JP5417917B2

JP5417917B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5417917B2
Application number: JP2009064105A
Authority: JP
Inventors: 正樹市川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010218876A

Description

本発明はスタックの内部のフラッディングおよびドライアップのおそれがある燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having a risk of flooding and dry-up inside a stack.

燃料電池システムは、アノードおよびカソードを有するスタックと、スタックのアノードにアノード流体を供給するアノード通路と、スタックのカソードにカソード流体を供給するカソード通路と、スタックの発電運転を制御する制御部とを有する（特許文献１〜４）。特許文献１では、カソード側から吐出される湿潤状態のカソードガスをアノードに供給してアノードを加湿させることにしている。特許文献２では、スタックの起動時に、スタックの固体高分子膜が乾燥状態にあるときには、スタックが湿潤状態となるように加湿器を制御しつつ起動させることにしている。 The fuel cell system includes a stack having an anode and a cathode, an anode passage that supplies an anode fluid to the anode of the stack, a cathode passage that supplies a cathode fluid to the cathode of the stack, and a control unit that controls the power generation operation of the stack. (Patent Documents 1 to 4). In Patent Document 1, wet cathode gas discharged from the cathode side is supplied to the anode to humidify the anode. In Patent Document 2, when the stack is activated, if the solid polymer film of the stack is in a dry state, the humidifier is controlled to be activated so that the stack is in a wet state.

特開２００１−２１６９８８号公報JP 2001-216888 A 特開２００１−３３２２８０号公報JP 2001-332280 A 特開２００８−１１２６４７号公報JP 2008-112647 A 特開２００８−１３０４４５号公報JP 2008-130445 A

上記した燃料電池システムによれば、スタックの発電運転が停止したとき、停止から所定時間経過後にスタックを再起動させることにしている、しかし、スタックを再起動させることができない場合がある。例えば、スタックのドライアップ（過剰乾燥）が原因でスタックの発電電圧が低下し、これが要因でスタックの発電運転が停止されたときには、スタックの内部を乾燥方向に移行させるパージガスをスタックの内部に供給した後においてスタックの再起動を試みると、スタックの内部の乾燥度が更に進行するため、スタックが過剰な乾燥状態となり、スタックの再起動が困難となる問題がある。 According to the fuel cell system described above, when the power generation operation of the stack is stopped, the stack is restarted after a lapse of a predetermined time from the stop, but the stack may not be restarted. For example, when the power generation voltage of the stack drops due to stack dry-up (overdrying), and this causes the stack power generation operation to be stopped, purge gas that moves the inside of the stack in the drying direction is supplied to the inside of the stack If restarting of the stack is attempted after that, the degree of dryness inside the stack further progresses, so that there is a problem that the stack becomes excessively dry and it is difficult to restart the stack.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、スタックの発電停止の原因がドライアップであるかフラッディングであるかどうかにかかわらず、スタックを再起動させるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fuel cell system that is advantageous for restarting the stack regardless of whether the cause of the power generation stop of the stack is dry-up or flooding The task is to do.

本発明者は、発電運転しているスタックが停止する要因として、スタックの内部のフラッディングとドライアップとがあることに着目した。フラッディングは、スタックの内部の流路面積が過剰の水で狭まり、反応ガスが流れにくくなることを意味する。ドライアップは、スタックの内部が過剰に乾燥し、電解質膜のイオン伝導率（プロトン伝導率）が過剰に低下することを意味する。 The present inventor has paid attention to the fact that there are flooding and dry-up inside the stack as factors that cause the stack that is generating power to stop. Flooding means that the flow area inside the stack is narrowed by excess water, making it difficult for the reaction gas to flow. Dry-up means that the inside of the stack is excessively dried, and the ionic conductivity (proton conductivity) of the electrolyte membrane is excessively lowered.

もし、フラッディングでスタックの発電電圧が低下し、これが原因でスタックの発電運転が停止したときには、スタックの内部を乾燥方向に移行させるパージガスをスタックの内部に供給し、スタックの内部に滞在する過剰の水を吐出させるパージ処理を実行すれば、スタックの内部が適度な湿潤状態となり、スタックを再起動させたとき、スタックを再起動させることができる。 If the power generation voltage of the stack is reduced due to flooding and the power generation operation of the stack is stopped due to this, the purge gas that moves the inside of the stack in the drying direction is supplied to the inside of the stack, and an excessive amount stays inside the stack. If the purge process for discharging water is executed, the inside of the stack is in a moderately wet state, and when the stack is restarted, the stack can be restarted.

しかし、スタックの内部のドライアップでスタックの発電電圧が低下し、これが原因で発電運転が停止されたときには、スタックの再起動時に、スタックの内部を乾燥方向に移行させるパージガスをスタックの内部に供給させてスタックの内部の水分を吐出させるパージ処理を実行すれば、スタックの内部の乾燥状態が更に進行し、スタックの内部が過剰乾燥となってしまい、スタックの再起動が困難となるおそれがあることに本発明者は着目し、本発明を完成させた。 However, when the power generation operation of the stack is reduced due to the dry-up inside the stack and the power generation operation is stopped due to this, the purge gas that moves the inside of the stack in the drying direction is supplied to the inside of the stack when the stack is restarted. If the purge process is performed to discharge the moisture inside the stack, the dry state inside the stack further progresses, the inside of the stack becomes excessively dry, and it may be difficult to restart the stack. In particular, the inventor paid attention and completed the present invention.

すなわち、本発明に係る燃料電池システムは、（ｉ）アノードおよびカソードを有するスタックと、スタックのアノードにアノード流体を供給するアノード通路と、スタックのカソードにカソード流体を供給するカソード通路と、スタックの発電運転を制御する制御部とを具備しており、（ｉｉ）制御部は、スタックのカソードおよび／またはアノードにパージガスを供給してスタックの内部に滞在する水を吐出させるパージ処理を実行し、その後、スタックにアノード流体およびカソード流体を供給してスタックを起動させるフラッディング用起動処理モードと、
フラッディング用起動処理モードよりもスタックの内部の乾燥を抑えつつ、スタックにアノード流体およびカソード流体を供給してスタックを起動させるドライアップ用起動処理モードとを実行可能であり、
（ｉｉｉ）制御部は、スタックの発電運転が電圧低下で停止したとき、フラッディング用起動処理モードよりもドライアップ用起動処理モードを優先させ、ドライアップ用起動処理モードでスタックの再起動を試み、ドライアップ用起動処理モードにおいてスタックが再起動しないとき、フラッディング用起動処理モードを実行する。 That is, a fuel cell system according to the present invention includes (i) a stack having an anode and a cathode, an anode passage for supplying an anode fluid to the anode of the stack, a cathode passage for supplying a cathode fluid to the cathode of the stack, And (ii) the control unit executes a purge process for supplying purge gas to the cathode and / or anode of the stack and discharging water staying inside the stack, Thereafter, a flooding start processing mode for starting the stack by supplying an anode fluid and a cathode fluid to the stack, and
It is possible to execute a dry-up start-up process mode in which the anode fluid and the cathode fluid are supplied to the stack to start the stack while suppressing the drying inside the stack more than the flood-start-up start process mode,
(Iii) When the power generation operation of the stack is stopped due to a voltage drop, the control unit prioritizes the startup process mode for dryup over the startup process mode for flooding, and tries to restart the stack in the startup process mode for dryup. When the stack does not restart in the dry-up startup processing mode, the flooding startup processing mode is executed.

本発明によれば、カソード流体は、スタックのカソードに供給される流体の意味であり、酸素ガスまたは酸素含有ガス（例えば空気）が挙げられる。アノード流体は、スタックのアノードに供給される流体の意味であり、水素ガスまたは水素含有ガスが挙げられる。パージガスとしては、カソードガスと同じガス（空気等）、窒素ガス等が挙げられ、要するに、スタックの内部に滞在している過剰の液相状または気相状の水をスタックの外部に吐出させ得るガスであれば良い。 According to the present invention, the cathode fluid means the fluid supplied to the cathode of the stack, and includes oxygen gas or oxygen-containing gas (for example, air). Anode fluid refers to the fluid supplied to the anode of the stack, and includes hydrogen gas or hydrogen-containing gas. Examples of the purge gas include the same gas as the cathode gas (air, etc.), nitrogen gas, etc. In short, excess liquid or vapor phase water staying inside the stack can be discharged to the outside of the stack. Any gas can be used.

ところで、スタックの電圧低下が原因でスタックの発電運転が停止したとき、電圧低下の原因がスタックの内部のフラッディングであるか、スタックの内部のドライアップであるか必ずしも明確ではない。そこで、制御部は、スタックの内部が過剰の乾燥状態になることを抑制することを優先する。すなわち、制御部は、スタックの内部を乾燥方向に移行させるフラッディング用起動処理モードよりも、フラッディング用起動処理モードよりも乾燥させる力が弱いドライアップ用起動処理モードを優先させる。 By the way, when the power generation operation of the stack is stopped due to the voltage drop of the stack, it is not necessarily clear whether the cause of the voltage drop is flooding inside the stack or dry-up inside the stack. Therefore, the control unit gives priority to suppressing the inside of the stack from becoming an excessively dry state. That is, the control unit gives priority to the dry-up start-up process mode, which has a lower drying power than the flooding start-up process mode, over the flooding start-up process mode that shifts the inside of the stack in the drying direction.

従って、制御部は、まず、ドライアップ用起動処理モードでスタックの再起動を試みる。すなわち、スタックの内部の乾燥を抑えつつ、アノード流体およびカソード流体をスタックに供給してスタックを再起動させる。この場合に、スタックが起動すれば、問題がない。仮にスタックが再起動しない場合であっても、スタックの内部の乾燥が抑えられているため、スタックの内部が過剰な乾燥状態になることが回避される。 Therefore, the control unit first attempts to restart the stack in the dry-up startup processing mode. That is, the anode fluid and the cathode fluid are supplied to the stack and the stack is restarted while suppressing the drying of the inside of the stack. In this case, if the stack starts, there is no problem. Even if the stack does not restart, it is avoided that the inside of the stack becomes excessively dry because the inside of the stack is suppressed.

上記したドライアップ用起動処理モードにおいてスタックが再起動しないとき、スタックの内部はフラッディング状態であると推定される。そこで制御部は、ドライアップ用起動処理モードではなく、フラッディング用起動処理モードを実行し、スタックの内部を乾燥方向に移行させるパージガスをスタックの内部に供給させる。これによりスタックの内部に過剰に滞在する水をスタックの外部に吐出させる。このため、スタックの内部は適度な湿潤状態となり、スタックの再起動は容易となる。 When the stack does not restart in the above-described dry-up startup processing mode, it is estimated that the inside of the stack is flooded. Therefore, the control unit executes the flooding start-up process mode instead of the dry-up start-up process mode, and supplies a purge gas that moves the inside of the stack in the drying direction to the inside of the stack. Thereby, the water staying excessively inside the stack is discharged to the outside of the stack. For this reason, the inside of the stack is in a moderately wet state, and the stack can be easily restarted.

スタックの内部が過剰に乾燥している時における起動処理を前提とするドライアップ用起動処理モードにおいては、スタックの内部の乾燥が更に進行することは、好ましくない。そこで、本発明の一視点によれば、好ましくは、制御部は、ドライアップ用起動処理モードにおいて、スタックにパージガスを供給するパージ処理を実行することなく、スタックにアノード流体およびカソード流体を供給してスタックを起動させる。この場合、スタックの内部を乾燥方向に移行させるパージガスがスタックの内部に供給されないため、スタックの内部が過剰乾燥とされることが抑制される。 In the dry-up start-up processing mode that presupposes a start-up process when the inside of the stack is excessively dried, it is not preferable that the inside of the stack further progresses. Therefore, according to one aspect of the present invention, preferably, the control unit supplies the anode fluid and the cathode fluid to the stack without performing a purge process for supplying a purge gas to the stack in the dry-up startup process mode. Start the stack. In this case, since the purge gas that moves the inside of the stack in the drying direction is not supplied to the inside of the stack, the inside of the stack is prevented from being excessively dried.

本発明の一視点によれば、好ましくは、フラッディング用起動処理モードは、パージガスをスタックの内部に供給するパージ操作と、パージ操作後にスタックを再起動させる操作とを繰り返し実行し、スタックが起動しない限り、パージガスをスタックの内部に供給する時間を長くする。これによりスタックの内部に過剰の水が残留しているときであっても、スタックの内部が適度な湿潤状態となり、スタックが再起動可能となる。 According to one aspect of the present invention, preferably, the flooding activation processing mode repeatedly executes a purge operation for supplying purge gas into the stack and an operation for restarting the stack after the purge operation, and the stack does not activate. As long as the purge gas is supplied to the inside of the stack, the time is increased. As a result, even when excessive water remains inside the stack, the inside of the stack becomes a moderately wet state, and the stack can be restarted.

本発明の一視点によれば、好ましくは、カソード通路は、カソードガスを加湿させる加湿器と、加湿器を迂回する迂回路とを有しており、制御部は、フラッディング用起動処理モードにおいて、加湿器を迂回して迂回路を通過するカソードガスをパージガスとしてスタックのカソードに供給する。フラッディング用起動処理モードにおいては、パージガスの湿度は低い方が好ましい。このため加湿器を迂回させた乾燥気味のカソードガスをスタックの内部に供給させる。 According to one aspect of the present invention, preferably, the cathode passage has a humidifier that humidifies the cathode gas, and a detour that bypasses the humidifier, and the control unit is in the flooding activation processing mode, Cathode gas that bypasses the humidifier and passes through the detour is supplied as purge gas to the cathode of the stack. In the flooding start-up processing mode, the purge gas preferably has a low humidity. For this reason, the cathode gas of the dry taste which bypassed the humidifier is supplied to the inside of a stack.

本発明の一視点によれば、好ましくは、カソード通路は、カソードガスを加湿させる加湿器と、加湿器を迂回する迂回路とを有しており、制御部は、ドライアップ用起動処理モードにおいて、加湿器を迂回させることなく加湿器を通過したカソードガスをパージガスとしてスタックのカソードに供給する。ドライアップ用起動処理モードにおいては、パージガスはウェットでも良い。そこで、加湿器を通過させたウェットなパージガスをスタックの内部に供給させる。 According to one aspect of the present invention, preferably, the cathode passage includes a humidifier that humidifies the cathode gas, and a bypass that bypasses the humidifier, and the control unit is in the startup process mode for dry-up. The cathode gas that has passed through the humidifier without bypassing the humidifier is supplied as a purge gas to the cathode of the stack. In the dry-up start-up processing mode, the purge gas may be wet. Therefore, the wet purge gas that has passed through the humidifier is supplied into the stack.

本発明によれば、スタックの発電電圧の低下によりスタックの発電運転が停止されたとき、スタックの発電電圧の低下の原因がスタックの内部のドライアップであるか、スタックの内部のフラッディングであるかどうかにかかわらず、発電運転を停止したスタックを再起動させるのに有利な燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, when the power generation operation of the stack is stopped due to a decrease in the power generation voltage of the stack, whether the cause of the decrease in the power generation voltage of the stack is the dry up inside the stack or the flooding inside the stack Regardless, it is possible to provide a fuel cell system that is advantageous for restarting a stack that has stopped generating power.

実施形態１に係り、燃料電池システムの配管図である。1 is a piping diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係り、制御部が実行するフローチャートである。10 is a flowchart executed by a control unit according to the second embodiment. 実施形態４に係り、燃料電池システムの配管図である。FIG. 10 is a piping diagram of a fuel cell system according to Embodiment 4;

（実施形態１）
本実施形態に係る燃料電池システムは、定置用、車両搭載用として利用できる。図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システムは、アノード１０（燃料極）、カソード１１（酸化剤極）および電解質層１２を有する膜電極接合体を有するスタック１と、アノード流体としてのアノードガスをスタック１のアノード１０に供給するアノード通路２と、カソード流体としてのカソードガスをスタック１のカソード１１に供給するカソード通路３、スタック１の発電運転を制御する制御部５とを有する。カソードガスは、スタック１のカソード１１に供給されるガスを意味し、酸素含有ガスである空気を採用できる。アノードガスは、スタック１のアノード１０に供給されるガスを意味する。アノードガスは、水素ガスまたは水素含有ガスが挙げられる。膜電極接合体は平板タイプでも良いし、チューブタイプでも良い。 (Embodiment 1)
The fuel cell system according to the present embodiment can be used for stationary use and for vehicle mounting. As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to this embodiment includes a stack 1 having a membrane electrode assembly having an anode 10 (fuel electrode), a cathode 11 (oxidant electrode), and an electrolyte layer 12, and an anode fluid. An anode passage 2 for supplying the anode gas to the anode 10 of the stack 1, a cathode passage 3 for supplying a cathode gas as a cathode fluid to the cathode 11 of the stack 1, and a control unit 5 for controlling the power generation operation of the stack 1 . The cathode gas means a gas supplied to the cathode 11 of the stack 1 and air that is an oxygen-containing gas can be adopted. The anode gas means a gas supplied to the anode 10 of the stack 1. Examples of the anode gas include hydrogen gas and hydrogen-containing gas. The membrane electrode assembly may be a flat plate type or a tube type.

カソード通路３には、カソードガスをスタック１のカソード１１に向けて搬送させる搬送源３０けられている。搬送源３０として、ファン、ブロア、ポンプ、コンプレッサ等が挙げられる。アノード通路２の先端にはアノードガス供給源２０が繋がれている。アノードガス供給源２０としては、アノードガス（アノード流体）を貯蔵するタンク、あるいは、炭化水素系またはアルコール系等の燃料原料を水蒸気改質反応等の改質反応により改質させてアノードガス（アノード流体）を生成させる改質器が挙げられる。 In the cathode passage 3, a carrier source 30 for carrying the cathode gas toward the cathode 11 of the stack 1 is provided. Examples of the conveyance source 30 include a fan, a blower, a pump, and a compressor. An anode gas supply source 20 is connected to the tip of the anode passage 2. As the anode gas supply source 20, a tank for storing anode gas (anode fluid) or a fuel material such as hydrocarbon or alcohol is reformed by a reforming reaction such as a steam reforming reaction, and the anode gas (anode) A reformer that generates a fluid).

カソード通路３は、発電反応前のカソードガスがカソード１１の入口１１ｉに向かう往通路３１と、カソード１１の出口１１ｐから排出された発電反応後のカソードオフガスを吐出させる復通路３４をもつ。発電反応後のカソードオフガスは、発電反応前のカソードガスよりも高温高湿である。往通路３１には、カソードガスをカソード１１の入口１１ｉに供給させる入口バルブ３２が設けられている。復通路３４には、カソード１１の出口１１ｐからカソードオフガスを排出させる出口バルブ３５が設けられている。カソード通路３の往通路３１は、カソードガスを加湿部３６ａで加湿させる加湿器３６と、加湿器３６の加湿部３６ａを迂回する第１迂回路３７と、加湿部３６ａを流れるカソードガスの流量と第１迂回路３７を流れるカソードガスの流量とを調整する第１調整バルブ３８とを有する。復通路３４は、加湿器３６の吸湿部３６ｃを迂回する第２迂回路４７と、吸湿部３６ｃを流れるカソードオフガスの流量と第２迂回路４７を流れるカソードオフガスの流量とを調整する第２調整バルブ４８とを有する。 The cathode passage 3 has a forward passage 31 in which the cathode gas before the power generation reaction is directed to the inlet 11 i of the cathode 11 and a return passage 34 for discharging the cathode off-gas after the power generation reaction discharged from the outlet 11 p of the cathode 11. The cathode off-gas after the power generation reaction is higher in temperature and humidity than the cathode gas before the power generation reaction. The forward passage 31 is provided with an inlet valve 32 that supplies cathode gas to the inlet 11 i of the cathode 11. The return passage 34 is provided with an outlet valve 35 for discharging the cathode off gas from the outlet 11p of the cathode 11. The forward passage 31 of the cathode passage 3 includes a humidifier 36 that humidifies the cathode gas by the humidifier 36a, a first bypass circuit 37 that bypasses the humidifier 36a of the humidifier 36, and a flow rate of the cathode gas that flows through the humidifier 36a. A first adjusting valve that adjusts the flow rate of the cathode gas flowing through the first bypass 37; The return passage 34 is a second bypass circuit 47 that bypasses the moisture absorption part 36 c of the humidifier 36, and a second adjustment that adjusts the flow rate of the cathode off gas flowing through the moisture absorption part 36 c and the flow rate of the cathode off gas flowing through the second bypass circuit 47. And a valve 48.

アノード通路２は、発電反応前のアノードガスがアノード１０に向かう往通路２１と、アノード１０から排出された発電反応後のアノードオフガスを吐出させる復通路２４をもつ。往通路２１には、アノードガスをアノード１０の入口１０ｉに供給させる入口バルブ２２が設けられている。復通路２４には、アノードオフガスをアノード１０の出口１０ｐから排出させる出口バルブ２５が設けられている。 The anode passage 2 has a forward passage 21 in which the anode gas before the power generation reaction is directed to the anode 10 and a return passage 24 for discharging the anode off-gas after the power generation reaction discharged from the anode 10. The forward passage 21 is provided with an inlet valve 22 for supplying anode gas to the inlet 10 i of the anode 10. The return passage 24 is provided with an outlet valve 25 for discharging the anode off-gas from the outlet 10p of the anode 10.

前述から理解できるように、加湿器３６は、カソードガスが流れるカソード通路３の往通路３１に配置された加湿部３６ａと、カソードオフガスが流れる復通路３４に配置された吸湿部３６ｃと、吸湿部３６ｃで吸湿させた水分および熱を加湿部３６ａに移動させる水分保持膜３６ｄとをもつ。スタック１のカソード１１の出口１１ｐから排出された直後のカソードオフガスは、気相状または液相状の水分を含有しており、スタック１のカソード１１に供給される前のカソードガスよりも高温高湿である。カソードオフガスに含まれている水分および熱は、吸湿部３６ｃに吸湿される。吸湿部３６ｃの水分および熱は膜３６ｄを介して加湿部３６ａに移動するので、加湿部３６ａを流れるカソードガスを加湿および加熱させる。加湿および加熱されたカソードガスは、スタック１の入口１１ｉからカソード１１に供給される。 As can be understood from the foregoing, the humidifier 36 includes a humidifying part 36a disposed in the forward passage 31 of the cathode passage 3 through which the cathode gas flows, a moisture absorbing part 36c disposed in the return passage 34 through which the cathode off gas flows, and a moisture absorbing part. It has a moisture retention film 36d that moves moisture and heat absorbed by 36c to the humidifying portion 36a. The cathode off-gas immediately after being discharged from the outlet 11p of the cathode 11 of the stack 1 contains water vapor or liquid phase and has a higher temperature than the cathode gas before being supplied to the cathode 11 of the stack 1. It is wet. Moisture and heat contained in the cathode offgas are absorbed by the moisture absorption part 36c. Since the moisture and heat of the moisture absorption part 36c move to the humidification part 36a through the film 36d, the cathode gas flowing through the humidification part 36a is humidified and heated. The humidified and heated cathode gas is supplied from the inlet 11 i of the stack 1 to the cathode 11.

スタック１の過剰高温化を抑える冷却系６が設けられている。冷却系６は、スタック１の内部を通過する冷媒通路６０と、冷媒通路６０の冷媒を循環させる冷媒搬送源６１とを有する。冷媒搬送源６１としてはポンプが例示される。冷媒としては冷却水、冷却空気、冷却ミスト等が挙げられる。スタック１の温度を測定する温度センサ１６が設けられている。スタック１の温度は、冷媒通路６０の出口側の冷媒の温度とすることができる。温度センサ１６の温度信号は制御部５に入力される。 A cooling system 6 is provided to suppress an excessively high temperature of the stack 1. The cooling system 6 includes a refrigerant passage 60 that passes through the inside of the stack 1 and a refrigerant conveyance source 61 that circulates the refrigerant in the refrigerant passage 60. An example of the refrigerant conveyance source 61 is a pump. Examples of the refrigerant include cooling water, cooling air, and cooling mist. A temperature sensor 16 for measuring the temperature of the stack 1 is provided. The temperature of the stack 1 can be the temperature of the refrigerant on the outlet side of the refrigerant passage 60. The temperature signal of the temperature sensor 16 is input to the control unit 5.

制御部５は、ＣＰＵ５ｃと記憶要素５ｄとを有する。制御部５は各バルブ２２，２５，３２，３５，３８，４８、冷媒搬送源６１等を制御する。制御部５の記憶要素５ｄには、スタック１の内部が過剰乾燥している状態においてスタック１を起動させるためのドライアップ用起動処理モードを実行する制御則が格納されており、且つ、スタック１の内部が過剰に湿潤している状態においてスタック１を起動させるフラッディング用起動処理モードを実行する制御則が格納されている。 The control unit 5 includes a CPU 5c and a storage element 5d. The controller 5 controls the valves 22, 25, 32, 35, 38, 48, the refrigerant conveyance source 61, and the like. The storage element 5d of the control unit 5 stores a control law for executing a dry-up startup processing mode for starting up the stack 1 in a state where the inside of the stack 1 is excessively dried. Stored is a control law for executing a flooding activation processing mode for activating the stack 1 in a state where the inside of the chamber is excessively wet.

本実施形態によれば、スタック１の発電運転時には、アノードガスがスタック１のアノード１０に供給され、且つ、カソードガスがスタック１のカソード１１に供給される。これによりスタック１が発電運転される。スタック１の発電運転においてなんらかの事情でスタック１の電圧が低下し、これに基づいてスタック１の発電運転が停止されることがある。スタック１の発電運転が電圧低下で停止したとき、電圧低下の原因がスタック１の内部のフラッディングであるか、スタック１の内部のドライアップであるか必ずしも明確ではない。 According to this embodiment, during the power generation operation of the stack 1, the anode gas is supplied to the anode 10 of the stack 1 and the cathode gas is supplied to the cathode 11 of the stack 1. Thereby, the stack 1 is operated for power generation. In the power generation operation of the stack 1, the voltage of the stack 1 may drop due to some circumstances, and the power generation operation of the stack 1 may be stopped based on this. When the power generation operation of the stack 1 stops due to a voltage drop, it is not always clear whether the cause of the voltage drop is the flooding inside the stack 1 or the dry-up inside the stack 1.

ここで、万一、スタック１の発電電圧の低下の原因がスタック１の内部のドライアップが原因であったにもかかわらず、スタック１の内部の乾燥を促進させるフラッディング用起動処理モードを実施してしまうと、すなわち、スタック１の内部を乾燥させる機能を有するパージガスをスタック１の内部に供給してしまうと、スタック１の内部が更に過剰乾燥となることが考えられる。この用に過剰に乾燥されたスタック１の再起動は困難となるおそれがある。 Here, in the unlikely event that the power generation voltage of the stack 1 is reduced due to the dry-up inside the stack 1, the flooding start-up processing mode that promotes the drying inside the stack 1 is implemented. In other words, if a purge gas having a function of drying the inside of the stack 1 is supplied to the inside of the stack 1, the inside of the stack 1 may be further excessively dried. It may be difficult to restart the stack 1 that has been excessively dried for this purpose.

そこで、スタック１が何らかの原因で電圧低下し、スタック１の発電運転が停止されたときには、制御部５は、スタック１の内部が過剰乾燥状態になることを抑制すべく、スタック１の内部の乾燥を促進させるフラッディング用起動処理モードよりも、スタック１の内部の乾燥を促進させないドライアップ用起動処理モードを優先させる。 Therefore, when the voltage of the stack 1 drops for some reason and the power generation operation of the stack 1 is stopped, the control unit 5 dries the inside of the stack 1 in order to prevent the inside of the stack 1 from being overdried. Priority is given to the dry-up start-up process mode that does not promote drying inside the stack 1 over the flooding start-up process mode.

すなわち、制御部５は、まず、スタック１の内部の乾燥を促進させるモードであるフラッディング用起動処理モードを実施するのではなく、スタック１の内部の乾燥を促進させないモードであるドライアップ用起動処理モードを優先的に実施する。その状態でスタック１の再起動を試みる。ここで、ドライアップ用起動処理モードでは、スタック１の内部の乾燥を促進させる機能をもつパージガス（例えば乾燥状態のガス）をスタック１の内部に供給させることなく、反応ガスであるアノードガスをスタック１のアノード１０に供給すると共に、反応ガスであるカソードガスをスタック１のカソード１１に供給してスタック１を再起動させる。この場合、スタック１が再起動すれば、問題がない。 That is, the control unit 5 does not first implement the flooding activation process mode that promotes the drying of the inside of the stack 1 but does not promote the drying process of the inside of the stack 1. Prioritize the mode. In this state, attempt to restart stack 1. Here, in the dry-up start-up processing mode, the anode gas as the reaction gas is stacked without supplying a purge gas (for example, a dry gas) having a function of promoting the drying of the inside of the stack 1 into the stack 1. 1 is supplied to the anode 10 and a cathode gas, which is a reactive gas, is supplied to the cathode 11 of the stack 1 to restart the stack 1. In this case, there is no problem if the stack 1 is restarted.

このようにドライアップ用起動処理モードでは、スタック１の内部の乾燥を促進させる機能をもつパージガスがスタック１の内部に供給されないため、スタック１の内部が過剰乾燥の状態になることが抑制される。 As described above, in the dry-up start-up processing mode, purge gas having a function of promoting the drying of the inside of the stack 1 is not supplied to the inside of the stack 1, so that the inside of the stack 1 is prevented from being over-dried. .

しかし上記したドライアップ用起動処理モードを実施してスタック１の再起動を試みたとしても、スタック１が実際に再起動しないときがある。この場合には、スタック１の発電電圧の低下の要因は、スタック１の内部の過剰乾燥（ドライアップ）ではなく、スタック１の内部の過剰湿潤（フラッディング）であると推定される。 However, even if the above-described dry-up start-up processing mode is executed and the restart of the stack 1 is attempted, the stack 1 may not actually restart. In this case, it is estimated that the cause of the decrease in the generated voltage of the stack 1 is not the excessive drying (dry up) inside the stack 1 but the excessive wetness (flooding) inside the stack 1.

そこで制御部５は、スタック１の内部を乾燥方向に移行させるフラッディング用起動処理モードを実行し、スタック１の内部に滞在している過剰の水を吐出させる機能を有するパージガスをスタック１のカソード１１の内部に供給し、スタック１のカソード１１の内部に過剰に滞在している水をスタック１の外部に吐出させることを試みる。これによりスタック１のカソード１１の内部における湿潤度を低下させ、スタック１のカソード１１の内部を適度な湿潤状態とさせる。この結果、スタック１のカソード１１は、過剰な湿潤状態から適度な湿潤状態に移行する。このためスタック１を再起動させ得る確率が高まる。 Therefore, the control unit 5 executes a flooding start-up process mode in which the inside of the stack 1 is shifted in the drying direction, and purge gas having a function of discharging excess water staying inside the stack 1 is supplied to the cathode 11 of the stack 1. And the water staying excessively inside the cathode 11 of the stack 1 is tried to be discharged to the outside of the stack 1. As a result, the wetness inside the cathode 11 of the stack 1 is lowered, and the inside of the cathode 11 of the stack 1 is brought into an appropriate wet state. As a result, the cathode 11 of the stack 1 shifts from an excessively wet state to an appropriate wet state. This increases the probability that the stack 1 can be restarted.

本実施形態によれば、上記したようにフラッディング用起動処理モードは、スタック１の内部の過剰湿潤を抑制する。このため、フラッディング用起動処理モードにおいては、制御部５は、加湿器３６の加湿部３６ａを迂回して第１迂回路３７を通過するカソードガス（相対湿度および絶対湿度が相対的に低い乾燥状態のガス）を、パージガスとしてスタック１のカソード１１に供給することが好ましい。このカソードガス（空気）は加湿部３６ａを通過していないため、ウェット状態ではなく、加湿部３６ａで加湿されたカソードガス、スタック１のカソード１１の出口１１ｐから排出されたカソードオフガス等に比較して、ドライ状態である。このようなドライ状態のカソードガス（空気）がパージガスとして第１迂回路３７を流れ、加湿器３６の加湿部３６ａを迂回してスタック１のカソード１１の入口１１ｉに供給されるため、スタック１のカソード１１の過剰な湿潤状態は抑えられ、ひいてはスタック１の内部全体の過剰な湿潤状態は抑えられる。このためスタック１を起動運転させるのに適する。 According to this embodiment, as described above, the flooding activation processing mode suppresses excessive wetting inside the stack 1. For this reason, in the flooding start-up processing mode, the control unit 5 bypasses the humidifying unit 36a of the humidifier 36 and passes through the first bypass circuit 37 (a dry state in which the relative humidity and the absolute humidity are relatively low). Is preferably supplied to the cathode 11 of the stack 1 as a purge gas. Since this cathode gas (air) does not pass through the humidifying part 36a, it is not in a wet state, but compared with the cathode gas humidified by the humidifying part 36a, the cathode off-gas discharged from the outlet 11p of the cathode 11 of the stack 1, and the like. In a dry state. Since the cathode gas (air) in such a dry state flows as the purge gas through the first bypass circuit 37 and bypasses the humidifying part 36a of the humidifier 36, it is supplied to the inlet 11i of the cathode 11 of the stack 1, The excessive wet state of the cathode 11 is suppressed, and thus the excessive wet state of the entire inside of the stack 1 is suppressed. Therefore, it is suitable for starting up the stack 1.

（実施形態２）
図２は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。スタック１が発電運転しているとき、発電電圧が何らかの原因で低下し、これが原因でスタック１の発電運転が停止されるときがある。このようにスタック１の発電運転が停止された場合、スタック１を再起動させる場合において、制御部５が実行する処理について説明する。 (Embodiment 2)
FIG. 2 shows a second embodiment. This embodiment has basically the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment. When the stack 1 is in a power generation operation, the generated voltage may decrease for some reason, and this may cause the power generation operation of the stack 1 to stop. When the power generation operation of the stack 1 is stopped as described above, a process executed by the control unit 5 when the stack 1 is restarted will be described.

まず、時間等の読み込みを行い（ステップＳ１００）、スタック１の発電運転が停止された時刻から所定時間Ｔ１経過しているか否か判定する（ステップＳ１０２）。スタック１の発電運転の停止から時間が経過すれば、スタック１の内部が冷却されるので、スタック１の内部に残留しているカソードガスおよび／またはアノードガスが冷却され、スタック１の内部において凝縮水を生成させ、スタック１の内部の湿分を高めることが考えられる。所定時間Ｔ１については、スタック１が冷却してスタック１の内部に凝縮水が適量生成されるような時間として設定することができる。所定時間Ｔ１は、燃料電池システムの用途、種類、加湿器３６の温度などを考慮して適宜選択され、例えば、１０秒〜３時間の範囲内で設定できる。この場合、万一、スタック１の内部の湿分が過剰に増加したとしても、フラッディング用起動処理におけるパージ処理により対処できるため、実害はない。なお、所定時間Ｔ１が経過したとしても、加湿器３６の温度は常温域よりも高温であっても良いし、加湿器３６の温度が常温域であっても良い。 First, time is read (step S100), and it is determined whether or not a predetermined time T1 has elapsed since the time when the power generation operation of the stack 1 was stopped (step S102). If the time elapses from the stop of the power generation operation of the stack 1, the inside of the stack 1 is cooled, so that the cathode gas and / or the anode gas remaining in the stack 1 is cooled and condensed in the stack 1. It is conceivable to generate water and increase the moisture inside the stack 1. The predetermined time T1 can be set as a time such that the stack 1 cools and an appropriate amount of condensed water is generated inside the stack 1. The predetermined time T1 is appropriately selected in consideration of the use and type of the fuel cell system, the temperature of the humidifier 36, and the like, and can be set within a range of 10 seconds to 3 hours, for example. In this case, even if the moisture inside the stack 1 increases excessively, it can be dealt with by the purge process in the flooding activation process, so there is no actual harm. Even if the predetermined time T1 has elapsed, the temperature of the humidifier 36 may be higher than the normal temperature range, or the temperature of the humidifier 36 may be the normal temperature range.

スタック１の運転停止の時刻から所定時間Ｔ１経過していれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、スタック１を再起動させる指示を出力する（ステップＳ１０４）。この場合、制御部５は、スタック１の内部の乾燥を促進させるフラッディング用起動処理モードよりも、スタック１の内部の乾燥を促進させないドライアップ用起動処理モードを優先させる。すなわち、制御部５は、まず、ドライアップ用起動処理モードを実施してスタック１の再起動を試みる（ステップＳ１０６）。このモードでは、スタック１の内部を乾燥方向に移行させるパージガスをスタック１の内部に供給させない。このモードでは、反応ガスであるアノードガスをスタック１のアノード１０に供給し、且つ、反応ガスであるカソードガスをスタック１のカソード１１に供給し、スタック１の再起動を試みる。この場合、第１調整バルブ３８を制御し、カソードガスを加湿部３６ａに供給し、加湿部３６ａを通過させたカソードガスを反応ガスとしてカソード１１に供給させることが好ましい。その理由としては、発電運転が停止された時刻から時間があまり経過していない限り、加湿器３６の加湿部３６ａはまだ常温域よりも高温であり、加湿部３６ａは加湿能力を有すると考えられるためである。 If the predetermined time T1 has elapsed from the time when the stack 1 is stopped (YES in step S102), an instruction to restart the stack 1 is output (step S104). In this case, the control unit 5 gives priority to the start-up process mode for dry-up that does not promote drying inside the stack 1 over the start-up process mode for flooding that promotes drying inside the stack 1. That is, the control unit 5 first attempts to restart the stack 1 by executing the dry-up startup processing mode (step S106). In this mode, purge gas that moves the inside of the stack 1 in the drying direction is not supplied to the inside of the stack 1. In this mode, the anode gas, which is a reaction gas, is supplied to the anode 10 of the stack 1, and the cathode gas, which is a reaction gas, is supplied to the cathode 11 of the stack 1 to attempt to restart the stack 1. In this case, it is preferable to control the first adjustment valve 38 to supply the cathode gas to the humidifying unit 36a and supply the cathode gas that has passed through the humidifying unit 36a to the cathode 11 as a reaction gas. The reason for this is that the humidifier 36a of the humidifier 36 is still at a higher temperature than the normal temperature range, and the humidifier 36a is considered to have a humidifying capability unless time has passed since the time when the power generation operation was stopped. Because.

ここで、アノードガスをスタック１のアノード１０に供給するためには、入口バルブ２２および出口バルブ２５を開放させる。カソードガスをスタック１のカソード１１に供給するためには、搬送源３０を作動させつつ、入口バルブ３２および出口バルブ３５を開放させる。 Here, in order to supply the anode gas to the anode 10 of the stack 1, the inlet valve 22 and the outlet valve 25 are opened. In order to supply the cathode gas to the cathode 11 of the stack 1, the inlet valve 32 and the outlet valve 35 are opened while the carrier source 30 is operated.

上記したようにスタック１の再起動を試みたら、次に、スタック１が発電可能であるか否か判定する（ステップＳ１０８）。スタック１が発電可能か否かについて、スタック１を電力負荷に接続させた状態で、電力負荷に電流Ｉ１を流しつつスタック１の発電電圧が閾値電圧Ｖ１以上であれば、スタック１は発電可能とみなす。閾値電圧Ｖ１未満であれば、発電不可能と判定する。 If the restart of the stack 1 is attempted as described above, it is next determined whether or not the stack 1 can generate power (step S108). Regarding whether or not the stack 1 can generate power, if the stack 1 is connected to the power load and the current I1 flows through the power load and the generated voltage of the stack 1 is equal to or higher than the threshold voltage V1, the stack 1 can generate power. I reckon. If it is less than the threshold voltage V1, it is determined that power generation is impossible.

スタック１が発電可能であれば、通常の発電モードに移行し（ステップＳ１４０）、アノードガスを継続的にスタック１のアノード１０に供給し、カソードガスを継続的にスタック１のカソード１１に供給し、スタック１の発電運転を継続させる。 If the stack 1 is capable of generating power, the normal power generation mode is entered (step S140), the anode gas is continuously supplied to the anode 10 of the stack 1, and the cathode gas is continuously supplied to the cathode 11 of the stack 1. The power generation operation of the stack 1 is continued.

しかし上記したようにドライアップ用起動処理モードを実施してスタック１の再起動を試みたとしても、スタック１が実際に再起動しないときには（ステップＳ１０８のＮＯ）、スタック１の発電を停止させる指令を出力する（ステップＳ１１０）。従って、アノードガスおよびカソードガスのスタック１への供給は、停止される。この場合、スタック１の発電運転の停止の要因は、スタック１の内部のドライアップではなく、スタック１の内部のフラッディング（スタック１の内部の過剰な湿潤状態）であると推定される。 However, if the stack 1 is not actually restarted (NO in step S108) even if the start-up processing mode for dry-up is executed and the restart of the stack 1 is attempted as described above, a command to stop the power generation of the stack 1 Is output (step S110). Accordingly, the supply of the anode gas and the cathode gas to the stack 1 is stopped. In this case, it is estimated that the cause of the stop of the power generation operation of the stack 1 is not the dry-up inside the stack 1 but the flooding inside the stack 1 (excessive wet state inside the stack 1).

そこで制御部５は、第１回目のフラッディング用起動処理モードを実行し、カソードガスをパージガスとしてスタック１のカソード１１の内部に所定時間Ｔ２供給することにより、スタック１の再起動を試みる（ステップＳ１１２）。このようなフラッディング用起動処理モードでは、スタック１の内部を乾燥方向に移行させるパージガスをスタック１の内部に供給することにより、スタック１の内部に過剰に滞在している水をスタック１の外部に吐出させてスタック１の内部の湿潤度を低下させた状態で、スタック１の再起動を試みる。 Therefore, the control unit 5 attempts to restart the stack 1 by executing the first flooding startup process mode and supplying the cathode gas as the purge gas to the cathode 11 of the stack 1 for a predetermined time T2 (step S112). ). In such a flooding start-up processing mode, a purge gas that moves the inside of the stack 1 in the drying direction is supplied to the inside of the stack 1, so that water staying excessively inside the stack 1 is brought out of the stack 1. In a state where the wetness inside the stack 1 is lowered by discharging, the restart of the stack 1 is attempted.

次に、スタック１が発電可能であるか判定する（ステップＳ１１４）。スタック１が発電可能か否かについて、スタック１を電力負荷に接続させた状態で、電力負荷に電流Ｉ２を流しつつスタック１の発電電圧が閾値電圧Ｖ２以上であれば、スタック１は発電可能とみなす。 Next, it is determined whether the stack 1 can generate power (step S114). As to whether or not the stack 1 can generate power, if the stack 1 is connected to the power load and the current I2 flows through the power load and the generated voltage of the stack 1 is equal to or higher than the threshold voltage V2, the stack 1 can generate power. I reckon.

スタック１が発電可能であれば（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、通常の発電モードに移行する（ステップＳ１４０）。 If the stack 1 can generate power (YES in step S114), the process proceeds to the normal power generation mode (step S140).

しかし上記したようにスタック１の再起動を試みたとしても、スタック１が実際に再起動しないときには（ステップＳ１１４のＮＯ）、スタック１の発電を停止させる指令を出力する（ステップＳ１１６）。この場合、スタック１の内部過剰なフラッディング状態（スタック１の内部の過剰な湿潤状態）が解消されていないと推定される。そこで制御部５は、スタック１の内部の乾燥を進行させる第２回目のフラッディング用起動処理モードを実行し、カソードガスをパージガスとしてスタック１の内部に所定時間Ｔ３供給し、これによりスタック１の内部に滞在している水をスタック１の外部に吐出させ、スタック１の内部の湿潤度を低下させた状態で、スタック１を再起動させる信号を出力し、再起動を試みる（ステップＳ１１８）。 However, even if an attempt is made to restart the stack 1 as described above, if the stack 1 does not actually restart (NO in step S114), a command to stop the power generation of the stack 1 is output (step S116). In this case, it is estimated that the excessive flooding state in the stack 1 (excessive wet state in the stack 1) has not been eliminated. Therefore, the control unit 5 executes the second flooding activation process mode in which drying of the inside of the stack 1 proceeds, and supplies the cathode gas as a purge gas to the inside of the stack 1 for a predetermined time T3. The water staying in the stack 1 is discharged to the outside of the stack 1, a signal for restarting the stack 1 is output in a state where the wetness inside the stack 1 is lowered, and restart is attempted (step S118).

次に、スタック１が発電可能であるか判定する（ステップＳ１２０）。スタック１が発電可能か否かについて、スタック１を電力負荷に接続させた状態で、電力負荷に電流Ｉ３を流しつつスタック１の発電電圧が閾値電圧Ｖ３以上であれば、スタック１は発電可能とみなす。スタック１が発電可能であれば（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、通常の発電モードに移行する（ステップＳ１４０）。 Next, it is determined whether the stack 1 can generate power (step S120). Regarding whether or not the stack 1 can generate power, if the stack 1 is connected to the power load and the current I3 flows through the power load and the generated voltage of the stack 1 is equal to or higher than the threshold voltage V3, the stack 1 can generate power. I reckon. If the stack 1 can generate power (YES in step S120), the process proceeds to the normal power generation mode (step S140).

しかし上記したようにスタック１の再起動を試みたとしても、スタック１が実際に再起動しないときには（ステップＳ１２０のＮＯ）、スタック１の発電を停止させる指令を出力する（ステップＳ１２２）。この場合、スタック１の内部は、まだ過剰なフラッディング状態（スタック１の内部の過剰な湿潤状態）が解消されていない推定される。 However, even if an attempt is made to restart the stack 1 as described above, if the stack 1 does not actually restart (NO in step S120), a command to stop the power generation of the stack 1 is output (step S122). In this case, the inside of the stack 1 is presumed that the excessive flooding state (the excessive wet state inside the stack 1) has not yet been resolved.

そこで制御部５は、スタック１の内部を乾燥方向に移行させる第３回目のフラッディング用起動処理モードを実行し、パージガスをスタック１の内部に所定時間Ｔ４供給させ、これによりスタック１の内部に滞在している水をスタック１の外部に吐出させ、スタック１の内部の湿潤度を低下させた後、スタック１を再起動させる信号を出力し、再起動を試みる（ステップＳ１２４）。 Therefore, the control unit 5 executes the third flooding activation process mode for shifting the inside of the stack 1 in the drying direction, and supplies the purge gas to the inside of the stack 1 for a predetermined time T4, thereby staying inside the stack 1. The discharged water is discharged to the outside of the stack 1, the wetness inside the stack 1 is lowered, and then a signal for restarting the stack 1 is output to try restarting (step S124).

ステップＳ１２４まで実行されると、パージガスをスタック１の内部に供給している合計時間は、時間Ｔ２，時間Ｔ３，時間Ｔ４を加算するため、長い時間となる。 When executed up to step S124, the total time during which the purge gas is supplied to the inside of the stack 1 is long because time T2, time T3, and time T4 are added.

次にスタック１が発電可否であるか判定する（ステップＳ１２６）。スタック１が発電可能か否かについて、スタック１を電力負荷に接続した状態で、電力負荷に電流Ｉ４を流しつつスタック１の発電電圧が閾値電圧Ｖ４以上であれば、スタック１は発電可能とみなす。スタック１が発電可能であれば（ステップＳ１２６のＹＥＳ）、通常の発電モードに移行する（ステップＳ１４０）。 Next, it is determined whether or not the stack 1 can generate power (step S126). As to whether or not the stack 1 can generate power, if the power generation voltage of the stack 1 is equal to or higher than the threshold voltage V4 while flowing the current I4 through the power load in a state where the stack 1 is connected to the power load, the stack 1 is considered to be capable of generating power. . If the stack 1 can generate power (YES in step S126), the process proceeds to the normal power generation mode (step S140).

上記したようにスタック１の再起動を試みたとしても、スタック１が実際に再起動しないときには（ステップＳ１２６のＮＯ）、スタック１の発電を停止させる指令を出力し（ステップＳ１２８）、メンテナンス者またはユーザに警告信号を出力し（ステップＳ１３０）、メインルーチンにリターンする。 Even if it is attempted to restart the stack 1 as described above, if the stack 1 does not actually restart (NO in step S126), a command to stop power generation of the stack 1 is output (step S128). A warning signal is output to the user (step S130), and the process returns to the main routine.

上記した所定時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、燃料電池システムの用途、種類などに応じて適宜選択され、例えば、１０秒〜３時間の範囲内、３０秒〜６０分間の範囲内で設定できる。上記した所定時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４については、Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４の関係とすることができる。この場合、合計されたパージ処理時間が長くなるため、スタック１の内部に滞在している水が排出され易くなり、スタック１の内部が過剰な湿潤状態であっても対処できる。なお、場合によっては、Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ４の関係、あるいは、Ｔ２≒Ｔ３≒Ｔ４の関係とすることができる。 The predetermined times T2, T3, and T4 described above are appropriately selected according to the use and type of the fuel cell system, and can be set, for example, within a range of 10 seconds to 3 hours and within a range of 30 seconds to 60 minutes. The above-mentioned predetermined times T2, T3, and T4 can be in a relationship of T2 <T3 <T4. In this case, since the total purge processing time becomes long, the water staying inside the stack 1 is easily discharged, and it is possible to cope with the case where the inside of the stack 1 is excessively wet. In some cases, a relationship of T2 = T3 = T4 or a relationship of T2≈T3≈T4 can be established.

本実施形態によれば、スタック１の発電可能であるかの基準である閾値電圧については、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４については、Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４の関係としてもよい。あるいは、Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４の関係としても良い。この場合、スタック１のカソード１１に対するパージ処理時間が長くなるため、スタック１が発電可能であると判定され易くなる。あるいは、Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４の関係としても良い。 According to the present embodiment, the threshold voltage, which is a reference for whether the stack 1 can generate power, may have a relationship of V2 = V3 = V4 for V2, V3, and V4. Or it is good also as a relationship of V2> V3> V4. In this case, since the purge processing time for the cathode 11 of the stack 1 becomes long, it is easy to determine that the stack 1 can generate power. Or it is good also as a relationship of V2 <V3 <V4.

本実施形態によれば、前述したようにスタック１の発電運転が停止された時刻から所定時間Ｔ１経過していれば、ステップＳ１０４において、スタック１を再起動させる指示を出力するが、これに限らず、スタック１の温度を測定する温度センサ１６の温度が所定温度ＴＷ以下になったら、スタック１を再起動させる指示を出力することにしても良い。スタック１の温度が所定温度ＴＷ以下になれば、スタック１の内部が冷却されているので、スタック１の内部に残留しているカソードガスおよび／またはアノードガスが冷却され、スタック１の内部において凝縮水を生成させ、スタック１の内部の電解質層１２やアノード１０，カソード１１の湿分を高めることができる。この場合、ドライアップが原因でスタック１の発電運転が停止したとしても、スタック１の再起動が可能となる確率が増加する。所定温度ＴＷとしては、スタック１が冷却してスタック１の内部に凝縮水が適量生成されるような温度として設定することができる。所定温度ＴＷは、燃料電池システムの用途、種類などを考慮して適宜選択される。 According to the present embodiment, as described above, if the predetermined time T1 has elapsed since the time when the power generation operation of the stack 1 was stopped, in step S104, an instruction to restart the stack 1 is output. Instead, when the temperature of the temperature sensor 16 that measures the temperature of the stack 1 becomes equal to or lower than the predetermined temperature TW, an instruction to restart the stack 1 may be output. When the temperature of the stack 1 becomes equal to or lower than the predetermined temperature TW, the inside of the stack 1 is cooled, so that the cathode gas and / or the anode gas remaining inside the stack 1 is cooled and condensed inside the stack 1. Water can be generated to increase the moisture content of the electrolyte layer 12, the anode 10, and the cathode 11 in the stack 1. In this case, even if the power generation operation of the stack 1 is stopped due to dry-up, the probability that the stack 1 can be restarted increases. The predetermined temperature TW can be set as a temperature at which the stack 1 cools and an appropriate amount of condensed water is generated inside the stack 1. The predetermined temperature TW is appropriately selected in consideration of the use and type of the fuel cell system.

（実施形態３）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１を準用する。前述したように、スタック１が発電運転しているとき、なんらかの原因で、スタック１の電圧が低下し、これに基づいてスタック１の発電運転が停止されることがある。スタック１の発電運転が電圧低下で停止したとき、電圧低下の原因がスタック１の内部のフラッディングであるか、スタック１の内部のドライアップであるかについては、必ずしも明確ではない。 (Embodiment 3)
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. As described above, when the stack 1 is in the power generation operation, the voltage of the stack 1 may decrease for some reason, and the power generation operation of the stack 1 may be stopped based on this. When the power generation operation of the stack 1 stops due to a voltage drop, it is not always clear whether the cause of the voltage drop is flooding inside the stack 1 or dry up inside the stack 1.

発電運転が停止された時刻からの経過時間が短時間であり、加湿器２５の加湿部３６ａがまだ完全に冷えておらず、水分保持膜３６ｄが水分を保持しており、加湿部３６ａが暖かいときには、加湿部３６ａはカソードガスを加湿させる加湿能力を有している。この場合、加湿部３６ａを通過するカソードガスを加湿部３６ａで加湿させることが可能となる。なお、所定時間Ｔ１は、燃料電池システムの用途、種類などに応じて適宜選択される。 The elapsed time from the time when the power generation operation is stopped is short, the humidifying part 36a of the humidifier 25 is not yet completely cooled, the moisture retaining film 36d retains moisture, and the humidifying part 36a is warm. In some cases, the humidifying unit 36a has a humidifying ability to humidify the cathode gas. In this case, the cathode gas passing through the humidifying unit 36a can be humidified by the humidifying unit 36a. The predetermined time T1 is appropriately selected according to the use and type of the fuel cell system.

上記した場合、発電運転が停止されたときには、他の実施形態と同様に、制御部５は、スタック１の内部の乾燥を促進させるフラッディング用起動処理モードよりも、スタック１の内部の乾燥を促進させないドライアップ用起動処理モードを優先させて実施する。 In the above case, when the power generation operation is stopped, as in the other embodiments, the control unit 5 promotes the drying inside the stack 1 rather than the flooding activation processing mode that promotes the drying inside the stack 1. Give priority to the dry-up startup process mode.

すなわち、スタック１の電圧低下が原因で発電運転が停止されたときには、制御部５は、まず、スタック１の内部のドライアップが原因で発電電圧が低下したと推定する。そして、制御部５は、スタック１の内部の乾燥を促進させないモードであるドライアップ用起動処理モードを優先的に実施し、スタック１の再起動を試みる。 That is, when the power generation operation is stopped due to the voltage drop of the stack 1, the control unit 5 first estimates that the power generation voltage has dropped due to the dry-up inside the stack 1. Then, the control unit 5 preferentially implements a dry-up activation process mode that is a mode that does not promote drying of the inside of the stack 1 and attempts to restart the stack 1.

ここで、ドライアップ用起動処理モードでは、第１調整バルブ３８を作動させ、パージガスとして機能するカソードガスを加湿器３６の加湿部３６ａに所定時間Ｔ９供給して加湿させる。このように加湿部３６ａで加湿させたカソードガス（空気）をスタック１のカソード１１の内部に所定時間Ｔ９供給させる。これによりスタック１のカソード１１に湿分を与え、カソード１１の過剰乾燥を是正する。その後、反応ガスであるアノードガスをスタック１のアノード１０に供給すると共に、反応ガスであるカソードガスをスタック１のカソード１１に供給してスタック１を再起動させる。この場合、スタック１が再起動すれば、問題がない。なお、所定時間Ｔ９は燃料電池システムの用途および種類等に応じて適宜選択される。 Here, in the dry-up start-up processing mode, the first adjustment valve 38 is operated, and the cathode gas functioning as the purge gas is supplied to the humidifying part 36a of the humidifier 36 for a predetermined time T9 to be humidified. The cathode gas (air) humidified in this way by the humidifying unit 36a is supplied to the inside of the cathode 11 of the stack 1 for a predetermined time T9. As a result, moisture is applied to the cathode 11 of the stack 1 to correct excessive drying of the cathode 11. Thereafter, an anode gas as a reaction gas is supplied to the anode 10 of the stack 1 and a cathode gas as a reaction gas is supplied to the cathode 11 of the stack 1 to restart the stack 1. In this case, there is no problem if the stack 1 is restarted. The predetermined time T9 is appropriately selected according to the use and type of the fuel cell system.

このように本実施形態に係るドライアップ用起動処理モードでは、スタック１の内部に湿度を与えるために加湿部３６ａで加湿させたカソードガスをパージガスとしてスタック１の内部に供給する。このため、スタック１の起動開始時において、スタック１の内部が過剰乾燥状態になることが抑制される。 As described above, in the dry-up start-up processing mode according to the present embodiment, the cathode gas humidified by the humidifying unit 36a is supplied to the inside of the stack 1 as a purge gas in order to give humidity to the inside of the stack 1. For this reason, it is suppressed that the inside of the stack 1 is in an excessively dry state at the start of activation of the stack 1.

しかし上記したドライアップ用起動処理モードを実施してスタック１の再起動を試みたとしても、スタック１が実際に再起動しないときがある。この場合、スタック１の発電運転の停止の要因は、スタック１の内部のドライアップではなく、スタック１の内部のフラッディング（スタック１の内部の過剰な湿潤状態）であると推定される。 However, even if the above-described dry-up start-up processing mode is executed and the restart of the stack 1 is attempted, the stack 1 may not actually restart. In this case, it is estimated that the cause of the stop of the power generation operation of the stack 1 is not the dry-up inside the stack 1 but the flooding inside the stack 1 (excessive wet state inside the stack 1).

そこで制御部５は、スタック１の内部を乾燥方向に移行させるフラッディング用起動処理モードを実行し、カソードガス（空気）をパージガスとしてスタック１の内部に供給し、スタック１の内部に過剰に滞在している水をスタック１の外部に吐出させる。このようにスタック１のカソード１１の内部の湿潤度を低下させた状態で、スタック１を再起動させる。 Therefore, the control unit 5 executes a flooding start-up processing mode for moving the inside of the stack 1 in the drying direction, supplies the cathode gas (air) as the purge gas to the inside of the stack 1, and stays in the stack 1 excessively. The discharged water is discharged to the outside of the stack 1. In this manner, the stack 1 is restarted with the wetness inside the cathode 11 of the stack 1 lowered.

（実施形態４）
図３は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。カソード通路３は、カソードガスがカソード１１に向かう往通路３１と、カソード１１から排出されたカソードオフガスを吐出させる復通路３４とをもつ。カソード通路３の往通路３１には迂回路が設けられていない。カソード通路３の復通路３４には迂回路が設けられていない。ドライアップ用起動処理モード、フラッディング用起動処理モードの双方ともに、カソードガスを加湿部３６ａを介してカソード１１に供給する。 (Embodiment 4)
FIG. 3 shows a fourth embodiment. This embodiment has basically the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment. The cathode passage 3 has a forward passage 31 in which the cathode gas travels toward the cathode 11 and a return passage 34 through which the cathode off gas discharged from the cathode 11 is discharged. No detour is provided in the forward passage 31 of the cathode passage 3. No detour is provided in the return passage 34 of the cathode passage 3. In both the dry-up startup process mode and the flooding startup process mode, the cathode gas is supplied to the cathode 11 via the humidifying unit 36a.

第１回目の再起動時には加湿器３６の内部（特に、水分保持膜３６ｄ）に水分が残留しているため、ドライアップ用起動処理モードが実行される。第２回目以降の再起動については、前段階の再起動時よりも加湿器３６の内部が乾燥状態となっている。このため、前の再起動時よりも乾燥したカソードガスが供給され、フラッディング用起動処理モードが実行される（発電していないためカソードオフガスに含まれる水分は限定的である）。 Since moisture remains in the humidifier 36 (particularly, the moisture retention film 36d) at the first restart, the dry-up startup processing mode is executed. For the second and subsequent restarts, the inside of the humidifier 36 is in a dry state compared to the previous restart. For this reason, the cathode gas that is drier than the previous restart is supplied, and the flooding start-up processing mode is executed (since no power is generated, the moisture contained in the cathode off-gas is limited).

（実施形態５）
本実施形態は実施形態２と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。図２に示す実施形態２によれば、ドライアップ用起動処理モードでスタック１が再起動しないときには、制御部５は、複数回のフラッディング用起動処理モードを実施してスタック１の再起動を試みる。本実施形態によれば、複数回のフラッディング用起動処理モードのうち少なくとも一つにおいて、制御部５は、カソードガスを搬送させる搬送源３０の作動を間欠的に制御し、スタック１のカソード１１に供給されるカソードガスの圧力および／または流量を脈動化させるようにしても良い。この場合、スタック１の内部に残留している水を、カソードガスの脈動化により移動させ易くなり、結果としてスタック１の外部に排出させ易くなる。この場合、搬送源３０の出力の増減が繰り返される。 (Embodiment 5)
This embodiment has basically the same configuration and the same operation and effect as the second embodiment. According to the second embodiment shown in FIG. 2, when the stack 1 does not restart in the dry-up startup processing mode, the control unit 5 attempts to restart the stack 1 by performing a plurality of flooding startup processing modes. . According to the present embodiment, in at least one of the plurality of flooding activation processing modes, the control unit 5 intermittently controls the operation of the transport source 30 that transports the cathode gas to the cathode 11 of the stack 1. The pressure and / or flow rate of the supplied cathode gas may be pulsated. In this case, the water remaining inside the stack 1 is easily moved by the pulsation of the cathode gas, and as a result, the water is easily discharged to the outside of the stack 1. In this case, the increase / decrease in the output of the conveyance source 30 is repeated.

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。 (Others) The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用などの燃料電池システムに利用することができる。 The present invention can be used in, for example, fuel cell systems for stationary use, vehicle use, electrical equipment use, and electronic equipment use.

１はスタック、１０はアノード、１１はカソード、２はアノード通路、２１は往通路、２４は復通路、２７は第２迂回路、２８は第２調整バルブ、３はカソード通路、３０は搬送源、３１は往通路、３４は復通路、３６は加湿器、３６ａは加湿部、３６ｃは吸湿部、３６ｄは膜、３７は第１迂回路、３８は第１調整バルブ、４７は第２迂回路、４８は第２調整バルブ、５は制御部を示す。 1 is a stack, 10 is an anode, 11 is a cathode, 2 is an anode passage, 21 is a forward passage, 24 is a return passage, 27 is a second bypass, 28 is a second adjustment valve, 3 is a cathode passage, and 30 is a conveyance source. , 31 is a forward passage, 34 is a return passage, 36 is a humidifier, 36a is a humidifier, 36c is a moisture absorber, 36d is a membrane, 37 is a first bypass, 38 is a first adjustment valve, and 47 is a second bypass. , 48 is a second adjustment valve, and 5 is a control unit.

Claims

A stack having an anode and a cathode; an anode passage for supplying an anode fluid to the anode of the stack; a cathode passage for supplying a cathode fluid to the cathode of the stack; and a controller for controlling a power generation operation of the stack. Has
The control unit performs a purge process of supplying a purge gas to the cathode and / or the anode of the stack to discharge water staying in the stack, and then the anode fluid and the cathode fluid to the stack. An activation processing mode for flooding that activates the stack by supplying
It is possible to execute a dry-up start-up processing mode for starting the stack by supplying the anode fluid and the cathode fluid to the stack while suppressing drying inside the stack more than the flooding start-up processing mode,
When the power generation operation of the stack is stopped due to a voltage drop, the control unit prioritizes the dry-up start-up processing mode over the flooding start-up processing mode, and restarts the stack in the dry-up start-up processing mode. When the stack does not restart in the dry-up startup processing mode, the fuel cell system executes the flooding startup processing mode.

2. The control unit according to claim 1, wherein the control unit supplies the anode fluid and the cathode fluid to the stack without performing a purge process for supplying the purge gas to the stack in the dry-up startup processing mode. A fuel cell system that activates the stack.

The flooding activation processing mode according to claim 1 or 2, wherein the flooding activation processing mode repeatedly executes a purge operation for supplying the purge gas into the stack and an operation for restarting the stack after the purge operation.
A fuel cell system in which the time for supplying the purge gas to the inside of the stack is lengthened unless the stack is activated.

In one of Claims 1-3, the cathode passage has a humidifier that humidifies the cathode gas, and a detour that bypasses the humidifier,
The control unit is a fuel cell system that supplies the cathode fluid that bypasses the humidifier and passes through the bypass in the flooding start-up processing mode as the purge gas to the cathode of the stack.

In one of Claim 1 to 3, wherein the cathode passage has a humidifier for humidifying the cathode fluid, and a bypass passage for bypassing the humidifier,
Wherein the control unit is configured in the dry-up start processing mode, the fuel cell system to be supplied to the cathode of the prior Symbol stack the cathode gas that has passed through the humidifier without bypassing the humidifier.