JP4687023B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関し、より詳しくは、燃料電池の構成部品を劣化させることなく、且つ、燃料ガスを外部に排出することなく、燃料電池を起動するための技術に係わる。
一般に、固体高分子型燃料電池（以下、燃料電池と略記）では、発電停止時、固体高分子膜を介してカソード側からアノード側に酸化剤ガスが流入し、酸化剤ガスと燃料ガスの混合ガスがアノード側に発生する。このような背景から、従来までの燃料電池システムでは、発電停止中は、窒素ガスによって酸化剤ガスと燃料ガスをパージし、燃料電池を起動する際、アノード側の運転圧力を上昇させた後、カソードに酸化剤ガスを供給し、続いて排出バルブを開けることによってアノード側に滞留している窒素ガスや混合ガスを排出している（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１１−９７０４７号公報
しかしながら、従来までの燃料電池システムのように、燃料電池の起動時にアノード運転圧力を増大させた場合には、アノード触媒上で混合ガスが反応することによって局所的な電位や熱が発生し、燃料電池が劣化する。また、排出バルブを開けることによってアノード側に滞留している窒素ガスや混合ガスを排出した際、窒素ガスや混合ガスと共に燃料ガスが排出され、燃料電池の起動に要する燃料ガス量が増加する。さらに、窒素ガスや混合ガスと共に燃料ガスが排出されるために、燃料ガスを処理するための希釈装置や燃焼装置が必要となり、燃料電池システムのレイアウトを簡素化することが困難になる。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料電池を劣化させることなく、且つ、燃料ガスを排出することなく、燃料電池を迅速に起動することが可能な燃料電池システムを提供することにある。
上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、システム起動時、パージ弁を閉じた状態でガス循環装置を駆動するのと同時に、燃料ガス供給装置からアノードに燃料ガスを供給し、所定条件成立後にアノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させる。
さらに、本発明に係る燃料電池システムは、ガス循環装置の駆動開始から所定時間経過後、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させ、かつ、システム停止時からシステム起動時までの経過時間を計測し、当該経過時間に応じて所定時間を調整する。
本発明に係る燃料電池システムによれば、残留酸素と水素の混合ガス量を抑えることができるので、アノード触媒上での混合ガスの反応による局所的な電位や熱の発生を抑制し、燃料電池スタックの構成部品が劣化することを防止できる。また、起動時には、水素を排出しないので、水素を処理する希釈装置や燃料装置を備える必要がなく、燃料電池システムのレイアウトの自由度が大きくなる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成と動作について説明する。
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１は、図１に示すように、水素と空気を利用して発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック２と、水素供給配管３を介して燃料電池スタック２のアノード（Ａｎｏｄｅ）２ａに水素を供給する水素供給装置４と、空気供給配管５を介して燃料電池スタック２のカソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）２ｂに空気を供給するコンプレッサ６と、カソード２ｂに供給される空気を燃料電池の発電に必要な温度まで冷却するアフタークーラー（Ｃｏｏｌｅｒ）７と、カソード２ｂに供給される空気を加湿する加湿装置（ＷＲＤ）８とを備える。
また、この燃料電池システム１は、消費されずにアノード２ａから排出された水素をアノードオフガスとして、アノード循環路９を介して水素供給配管３に循環させる、又は排気配管１０を介して排気するガス循環装置１１と、排気配管１０より排気されるアノードオフガスを制御するパージ弁１２と、水素供給配管３を流れる水素の圧力を調整する圧力調整弁１３と、一部の酸素が消費され、且つ、発電により生成された水分を含む空気をカソードオフガスとして加湿装置８に供給する配管１４と、加湿装置８から排出されたカソードオフガスを排気する排気配管１５と、排気配管１５より排気されるカソードオフガスの圧力を調整する圧力調整弁１６とを備える。
さらに、この燃料電池システム１は、アノード２ａに供給される水素の圧力及び温度を検出するアノード入口圧力センサ１７及びアノード入口温度センサ１８と、カソード２ｂに供給される空気の圧力及び温度を検出するカソード入口圧力センサ１９及びカソード入口温度センサ２０と、これらセンサの検出結果に従って制御信号を出力することにより燃料電池システム１の動作を制御するシステム制御装置２１とを備える。なお、システム制御装置２１は、本発明に係る制御部として機能する。
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１では、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、燃料電池を劣化させることなく、且つ、燃料ガスを排出することなく、燃料電池システム１を起動する。以下、図２，図３を参照して、起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について詳しく説明する。なお、図２は、システム制御装置２１の制御フローを示し、図３は、起動処理の際のアノード循環路９のガス成分比率及び運転圧力の時間変化を示す。
〔起動処理〕
図２に示すフローチャートは、システム制御装置２１に対し燃料電池システム１の起動命令が入力されるのに応じて開始となり（図３に示す時間Ｔ＝０）、この起動処理はステップＳ１の処理に進む。
ステップＳ１の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２を閉じることにより、排気配管１０からのアノードオフガスの排出を禁止する。これにより、このステップＳ１の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１の処理からステップＳ２の処理に進む。
ステップＳ２の処理では、システム制御装置２１が、水素供給装置４の駆動を開始することにより、アノード２ａへの水素供給を開始する。なお、アノード２ａに水素を供給する際、システム制御装置２１は、図３に示すように運転圧力が一定となるように、アノード入口圧力センサ１７の検出値に従って圧力制御弁１３の開度を制御する。また、この実施形態では、燃料電池の運転圧力の目標値は、起動開始時にアノード２ａ及びアノード循環路９にある水素濃度がＬＦＬ（４％）以下になるように予め算出してある。これにより、このステップ２の処理は完了し、この起動処理はステップＳ２の処理からステップＳ３の処理に進む。
ステップＳ３の処理では、システム制御装置２１が、ガス循環装置１１の駆動を開始することにより、アノード２ａに残留している酸素と水素供給装置４から供給される水素とを混合し、この混合ガスをアノード２ａに供給する。これにより、このステップＳ３の処理は完了し、この起動処理はステップＳ３の処理からステップＳ４の処理に進む。
ステップＳ４の処理では、システム制御装置２１が、ガス循環装置１１の駆動開始からの経過時間（ポンプ駆動時間）ｔのカウントアップを開始する。これにより、このステップＳ４の処理は完了し、この起動処理はステップＳ４の処理からステップＳ５の処理に進む。
ステップＳ５の処理では、システム制御装置２１が、ポンプ駆動時間ｔが酸素濃度減少時間ｔ０以上になったか否かを判別する。そして、ポンプ駆動時間ｔが酸素濃度減少時間ｔ０以上になる（図３じ示す時間Ｔ＝Ｔ１）のに応じて、システム制御装置２１はこの起動処理をステップＳ６の処理に進める。ここで、本明細書において、「酸素濃度減少時間」とは、運転圧力を増大させた場合においても、水素と酸素の混合ガスの化学反応による局所的な電位や熱の発生によって燃料電池スタック２の構成部品を劣化させることのない酸素濃度になるまでの時間であり、実験等の基礎データに基づいて予め算出されている。なお、ポンプ駆動時間ｔが酸素濃度減少時間ｔ０以上になるまでの間は、アノード２ａには水素と酸素の混合ガスが供給されるので、アノード触媒上での化学反応によって酸素が消費される。このため、アノード循環路９内の残留酸素は徐々に消費され、この結果、運転圧力を増大させた際に、アノード触媒上で局所的な電位や熱が発生することを抑制できる。
ステップＳ６の処理では、システム制御装置２１が、アノード運転圧力（アノード入口圧力）及びカソード運転圧力（カソード入口圧力）の目標運転圧力を読み出す。なお、この実施形態では、目標運転圧力は、運転圧力を増大することで水素濃度が増大し、ガス循環装置１１により発電に必要なアノード２ａへの水素流量を確保できる圧力として、予め算出してある。これにより、このステップＳ６の処理は完了し、この起動処理はステップＳ６の処理からステップＳ７の処理に進む。
ステップＳ７の処理では、システム制御装置２１が、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで増大させることにより（図３に示す時間Ｔ＝Ｔ２）、アノード循環路９の水素濃度を増大させ、発電に寄与しないガス濃度を減少させる。これにより、このステップＳ７の処理は完了し、一連の起動処理は終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１によれば、システム制御装置２１が、パージ弁１２を閉じた状態でガス循環装置１１を駆動しながら燃料電池スタック２に水素を供給し、所定条件成立後にアノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで増加させる。そして、このような構成によれば、アノード循環路９に残留酸素がある状況でアノード運転圧力を増大させる場合と比較して、残留酸素と水素の混合ガス量を抑えることができるので、アノード触媒上での混合ガスの反応による局所的な電位や熱の発生を抑制し、燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止できる。
また、アノード運転圧力を増大させるまでの間に、残留酸素が水素との反応により消費されるので、アノード運転圧力を増大させた場合であっても、燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止できる。さらに、残留酸素の消費分を水素に置換し、アノード運転圧力を増大させることにより、発電に寄与しないガスの成分比率を減少させて水素の成分比率を増大させることができるので、要求負荷に応じて電力を取り出す場合には、ガス循環装置１１により水素を不足させることなくアノード２ａに供給し、燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止できる。また、起動時には、水素を排出しないので、水素を処理するための希釈装置や燃料装置を備える必要がなく、燃料電池システムのレイアウトの自由度が大きくなる。
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１によれば、システム制御装置２１が、予め算出された酸素濃度減少時間ｔ０が経過した後に、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで増加させるので、簡単な制御により燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止できる。
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システム３１は、図４に示すように、第１の実施形態となる燃料電池システム１の構成に加えて、アノード循環路９内の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３２を備える。そして、この燃料電池システム３１では、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、アノード運転圧力を増大させた際に燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止する。以下、図５に示すフローチャートを参照して、起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。
図５に示すフローチャートは、システム制御装置２１に対し燃料電池システム１の起動命令が入力されるのに応じて開始となり、この起動処理はステップＳ１１の処理に進む。なお、図５に示すステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理、及びステップＳ１６，Ｓ１７の処理は、図２に示すステップＳ１〜ステップＳ３の処理、及びステップＳ６，Ｓ７の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ１４，Ｓ１５の処理についてのみ説明する。
ステップＳ１４の処理では、システム制御装置２１が、酸素濃度センサ３２の検出値を読み込むことにより、アノード循環路９内の酸素濃度を検出する。これにより、このステップＳ１４の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１４の処理からステップＳ１５の処理に進む。
ステップＳ１５の処理では、システム制御装置２１が、アノード循環路９内の酸素濃度が所定酸素濃度以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、アノード循環路９内の酸素濃度が所定酸素濃度以下でない場合、システム制御装置２１はこの起動処理をステップＳ１４の処理に戻す。一方、アノード循環路９内の酸素濃度が所定酸素濃度以下である場合には、システム制御装置２１はこの起動処理をステップＳ１６の処理に進める。
なお、本明細書において、「所定酸素濃度」とは、運転圧力を増大させた際に、水素と酸素の混合ガスの化学反応による局所的な電位や熱の発生により燃料電池スタック２の構成部品を劣化させることのない酸素濃度であり、実験等の基礎データに基づいて予め算出された値である。
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システム３１によれば、システム制御装置２１が、アノード循環路９内の酸素濃度が燃料電池スタック２２の構成部品の劣化しない酸素濃度になった後にアノード運転圧力を増大させるので、アノード運転圧力を増大させた場合であっても、燃料電池スタック２の構成部品の劣化を抑制することができる。
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、アノード運転圧力を増大させた際に燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止する。以下、図６に示すフローチャートを参照して、起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。
図６に示すフローチャートは、システム制御装置２１に対し燃料電池システム１の起動命令が入力されるのに応じて開始となり、この起動処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、図６に示すステップＳ２１〜ステップＳ２４の処理、及びステップＳ２７，Ｓ２８の処理は、図２に示すステップＳ１〜ステップＳ４の処理、及びステップＳ６，Ｓ７の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ２５，Ｓ２６の処理についてのみ説明する。
ステップＳ２５の処理では、システム制御装置２１が、酸素濃度センサ３２の検出値を読み込むことにより、アノード循環路９内の酸素濃度を検出する。これにより、このステップＳ２５の処理は完了し、この起動処理はステップＳ２５の処理からステップＳ２６の処理に進む。
ステップＳ２６の処理では、システム制御装置２１が、アノード循環路９内の酸素濃度が所定酸素濃度以下、又は、ポンプ駆動時間ｔが酸素濃度減少時間ｔ０以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、アノード循環路９内の酸素濃度が所定酸素濃度以下、又は、ポンプ駆動時間ｔが酸素濃度減少時間ｔ０以上でない場合、システム制御装置２１はこの起動処理をステップＳ２５の処理に戻す。一方、アノード循環路９内の酸素濃度が所定酸素濃度以下、又は、ポンプ駆動時間ｔが酸素濃度減少時間ｔ０以上である場合には、システム制御装置２１はこの起動処理をステップＳ２６の処理に進める。
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システム３１によれば、システム制御装置２１が、アノード循環路９内の酸素濃度が所定酸素濃度以下、又は、ポンプ駆動時間ｔが酸素濃度減少時間ｔ０以上になるのに応じてアノード運転圧力を増大させるので、アノード運転圧力を増大させた場合であっても、燃料電池スタック２の構成部品の劣化を抑制することができる。
一般に、燃料電池システムでは、システム停止直後、アノードに水素，窒素，水蒸気が混在している。そして、システム停止時にアノードの水素を排出しない場合には、図７に示すように、アノード側の水素濃度はカソードへのクロスリークにより時間の経過と共に減少し、逆に窒素濃度はカソードからのクロスリークにより増大する。また、水蒸気濃度はアノードの温度低下に伴い減少する。さらに、アノード側の酸素濃度は、水素濃度が減少するまでは化学反応により増大することはなく、化学反応が起こらなくなった後に増大する。従って、システム停止時間が短い場合には、アノード側に蓄積する酸素濃度は少ない。そこで、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムでは、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、燃料電池システムの起動時間を短縮する。以下、図８に示すフローチャートを参照して、この起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムの構成は、本発明の第１又は第２の実施形態となる燃料電池システムの構成と同一であるので、以下ではその説明を省略する。
図８に示すフローチャートは、燃料電池システムの起動が停止されるのに応じて開始となり、この起動処理はステップＳ３１の処理に進む。なお、図８に示すステップＳ３２〜ステップＳ３５の処理、及びステップＳ３７〜ステップＳ４０の処理は、図６に示すステップＳ２１〜ステップＳ２４の処理、及びステップＳ２５〜ステップＳ２８の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ３１及びステップＳ３６の処理についてのみ説明する。
ステップＳ３１の処理では、システム制御装置２１は、燃料電池システムの停止時間ｔｓをカウントアップする。これにより、このステップＳ３１の処理は完了し、この起動処理はステップＳ３１の処理からステップＳ３２の処理に進む。
ステップＳ３６の処理では、システム制御装置２１が、図９に示すような酸素濃度減少時間ｔ０と停止時間ｔｓの関係を表すマップを参照して、ステップＳ３１の処理においてカウントアップした停止時間ｔｓに対応する酸素濃度減少時間ｔ０を読み出す。なお、図９に示すマップは、燃料電池システムの停止時間に応じてアノード循環路９に蓄積する酸素濃度に基づいて予め算出されている。これにより、このステップＳ３６の処理は完了し、この起動処理はステップＳ３６の処理からステップＳ３７の処理に進む。
以上の説明から明らかなように、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、燃料電池システムの停止時間ｔｓをカウントアップし、燃料電池システムの停止時間ｔｓに応じて酸素濃度減少時間を調整するので、燃料電池システムの起動時間を短縮することができる。
本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムでは、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、燃料電池システムの発電効率を向上させる。以下、図１０に示すフローチャートを参照して、この起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムの構成は、本発明の第１又は第２の実施形態となる燃料電池システムの構成と同一であるので、以下ではその説明を省略する。
図１０に示すフローチャートは、燃料電池システムの起動が停止されるのに応じて開始となり、この起動処理はステップＳ５１の処理に進む。なお、図１０に示すステップＳ５１〜ステップＳ５８の処理、及びステップＳ６１の処理は、図８に示すステップＳ３１〜ステップＳ３８の処理、及びステップＳ４０の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ５９，Ｓ６０の処理についてのみ説明する。
ステップＳ５９の処理では、システム制御装置２１が、アノード入口温度センサ１８の検出値を読み込むことにより、アノード２ａに供給される水素の温度（アノード入口温度）を検出する。これにより、このステップＳ５９の処理は完了し、この起動処理はステップＳ５９の処理からステップＳ６０の処理に進む。
ステップＳ６０の処理では、システム制御装置２１が、図１１に示すような目標運転圧力とアノード入口温度の関係を表すマップを参照して、ステップＳ５９の処理において検出したアノード入口温度に対応する目標運転圧力を読み出す。一般に、アノード入口温度が低い程、水蒸気濃度、すなわち燃料電池システムの発電に寄与しないガスの成分の比率は減少し、逆に水素濃度は高くなる。従って、図１１に示すマップでは、ガス循環装置１１により発電に必要なアノード２ａの水素流量を確保できる目標運転圧力はアノード入口温度が低い程小さくなっている。これにより、このステップＳ３６の処理は完了し、この起動処理はステップＳ３６の処理からステップＳ３７の処理に進む。
以上の説明から明らかなように、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、アノード入口温度に応じて目標運転圧力を調整するので、燃料電池システムの発電効率を向上させることができる。なお、システム制御装置２１は、要求負荷に応じて目標運転圧力を調整してもよい。
本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムでは、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、燃料電池スタック２の構成部品の劣化を抑制する。以下、図１２に示すフローチャートを参照して、この起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムの構成は、本発明の第１又は第２の実施形態となる燃料電池システムの構成と同一であるので、以下ではその説明を省略する。
図１２に示すフローチャートは、燃料電池システムの起動が停止されるのに応じて開始となり、この起動処理はステップＳ７１の処理に進む。なお、図１２に示すステップＳ７１〜ステップＳ７８の処理の処理は、図８に示すステップＳ３１〜ステップＳ３８の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ７９以後の処理についてのみ説明する。
ステップＳ７９の処理では、システム制御装置２１が、燃料電池システムに対する要求負荷を読み込む。これにより、このステップＳ７９の処理は完了し、この起動処理はステップＳ７９の処理からステップＳ８０の処理に進む。
ステップＳ８０の処理では、システム制御装置２１が、図１３に示すような所定セル電圧と要求負荷の関係を表すマップを参照して、ステップＳ７９の処理において読み込んだ要求負荷に対応する所定セル電圧を読み出す。なお、図１３に示すマップにおいて、所定セル電圧は、要求負荷に対応する電力を燃料電池システムから取り出した場合であっても、燃料電池スタックを劣化させることのない電圧値よりも大きい電圧値に設定されており、燃料電池スタックのＩＶ特性に基づいて予め算出されている。これにより、このステップＳ８０の処理は完了し、この起動処理はステップＳ８０の処理からステップＳ８１の処理に進む。
ステップＳ８１の処理では、システム制御装置２１が、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を増大させる。これにより、このステップＳ８１の処理は完了し、この起動処理はステップＳ８１の処理からステップＳ８２の処理に進む。
ステップＳ８２の処理では、システム制御装置２１が、燃料電池スタック２のセル電圧を読み込む。これにより、このステップＳ８２の処理は完了し、この起動処理はステップＳ８２の処理からステップＳ８３の処理に進む。
ステップＳ８３の処理では、システム制御装置２１が、ステップＳ８２の処理において読み込んだセル電圧がステップＳ８０の処理において読み出した所定セル電圧以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、セル電圧が所定セル電圧以上でない場合、システム制御装置２１は、この起動処理をステップＳ８１の処理に戻す。一方、セル電圧が所定セル電圧以上である場合には、システム制御装置２１は一連の起動処理を終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、燃料電池スタック２のセル電圧に従って目標運転圧力を調整する。そして、このような構成によれば、ガス循環装置１１により水素を不足させることなくアノード２ａに供給できるので、燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを抑制できる。なお、セル電圧の代わりに、燃料電池スタック２の総電圧を利用して上記処理を行うようにしてもよい。
一般に、燃料電池スタックに使用される触媒は、高電圧状態で放置した場合、活性が低下し、燃料電池スタックの性能劣化を引き起こすことが知られている。しかしながら、燃料電池スタックは、負荷電流が小さい程、電極電位が高くなる特性を有し、起動時には、各電極に対する反応ガスの供給量が少ないために、微小電流の発生により高電位にさらされる可能性がある。従って、燃料電池スタックの性能劣化を防止するためには、この高電圧状態を速やかに回避させる必要がある。そこで、本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムでは、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、燃料電池スタックの性能劣化を防止する。以下、図１４に示すフローチャートを参照して、この起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムの構成は、本発明の第１又は第２の実施形態となる燃料電池システムの構成と同一であるので、以下ではその説明を省略する。
図１４に示すフローチャートは、システム制御装置２１に対し燃料電池システム１の起動命令が入力されるのに応じて開始となり、この起動処理はステップＳ９１の処理に進む。
ステップＳ９１の処理では、システム制御装置２１が、コンプレッサ６の駆動を禁止する。これにより、このステップＳ９１の処理は完了し、この起動処理はステップＳ９１の処理からステップＳ９２の処理に進む。
ステップＳ９２の処理では、システム制御装置２１が、図１２に示すステップＳ７２〜ステップＳ８３の処理を実行すると共に、ステップＳ７８の処理が完了するのと同時に起動処理をステップＳ９３の処理に進める。
ステップＳ９３の処理では、システム制御装置２１が、図１２に示すステップＳ７８の処理が完了したか否かを判別する。そして、判別の結果、ステップＳ７８の処理が完了するのに応じて、システム制御装置２１は起動処理をステップＳ９４の処理に進める。
ステップＳ９４の処理では、システム制御装置２１が、コンプレッサ６の駆動禁止を解除する。これにより、このステップＳ９４の処理は完了し、一連の起動処理は完了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させる直前までコンプレッサ６の駆動を禁止することにより、カソード２ｂの残留酸素濃度を低下させて無負荷発電時の燃料電池スタック２の電圧を低下させるので、燃料電池スタックに使用されている触媒を高電圧状態で放置することにより触媒活性が低下し、燃料電池スタックの性能が劣化することを防止できる。
本発明の第８の実施形態となる燃料電池システムでは、システム制御装置２１が以下に示す起動処理を実行することにより、燃料電池スタック２の構成部品の劣化を抑制する。以下、図１５に示すフローチャートを参照して、この起動処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、本発明の第８の実施形態となる燃料電池システムの構成は、本発明の第１又は第２の実施形態となる燃料電池システムの構成と同一であるので、以下ではその説明を省略する。
図１５に示すフローチャートは、燃料電池システムの起動が停止されるのに応じて開始となり、この起動処理はステップＳ１０１の処理に進む。なお、図１５に示すステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理は、図１４に示すステップＳ９１，Ｓ９２の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ１０３以後の処理についてのみ説明する。
ステップＳ１０３の処理では、システム制御装置２１が、図１２に示すステップＳ７８の処理が完了したか否かを判別する。そして、判別の結果、ステップＳ７８の処理が完了していない場合、システム制御装置２１は起動処理をステップＳ１０５の処理に進める。一方、ステップＳ７８の処理が完了している場合には、システム制御装置２１は起動処理をステップＳ１０４の処理に進める。
ステップＳ１０４の処理では、システム制御装置２１が、コンプレッサ６の駆動禁止を解除する。これにより、このステップＳ１０４の処理は完了し、一連の起動処理は完了する。
ステップＳ１０５の処理では、システム制御装置２１が、アノード入口圧力センサ１７の検出値を読み込むことにより、アノード２ａに供給される水素の圧力（アノード入口圧力）を検出する。これにより、このステップＳ１０５の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１０５の処理からステップＳ１０６の処理に進む。
ステップＳ１０６の処理では、システム制御装置２１が、カソード入口圧力センサ１９の検出値を読み込むことにより、カソード２ｂに供給される空気の圧力（カソード入口圧力）を検出する。これにより、このステップＳ１０６の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１０６の処理からステップＳ１０７の処理に進む。
ステップＳ１０７の処理では、システム制御装置２１が、アノード入口圧力とカソード入口圧力の差分値を算出し、算出された差分値がアノード２ａとカソード２ｂの差圧の耐圧値以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、差分値が耐圧値以上でない場合、システム制御装置２１は起動処理をステップＳ１０３の処理に戻す。一方、差分値が耐圧値以上である場合には、システム制御装置２１は起動処理をステップＳ１０８の処理に進める。
ステップＳ１０８の処理では、システム制御装置２１が、コンプレッサ６の駆動禁止を解除する。これにより、このステップＳ１０８の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１０８の処理からステップＳ１０９の処理に進む。
ステップＳ１０９の処理では、システム制御装置２１が、耐圧値からアノード入口圧力を減算した値をカソード入口圧力の目標値として算出する。これにより、このステップＳ１０９の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１０９の処理からステップＳ１１０の処理に進む。
ステップＳ１１０の処理では、システム制御装置２１が、ステップＳ１０９の処理により算出された目標値までカソード運転圧力を増大させる。この処理によれば、差分値が耐圧値以上になることを防止できるので、燃料電池スタックの破損を防止できる。これにより、このステップＳ１１０の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１１０の処理からステップＳ１０３の処理に戻る。
以上の説明から明らかなように、本発明の第８の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、アノード入口圧力とカソード入口圧力の差分値が燃料電池スタックの耐圧値以上になることを防止しながら、アノード循環路９の残留酸素量を減少させるので、燃料電池スタック２の構成部品の劣化を抑制することができる。
本発明の第９の実施形態となる燃料電池システムは、図１６，１７に示すように、第１及び第２の実施形態となる燃料電池システムにおいて、水素供給配管３から供給される水素とアノード循環路９から供給されるアノードオフガスとを均一に構成しアノード２ａに供給するミキサ（Ｍｉｘ）４１を備える。そして、このような燃料電池システムによれば、アノード触媒上での混合ガスの反応が一様に進むことになるので、アノード触媒上での局所的な電位や熱の発生を抑制し、燃料電池スタックの構成部品が劣化することを抑制できる。
本発明の第１０の実施形態となる燃料電池システムは、本発明の第１，第２，又は第９の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、システム制御装置２１が、起動処理後、以下に示す制御処理を実行することにより燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを抑制する。以下、図１８，１９を参照して、この制御処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、図１８はシステム制御装置２１の制御フローを示し、図１９は制御処理の際のアノード循環路９のガス成分比率及び運転圧力の時間変化を示す。
図１８に示すフローチャートは、起動処理が完了するのに応じて開始となり（図１９に示す時間Ｔ＝Ｔ２）、この制御処理はステップＳ１２１の処理に進む。
ステップＳ１２１の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２を開くことにより、排気管１０からアノードオフガスを排出する。これにより、このステップＳ１２１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１２１の処理からステップＳ１２２の処理に進む。
ステップＳ１２２の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２の開放時間ｔのカウントアップを開始する。これにより、このステップＳ１２２の処理は完了し、この起動処理はステップＳ１２２の処理からステップＳ１２３の処理に進む。
ステップＳ１２３の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２２の開放時間ｔが所定開放時間ｔ１以上になったか否かを判別する。そして、開放時間ｔが所定開放時間ｔ１以上になるのに応じて（図１９に示す時間Ｔ＝Ｔ３）、システム制御装置２１は、この制御処理をステップＳ１２４の処理に進める。
ステップＳ１２４の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２を閉じることにより、排気管１０からアノードオフガスを排出することを禁止する。これにより、このステップＳ１２４の処理は完了し、一連の制御処理は完了する。そして、システム制御装置２１は、図１９に示す時間Ｔ＝Ｔ４以後、図２０に示すような目標運転圧力と要求負荷の関係を表すマップを参照して要求負荷に応じて運転圧力を制御し、通常発電処理を実行する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第１０の実施形態となる燃料電池システムでは、システム制御装置２１が、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させた後、運転圧力を目標運転圧力に維持した状態でパージ弁１２を所定時間ｔ開放し、その後、要求負荷に応じて運転圧力を調整する。そして、このような構成によれば、アノード２ａに存在する発電に寄与しないガスの成分比率を減少させることができるので、パージ弁１２を閉じた後に要求負荷に応じて運転圧力を変化させた場合であっても、ガス循環装置１１により水素をアノード２ａに不足させることなく供給し、燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを抑制できる。
本発明の第１１の実施形態となる燃料電池システムは、本発明の第１，第２，又は第９の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、システム制御装置２１が、起動処理後、以下に示す制御処理を実行することにより燃料電池システムの効率を向上させる。以下、図２１に示すフローチャートを参照して、この制御処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、図２１に示すステップＳ１３１，Ｓ１３２の処理は、図１８に示すステップＳ１２１，Ｓ１２２の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ１３３以後の処理についてのみ説明する。
ステップＳ１３３の処理では、システム制御装置２１が、アノード入口温度センサ１８の検出値を読み込むことにより、アノード２ａに供給される水素の温度（アノード入口温度）を検出する。これにより、このステップＳ１３３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１３３の処理からステップＳ１３４の処理に進む。
ステップＳ１３４の処理では、システム制御装置２１が、図２２に示すようなパージ弁１２の開閉時間ｔ１とアノード入口温度の関係を表すマップを参照して、ステップＳ１３３の処理において検出したアノード入口温度に対応する開閉時間ｔ１を読み出す。一般に、アノード入口温度が低い程、水蒸気濃度、すなわち燃料電池システムの発電に寄与しないガスの成分の比率が減少し、水素濃度は高くなるために、図２２に示すマップにおいて、パージ弁１２の開放時間は、開放時間を短縮した場合でも、ガス循環装置１１により発電に必要なアノード２ａの水素流量を確保できる値として予め算出されている。これにより、このステップＳ１３４の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１３４の処理からステップＳ１３５の処理に進む。
ステップＳ１３５の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２の開放時間ｔがステップＳ１３４の処理により読み出された開放時間ｔ１以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、開放時間ｔが開放時間ｔ１以上でない場合、システム制御装置２１は制御処理をステップＳ１３３の処理に戻す。一方、開放時間ｔが開放時間ｔ１以上である場合には、システム制御装置２１は、この制御処理をステップＳ１３６の処理に進める。
ステップＳ１３６の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２を閉じることにより、排気管１０からアノードオフガスを排出することを禁止する。これにより、このステップＳ１３６の処理は完了し、一連の制御処理は完了する。そして、システム制御装置２１は、通常発電処理を実行する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第１１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、アノード入口温度に応じてパージ弁１２の開放時間を調整するので、外部に排出される水素量を抑制し、燃料電池システムの発電効率を向上させることができる。
本発明の第１２の実施形態となる燃料電池システムは、本発明の第１，第２，又は第９の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、システム制御装置２１が、起動処理後、以下に示す制御処理を実行することにより燃料電池システムの効率を向上させる。以下、図２３に示すフローチャートを参照して、この制御処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、図２３に示すステップＳ１４１，Ｓ１４２の処理は、図１８に示すステップＳ１２１，Ｓ１２２の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ１４３以後の処理についてのみ説明する。
ステップＳ１４３の処理では、システム制御装置２１が、アノード入口温度センサ１８の検出値を読み込むことにより、アノード２ａに供給される水素の温度（アノード入口温度）を検出する。これにより、このステップＳ１４３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４３の処理からステップＳ１４４の処理に進む。
ステップＳ１４４の処理では、システム制御装置２１が、アノード入口圧力センサ１７の検出値を読み込むことにより、アノード２ａに供給される水素の圧力（アノード入口圧力）を検出する。これにより、このステップＳ１４４の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４４の処理からステップＳ１４５の処理に進む。
ステップＳ１４５の処理では、システム制御装置２１が、図２４に示す要求負荷の上限値とアノード入口圧力の関係を示すマップを参照して、ステップＳ１４４の処理において検出したアノード入口圧力に対応する要求負荷の上限値を読み出す。一般に、水素濃度は、アノード入口圧力が低いほど低くなるために、要求負荷が高い場合には、ガス循環装置１１により発電に必要な水素流量を確保することができない。そこで、図２４に示すマップでは、アノード入口圧力に応じた水素濃度及びガス循環装置１１の流量性能に基づいてアノード２ａに供給可能な水素流量を算出し、アノード入口圧力毎の要求負荷の上限値を設定している。これにより、このステップＳ１４５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４５の処理からステップＳ１４６の処理に進む。
ステップＳ１４６の処理では、システム制御装置２１が、燃料電池システムに対する要求負荷を読み込む。これにより、このステップＳ１４６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４６の処理からステップＳ１４７の処理に進む。
ステップＳ１４７の処理では、システム制御装置２１が、ステップＳ１４５の処理において読み出した要求負荷の上限値とステップＳ１４６の処理において読み込んだ要求負荷とで値が小さい方を要求負荷として決定する。これにより、このステップＳ１４７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４７の処理からステップＳ１４８の処理に進む。
ステップＳ１４８の処理では、システム制御装置２１が、図２２に示すようなパージ弁１２の開閉時間ｔ１とアノード入口温度の関係を表すマップを参照して、ステップＳ１４３の処理において検出したアノード入口温度に対応する開閉時間ｔ１を読み出す。これにより、このステップＳ１４８の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４８の処理からステップＳ１４９の処理に進む。
ステップＳ１４９の処理では、システム制御装置２１が、パージ弁１２の開放時間ｔがステップＳ１４８の処理により読み出されたパージ開時間ｔ１以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、開放時間ｔがパージ開時間ｔ１以上でない場合、システム制御装置２１は制御処理をステップＳ１４３の処理に戻す。一方、開放時間ｔがパージ開時間ｔ１以上である場合には、システム制御装置２１は、一連の制御処理を終了し、通常の発電処理を実行する。
以上の説明から明らかなように、本発明の第１２の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、パージ弁１２の開放時間中、運転圧力に応じて燃料電池スタックの出力を制限するので、アノード２ａに対する水素流量の供給不足を回避し、燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止できる。
本発明の第１３の実施形態となる燃料電池システムは、本発明の第１，第２，又は第９の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、システム制御装置２１が、起動処理後、以下に示す制御処理を実行することにより燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止する。以下、図２５に示すフローチャートを参照して、この制御処理を実行する際のシステム制御装置２１の動作について説明する。なお、図２５に示すステップＳ１５３の処理からステップＳ１５４の処理、及びステップＳ１５６の処理からステップＳ１５９の処理は、図２３に示すステップＳ１４１からステップＳ１４４の処理及びステップＳ１４６の処理からステップＳ１４９の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ１５５の処理についてのみ説明する。
ステップＳ１５５の処理では、システム制御装置２１は、図２６に示すような要求負荷の上限値毎のアノード入口温度とアノード入口圧力の関係を表すマップを参照して、ステップＳ１５３及びステップＳ１５４の処理により検出されたアノード入口温度及びアノード入口圧力に対応する要求負荷の上限値を読み出す。一般に、水蒸気濃度は、アノード入口温度が高いほど増加し、発電に寄与しないガス濃度は、アノード入口圧力が低いほど増大するために、水素濃度が低減し要求負荷が高い場合には、ガス循環装置１１により発電に必要な水素流量を確保することができない。そこで、図２６に示すマップでは、アノード入口温度及びアノード入口圧力に応じた水素濃度及びガス循環装置１１の流量性能に基づいてアノード２ａに供給可能な水素流量を算出し、アノード入口温度及びアノード入口圧力毎に要求負荷の上限値を設定している。これにより、このステップＳ１５５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１５５の処理からステップＳ１５６の処理に進む。
以上の説明から明らかなように、本発明の第１３の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御装置２１が、パージ弁１２の開放時間中、アノード入口圧力とアノード入口温度に応じて燃料電池スタックの出力を制限するので、アノード２ａに対する水素流量の供給不足を回避し、燃料電池スタック２の構成部品が劣化することを防止できる。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 図２に示す起動処理の際のアノード循環路内のガス成分比率及び運転圧力の時間変化を示す図である。 本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 燃料電池システムの起動停止後のガス濃度の時間変化を示す図である。 本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 酸素濃度減少時間とシステム停止時間の関係を示す図である。 本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 目標運転圧力とアノード入口温度の関係を示す図である。 本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 セル電圧と要求負荷の関係を示す図である。 本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第８の実施形態となる燃料電池システムによる起動処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第９の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第９の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１０の実施形態となる燃料電池システムによる制御処理の流れを示すフローチャート図である。 図１８に示す制御処理の際のアノード循環路内のガス成分比率及び運転圧力の時間変化を示す図である。 目標運転圧力と要求負荷の関係を示す図である。 本発明の第１１の実施形態となる燃料電池システムによる制御処理の流れを示すフローチャート図である。 パージ弁の開放時間とアノード入口温度の関係を示す図である。 本発明の第１２の実施形態となる燃料電池システムによる制御処理の流れを示すフローチャート図である。 要求負荷の上限値とアノード入口圧力の関係を示す図である。 本発明の第１３の実施形態となる燃料電池システムによる制御処理の流れを示すフローチャート図である。 要求負荷の上限値毎のアノード入口温度とアノード入口圧力の関係を示す図である。
符号の説明
１，３１：燃料電池システム
２：燃料電池スタック
２ａ：アノード
２ｂ：カソード
３：水素供給配管
４：水素供給装置
５：空気供給配管
６：コンプレッサ
７：アフタークーラー
８：加湿装置
９：アノード循環路
１０：排気配管
１１：アノードオフガス循環装置
１２：パージ弁
１３，１６：圧力調整弁
１４：配管
１５：排気配管
１７：アノード入口圧力センサ
１８：アノード入口温度センサ
１９：カソード入口圧力センサ
２０：カソード入口温度センサ
２１：システム制御装置
３２：酸素濃度センサ
４１：ミキサ

Claims (11)

  1. 複数の燃料電池が積層された燃料電池スタックと、燃料電池スタックのアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池スタックのカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、アノードから排出されたアノードオフガスをアノードに循環させるガス循環装置と、アノードオフガスを外部に排出するパージ弁とを有する燃料電池システムであって、
    システム起動時、前記パージ弁を閉じた状態で前記ガス循環装置を駆動するのと共に、前記燃料ガス供給装置からアノードに燃料ガスを供給し、所定条件成立後にアノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させる制御部を備え、
    前記制御部は、ガス循環装置の駆動開始から所定時間経過後、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させ、かつ、システム停止時からシステム起動時までの経過時間を計測し、当該経過時間に応じて前記所定時間を調整すること を特徴とする燃料電池システム。
  2. アノードオフガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、
    前記制御部は、ガス循環装置の駆動開始から所定時間経過後、又は、前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が所定値以下になるのに応じて、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記制御部は、燃料電池システムに要求負荷に応じて前記目標運転圧力を調整することを特徴とする請求項１または請求項２のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
  4. 前記制御部は、運転温度に応じて前記目標運転圧力を調整することを特徴とする請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池スタックのセル電圧を検出するセル電圧検出手段を備え、
    前記制御部は、前記セル電圧検出手段により検出されたセル電圧に応じて前記目標運転圧力を調整することを特徴とする請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
  6. 複数の燃料電池が積層された燃料電池スタックと、燃料電池スタックのアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池スタックのカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、アノードから排出されたアノードオフガスをアノードに循環させるガス循環装置と、アノードオフガスを外部に排出するパージ弁とを有する燃料電池システムであって、
    システム起動時、前記パージ弁を閉じた状態で前記ガス循環装置を駆動するのと共に、前記燃料ガス供給装置からアノードに燃料ガスを供給し、所定条件成立後にアノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させる制御部を備え、
    前記制御部は、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させる直前まで酸化剤ガス供給装置の駆動を停止することを特徴とする燃料電池システム。
  7. アノード運転圧力とカソード運転圧力の差圧を検出する差圧検出手段を備え、
    所定条件成立後において、前記制御部は、前記差圧検出手段により検出された差圧値に応じて、前記酸化剤ガス供給装置を駆動してカソードに酸化剤ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項６のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 前記燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスとガス循環装置から供給されるアノードオフガスを混合してアノードに供給するミキサを備えることを特徴とする請求項１から請求項７のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
  9. 複数の燃料電池が積層された燃料電池スタックと、燃料電池スタックのアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池スタックのカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、アノードから排出されたアノードオフガスをアノードに循環させるガス循環装置と、アノードオフガスを外部に排出するパージ弁とを有する燃料電池システムであって、
    システム起動時、前記パージ弁を閉じた状態で前記ガス循環装置を駆動するのと共に、前記燃料ガス供給装置からアノードに燃料ガスを供給し、所定条件成立後にアノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させる制御部を備え、
    前記制御部は、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させた後、運転圧力を目標運転圧力に維持した状態で前記パージ弁を所定時間開放し、要求負荷に応じて運転圧力を調整すると共に、前記制御部は、運転温度に応じて前記パージ弁の開放時間を調整する
    ことを特徴とする請求項１から請求項８のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. 複数の燃料電池が積層された燃料電池スタックと、燃料電池スタックのアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池スタックのカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、アノードから排出されたアノードオフガスをアノードに循環させるガス循環装置と、アノードオフガスを外部に排出するパージ弁とを有する燃料電池システムであって、
    システム起動時、前記パージ弁を閉じた状態で前記ガス循環装置を駆動するのと共に、前記燃料ガス供給装置からアノードに燃料ガスを供給し、所定条件成立後にアノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させる制御部を備え、
    前記制御部は、アノード運転圧力及びカソード運転圧力を目標運転圧力まで上昇させた後、運転圧力を目標運転圧力に維持した状態で前記パージ弁を所定時間開放し、要求負荷に応じて運転圧力を調整し、運転温度に応じて前記パージ弁の開放時間を調整すると共に、前記制御部は、前記パージ弁の開放時間中、前記目標運転圧力に応じて燃料電池スタックの出力を制限することを特徴とする燃料電池システム。
  11. 前記制御部は、前記パージ弁の開放時間中、前記目標運転圧力と運転温度に応じて燃料電池スタックの出力を制限することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
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