JP5113105B2 - 燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、燃料電池車両に用いられる燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法に関するものである。

燃料電池としては、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数枚積層して燃料電池スタックとするものが知られている。
この燃料電池では、アノード電極とアノード側セパレータとの間に形成された燃料ガス流路に燃料ガスとしてアノードガス（水素ガス）を供給するとともに、カソード電極とカソード側セパレータとの間に形成された酸化ガス流路に酸化ガスとしてカソードガス（空気）を供給する。

これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。
水素が消費されたアノードオフガスは、パージ弁を開弁することにより外部に排出される。アノードオフガス中には、燃料電池で完全に消費できなかったアノードガス（水素）が残存するため、希釈ボックスでカソードガスによって希釈された後に排出される。
また、燃料電池の停止時に、燃料電池内に残留するアノードガスを消費するために燃料電池のディスチャージ（放電）処理を行う場合がある。

ところで、この種の燃料電池にあっては、発電を行うとアノードガスとカソードガスとの反応により、燃料電池内に生成水が多量に生成される。また、燃料電池を燃料電池車両に搭載する場合、燃料電池車両にかかる負荷が変化することで、その変化に伴って燃料電池の発電量も変化する。
具体的には、燃料電池車両にかかる負荷が高負荷であれば燃料電池の発電量は多く、低負荷であれば燃料電池の発電量は少ない。また、燃料電池車両が全開走行している場合等では、燃料電池は高負荷で発電が行われるが、燃料電池車両が信号で停止した場合等、減速した場合には燃料電池の発電量が急激に低下する。

ここで、燃料電池車両が常に高負荷状態にある場合には、燃料電池内のアノードガスの圧力が高いので、燃料電池内で生成された生成水は、アノードオフガスをパージしなくても自然に排出される。
これに対し、燃料電池車両が低負荷状態になり、燃料電池の発電量が低下すると、これに伴ってアノードオフガスの圧力が低下し、パージ量が減少するので、アノードオフガスと共に生成水を排出しきれない。このため、ガス排出路等に生成水が滞留してアノードガスの供給を阻害する、フラッディング（湿潤過多）現象を引き起こし易くなる。フラッディング現象が起こると、アノードガス供給量に対応する燃料電池出力が得られなくなり、発電性能が低下してしまう。

このため、パージを行うことで、燃料電池内に差圧を生み出し、生成水の排出を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようにすることで、燃料電池車両が低負荷状態であってもガス排出路等に滞留した生成水を効率よく外部に排出しようとしている。

特開２００７−２７１４９号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、パージの際に生成水を排出すると共に多量のアノードガスも排出されてしまう。この場合、許容以上のアノードガスが排出されると希釈ボックスで希釈しきれなくなるので、燃料電池内部に生成水が残存しているとしてもパージを中止する必要がある。そのため、生成水を効率よく外部に排出し難く、燃料電池の発電性能が低下してしまう虞があるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、負荷状態に係らず、効率的に生成水を排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、アノードガス、およびカソードガスを供給し、発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池２）と、前記燃料電池のアノードガス流路内のガスの排出を行う排出手段（例えば、実施形態におけるパージ弁５２）と、前記燃料電池の負荷要求を検出する負荷要求取得手段（例えば、実施形態における負荷要求取得手段７）と、前記負荷要求取得手段の検出結果に基づいて、前記アノードガスの圧力を決定するアノード圧設定手段（例えば、実施形態におけるアノード圧設定手段８）と、前記燃料電池から前記排出手段を介して排出されたアノードオフガスを、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスにより希釈して排出する希釈手段（例えば、実施形態における希釈ボックス３１）と、前記燃料電池のディスチャージを行うディスチャージ手段（例えば、実施形態におけるディスチャージ抵抗５）と、を有する燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１）であって、前記負荷要求取得手段の検出結果が、前記アノードオフガスと共に、前記燃料電池内の生成水を自然排出することが困難となる負荷要求値である場合には、前記ディスチャージ手段によりディスチャージを行った後、前記排出手段による排出を実行するディスチャージ・排出工程を実施することを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池の低負荷要求時において、アノードガスの圧力が低く、生成水の自然排出が困難な場合であっても、ディスチャージを行うことによりアノードガス中の水素を消費することができる。このため、排出手段の動作時間を長く設定することが可能になり、効率的に生成水を排出することができる。

請求項２に記載した発明は、前記燃料電池内の生成水の滞留量に基づいて、前記ディスチャージ手段のディスチャージ電力量を設定することを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池内の生成水の滞留量に基づいてアノードオフガス中の水素濃度を調整することが可能になる。すなわち、例えば、燃料電池内の生成水の滞留量が多い場合にあっては、アノードオフガス中の水素濃度を低くし、この分排出動作の動作時間を長くすることができる。

請求項３に記載した発明は、前記燃料電池内の前記アノードガスの量に応じて前記排出手段による排出時間を設定することを特徴とする。
このように構成することで、生成水の自然排出が可能なアノードガスの圧力が高い場合にあっては、アノードガス流路内のガスの排出を停止し、必要以上にアノードガスを外部に放出することを防止できる。

請求項４に記載した発明は、前記負荷要求取得手段の検出結果が、前記アノードオフガスと共に、前記燃料電池内の生成水を自然排出することが可能な負荷要求値であった際、前記ディスチャージ・排出工程を中止することを特徴とする。
ここで、高負荷状態では、燃料電池に供給されるアノードガスが増量し、アノードガスの圧力が上昇するので、排出手段による排出動作を行うことなく燃料電池内の生成水を外部に排出することができる。すなわち、高負荷状態において、ディスチャージによるアノードガスの無駄な消費を防止することができる。

請求項５に記載した発明は、前記ディスチャージ手段によるディスチャージ中に前記アノードガスの供給量を増量することを特徴とする。
このように、ディスチャージ中にアノードガスを増量することで、燃料電池内の生成水を外部へ排出することを促進できる。

請求項６に記載した発明は、アノードガス、およびカソードガスを供給し、発電を行う燃料電池と、前記燃料電池のアノードガス流路内のガスの排出を行う排出手段と、前記燃料電池の負荷要求を検出する負荷要求取得手段と、前記燃料電池から前記排出手段を介して排出されたアノードオフガスを、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスにより希釈して排出する希釈手段と、前記燃料電池のディスチャージを行うディスチャージ手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池内の生成水を外部へと排出するための燃料電池システムの制御方法であって、前記負荷要求取得手段により前記燃料電池の負荷要求を検出する負荷要求取得工程と、前記負荷要求取得工程の検出結果が、前記アノードオフガスと共に、前記燃料電池内の生成水を自然排出することが困難となる負荷要求値である場合には、前記ディスチャージ工程によりディスチャージを行った後、前記排出手段による排出を実行するディスチャージ・排出工程と、を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法とした。
このように構成することで、負荷状態に係らず、効率的に生成水を排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池システムを提供することができる。

請求項１に記載した発明によれば、燃料電池の低負荷要求時において、アノードガスの圧力が低く、生成水の自然排出が困難な場合であっても、ディスチャージを行うことによりアノードガス中の水素を消費することができる。このため、排出手段の動作時間を長く設定することが可能になり、効率的に生成水を排出することができる。よって、燃料電池の負荷状態に係らず、確実に燃料電池の発電性能を確保することができる。

請求項２に記載した発明によれば、燃料電池内の生成水の滞留量に基づいてアノードオフガス中の水素濃度を調整することが可能になる。すなわち、例えば、燃料電池内の生成水の滞留量が多い場合にあっては、アノードオフガス中の水素濃度を低くし、この分排出動作の動作時間を長くすることができる。このため、より確実に生成水を排出することが可能になる。

請求項３に記載した発明によれば、生成水の自然排出が可能なアノードガスの圧力が高い場合にあっては、アノードガス流路内のガスの排出を停止し、必要以上にアノードガスを外部に放出することを防止できる。このため、燃料電池の燃費の低下を抑制することができる。

請求項４に記載した発明によれば、高負荷状態において、ディスチャージによるアノードガスの無駄な消費を防止することができる。このため、燃料電池の燃費の低下をさらに抑制することができる。

請求項５に記載した発明によれば、ディスチャージ中にアノードガスを増量することで、燃料電池内の生成水を外部へ排出することを促進できる。このため、より確実に燃料電池の発電性能を確保することが可能になる。

請求項６に記載した発明によれば、負荷状態に係らず、効率的に生成水を排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池システムを提供することができる。

本発明の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。 本発明の実施形態におけるアノードガスの圧力変化を示すグラフである。 本発明の実施形態における燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における燃料電池の消費電力量の変化を示すグラフである。

（燃料電池システム）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、燃料電池システム１の概略構成図である。同図に示すように、燃料電池システム１の燃料電池２は、燃料電池車両（不図示）に搭載されたものであって、水素ガスなどのアノードガスと、空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池２に形成されたアノードガス供給用連通孔１３（アノードガス流路２１の入口側）にはアノードガス供給配管２３が連結され、その上流端部には水素タンク３０が接続されている。

また、燃料電池２に形成されたカソードガス供給用連通孔１５（カソードガス流路２２の入口側）にはカソードガス供給配管２４が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ３３が接続されている。なお、燃料電池２に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（アノードガス流路２１の出口側）にはアノードオフガス排出配管３５が連結され、カソードオフガス排出用連通孔１６（カソードガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３８が連結されている。

また、水素タンク３０からアノードガス供給配管２３に供給されたアノードガスは、不図示のレギュレータにより減圧された後、エゼクタ２６を通り、燃料電池２のアノードガス流路２１に供給される。さらに、水素タンク３０の下流側近傍には、電磁駆動式の遮断弁２５が設けられており、水素タンク３０からのアノードガスの供給を遮断することができるように構成されている。なお、アノードガス供給配管２３には、不図示の圧力計が設けられており、アノードガス供給配管２３内の圧力を検出できるようになっている。

また、アノードオフガス排出配管３５は、エゼクタ２６に接続され、燃料電池２を通過してきたアノードオフガスを再度燃料電池２のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管３５は途中で配管が分岐して、パージガス排出配管３７が設けられている。パージガス排出配管３７は希釈ボックス３１に接続されている。また、パージガス排出配管３７には電磁駆動式のパージ弁５２が設けられている。

さらに、アノードオフガス排出配管３５の途中には、キャッチタンク４０が設けられている。キャッチタンク４０は、アノードオフガス排出配管３５を流通しているアノードオフガスに混在している気体（アノードオフガス）と液体（生成水）とを分離して、生成水のみを貯留できるように構成されている。キャッチタンク４０には、生成水排出配管４１が接続されている。生成水排出配管４１からはアノードガスも排出されるため、生成水排出配管４１は希釈ボックス３１に接続されており、キャッチタンク４０に貯留している生成水を、希釈ボックス３１を介して車外へ排出できるようになっている。さらに、生成水排出配管４１には電磁駆動式のドレイン弁４２が設けられている。

一方、空気（カソードガス）はエアコンプレッサ３３によって加圧され、カソードガス供給配管２４を通過した後、燃料電池２のカソードガス流路２２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管３８に排出される。カソードオフガス排出配管３８は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気される。また、カソードオフガス排出配管３８には背圧弁３４が設けられている。

希釈ボックス３１は、パージガス排出配管３７から導入されたアノードオフガスを滞留する滞留室が内部に設けられると共に、この滞留室にカソードオフガス排出配管３８が接続されている。すなわち、滞留室内において、アノードオフガスはカソードオフガスにより希釈された後、排出通路３６から車外に排出される。排出通路３６には、排出ガス（アノードオフガス）中の水素濃度を検出するための水素濃度検出センサ３９が設けられている。

また、燃料電池２には、燃料電池車両の走行駆動用として用いられる電動モータ３が接続されている。燃料電池２から取り出された発電電力は、電動モータ３に供給されるようになっている。さらに、燃料電池２には、バッテリ４が接続されており、電動モータ３で使用しない余剰電力を蓄電できるようになっている。

また、燃料電池２には、スイッチ４３を介してディスチャージ抵抗５が接続されている。ディスチャージ抵抗５は、スイッチ４３のオン・オフに伴って燃料電池２に接続されたり切断されたりする。燃料電池２とディスチャージ抵抗５とが接続されることにより、燃料電池２の放電が行われる。

（制御部）
ここで、燃料電池システム１は、これを統括的に制御するための制御部（ＥＣＵ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６を備えている。制御部６は、燃料電池車両のアクセル操作などに基づく電動モータ３への負荷要求値を検出する負荷要求取得手段７と、負荷要求取得手段７の検出結果に基づいてアノードガスの圧力値を決定するアノード圧設定手段８とを備えている。

例えば、制御部６は、燃料電池車両のアクセル開度を負荷要求取得手段７により電動モータ３への負荷要求値を検出する。続いて、この検出結果に基づいてアノード圧設定手段８によりアノードガスの圧力値を決定する。アノード圧設定手段８により決定されたアノードガスの圧力値は、アノードガス供給配管２３内の圧力のことをいう。

また、制御部６は、パージ弁５２の開閉制御を行っている。この開閉制御は、燃料電池２内に新鮮なアノードガスを供給すべく、燃料電池２の運転中に一定間隔で、または予め設定されたタイミングで一定時間開弁するように制御（以下、この制御によるパージ弁５２の開弁を「通常パージ」という）している。
さらに、制御部６は、パージ弁５２の開閉制御として、燃料電池２内に所定以上の生成水が滞留したとき、パージ弁５２を開弁してアノードオフガスをパージし、このアノードオフガスと共に燃料電池２内の生成水を外部へと吹き飛ばすように制御している（臨時パージ）。

燃料電池２内の生成水の滞留量、つまり、内部水分量は、例えば、燃料電池２の積算発電量から積算生成水量を算出し、この積算生成水量からアノードオフガスをパージして生成水が排出された量を減算して推定される。また、内部水分量が多いと（フラッディング）、アノードガス供給量に対応する出力が得られないので、現状のアノードガスの供給量（アノードガスの圧力値）と、これに基づいて通常出力されるべき燃料電池２の発電量とを比較することで内部水分量を推定することもできる。
この他に、燃料電池２の発電に伴う生成水は、主にカソードガス流路２２に滞留するが、固体高分子膜を透過してアノードガス流路２１側に滞留する生成水の量も発生した生成水のうちの何割になるかを予め設定しておく。

ここで、燃料電池２の低負荷時、つまり、負荷要求取得手段７の検出結果により電動モータ３への負荷要求が小さいと判断された場合にあっては、燃料電池２内のアノードガスの圧力が低くなる。このため、生成水の自然排出ができないので、パージ弁５２を開弁してもアノードオフガスと共に生成水を十分吹き飛ばすことができず、フラッディングが生じてしまう場合がある。

より具体的に、図２に基づいて説明する。同図は、縦軸を燃料電池２内のアノードガスの圧力とし、横軸を燃料電池２への負荷要求値としたときのアノードガスの圧力変化を示すグラフである。同図に示すように、燃料電池２への負荷要求が大きければ大きいほど、アノードガスの圧力が上昇する。なお、図２における１点差線は、所定圧力値のラインを示す。所定圧力値とは、燃料電池２の発電性能を確保できる値、つまり、生成水が自然排出されてフラッディングが発生しない値である。

そこで、制御部６は、燃料電池２の低負荷時であって、かつ燃料電池２内に所定以上の生成水が滞留している場合にあっては、アノードオフガスをパージし、このアノードオフガスと共に生成水を吹き飛ばすように制御されている。
ここで、燃料電池２の低負荷時にアノードオフガスをパージすると、燃料電池２内でアノードガスが十分消費されないまま排出されてしまう。このため、制御部６は、低負荷時にアノードガスをパージした場合、例えば、ディスチャージ抵抗５に接続されているスイッチ４３をオンにして燃料電池２とディスチャージ抵抗５とを接続する。そして、燃料電池２に負荷をかけることでアノードガス（水素）を消費させるようになっている。

（作用）
より詳しく、図３に基づいて説明する。同図は、燃料電池システム１の動作を示すフローチャートである。
まず、燃料電池２の運転中において、制御部６の負荷要求取得手段７によって電動モータ３への負荷要求値を検出する（ＳＴ１、負荷要求取得工程）。
続いて、負荷要求取得手段７の検出結果に基づいて、アノード圧設定手段８によりアノードガスの圧力値を決定する（ＳＴ２）。このとき、制御部６により遮断弁２５の開閉制御を行い、水素タンク３０からアノードガスの供給／停止を行う。そして、アノードガス供給配管２３内の圧力をアノード圧設定手段８により決定された圧力にする。

次に、電動モータ３への負荷要求値が所定値以下か否かの判断を行う（ＳＴ３）。ここで、電動モータ３への負荷要求の所定値は、図２における点Ｐ１の値とする。
ＳＴ３における判断がＮｏ、つまり、アノードガスの圧力値が所定値よりも高い（高負荷要求時である）場合、生成水の自然排出が可能であり、ディスチャージを実行したり、アノードオフガスをパージしたりする必要がないので、処理を終了してそのまま燃料電池２の運転を継続する。

一方、ＳＴ３における判断がＹｅｓ、つまり、アノードガスの圧力値が所定値以下である場合、燃料電池２内に滞留する生成水の量（内部水分量）の推定を行う（ＳＴ４）。
次に、内部水分量が燃料電池２の発電性能を低下させる所定の量以上であるか否か、つまり、例えば、運転者が一旦アクセルを解除し、再びアクセルを踏み込んだ際に違和感なく所望の出力を得られる程度に内部水分量が収まっているか否かの判断を行う（ＳＴ５）。
ＳＴ５における判断がＮｏ、つまり、内部水分量が所定値よりも少ない場合、処理を終了してそのまま燃料電池２の運転を継続する。

一方、ＳＴ５における判断がＹｅｓ、つまり、内部水分量が所定値以上である場合、ディスチャージを実行する（ＳＴ６）。ここで、ディスチャージにより消費される燃料電池２の電力量は、内部水分量に応じて決定される。
図４は、縦軸をディスチャージにより消費される燃料電池２の電力量とし、横軸を内部水分量としたときの燃料電池２の消費電力量の変化を示すグラフである。同図に示すように、内部水分量の所定値の点をＰ２としたとき、この点Ｐ２よりも内部水分量が増加すると、これに比例して消費電力量も増加する。

ディスチャージの実行方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
（１） ディスチャージ抵抗５に接続されているスイッチ４３をオンにして燃料電池２とディスチャージ抵抗５とを接続し、燃料電池２の電力を消費する。
（２） 最初、ディスチャージ抵抗５と燃料電池２とを接続せずに、バッテリ４に燃料電池２の電力を蓄電したり、電動モータ３に不効率に電力を供給し、燃料電池２の電力を電動モータ３によって消費させたりする。

（１）による方法では、例えば、燃料電池２の消費電力量を増加する場合、スイッチ４３を長時間オンとし、ディスチャージ抵抗５と燃料電池２との接続時間を長く設定する。また、これに代わってディスチャージ抵抗５をこれの抵抗値を可変できる所謂可変抵抗器とし、抵抗値を変化させることで消費電力量を増加させることも可能である。
（２）による方法では、例えば、バッテリ４に蓄電した後、さらにディスチャージ抵抗５を用いて燃料電池２の電力を消費することもできる。

（１）の方法のように、ディスチャージ抵抗５を用いて燃料電池２の電力を消費する場合にあっては、例えば、バッテリ４などの蓄電量を監視することなく、燃料電池システム１から独立した形でディスチャージを実行できる。また、燃料電池車両の運転状況、つまり、燃料電池車両がアイドリング中（燃料電池２の起動中）、停止中、または走行中の何れかの状況にかかわらず、内部水分量が所定値以上の場合に即座にディスチャージを実行することができる。
なお、ディスチャージを実行している際に水素タンク３０からのアノードガスの供給量を増量してもよい。

続いて、図３に示すように、ＳＴ６におけるディスチャージを実行した後、制御部６によりパージ弁５２を開弁し、アノードオフガスのパージを実行する（ＳＴ７、ディスチャージ・排出工程）。
パージの実行時間、つまり、パージ弁５２の開弁時間は、開弁により排出されるアノードガス量が、希釈ボックスで希釈可能なアノードガス量を下回る時間に制限される。開弁により排出されるアノードガス量は、燃料電池２内のアノードガスの量とディスチャージにより消費されたアノードガス（水素）量とに基づいて決定される。燃料電池２内のアノードガス量は、アノードガス供給量、アノードガス消費量および過去のパージ排出量から推定される。

ここで、アノードオフガスのパージを内部水分量に応じて行う場合（臨時パージ）や通常パージを行う場合にあっては、燃料電池２内のアノードガスの量は、水素タンク３０からのアノードガスの供給量、燃料電池２による発電消費量、およびパージ量（パージを行った回数）に基づいて推定される。また、通常パージを行う場合にあっては、この通常パージを行う直前でディスチャージを行うことも可能である。

ＳＴ７におけるアノードオフガスのパージが実行されると、アノードオフガスと共に生成水が外部へと吹き飛ばされる。そして、パージされたアノードオフガスは、希釈ボックス３１でカソードオフガスにより希釈された後、排出通路３６から車外に排出される。
このとき、アノードオフガスは、ディスチャージを実行することにより水素濃度が低くなっているので、適正な水素濃度に希釈された状態で車外に排出される。これにより、処理を終了し、引き続き燃料電池２の運転を継続する。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、燃料電池２の低負荷要求時において、燃料電池２内のアノードガスの圧力が低く、生成水の自然排出が困難な場合であっても、ディスチャージを行うことによりアノードガス中の水素を消費することができる。このため、パージ時間を長く設定することが可能になり、効率的に生成水を排出することができる。よって、燃料電池２の負荷状態に係らず、確実に燃料電池の発電性能を確保することができる。

また、ディスチャージにより消費される燃料電池２の電力量を内部水分量に応じて決定しているので、アノードガスの圧力を上昇させた場合であってもアノードオフガスの水素濃度を低下させることが可能になる。このため、アノードオフガスの水素濃度を低くし、この分パージ時間を長く設定することができる。よって、より確実に生成水を排出することが可能になる。

さらに、パージ弁５２の開弁時間は、燃料電池２内のアノードガスの量とディスチャージにより消費されたアノードガス（水素）量とに基づいて決定されるので、必要以上にアノードガスを外部に放出することを防止できる。このため、燃料電池２の燃費の低下を抑制することができる。

そして、アノードガスの圧力値が所定値よりも高い（高負荷要求時である）場合、ディスチャージを実行したり、アノードオフガスをパージしたりすることなく燃料電池システム１の処理を終了しているので、アノードガスの無駄な消費を防止することができる。このため、燃料電池２の燃費の低下をさらに抑制することができる。

また、ディスチャージを実行している際に水素タンク３０からのアノードガスの供給量を増量することで、燃料電池２内の生成水を外部へ排出することを促進できる。このため、より確実に燃料電池２の発電性能を確保することが可能になる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、内部水分量に応じてディスチャージにより消費される燃料電池２の電力量を設定し、これに基づいて燃料電池２とディスチャージ抵抗５との接続時間を設定したり、ディスチャージ抵抗５の抵抗値を設定したりする場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、内部水分量にかかわらずディスチャージに消費させる電力量を一定としてもよい。
さらに、上述の実施形態では、パージの実行時間をディスチャージにより消費されたアノードガス（水素）量に基づいて決定した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、希釈ボックス３１の希釈能力を超えない範囲でパージを複数回、間欠的に行うようにしてもよい。この場合であっても、十分生成水を外部に吹き飛ばすことが可能である。

そして、上述の実施形態では、ディスチャージを行った後に、常にパージを行う場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、アノードガスの圧力を上昇させ、ディスチャージを行った時点で燃料電池２の発電性能が回復したときは、パージを行わなくてもよい。また、パージの実行中に燃料電池２の発電性能が回復したときもその時点でパージを中止してもよい。さらに、ディスチャージやパージを行っている途中で負荷要求が増加した場合もディスチャージやパージを中止すればよい。

また、上述の実施形態では、アノードオフガスを排出する手段としてパージ弁５２を開弁する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、パージ弁５２に代わってドレイン弁４２を開弁させてアノードオフガスを排出させてもよいし、２つの弁５２，４２を開弁させてアノードオフガスを排出させてもよい。ドレイン弁４２は、キャッチタンク４０に接続された生成水排出配管４１に設けられているが、キャッチタンク４０、および生成水排出配管４１を介して希釈ボックス３１にアノードオフガスを排出することも可能である。

１…燃料電池システム ２…燃料電池 ５…ディスチャージ抵抗（ディスチャージ手段） ７…負荷要求取得手段 ８…アノード圧設定手段 ２１…アノードガス流路 ３１…希釈ボックス（希釈手段） ４２…ドレイン弁（排出手段） ５２…パージ弁（排出手段）

Claims (6)

1. アノードガス、およびカソードガスを供給し、発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池のアノードガス流路内のガスの排出を行う排出手段と、
   前記燃料電池の負荷要求を検出する負荷要求取得手段と、
   前記負荷要求取得手段の検出結果に基づいて、前記アノードガスの圧力を決定するアノード圧設定手段と、
   前記燃料電池から前記排出手段を介して排出されたアノードオフガスを、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスにより希釈して排出する希釈手段と、
   前記燃料電池のディスチャージを行うディスチャージ手段と、
   を有する燃料電池システムであって、
   前記負荷要求取得手段の検出結果が、前記アノードオフガスと共に、前記燃料電池内の生成水を自然排出することが困難となる負荷要求値である場合には、前記ディスチャージ手段によりディスチャージを行った後、前記排出手段による排出を実行するディスチャージ・排出工程を実施することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池内の生成水の滞留量に基づいて、前記ディスチャージ手段のディスチャージ電力量を設定す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. 前記燃料電池内の前記アノードガスの量に応じて前記排出手段による排出時間を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記負荷要求取得手段の検出結果が、前記アノードオフガスと共に、前記燃料電池内の生成水を自然排出することが可能な負荷要求値であった際、前記ディスチャージ・排出工程を中止することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の燃料電池システム。
5. 前記ディスチャージ手段によるディスチャージ中に前記アノードガスの供給量を増量することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の燃料電池システム。
6. アノードガス、およびカソードガスを供給し、発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池のアノードガス流路内のガスの排出を行う排出手段と、
   前記燃料電池の負荷要求を検出する負荷要求取得手段と、
   前記燃料電池から前記排出手段を介して排出されたアノードオフガスを、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスにより希釈して排出する希釈手段と、
   前記燃料電池のディスチャージを行うディスチャージ手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池内の生成水を外部へと排出するための燃料電池システムの制御方法であって、
   前記負荷要求取得手段により前記燃料電池の負荷要求を検出する負荷要求取得工程と、
   前記負荷要求取得工程の検出結果が、前記アノードオフガスと共に、前記燃料電池内の生成水を自然排出することが困難となる負荷要求値である場合には、前記ディスチャージ工程によりディスチャージを行った後、前記排出手段による排出を実行するディスチャージ・排出工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。

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