JP5250294B2 - Method for starting fuel cell system and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムの起動方法および燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system activation method and a fuel cell system.

従来から、例えば車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）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積層して燃料電池スタック（以下、燃料電池という。）とするものが知られている。このような燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガスとして空気を供給する。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、発電が行われる。なお、この発電に伴って、燃料電池内部で水が生成される。   Conventionally, for example, in a fuel cell mounted on a vehicle, a membrane electrode structure (MEA) is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane from both sides with an anode electrode and a cathode electrode, and this membrane electrode structure A pair of separators are arranged on both sides of the plate to form a flat unit fuel cell (hereinafter referred to as a unit cell), and a plurality of the unit cells are stacked to form a fuel cell stack (hereinafter referred to as a fuel cell). It has been known. In such a fuel cell, hydrogen gas is supplied as a fuel gas between the anode electrode and the separator, and air is supplied as an oxidant gas between the cathode electrode and the separator. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, causing an electrochemical reaction with oxygen in the air at the cathode electrode, thereby generating power. It should be noted that water is generated inside the fuel cell with this power generation.

このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、発電停止から長い時間が経過すると、カソード電極側から空気が固体高分子電解質膜を介してアノード電極側へ侵入することで、アノード電極側に発電に関与しないガス（主に窒素ガス）が滞留することがある。このような滞留ガスが存在していると、次の燃料電池の起動時に、アノード電極側の水素の分圧が下がった状態となる。このため、燃料電池の起動時に、アノード電極側の配管系統を閉回路にした状態で、アノード電極側に水素を強制的に供給し、水素圧力が所定値（大気を吸い込まない値）以上に上昇したらパージ弁を開弁して水素置換する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１２８９０２号公報 In a fuel cell system equipped with such a fuel cell, when a long time has elapsed since power generation was stopped, air enters the anode electrode side through the solid polymer electrolyte membrane from the cathode electrode side, thereby generating power on the anode electrode side. Uninvolved gas (mainly nitrogen gas) may stay. If such a stagnant gas is present, the hydrogen partial pressure on the anode electrode side is lowered at the next start of the fuel cell. For this reason, when the fuel cell is started, hydrogen is forcibly supplied to the anode electrode side while the piping system on the anode electrode side is closed, and the hydrogen pressure rises above a predetermined value (a value that does not absorb air) Then, a method of opening the purge valve and replacing with hydrogen has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2007-128902 A

ところで、特許文献１の燃料電池システムの起動時の水素パージ方法では、起動パージ中も水素ガスの供給を行いながらパージ弁を開弁している。そのため、アノード電極側の配管においてエゼクタを設け、アノードオフガスを循環してアノードガスとして再利用可能な構成にしたシステムでは、エゼクタにより空気（滞留ガス）がアノード配管経路内を循環してしまう。このため、アノード配管経路内から空気（滞留ガス）を完全に排出し、配管内部の水素濃度（圧力）を上昇させるには多くの時間を必要としていた。   Incidentally, in the hydrogen purge method at the time of startup of the fuel cell system of Patent Document 1, the purge valve is opened while supplying hydrogen gas even during startup purge. Therefore, in a system in which an ejector is provided in the pipe on the anode electrode side and the anode off gas is circulated so as to be reused as the anode gas, air (residual gas) is circulated in the anode pipe path by the ejector. For this reason, it took a lot of time to completely discharge air (residual gas) from the anode piping path and raise the hydrogen concentration (pressure) inside the piping.

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、燃料電池の起動時にアノード電極側に滞留しているカソードガスなどを効率的に排出することができる燃料電池システムの起動方法および燃料電池システムを提供するものである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and a fuel cell system start-up method and fuel that can efficiently discharge the cathode gas and the like retained on the anode electrode side when the fuel cell is started up. A battery system is provided.

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て発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１１）と、前記アノードガスを供給するアノードガス供給手段（例えば、実施形態における水素タンク３０）と、前記アノードガスと前記燃料電池より排出されたアノードオフガスとを混合循環させるエゼクタ（例えば、実施形態におけるエゼクタ２６）が設けられたアノードガス循環経路（例えば、実施形態におけるアノードガス循環経路４０）と、前記アノードガス供給手段と前記アノードガス循環経路との間に設けられた遮断弁（例えば、実施形態における電磁弁２５）と、前記アノードガス循環経路から分岐されたアノードガス流通経路（例えば、実施形態におけるガス排出配管３７）と、前記アノードガス流通経路に設けられたパージ弁（例えば、実施形態におけるパージ弁２８）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０）の起動方法において、前記燃料電池の起動信号を検出する起動信号検出ステップと、前記遮断弁を開弁する遮断弁第一開弁ステップと、前記アノードガス循環経路内の圧力が、前記アノードガス循環経路内に残っている不純ガスを前記アノードガス流通経路に排出可能な圧力になった際に、前記遮断弁を閉弁してアノードガス供給中断制御を行うとともに、前記パージ弁を開弁して前記アノードガス循環経路内のガスを前記アノードガス流通経路に排出するガス排出ステップと、前記パージ弁の開弁状態を所定時間保持した後に、前記パージ弁を閉弁するパージ弁閉弁ステップと、前記パージ弁の閉弁後に前記遮断弁を開弁する遮断弁第二開弁ステップと、前記燃料電池のセル電圧が所定値以上の場合に発電開始を許可する発電許可ステップと、を有することを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is directed to a fuel cell (for example, the fuel cell 11 in the embodiment) that generates power by supplying an anode gas and a cathode gas, and supplies the anode gas. Anode gas provided with anode gas supply means (for example, hydrogen tank 30 in the embodiment) and an ejector (for example, ejector 26 in the embodiment) for mixing and circulating the anode gas and the anode off-gas discharged from the fuel cell. A circulation path (for example, the anode gas circulation path 40 in the embodiment), a shutoff valve (for example, the electromagnetic valve 25 in the embodiment) provided between the anode gas supply means and the anode gas circulation path, and the anode Anode gas distribution path branched from the gas circulation path (for example, gas in the embodiment) In a start-up method of a fuel cell system (for example, the fuel cell system 10 in the embodiment) including the outlet pipe 37) and a purge valve (for example, the purge valve 28 in the embodiment) provided in the anode gas flow path. A start signal detecting step for detecting a start signal of the fuel cell, a shut-off valve first opening step for opening the shut-off valve, and a pressure in the anode gas circulation path remain in the anode gas circulation path. When the impure gas reaches a pressure at which it can be discharged to the anode gas flow path, the shutoff valve is closed to control the anode gas supply interruption, and the purge valve is opened to circulate the anode gas. A gas discharge step for discharging the gas in the path to the anode gas flow path; and after the purge valve is held for a predetermined time, the purge valve A purge valve closing step for closing, a shut-off valve second opening step for opening the shut-off valve after the purge valve is closed, and starting of power generation is permitted when the cell voltage of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined value A power generation permission step.

請求項２に記載した発明は、前記パージ弁閉弁ステップでは、前記アノードガス循環経路内の圧力が大気圧以下となる前に前記パージ弁を閉弁することを特徴としている。 The invention described in claim 2 is characterized in that, in the purge valve closing step, the purge valve is closed before the pressure in the anode gas circulation path becomes equal to or lower than the atmospheric pressure.

請求項３に記載した発明は、前記遮断弁第一開弁ステップの前に、前記燃料電池のソーク時間を検出するソーク時間検出ステップを有し、前記ソーク時間が所定時間より短い場合には、前記アノードガス供給中断制御を行わないことを特徴としている。 The invention described in claim 3 has a soak time detection step of detecting a soak time of the fuel cell before the first opening step of the shutoff valve, and when the soak time is shorter than a predetermined time, The anode gas supply interruption control is not performed.

請求項４に記載した発明は、前記遮断弁第一開弁ステップの前に、前記燃料電池がソーク状態の間に掃気を行ったか否かを検出する掃気経験検出ステップを有し、前記掃気を行った場合には、前記アノードガス供給中断制御を行うことを特徴としている。 The invention described in claim 4 includes a scavenging experience detection step for detecting whether or not the fuel cell has scavenged during the soak state before the first valve opening step of the shut-off valve. When it is performed, the anode gas supply interruption control is performed.

請求項５に記載した発明は、前記遮断弁第一開弁ステップの前に、前記燃料電池がソーク状態の間に掃気を行ったか否かを検出する掃気経験検出ステップを有し、前記掃気を行っておらず、かつ、前記ソーク時間が所定時間より短い場合には前記アノードガス供給中断制御を行わないことを特徴としている。 The invention described in claim 5 includes a scavenging experience detection step of detecting whether or not the fuel cell has scavenged during the soak state before the first valve opening step of the shut-off valve. If the soak time is shorter than a predetermined time, the anode gas supply interruption control is not performed.

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て発電を行う燃料電池と、前記アノードガスを供給するアノードガス供給手段と、前記アノードガスと前記燃料電池より排出されたアノードオフガスとを混合循環させるエゼクタが設けられたアノードガス循環経路と、前記アノードガス供給手段と前記アノードガス循環経路との間に設けられた遮断弁と、前記アノードガス循環経路から分岐されたアノードガス流通経路に設けられたパージ弁と、前記遮断弁および前記パージ弁の開閉制御を行う制御部（例えば、実施形態における制御装置４５）と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記遮断弁を開弁し、前記アノードガス循環経路内の圧力が、前記アノードガス循環経路内に残っている不純ガスを前記アノードガス流通経路に排出可能な圧力になった際に、前記遮断弁を閉弁してアノードガス供給中断制御を行うとともに、前記パージ弁を開弁して前記アノードガス循環経路内のガスを前記アノードガス流通経路に排出し、前記パージ弁の開弁状態を所定時間保持した後に、前記パージ弁を閉弁し、前記パージ弁の閉弁後に前記遮断弁を開弁し、前記燃料電池のセル電圧が所定値以上の場合に発電開始を許可するように構成されていることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power by supplying an anode gas and a cathode gas, an anode gas supply means that supplies the anode gas, and an anode off gas discharged from the anode gas and the fuel cell. An anode gas circulation path provided with an ejector for mixing and circulation, a shutoff valve provided between the anode gas supply means and the anode gas circulation path, and an anode gas flow branched from the anode gas circulation path In the fuel cell system, comprising: a purge valve provided in a path; and a control unit (for example, the control device 45 in the embodiment) that performs opening / closing control of the shut-off valve and the purge valve. battery at startup, opens the shut-off valve, pressure in the anode gas circulation path, the anode gas circulation path Remaining impurity gases are when it becomes possible pressure discharged to the anode gas circulation path, performs anode gas supply interruption control is closed the shut-off valve, said anode and opening the purge valve After the gas in the gas circulation path is discharged to the anode gas circulation path and the purge valve is kept open for a predetermined time, the purge valve is closed, and after the purge valve is closed, the shut-off valve is opened. It is characterized in that the start of power generation is permitted when the cell voltage of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined value.

請求項１に記載した発明によれば、燃料電池の起動パージ中にアノードガス（水素ガス）の供給を遮断することで、エゼクタによる滞留ガス（カソードガス）の循環が回避される。したがって、アノードガス循環経路内の滞留ガスをスムーズにパージ弁を介して外部へ排出させることができる。結果として、短時間でアノードガス循環経路内の滞留ガスをアノードガスへ置換することができるとともに、燃料電池が起動した直後から安定した発電を行うことができる効果がある。また、燃料電池の起動直後のアノードガス循環経路内の水素濃度が高い分、スタックＩＶが向上し、燃費を向上させることができる効果がある。   According to the first aspect of the present invention, the circulation of the staying gas (cathode gas) by the ejector is avoided by shutting off the supply of the anode gas (hydrogen gas) during the startup purge of the fuel cell. Therefore, the staying gas in the anode gas circulation path can be smoothly discharged to the outside through the purge valve. As a result, it is possible to replace the staying gas in the anode gas circulation path with the anode gas in a short time and to perform stable power generation immediately after the fuel cell is started. In addition, since the hydrogen concentration in the anode gas circulation path immediately after the start of the fuel cell is high, the stack IV is improved, and the fuel consumption can be improved.

また、パージ弁を開弁すると大気との圧力差のみでアノードガス循環経路内の滞留ガスのパージを行うことができるため、滞留ガスを排出させるための特別な装置を必要とせず、簡易な構成で確実にアノードガスへ置換することができる効果がある。 In addition , when the purge valve is opened, it is possible to purge the stay gas in the anode gas circulation path only by the pressure difference from the atmosphere, so no special device for discharging the stay gas is required, and a simple configuration Thus, there is an effect that the anode gas can be surely replaced.

請求項２に記載した発明によれば、パージ弁を開弁中に大気側からアノードガス循環経路内へ空気が逆流して流入するのを防止することができる効果がある。 According to the second aspect of the invention, there is an effect that it is possible to prevent the air from flowing back into the anode gas circulation path from the atmosphere side while the purge valve is opened.

請求項３に記載した発明によれば、ソーク時間が所定時間以下の場合には、アノードガス循環経路内の水素濃度は高いまま保持されているため、アノードガス供給中断制御を実行しなくても短時間で燃料電池を起動させることができる。したがって、必要の無い動作を省略することで、効率よく燃料電池を起動させることができる効果がある。 According to the third aspect of the invention, when the soak time is equal to or shorter than the predetermined time, the hydrogen concentration in the anode gas circulation path is kept high, so that the anode gas supply interruption control is not executed. The fuel cell can be activated in a short time. Therefore, by omitting unnecessary operations, the fuel cell can be efficiently started.

請求項４に記載した発明によれば、燃料電池がソーク状態であった間に掃気を行っているとアノードガス循環経路内は掃気ガス（空気）で置換されているため、アノードガス循環経路内の水素濃度は低下（略０％）した状態となっている。したがって、アノードガス供給中断制御を実行することにより、掃気を行った場合でも短時間で発電を開始することができる効果がある。 According to the invention described in claim 4 , when scavenging is performed while the fuel cell is in the soak state, the inside of the anode gas circulation path is replaced with the scavenging gas (air). In this state, the hydrogen concentration is reduced (approximately 0%). Therefore, by executing the anode gas supply interruption control, there is an effect that power generation can be started in a short time even when scavenging is performed.

請求項５に記載した発明によれば、燃料電池がソーク状態であった間に掃気を行っておらず、かつ、ソーク時間が所定時間より短ければアノードガス循環経路内の水素濃度は高いまま保持されているため、アノードガス供給中断制御を実行しなくても短時間で燃料電池を起動させることができる。 According to the invention described in claim 5 , if the scavenging is not performed while the fuel cell is in the soak state, and the soak time is shorter than a predetermined time, the hydrogen concentration in the anode gas circulation path is kept high. Therefore, the fuel cell can be started in a short time without executing the anode gas supply interruption control.

請求項６に記載した発明によれば、燃料電池の起動パージ中にアノードガス供給手段からのアノードガス（水素ガス）の供給を遮断弁を閉じて遮断することにより、エゼクタによる滞留ガス（カソードガス）の循環が回避される。したがって、アノードガス循環経路内の滞留ガスをスムーズにパージ弁を介して外部へ排出させることができる。結果として、短時間でアノードガス循環経路内の滞留ガスをアノードガスへ置換することができるとともに、燃料電池が起動した直後から安定した発電を行うことができる効果がある。また、燃料電池の起動直後のアノードガス循環経路内の水素濃度が高い分、スタックＩＶが向上し、燃費を向上させることができる効果がある。
また、パージ弁を開弁すると大気との圧力差のみでアノードガス循環経路内の滞留ガスのパージを行うことができるため、滞留ガスを排出させるための特別な装置を必要とせず、簡易な構成で確実にアノードガスへ置換することができる効果がある。
According to the sixth aspect of the present invention, the supply of the anode gas (hydrogen gas) from the anode gas supply means during the startup purge of the fuel cell is shut off by closing the shutoff valve, so that the stagnant gas (cathode gas) by the ejector ) Is avoided. Therefore, the staying gas in the anode gas circulation path can be smoothly discharged to the outside through the purge valve. As a result, it is possible to replace the staying gas in the anode gas circulation path with the anode gas in a short time and to perform stable power generation immediately after the fuel cell is started. In addition, since the hydrogen concentration in the anode gas circulation path immediately after the start of the fuel cell is high, the stack IV is improved, and the fuel consumption can be improved.
In addition, when the purge valve is opened, it is possible to purge the stay gas in the anode gas circulation path only by the pressure difference from the atmosphere, so no special device for discharging the stay gas is required, and a simple configuration Thus, there is an effect that the anode gas can be surely replaced.

次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池１１は、水素ガスなどの燃料ガス（アノードガス）と空気などの酸化剤ガス（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１１に形成された燃料ガス供給用連通孔１３（燃料ガス流路２１の入口側）には燃料ガス供給配管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１１に形成された酸化剤ガス供給用連通孔１５（酸化剤ガス流路２２の入口側）には酸化剤ガス供給配管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１１に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（燃料ガス流路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（酸化剤ガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３６が連結されている。なお、燃料電池１１には出力電圧を検出する電圧計５５が取り付けられている。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a case where the fuel cell system is mounted on a vehicle will be described.
(Fuel cell system)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
As shown in FIG. 1, the fuel cell 11 of the fuel cell system 10 includes a solid polymer that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas (anode gas) such as hydrogen gas and an oxidant gas (cathode gas) such as air. It is a membrane fuel cell. A fuel gas supply pipe 23 is connected to the fuel gas supply communication hole 13 (inlet side of the fuel gas passage 21) formed in the fuel cell 11, and a hydrogen tank 30 is connected to the upstream end thereof. Further, an oxidant gas supply pipe 24 is connected to the oxidant gas supply communication hole 15 (inlet side of the oxidant gas flow path 22) formed in the fuel cell 11, and an air compressor 33 is connected to the upstream end thereof. It is connected. The anode off gas discharge communication hole 14 (exit side of the fuel gas flow path 21) formed in the fuel cell 11 is connected to an anode off gas discharge pipe 35, and the cathode off gas discharge communication hole 16 (oxidant gas flow path). 22 is connected to a cathode offgas discharge pipe 36. The fuel cell 11 is provided with a voltmeter 55 that detects the output voltage.

水素タンク３０から燃料ガス供給配管２３に供給された水素ガスは、レギュレータ（不図示）により減圧された後、エゼクタ２６を通り、燃料電池１１の燃料ガス流路２１に供給される。また、水素タンク３０の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁２５が設けられており、水素タンク３０からの水素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、燃料ガス供給配管２３には圧力計４１が設けられており、燃料ガス供給配管２３内の圧力を検出できるようになっている。   The hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 30 to the fuel gas supply pipe 23 is decompressed by a regulator (not shown), passes through the ejector 26, and is supplied to the fuel gas passage 21 of the fuel cell 11. An electromagnetically driven solenoid valve 25 is provided in the vicinity of the downstream side of the hydrogen tank 30 so that the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 30 can be shut off. The fuel gas supply pipe 23 is provided with a pressure gauge 41 so that the pressure in the fuel gas supply pipe 23 can be detected.

また、アノードオフガス排出配管３５は途中で分岐しており、一方はガス排出配管３７となり、希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気されるようになっており、他方はアノードオフガスリタン配管３８となり、エゼクタ２６に接続され、燃料電池１１を通過してきたアノードオフガスを再度燃料電池１１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。ここで、エゼクタ２６は配管内にガスなどが流れることで生じる負圧を利用して別の系統の配管内のガスなどを引き込むように構成されたものである。なお、ガス排出配管３７には電磁駆動式のパージ弁２８が設けられている。また、燃料ガス供給配管２３、燃料ガス流路２１、アノードオフガス排出配管３５およびアノードオフガスリタン配管３８で構成されるループ配管経路をアノードガス循環経路４０（エゼクタ２６も含む）と呼ぶ。   Further, the anode off-gas discharge pipe 35 is branched in the middle, one becomes a gas discharge pipe 37, is connected to the dilution box 31, and is then exhausted to the outside of the vehicle, and the other is the anode off-gas return pipe. The anode off-gas that has been connected to the ejector 26 and passed through the fuel cell 11 can be reused as the anode gas of the fuel cell 11 again. Here, the ejector 26 is configured to draw in gas in a pipe of another system by using a negative pressure generated by the gas flowing in the pipe. The gas discharge pipe 37 is provided with an electromagnetically driven purge valve 28. A loop pipe path constituted by the fuel gas supply pipe 23, the fuel gas flow path 21, the anode off gas discharge pipe 35, and the anode off gas return pipe 38 is referred to as an anode gas circulation path 40 (including the ejector 26).

一方、空気はエアコンプレッサ３３によって加圧され、酸化剤ガス供給配管２４を通過した後、燃料電池１１の酸化剤ガス流路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１１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３６に排出される。カソードオフガス排出配管３６は水素希釈システム３１に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管３６には背圧弁３４が設けられている。   On the other hand, the air is pressurized by the air compressor 33, passes through the oxidant gas supply pipe 24, and then is supplied to the oxidant gas flow path 22 of the fuel cell 11. After this oxygen in the air is used as an oxidant for power generation, it is discharged from the fuel cell 11 to the cathode offgas discharge pipe 36 as cathode offgas. The cathode offgas discharge pipe 36 is connected to the hydrogen dilution system 31 and then exhausted outside the vehicle. A back pressure valve 34 is provided in the cathode offgas discharge pipe 36.

また、エアコンプレッサ３３の下流側の酸化剤ガス供給配管２４において、配管が分岐され掃気ガス導入配管５１の一端が接続されている。掃気ガス導入配管５１は、燃料ガス供給配管２３におけるイジェクタ２６と燃料電池１１との間に他端が接続されている。つまり、空気を燃料電池１１の燃料ガス流路２１に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管５１には電磁駆動式の電磁弁５２が設けられており、エアコンプレッサ３３からの空気の供給を遮断できるように構成されている。   Further, in the oxidant gas supply pipe 24 on the downstream side of the air compressor 33, the pipe is branched and one end of the scavenging gas introduction pipe 51 is connected. The other end of the scavenging gas introduction pipe 51 is connected between the ejector 26 and the fuel cell 11 in the fuel gas supply pipe 23. That is, air can be supplied to the fuel gas passage 21 of the fuel cell 11. The scavenging gas introduction pipe 51 is provided with an electromagnetically driven solenoid valve 52 so that the supply of air from the air compressor 33 can be shut off.

ここで、燃料電池１１には、制御装置（ＥＣＵ）４５が設けられている。制御装置４５では、例えば圧力計４１からの検出結果（センサ出力）が伝達され、その検出結果に基づいて、燃料電池システム１０の遮断弁２５およびパージ弁２８の開閉制御を行い、アノードガス循環経路４０内のパージを実行できるように構成されている。   Here, the fuel cell 11 is provided with a control unit (ECU) 45. In the control device 45, for example, a detection result (sensor output) from the pressure gauge 41 is transmitted, and on the basis of the detection result, opening / closing control of the shutoff valve 25 and the purge valve 28 of the fuel cell system 10 is performed, and the anode gas circulation path 40 is configured so that purging within 40 can be performed.

図２は制御装置４５の概略ブロック図である。図２に示すように、制御装置４５は、燃料電池システム１０のアノードガス循環経路４０内の水素ガスの圧力と予め設定されている第一所定圧力値および第二所定圧力値とを比較するアノードガス循環経路圧力判定部６１と、パージ弁２８を開弁してから所定時間経過したか否かを判定するパージ弁状態検出部６２と、燃料電池システム１０がソーク状態（システムが停止している状態）にあるか否かを検出するソーク状態検出部６３と、燃料電池システム１０の停止時にその内部を掃気したか否かを検出する掃気経験検出部６４と、燃料電池１１の出力電圧とモータなどの電力消費デバイス５０への供給を開始可能な発電許可閾値電圧とを比較する燃料電池電圧判定部６５と、を有している。   FIG. 2 is a schematic block diagram of the control device 45. As shown in FIG. 2, the control device 45 compares the pressure of hydrogen gas in the anode gas circulation path 40 of the fuel cell system 10 with a preset first predetermined pressure value and second predetermined pressure value. A gas circulation path pressure determination unit 61; a purge valve state detection unit 62 that determines whether or not a predetermined time has elapsed since the purge valve 28 was opened; and the fuel cell system 10 is in a soaked state (the system is stopped). A soak state detection unit 63 that detects whether or not the fuel cell system 10 is stopped, a scavenging experience detection unit 64 that detects whether or not the inside of the fuel cell system 10 has been scavenged, an output voltage of the fuel cell 11 and a motor And a fuel cell voltage determination unit 65 that compares a power generation permission threshold voltage capable of starting supply to the power consuming device 50.

なお、第一所定圧力値はアノードガス循環経路４０内に残っているガス（空気含）を確実に車外へ排出することができる圧力値であり、第二所定圧力値はパージ弁２８を開弁してアノードガス循環経路４０内のガス（空気含）を車外に排出している最中に、外部の空気がアノードガス循環経路４０内に逆流するのを確実に防止することができる圧力値である。   The first predetermined pressure value is a pressure value that can reliably discharge the gas (including air) remaining in the anode gas circulation path 40 to the outside of the vehicle, and the second predetermined pressure value opens the purge valve 28. Thus, while discharging the gas (including air) in the anode gas circulation path 40 to the outside of the vehicle, the pressure value can reliably prevent the external air from flowing back into the anode gas circulation path 40. is there.

また、制御装置（ＥＣＵ）４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、電磁弁２５を制御して水素タンク３０から所定量の水素ガスを燃料電池１１に供給するとともに、パージ弁２８を制御して、アノードオフガスの排出量を調整できるように構成されている。さらに、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ３３を駆動して所定量の空気を燃料電池１１に供給するとともに、背圧弁３４を制御して酸化剤ガス流路２２への空気の供給圧力を調整できるように構成されている。   Further, the control unit (ECU) 45 controls the electromagnetic valve 25 according to the output required for the fuel cell 11 to supply a predetermined amount of hydrogen gas from the hydrogen tank 30 to the fuel cell 11, and the purge valve 28. Is controlled to adjust the discharge amount of the anode off gas. Further, the control device 45 drives the air compressor 33 according to the output required for the fuel cell 11 to supply a predetermined amount of air to the fuel cell 11 and controls the back pressure valve 34 to control the oxidant gas flow. The air supply pressure to the passage 22 can be adjusted.

また、燃料電池システム１０は、停止時に燃料電池１１の内部を掃気する掃気手段を有している。掃気手段により燃料電池１１内に発生した滞留ガス（窒素ガス）を排出してアノードガス循環経路４０内を空気で置換することができるようになっている。なお、掃気手段が実行されるか否かは、例えばソーク時間により決定するようにすればよい。   The fuel cell system 10 has scavenging means for scavenging the inside of the fuel cell 11 when stopped. The staying gas (nitrogen gas) generated in the fuel cell 11 is discharged by the scavenging means, and the anode gas circulation path 40 can be replaced with air. Whether or not the scavenging means is executed may be determined by, for example, the soak time.

そして、燃料電池１１で発電された電力（電流）はモータなどの電力消費デバイス５０へ供給されるように構成されている。   The power (current) generated by the fuel cell 11 is supplied to a power consuming device 50 such as a motor.

（燃料電池システムの起動方法（その１））
次に、燃料電池システム１０の起動方法について説明する。
図３は燃料電池システム１０の起動方法のフローチャートである。
図３に示すように、Ｓ１では、制御装置４５が燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ（不図示）からのオン信号を検出する（起動信号検出ステップ）と、電磁弁２５を開放させて水素タンク３０に貯蔵されている水素ガスを、燃料ガス供給配管２３を介して燃料電池１１の燃料ガス流路２１に供給する（遮断弁第一開弁ステップ）。 (Startup method of the fuel cell system (part 1))
Next, a method for starting the fuel cell system 10 will be described.
FIG. 3 is a flowchart of the starting method of the fuel cell system 10.
As shown in FIG. 3, in S <b> 1, when the control device 45 detects an ON signal from an ignition switch (not shown) that is an activation signal of the fuel cell system 10 (activation signal detection step), the electromagnetic valve 25 is opened. Then, the hydrogen gas stored in the hydrogen tank 30 is supplied to the fuel gas passage 21 of the fuel cell 11 through the fuel gas supply pipe 23 (a shutoff valve first valve opening step).

Ｓ２では、アノードガス循環経路４０に設けた圧力計４１により配管内の圧力を検出し、アノードガス循環経路圧力判定部６１において、その圧力（水素圧力）と所定の圧力（第一所定圧力）とを比較する。そして、水素圧力が第一所定圧力以下の場合にはこの工程（Ｓ２）を繰り返し、水素圧力が第一所定圧力より大きくなればＳ３へ進む。   In S2, the pressure in the piping is detected by a pressure gauge 41 provided in the anode gas circulation path 40, and the anode gas circulation path pressure determination unit 61 determines the pressure (hydrogen pressure) and the predetermined pressure (first predetermined pressure). Compare If the hydrogen pressure is equal to or lower than the first predetermined pressure, this step (S2) is repeated, and if the hydrogen pressure is greater than the first predetermined pressure, the process proceeds to S3.

Ｓ３では、アノードガス循環経路４０内に残っている滞留ガス（空気含）を車外へ確実に排出できる圧力になったと判断し、電磁弁２５を閉弁するとともにパージ弁２８を開弁して（ガス排出ステップ）、Ｓ４へ進む。   In S3, it is determined that the pressure has been reached so that the staying gas (including air) remaining in the anode gas circulation path 40 can be reliably discharged out of the vehicle, and the solenoid valve 25 is closed and the purge valve 28 is opened ( Gas discharge step), the process proceeds to S4.

Ｓ４では、パージ弁状態検出部６２において、パージ弁２８を開弁してから予め設定されている所定時間を経過したか否かを判定し、所定時間経過前であればＳ５へ進み、所定時間経過したと判断したらＳ６へ進む。なお、この所定時間とはパージ弁２８を開弁した後、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスを車外に排出するのに通常必要とする時間である。   In S4, the purge valve state detecting unit 62 determines whether or not a predetermined time set in advance has elapsed since the purge valve 28 was opened. If it is determined that the time has elapsed, the process proceeds to S6. The predetermined time is a time normally required for discharging the staying gas in the anode gas circulation path 40 to the outside after the purge valve 28 is opened.

Ｓ５では、パージ弁２８を開弁した後で所定時間経過前におけるアノードガス循環経路４０内の圧力を圧力計４１により検出し、アノードガス循環経路圧力判定部６１において、その圧力（水素圧力）と第二所定圧力とを比較する。そして、水素圧力が第二所定圧力以下の場合にはＳ４へ戻り、水素圧力が第二所定圧力より大きくなれば、パージ弁２８を開弁した後所定時間経過前であっても、Ｓ６へすすむ。このようにすることで、外部の空気がアノードガス循環経路４０内に逆流して流入するのを防止できる。つまり、第二所定圧力は大気圧より若干高めの圧力値に設定しておけばよい。   In S5, the pressure in the anode gas circulation path 40 before the elapse of a predetermined time after the purge valve 28 is opened is detected by the pressure gauge 41, and the anode gas circulation path pressure determination unit 61 determines the pressure (hydrogen pressure). The second predetermined pressure is compared. If the hydrogen pressure is equal to or lower than the second predetermined pressure, the process returns to S4. If the hydrogen pressure is greater than the second predetermined pressure, the process proceeds to S6 even after the purge valve 28 is opened and before a predetermined time has elapsed. . By doing so, it is possible to prevent external air from flowing back into the anode gas circulation path 40. That is, the second predetermined pressure may be set to a pressure value slightly higher than the atmospheric pressure.

Ｓ６では、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスが全て車外へ排出されたと判断して、パージ弁２８を閉弁する（パージ弁閉弁ステップ）とともに、電磁弁２５を再び開弁してアノードガス循環経路４０に水素ガスを供給開始して（遮断弁第二開弁ステップ）、Ｓ７へ進む。ここで、パージ弁２８を開弁してアノードガス循環経路４０内の滞留ガスを車外へ排出中に、電磁弁２５を閉弁して水素ガスの供給を遮断しているため、エゼクタ２６が機能せず、アノードガス循環経路４０内のガスは確実にガス排出配管３７から希釈ボックス３１に導かれ、その後車外へと排気される。   In S6, it is determined that all the staying gas in the anode gas circulation path 40 has been discharged to the outside of the vehicle, the purge valve 28 is closed (purge valve closing step), and the electromagnetic valve 25 is opened again to open the anode gas. The supply of hydrogen gas to the circulation path 40 is started (shutoff valve second valve opening step), and the process proceeds to S7. Here, since the purge valve 28 is opened and the staying gas in the anode gas circulation path 40 is discharged to the outside of the vehicle, the solenoid valve 25 is closed and the supply of hydrogen gas is shut off, so the ejector 26 functions. Instead, the gas in the anode gas circulation path 40 is reliably guided to the dilution box 31 from the gas discharge pipe 37 and then exhausted outside the vehicle.

Ｓ７では、アノードガス循環経路４０内が水素ガスに置換されたと判断し、燃料ガス流路２１には水素ガスを、酸化剤ガス流路２２には空気を供給開始して燃料電池１１の発電を開始する。そして、燃料電池１１のセル電圧値を電圧計５５で検出し、そのセル電圧値が電力負荷デバイス５０への発電を許可できる電圧値（閾値電圧値）になっているか否かを燃料電池電圧判定部６５において判定する。そして、燃料電池１１のセル電圧値が閾値電圧値より小さい場合にはこの工程（Ｓ７）を繰り返し、閾値電圧値以上になった場合にはＳ８へ進む。   In S7, it is determined that the anode gas circulation path 40 has been replaced with hydrogen gas, and supply of hydrogen gas to the fuel gas flow path 21 and air to the oxidant gas flow path 22 is started to generate power from the fuel cell 11. Start. Then, the cell voltage value of the fuel cell 11 is detected by the voltmeter 55, and it is determined whether or not the cell voltage value is a voltage value (threshold voltage value) that allows power generation to the power load device 50. This is determined in part 65. Then, when the cell voltage value of the fuel cell 11 is smaller than the threshold voltage value, this step (S7) is repeated, and when it becomes equal to or higher than the threshold voltage value, the process proceeds to S8.

Ｓ８では、燃料電池１１のセル電圧値が、電力負荷デバイス５０へ電力を供給してもよい電圧値になったと判断し、発電を開始して（発電許可ステップ）処理を終了する。   In S8, it is determined that the cell voltage value of the fuel cell 11 has reached a voltage value at which power may be supplied to the power load device 50, power generation is started (power generation permission step), and the process is terminated.

図４は、アノードガス循環経路４０内の水素圧力、水素濃度、および電磁弁２５とパージ弁２８の関係を示すタイムチャートである。図４に示すように、アノードガス循環経路４０内の水素濃度は、燃料電池システム１０が起動すると徐々に高くなるが、その過程で電磁弁２５を一旦閉弁し、パージ弁２８のみを開弁するステップを入れてアノードガス循環経路４０内の滞留ガスを一気に車外へと排出することにより、アノードガス循環経路４０内の水素濃度を早期に高めることができる。したがって、燃料電池１１の発電開始許可を短時間（時間ｔ１）にすることができる。 FIG. 4 is a time chart showing the hydrogen pressure in the anode gas circulation path 40, the hydrogen concentration, and the relationship between the electromagnetic valve 25 and the purge valve 28. As shown in FIG. 4, the hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 gradually increases when the fuel cell system 10 is started. In this process, the solenoid valve 25 is temporarily closed and only the purge valve 28 is opened. By inserting the step to discharge the staying gas in the anode gas circulation path 40 to the outside of the vehicle at once, the hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 can be increased at an early stage. Therefore, the power generation start permission of the fuel cell 11 can be set to a short time (time t 1 ).

一方、図５は、従来方式の場合のタイムチャートである。図５に示すように、アノードガス循環経路４０内の水素濃度は、燃料電池システム１０が起動すると徐々に高くなるが、その過程で電磁弁２５およびパージ弁２８をともに開弁してパージを行っているため、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスがエゼクタ２６を介して循環してしまう。そのため、アノードガス循環経路４０内の水素濃度の上昇率が悪くなり、水素濃度が略１００％になるまでの時間が本実施形態よりも長くなる。したがって、燃料電池１１の発電開始許可が長時間（時間ｔ２）となってしまうのである。 On the other hand, FIG. 5 is a time chart in the case of the conventional method. As shown in FIG. 5, the hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 gradually increases when the fuel cell system 10 is started. In this process, the solenoid valve 25 and the purge valve 28 are both opened and purged. Therefore, the staying gas in the anode gas circulation path 40 is circulated through the ejector 26. Therefore, the rate of increase of the hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 is deteriorated, and the time until the hydrogen concentration becomes approximately 100% becomes longer than that in the present embodiment. Therefore, the power generation start permission of the fuel cell 11 becomes a long time (time t 2 ).

（燃料電池システムの起動方法（その２））
次に、燃料電池システム１０の起動方法についての別の態様を説明する。なお、上述した燃料電池システムの起動方法（その１）と同じ構成の部分は同じステップ番号を付して説明を省略する。
図６は燃料電池システム１０の起動方法のフローチャートである。
図６に示すように、Ｓ２１では、制御装置４５が燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ（不図示）からのオン信号を検出したときに、ソーク状態検出部６３において、燃料電池システム１０が停止してから起動するまでのソーク時間を検出し（ソーク時間検出ステップ）、Ｓ２２へ進む。 (Startup method of the fuel cell system (part 2))
Next, another aspect of the starting method of the fuel cell system 10 will be described. In addition, the same step number is attached | subjected to the part of the same structure as the starting method (the 1) of the fuel cell system mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
FIG. 6 is a flowchart of a startup method of the fuel cell system 10.
As shown in FIG. 6, in S21, when the control device 45 detects an ON signal from an ignition switch (not shown) that is a start signal of the fuel cell system 10, the soak state detection unit 63 causes the fuel cell system 10 to The soak time from the stop to the start is detected (soak time detection step), and the process proceeds to S22.

Ｓ２２では、Ｓ２１で検出したソーク時間と予め設定されている所定時間（第一所定時間）とを比較する。そして、ソーク時間が第一所定時間より長かった場合には、Ｓ１へ進み、上述した燃料電池システムの起動方法（その１）と同じフローチャートに沿ってアノードガス循環経路４０内のパージを行う。一方、ソーク時間が第一所定時間以下であった場合にはＳ２３へ進む。なお、第一所定時間としては例えば１時間程度で設定する。   In S22, the soak time detected in S21 is compared with a predetermined time (first predetermined time) set in advance. If the soak time is longer than the first predetermined time, the process proceeds to S1, and purging of the anode gas circulation path 40 is performed according to the same flowchart as the fuel cell system activation method (part 1) described above. On the other hand, if the soak time is equal to or shorter than the first predetermined time, the process proceeds to S23. The first predetermined time is set to about 1 hour, for example.

Ｓ２３では、ソーク時間が短いため、アノードガス循環経路４０内の滞留ガス量は少なく、水素ガスがまだ多量に残っていると判断し、電磁弁２５を開弁するとともに、パージ弁２８を開弁して、Ｓ２４へ進む。   In S23, since the soak time is short, it is determined that the amount of gas remaining in the anode gas circulation path 40 is small and a large amount of hydrogen gas remains, and the solenoid valve 25 is opened and the purge valve 28 is opened. Then, the process proceeds to S24.

Ｓ２４では、パージ弁状態検出部６２において、パージ弁２８を開弁してから予め設定されている所定時間（第二所定時間）を経過したか否かを判定し、第二所定時間経過前であればＳ２４を繰り返し、第二所定時間経過したと判断したらＳ２５へ進む。なお、この所定時間とはパージ弁２８を開弁した後、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスを車外に排出するのに通常必要とする時間である。   In S24, the purge valve state detector 62 determines whether or not a predetermined time (second predetermined time) set in advance has elapsed since the purge valve 28 was opened, and before the second predetermined time has elapsed. If there is, the process repeats S24, and if it is determined that the second predetermined time has elapsed, the process proceeds to S25. The predetermined time is a time normally required for discharging the staying gas in the anode gas circulation path 40 to the outside after the purge valve 28 is opened.

Ｓ２５では、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスは車外へ排出されたと判断し、パージ弁２８を閉弁して、Ｓ７へ進む。   In S25, it is determined that the staying gas in the anode gas circulation path 40 has been discharged out of the vehicle, the purge valve 28 is closed, and the process proceeds to S7.

Ｓ７以降は、上述した燃料電池システムの起動方法（その１）と同じフローチャートに沿って発電許可を行い、処理を終了する。   After S7, power generation is permitted according to the same flowchart as that of the fuel cell system activation method (part 1) described above, and the process ends.

このように構成することで、ソーク時間が短い場合のパージ処理の工程を簡素化することにより起動時間を短縮することができるとともに、燃費の向上を図ることができる。一方、ソーク時間が長い場合には、アノードガス循環経路４０内は滞留ガスが多量に蓄積されているため、上述したＳ１〜Ｓ８の処理を実行して、パージを確実、かつ、短時間で実行することができるようになっている。   By comprising in this way, starting time can be shortened by simplifying the process of the purge process when soak time is short, and improvement in fuel consumption can be aimed at. On the other hand, when the soak time is long, a large amount of staying gas is accumulated in the anode gas circulation path 40. Therefore, the above-described processing of S1 to S8 is executed, and the purge is executed reliably and in a short time. Can be done.

（燃料電池システムの起動方法（その３））
次に、燃料電池システム１０の起動方法についてのさらに別の態様を説明する。なお、上述した燃料電池システムの起動方法（その１）と同じ構成の部分は同じステップ番号を付して説明を省略する。
図７は燃料電池システム１０の起動方法のフローチャートである。
図７に示すように、Ｓ３１では、制御装置４５が燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ（不図示）からのオン信号を検出したときに、掃気経験検出部６４において、燃料電池システム１０が停止してから起動するまでの間に掃気を実行したか否かを検出し（掃気経験検出ステップ）、Ｓ３２へ進む。なお、アノードガス循環経路４０内の掃気とは、電磁弁５２を開弁するとともにエアコンプレッサ３３を起動して、空気を掃気ガス導入配管５１よりアノードガス循環経路４０内へと導入し、アノードガス循環経路４０内を空気で置換することをいう。 (Startup method of the fuel cell system (part 3))
Next, still another aspect of the starting method of the fuel cell system 10 will be described. In addition, the same step number is attached | subjected to the part of the same structure as the starting method (the 1) of the fuel cell system mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
FIG. 7 is a flowchart of a starting method of the fuel cell system 10.
As shown in FIG. 7, in S <b> 31, when the control device 45 detects an ON signal from an ignition switch (not shown) that is an activation signal of the fuel cell system 10, the scavenging experience detection unit 64 performs the fuel cell system 10. It is detected whether or not scavenging has been executed during the period from the stop to the start (scavenging experience detection step), and the process proceeds to S32. The scavenging in the anode gas circulation path 40 refers to opening the electromagnetic valve 52 and starting the air compressor 33 to introduce air into the anode gas circulation path 40 through the scavenging gas introduction pipe 51, and the anode gas. It means that the inside of the circulation path 40 is replaced with air.

Ｓ３２では、Ｓ３１で検出した掃気経験の有無を判定する。そして、掃気経験が有る場合には、Ｓ１へ進み、上述した燃料電池システムの起動方法（その１）と同じフローチャートに沿ってアノードガス循環経路４０内のパージを行う。一方、掃気経験が無かった場合にはＳ２１へ進む。   In S32, the presence or absence of the scavenging experience detected in S31 is determined. If there is a scavenging experience, the process proceeds to S1, and purging of the anode gas circulation path 40 is performed according to the same flowchart as the fuel cell system activation method (part 1) described above. On the other hand, if there is no scavenging experience, the process proceeds to S21.

Ｓ２１では、ソーク状態検出部６３において、燃料電池システム１０が停止してから起動するまでのソーク時間を検出し（ソーク時間検出ステップ）、Ｓ２２へ進む。   In S21, the soak state detection unit 63 detects a soak time from when the fuel cell system 10 is stopped until it is activated (soak time detection step), and the process proceeds to S22.

Ｓ２２では、Ｓ２１で検出したソーク時間と予め設定されている所定時間（第一所定時間）とを比較する。そして、ソーク時間が第一所定時間より長かった場合には、Ｓ１へ進み、ソーク時間が第一所定時間以下であった場合にはＳ３３へ進む。   In S22, the soak time detected in S21 is compared with a predetermined time (first predetermined time) set in advance. If the soak time is longer than the first predetermined time, the process proceeds to S1, and if the soak time is equal to or shorter than the first predetermined time, the process proceeds to S33.

Ｓ３３では、掃気経験が無かったため、アノードガス循環経路４０内の滞留ガス量は少なく、水素ガスがまだ多量に残っていると判断し、電磁弁２５を開弁するとともに、パージ弁２８を開弁して、Ｓ３４へ進む。   In S33, since there is no scavenging experience, it is determined that the amount of gas remaining in the anode gas circulation path 40 is small and a large amount of hydrogen gas still remains, and the solenoid valve 25 is opened and the purge valve 28 is opened. Then, the process proceeds to S34.

Ｓ３４では、パージ弁状態検出部６２において、パージ弁２８を開弁してから予め設定されている所定時間（第三所定時間）を経過したか否かを判定し、第三所定時間経過前であればＳ３４を繰り返し、第三所定時間経過したと判断したらＳ３５へ進む。なお、この所定時間とはパージ弁２８を開弁した後、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスを車外に排出するのに通常必要とする時間である。   In S34, the purge valve state detector 62 determines whether or not a predetermined time (third predetermined time) set in advance has elapsed since the purge valve 28 was opened, and before the third predetermined time has elapsed. If there is, S34 is repeated, and if it is determined that the third predetermined time has elapsed, the process proceeds to S35. The predetermined time is a time normally required for discharging the staying gas in the anode gas circulation path 40 to the outside after the purge valve 28 is opened.

Ｓ３５では、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスは車外へ排出されたと判断し、パージ弁２８を閉弁して、Ｓ７へ進む。   In S35, it is determined that the staying gas in the anode gas circulation path 40 has been discharged outside the vehicle, the purge valve 28 is closed, and the process proceeds to S7.

Ｓ７以降は、上述した燃料電池システムの起動方法（その１）と同じフローチャートに沿って発電許可を行い、処理を終了する。   After S7, power generation is permitted according to the same flowchart as that of the fuel cell system activation method (part 1) described above, and the process ends.

このように構成することで、掃気経験が無い場合のパージ処理の工程を簡素化することにより起動時間を短縮することができるとともに、燃費の向上を図ることができる。一方、掃気経験が有った場合には、アノードガス循環経路４０内は空気に置換されているため、上述したＳ１〜Ｓ８の処理を実行して、パージを確実、かつ、短時間で実行することができるようになっている。また、掃気経験が無い場合でも、ソーク時間が第一所定時間より長い場合にはアノードガス循環経路４０内の水素濃度は低下しているため、アノードガス供給中断制御を行うようにすることで、パージを短時間で実行することができる。   With this configuration, it is possible to shorten the start-up time by simplifying the purge process when there is no scavenging experience, and to improve fuel efficiency. On the other hand, when there is a scavenging experience, since the inside of the anode gas circulation path 40 is replaced with air, the above-described processing of S1 to S8 is executed, and the purge is executed reliably and in a short time. Be able to. Further, even if there is no scavenging experience, if the soak time is longer than the first predetermined time, the hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 is lowered, so that the anode gas supply interruption control is performed, Purge can be performed in a short time.

本実施形態によれば、燃料電池１１の起動パージ中にアノードガス（水素ガス）の供給を電磁弁２５を閉弁して遮断することで、エゼクタ２６による滞留ガス（カソードガス）の循環が回避される。したがって、アノードガス循環経路４０内の滞留ガスをスムーズにパージ弁２８を介して外部へ排出させることができる。結果として、短時間でアノードガス循環経路４０内の滞留ガスをアノードガスへ置換することができるとともに、燃料電池１１が起動した直後から安定した発電を行うことができる。また、燃料電池１１の起動直後のアノードガス循環経路４０内の水素濃度が高い分、スタックＩＶが向上し、燃費を向上させることができる。   According to the present embodiment, the supply of the anode gas (hydrogen gas) during the startup purge of the fuel cell 11 is shut off by closing the solenoid valve 25, thereby avoiding the circulation of the staying gas (cathode gas) by the ejector 26. Is done. Accordingly, the staying gas in the anode gas circulation path 40 can be smoothly discharged to the outside through the purge valve 28. As a result, the staying gas in the anode gas circulation path 40 can be replaced with the anode gas in a short time, and stable power generation can be performed immediately after the fuel cell 11 is started. Further, the stack IV is improved and the fuel consumption can be improved by the amount of hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 immediately after the start of the fuel cell 11.

また、アノード循環経路４０内の圧力が第一所定圧力より大きくなった場合にパージを開始することにより、パージ弁２８を開弁したときに大気との圧力差のみでアノードガス循環経路４０内の滞留ガスのパージを行うことができる。したがって、滞留ガスを排出させるための特別な装置を必要とせず、簡易な構成で確実にアノードガスへ置換することができる。   Further, by starting the purge when the pressure in the anode circulation path 40 becomes larger than the first predetermined pressure, the pressure in the anode gas circulation path 40 is determined only by the pressure difference from the atmosphere when the purge valve 28 is opened. The stagnant gas can be purged. Therefore, it is possible to reliably replace the anode gas with a simple configuration without requiring a special device for discharging the staying gas.

また、アノード循環経路４０内の圧力が第二所定圧力より小さくなった場合にパージ弁２８を閉弁させることにより、パージ弁２８を開弁中に大気側からアノードガス循環経路４０内へ空気が逆流して流入するのを防止することができる。   Further, when the pressure in the anode circulation path 40 becomes smaller than the second predetermined pressure, the purge valve 28 is closed, so that air is introduced from the atmosphere side into the anode gas circulation path 40 while the purge valve 28 is opened. It is possible to prevent backflow and inflow.

さらに、ソーク時間が第一所定時間以下の場合には、アノードガス循環経路４０内の水素濃度は高いまま保持されていると判断可能であるため、アノードガス供給中断制御を実行しなくても短時間で燃料電池１１を起動させることができる。したがって、必要の無い動作を省略することで、効率よく燃料電池１１を起動させることができる。逆に、ソーク時間が第一所定時間より長い場合には、アノードガス供給中断制御を確実に実行することにより、ソーク時間が長い場合でも短時間で発電を開始することができる。   Further, when the soak time is equal to or shorter than the first predetermined time, it can be determined that the hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 is kept high, so that it is short without performing the anode gas supply interruption control. The fuel cell 11 can be activated in time. Therefore, the fuel cell 11 can be efficiently started by omitting unnecessary operations. On the contrary, when the soak time is longer than the first predetermined time, the anode gas supply interruption control is surely executed, so that power generation can be started in a short time even when the soak time is long.

そして、燃料電池１１がソーク状態であった間に掃気を行っているとアノードガス循環経路４０内は掃気ガス（空気）で置換されているため、アノードガス循環経路４０内の水素濃度は低下（略０％）した状態となっている。したがって、アノードガス供給中断制御を確実に実行することにより、掃気を行った場合でも短時間で発電を開始することができる。   If scavenging is performed while the fuel cell 11 is in the soaked state, the anode gas circulation path 40 is replaced with scavenging gas (air), so the hydrogen concentration in the anode gas circulation path 40 decreases ( (Approximately 0%). Therefore, by reliably executing the anode gas supply interruption control, power generation can be started in a short time even when scavenging is performed.

尚、本発明の技術範囲は上述した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、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、ソーク時間のみを検出する場合、並びに、掃気経験およびソーク時間を検出する場合のシステムについて説明したが、掃気経験のみを検出する方法を採用してもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific structure and configuration described in the embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate.
For example, in the present embodiment, the system for detecting only the soak time and the system for detecting the scavenging experience and the soak time have been described, but a method for detecting only the scavenging experience may be employed.

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。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における制御部の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control part in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における燃料電池システムの起動方法（その１）を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting method (the 1) of the fuel cell system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるアノードガス循環経路の水素濃度、水素圧力、および電磁弁とパージ弁の関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the hydrogen concentration of the anode gas circulation path in the embodiment of the present invention, hydrogen pressure, and the relation between a solenoid valve and a purge valve. 従来のアノードガス循環経路の水素濃度、水素圧力、および電磁弁とパージ弁の関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the hydrogen concentration of the conventional anode gas circulation path, a hydrogen pressure, and the relationship between a solenoid valve and a purge valve. 本発明の実施形態における燃料電池システムの起動方法（その２）を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting method (the 2) of the fuel cell system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における燃料電池システムの起動方法（その３）を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting method (the 3) of the fuel cell system in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池システム １１…燃料電池 ２５…電磁弁（遮断弁） ２６…エゼクタ ２８…パージ弁 ３０…水素タンク（アノードガス供給手段） ３７…ガス排出配管（アノードガス流通経路） ４０…アノードガス循環経路 ４５…制御装置（制御部）   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 11 ... Fuel cell 25 ... Solenoid valve (shutoff valve) 26 ... Ejector 28 ... Purge valve 30 ... Hydrogen tank (anode gas supply means) 37 ... Gas discharge piping (anode gas distribution path) 40 ... Anode gas circulation Route 45 ... Control device (control unit)

Claims (6)

アノードガスおよびカソードガスを供給して発電を行う燃料電池と、前記アノードガスを供給するアノードガス供給手段と、前記アノードガスと前記燃料電池より排出されたアノードオフガスとを混合循環させるエゼクタが設けられたアノードガス循環経路と、前記アノードガス供給手段と前記アノードガス循環経路との間に設けられた遮断弁と、前記アノードガス循環経路から分岐されたアノードガス流通経路と、前記アノードガス流通経路に設けられたパージ弁と、を備えた燃料電池システムの起動方法において、
前記燃料電池の起動信号を検出する起動信号検出ステップと、
前記遮断弁を開弁する遮断弁第一開弁ステップと、
前記アノードガス循環経路内の圧力が、前記アノードガス循環経路内に残っている不純ガスを前記アノードガス流通経路に排出可能な圧力になった際に、前記遮断弁を閉弁してアノードガス供給中断制御を行うとともに、前記パージ弁を開弁して前記アノードガス循環経路内のガスを前記アノードガス流通経路に排出するガス排出ステップと、
前記パージ弁の開弁状態を所定時間保持した後に、前記パージ弁を閉弁するパージ弁閉弁ステップと、
前記パージ弁の閉弁後に前記遮断弁を開弁する遮断弁第二開弁ステップと、
前記燃料電池のセル電圧が所定値以上の場合に発電開始を許可する発電許可ステップと、を有することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 Provided are a fuel cell that supplies power by supplying anode gas and cathode gas, anode gas supply means for supplying the anode gas, and an ejector for mixing and circulating the anode gas and the anode off-gas discharged from the fuel cell. An anode gas circulation path, a shutoff valve provided between the anode gas supply means and the anode gas circulation path, an anode gas circulation path branched from the anode gas circulation path, and an anode gas circulation path In a starting method of a fuel cell system provided with a provided purge valve,
An activation signal detecting step for detecting an activation signal of the fuel cell;
A shut-off valve first opening step for opening the shut-off valve;
When the pressure in the anode gas circulation path becomes a pressure at which the impure gas remaining in the anode gas circulation path can be discharged into the anode gas circulation path, the shutoff valve is closed to supply the anode gas. A gas discharge step of performing interruption control and opening the purge valve to discharge the gas in the anode gas circulation path to the anode gas circulation path;
A purge valve closing step for closing the purge valve after holding the open state of the purge valve for a predetermined time; and
A shutoff valve second opening step for opening the shutoff valve after the purge valve is closed;
And a power generation permission step of permitting the start of power generation when the cell voltage of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined value. 前記パージ弁閉弁ステップでは、前記アノードガス循環経路内の圧力が大気圧以下となる前に前記パージ弁を閉弁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の起動方法。 2. The method for starting a fuel cell system according to claim 1, wherein, in the purge valve closing step, the purge valve is closed before the pressure in the anode gas circulation path becomes equal to or lower than atmospheric pressure. 前記遮断弁第一開弁ステップの前に、前記燃料電池のソーク時間を検出するソーク時間検出ステップを有し、
前記ソーク時間が所定時間より短い場合には、前記アノードガス供給中断制御を行わないことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システムの起動方法。 A soak time detecting step of detecting a soak time of the fuel cell before the shut-off valve first valve opening step;
3. The fuel cell system activation method according to claim 1, wherein the anode gas supply interruption control is not performed when the soak time is shorter than a predetermined time. 4. 前記遮断弁第一開弁ステップの前に、前記燃料電池がソーク状態の間に掃気を行ったか否かを検出する掃気経験検出ステップを有し、
前記掃気を行った場合には、前記アノードガス供給中断制御を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の燃料電池システムの起動方法。 Before the shutoff valve first valve opening step, there is a scavenging experience detection step for detecting whether or not the fuel cell has scavenged during the soak state,
The method for starting a fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 , wherein when the scavenging is performed, the anode gas supply interruption control is performed. 前記遮断弁第一開弁ステップの前に、前記燃料電池がソーク状態の間に掃気を行ったか否かを検出する掃気経験検出ステップを有し、
前記掃気を行っておらず、かつ、前記ソーク時間が所定時間より短い場合には前記アノードガス供給中断制御を行わないことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムの起動方法。 Before the shutoff valve first valve opening step, there is a scavenging experience detection step for detecting whether or not the fuel cell has scavenged during the soak state,
4. The method of starting a fuel cell system according to claim 3 , wherein the anode gas supply interruption control is not performed when the scavenging is not performed and the soak time is shorter than a predetermined time. アノードガスおよびカソードガスを供給して発電を行う燃料電池と、
前記アノードガスを供給するアノードガス供給手段と、
前記アノードガスと前記燃料電池より排出されたアノードオフガスとを混合循環させるエゼクタが設けられたアノードガス循環経路と、
前記アノードガス供給手段と前記アノードガス循環経路との間に設けられた遮断弁と、
前記アノードガス循環経路から分岐されたアノードガス流通経路に設けられたパージ弁と、
前記遮断弁および前記パージ弁の開閉制御を行う制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記燃料電池の起動時に、前記遮断弁を開弁し、
前記アノードガス循環経路内の圧力が、前記アノードガス循環経路内に残っている不純ガスを前記アノードガス流通経路に排出可能な圧力になった際に、前記遮断弁を閉弁してアノードガス供給中断制御を行うとともに、前記パージ弁を開弁して前記アノードガス循環経路内のガスを前記アノードガス流通経路に排出し、
前記パージ弁の開弁状態を所定時間保持した後に、前記パージ弁を閉弁し、
前記パージ弁の閉弁後に前記遮断弁を開弁し、
前記燃料電池のセル電圧が所定値以上の場合に発電開始を許可するように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell for generating electricity by supplying anode gas and cathode gas;
An anode gas supply means for supplying the anode gas;
An anode gas circulation path provided with an ejector for mixing and circulating the anode gas and the anode off gas discharged from the fuel cell;
A shut-off valve provided between the anode gas supply means and the anode gas circulation path;
A purge valve provided in an anode gas circulation path branched from the anode gas circulation path;
In a fuel cell system comprising: a control unit that performs opening / closing control of the shut-off valve and the purge valve;
The controller is
When starting the fuel cell, open the shut-off valve,
When the pressure in the anode gas circulation path becomes a pressure at which the impure gas remaining in the anode gas circulation path can be discharged into the anode gas circulation path, the shutoff valve is closed to supply the anode gas. While performing interruption control, the purge valve is opened to discharge the gas in the anode gas circulation path to the anode gas circulation path,
After maintaining the open state of the purge valve for a predetermined time, the purge valve is closed,
Opening the shutoff valve after closing the purge valve;
A fuel cell system configured to permit start of power generation when a cell voltage of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined value.
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