JP4608251B2

JP4608251B2 - Fuel cell system and method for starting fuel cell system

Info

Publication number: JP4608251B2
Application number: JP2004197366A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎宮田; 慎司吉川; 健一郎上田; 千大和氣
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: JP2006019192A

Description

本発明は、アノード極内を水素（燃料ガス）以外のガスで掃気する手段を備えた燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system including a means for scavenging an anode electrode with a gas other than hydrogen (fuel gas) and a method for starting the fuel cell system.

一般に、燃料電池は、プロトン導電性の高分子電解質膜（ＰＥＭ膜）を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって発電するものである。そして、このような燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料電池を停止させてから長い時間が経過すると、高分子電解質膜が薄い膜であることから、カソード極内の窒素や酸素が高分子電解質膜をと透過してアノード極内に入ってきたり、アノード極内の水素が高分子電解質膜を透過してカソード極内に入ってきたりする（クロスリークする）。このクロスリークにより、窒素や酸素といった燃料とはならないガス（以下「不純ガス」という）がアノード極内に存在することがあった。そして、このようにアノード極内に不純ガスが存在した状態で次の起動を開始すると、燃料電池の発電性能が落ちてしまうといった問題があった。 In general, a fuel cell is configured such that a cathode electrode is defined on one side with a proton conductive polymer electrolyte membrane (PEM membrane) interposed therebetween, and an anode electrode is defined on the other side, and is supplied to the cathode electrode. Electricity is generated by an electrochemical reaction between oxygen in the air and hydrogen supplied to the anode electrode. In a fuel cell system equipped with such a fuel cell, when a long time elapses after the fuel cell is stopped, the polymer electrolyte membrane is a thin membrane, so that nitrogen and oxygen in the cathode electrode are polymerized. Permeate through the electrolyte membrane and enter the anode electrode, or hydrogen in the anode electrode permeates the polymer electrolyte membrane and enters the cathode electrode (cross leaks). Due to the cross leak, a gas such as nitrogen or oxygen that does not become a fuel (hereinafter referred to as “impure gas”) may exist in the anode electrode. Then, when the next start-up is started with the impure gas present in the anode electrode in this way, there is a problem that the power generation performance of the fuel cell is lowered.

このような問題に対する技術としては、従来、燃料電池の起動時に、水素ガスを燃料電池のアノード極に供給してアノード極内の圧力を高めた後、アノード極内のガスを外部に排出するためのパージ弁を開くことによって、アノード極内に存在している不純ガスを外部に排出（パージ）する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によれば、燃料電池から電流を取り出す前に、アノード極内から不純ガスがパージされるので、良好な発電を行うことが可能となっている。 As a technique for solving such a problem, conventionally, when starting a fuel cell, hydrogen gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell to increase the pressure in the anode electrode, and then the gas in the anode electrode is discharged to the outside. A technique for discharging (purging) impure gas existing in the anode electrode to the outside by opening the purge valve is known (see Patent Document 1). According to this technique, since the impure gas is purged from the anode electrode before taking out the current from the fuel cell, it is possible to perform good power generation.

また、前記したような燃料電池を備えた燃料電池システムでは、水素と酸素との電気化学反応によって水が生成されているので、この水がシステム内に溜まったままの状態で燃料電池を停止させると、冬季や寒冷地ではその水が凍結してしまうおそれがあった。 Further, in the fuel cell system provided with the fuel cell as described above, water is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Therefore, the fuel cell is stopped with the water remaining in the system. In winter and cold areas, the water could freeze.

このような問題に対する技術としては、従来、燃料電池システムの停止時に、コンプレッサから送り出される空気を分岐させてカソード極内とアノード極内に供給することで、カソード極内およびアノード極内に残留する水等を外部に排出させる技術が知られている（特許文献２参照）。なお、以下の説明では、空気等の水素（燃料ガス）以外のガスでアノード極内の水等をパージする処理を、主として「アノード掃気処理」という。 As a technique for such a problem, conventionally, when the fuel cell system is stopped, the air sent from the compressor is branched and supplied into the cathode electrode and the anode electrode, thereby remaining in the cathode electrode and the anode electrode. A technique for discharging water or the like to the outside is known (see Patent Document 2). In the following description, the process of purging water in the anode electrode with a gas other than hydrogen (fuel gas) such as air is mainly referred to as “anode scavenging process”.

特開平１１−９７０４７号公報JP-A-11-97047 特開２００３−３３１８９３号公報JP 2003-331893 A

しかしながら、前記した二つの技術（停止時の掃気／起動時のパージ）を組み合わせた場合を考慮すると、停止時においてアノード掃気処理を行った場合は、アノード極内を空気等の不純ガスで置換することとなる。このため、起動時においてアノード掃気処理を行わないときと同様にパージ弁の開放を制御すると、不純ガスを十分取り除くことができないといった問題があった。 However, in consideration of the combination of the two techniques described above (scavenging at stop / purging at start-up), when the anode scavenging process is performed at the stop, the inside of the anode electrode is replaced with an impure gas such as air. It will be. For this reason, when opening of the purge valve is controlled in the same manner as when the anode scavenging process is not performed at the time of startup, there is a problem that the impure gas cannot be sufficiently removed.

そこで、本発明では、燃料電池の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合であっても、次の起動時においてアノード極内に溜まった不純ガスを良好にパージ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する。 Therefore, the present invention provides a fuel cell system that can satisfactorily purge the impure gas accumulated in the anode electrode at the next startup even when the anode scavenging process is performed when the fuel cell is stopped. The purpose is to provide.

前記課題を解決する本発明のうち請求項１に記載の発明は、アノード極に供給される燃料ガスおよびカソード極に供給される酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路および前記アノード極を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガス流通路内と前記アノード極内の残ガスを排出する排出手段とを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において前記掃気手段による掃気が行われているか否かを判断し、掃気が行われていると判断すると、掃気が行われていないと判断したときよりも多めに前記排出手段による残ガスの排出を行わせる排気量変更手段を備え、前記掃気ガスは、前記酸化剤ガスであり、前記掃気手段は、前記カソード極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の掃気用流路に設けられる切替弁を含み、前記切替弁の切替作用によって前記酸化剤ガス供給手段から供給される前記酸化剤ガスで前記燃料ガス流通路および前記アノード極内を掃気することを特徴とする。
The invention according to claim 1 of the present invention that solves the above-mentioned problems is a fuel cell that generates power by a reaction between a fuel gas supplied to the anode electrode and an oxidant gas supplied to the cathode electrode, and the fuel gas flows. A fuel gas flow passage that circulates, an oxidant gas flow passage through which the oxidant gas flows, a scavenging means that scavenges the fuel gas flow passage and the anode electrode with a scavenging gas, and the fuel gas when the fuel cell is started up What fuel cell system der provided with a discharge means for discharging a flow passage in the residual gas in said anode, at startup of the fuel cell, scavenging by the scavenging unit at the previous stop of the fuel cell It is determined whether or not scavenging is being performed, and if it is determined that scavenging is being performed, the exhaust means that discharges the residual gas by the exhausting unit more than when it is determined that scavenging is not being performed. With the amount changing means, the scavenging gas, the a oxidant gas, the scavenging means, scavenging flow between the oxidizing gas supply means for supplying the oxidant gas to the cathode electrode and the fuel cell It includes a switching valve provided in the road, and said scavenging to Rukoto the fuel gas flow passage and in the anode with the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means by the switching action of the switching valve .

ここで、「掃気ガス」とは、主として燃料ガス以外のガスをいい、例えば空気や窒素等のガスをいう。 Here, the “scavenging gas” mainly refers to a gas other than the fuel gas, for example, a gas such as air or nitrogen.

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の起動時において、排気量変更手段は、まず、前回の停止時において燃料ガス流通路の掃気が行われているか否かを判断する。そして、排気量変更手段は、掃気が行われていると判断すると、掃気が行われていないと判断したときよりも多くの残ガスを排出手段によって排出させる。すなわち、掃気が行われることにより燃料ガス流通路内に掃気ガスを含む不純ガスが多く残存するときは、排気量変更手段によって燃料ガス流通路内の残ガスが多めに排出されることとなる。 According to the first aspect of the present invention, at the time of starting the fuel cell, the exhaust amount changing means first determines whether or not scavenging of the fuel gas flow passage is performed at the previous stop. When the exhaust amount changing means determines that scavenging is being performed, the exhaust means changes the amount of residual gas to be discharged by the discharging means, compared to when it is determined that scavenging is not being performed. That is, when a large amount of impure gas including the scavenging gas remains in the fuel gas flow passage by scavenging, a large amount of residual gas in the fuel gas flow passage is discharged by the exhaust amount changing means.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムであって、前記排気量変更手段は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において掃気が行われていないと判断すると、前記燃料電池の停止からの経過時間に基づいて前記排出手段で排出させる残ガスの総排気量を決定することを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the exhaust amount changing means performs scavenging when the fuel cell is started and when the fuel cell is stopped last time. If it is determined that there is not, the total exhaust amount of the residual gas to be discharged by the discharge means is determined based on the elapsed time from the stop of the fuel cell.

請求項２に記載の発明によれば、アノード掃気処理を行わなかった場合は、燃料電池の停止中におけるクロスリークを考慮して燃料電池の停止から起動までの経過時間に基づいて排出する残ガスの総排気量を決定するので、燃料ガス流通路に残存する燃料ガスを無駄に捨てずに済み、その分燃費を向上させることができる。 According to the second aspect of the present invention, when the anode scavenging process is not performed, the residual gas discharged based on the elapsed time from the stop of the fuel cell to the start in consideration of the cross leak during the stop of the fuel cell. Therefore, the fuel gas remaining in the fuel gas flow passage is not wasted and the fuel efficiency can be improved accordingly.

請求項３に記載の発明は、アノード極に供給される燃料ガスおよびカソード極に供給される酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路および前記アノード極を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガス流通路内と前記アノード極内の残ガスを排出する排出手段とを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において前記掃気手段による掃気が行われているか否かを判断し、掃気が行われていると判断すると、掃気が行われていないと判断したときよりも多めに前記排出手段による残ガスの排出を行わせる排気量変更手段を備え、前記排気量変更手段は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において掃気が行われていないと判断すると、前記燃料電池の停止から起動までの経過時間に基づいて前記排出手段で排出させる残ガスの総排気量を決定することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates electric power by a reaction between a fuel gas supplied to the anode electrode and an oxidant gas supplied to the cathode electrode, a fuel gas flow passage through which the fuel gas flows, and the oxidation An oxidant gas flow passage through which an agent gas circulates, a scavenging means for scavenging the fuel gas flow passage and the anode electrode with a scavenging gas, and in the fuel gas flow passage and the anode electrode when the fuel cell is started. A fuel cell system comprising a discharge means for discharging residual gas, wherein when the fuel cell is started, it is determined whether or not scavenging by the scavenging means is performed at the previous stop of the fuel cell; When it is determined that scavenging is being performed, the exhaust amount changing means is configured to cause the exhaust means to discharge residual gas more than when it is determined that scavenging is not being performed, and the exhaust amount Further, when the fuel cell is started, if it is determined that scavenging has not been performed at the previous stop of the fuel cell, the discharge unit discharges the fuel cell based on the elapsed time from the stop to the start of the fuel cell. It is characterized by determining the total displacement of the residual gas.

請求項３に記載の発明によれば、アノード掃気処理を行わなかった場合は、燃料電池の停止中におけるクロスリークを考慮して燃料電池の停止から起動までの経過時間に基づいて排出する残ガスの総排気量を決定するので、燃料ガス流通路に残存する燃料ガスを無駄に捨てずに済み、その分燃費を向上させることができる。
According to the third aspect of the present invention, when the anode scavenging process is not performed, the residual gas discharged based on the elapsed time from the stop to the start of the fuel cell in consideration of the cross leak during the stop of the fuel cell. Therefore, the fuel gas remaining in the fuel gas flow passage is not wasted and the fuel efficiency can be improved accordingly.

請求項４に記載の発明は、アノード極に供給される燃料ガスおよびカソード極に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、前記カソード極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の掃気用流路に設けられる切替弁を含み、前記切替弁の切替作用によって前記酸化剤ガス供給手段から供給される前記酸化剤ガスで前記燃料ガス流通路および前記アノード極内を掃気する掃気手段と、前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガス流通路および前記アノード極内の残ガスを排出する排出手段と、前記燃料電池の起動を制御する制御部とを備えた燃料電池システムの起動方法であって、前記制御部が、前記燃料電池の起動に際して、前記燃料電池の前回の停止時において前記掃気手段による掃気が行われているか否かを判断する掃気判断工程と、前記掃気判断工程において掃気が行われていると判断されると、掃気が行われていないと判断されたときよりも多めに前記排出手段による残ガスの排出を行わせる排気量変更工程と、を備えたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates electric power by a reaction between a fuel gas supplied to the anode electrode and an oxidant gas supplied to the cathode electrode, a fuel gas flow passage through which the fuel gas flows, An oxidant gas flow passage through which the oxidant gas flows, and a switching valve provided in a scavenging flow path between the fuel cell and an oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the cathode electrode, Scavenging means for scavenging the fuel gas flow passage and the anode electrode with the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means by the switching action of the switching valve; and the fuel gas flow passage at the time of startup of the fuel cell and a discharge means for discharging the residual gas in said anode electrode, I starting method der of a fuel cell system and a control unit for controlling the activation of the fuel cell, wherein the control unit, the fuel collector When it is determined that scavenging is performed in the scavenging determination step, and a scavenging determination step for determining whether or not scavenging by the scavenging means is performed at the previous stop of the fuel cell, And an exhaust amount changing step for discharging the residual gas by the exhaust means more than when it is determined that scavenging is not performed.

請求項４に記載の発明によれば、燃料電池を起動させるための指令が出力されると、まず、掃気判断工程において、前回の停止時において燃料ガス流通路の掃気が行われているか否かが判断される。そして、掃気判断工程において掃気が行われていると判断されると、排気量変更工程において、掃気が行われていないと判断されたときよりも多くの残ガスが排出手段によって排出されることとなる。すなわち、掃気が行われることにより燃料ガス流通路内に酸化剤ガスを含む不純ガスが多く残存するときは、排気量変更工程において燃料ガス流通路内の残ガスが多めに排出されることとなる。
According to the fourth aspect of the present invention, when a command for starting the fuel cell is output, first, in the scavenging determination step, whether or not scavenging of the fuel gas flow passage is performed at the previous stop. Is judged. When it is determined that scavenging is performed in the scavenging determination step, a larger amount of residual gas is discharged by the discharge means than when it is determined that scavenging is not performed in the exhaust amount changing step. Become. That is, when a large amount of impure gas including an oxidant gas remains in the fuel gas flow passage by scavenging, a large amount of residual gas in the fuel gas flow passage is discharged in the exhaust amount changing step. .

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合であっても、次の起動時においてアノード極内に溜まった不純ガスを良好にパージすることができる。そのため、燃料電池の起動直後から、良好な発電特性を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, even when the anode scavenging process is performed when the fuel cell is stopped, the impurity gas accumulated in the anode electrode at the next start-up can be purged well. it can. Therefore, good power generation characteristics can be obtained immediately after the start of the fuel cell.

請求項４に記載の発明によれば、燃料電池の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合であっても、次の起動時においてアノード極内に溜まった不純ガスを良好にパージすることができるので、燃料電池の起動直後から、良好な発電特性を得ることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, even when the anode scavenging process is performed when the fuel cell is stopped, the impurity gas accumulated in the anode electrode at the next start-up can be purged well. Therefore, good power generation characteristics can be obtained immediately after the start of the fuel cell.

≪システム構成≫
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は本実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。 << System configuration >>
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to the present embodiment.

図１に示すように、燃料電池システム１は、高圧水素タンク１１、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）１２、燃料電池１３、遮断弁１４、切替弁１５、パージ弁１６および制御部（排気量変更手段）１７を主に備えている。 As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a high-pressure hydrogen tank 11, a compressor (oxidant gas supply means) 12, a fuel cell 13, a shutoff valve 14, a switching valve 15, a purge valve 16, and a control unit (change in exhaust amount). Means) 17 is mainly provided.

高圧水素タンク１１内には、数十ＭＰａの高圧の水素ガス（燃料ガス）が貯蔵されており、この水素ガスは遮断弁１４が開放されることで燃料電池１３へ供給されるようになっている。なお、この高圧水素タンク１１と燃料電池１３との間には、水素ガスの通り道となる管状の燃料ガス供給路（燃料ガス流通路）２１が設けられており、この燃料ガス供給路２１には、高圧水素タンク１１側から燃料電池１３側に向けて順に、遮断弁１４、圧力センサ２１Ａが設けられている。なお、圧力センサ２１Ａは、常時燃料ガス供給路２１内の圧力を検出しており、その圧力値を示す信号を制御部１７に出力している。 In the high-pressure hydrogen tank 11, high-pressure hydrogen gas (fuel gas) of several tens of MPa is stored, and this hydrogen gas is supplied to the fuel cell 13 when the shut-off valve 14 is opened. Yes. A tubular fuel gas supply passage (fuel gas flow passage) 21 serving as a passage for hydrogen gas is provided between the high-pressure hydrogen tank 11 and the fuel cell 13. A shut-off valve 14 and a pressure sensor 21A are provided in order from the high-pressure hydrogen tank 11 side to the fuel cell 13 side. The pressure sensor 21 </ b> A constantly detects the pressure in the fuel gas supply path 21 and outputs a signal indicating the pressure value to the control unit 17.

コンプレッサ１２は、空気（酸化剤ガス）を圧縮して燃料電池１３に供給するものである。そして、コンプレッサ１２と燃料電池１３との間には、空気の通り道となる管状の空気供給路（酸化剤ガス流通路）２２が設けられている。 The compressor 12 compresses air (oxidant gas) and supplies it to the fuel cell 13. And between the compressor 12 and the fuel cell 13, the tubular air supply path (oxidant gas flow path) 22 used as the passage of air is provided.

燃料電池１３は、高圧水素タンク１１から供給される水素ガスと、コンプレッサ１２から供給される空気中の酸素とを電気化学反応させることにより発電するものである。また、燃料電池１３には、この燃料電池１３で発電した電力を消費するモータ等の負荷３１が接続されている。 The fuel cell 13 generates power by causing an electrochemical reaction between hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 11 and oxygen in the air supplied from the compressor 12. The fuel cell 13 is connected to a load 31 such as a motor that consumes the electric power generated by the fuel cell 13.

遮断弁１４は、制御部１７によって適宜開閉されることによって、高圧水素タンク１１から燃料電池１３への水素ガスの供給・停止を切り替えている。 The shut-off valve 14 is appropriately opened and closed by the control unit 17 to switch supply / stop of hydrogen gas from the high-pressure hydrogen tank 11 to the fuel cell 13.

切替弁１５は、制御部１７によって適宜開閉される弁であり、燃料ガス供給路２１における遮断弁１４の下流側部分と空気供給路２２とに跨るように接続される掃気用流路２３に設けられている。そして、この切替弁１５が閉塞した状態では、コンプレッサ１２からの空気は空気供給路２２を介して燃料電池１３のカソード極側のみに供給され、切替弁１５が開放した状態では、コンプレッサ１２からの空気は、燃料電池１３のカソード極側に供給される他、掃気用流路２３および燃料ガス供給路２１を介して燃料電池１３のアノード極側にも供給されるようになっている。 The switching valve 15 is a valve that is appropriately opened and closed by the control unit 17, and is provided in the scavenging flow path 23 connected so as to straddle the downstream portion of the cutoff valve 14 in the fuel gas supply path 21 and the air supply path 22. It has been. When the switching valve 15 is closed, the air from the compressor 12 is supplied only to the cathode side of the fuel cell 13 via the air supply path 22, and when the switching valve 15 is opened, the air from the compressor 12 is supplied. In addition to being supplied to the cathode electrode side of the fuel cell 13, the air is also supplied to the anode electrode side of the fuel cell 13 via the scavenging flow path 23 and the fuel gas supply path 21.

パージ弁１６は、制御部１７によって適宜開閉される弁であり、燃料電池１３のアノード極側の出口に接続される燃料ガス排出路（燃料ガス流通路）２４に設けられている。そして、このパージ弁１６と前記した切替弁１５をともに開放させることによって、アノード極側の掃気が行われるようになっている。なお、本実施形態では、前記したコンプレッサ１２、空気供給路２２、掃気用流路２３、切替弁１５およびパージ弁１６が、特許請求の範囲にいう「掃気手段」に相当することとなる。また、前記した高圧水素タンク１１、遮断弁１４およびパージ弁１６が、特許請求の範囲にいう「排出手段」に相当する。 The purge valve 16 is a valve that is appropriately opened and closed by the control unit 17, and is provided in a fuel gas discharge path (fuel gas flow path) 24 connected to the anode electrode side outlet of the fuel cell 13. The scavenging of the anode electrode side is performed by opening both the purge valve 16 and the switching valve 15 described above. In the present embodiment, the compressor 12, the air supply path 22, the scavenging flow path 23, the switching valve 15 and the purge valve 16 correspond to “scavenging means” in the claims. Further, the high-pressure hydrogen tank 11, the shut-off valve 14, and the purge valve 16 described above correspond to “discharge means” in the claims.

制御部１７は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ・ＲＡＭ）、入出力インタフェイス、各種電子回路等を含んで構成され、コンプレッサ１２の駆動・停止またはその回転速度を変更させる機能、遮断弁１４、切替弁１５およびパージ弁１６の開閉またはその開度を調整する機能、負荷３１への電流の供給を停止・継続する機能といった機能を備えている。また、この制御部１７は、前記した機能の他にも、本発明に特有の機能を含めて様々な機能を備えている。以下に、制御部１７の主な機能の詳細について説明する。 The control unit 17 includes a CPU, a memory (ROM / RAM), an input / output interface, various electronic circuits, and the like, and has a function of driving / stopping the compressor 12 or changing its rotational speed, a shut-off valve 14, and a switching valve. 15 and the function of adjusting the opening and closing of the purge valve 16 or the opening thereof, and the function of stopping and continuing the supply of current to the load 31. In addition to the above-described functions, the control unit 17 has various functions including functions unique to the present invention. Below, the detail of the main functions of the control part 17 is demonstrated.

〈掃気開始判断機能〉
制御部１７は、例えば運転者がイグニッションスイッチをＯＦＦにすること等によって出力されるシステムの停止要求を受けたときに、燃料ガス供給路２１、燃料電池１３に形成される図示せぬ通路および燃料ガス排出路２４（以下、これらを含めて単に「アノード極」という）内の掃気を行うか否かを判断する機能を備えている。なお、掃気を行うか否かの判断は、具体的には、例えば温度センサで検出する外気温が所定値以下であるか否か（流路内に残存する水が凍る可能性があるか否か）を判断することにより行うことができる。また、ネットワークを通じて外部から気象予報データを取得して、このデータに基づいて掃気を行うか否かの判断を行うことができる。 <Scavenging start judgment function>
For example, when the driver receives a system stop request that is output, for example, when the driver turns off the ignition switch, the control unit 17 includes a fuel gas supply path 21, a passage (not shown) formed in the fuel cell 13, and fuel. It has a function of determining whether or not to perform scavenging in the gas discharge path 24 (hereinafter simply referred to as “anode electrode”). Specifically, the determination of whether or not to perform scavenging is performed, for example, whether or not the outside air temperature detected by the temperature sensor is a predetermined value or less (whether there is a possibility that water remaining in the flow path is frozen or not). It can be done by judging. It is also possible to acquire weather forecast data from the outside through a network and determine whether or not to perform scavenging based on this data.

〈記憶機能〉
制御部１７は、前記したようにシステムの停止時においてアノード極の掃気を行ったときは、掃気の有無を示す情報（掃気情報）に値として「１」を設定して図示せぬ記憶部（メモリ）に記憶させるとともに、掃気を行わなかったときは、掃気情報の値として「０」を設定して記憶部に記憶させる機能を備えている。なお、掃気情報は、システムの停止の度に書き換えられることになる。 <Memory function>
As described above, when scavenging of the anode electrode is performed when the system is stopped, the control unit 17 sets “1” as a value to information indicating the presence / absence of scavenging (scavenging information) (not shown) And a function of setting “0” as the value of the scavenging information and storing it in the storage unit when scavenging is not performed. The scavenging information is rewritten every time the system is stopped.

〈ソーク時間算出機能〉
制御部１７は、燃料電池１３の停止処理が完了したときに、その内部に備えた図示せぬ時計を用いて燃料電池１３の停止から起動までの経過時間（ソーク時間）を算出する機能を備えている。例えば、制御部１７が、停止処理完了時の時刻を時計により決定して記憶部に記憶しておけば、起動時（イグニッションスイッチＯＮ時）の時刻と記憶しておいた停止処理完了時の時刻との差からソーク時間を算出することができる。 <Soak time calculation function>
When the stop process of the fuel cell 13 is completed, the control unit 17 has a function of calculating an elapsed time (soak time) from the stop to the start of the fuel cell 13 using a clock (not shown) provided therein. ing. For example, if the control unit 17 determines the time when the stop process is completed using a clock and stores it in the storage unit, the time when the start process (when the ignition switch is turned on) and the stored time when the stop process is completed are stored. Soak time can be calculated from the difference.

〈掃気確認機能〉
制御部１７は、例えば運転者がイグニッションスイッチをＯＮにすること等によって出力されるシステムの起動要求を受けたときに、前記記憶部に記憶した掃気情報に基づいて、燃料電池１３の前回の停止時において掃気が行われているか否かを判断する機能を備えている。 <Scavenging confirmation function>
For example, when the driver receives a system activation request that is output by, for example, turning on an ignition switch, the control unit 17 stops the fuel cell 13 last time based on the scavenging information stored in the storage unit. A function is provided for determining whether or not scavenging is being performed.

〈排気量決定機能〉
制御部１７は、燃料電池１３の起動時に、燃料電池１３の前回の停止時において掃気が行われていると判断すると、燃料ガス排出路２４から排出するアノード極内の残ガスの総排気量が、掃気が行われていないと判断したときよりも多くなるように、その総排気量を決定する機能を備えている。さらに、この制御部１７は、燃料電池１３の起動時に、燃料電池１３の前回の停止時において掃気が行われていないと判断すると、前記したソーク時間算出機能によって算出されたソーク時間に基づいて、総排気量を決定する機能を備えている。 <Displacement determination function>
When the control unit 17 determines that scavenging is performed at the time of the previous stop of the fuel cell 13 when the fuel cell 13 is started, the total exhaust amount of the residual gas in the anode electrode discharged from the fuel gas discharge path 24 is determined. A function of determining the total displacement is provided so as to be larger than when it is determined that scavenging is not performed. Further, when the control unit 17 determines that scavenging is not performed at the time of the previous stop of the fuel cell 13 when the fuel cell 13 is started, based on the soak time calculated by the soak time calculation function described above, It has a function to determine the total displacement.

〈弁等の制御機能〉
制御部１７は、前記した排気量決定機能によってアノード極内の残ガスの総排気量を決定すると、この総排気量に基づいてパージ弁１６の開度、開弁時間、または開閉回数等を適宜調整することで、その総排気量に相当する量だけアノード極内の残ガスをパージさせる機能を備えている。 <Valve control functions>
When the control unit 17 determines the total exhaust amount of the residual gas in the anode electrode by the above-described exhaust amount determination function, the opening degree, the valve opening time, the opening / closing frequency, etc. of the purge valve 16 are appropriately determined based on this total exhaust amount. By adjusting, it has a function of purging the residual gas in the anode electrode by an amount corresponding to the total displacement.

≪停止時のシステムの動作≫
以下に、燃料電池１３の停止時における制御部１７の動作について図２に示すフローチャートや図１を参照して説明する。参照する図面において、図２は燃料電池の停止時における制御部の動作を示すフローチャートである。 ≪System operation when stopped≫
The operation of the control unit 17 when the fuel cell 13 is stopped will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 2 and FIG. In the drawings to be referred to, FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control unit when the fuel cell is stopped.

制御部１７は、システムの停止要求を受けると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、遮断弁１４を閉塞させ（ステップＳ２）、例えば温度センサで得られる外気温を判断して燃料電池１３のアノード極内の掃気を行うか否かを判断する（ステップＳ３）。 When the control unit 17 receives a system stop request (step S1: Yes), the control unit 17 closes the shut-off valve 14 (step S2), and determines the outside air temperature obtained by, for example, a temperature sensor, so It is determined whether or not scavenging is performed (step S3).

制御部１７は、ステップＳ３において掃気を行わないと判断すると（Ｎｏ）、アノード極内の圧力ＰＨが所定値Ｐ１になるまで燃料電池１３による発電を続行させる（ステップＳ４）。これにより、アノード極内に残された水素が発電により消費されるので、アノード極内の圧力が低下する。アノード極内の圧力ＰＨが所定値Ｐ１になったら負荷３１への電流の供給をＯＦＦにすることで（ステップＳ５）、燃料電池１３による発電を停止させる。これにより、燃料電池１における水素と酸素の消費が停止されるので、アノード極内の圧力の低下は停止する。ステップＳ５の後において、制御部１７は、所定時間Ｔ１が経過したと判断すると（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、コンプレッサ１２によるカソード側の掃気が完了したと判断して、パージ弁１６を開放（ＯＮ）させる（ステップＳ７）。アノード極内の水素ガスの残圧（所定値Ｐ１）が大気圧以上であることから、このステップＳ７により、アノード極内の水素がクロスリークによる不純ガス等とともに系外に排出される。このステップＳ７の後、掃気の有無を示す掃気情報に「０」を設定し、制御部１７の記憶部に記憶する（ステップＳ８）。つまり、アノード極を空気で掃気しなかったことを記憶部に記憶する。
なお、ステップＳ７で開始されるパージは、後記するように、アノード極内の圧力ＰＨが所定値ＰＨ３になるまで行われる（ステップＳ１５、Ｓ１６）。 If the control part 17 judges that scavenging is not performed in step S3 (No), it continues the electric power generation by the fuel cell 13 until the pressure PH in the anode electrode reaches a predetermined value P1 (step S4). Thereby, since the hydrogen remaining in the anode electrode is consumed by power generation, the pressure in the anode electrode decreases. When the pressure PH in the anode electrode reaches a predetermined value P1, the power supply to the load 31 is turned off (step S5), and the power generation by the fuel cell 13 is stopped. As a result, the consumption of hydrogen and oxygen in the fuel cell 1 is stopped, so that the pressure drop in the anode electrode is stopped. After step S5, when the control unit 17 determines that the predetermined time T1 has elapsed (step S6: Yes), it determines that scavenging on the cathode side by the compressor 12 has been completed, and opens the purge valve 16 (ON). (Step S7). Since the residual pressure (predetermined value P1) of the hydrogen gas in the anode electrode is equal to or higher than the atmospheric pressure, the hydrogen in the anode electrode is discharged out of the system together with the impure gas due to cross leak and the like in this step S7. After this step S7, “0” is set in the scavenging information indicating the presence or absence of scavenging and is stored in the storage unit of the control unit 17 (step S8). That is, the fact that the anode electrode was not scavenged with air is stored in the storage unit.
The purge started in step S7 is performed until the pressure PH in the anode electrode reaches a predetermined value PH3 as will be described later (steps S15 and S16).

ところで、前記したステップＳ３において、制御部１７は、アノード極内の掃気を行うと判断すると（Ｙｅｓ）、アノード極内の圧力ＰＨが前記所定値Ｐ１よりも低い圧力となる所定値Ｐ２になるまで燃料電池１３による発電を続行させ（ステップＳ９）、所定値Ｐ２になったら負荷３１をＯＦＦにすることで（ステップＳ１０）、燃料電池１３による発電を停止させる。これにより、燃料電池１における水素と酸素の消費が停止されるので、アノード極内の圧力の低下は停止する。ちなみに、アノード極内の掃気を行わない場合の所定値Ｐ１（ステップＳ４参照）よりもアノード極内の掃気を行う場合の所定値Ｐ２（ステップＳ９参照）の方が小さな値になっているのは、アノード極内の掃気を行うことにより系外に排出される水素の量を少なくするためである。なお、負荷３１がバッテリの場合は、発電した電力はバッテリにより蓄電されることになる。 By the way, in the above-described step S3, when the control unit 17 determines to perform scavenging in the anode electrode (Yes), until the pressure PH in the anode electrode reaches a predetermined value P2 that is lower than the predetermined value P1. The power generation by the fuel cell 13 is continued (step S9). When the predetermined value P2 is reached, the load 31 is turned off (step S10), thereby stopping the power generation by the fuel cell 13. As a result, the consumption of hydrogen and oxygen in the fuel cell 1 is stopped, so that the pressure drop in the anode electrode is stopped. Incidentally, the predetermined value P2 (see step S9) when scavenging within the anode electrode is smaller than the predetermined value P1 (see step S4) when scavenging within the anode electrode is not performed. This is to reduce the amount of hydrogen discharged out of the system by scavenging the anode electrode. When the load 31 is a battery, the generated power is stored by the battery.

ステップＳ１０の後、制御部１７は、切替弁１５およびパージ弁１６をともに開放（ＯＮ）させることで（ステップＳ１１）、コンプレッサ１２からの空気をアノード極側およびカソード極側の両方に供給させる。これにより、これらの系内がともに掃気されることとなる。もちろん、コンプレッサ１２から供給される空気の全量がアノード極内の掃気に使われるように、カソード極の手前に遮断弁を設けるようにしてもよい。 After step S10, the control unit 17 opens (ON) both the switching valve 15 and the purge valve 16 (step S11), thereby supplying air from the compressor 12 to both the anode electrode side and the cathode electrode side. As a result, both of these systems are scavenged. Of course, a shutoff valve may be provided in front of the cathode so that the entire amount of air supplied from the compressor 12 is used for scavenging in the anode.

ステップＳ１１の後において、制御部１７は、所定時間Ｔ２が経過したと判断すると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、アノード極側およびカソード側の掃気が完了したと判断して、切替弁１５を閉じる（ステップＳ１３）。これにより、コンプレッサ１２からアノード極側への空気の供給が止められることとなる。ステップＳ１３の後、掃気の有無を示す掃気情報に「１」を設定し、制御部１７の記憶部に記憶する（ステップＳ１４）。つまり、アノード極内を空気で掃気したことを記憶部に記憶する。 After step S11, when the control unit 17 determines that the predetermined time T2 has elapsed (step S12: Yes), the control unit 17 determines that scavenging on the anode side and the cathode side is completed, and closes the switching valve 15 (step S12). S13). As a result, the supply of air from the compressor 12 to the anode electrode side is stopped. After step S13, “1” is set in the scavenging information indicating the presence or absence of scavenging and is stored in the storage unit of the control unit 17 (step S14). That is, the fact that the anode electrode has been scavenged with air is stored in the storage unit.

そして、ステップＳ１４の後や、前記したステップＳ８の後、制御部１７は、アノード極内の圧力ＰＨが前記した所定値Ｐ１，Ｐ２より低く大気圧より高い値となる所定値Ｐ３以下であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、圧力ＰＨが所定値Ｐ３以下であると判断されると（Ｙｅｓ）、制御部１７はパージ弁１６を閉じた後（ステップＳ１６）、コンプレッサ１２による空気の供給を停止させて（ステップＳ１７）、このフローチャートによる動作を終了させる。ちなみに、図１のシステム構成の燃料電池システム１では、このフローチャートの動作を実行しても、アノード極内の圧力ＰＨが大気圧以下になることはないといえる。 Then, after step S14 or after step S8, the controller 17 determines whether the pressure PH in the anode electrode is equal to or less than a predetermined value P3 that is lower than the predetermined values P1 and P2 and higher than the atmospheric pressure. It is determined whether or not (step S15). If it is determined in step S15 that the pressure PH is equal to or lower than the predetermined value P3 (Yes), the control unit 17 closes the purge valve 16 (step S16), and then stops the supply of air by the compressor 12 (step S16). S17), the operation according to this flowchart is terminated. Incidentally, in the fuel cell system 1 having the system configuration of FIG. 1, it can be said that the pressure PH in the anode electrode does not become the atmospheric pressure or lower even if the operation of this flowchart is executed.

≪起動時のシステムの動作≫
続いて、燃料電池１３の起動時における制御部１７の動作について図３に示すフローチャート、図４に示すマップや図１を参照して説明する。参照する図面において、図３は燃料電池の起動時における制御部の動作を示すフローチャートであり、図４は総排気量を決定するために利用するマップである。 ≪System behavior at startup≫
Next, the operation of the control unit 17 when the fuel cell 13 is started will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 3, the map shown in FIG. 4, and FIG. In the drawings to be referred to, FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the control unit at the time of starting the fuel cell, and FIG. 4 is a map used for determining the total displacement.

制御部１７は、図３に示すように、例えば運転者がイグニッションスイッチ（図示せず）をＯＮにすることによって各種機能を準備する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部１７のＲＯＭに書き込まれているプログラムやマップ等をＣＰＵに読み込み、前記した各機能を準備する。これにより、制御部１７が機能し、遮断弁１４を開放させて高圧水素タンク１１から燃料電池１３のアノード極へ水素ガスを供給させるとともに（ステップＳ２２）、コンプレッサ１２を駆動させることによって燃料電池１３のカソード極へ空気を供給させる（ステップＳ２３）。 As shown in FIG. 3, the control unit 17 prepares various functions, for example, when a driver turns on an ignition switch (not shown) (step S <b> 21). Specifically, a program, a map, and the like written in the ROM of the control unit 17 are read into the CPU to prepare each function described above. As a result, the control unit 17 functions to open the shut-off valve 14 to supply hydrogen gas from the high-pressure hydrogen tank 11 to the anode electrode of the fuel cell 13 (step S22) and drive the compressor 12 to drive the fuel cell 13. Air is supplied to the cathode electrode (step S23).

ステップＳ２３の後、制御部１７は、燃料電池１３の前回の停止時においてアノード極内の掃気を行ったか否かを判断する（ステップＳ２４）。つまり、前記したステップＳ８またはステップＳ１４で記憶した掃気情報の値が「０」か「１」のどちらであるかを判断する。そして、ステップＳ２４において、制御部１７は、掃気情報の値が「０」であり、掃気を行っていないと判断すると（Ｎｏ）、図４のマップ（破線で示す方）を参照してソーク時間に応じた総排気量を決定する（ステップＳ２５）。また、制御部１７は、このステップＳ２４において、掃気情報の値が「１」であり、掃気を行ったと判断すると（Ｙｅｓ）、図４のマップを参照して、掃気を行っていないと判断したときの総排気量（図４の破線）よりも多い（多めの）総排気量（図４の実線）を決定する（ステップＳ２６）。なお、掃気を行ったと判断したときの総排気量は、図４に実線で示すように、ソーク時間に関係なく、常に一定となっている。これは、空気による掃気により、アノード極内が空気に置換されているからである。ちなみに、停止時に掃気を行わなかった場合について、ソーク時間が長いほど総排気量が多くなっているのは、ソーク時間が長いほどクロスリーク量が多くなり、燃料電池１３の内部、つまりアノード極内の水素濃度が低下しているからである。
なお、ステップＳ２２の前に、ステップＳ２４〜Ｓ２７を行ってもよい。 After step S23, the control unit 17 determines whether or not scavenging of the anode electrode has been performed at the previous stop of the fuel cell 13 (step S24). That is, it is determined whether the value of the scavenging information stored in step S8 or step S14 is “0” or “1”. In step S24, when the control unit 17 determines that the scavenging information value is “0” and scavenging is not performed (No), the soak time is referred to with reference to the map (shown by the broken line) in FIG. The total displacement is determined according to (step S25). Further, when the scavenging information value is “1” in step S24 and it is determined that scavenging has been performed (Yes), the control unit 17 determines that scavenging has not been performed with reference to the map of FIG. A larger (larger) total exhaust amount (solid line in FIG. 4) than the current total exhaust amount (broken line in FIG. 4) is determined (step S26). Note that the total displacement when it is determined that scavenging has been performed is always constant regardless of the soak time, as shown by the solid line in FIG. This is because the inside of the anode is replaced with air by scavenging with air. Incidentally, in the case where scavenging is not performed at the time of stoppage, the total exhaust amount increases as the soak time increases. The longer the soak time, the greater the cross leak amount. This is because the hydrogen concentration of the water is decreasing.
Note that steps S24 to S27 may be performed before step S22.

ステップＳ２５またはステップＳ２６の後、制御部１７は、パージ弁１６を開き（ステップＳ２７）、このパージ弁１６から前記総排気量に相当する量の残ガスが排出されたか否かを前記総排気量に基づいて判断する（ステップＳ２８）。なお、このステップＳ２８においては、制御部１７は、例えばパージ弁１６を開いてから所定時間が経過したか否かや、燃料ガス排出路２４内に設けた流量センサで検出される値に基づいて算出される総排気量が所定値となったか否か等を判断している。 After step S25 or step S26, the control unit 17 opens the purge valve 16 (step S27), and determines whether or not the remaining amount of residual gas corresponding to the total exhaust amount has been exhausted from the purge valve 16. (Step S28). In step S28, the control unit 17 determines, for example, whether or not a predetermined time has elapsed since the purge valve 16 was opened, and a value detected by a flow sensor provided in the fuel gas discharge path 24. It is determined whether or not the calculated total exhaust amount has reached a predetermined value.

そして、ステップＳ２８において、制御部１７は、まだ総排気量に相当する量の残ガスが排出されていないと判断すると（Ｎｏ）、再度ステップＳ２８の処理を繰り返す。また、ステップＳ２８において、制御部１７は、総排気量に相当する量の残ガスが排出されたと判断すると（Ｙｅｓ）、パージ弁１６を閉じ（ステップＳ２９）、その後、負荷３１をＯＮにすることで燃料電池１３による発電を開始させて（ステップＳ３０）、このフローチャートによる動作を終了させる。 Then, in step S28, when the control unit 17 determines that the amount of residual gas corresponding to the total exhaust amount has not been exhausted yet (No), the process of step S28 is repeated again. In step S28, if the control unit 17 determines that the amount of residual gas corresponding to the total exhaust amount has been exhausted (Yes), the purge valve 16 is closed (step S29), and then the load 31 is turned ON. Then, power generation by the fuel cell 13 is started (step S30), and the operation according to this flowchart is ended.

以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
燃料電池１３の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合は、燃料電池１３の内部（アノード極内）の水分が排出されるので、寒冷地での停止時における水分の凍結による燃料電池１３の損傷を防ぐことができる。また、アノード極内から水素（燃料ガス）を排出して空気（不活性ガス）に置換することで、燃料電池１３の性能を良好な状態に永く維持することができる。 According to the above, the following effects can be obtained in the present embodiment.
When the anode scavenging process is performed when the fuel cell 13 is stopped, the water inside the fuel cell 13 (within the anode electrode) is discharged, so that the fuel cell 13 is freed by freezing of the water when stopped in a cold region. Damage can be prevented. Further, by discharging hydrogen (fuel gas) from the anode and replacing it with air (inert gas), the performance of the fuel cell 13 can be maintained in a good state for a long time.

アノード掃気処理を行わなかった場合は、燃料電池１３の停止中におけるクロスリークを考慮してソーク時間に基づいて排出する残ガスの総排気量を決定するので、特にソーク時間が短い場合等、アノード極内に残存する水素ガスを無駄に捨てずに済み、その分燃費を向上させることができる。 When the anode scavenging process is not performed, the total exhaust amount of the remaining gas to be discharged is determined based on the soak time in consideration of the cross leak while the fuel cell 13 is stopped. It is not necessary to waste the hydrogen gas remaining in the pole, and the fuel efficiency can be improved accordingly.

なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、燃料電池１３の起動時において水素ガスの供給の後、空気の供給を行うこととしたが、本発明はこれに限定されず、これとは逆または同時であってもよい。
本実施形態では、図４に示すマップの縦軸を総排気量とすることで、制御部１７がソーク時間等に基づいてアノード極内の残ガスの総排気量を決定するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えばマップの縦軸をパージ弁１６の開弁時間とすることで、制御部１７が開弁時間を決定するようにしてもよい。また、マップは、関数でもテーブルでもよい。 In addition, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.
In the present embodiment, air is supplied after hydrogen gas is supplied when the fuel cell 13 is started. However, the present invention is not limited to this, and may be reversed or simultaneous.
In the present embodiment, the vertical axis of the map shown in FIG. 4 is the total displacement, so that the control unit 17 determines the total displacement of the remaining gas in the anode electrode based on the soak time or the like. The present invention is not limited to this. For example, the control unit 17 may determine the valve opening time by setting the vertical axis of the map as the valve opening time of the purge valve 16. The map may be a function or a table.

本実施形態では、記憶部に掃気情報を記憶しておくこととしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばアノード極内に存在するガスの濃度を検出する濃度センサ或いはアノード極から排出されるガスの濃度を検出する濃度センサを設けておくことで、制御部１７が濃度センサで検出した信号を参照し、停止時に掃気が行われたか否かを判断するようにしてもよい。なお、濃度センサは、水素濃度を検出するものでも、酸素濃度を検出するものでも、窒素濃度を検出するものでもよい。また、掃気を行った場合と行わなかった場合とで、燃料電池１３の内部（アノード極内）の水分量が異なることから、アノード極内の掃気を行ったか行わなかったかは、アノード極内に存在するガスや排出されるガスにおける水蒸気の濃度を検出して判断してもよい。 In the present embodiment, scavenging information is stored in the storage unit, but the present invention is not limited to this. For example, by providing a concentration sensor for detecting the concentration of gas existing in the anode electrode or a concentration sensor for detecting the concentration of gas discharged from the anode electrode, the control unit 17 refers to the signal detected by the concentration sensor. Further, it may be determined whether or not scavenging has been performed at the time of stopping. The concentration sensor may be one that detects the hydrogen concentration, one that detects the oxygen concentration, or one that detects the nitrogen concentration. In addition, since the amount of water inside the fuel cell 13 (in the anode electrode) differs depending on whether scavenging is performed or not, whether the scavenging in the anode electrode is performed or not is determined in the anode electrode. The determination may be made by detecting the concentration of water vapor in the existing gas or the exhausted gas.

本実施形態では、掃気ガスとしてコンプレッサ１２から送り出す空気を利用したが、本発明はこれに限定されず、例えば窒素ガスを掃気ガスとして利用してもよい。ただし、この場合は、コンプレッサ１２の他に、窒素タンク等の窒素ガスを供給するための装置を別個に用意する必要があるため、本実施形態のような構造にする方がコンパクト化の点で望ましい。 In the present embodiment, the air sent out from the compressor 12 is used as the scavenging gas. However, the present invention is not limited to this, and for example, nitrogen gas may be used as the scavenging gas. However, in this case, in addition to the compressor 12, it is necessary to separately prepare a device for supplying nitrogen gas such as a nitrogen tank. desirable.

また、停止時にアノード極内を掃気するか否かは、人間の判断により行うこととしてもよい。ちなみに、操作スイッチ等の入力手段を制御部１７に備えることとして、この入力手段を介して、人間の判断を制御部１７に入力することができる。 Further, whether or not the inside of the anode electrode is scavenged at the time of stopping may be determined by human judgment. Incidentally, by providing the control unit 17 with input means such as operation switches, it is possible to input human judgment to the control unit 17 via this input means.

また、停止時にアノード極内を空気ではなく、水素（燃料ガス）で掃気（パージ）した場合は、掃気を行わなかった場合と同様の起動時の動作を行うこととしてもよい。 In addition, when the inside of the anode electrode is scavenged (purged) with hydrogen (fuel gas) instead of air at the time of stopping, the start-up operation similar to the case where scavenging is not performed may be performed.

本実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system which concerns on this embodiment. 燃料電池の停止時における制御部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control part at the time of a stop of a fuel cell. 燃料電池の起動時における制御部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control part at the time of starting of a fuel cell. 総排気量を決定するために利用するマップである。It is a map used in order to determine the total displacement.

Explanation of symbols

１燃料電池システム
１１高圧水素タンク
１２コンプレッサ
１３燃料電池
１４遮断弁
１５切替弁
１６パージ弁
１７制御部
２１燃料ガス供給路
２１Ａ圧力センサ
２２空気供給路
２３掃気用流路
２４燃料ガス排出路
３１負荷 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 11 High pressure hydrogen tank 12 Compressor 13 Fuel cell 14 Shut-off valve 15 Switching valve 16 Purge valve 17 Control part 21 Fuel gas supply path 21A Pressure sensor 22 Air supply path 23 Scavenging flow path 24 Fuel gas discharge path 31 Load

Claims

A fuel cell that generates electricity by a reaction between a fuel gas supplied to the anode electrode and an oxidant gas supplied to the cathode electrode;
A fuel gas flow passage through which the fuel gas flows;
An oxidant gas flow passage through which the oxidant gas flows;
Scavenging means for scavenging the fuel gas flow passage and the anode electrode with scavenging gas;
A fuel cell system comprising exhaust means for exhausting residual gas in the fuel gas flow passage and in the anode electrode when the fuel cell is activated;
When starting the fuel cell, it is determined whether or not scavenging is performed by the scavenging means at the previous stop of the fuel cell, and if scavenging is performed, it is determined that scavenging is not performed. An exhaust amount changing means for discharging the residual gas by the exhaust means more than when it is done ,
The scavenging gas is the oxidant gas;
The scavenging means includes a switching valve provided in a scavenging flow path between the oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the cathode electrode and the fuel cell, and the oxidation valve is operated by a switching action of the switching valve. the fuel cell system according to the fuel gas flow passage and said scavenging to Rukoto said inner anode electrode by the oxidant gas supplied from the material gas supply means.

The fuel cell system according to claim 1,
The displacement changing means is
When it is determined that scavenging has not been performed at the previous stop of the fuel cell when the fuel cell is started, the total amount of residual gas to be discharged by the discharge means based on the elapsed time from the stop to start of the fuel cell. A fuel cell system for determining a displacement.

A fuel cell that generates electricity by a reaction between a fuel gas supplied to the anode electrode and an oxidant gas supplied to the cathode electrode;
A fuel gas flow passage through which the fuel gas flows;
An oxidant gas flow passage through which the oxidant gas flows;
Scavenging means for scavenging the fuel gas flow passage and the anode electrode with scavenging gas;
A fuel cell system comprising exhaust means for exhausting residual gas in the fuel gas flow passage and in the anode electrode when the fuel cell is activated;
When starting the fuel cell, it is determined whether scavenging is performed by the scavenging means at the previous stop of the fuel cell, and if scavenging is performed, it is determined that scavenging is not performed. An exhaust amount changing means for discharging the residual gas by the exhaust means more than when it is done,
The displacement changing means is
When it is determined that scavenging has not been performed at the previous stop of the fuel cell when the fuel cell is started, the total amount of residual gas to be discharged by the discharge means based on the elapsed time from the stop to start of the fuel cell. A fuel cell system for determining a displacement.

A fuel cell that generates power by reaction with a fuel gas supplied to the anode electrode and an oxidant gas supplied to the cathode electrode;
A fuel gas flow passage through which the fuel gas flows;
An oxidant gas flow passage through which the oxidant gas flows;
A switching valve provided in a scavenging flow path between the fuel cell and the oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the cathode electrode, and the oxidant gas supply means by the switching action of the switching valve. Scavenging means for scavenging the fuel gas flow passage and the anode electrode with the supplied oxidant gas ;
Discharging means for discharging residual gas in the fuel gas flow path and the anode electrode when starting the fuel cell;
A fuel cell system activation method comprising a control unit that controls activation of the fuel cell,
A scavenging determination step for determining whether or not scavenging by the scavenging means is performed when the fuel cell is started last time when the fuel cell is started;
When it is determined that scavenging is being performed in the scavenging determination step, an exhaust amount changing step for causing the exhaust means to discharge the residual gas more than when it is determined that scavenging is not being performed. A starting method of a fuel cell system, comprising: