JP5424096B2

JP5424096B2 - Fuel cell system and control method thereof

Info

Publication number: JP5424096B2
Application number: JP2009146540A
Authority: JP
Inventors: 啓吾末松; 智隆石川; 富夫山中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: JP2011003447A

Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.

従来より、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムの燃料電池のカソード極側には酸化ガスとしての空気が供給され、燃料電池のアノード極側には燃料ガスとしての水素ガスが供給され、これら空気と水素ガスとの電気化学反応により、電力が生成される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. In the fuel cell system, air as an oxidizing gas is supplied to the cathode electrode side of the fuel cell, and hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the anode electrode side of the fuel cell, and an electrochemical reaction between the air and the hydrogen gas. Thus, electric power is generated.

このような燃料電池システムの発電の際には、燃料電池の内部に水分（水蒸気）が生成される。現在においては、このような水分の排出量を推定したり制御したりする技術が種々提案されている。例えば、燃料電池のアノード極側に接続される排出管（アノード排出管）に設けられた排出弁からの排水量を水量センサで検出することにより、アノード排出管内の貯留水量を推定する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、燃料電池からの排水量を車両の傾斜方向に応じて調整する技術が提案されている（特許文献２参照）。 When power is generated by such a fuel cell system, moisture (water vapor) is generated inside the fuel cell. At present, various techniques for estimating and controlling the amount of water discharge have been proposed. For example, a technique for estimating the amount of stored water in the anode discharge pipe by detecting the amount of drainage from a discharge valve provided on a discharge pipe (anode discharge pipe) connected to the anode electrode side of the fuel cell with a water quantity sensor has been proposed. (See Patent Document 1). Moreover, the technique which adjusts the waste_water | drain_quantity from a fuel cell according to the inclination direction of a vehicle is proposed (refer patent document 2).

特開２００８−５９９３３号公報JP 2008-59933 A 特開２００８−５３０８６号公報JP 2008-53086 A

ところで、燃料電池の排出管（例えばカソード極側に接続されるカソード排出管）は、発電の際の生成水を重力によって効率良く排出することができるように、上流の入口側（燃料電池との接続部側）から下流の出口側に向けて漸次下方に傾斜するように配置されることが好ましい。しかし、車両搭載用の燃料電池システム等においては、浸水路走行を想定して排出管の出口を比較的高い位置に配置することが多いため、排水の際に重力を利用できない場合がある。かかる場合には、エアコンプレッサ等の排水装置を用いて、排出管の内部に残留した水分を強制的に排出するようにしていた。 By the way, the discharge pipe (for example, the cathode discharge pipe connected to the cathode electrode side) of the fuel cell is connected to the upstream inlet side (with the fuel cell) so that the generated water during power generation can be efficiently discharged by gravity. It is preferable to be arranged so as to be gradually inclined downward from the connecting portion side) toward the downstream outlet side. However, in a fuel cell system mounted on a vehicle and the like, since the outlet of the discharge pipe is often arranged at a relatively high position on the assumption of running in an inundation path, gravity may not be used during drainage. In such a case, water remaining in the discharge pipe is forcibly discharged using a drainage device such as an air compressor.

ところが、特許文献１や特許文献２に記載されているような従来の燃料電池システムにおいては、前記したような排出管出口の配置を考慮していないため、運転状態によっては排水を的確に行うことができない可能性がある。例えば、排水装置となるエアコンプレッサの掃気量が減少する低負荷運転時においては、排出管の広い範囲に水分が滞留し、この滞留した水分により燃料電池の絶縁抵抗が低下する場合がある。また、燃料電池システムが前傾状態となった場合には、排出管に滞留した水分が燃料電池に逆流するおそれがある。 However, in the conventional fuel cell system as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, since the arrangement of the discharge pipe outlet as described above is not taken into consideration, drainage is appropriately performed depending on the operation state. May not be possible. For example, during low-load operation in which the scavenging amount of an air compressor serving as a drainage device is reduced, moisture may accumulate in a wide range of the discharge pipe, and the insulation resistance of the fuel cell may decrease due to the retained moisture. Further, when the fuel cell system is tilted forward, the water remaining in the discharge pipe may flow backward to the fuel cell.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の運転状態や傾斜状態に関係なく排出管からの排水を的確に行うことができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of accurately performing drainage from the discharge pipe regardless of the operating state or the inclined state of the fuel cell.

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させる排出管と、この排出管の内部に残留した水分を強制的に外部に排出させる排水手段と、を備える燃料電池システムであって、排出管の少なくとも一部がＵ字状に湾曲し、この湾曲部の最下位置が燃料電池よりも鉛直方向下方に配置されて、燃料電池から排出される水分が湾曲部に貯留するように構成され、排出管の圧力損失に基づいて排水手段を制御する排水制御手段を備えるものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell and a discharge pipe that allows gas and moisture discharged from the fuel cell to flow from an upstream inlet and discharge from a downstream outlet to the outside. And a drainage means for forcibly discharging moisture remaining inside the discharge pipe to the outside, wherein at least a part of the discharge pipe is curved in a U-shape, A drainage control means that is disposed at a lowermost position vertically below the fuel cell and configured to store water discharged from the fuel cell in the curved portion, and controls the drainage means based on the pressure loss of the discharge pipe. Is provided.

また、本発明に係る制御方法は、燃料電池と、この燃料電池から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させる排出管と、この排出管の内部に残留した水分を強制的に外部に排出させる排水手段と、を備え、排出管の少なくとも一部がＵ字状に湾曲し、この湾曲部の最下位置が燃料電池よりも鉛直方向下方に配置されて、燃料電池から排出される水分が湾曲部に貯留するように構成される燃料電池システムの制御方法であって、排出管の圧力損失に基づいて排水手段を制御する排水制御工程を含むものである。 In addition, the control method according to the present invention includes a fuel cell, a discharge pipe that allows gas and moisture discharged from the fuel cell to flow from the upstream side inlet, and to discharge from the downstream side outlet to the outside. Drainage means for forcibly discharging moisture remaining inside to the outside, and at least a part of the discharge pipe is curved in a U shape, and the lowest position of the curved portion is below the fuel cell in the vertical direction. A control method of a fuel cell system arranged and configured to store water discharged from the fuel cell in a curved portion, including a drainage control step for controlling drainage means based on pressure loss in the discharge pipe. It is a waste.

かかる構成及び方法を採用すると、燃料電池から排出された水分を排出管の湾曲部に一時的に貯留させることができる。従って、排水手段の掃気能力が低下した場合においても、排出管の広い範囲に水分が滞留することを抑制することができ、また、システムが前傾状態になった場合においても、排出管に滞留した水分が燃料電池に逆流することを抑制することができる。さらに、燃料電池から排出された水分を排出管の湾曲部に一時的に貯留させることにより、排出管の圧力損失を変化させることができる。そして、この圧力損失に基づいて排水手段を制御する（例えば、排出管の圧力損失が増大した場合には排水手段の駆動力を増大させる一方、排出管の圧力損失が低減した場合には排水手段の駆動力を低減させる）ことができる。従って、燃料電池の運転状態や傾斜状態に関係なく排出管からの排水を的確に行うことができる。 When such a configuration and method are employed, water discharged from the fuel cell can be temporarily stored in the curved portion of the discharge pipe. Therefore, even when the scavenging capacity of the drainage means is reduced, it is possible to suppress the retention of moisture in a wide range of the discharge pipe, and even when the system is tilted forward, it remains in the discharge pipe. It is possible to suppress the water that has flowed back to the fuel cell. Furthermore, the pressure loss of the discharge pipe can be changed by temporarily storing the water discharged from the fuel cell in the curved portion of the discharge pipe. And the drainage means is controlled based on this pressure loss (for example, when the pressure loss of the discharge pipe increases, the driving force of the drainage means increases, while when the pressure loss of the discharge pipe decreases, the drainage means Can be reduced). Therefore, the drainage from the discharge pipe can be performed accurately regardless of the operating state and the inclined state of the fuel cell.

前記燃料電池システムにおいて、湾曲部を排出管の入口（燃料電池との接続部）付近に設けることが好ましい。 In the fuel cell system, it is preferable that the curved portion is provided in the vicinity of the inlet of the discharge pipe (connection portion with the fuel cell).

かかる構成を採用すると、燃料電池から排出された水分を効率良く貯留させることができる。 When such a configuration is adopted, moisture discharged from the fuel cell can be efficiently stored.

また、前記燃料電池システムにおいて、排出管の圧力損失の周期に基づいてシステムの傾斜状態を検出し、検出した傾斜状態に基づいて排水手段を制御する排水制御手段を採用することができる。 In the fuel cell system, a drainage control unit that detects a tilt state of the system based on the pressure loss period of the discharge pipe and controls the drainage unit based on the detected tilt state can be employed.

かかる構成を採用すると、燃料電池システムの傾斜状態を、排出管の圧力損失の周期に基づいて検出することができ、この傾斜状態に適した排水制御を行うことができる。例えば、燃料電池システムが前傾（左傾・右傾）状態になると、排出管の湾曲部内に貯留する水分の容積が通常時（水平状態）の容積よりも少なくなるように構成される場合には、車両の前傾（左傾・右傾）に起因して圧力損失の周期が通常時よりも短くなる。このような場合、排水制御手段は、測定した圧力損失の周期が通常時よりも短い場合に車両が前傾（左傾・右傾）状態にあるものと判定し、排水手段の駆動力を増大させて水貯留部に貯留した水分を迅速に排出させることができる。 When such a configuration is adopted, the inclined state of the fuel cell system can be detected based on the pressure loss cycle of the discharge pipe, and drainage control suitable for this inclined state can be performed. For example, when the fuel cell system is tilted forward (left tilt / right tilt), the volume of water stored in the curved portion of the discharge pipe is configured to be smaller than the normal volume (horizontal state). Due to the forward leaning of the vehicle (left leaning / right leaning), the pressure loss cycle becomes shorter than normal. In such a case, the drainage control means determines that the vehicle is in a forward leaning (left tilt / right tilt) state when the measured pressure loss cycle is shorter than normal, and increases the driving force of the drainage means. The water stored in the water storage part can be quickly discharged.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記排出管として、燃料電池のカソード極から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させるカソード排出管を採用することができる。かかる場合において、燃料電池のアノード極から排出されるガスを上流側の入口から流入させて下流側の出口から排出させるアノード排出管をさらに備えるとともに、カソード排出管の湾曲部にアノード排出管の出口を連通接続させることができる。そして、アノード排出管の圧力損失に基づいて排水手段を制御する排水制御手段を採用することができる。 Further, in the fuel cell system, a cathode discharge pipe that allows gas and moisture discharged from the cathode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge from the downstream outlet to the outside is adopted as the discharge pipe. Can do. In such a case, an anode discharge pipe for allowing gas discharged from the anode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge from the downstream outlet is further provided, and the anode discharge pipe outlet is provided at the curved portion of the cathode discharge pipe. Can be connected in communication. And the drainage control means which controls a drainage means based on the pressure loss of an anode discharge pipe is employable.

かかる構成を採用すると、カソード排出管の湾曲部に接続されたアノード排出管の圧力損失に基づいて、排水手段を制御する（例えば、アノード排出管の圧力損失が増大した場合には排水手段の駆動力を増大させる一方、アノード排出管の圧力損失が低減した場合には排水手段の駆動力を低減させる）ことができる。従って、カソード排出管の圧力損失の変化が検出し難い場合においても、アノード排出管の圧力損失に基づいてカソード排水管からの排水制御を行うことができる。 When such a configuration is adopted, the drainage means is controlled based on the pressure loss of the anode discharge pipe connected to the curved portion of the cathode discharge pipe (for example, when the pressure loss of the anode discharge pipe increases, the drainage means is driven). On the other hand, when the pressure loss of the anode discharge pipe is reduced, the driving force of the drainage means can be reduced). Therefore, even when it is difficult to detect a change in the pressure loss of the cathode discharge pipe, the drainage control from the cathode drain pipe can be performed based on the pressure loss of the anode discharge pipe.

また、前記燃料電池システムにおいて、アノード排出管からカソード排出管へのガス排出時間がアノード排出管の圧力損失に比例するように構成することもできる。かかる場合において、アノード排出管からカソード排出管へのガス排出時間に基づいて排水手段を制御する排水制御手段を採用することができる。 The fuel cell system may be configured such that the gas discharge time from the anode discharge pipe to the cathode discharge pipe is proportional to the pressure loss of the anode discharge pipe. In such a case, drainage control means for controlling the drainage means based on the gas discharge time from the anode discharge pipe to the cathode discharge pipe can be employed.

また、前記燃料電池システムにおいて、排出管の湾曲部を加熱することにより、湾曲部に貯留した水分の熱量を排出管の熱量以上に設定する加熱手段をさらに備えることができる。 The fuel cell system may further include heating means for setting the amount of heat of water stored in the curved portion to be equal to or greater than the amount of heat of the discharge pipe by heating the curved portion of the discharge pipe.

かかる構成を採用すると、加熱手段で排出管の湾曲部を加熱することにより、湾曲部に貯留した水分の熱量を排出管の熱量以上に設定することができる。従って、低温環境下においても、湾曲部に貯留した水分を凍結させることなく確実に外部に排出することができる。また、排出管全体を加熱する必要がないため、排水の際のエネルギを節減することが可能となる。 When such a configuration is employed, the amount of water stored in the curved portion can be set to be equal to or greater than the amount of heat of the discharge pipe by heating the curved portion of the discharge pipe with the heating means. Therefore, even under a low temperature environment, the water stored in the curved portion can be reliably discharged outside without being frozen. In addition, since it is not necessary to heat the entire discharge pipe, it is possible to save energy during drainage.

本発明によれば、燃料電池の運転状態や傾斜状態に関係なく排出管からの排水を的確に行うことができる燃料電池システムを提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the fuel cell system which can perform the waste_water | drain from a discharge pipe exactly irrespective of the driving | running state and inclination state of a fuel cell.

本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図１に示した燃料電池システムにおいて燃料電池及び排出管が非傾斜状態（水平状態）にある場合の配置構成を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an arrangement configuration when a fuel cell and a discharge pipe are in a non-inclined state (horizontal state) in the fuel cell system shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池システムのカソード排出管の圧力損失とエアコンプレッサ駆動力との関係を示すマップである。2 is a map showing the relationship between the pressure loss of the cathode discharge pipe of the fuel cell system shown in FIG. 1 and the air compressor driving force. 図１に示した燃料電池システムにおいて燃料電池及び排出管が前傾状態にある場合の配置構成を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an arrangement configuration when a fuel cell and a discharge pipe are in a forward inclined state in the fuel cell system shown in FIG. 1. （Ａ）は非傾斜状態（水平状態）にある燃料電池システムのカソード排出管の圧力損失の周期を示すタイムチャートであり、（Ｂ）は前傾状態にある燃料電池システムのカソード排出管の圧力損失の周期を示すタイムチャートである。(A) is a time chart showing the pressure loss cycle of the cathode discharge pipe of the fuel cell system in the non-tilted state (horizontal state), and (B) is the pressure of the cathode discharge pipe of the fuel cell system in the forward tilted state. It is a time chart which shows the period of loss. 図１に示した燃料電池システムの排水制御方法を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining a drainage control method of the fuel cell system shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池システムの前傾状態を考慮した排水制御方法を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining a drainage control method in consideration of a forward tilt state of the fuel cell system shown in FIG. 1. 本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムの燃料電池及び排出管の配置構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arrangement configuration of the fuel cell and discharge pipe of the fuel cell system which concerns on 2nd embodiment of this invention. 図８に示した燃料電池システムのアノード排出管の圧力損失とアノードオフガス排出時間との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the pressure loss of the anode exhaust pipe of the fuel cell system shown in FIG. 8, and anode offgas discharge | emission time. 図８に示した燃料電池システムの排水制御方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the waste_water | drain control method of the fuel cell system shown in FIG. 本発明の第三実施形態に係る燃料電池システムの燃料電池及び排出管の配置構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arrangement configuration of the fuel cell and discharge pipe of the fuel cell system which concerns on 3rd embodiment of this invention. 図１１に示した燃料電池システムの排水制御方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the waste_water | drain control method of the fuel cell system shown in FIG.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。本実施形態に係る燃料電池システムは、移動体としての燃料電池車両に搭載された発電システムである。 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The fuel cell system according to the present embodiment is a power generation system mounted on a fuel cell vehicle as a moving body.

[第一実施形態]
まず、図１〜図７を用いて、本発明の第一実施形態に係る燃料電池システム１及びその制御方法について説明する。 [First embodiment]
First, the fuel cell system 1 and the control method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

最初に、図１〜図５を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４、システムの電力を充放電する電力系５、システム全体を統括制御する制御装置６等を備えている。 Initially, the structure of the fuel cell system 1 which concerns on this embodiment is demonstrated using FIGS. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates power by receiving supply of reaction gas (oxidation gas and fuel gas), and an oxidation gas pipe that supplies air as the oxidation gas to the fuel cell 2. A system 3, a fuel gas piping system 4 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 2, a power system 5 for charging / discharging system power, a control device 6 for controlling the entire system, and the like are provided.

燃料電池２は、例えば車載や定置用に好適な固体高分子電解質型で構成され、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池スタックを構成する単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面にカソード極を有し、他方の面にアノード極を有し、さらにカソード極及びアノード極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。セパレータの一方に設けられた酸化ガス流路に酸化ガス（空気）が供給され、他方のセパレータに設けられた燃料ガス流路に燃料ガス（水素）が供給される。酸化ガス及び燃料ガスの供給を受けた単電池において電気化学反応が行われ、これにより燃料電池２は電力を発生する。また、燃料電池２のカソード極からはカソードオフガスが排出される。カソードオフガスには、燃料電池２の電池反応に供した後の酸素オフガスのほか、カソード極で生成される水分（生成水）が含まれる。 The fuel cell 2 is formed of, for example, a solid polymer electrolyte type suitable for in-vehicle use or stationary use, and has a stack structure in which a required number of unit cells that generate power upon receiving a reaction gas are stacked. A unit cell constituting a fuel cell stack has a cathode electrode on one surface of an electrolyte made of an ion exchange membrane, an anode electrode on the other surface, and a pair so as to sandwich the cathode electrode and the anode electrode from both sides. Of separators. An oxidizing gas (air) is supplied to an oxidizing gas flow path provided on one side of the separator, and a fuel gas (hydrogen) is supplied to a fuel gas flow path provided on the other separator. An electrochemical reaction is performed in the unit cell that is supplied with the oxidizing gas and the fuel gas, whereby the fuel cell 2 generates electric power. Further, the cathode off gas is discharged from the cathode electrode of the fuel cell 2. The cathode off gas includes moisture (product water) generated at the cathode electrode in addition to the oxygen off gas after being subjected to the cell reaction of the fuel cell 2.

なお、燃料電池システム１には図示していない冷媒配管系が設けられており、この冷媒配管系を用いて燃料電池２の内部に冷媒を循環させることにより、燃料電池２の内部の温度が適度に維持される。燃料電池２としては、固体高分子電解質型のほか、燐酸型や熔融炭酸塩型のものを採用することができる。 The fuel cell system 1 is provided with a refrigerant piping system (not shown). By circulating the refrigerant inside the fuel cell 2 using this refrigerant piping system, the temperature inside the fuel cell 2 is moderate. Maintained. As the fuel cell 2, a phosphoric acid type or a molten carbonate type can be adopted in addition to the solid polymer electrolyte type.

酸化ガス配管系３は、エアコンプレッサ３１、酸化ガス供給流路３２、加湿モジュール３３、カソードオフガス流路３４、バイパス流路３５、バイパス弁３６、エアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１等を有している。 The oxidizing gas piping system 3 includes an air compressor 31, an oxidizing gas supply channel 32, a humidification module 33, a cathode offgas channel 34, a bypass channel 35, a bypass valve 36, a motor M 1 that drives the air compressor 31, and the like. Yes.

エアコンプレッサ３１は、制御装置６の制御指令で作動するモータＭ１の駆動力により駆動されて、図示していないエアフィルタを介して外気から取り込んだ酸素（酸化ガス）を燃料電池２のカソード極に供給するものである。酸化ガス供給流路３２は、エアコンプレッサ３１から供給される酸素を燃料電池２のカソード極に導くためのガス流路である。加湿モジュール３３は、酸化ガス供給流路３２を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、カソードオフガス流路３４を流れる高湿潤状態のカソードオフガスと、の間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。カソードオフガス流路３４は、カソードオフガス及び生成水をシステム外に排気するためのガス流路であり、後述するカソード排出管３０（図２）によって形成される。なお、カソードオフガス流路３４のカソード極出口付近には、図示していない背圧弁が配設されており、制御装置６がこの背圧弁の開閉動作を制御することにより、カソードオフガス流路３４を流通するカソードオフガスの圧力が調整される。 The air compressor 31 is driven by the driving force of the motor M <b> 1 that operates according to the control command of the control device 6, and oxygen (oxidizing gas) taken from outside air through an air filter (not shown) is supplied to the cathode electrode of the fuel cell 2. To supply. The oxidizing gas supply flow path 32 is a gas flow path for guiding oxygen supplied from the air compressor 31 to the cathode electrode of the fuel cell 2. The humidification module 33 exchanges moisture between the low-humidity oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply flow channel 32 and the high-humidity cathode off-gas flowing through the cathode offgas flow channel 34, and is supplied to the fuel cell 2. Moderately humidify the oxidizing gas. The cathode offgas channel 34 is a gas channel for exhausting the cathode offgas and generated water to the outside of the system, and is formed by a cathode discharge pipe 30 (FIG. 2) described later. A back pressure valve (not shown) is disposed near the cathode electrode outlet of the cathode off gas flow channel 34, and the control device 6 controls the opening / closing operation of the back pressure valve, so that the cathode off gas flow channel 34 is controlled. The pressure of the circulating cathode offgas is adjusted.

エアコンプレッサ３１から供給される空気は、酸化ガス供給流路３２から燃料電池２を経由してカソードオフガス流路３４へと導入され、これにより、カソードオフガス流路３４（カソード排出管３０）の内部に残留した水分が排出される。すなわち、エアコンプレッサ３１は、本発明における排水手段に相当するものである。なお、本実施形態においては、図３に示すように、カソードオフガス流路３４を形成するカソード排出管３０の圧力損失が増大した場合にエアコンプレッサ３１の駆動力が増大するように制御装置６によって制御される。 The air supplied from the air compressor 31 is introduced from the oxidizing gas supply passage 32 to the cathode offgas passage 34 via the fuel cell 2, and thereby the inside of the cathode offgas passage 34 (cathode discharge pipe 30). The remaining water is discharged. That is, the air compressor 31 corresponds to the drainage means in the present invention. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the control device 6 causes the driving force of the air compressor 31 to increase when the pressure loss of the cathode discharge pipe 30 that forms the cathode offgas flow path 34 increases. Be controlled.

バイパス流路３５は、酸化ガス供給流路３２を流れる酸化ガスの一部を、燃料電池２をバイパスして、カソードオフガス流路３４へと導くものである。バイパス流路３５には、バイパス弁３６が設けられている。バイパス流路３５を流通する酸化ガスの流量は、バイパス弁３６によって調整される。制御装置６がバイパス弁３６の開閉動作を制御し、エアコンプレッサ３１から供給される空気を酸化ガス供給流路３２からバイパス流路３５を経由させてカソードオフガス流路３４へと導入することにより、カソードオフガス流路３４の内部に残留した水分を排出することもできる。かかる場合、バイパス流路３５及びバイパス弁３６は、エアコンプレッサ３１とともに本発明における排水手段を構成する。 The bypass channel 35 bypasses the fuel cell 2 and leads a part of the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply channel 32 to the cathode offgas channel 34. A bypass valve 36 is provided in the bypass flow path 35. The flow rate of the oxidizing gas flowing through the bypass channel 35 is adjusted by the bypass valve 36. The control device 6 controls the opening / closing operation of the bypass valve 36, and introduces the air supplied from the air compressor 31 from the oxidizing gas supply channel 32 to the cathode offgas channel 34 via the bypass channel 35, Water remaining in the cathode off-gas channel 34 can also be discharged. In such a case, the bypass passage 35 and the bypass valve 36 together with the air compressor 31 constitute a drainage means in the present invention.

本実施形態においては、図２に示すように、燃料電池２の下方に、カソードオフガス流路３４を形成するカソード排出管３０を取り付けている。カソード排出管３０は、燃料電池２の下部から鉛直方向下方に延在するように形成された垂下部３０ａと、垂下部３０ａの下流側端部に連接されＵ字状に（下方に凸になるように）湾曲した湾曲部３０ｂと、湾曲部３０ｂの下流側端部に連接され水平方向に延在するように形成された第一水平部３０ｃと、第一水平部３０ｃの下流側端部に連接され下流側になるに従って鉛直方向上方に延在するように形成された傾斜部３０ｄと、傾斜部３０ｄの下流側端部に連接され水平方向に延在するように形成された第二水平部３０ｅと、から構成されている。なお、図２においては、加湿モジュール３３や背圧弁の図示を省略している。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a cathode discharge pipe 30 that forms a cathode offgas flow path 34 is attached below the fuel cell 2. The cathode discharge pipe 30 is connected to a drooping portion 30a formed so as to extend vertically downward from the lower portion of the fuel cell 2 and a downstream end of the drooping portion 30a, and is U-shaped (convex downward). The curved portion 30b, the first horizontal portion 30c connected to the downstream end of the curved portion 30b and extending in the horizontal direction, and the downstream end of the first horizontal portion 30c. An inclined portion 30d formed so as to extend upward in the vertical direction as it is connected downstream, and a second horizontal portion formed so as to extend in the horizontal direction connected to the downstream end of the inclined portion 30d. 30e. In addition, in FIG. 2, illustration of the humidification module 33 and a back pressure valve is abbreviate | omitted.

カソード排出管３０の湾曲部３０ｂは、図２に示すように、その最下位置が燃料電池２の下部よりも鉛直方向下方に配置されており、このような構成により、燃料電池２から排出される水分Ｗが湾曲部３０ｂに貯留するようになっている。本実施形態においては、燃料電池システム１が前傾状態、左傾状態及び右傾状態になった場合においても湾曲部３０ｂに水分を貯留させた状態を維持することができるように、湾曲部３０ｂの位置及び形状を設定している。一方、燃料電池システム１が後傾状態になった場合には、湾曲部３０ｂに貯留した水分が下流側（カソード排出管３０の出口３０ｇ側）に流れて排出されるようになっている。 As shown in FIG. 2, the lowermost position of the curved portion 30 b of the cathode discharge pipe 30 is disposed vertically below the lower portion of the fuel cell 2. With this configuration, the curved portion 30 b is discharged from the fuel cell 2. Moisture water W is stored in the curved portion 30b. In the present embodiment, the position of the bending portion 30b is maintained so that the state in which moisture is stored in the bending portion 30b can be maintained even when the fuel cell system 1 is in the forward inclined state, the left inclined state, and the right inclined state. And the shape is set. On the other hand, when the fuel cell system 1 is tilted backward, the water stored in the curved portion 30b flows to the downstream side (the outlet 30g side of the cathode discharge pipe 30) and is discharged.

また、カソード排出管３０の入口（燃料電池２に接続される上流側の開口）３０ｆ付近には、燃料電池２のカソードオフガス出口付近の圧力を検出するためのカソード圧力センサＰ_Cが設けられており、カソード排出管３０の外部には、大気圧を検出するための図示されていない大気圧センサが設けられている。カソード圧力センサＰ_C及び大気圧センサで検出された圧力に係る情報は、制御装置６に送られ、後述する排水制御に用いられる。なお、カソード排出管３０の第一水平部３０ｃには、カソード排出管３０と図示されていない燃料電池車両のボディとを接続するブラケット（接続部材）３０ｈが取り付けられている。 Further, in the vicinity (upstream side of the opening to be connected to the fuel cell 2) 30f inlet of the cathode discharge pipe 30, and cathode pressure sensor P _C is provided for detecting the pressure in the vicinity of the cathode off-gas outlet of the fuel cell 2 In addition, an atmospheric pressure sensor (not shown) for detecting the atmospheric pressure is provided outside the cathode discharge pipe 30. Information relating to the detected pressure at the cathode pressure sensor P _C and atmospheric pressure sensor is sent to the controller 6, for the discharge control described later. A bracket (connecting member) 30 h that connects the cathode discharge pipe 30 and the body of the fuel cell vehicle (not shown) is attached to the first horizontal portion 30 c of the cathode discharge pipe 30.

燃料ガス配管系４は、燃料ガス供給源４１、燃料ガス供給流路４２、燃料ガス循環流路４３、アノードオフガス流路４４、水素循環ポンプ４５、逆止弁４６、水素循環ポンプ４５を駆動するためのモータＭ２等を有している。 The fuel gas piping system 4 drives a fuel gas supply source 41, a fuel gas supply channel 42, a fuel gas circulation channel 43, an anode off-gas channel 44, a hydrogen circulation pump 45, a check valve 46, and a hydrogen circulation pump 45. A motor M2 and the like.

燃料ガス供給源４１は、燃料電池２へ水素ガス等の燃料ガスを供給する手段であり、例えば高圧水素タンクや水素貯蔵タンク等によって構成される。燃料ガス供給流路４２は、燃料ガス供給源４１から放出される燃料ガスを燃料電池２のアノード極に導くためのガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてタンクバルブＨ１、水素供給バルブＨ２、ＦＣ入口バルブＨ３等の弁が配設されている。タンクバルブＨ１、水素供給バルブＨ２及びＦＣ入口バルブＨ３は、燃料電池２へと燃料ガスを供給（又は遮断）するためのシャットバルブであり、例えば電磁弁によって構成されている。 The fuel gas supply source 41 is means for supplying a fuel gas such as hydrogen gas to the fuel cell 2 and is constituted by, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage tank. The fuel gas supply flow path 42 is a gas flow path for guiding the fuel gas released from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell 2, and the gas flow path includes a tank valve H1, Valves such as a hydrogen supply valve H2 and an FC inlet valve H3 are provided. The tank valve H1, the hydrogen supply valve H2, and the FC inlet valve H3 are shut valves for supplying (or shutting off) the fuel gas to the fuel cell 2, and are constituted by, for example, electromagnetic valves.

燃料ガス循環流路４３は、未反応燃料ガスを燃料電池２へ還流させるための帰還ガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてＦＣ出口バルブＨ４、水素循環ポンプ４５、逆止弁４６が各々配設されている。燃料電池２から排出された低圧の未反応燃料ガスは、制御装置６の制御指令で作動するモータＭ２の駆動力により駆動される水素循環ポンプ４５によって適度に加圧され、燃料ガス供給流路４２へ導かれる。燃料ガス供給流路４２から燃料ガス循環流路４３への燃料ガスの逆流は、逆止弁４６によって抑制される。アノードオフガス流路４４は、燃料電池２から排出された水素オフガスを含むアノードオフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、そのガス流路にはパージバルブＨ５が配設されている。なお、アノードオフガス流路４４内のガスは、図示されていない希釈器によって希釈されるようになっている。 The fuel gas circulation passage 43 is a return gas passage for recirculating unreacted fuel gas to the fuel cell 2. The gas passage includes an FC outlet valve H4, a hydrogen circulation pump 45, a check, from upstream to downstream. Each valve 46 is provided. The low-pressure unreacted fuel gas discharged from the fuel cell 2 is moderately pressurized by the hydrogen circulation pump 45 driven by the driving force of the motor M2 that operates according to the control command of the control device 6, and the fuel gas supply channel 42 Led to. The backflow of the fuel gas from the fuel gas supply channel 42 to the fuel gas circulation channel 43 is suppressed by the check valve 46. The anode off gas passage 44 is a gas passage for exhausting the anode off gas containing the hydrogen off gas discharged from the fuel cell 2 to the outside of the system, and a purge valve H5 is disposed in the gas passage. Note that the gas in the anode off-gas channel 44 is diluted by a diluter (not shown).

電力系５は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、補機インバータ５４、トラクションモータＭ３、補機モータＭ４等を備えている。 The power system 5 includes a high voltage DC / DC converter 51, a battery 52, a traction inverter 53, an auxiliary inverter 54, a traction motor M3, an auxiliary motor M4, and the like.

高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ５２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ５３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータＭ３から入力された直流電圧を調整してバッテリ５２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のこれらの機能により、バッテリ５２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。 The high-voltage DC / DC converter 51 is a direct-current voltage converter that adjusts the direct-current voltage input from the battery 52 and outputs it to the traction inverter 53 side, and the direct-current input from the fuel cell 2 or the traction motor M3. And a function of adjusting the voltage and outputting it to the battery 52. The charge / discharge of the battery 52 is realized by these functions of the high-voltage DC / DC converter 51. Further, the output voltage of the fuel cell 2 is controlled by the high voltage DC / DC converter 51.

バッテリ５２は、充放電可能な二次電池（例えばニッケル水素電池等）である。バッテリ５２は、図示していないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。燃料電池２で発電された直流電力の一部は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１によって昇降圧され、バッテリ５２に充電される。なお、バッテリ５２に代えて二次電池以外の充放電可能な蓄電器（例えばキャパシタ）を採用することもできる。 The battery 52 is a chargeable / dischargeable secondary battery (for example, a nickel metal hydride battery). The battery 52 can be charged with surplus power or supplementarily supplied with power by control of a battery computer (not shown). Part of the direct-current power generated by the fuel cell 2 is stepped up and down by the high-voltage DC / DC converter 51 and charged in the battery 52. Instead of the battery 52, a chargeable / dischargeable battery (for example, a capacitor) other than the secondary battery may be employed.

トラクションインバータ５３及び補機インバータ５４は、パルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、与えられる制御指令に応じて燃料電池２又はバッテリ５２から出力される直流電力を三相交流電力に変換してトラクションモータＭ３及び補機モータＭ４へ供給する。トラクションモータＭ３は、車輪７Ｌ、７Ｒを駆動するためのモータである。補機モータＭ４は、各種補機類を駆動するためのモータであり、エアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１や水素循環ポンプ４５を駆動するモータＭ２等を総称したものである。 The traction inverter 53 and the auxiliary inverter 54 are pulse width modulation type PWM inverters, and convert DC power output from the fuel cell 2 or the battery 52 into three-phase AC power in accordance with a given control command, thereby obtaining a traction motor. Supply to M3 and auxiliary motor M4. The traction motor M3 is a motor for driving the wheels 7L and 7R. The auxiliary motor M4 is a motor for driving various auxiliary machines, and is a generic term for the motor M1 that drives the air compressor 31, the motor M2 that drives the hydrogen circulation pump 45, and the like.

制御装置６は、図示していない車両のアクセル信号等の要求負荷信号、各種操作信号、カソード圧力センサＰ_C等の各種センサの検出信号等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、制御装置６は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。 The control device 6, the required load signal such as an accelerator signal of the vehicle (not shown), various operation signals, and receives control information detection signal of various sensors such as cathode pressure sensor P _C, operation of various devices in the system To control. The control device 6 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like, and various control operations are realized by the CPU reading and executing various control programs recorded in the ROM. It is like that.

具体的には、制御装置６は、アクセルペダル開度を検出する図示されていないアクセルペダルセンサ等から送出される各センサ信号に基づいて、燃料電池２の出力要求電力を算出する。そして、制御装置６は、この出力要求電力に対応する出力電力を発生させるように燃料電池２の出力電圧及び出力電流を制御する。また、制御装置６は、トラクションインバータ５３及び補機インバータ５４の出力パルス幅等を制御して、トラクションモータＭ３及び補機モータＭ４を制御する。 Specifically, the control device 6 calculates the required output power of the fuel cell 2 based on each sensor signal sent from an accelerator pedal sensor (not shown) that detects the accelerator pedal opening. Then, the control device 6 controls the output voltage and output current of the fuel cell 2 so as to generate output power corresponding to the required output power. The control device 6 controls the traction motor M3 and the auxiliary motor M4 by controlling the output pulse widths of the traction inverter 53 and the auxiliary inverter 54, and the like.

また、制御装置６は、カソード排出管３０の圧力損失に基づいて、エアコンプレッサ３１を制御する。すなわち、制御装置６は、本発明における排水制御手段として機能する。具体的には、制御装置６は、カソード圧力センサＰ_Cで検出したカソード排出管３０の入口付近（燃料電池２のカソードオフガス出口付近）の圧力と、大気圧センサで検出した大気圧と、の差であるカソード排出管３０の圧力損失を算出する。そして、制御装置６は、この算出した圧力損失が所定の閾値を超えた場合に、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させて供給する空気の流量を増大させることにより、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を効率良く排出させる。このように制御装置６がエアコンプレッサ３１を制御することにより、カソード排出管３０の圧力損失は、図５（Ａ）のタイムチャートに示すように周期的に変化する（圧力損失は湾曲部３０ｂ内の水分量に比例して増大し、水分の排出に伴って急減する）こととなる。 Further, the control device 6 controls the air compressor 31 based on the pressure loss of the cathode discharge pipe 30. That is, the control device 6 functions as drainage control means in the present invention. Specifically, the control device 6, the pressure near the inlet of the cathode pressure sensor cathode discharge pipe 30 detected by the P _C (near the cathode off-gas outlet of the fuel cell 2), and the atmospheric pressure detected by atmospheric pressure sensor, the The pressure loss of the cathode discharge pipe 30 which is the difference is calculated. Then, when the calculated pressure loss exceeds a predetermined threshold, the control device 6 increases the driving force of the air compressor 31 to increase the flow rate of the supplied air, thereby causing the curved portion of the cathode exhaust pipe 30 to be increased. The water stored in 30b is efficiently discharged. As the control device 6 controls the air compressor 31 as described above, the pressure loss of the cathode discharge pipe 30 periodically changes as shown in the time chart of FIG. 5A (the pressure loss is within the curved portion 30b). The amount of water increases in proportion to the amount of water and rapidly decreases with the discharge of water).

また、制御装置６は、カソード排出管３０の圧力損失の周期に基づいて。燃料電池システム１の傾斜状態（燃料電池システム１が搭載された車両の傾斜状態）を検出し、検出した傾斜状態に基づいてエアコンプレッサ３１を制御する。本実施形態においては、図４に示すように燃料電池システム１が前傾した場合にカソード排出管３０の湾曲部３０ｂ内に貯留する水分の容積が、図２に示した通常時（水平状態）に貯留する水分の容積よりも少なくなるように構成されている。このため、燃料電池システム１が前傾状態となった場合には、図５（Ｂ）のタイムチャートに示すように、カソード排出管３０の圧力損失の周期が通常時における圧力損失の周期（図５（Ａ））よりも短くなる。制御装置６は、このように圧力損失の周期が通常時よりも短くなった場合に、燃料電池システム１が前傾状態にあるものと判定し、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させて供給する空気の流量を増大させることにより、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を効率良く排出させる。このように制御装置６が前傾状態においてエアコンプレッサ３１の駆動力を増大させることにより、カソード排出管３０の圧力損失の周期は長くなる（図５（Ｂ））。 Further, the control device 6 is based on the pressure loss cycle of the cathode discharge pipe 30. The inclination state of the fuel cell system 1 (inclination state of the vehicle on which the fuel cell system 1 is mounted) is detected, and the air compressor 31 is controlled based on the detected inclination state. In the present embodiment, when the fuel cell system 1 is tilted forward as shown in FIG. 4, the volume of water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 is the normal time (horizontal state) shown in FIG. It is comprised so that it may become less than the volume of the water | moisture content stored in this. For this reason, when the fuel cell system 1 is tilted forward, as shown in the time chart of FIG. 5B, the pressure loss cycle of the cathode exhaust pipe 30 is the pressure loss cycle in the normal state (see FIG. 5B). 5 (A)). The control device 6 determines that the fuel cell system 1 is in the forward tilt state when the pressure loss cycle becomes shorter than normal, and supplies the air compressor 31 with an increased driving force. By increasing the air flow rate, the water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 is efficiently discharged. As described above, when the control device 6 increases the driving force of the air compressor 31 in the forward tilt state, the cycle of the pressure loss of the cathode discharge pipe 30 is lengthened (FIG. 5B).

なお、本実施形態においては、燃料電池システム１の前傾状態が検出された場合にエアコンプレッサ３１の駆動力を増大させた例を示したが、燃料電池システム１の左傾（右傾）状態が検出された場合にエアコンプレッサ３１の駆動力を増大させることもできる。かかる場合には、燃料電池システム１が左傾（右傾）した場合にカソード排出管３０の湾曲部３０ｂ内に貯留する水分の容積が、通常時に貯留する水分の容積よりも少なくなるように構成しておき、カソード排出管３０の圧力損失の周期が通常時の圧力損失の周期よりも短くなった場合に、燃料電池システム１が左傾（右傾）状態にあるものと判定するようにする。 In the present embodiment, an example in which the driving force of the air compressor 31 is increased when the forward tilt state of the fuel cell system 1 is detected is shown, but the left tilt (right tilt) state of the fuel cell system 1 is detected. In this case, the driving force of the air compressor 31 can be increased. In such a case, when the fuel cell system 1 is tilted to the left (right), the volume of water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 is configured to be smaller than the volume of water stored during normal operation. When the cycle of the pressure loss of the cathode discharge pipe 30 becomes shorter than the cycle of the pressure loss at the normal time, it is determined that the fuel cell system 1 is in the left tilt (right tilt) state.

次に、図６及び図７のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の排水制御方法について説明する。 Next, the drainage control method of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described using the flowcharts of FIGS. 6 and 7.

燃料電池システム１の通常運転時においては、燃料電池２のカソード極に空気が供給され、燃料電池２のアノード極に水素ガスが供給され、これら空気と水素ガスとの電気化学反応により電力が発生する。また、かかる電気化学反応に伴い、燃料電池２のカソード極において水分が生成し、この水分が燃料電池２から排出されてカソード排出管３０内に流通する。また、燃料電池２から排出された水蒸気がカソード排出管３０の内部で凝結して水分となり、この水分が排出されずにカソード排出管３０の内部に残留する。本実施形態に係る燃料電池システム１においては、このようにカソード排出管３０の内部に残留する水分の排出制御（排水制御）を以下の手順で行う。 During normal operation of the fuel cell system 1, air is supplied to the cathode electrode of the fuel cell 2, hydrogen gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell 2, and electric power is generated by an electrochemical reaction between these air and hydrogen gas. To do. In addition, with the electrochemical reaction, moisture is generated at the cathode electrode of the fuel cell 2, and this moisture is discharged from the fuel cell 2 and flows into the cathode discharge pipe 30. Further, the water vapor discharged from the fuel cell 2 condenses inside the cathode discharge pipe 30 to become moisture, and this moisture is not discharged but remains inside the cathode discharge pipe 30. In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the discharge control (drainage control) of moisture remaining inside the cathode discharge pipe 30 is performed in the following procedure.

図７のフローチャートを用いて、燃料電池システム１の排水制御について説明する。 The drainage control of the fuel cell system 1 will be described using the flowchart of FIG .

制御装置６は、カソード圧力センサＰ _C で検出した燃料電池２のカソードオフガス出口付近の圧力と、大気圧センサで検出した大気圧と、の差であるカソード排出管３０の圧力損失ΔＰを算出し（圧力損失算出工程：Ｓ１１）、算出した圧力損失ΔＰが所定の閾値を超えるか否かを判定する（圧力損失判定工程：Ｓ１２）。圧力損失判定工程Ｓ１２で採用される閾値は、燃料電池システム１の規模・仕様や外気温等に応じて適宜設定される。そして、制御装置６は、圧力損失判定工程Ｓ１２において圧力損失ΔＰが閾値以下であると判定した場合には、通常のエアコンプレッサ３１の掃気能力を維持する。一方、制御装置６は、圧力損失判定工程Ｓ１２において圧力損失ΔＰが閾値を超えるものと判定した場合に、圧力損失ΔＰの周期が所定の閾値（水平状態における圧力損失の周期）よりも短いか否かを判定する（周期判定工程：Ｓ１３）。 The control device 6 calculates the pressure near the cathode off-gas outlet of the fuel cell 2 detected by the cathode pressure sensor P _C, and the atmospheric pressure detected by atmospheric pressure sensor, the pressure loss ΔP of the cathode exhaust pipe 30 which is the difference (Pressure loss calculation step: S11), it is determined whether or not the calculated pressure loss ΔP exceeds a predetermined threshold (pressure loss determination step: S12). The threshold employed in the pressure loss determination step S12 is appropriately set according to the scale / specification of the fuel cell system 1, the outside air temperature, and the like. And the control apparatus 6 maintains the scavenging capability of the normal air compressor 31, when it determines with pressure loss (DELTA) P being below a threshold value in pressure loss determination process S12. On the other hand, if the control device 6 determines that the pressure loss ΔP exceeds the threshold value in the pressure loss determination step S12, whether or not the cycle of the pressure loss ΔP is shorter than a predetermined threshold value (pressure loss cycle in the horizontal state). Is determined (period determination step: S13).

次いで、制御装置６は、周期判定工程Ｓ１３において圧力損失ΔＰの周期が所定の閾値以上であると判定した場合に、燃料電池システム１が非傾斜状態にあるものと判定し、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させて供給する空気の流量を増大させることにより、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を効率良く排出させる（通常時強化排水工程：Ｓ１４）。一方、制御装置６は、周期判定工程Ｓ１３において圧力損失ΔＰの周期が所定の閾値よりも短いと判定した場合に、燃料電池システム１が前傾状態にあるものと判定し、通常時強化排水工程Ｓ１４よりもエアコンプレッサ３１の駆動力をさらに増大させることにより、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を効率良く排出させる（前傾時強化排水工程：Ｓ１５）。このような前傾時強化排水工程Ｓ１５を実施する結果、図５（Ｂ）に示すようにカソード排出管３０の圧力損失の周期は長くなる。 Then, the control device 6, when the period of the pressure loss ΔP in the period determining step S13 is determined to be equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that the fuel cell system 1 is in a non-tilted state, the d A compressor 31 by increasing the flow rate of air supplied by increasing the driving force, Ru and moisture stored in the curved portion 30b of the cathode exhaust pipe 30 is efficiently discharged (normal reinforced draining step: S14). On the other hand, when the control device 6 determines that the cycle of the pressure loss ΔP is shorter than the predetermined threshold in the cycle determination step S13, the control device 6 determines that the fuel cell system 1 is in the forward tilt state, and the normal-time enhanced drainage step By further increasing the driving force of the air compressor 31 as compared with S14, the water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 is efficiently discharged (strengthening drainage process when leaning forward: S15). As a result of performing such forward tilting strengthening drainage step S15, as shown in FIG. 5B, the cycle of the pressure loss of the cathode discharge pipe 30 becomes longer.

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、燃料電池２のカソード極から排出された水分をカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに一時的に貯留させることができる。従って、低負荷運転時等でエアコンプレッサ３１の掃気能力が低下した場合においても、カソード排出管３０の広い範囲に水分が滞留することを抑制することができ、また、燃料電池システム１が前傾状態になった場合においても、カソード排出管３０に滞留した水分が燃料電池２に逆流することを抑制することができる。また、燃料電池２のカソード極から排出された水分をカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに一時的に貯留させることができるので、カソード排出管３０の圧力損失を変化させることができる。そして、この圧力損失の変化に基づいてエアコンプレッサ３１を制御することができる。従って、燃料電池２の運転状態や傾斜状態に関係なくカソード排出管３０からの排水を的確に行うことができる。 In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, moisture discharged from the cathode electrode of the fuel cell 2 can be temporarily stored in the curved portion 30 b of the cathode discharge pipe 30. Therefore, even when the scavenging ability of the air compressor 31 is reduced during low load operation or the like, it is possible to suppress moisture from being retained in a wide range of the cathode discharge pipe 30 and the fuel cell system 1 is inclined forward. Even in the state, it is possible to suppress the water remaining in the cathode discharge pipe 30 from flowing back to the fuel cell 2. Further, since the water discharged from the cathode electrode of the fuel cell 2 can be temporarily stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30, the pressure loss of the cathode discharge pipe 30 can be changed. And the air compressor 31 can be controlled based on the change of this pressure loss. Therefore, drainage from the cathode discharge pipe 30 can be performed accurately regardless of the operation state or the inclined state of the fuel cell 2.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、湾曲部３０ｂをカソード排出管３０の入口３０ｆ（燃料電池２との接続部）付近に設けているため、燃料電池２のカソード極から排出された水分を効率良く貯留させることができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the curved portion 30b is provided in the vicinity of the inlet 30f (connecting portion with the fuel cell 2) of the cathode discharge pipe 30, and therefore, from the cathode electrode of the fuel cell 2. The discharged water can be efficiently stored.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、燃料電池システム１の傾斜状態を、カソード排出管３０の圧力損失の周期に基づいて検出することができ、この傾斜状態に適した排水制御を行うことができる。すなわち、燃料電池システム１が前傾状態になると圧力損失の周期が通常時（水平状態）よりも短くなるような構成を採用しているため、測定した圧力損失の周期が通常時よりも短い場合に燃料電池システム１が前傾状態にあるものと判定し、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させてカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を迅速に排出させることができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the inclination state of the fuel cell system 1 can be detected based on the period of the pressure loss of the cathode discharge pipe 30, and drainage suitable for this inclination state. Control can be performed. That is, when the fuel cell system 1 is tilted forward, the pressure loss cycle is shorter than the normal time (horizontal state), so the measured pressure loss cycle is shorter than the normal time. In addition, it is determined that the fuel cell system 1 is in the forward tilt state, and the driving force of the air compressor 31 can be increased to quickly discharge the water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30.

[第二実施形態]
続いて、図８〜図１０を用いて、本発明の第二実施形態に係る燃料電池システム及びその制御方法について説明する。本実施形態に係る燃料電池システムは、第一実施形態に係る燃料電池システム１のアノードオフガス流路４４を形成するアノード排出管４０をカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに連通接続し、アノード排出管４０の圧力損失に基づいてエアコンプレッサ３１を制御するものであり、その他の構成は第一実施形態と実質的に同一である。このため、重複する構成については、第一実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略することとする。 [Second Embodiment]
Subsequently, a fuel cell system and a control method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fuel cell system according to the present embodiment, the anode discharge pipe 40 that forms the anode off-gas flow path 44 of the fuel cell system 1 according to the first embodiment is connected to the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 so as to connect the anode discharge pipe. The air compressor 31 is controlled based on the pressure loss of 40, and other configurations are substantially the same as those in the first embodiment. For this reason, about the overlapping structure, the same code | symbol as 1st embodiment is attached | subjected and suppose that detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態においては、図８に示すように、アノードオフガス流路４４を形成するアノード排出管４０が、カソードオフガス流路３４を形成するカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに連通接続されている。このため、燃料電池２から排出された水素オフガスを含むアノードオフガスは、アノード排出管４０を経由してカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに流入し、カソード排出管３０の出口３０ｇを経由して外部に排出されるようになっている。アノード排出管４０には、パージバルブＨ５が設けられている。また、アノード排出管４０には、パージバルブＨ５の上流側におけるアノードオフガスの圧力を検出するアノード圧力センサＰ_Aが設けられている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the anode discharge pipe 40 that forms the anode off-gas flow path 44 is connected to the curved portion 30 b of the cathode discharge pipe 30 that forms the cathode off-gas flow path 34. For this reason, the anode offgas containing the hydrogen offgas discharged from the fuel cell 2 flows into the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 via the anode discharge pipe 40 and externally via the outlet 30g of the cathode discharge pipe 30. It is supposed to be discharged. The anode discharge pipe 40 is provided with a purge valve H5. Also, the anode exhaust pipe 40, the anode pressure sensor P _A for detecting the pressure of the anode off-gas upstream of the purge valve H5 is provided.

本実施形態においては、燃料電池２のカソード極から排出された水分がカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留すると、カソード排出管３０の圧力損失が増大するとともに、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに連通接続されたアノード排出管４０の圧力損失も増大する。このような構成を利用して、本実施形態における制御装置は、アノード排出管４０の圧力損失に基づいてエアコンプレッサ３１を制御する。具体的には、制御装置は、アノード排出管４０の圧力損失と相関関係を有するアノードオフガスの排出時間が所定の閾値を超えた場合に、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させて供給する空気の流量を増大させることにより、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を効率良く排出させる。 In the present embodiment, when water discharged from the cathode electrode of the fuel cell 2 is stored in the curved portion 30b of the cathode discharge tube 30, the pressure loss of the cathode discharge tube 30 increases and the curved portion 30b of the cathode discharge tube 30 is increased. The pressure loss of the anode discharge pipe 40 connected in communication with the pipe increases. Using such a configuration, the control device in the present embodiment controls the air compressor 31 based on the pressure loss of the anode discharge pipe 40. Specifically, the control device increases the driving force of the air compressor 31 when the discharge time of the anode off gas having a correlation with the pressure loss of the anode discharge pipe 40 exceeds a predetermined threshold. By increasing the flow rate, the water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 is efficiently discharged.

本実施形態においては、アノード圧力センサＰ_Aで検出した圧力が所定の閾値以下になった場合に制御装置がパージバルブＨ５を閉弁し、アノードオフガスのカソード排出管３０への排出を阻止するような構成を採用している。換言すれば、アノード排出管４０の圧力損失が増大してアノード圧力センサＰ_Aで検出した圧力が所定の閾値を超える場合にはパージバルブＨ５は開弁状態とされ、アノードオフガスのカソード排出管３０への排出が所定時間許容されることとなる。図９はこのような関係を示したものであり、アノード排出管４０の圧力損失が増大すると、アノードオフガスの排出時間が延びるようになっている。従って、本実施形態においては、アノード排出管４０の圧力損失と比例関係を有するアノードオフガスの排出時間が所定の閾値を超えた場合に、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させるようにしている。 In the present embodiment, as the control device when the pressure detected by the anode pressure sensor P _A is equal to or less than a predetermined threshold closes the purge valve H5, prevents the discharge to the cathode discharge pipe 30 of the anode off-gas The configuration is adopted. In other words, the purge valve H5 is when the pressure detected by the anode pressure sensor P _A pressure loss of the anode exhaust pipe 40 is increased exceeds a predetermined threshold is an open state, to the cathode discharge pipe 30 of the anode off-gas Is allowed to be discharged for a predetermined time. FIG. 9 shows such a relationship, and when the pressure loss of the anode discharge pipe 40 increases, the discharge time of the anode off gas is extended. Therefore, in the present embodiment, the driving force of the air compressor 31 is increased when the discharge time of the anode off gas having a proportional relationship with the pressure loss of the anode discharge pipe 40 exceeds a predetermined threshold.

次に、図１０のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システムの排水制御方法について説明する。 Next, the drainage control method of the fuel cell system according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG.

制御装置は、アノード排出管４０の圧力損失と比例関係を有するアノードオフガスの排出時間ΔＴを計測する（排出時間計測工程：Ｓ２１）。アノードオフガスの排出時間ΔＴとしては、パージバルブＨ５の開弁時間や圧力変動時間（アノード圧力センサＰ_Aで検出した圧力が所定値だけ減少するのに要した時間）を採用することができる。次いで、制御装置は、排出時間計測工程Ｓ２１で計測したアノードオフガスの排出時間ΔＴが所定の閾値を超えるか否かを判定する（排出時間判定工程：Ｓ２２）。 The control device measures the discharge time ΔT of the anode off gas having a proportional relationship with the pressure loss of the anode discharge pipe 40 (discharge time measuring step: S21). The discharge time ΔT of the anode off-gas, can be employed opening time and the pressure fluctuation time of the purge valve H5 (time pressure detected by the anode pressure sensor P _A is required to reduce by a predetermined value). Next, the control device determines whether or not the anode off-gas discharge time ΔT measured in the discharge time measurement step S21 exceeds a predetermined threshold (discharge time determination step: S22).

次いで、制御装置は、排出時間判定工程Ｓ２２においてアノードオフガスの排出時間ΔＴが閾値以下であると判定した場合には、通常のエアコンプレッサ３１の掃気能力を維持する。一方、制御装置は、排出時間判定工程Ｓ２２においてアノードオフガスの排出時間ΔＴが閾値を超えるものと判定した場合に、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させて供給する空気の流量を増大させることにより、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を効率良く排出させる（強化排水工程：Ｓ２３）。 Next, when it is determined in the discharge time determination step S22 that the discharge time ΔT of the anode off gas is equal to or less than the threshold, the control device maintains the scavenging ability of the normal air compressor 31. On the other hand, when it is determined that the discharge time ΔT of the anode off gas exceeds the threshold value in the discharge time determination step S22, the control device increases the driving force of the air compressor 31 to increase the flow rate of the supplied air. The water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 is efficiently discharged (enhanced drainage step: S23).

以上説明した実施形態に係る燃料電池システムにおいては、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに接続されたアノード排出管４０の圧力損失と比例関係を有するアノードオフガスの排出時間に基づいて、エアコンプレッサ３１を制御することができる。従って、カソード排出管３０の圧力損失が検出し難い場合においても、アノードオフガスの排出時間に基づいてカソード排水管３０からの排水制御を的確に行うことができる。 In the fuel cell system according to the embodiment described above, the air compressor 31 is controlled based on the discharge time of the anode off gas having a proportional relationship with the pressure loss of the anode discharge pipe 40 connected to the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30. Can be controlled. Therefore, even when the pressure loss of the cathode discharge pipe 30 is difficult to detect, the drainage control from the cathode drain pipe 30 can be accurately performed based on the discharge time of the anode off gas.

[第三実施形態]
続いて、図１１及び図１２を用いて、本発明の第三実施形態に係る燃料電池システム及びその制御方法について説明する。本実施形態に係る燃料電池システムは、第一実施形態に係る燃料電池システム１に、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂを加熱するヒータ３７を設け、湾曲部３０ｂに貯留した水分（貯留水）の熱量を調整するものであり、その他の構成は第一実施形態と実質的に同一である。このため、重複する構成については、第一実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略することとする。 [Third embodiment]
Subsequently, a fuel cell system and a control method thereof according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. In the fuel cell system according to the present embodiment, the fuel cell system 1 according to the first embodiment is provided with a heater 37 that heats the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30, and the water (stored water) stored in the curved portion 30b is stored. The amount of heat is adjusted, and other configurations are substantially the same as those in the first embodiment. For this reason, about the overlapping structure, the same code | symbol as 1st embodiment is attached | subjected and suppose that detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態においては、図１１に示すように、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂの下方にヒータ３７を配置して、湾曲部３０ｂを加熱することができるようになっている。このようなヒータ３７を採用することにより、貯留水の熱量を所定量に設定することができる。すなわち、ヒータ３７は、本発明における加熱手段として機能する。ヒータ３７は、図示されていない電源から供給される電力により加熱され、その温度は制御装置により調整される。なお、ヒータ３７に代えて、加温された流体が流通する流体配管を加熱手段として採用することもできる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a heater 37 is disposed below the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 so that the curved portion 30b can be heated. By employing such a heater 37, the amount of heat of the stored water can be set to a predetermined amount. That is, the heater 37 functions as a heating unit in the present invention. The heater 37 is heated by electric power supplied from a power source (not shown), and its temperature is adjusted by a control device. Instead of the heater 37, a fluid pipe through which a heated fluid flows can be employed as the heating means.

本実施形態における制御装置は、低温環境下においてヒータ３７を駆動してカソード排出管３０の湾曲部３０ｂを加熱することにより、湾曲部３０ｂにおける貯留水を加温して、貯留水がカソード排出管３０の出口３０ｇ付近で凍結しないようにする。具体的には、制御装置は、外気温、燃料電池２の温度、カソード排出管３０の熱容量、エアコンプレッサ３１から供給される空気流量等に基づいて、カソード排出管３０の熱量を算出する。そして、制御装置は、湾曲部３０ｂにおける貯留水の熱量がカソード排出管３０の熱量を超えるまで、ヒータ３７を用いて貯留水を加温した後、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させて貯留水を排出させる。 The control apparatus in the present embodiment heats the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 by driving the heater 37 in a low temperature environment, thereby warming the stored water in the curved section 30b, and the stored water becomes the cathode discharge pipe. Do not freeze around 30 g of outlet 30g. Specifically, the control device calculates the heat amount of the cathode discharge pipe 30 based on the outside air temperature, the temperature of the fuel cell 2, the heat capacity of the cathode discharge pipe 30, the air flow rate supplied from the air compressor 31, and the like. And after heating the stored water using the heater 37 until the calorie | heat amount of the stored water in the curved part 30b exceeds the calorie | heat amount of the cathode discharge pipe 30, the control apparatus increases the driving force of the air compressor 31, and increases the stored water. Is discharged.

次に、図１２のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システムの排水制御方法について説明する。 Next, the drainage control method of the fuel cell system according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG.

制御装置は、第一実施形態で説明したように、カソード排出管３０の圧力損失ΔＰを算出し（圧力損失算出工程：Ｓ３１）、算出した圧力損失ΔＰが所定の閾値を超えるか否かを判定する（圧力損失判定工程：Ｓ３２）。次いで、制御装置は、圧力損失判定工程Ｓ２において圧力損失ΔＰが閾値以下であると判定した場合には、通常のエアコンプレッサ３１の掃気能力を維持する。一方、制御装置は、圧力損失判定工程Ｓ３２において圧力損失ΔＰが閾値を超えるものと判定した場合に、カソード排出管３０の熱量を算出し（排出管熱量算出工程：Ｓ３３）、貯留水の目標熱量を決定する（目標熱量決定工程：Ｓ３４）。目標熱量決定工程Ｓ３４で決定される貯留水の目標熱量は、排出管熱量算出工程Ｓ３３で算出されたカソード排出管３０の熱量よりも所定量高く設定される。 As described in the first embodiment, the control device calculates the pressure loss ΔP of the cathode discharge pipe 30 (pressure loss calculation step: S31), and determines whether or not the calculated pressure loss ΔP exceeds a predetermined threshold value. (Pressure loss determination step: S32). Next, when it is determined that the pressure loss ΔP is equal to or less than the threshold value in the pressure loss determination step S2, the control device maintains the normal scavenging ability of the air compressor 31. On the other hand, when it is determined in the pressure loss determination step S32 that the pressure loss ΔP exceeds the threshold value, the control device calculates the heat amount of the cathode discharge pipe 30 (discharge pipe heat amount calculation step: S33), and the target heat amount of the stored water. Is determined (target heat amount determination step: S34). The target heat quantity of the stored water determined in the target heat quantity determination step S34 is set higher by a predetermined amount than the heat quantity of the cathode discharge pipe 30 calculated in the discharge pipe heat quantity calculation step S33.

目標熱量決定工程Ｓ３４を経た後、制御装置は、ヒータ３７を駆動してカソード排出管３０の湾曲部３０ｂを加熱することにより、湾曲部３０ｂにおける貯留水を加温し（貯留水加温工程：Ｓ３５）、加温した貯留水の熱量がカソード排出管３０の熱量を超えるか否かを判定する（熱量判定工程：Ｓ３６）。そして、制御装置は、熱量判定工程Ｓ３６において、貯留水の熱量がカソード排出管３０の熱量を超えるものと判定した場合に、エアコンプレッサ３１の駆動力を増大させて供給する空気の流量を増大させることにより、カソード排出管３０の湾曲部３０ｂに貯留した水分を効率良く排出させる（強化排水工程：Ｓ３７）。 After passing through the target heat amount determination step S34, the control device heats the stored water in the curved portion 30b by driving the heater 37 and heating the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 (reserved water heating step: S35), it is determined whether the amount of heat of the heated stored water exceeds the amount of heat of the cathode discharge pipe 30 (amount of heat determination step: S36). Then, when it is determined in the heat amount determination step S36 that the heat amount of the stored water exceeds the heat amount of the cathode discharge pipe 30, the control device increases the driving force of the air compressor 31 and increases the flow rate of the supplied air. Thus, the water stored in the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30 is efficiently discharged (enhanced drainage step: S37).

以上説明した実施形態に係る燃料電池システムにおいては、ヒータ３７でカソード排出管３０の湾曲部３０ｂを加熱することにより、湾曲部３０ｂにおける貯留水の熱量をカソード排出管３０の熱量よりも高くすることができる。従って、低温環境下においても、湾曲部３０ｂにおける貯留水を凍結させることなく確実に外部に排出することができる。また、カソード排出管３０全体を加熱する必要がないため、排水の際のエネルギを節減することが可能となる。 In the fuel cell system according to the embodiment described above, the amount of heat of the stored water in the curved portion 30b is made higher than the amount of heat of the cathode discharge tube 30 by heating the curved portion 30b of the cathode discharge tube 30 with the heater 37. Can do. Therefore, even in a low temperature environment, the stored water in the curved portion 30b can be reliably discharged outside without being frozen. In addition, since it is not necessary to heat the entire cathode discharge pipe 30, it is possible to save energy during drainage.

なお、以上の各実施形態においては、カソード排出管３０の圧力損失に基づいて排水制御を行った例を示したが、予備的にカソード排出管３０の湾曲部３０ｂに水位センサや導電率計を設置し、これら水位センサや導電率計を用いて湾曲部３０ｂに貯留した水分の量を検出して排水制御を行うこともできる。 In each of the above embodiments, the drainage control is performed based on the pressure loss of the cathode discharge pipe 30, but a water level sensor or a conductivity meter is preliminarily provided on the curved portion 30b of the cathode discharge pipe 30. It is also possible to perform drainage control by installing and detecting the amount of water stored in the curved portion 30b using these water level sensors and conductivity meters.

また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。 In each of the above embodiments, the fuel cell system according to the present invention is mounted on the fuel cell vehicle. However, the present invention is applied to various mobile bodies (robots, ships, airplanes, etc.) other than the fuel cell vehicle. Such a fuel cell system can also be mounted. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for a building (house, building, etc.).

１…燃料電池システム、２…燃料電池、６…制御装置（排水制御手段）、３０…カソード排出管、３０ｂ…カソード排出管の湾曲部、３０ｆ…カソード排出管の入口、３１…エアコンプレッサ（排水手段）、３５…バイパス流路（排水手段）、３６…バイパス弁（排水手段）、３７…ヒータ（加熱手段）、４０…アノード排出管。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 6 ... Control apparatus (drainage control means), 30 ... Cathode discharge pipe, 30b ... Curved part of cathode discharge pipe, 30f ... Entrance of cathode discharge pipe, 31 ... Air compressor (drainage) Means), 35 ... Bypass passage (drainage means), 36 ... Bypass valve (drainage means), 37 ... Heater (heating means), 40 ... Anode discharge pipe.

Claims

A fuel cell, a cathode discharge pipe for allowing gas and moisture discharged from the cathode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge to the outside from the downstream outlet, and moisture remaining in the cathode discharge pipe Drainage means for forcibly discharging the gas to the outside, an atmospheric pressure sensor, and a cathode pressure sensor for detecting the pressure in the vicinity of the inlet of the cathode discharge pipe, and at least a part of the cathode discharge pipe is U-shaped. curved, this lowermost position of the bending portion is disposed vertically below the said fuel cell, moisture discharged from the fuel cell is a fuel cell system that will be configured for storing in said curved portion ,
The pressure loss of the cathode discharge pipe is calculated from the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor and the pressure detected by the cathode pressure sensor, and the fuel cell system is based on the calculated pressure loss cycle of the cathode discharge pipe And a drainage control means for controlling the drainage means based on the detected tilt state .
Fuel cell system.

A fuel cell, a cathode discharge pipe for allowing gas and moisture discharged from the cathode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge to the outside from the downstream outlet, and moisture remaining in the cathode discharge pipe A drain means for forcibly discharging the gas to the outside, an anode discharge pipe for allowing the gas discharged from the anode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge from the downstream outlet, and the anode discharge pipe a purge valve that is, the anode pressure sensor for detecting the pressure of the gas upstream of the purge valve of the anode exhaust pipe, a fuel cell system Ru provided with,
At least a part of the cathode discharge pipe is curved in a U-shape, and the lowest position of the curved portion is disposed below the fuel cell in the vertical direction, so that water discharged from the fuel cell is placed in the curved portion. And when the outlet of the anode discharge pipe is connected to the curved portion of the cathode discharge pipe and moisture discharged from the fuel cell is stored in the curved portion, the pressure loss of the cathode discharge pipe increases. Configured to increase the pressure loss of the anode discharge pipe ,
When the pressure loss of the anode discharge pipe increases and the pressure detected by the anode pressure sensor exceeds a predetermined threshold, the purge valve is opened and gas discharge from the anode discharge pipe to the cathode discharge pipe is allowed. while being, the purge valve is closed when the pressure detected by the anode pressure sensor the pressure loss of the anode discharge pipe is reduced is below the threshold value from the anode exhaust pipe to the cathode discharge pipe Gas discharge is blocked , thereby configuring the gas discharge time from the anode discharge pipe to the cathode discharge pipe to be proportional to the pressure loss of the anode discharge pipe;
A fuel cell system comprising drainage control means for controlling the drainage means based on a gas discharge time from the anode discharge pipe to the cathode discharge pipe.

The curved portion is provided near the entrance of the cathode discharge pipe.
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .

A fuel cell, a cathode discharge pipe for allowing gas and moisture discharged from the cathode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge to the outside from the downstream outlet, and moisture remaining in the cathode discharge pipe Drainage means for forcibly discharging the gas to the outside, an atmospheric pressure sensor, and a cathode pressure sensor for detecting the pressure in the vicinity of the inlet of the cathode discharge pipe, and at least a part of the cathode discharge pipe is U-shaped. A control method for a fuel cell system, which is configured to be bent, wherein a lowermost position of the bent portion is disposed vertically below the fuel cell, and water discharged from the fuel cell is stored in the bent portion. Because
The pressure loss of the cathode discharge pipe is calculated from the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor and the pressure detected by the cathode pressure sensor, and the fuel cell system is based on the calculated pressure loss cycle of the cathode discharge pipe Including a drainage control step of detecting the tilt state of the and controlling the drainage means based on the detected tilt state ,
Control method of fuel cell system.

A fuel cell, a cathode discharge pipe for allowing gas and moisture discharged from the cathode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge to the outside from the downstream outlet, and moisture remaining in the cathode discharge pipe A drain means for forcibly discharging the gas to the outside, an anode discharge pipe for allowing the gas discharged from the anode electrode of the fuel cell to flow from the upstream inlet and discharge from the downstream outlet, and the anode discharge pipe And an anode pressure sensor for detecting the pressure of the gas upstream of the purge valve of the anode discharge pipe, at least a part of the cathode discharge pipe is curved in a U-shape, lowest position is located vertically below the said fuel cell, moisture discharged from the fuel cell is stored in the bending portion, the anode exhaust pipe When the outlet is connected to the curved portion of the cathode discharge pipe and moisture discharged from the fuel cell is stored in the curved portion, the pressure loss of the cathode discharge pipe increases and the pressure loss of the anode discharge pipe also increases. is configured increasing, said purge valve when the pressure measured by the pressure loss detected by the anode pressure sensor increases the anode discharge pipe exceeds a predetermined threshold value is set to the open state the cathode exhaust from the anode exhaust pipe while the gas discharge to the tube is allowed, the anode exhaust pipe the purge valve is closed when the pressure measured by the pressure loss detected by the reduced anode pressure sensor of the anode discharge pipe is below the threshold value gas discharge to the cathode discharge pipe is prevented from Thereby, from the anode exhaust pipe to the cathode discharge pipe gas A method of controlling a fuel cell system as ejection period is proportional to the pressure loss of the anode discharge pipe,
A control method for a fuel cell system, comprising a drainage control step of controlling the drainage means based on a gas discharge time from the anode discharge pipe to the cathode discharge pipe.