to the fuel cell stack; a fuel off-gas channel 74 for circulating the fuel off-gas, a connection channel 78 for communicating the oxidant gas supply channel and the fuel off-gas channel, and a first on-off valve (70) for opening and closing the connection channel. and a control device 15 for controlling the opening/closing state of the first on-off valve, wherein the control device continuously opens and closes the first on-off valve at predetermined intervals when the operating state of the fuel cell stack is in the idle state. Then, the continuous valve opening/closing control process is repeated.

この構成によれば、燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態のとき、第１開閉弁の開閉を所定間隔で連続して繰り返す弁連続開閉制御処理を実施することで、燃料オフガスに含まれる燃料ガスがカソード電極５６での触媒反応により水素イオン化され、該水素イオンが酸化剤ガスと反応して水が生成され、燃料オフガスに含まれる燃料ガスの濃度を低下させることができる。これにより、アイドル状態のときに、酸化剤オフガス流路６２及びドレイン流路１６２を通じて外部に排気される燃料ガスの濃度を抑制することができる。 According to this configuration, when the operating state of the fuel cell stack is in the idling state, the valve continuous opening/closing control process is performed to continuously repeat the opening/closing of the first opening/closing valve at predetermined intervals. is hydrogen ionized by a catalytic reaction at the cathode electrode 56, the hydrogen ions react with the oxidant gas to produce water, and the concentration of the fuel gas contained in the fuel off-gas can be reduced. As a result, the concentration of the fuel gas discharged to the outside through the oxidant off-gas channel 62 and the drain channel 162 can be suppressed during the idle state.

また、燃料電池システムにおいては、前記制御装置が、前記燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態のとき、前記第１開閉弁の開閉を所定間隔で連続して繰り返す前記弁連続開閉制御処理を実施するのは、前記燃料電池スタックの低温環境下での起動時、あるいは前記燃料電池スタックの暖気制御時であるとする。 Further, in the fuel cell system, when the operating state of the fuel cell stack is in an idling state, the control device performs the valve continuous opening/closing control process that continuously repeats opening and closing of the first opening/closing valve at predetermined intervals. It is assumed that this is when the fuel cell stack is started in a low temperature environment or when the fuel cell stack is warmed up.

これにより、前記燃料電池スタックの低温環境下での起動時、あるいは前記燃料電池スタックの暖気制御時に、燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態で発電している場合に、外部に排気される燃料オフガスの燃料ガス濃度を抑制することができる。 As a result, when the fuel cell stack is started in a low-temperature environment or when the fuel cell stack is warmed up and the fuel cell stack is operating in an idle state and generating power, the fuel off-gas is discharged to the outside. fuel gas concentration can be suppressed.

さらに、燃料電池システムにおいては、前記燃料電池スタックの前記燃料オフガス流路を分岐させ、一方の分岐流路は前記接続流路に連通させ、他方の分岐流路（１６２）には、前記燃料電池スタックから排出される液水及び前記燃料オフガスを外部に排出可能な第２開閉弁（１６４）を設け、前記制御装置は、前記第２開閉弁を閉方向に駆動しても、前記第２開閉弁が開状態で固着されていることを検出したとき、前記第１開閉弁の前記弁連続開閉制御処理を実施するようにしてもよい。 Further, in the fuel cell system, the fuel off-gas channel of the fuel cell stack is branched, one of the branch channels communicates with the connection channel, and the other branch channel (162) is connected to the fuel cell A second opening/closing valve (164) capable of discharging the liquid water and the fuel off-gas discharged from the stack is provided, and the control device controls the second opening/closing valve even if the second opening/closing valve is driven in the closing direction. The valve continuous opening/closing control process for the first opening/closing valve may be performed when it is detected that the valve is stuck in the open state.

この発明によれば、燃料電池スタックから排出される液水及び燃料オフガスを外部に排出可能な第２開閉弁が開状態で固着されていても、前記第１開閉弁の弁連続開閉制御処理を実施することで、排気水素濃度の上昇を抑制することができる。 According to the present invention, even if the second on-off valve capable of discharging liquid water and fuel off-gas discharged from the fuel cell stack is fixed in an open state, the valve continuous opening/closing control process of the first on-off valve is performed. By doing so, an increase in exhaust hydrogen concentration can be suppressed.

さらにまた、燃料電池システムにおいては、前記酸化剤ガス供給流路を通じて前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するコンプレッサ２８を備え、前記制御装置は、前記第１開閉弁の前記弁連続開閉制御処理の実施中は、非実施中に比較してコンプレッサの回転数を上昇させ、前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加させてもよい。 Furthermore, the fuel cell system includes a compressor 28 that supplies the oxidizing gas to the fuel cell stack through the oxidizing gas supply passage, and the control device controls the valve continuous opening/closing control process of the first opening/closing valve. During the operation, the rotation speed of the compressor may be increased compared to when the operation is not performed, and the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack may be increased.

酸化剤ガス流量を増加させることでバイパス流路６４に流通する酸化剤ガス流量が増加し、燃料ガスの排気濃度を容易に低下させることができる。 By increasing the flow rate of the oxidant gas, the flow rate of the oxidant gas flowing through the bypass passage 64 is increased, and the exhaust concentration of the fuel gas can be easily reduced.

さらにまた、前記制御装置は、前記コンプレッサの回転数が目標回転数まで上昇しない不調な場合であっても、前記第１開閉弁の弁連続開閉制御処理を継続してもよい。 Furthermore, the control device may continue the valve continuous opening/closing control process for the first opening/closing valve even when the rotation speed of the compressor does not rise to the target rotation speed.

この構成により燃料ガスの排気濃度の上昇を抑制することができる。 With this configuration, it is possible to suppress an increase in the exhaust gas concentration of the fuel gas.

１０…燃料電池システム １２…燃料電池自動車
１５…制御装置 １８…燃料電池スタック
２２…酸化剤ガス供給装置 ２４…燃料ガス供給装置
２８…コンプレッサ ５０…発電セル
５８…カソード流路 ５９…アノード流路
６０、６０Ａ、６０Ｂ…酸化剤ガス供給流路 ６２…酸化剤オフガス流路
６４…バイパス流路 ７０…ブリード弁
７１…電源スイッチ ７２…燃料ガス供給流路
７３、７６…温度センサ ７４…燃料オフガス流路
７７…循環流路 ７８…接続流路
９９…排気流路 １０１…酸化剤ガス入口連通口
１０２…酸化剤ガス出口連通口 １０３…燃料ガス入口連通口
１０４…燃料ガス出口連通口 １２２…バイパス弁
１６２…ドレイン流路 １６４…ドレイン弁
１６８…排ガス排気口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Fuel cell system 12... Fuel cell vehicle 15... Control device 18... Fuel cell stack 22... Oxidant gas supply device 24... Fuel gas supply device 28... Compressor 50... Power generation cell 58... Cathode flow path 59... Anode flow path 60 , 60A, 60B... Oxidant gas supply channel 62... Oxidant off gas channel 64... Bypass channel 70... Bleed valve 71... Power switch 72... Fuel gas supply channel 73, 76... Temperature sensor 74... Fuel off gas channel 77 Circulation flow path 78 Connection flow path 99 Exhaust flow path 101 Oxidant gas inlet communication port 102 Oxidant gas outlet communication port 103 Fuel gas inlet communication port 104 Fuel gas outlet communication port 122 Bypass valve 162 ... Drain flow path 164 ... Drain valve 168 ... Exhaust gas exhaust port

Claims (5)

酸化剤ガスと燃料ガスとにより発電する燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックから排出された酸化剤オフガスを流通させる酸化剤オフガス流路と、
前記燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを流通させる燃料オフガス流路と、
前記酸化剤ガス供給流路と前記燃料オフガス流路とを連通する接続流路と、
前記接続流路を開閉する第１開閉弁と、
該第１開閉弁の開閉状態を制御する制御装置と、を備え、
該制御装置は、
前記燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態のとき、前記第１開閉弁の開閉を所定間隔で連続して繰り返す弁連続開閉制御処理を実施する
燃料電池システム。 a fuel cell stack that generates electricity from an oxidant gas and a fuel gas;
an oxidant gas supply channel for supplying the oxidant gas to the fuel cell stack;
an oxidant off-gas channel for circulating the oxidant off-gas discharged from the fuel cell stack;
a fuel gas supply channel for supplying the fuel gas to the fuel cell stack;
a fuel off-gas channel for circulating the fuel off-gas discharged from the fuel cell stack;
a connection flow path that connects the oxidant gas supply flow path and the fuel off-gas flow path;
a first on-off valve that opens and closes the connection channel;
a control device for controlling the opening/closing state of the first opening/closing valve,
The control device
A fuel cell system that performs valve continuous opening/closing control processing for continuously repeating opening/closing of the first opening/closing valve at predetermined intervals when the operating state of the fuel cell stack is in an idling state. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置が、前記燃料電池スタックの運転状態がアイドル状態のとき、前記第１開閉弁の開閉を所定間隔で連続して繰り返す前記弁連続開閉制御処理を実施するのは、前記燃料電池スタックの低温環境下での起動時、あるいは前記燃料電池スタックの暖気制御時である
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 1,
When the operating state of the fuel cell stack is in the idling state, the control device executes the valve continuous opening/closing control process for continuously repeating the opening/closing of the first opening/closing valve at predetermined intervals because the fuel cell stack is in an idle state. A fuel cell system during startup in a low-temperature environment or during warm-up control of the fuel cell stack. 請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックの前記燃料オフガス流路を分岐させ、一方の分岐流路は前記接続流路に連通させ、他方の分岐流路には、前記燃料電池スタックから排出される液水及び前記燃料オフガスを外部に排出可能な第２開閉弁を設け、
前記制御装置は、
前記第２開閉弁を閉方向に駆動しても、前記第２開閉弁が開状態で固着されていることを検出したとき、前記第１開閉弁の前記弁連続開閉制御処理を実施する
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 1 or 2,
The fuel off-gas channel of the fuel cell stack is branched, one of the branch channels communicates with the connection channel, and the other branch channel contains liquid water discharged from the fuel cell stack and the fuel off-gas. provided with a second on-off valve capable of discharging to the outside,
The control device is
Even if the second on-off valve is driven in the closing direction, when it is detected that the second on-off valve is fixed in the open state, the valve continuous opening/closing control process of the first on-off valve is performed. system. 請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記酸化剤ガス供給流路を通じて前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するコンプレッサを備え、
前記制御装置は、
前記第１開閉弁の前記弁連続開閉制御処理の実施中は、非実施中に比較してコンプレッサの回転数を上昇させ、前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加させる
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
a compressor that supplies an oxidant gas to the fuel cell stack through the oxidant gas supply channel;
The control device is
During execution of the valve continuous opening/closing control process of the first opening/closing valve, the number of revolutions of the compressor is increased compared to when the process is not executed, and the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack is increased. Fuel cell system . 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、
前記コンプレッサの回転数が目標回転数まで上昇しない場合であっても、前記第１開閉弁の弁連続開閉制御処理を継続する
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 4,
The control device is
A fuel cell system that continues valve continuous opening/closing control processing of the first opening/closing valve even when the rotation speed of the compressor does not rise to a target rotation speed.
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