JP5737158B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by causing an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas.

従来、燃料電池システムに必要な熱量を供給するために、燃料電池に通常運転時よりも発電効率の低い運転（以下、低効率発電という）を行わせることで、燃料電池から放出される熱を増加させる燃料電池システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の従来技術によれば、燃料電池からの排熱を吸収する冷却水の温度を上昇させることができるので、燃料電池の暖機や燃料電池が搭載された燃料電池車両の車室内の暖房を行うことが可能となる。   Conventionally, in order to supply the amount of heat required for the fuel cell system, the fuel cell is operated with lower power generation efficiency than during normal operation (hereinafter referred to as low efficiency power generation), thereby reducing the heat released from the fuel cell. A fuel cell system to be increased is disclosed (for example, see Patent Document 1). According to the prior art described in Patent Document 1, the temperature of the cooling water that absorbs the exhaust heat from the fuel cell can be raised. Therefore, the warm-up of the fuel cell and the fuel cell vehicle on which the fuel cell is mounted It becomes possible to heat the passenger compartment.

具体的には、燃料電池で低効率発電を行う際には、空気のストイキ比を通常運転時より小さく設定する。これにより、水素と酸素との反応によって取り出せるエネルギーのうち、電力損失分（すなわち熱損失分）が積極的に増大されるため、燃料電池から放出される熱を増加させることができる。   Specifically, when low-efficiency power generation is performed with a fuel cell, the stoichiometric ratio of air is set smaller than that during normal operation. Thereby, among the energy that can be extracted by the reaction between hydrogen and oxygen, the amount of power loss (that is, the amount of heat loss) is positively increased, so that the heat released from the fuel cell can be increased.

特許４４５８１２６号公報Japanese Patent No. 4458126

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、空気のストイキ比を小さくして、燃料電池に供給される空気流量を低減すると、燃料電池を構成する各単セル（以下、セルともいう）に供給される空気の流量にバラツキが生じる。ここで、各セルに供給される空気流量にバラツキが生じることの要因としては、各セル間の固体差もあるが、それに加え、空気のストイキ比を小さくした場合、セルから生成水が排出され難くなるため、さらに各セルに供給される空気流量のバラツキが加速されることが知られている。   However, in the conventional technique described in Patent Document 1, when the stoichiometric ratio of air is reduced to reduce the flow rate of air supplied to the fuel cell, each single cell (hereinafter also referred to as a cell) constituting the fuel cell. Variations occur in the flow rate of the supplied air. Here, as a factor of variation in the air flow rate supplied to each cell, there is a difference in solids between the cells, but in addition to this, when the stoichiometric ratio of air is reduced, the generated water is discharged from the cell. Since it becomes difficult, it is known that the variation in the air flow rate supplied to each cell is further accelerated.

そして、各セル間で空気の分配にバラツキが生じると、供給される空気流量が少ないセルの電圧が低下するので、各セル間で電圧にバラツキが生じ、ひいては各セル間の発熱量にバラツキが生じる虞がある。   If the air distribution varies among the cells, the voltage of the cell with a small flow rate of air supplied decreases, resulting in a variation in the voltage between the cells, and thus a variation in the amount of heat generated between the cells. May occur.

このような、各セル間で電圧および発熱量のバラツキが生じると、各セル間で寿命にバラツキが生じ、燃料電池スタック全体としての寿命（耐久性）が低下するという問題がある。   When such variations in voltage and heat generation occur between the cells, there is a problem that the lifetime varies between the cells, and the lifetime (durability) of the entire fuel cell stack is reduced.

これに対し、空気のストイキ比を大きくして、各セルに供給される空気流量を増加させる手法が考えられる。これによれば、セル内に滞留した生成水を排出して、各セルに供給される空気流量のバラツキを低減することはできるが、空気のストイキ比を大きくしているので、低効率発電を行うことができない、すなわち通常運転になってしまい、システムに必要な熱量を供給することができない。   On the other hand, a method for increasing the air stoichiometric ratio and increasing the flow rate of air supplied to each cell is conceivable. According to this, the generated water staying in the cell can be discharged and the variation in the air flow rate supplied to each cell can be reduced. However, since the stoichiometric ratio of air is increased, low-efficiency power generation is achieved. It cannot be performed, that is, it becomes a normal operation, and the amount of heat necessary for the system cannot be supplied.

本発明は上記点に鑑みて、各セル間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することができる燃料電池システムを供給することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of supplying a necessary amount of heat to the system while suppressing variations in voltage between cells.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、燃料電池（２）の発電効率を第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムにおいて、
酸化剤ガスを燃料電池（２）に供給する酸化剤ガス供給流路（４０）と、
燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入可能な再循環流路（４５）と、
燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段（４６、７０）と、
酸化剤ガス供給流路（４０）を流れる酸化剤ガスの流量に対する、再循環流路（４５）を流れるオフ酸化剤ガスの流量の比である循環比を調整する循環比調整手段（４６、７０）とを備え、
再循環量制御手段（４６、７０）は、低効率運転モード時に、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させ、
循環比調整手段（４６、７０）は、燃料電池（２）の温度が低い程、循環比を増加させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell (2) that generates electricity by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas is provided, and the power generation efficiency of the fuel cell (2) is the first. In the fuel cell system configured to be switchable between a normal operation mode for efficiency and a low efficiency operation mode for which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency,
An oxidant gas supply channel (40) for supplying oxidant gas to the fuel cell (2);
A recirculation flow path (45) capable of mixing at least part of the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Recirculation amount control means (46, 70) for controlling the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Circulation ratio adjusting means (46, 70) for adjusting a circulation ratio which is a ratio of a flow rate of the off-oxidant gas flowing in the recirculation flow channel (45) to a flow rate of the oxidant gas flowing in the oxidant gas supply flow channel (40). )
The recirculation amount control means (46, 70) mixes at least a part of the off-oxidant gas into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) in the low efficiency operation mode,
The circulation ratio adjusting means (46, 70) is characterized by increasing the circulation ratio as the temperature of the fuel cell (2) is lower .

これによれば、低効率運転モード時に、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに、再循環流路（４５）からオフ酸化剤ガスを混入させることで、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量を変えることなく、燃料電池（２）に供給するガスの総流量を増加させ、燃料電池（２）のセル（２００）内に滞留した生成水を排出させることができる。これにより、各セル（２）に供給される酸化剤ガス流量のバラツキを低減できるので、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制できる。 According to this, in the low-efficiency operation mode, the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) is mixed with the off-oxidant gas from the recirculation flow path (45), thereby supplying the fuel cell (2). Without changing the flow rate of the oxidant gas, the total flow rate of the gas supplied to the fuel cell (2) can be increased, and the generated water staying in the cell (200) of the fuel cell (2) can be discharged. Thereby, since variation in the flow rate of the oxidant gas supplied to each cell (2) can be reduced, variation in voltage between the cells (200) can be suppressed.

このとき、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量は増加しないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。   At this time, since the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) does not increase, the low-efficiency operation mode can be maintained and the amount of heat necessary for the system can be supplied.

したがって、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。   Therefore, it is possible to supply the amount of heat necessary for the system while suppressing variations in voltage between the cells (200).

なお、本発明における「オフ酸化剤ガスの流量を制御する」とはオフ酸化剤ガスの流量を調整するだけを意味するものではなく、酸化剤ガスの流量をゼロにする、すなわち燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスにオフ酸化剤ガスを混入させないことも含む意味である。   In the present invention, “controlling the flow rate of the off-oxidant gas” does not only mean adjusting the flow rate of the off-oxidant gas, but makes the flow rate of the oxidant gas zero, that is, the fuel cell (2 This also means that the off-oxidant gas is not mixed into the oxidant gas supplied to (3).

ところで、燃料電池（２）の温度が低い程、燃料電池（２）のセル（２００）の内部に生成水が滞留し易い。このため、請求項１に記載の発明では、燃料電池（２）の温度が低い程、上述した循環比を増加させることで、燃料電池（２）のセル（２００）の内部に生成水が滞留し易い場合に、燃料電池（２）に供給される総ガス流量を増加させることができる。これにより、燃料電池（２）のセル（２００）内に滞留した生成水をより確実に排出させることができるので、各セル（２００）間での電圧のバラツキをより確実に抑制することが可能となる。 By the way, the lower the temperature of the fuel cell (2), the more easily the generated water stays inside the cell (200) of the fuel cell (2). For this reason, in the invention described in claim 1, the lower the temperature of the fuel cell (2), the more the circulating ratio is increased, whereby the generated water stays inside the cell (200) of the fuel cell (2). When it is easy to do, the total gas flow supplied to a fuel cell (2) can be increased. Thereby, since the produced water staying in the cell (200) of the fuel cell (2) can be discharged more reliably, it is possible to more reliably suppress the voltage variation between the cells (200). It becomes.

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、再循環流路（４５）は、酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、再循環量制御手段は、再循環流路（４５）を流通するオフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁（４６）を有して構成されていることを特徴とする。 Further, in the invention according to claim 2, in the fuel cell system according to claim 1, the recirculation channel (45) is connected to the oxidant gas supply channel (40), recirculation amount control The means is characterized by having a flow rate adjusting valve (46) for adjusting the flow rate of the off-oxidant gas flowing through the recirculation flow path (45).

これによれば、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整することが可能となる。   According to this, it becomes possible to adjust the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2).

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、再循環流路（４５）は、酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、再循環量制御手段は、酸化剤ガス供給流路（４０）における再循環流路（４５）との接続点に設けられ、ノズルから酸化剤ガスを噴射することでオフ酸化剤ガスを吸引し、酸化剤ガスとオフ酸化剤ガスとを混合して吐出するエジェクタ（４９）と、再循環流路（４５）を流通するオフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁（４６）とを有して構成されていることを特徴とする。 Further, in the invention according to claim 3, in the fuel cell system according to claim 1, the recirculation channel (45) is connected to the oxidant gas supply channel (40), recirculation amount control The means is provided at a connection point of the oxidant gas supply flow path (40) with the recirculation flow path (45), and sucks off the oxidant gas by injecting the oxidant gas from the nozzle. An ejector (49) that mixes and discharges off-oxidant gas and a flow rate adjustment valve (46) that adjusts the flow rate of off-oxidant gas flowing through the recirculation flow path (45) are configured. It is characterized by being.

これによれば、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるとともに、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整する構成を、容易かつ確実に実現することが可能となる。   According to this, at least a part of the off-oxidant gas is mixed in the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) and the flow rate of the off-oxidant gas mixed in the oxidant gas supplied to the fuel cell (2). It is possible to easily and reliably realize a configuration for adjusting the angle.

また、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、再循環流路（４５）は、酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、再循環量制御手段は、オフ酸化剤ガスを再循環流路（４５）に循環させる循環ポンプ（７０）を有して構成されていることを特徴とする。
これによれば、循環ポンプ（７０）の作動量（オフ酸化剤ガス圧送能力）を調整することで、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整することができる。なお、循環ポンプ（７０）を停止させることで、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスにオフ酸化剤ガスを混入させないようにもできる。
したがって、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるとともに、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整する構成を、容易かつ確実に実現することが可能となる。
また、請求項５に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、燃料電池（２）の発電効率を第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムにおいて、
酸化剤ガスを燃料電池（２）に供給する酸化剤ガス供給流路（４０）と、
燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入可能な再循環流路（４５）と、
燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段（４９）とを備え、
再循環流路（４５）は、酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、
再循環量制御手段は、酸化剤ガス供給流路（４０）における再循環流路（４５）との接続点に設けられ、通路面積を調整可能な可変ノズルから酸化剤ガスを噴射することでオフ酸化剤ガスを吸引し、酸化剤ガスとオフ酸化剤ガスとを混合して吐出するエジェクタ（４９）を有して構成されており、
再循環量制御手段（４９）は、低効率運転モード時に、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first aspect, the recirculation flow path (45) is connected to the oxidant gas supply flow path (40), and the recirculation amount control is performed. The means is characterized by having a circulation pump (70) for circulating off-oxidant gas to the recirculation flow path (45).
According to this, the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) is adjusted by adjusting the operation amount (off-oxidant gas pressure feeding capacity) of the circulation pump (70). be able to. Note that the off-oxidant gas can be prevented from being mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) by stopping the circulation pump (70).
Therefore, at least a part of the off-oxidant gas is mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2), and the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) is adjusted. The configuration can be easily and reliably realized.
Further, the invention according to claim 5 includes a fuel cell (2) for generating electricity by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas, and a normal operation in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is the first efficiency. In a fuel cell system configured to be able to switch between a mode and a low efficiency operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency,
An oxidant gas supply channel (40) for supplying oxidant gas to the fuel cell (2) ;
A recirculation flow path (45) capable of mixing at least part of the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Recirculation amount control means (49) for controlling the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2),
The recirculation flow path (45) is connected to the oxidant gas supply flow path (40),
The recirculation amount control means is provided at the connection point of the oxidant gas supply flow path (40) with the recirculation flow path (45), and is turned off by injecting the oxidant gas from a variable nozzle whose passage area can be adjusted. It has an ejector (49) that sucks the oxidant gas and mixes and discharges the oxidant gas and the off-oxidant gas .
The recirculation amount control means (49) is characterized in that at least a part of the off-oxidant gas is mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) in the low efficiency operation mode .

これによれば、請求項１に記載の発明と同様に、低効率運転モード時に、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに、再循環流路（４５）からオフ酸化剤ガスを混入させることで、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量を変えることなく、燃料電池（２）に供給するガスの総流量を増加させ、燃料電池（２）のセル（２００）内に滞留した生成水を排出させることができる。これにより、各セル（２）に供給される酸化剤ガス流量のバラツキを低減できるので、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制できる。
このとき、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量は増加しないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。したがって、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。
さらに、請求項５に記載の発明では、通路面積を調整可能な可変ノズルを備えるエジェクタ（４９）を用いて再循環量制御手段を構成しているので、再循環流路（４５）を流通するオフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁を別途設けることなく、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整することが可能となる。 According to this, as in the first aspect of the invention, the off-oxidant gas is mixed from the recirculation flow path (45) into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) in the low-efficiency operation mode. Thus, without changing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2), the total flow rate of the gas supplied to the fuel cell (2) is increased and stays in the cell (200) of the fuel cell (2). Generated water can be discharged. Thereby, since variation in the flow rate of the oxidant gas supplied to each cell (2) can be reduced, variation in voltage between the cells (200) can be suppressed.
At this time, since the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) does not increase, the low-efficiency operation mode can be maintained and the amount of heat necessary for the system can be supplied. Therefore, it is possible to supply the amount of heat necessary for the system while suppressing variations in voltage between the cells (200).
Furthermore, in the invention described in claim 5, since the recirculation amount control means is configured using the ejector (49) having a variable nozzle capable of adjusting the passage area, the recirculation flow path (45) is circulated. It is possible to adjust the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) without separately providing a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the off-oxidant gas.

また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、再循環流路（４５）には、気体と液体とを分離して液体を回収する気液分離器（７２）が設けられていることを特徴とする。 Further, in the invention according to claim 6, collecting in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, the recirculation channel (45), the liquid and separating the gas and liquid A gas-liquid separator (72) is provided.

燃料電池（２）から排出されたオフ酸化剤ガスには、生成水等の液体が含まれる場合がある。燃料電池（２）にオフ酸化剤ガスを循環供給する際に、当該液体が燃料電池（２）に流入すると、各セル（２００）に供給される酸化剤ガス流量のバラツキを増大させる可能性がある。   The off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) may contain a liquid such as produced water. When the off-oxidant gas is circulated and supplied to the fuel cell (2), if the liquid flows into the fuel cell (2), there is a possibility of increasing the variation in the flow rate of the oxidant gas supplied to each cell (200). is there.

これに対し、再循環流路（４５）に気液分離器（７２）を設けることで、オフ酸化剤ガスに含まれる液体を分離回収することができるので、液体が燃料電池（２）に流入することにより各セル（２００）に供給される酸化剤ガス流量のバラツキが増大することを抑制できる。   On the other hand, since the liquid contained in the off-oxidant gas can be separated and recovered by providing the gas-liquid separator (72) in the recirculation flow path (45), the liquid flows into the fuel cell (2). By doing so, it is possible to suppress an increase in variation in the flow rate of the oxidant gas supplied to each cell (200).

また、請求項７に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、燃料電池（２）の発電効率を第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムにおいて、
燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入可能な再循環流路（４５）と、
燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段（４６、７０）と、
燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスが流通するオフ酸化剤ガス流路（４１）とを備え、
オフ酸化剤ガス流路（４１）の鉛直方向上方側に、再循環流路（４５）の入口側が接続されており、
再循環量制御手段（４６、７０）は、低効率運転モード時に、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに混入させることを特徴とする。 Further, the invention according to claim 7 includes a fuel cell (2) that generates electricity by electrochemically reacting an oxidant gas and a fuel gas, and a normal operation in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is the first efficiency. In a fuel cell system configured to be able to switch between a mode and a low efficiency operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency,
A recirculation flow path (45) capable of mixing at least part of the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Recirculation amount control means (46, 70) for controlling the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
With off oxidizing gas channel off oxidizing gas discharged from the fuel cell (2) flows and (41),
The inlet side of the recirculation channel (45) is connected to the upper side in the vertical direction of the off-oxidant gas channel (41) ,
The recirculation amount control means (46, 70) is characterized in that at least a part of the off-oxidant gas is mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) in the low efficiency operation mode .

これによれば、請求項１、５に記載の発明と同様に、低効率運転モード時に、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに、再循環流路（４５）からオフ酸化剤ガスを混入させることで、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量を変えることなく、燃料電池（２）に供給するガスの総流量を増加させ、燃料電池（２）のセル（２００）内に滞留した生成水を排出させることができる。これにより、各セル（２）に供給される酸化剤ガス流量のバラツキを低減できるので、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制できる。
このとき、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量は増加しないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。したがって、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。
さらに、請求項７に記載の発明では、燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスが流通するオフ酸化剤ガス流路（４１）の鉛直方向上方側に、再循環流路（４５）の入口側を接続しているので、オフ酸化剤ガスに含まれる液体が再循環流路（４５）に流入することを抑制できる。このため、液体が燃料電池（２）に流入することにより各セル（２００）に供給される酸化剤ガス流量のバラツキが増大することを抑制できる。 According to this, as in the first and fifth aspects of the invention, off-oxidant gas is supplied from the recirculation flow path (45) to the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) in the low-efficiency operation mode. By mixing, the total flow rate of the gas supplied to the fuel cell (2) is increased without changing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2), and the inside of the cell (200) of the fuel cell (2) is increased. The product water staying in the water can be discharged. Thereby, since variation in the flow rate of the oxidant gas supplied to each cell (2) can be reduced, variation in voltage between the cells (200) can be suppressed.
At this time, since the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) does not increase, the low-efficiency operation mode can be maintained and the amount of heat necessary for the system can be supplied. Therefore, it is possible to supply the amount of heat necessary for the system while suppressing variations in voltage between the cells (200).
Furthermore, in the invention described in claim 7, the recirculation flow path (45) is provided on the upper side in the vertical direction of the off-oxidant gas flow path (41) through which the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) flows. Therefore, it is possible to suppress the liquid contained in the off-oxidant gas from flowing into the recirculation flow path (45). For this reason, it can suppress that the dispersion | variation in the oxidant gas flow volume supplied to each cell (200) increases when a liquid flows in into a fuel cell (2).

また、請求項８に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、燃料電池（２）の発電効率を第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムにおいて、
燃料電池（２）に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段（８１）と、
燃料電池（２）に供給する不活性ガスの流量を制御する不活性ガス流量制御手段（８２）と、
燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量に対する、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量および燃料電池（２）に供給する不活性ガスの流量の合計流量の比である供給ガス比を調整する供給ガス比調整手段（８２）とを備え、
不活性ガス量制御手段（８２）は、低効率運転モード時に、不活性ガスを燃料電池（２）に供給し、
供給ガス比調整手段（８２）は、燃料電池（２）の温度が低い程、供給ガス比を増加させることを特徴とする。 Further, the invention according to claim 8 is provided with a fuel cell (2) that generates electricity by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas, and a normal operation in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is the first efficiency. In a fuel cell system configured to be able to switch between a mode and a low efficiency operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency,
An inert gas supply means (81) for supplying an inert gas to the fuel cell (2);
An inert gas flow rate control means (82) for controlling the flow rate of the inert gas supplied to the fuel cell (2) ;
Supply that is the ratio of the total flow rate of the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) and the flow rate of the inert gas supplied to the fuel cell (2) to the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) Supply gas ratio adjusting means (82) for adjusting the gas ratio,
The inert gas amount control means (82) supplies the inert gas to the fuel cell (2) in the low efficiency operation mode ,
The supply gas ratio adjusting means (82) increases the supply gas ratio as the temperature of the fuel cell (2) is lower .

これによれば、低効率運転モード時に、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに、酸化剤ガスおよび燃料ガスの双方以外のガスである不活性ガスを混入させることで、請求項１、５、７に記載の発明と同様に、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量を変えることなく、燃料電池（２）に供給するガスの総流量を増加させ、燃料電池（２）のセル（２００）内に滞留した生成水を排出させることができる。これにより、各セル（２）に供給される酸化剤ガス流量のバラツキを低減できるので、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制できる。
このとき、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量は増加しないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。したがって、各セル（２００）間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。
ところで、燃料電池（２）の温度が低い程、燃料電池（２）のセル（２００）の内部に生成水が滞留し易い。このことに鑑みて、請求項８に記載の発明では、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量に対する、燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスの流量および燃料電池（２）に供給する不活性ガスの流量の合計流量の比である供給ガス比を、供給ガス比調整手段（８２）により燃料電池（２）の温度が低い程、増加させる。
これにより、請求項８に記載の発明では、燃料電池（２）の温度が低くて燃料電池（２）のセル（２００）内部に生成水が滞留しやすい場合に、セル（２００）内に滞留した生成水をより確実に排出させることができるので、各セル（２００）間での電圧のバラツキをより確実に抑制することが可能となる。 According to this, in the low-efficiency operation mode, the inert gas, which is a gas other than both the oxidant gas and the fuel gas, is mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) . As in the inventions described in 5 and 7, the total flow rate of the gas supplied to the fuel cell (2) is increased without changing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2), and the fuel cell (2) The generated water staying in the cell (200) can be discharged. Thereby, since variation in the flow rate of the oxidant gas supplied to each cell (2) can be reduced, variation in voltage between the cells (200) can be suppressed.
At this time, since the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) does not increase, the low-efficiency operation mode can be maintained and the amount of heat necessary for the system can be supplied. Therefore, it is possible to supply the amount of heat necessary for the system while suppressing variations in voltage between the cells (200).
By the way, the lower the temperature of the fuel cell (2), the more easily the generated water stays inside the cell (200) of the fuel cell (2). In view of this, in the invention described in claim 8, the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) relative to the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) and the fuel cell (2) The supply gas ratio, which is the ratio of the total flow rate of the inert gas supplied, is increased by the supply gas ratio adjusting means (82) as the temperature of the fuel cell (2) is lower.
Accordingly, in the invention described in claim 8, when the temperature of the fuel cell (2) is low and the generated water tends to stay inside the cell (200) of the fuel cell (2), the water stays in the cell (200). Since the generated water can be discharged more reliably, it is possible to more reliably suppress voltage variations between the cells (200).

なお、本発明における「不活性ガスの流量を制御する」とは、不活性ガスの流量を調整するだけを意味するものではなく、不活性ガスの流量をゼロにする、すなわち燃料電池（２）に供給する酸化剤ガスに不活性ガスを混入させないことも含む意味である。   In the present invention, “controlling the flow rate of the inert gas” does not only mean adjusting the flow rate of the inert gas, but makes the flow rate of the inert gas zero, that is, the fuel cell (2). It also means that an inert gas is not mixed into the oxidant gas supplied to.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第１実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system according to a first embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池システムの電気制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric control part of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池システムの低効率運転モード時の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing at the time of the low efficiency operation mode of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 燃料電池２の温度とカソード循環比との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the temperature of the fuel cell 2, and a cathode circulation ratio. 第４実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment. 第５実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the fuel cell system which concerns on 5th Embodiment. 図８のＡ部拡大図である。It is the A section enlarged view of FIG. 第６実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the fuel cell system concerning a 6th embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本第１実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。この燃料電池システム１は、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system according to the first embodiment. The fuel cell system 1 is applied to a so-called fuel cell vehicle, which is a kind of electric vehicle, and supplies electric power to an electric load such as an electric motor for vehicle travel.

図１に示すように、燃料電池システム１は、空気（酸化剤ガス）と水素（燃料ガス）との電気化学反応により電力を発生する燃料電池２を備えている。燃料電池２、水素極（以下、アノードという）と酸素極（以下、カソードという）とを備えた単セル２００を、複数枚積層したスタック状に構成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates electric power by an electrochemical reaction between air (oxidant gas) and hydrogen (fuel gas). The fuel cell 2, a single electrode 200 including a hydrogen electrode (hereinafter referred to as an anode) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as a cathode) are stacked to form a stack.

単セル２００は、セパレータ、アノード、電解質膜、カソード、セパレータを順に重ね合わせて構成され、セパレータには水素ガス、空気の流路がそれぞれ設けられている。こうした流路は、積層して隣接する単セル２００間で連通しており、外部から燃料電池２へ供給される水素ガスおよび空気は、各単セル２００のアノード、カソードのそれぞれに行き渡る。なお、セパレータには、水素ガス、空気の他、燃料電池２を冷却するための冷却水の流路も設けられており、外部から供給された冷却水は燃料電池２内を循環している。   The single cell 200 is configured by sequentially stacking a separator, an anode, an electrolyte membrane, a cathode, and a separator, and the separator is provided with hydrogen gas and air flow paths, respectively. Such flow paths are stacked and communicated between adjacent unit cells 200, and hydrogen gas and air supplied from the outside to the fuel cell 2 reach the anode and cathode of each unit cell 200. The separator is provided with a flow path of cooling water for cooling the fuel cell 2 in addition to hydrogen gas and air, and the cooling water supplied from the outside circulates in the fuel cell 2.

各単セル２００内のアノードに供給された水素ガスは、アノードを構成する触媒層の触媒作用を受けて水素イオンを発生する。この水素イオンは、電解質膜をカソード側へ透過し、カソードに供給された空気中の酸素と反応する。この電気化学反応により、単セル２００は発電する。燃料電池２は、こうした単セル２００を複数直列に接続することで、高い電力を出力している。なお、本実施形態では、電解質膜に固体高分子膜を使用している。電解質膜は、所定範囲の湿潤状態で良好に作用する。   The hydrogen gas supplied to the anode in each single cell 200 generates hydrogen ions under the catalytic action of the catalyst layer constituting the anode. The hydrogen ions permeate the electrolyte membrane to the cathode side and react with oxygen in the air supplied to the cathode. By this electrochemical reaction, the single cell 200 generates electricity. The fuel cell 2 outputs high power by connecting a plurality of such single cells 200 in series. In the present embodiment, a solid polymer membrane is used as the electrolyte membrane. The electrolyte membrane works well in a predetermined range of wet conditions.

燃料電池２にて生じた直流の電力の一部は、第１インバータ（図示せず）を介して交流電流に変換されて車両走行用電動モータ２１等の各種電気負荷に供給される。また、燃料電池２にて生じた直流の電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）によって昇降圧され、電力貯蔵手段である二次電池２２に充電される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇降圧された電力の一部は、第２インバータ（図示せず）を介して交流電流に変換されて、後述する空気ポンプ４２の空気ポンプ用電動モータ２３に供給される。   A part of the direct-current power generated in the fuel cell 2 is converted into an alternating current through a first inverter (not shown) and supplied to various electric loads such as the vehicle running electric motor 21. Further, a part of the direct-current power generated in the fuel cell 2 is stepped up / down by a DC / DC converter (not shown), and is charged in the secondary battery 22 which is power storage means. Further, a part of the electric power stepped up / down by the DC / DC converter is converted into an alternating current through a second inverter (not shown) and supplied to the air pump electric motor 23 of the air pump 42 described later. The

なお、本実施形態の燃料電池車両は、減速時や降坂時に車両走行用電動モータ２１等を用いて回生制動を行わせ、回生制動により得られる回生電力を二次電池２２に蓄えられるようになっている。   The fuel cell vehicle according to the present embodiment causes regenerative braking using the vehicle running electric motor 21 or the like when decelerating or downhill so that regenerative power obtained by regenerative braking can be stored in the secondary battery 22. It has become.

燃料電池２には、各単セル２００に水素を供給するための水素供給配管３０、および各単セルの内部に存する生成水や窒素を未反応水素と共に燃料電池２の外部に排出する水素排出配管３１が接続されている。   The fuel cell 2 includes a hydrogen supply pipe 30 for supplying hydrogen to each unit cell 200, and a hydrogen discharge pipe for discharging generated water and nitrogen existing inside each unit cell to the outside of the fuel cell 2 together with unreacted hydrogen. 31 is connected.

水素供給配管３０には、その最上流部に、高圧水素が充填された高圧水素タンク３２ａ、３２ｂが設けられている。高圧水素タンク３２ａ、３２ｂの水素出口側には、シャットバルブ３３ａ、３３ｂが設けられている。シャットバルブ３３ａ、３３ｂは、後述する制御装置６から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。   The hydrogen supply pipe 30 is provided with high-pressure hydrogen tanks 32 a and 32 b filled with high-pressure hydrogen at the most upstream part. Shut valves 33a and 33b are provided on the hydrogen outlet side of the high-pressure hydrogen tanks 32a and 32b. The operation of the shut valves 33a and 33b is controlled in accordance with a control signal output from the control device 6 described later.

水素供給配管３０におけるシャットバルブ３３ａ、３３ｂと燃料電池２との間には、燃料電池２に供給される水素の圧力を所定の圧力に調整可能な水素調圧バルブ３４が設けられている。水素調圧バルブ３４は、後述する制御装置６から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。   Between the shut valves 33 a and 33 b and the fuel cell 2 in the hydrogen supply pipe 30, a hydrogen pressure regulating valve 34 capable of adjusting the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell 2 to a predetermined pressure is provided. The operation of the hydrogen pressure regulating valve 34 is controlled in accordance with a control signal output from the control device 6 described later.

水素供給配管３０におけるシャットバルブ３３ａ、３３ｂと水素調圧バルブ３４との間には、水素循環用エジェクタ３５が設けられている。水素排出配管３１の出口側は、水素循環用エジェクタ３５に接続されている。   A hydrogen circulation ejector 35 is provided between the shut valves 33 a and 33 b and the hydrogen pressure regulating valve 34 in the hydrogen supply pipe 30. The outlet side of the hydrogen discharge pipe 31 is connected to the hydrogen circulation ejector 35.

水素循環用エジェクタ３５は、水素タンク３２ａ、３２ｂから水素供給配管３０上に供給された水素ガスの流れを駆動流として、燃料電池２から排出されたオフガス（アノードオフガス）を水素排出配管３１内から吸い込み、オフガスを再度燃料電池２に循環する循環手段である。燃料電池２に供給された水素ガスは電気化学反応により消費されるが、その一部が消費されずに燃料電池２から排出される場合がある。水素循環用エジェクタ３５によりオフガスを再度、燃料電池２へ供給することで、電気化学反応に使用されずに排出された水素を有効に利用している。   The hydrogen circulation ejector 35 uses the flow of hydrogen gas supplied from the hydrogen tanks 32 a and 32 b to the hydrogen supply pipe 30 as a driving flow, and off-gas (anode off-gas) discharged from the fuel cell 2 from the hydrogen discharge pipe 31. This is a circulation means for sucking and circulating off-gas to the fuel cell 2 again. Although the hydrogen gas supplied to the fuel cell 2 is consumed by an electrochemical reaction, a part of the hydrogen gas may be discharged from the fuel cell 2 without being consumed. By supplying the off gas to the fuel cell 2 again by the hydrogen circulation ejector 35, the hydrogen discharged without being used in the electrochemical reaction is effectively used.

こうして燃料電池２に循環するオフガスは、電気化学反応により生成された生成水の影響などを受け、過剰な水分を含んでいることがある。水素排出配管３１上には、気液分離器３６が備えられており、オフガス中の過剰な水分を除去し、適切な状態のオフガスを水素循環用エジェクタ３５の吸い込み側に供給している。気液分離器３６には排水バルブ３６３が設けられ、気液分離器３６と排水バルブ３６３とは排出配管３６４で接続されている。気液分離器３６に溜まった水分は、排水バルブ３６３を開くことで、気液分離器３６から排出される。   The off-gas circulating in the fuel cell 2 in this way is affected by the generated water generated by the electrochemical reaction and may contain excessive moisture. A gas-liquid separator 36 is provided on the hydrogen discharge pipe 31 to remove excessive moisture in the offgas and supply an offgas in an appropriate state to the suction side of the hydrogen circulation ejector 35. The gas-liquid separator 36 is provided with a drain valve 363, and the gas-liquid separator 36 and the drain valve 363 are connected by a discharge pipe 364. The water accumulated in the gas-liquid separator 36 is discharged from the gas-liquid separator 36 by opening the drain valve 363.

また、気液分離器３６にはパージバルブ３６１が設けられ、パージバルブ３６１は後述する希釈器５１と排出配管３６２で接続されている。水素供給配管３０および水素排出配管３１を循環する排ガスには、上記の水分に加え、燃料電池２のカソードから漏れ出した窒素などの不純物が含まれている場合がある。制御装置６は、パージバルブ３６１を所定のタイミングで開弁し、こうした不純物をオフガス（水素ガス）と共に、希釈器５１へ排出している。   Further, the gas-liquid separator 36 is provided with a purge valve 361, and the purge valve 361 is connected to a diluter 51 and a discharge pipe 362, which will be described later. The exhaust gas circulating through the hydrogen supply pipe 30 and the hydrogen discharge pipe 31 may contain impurities such as nitrogen leaking from the cathode of the fuel cell 2 in addition to the above moisture. The control device 6 opens the purge valve 361 at a predetermined timing, and discharges such impurities together with off-gas (hydrogen gas) to the diluter 51.

なお、水素供給配管３０における水素調圧バルブ３４と燃料電池２との間、および水素排出配管３１における気液分離器３６と水素循環用エジェクタ３５との間には、それぞれ、各配管３０、３１内を流れる水素ガスの逆流を防止するチェックバルブ３７、３８が設けられている。また、水素排出配管３１における燃料電池２と気液分離器３６との間には、シャットバルブ３９が設けられている。   Each of the pipes 30 and 31 is provided between the hydrogen pressure regulating valve 34 and the fuel cell 2 in the hydrogen supply pipe 30 and between the gas-liquid separator 36 and the hydrogen circulation ejector 35 in the hydrogen discharge pipe 31. Check valves 37 and 38 for preventing the backflow of hydrogen gas flowing through the inside are provided. Further, a shut valve 39 is provided between the fuel cell 2 and the gas-liquid separator 36 in the hydrogen discharge pipe 31.

また、燃料電池２には、各単セル２００に空気を供給するための空気供給配管４０、および各単セルの内部に存する生成水を空気と共に燃料電池２の外部に排出する空気排出配管４１が接続されている。   Further, the fuel cell 2 has an air supply pipe 40 for supplying air to each single cell 200 and an air discharge pipe 41 for discharging generated water existing inside each single cell together with air to the outside of the fuel cell 2. It is connected.

空気供給配管４０には、燃料電池２に空気を圧送して供給する圧送手段としての空気ポンプ４２が設けられている。空気ポンプ４２は、ポンプ室を形成するケーシング内に配置された羽根車を空気ポンプ用電動モータ２３で駆動する電動式のポンプであり、制御装置６から出力される制御信号によって回転数（流量）が制御される。また、空気供給配管４０における空気ポンプ４２と燃料電池２との間には、空気中の粉塵を取り除くエアフィルタ４３が設けられている。   The air supply pipe 40 is provided with an air pump 42 as a pumping means for pumping and supplying air to the fuel cell 2. The air pump 42 is an electric pump that drives an impeller disposed in a casing forming a pump chamber with an air pump electric motor 23, and the rotation speed (flow rate) is controlled by a control signal output from the control device 6. Is controlled. An air filter 43 that removes dust in the air is provided between the air pump 42 and the fuel cell 2 in the air supply pipe 40.

空気排出配管４１には、燃料電池２の空気極側における空気の圧力（背圧）を所定の圧力に調整する空気調圧バルブ４４が設けられている。空気調圧バルブ４４は、制御装置６から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。   The air discharge pipe 41 is provided with an air pressure regulating valve 44 that adjusts the air pressure (back pressure) on the air electrode side of the fuel cell 2 to a predetermined pressure. The operation of the air pressure adjusting valve 44 is controlled in accordance with a control signal output from the control device 6.

空気排出配管４１の出口側は希釈器５１に接続されており、燃料電池２から排出されたオフガス（カソードオフガス）は、希釈器５１内で上述の不純物および水素ガスを十分に希釈し、マフラ５２を介して外部へ排出している。   The outlet side of the air discharge pipe 41 is connected to the diluter 51, and the off gas (cathode off gas) discharged from the fuel cell 2 sufficiently dilutes the above-described impurities and hydrogen gas in the diluter 51, and the muffler 52 It is discharged to the outside through.

また、空気排出配管４１における空気調圧バルブ４４の上流側には、燃料電池２から排出されたオフガスの少なくとも一部を、空気供給配管４０における空気ポンプ４２の入口側（上流側）に戻す空気循環配管４５が接続されている。   In addition, on the upstream side of the air pressure adjusting valve 44 in the air discharge pipe 41, air that returns at least a part of the off-gas discharged from the fuel cell 2 to the inlet side (upstream side) of the air pump 42 in the air supply pipe 40. A circulation pipe 45 is connected.

空気循環配管４５には、当該空気循環配管４５を開閉する開閉バルブ４６が設けられている。開閉バルブ４６は制御装置６から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。   The air circulation pipe 45 is provided with an opening / closing valve 46 for opening and closing the air circulation pipe 45. The operation of the opening / closing valve 46 is controlled in accordance with a control signal output from the control device 6.

開閉バルブ４６を開弁すると、空気排出配管４１から空気循環配管４５にカソードオフガスが流入する。一方、開閉バルブ４６を閉弁すると、空気排出配管４１から空気循環配管４５にカソードオフガスが流入しない、すなわち空気排出配管４１から空気循環配管４５に流入するカソードオフガスの流量がゼロになる。   When the on-off valve 46 is opened, the cathode off gas flows from the air discharge pipe 41 into the air circulation pipe 45. On the other hand, when the on-off valve 46 is closed, the cathode offgas does not flow from the air discharge pipe 41 to the air circulation pipe 45, that is, the cathode offgas flow rate from the air discharge pipe 41 to the air circulation pipe 45 becomes zero.

したがって、開閉バルブ４６を開閉することにより、空気循環配管４５を流通するカソードオフガスの流量を調整して、燃料電池２に供給する空気に混入させるカソードオフガスの流量を制御することができる。このため、本実施形態の開閉バルブ４６は、特許請求の範囲に記載された流量調整弁および再循環量制御手段に対応する。   Therefore, by opening / closing the opening / closing valve 46, the flow rate of the cathode offgas flowing through the air circulation pipe 45 can be adjusted, and the flow rate of the cathode offgas mixed into the air supplied to the fuel cell 2 can be controlled. For this reason, the on-off valve 46 of this embodiment corresponds to the flow rate adjustment valve and the recirculation amount control means described in the claims.

なお、本実施形態では、空気供給配管４０が酸化剤ガス供給流路を構成し、空気排出配管４１がオフ酸化剤ガス流路を構成し、空気循環配管４５が再循環流路を構成している。   In this embodiment, the air supply pipe 40 constitutes an oxidant gas supply flow path, the air discharge pipe 41 constitutes an off-oxidant gas flow path, and the air circulation pipe 45 constitutes a recirculation flow path. Yes.

以上の構成により水素ガスおよび空気の供給を受けた燃料電池２は、電気化学反応により発電する。電気化学反応は発熱反応であり、運転に伴って燃料電池２の温度は上昇する。本実施形態の燃料電池システム１は、冷却装置５３を備え、冷却水を燃料電池２内に循環させることで、燃料電池２を冷却している。   The fuel cell 2 that has been supplied with hydrogen gas and air with the above configuration generates power by an electrochemical reaction. The electrochemical reaction is an exothermic reaction, and the temperature of the fuel cell 2 increases with operation. The fuel cell system 1 of this embodiment includes a cooling device 53 and cools the fuel cell 2 by circulating cooling water into the fuel cell 2.

なお、本実施形態の燃料電池システム１は、送風機（図示せず）により送風された送風空気（空調用空気）と冷却水とを熱交換させて、送風空気を加熱するヒータコア（図示せず）を備えている。ヒータコアにて、冷却水の有する熱により送風空気を加熱することで、車室内の暖房を行うことができる。   The fuel cell system 1 of the present embodiment has a heater core (not shown) that heats the blown air by heat-exchanging blown air (air conditioning air) blown by a blower (not shown) and cooling water. It has. By heating the blown air with the heat of the cooling water in the heater core, the vehicle interior can be heated.

次に、図２により、本実施形態の電気制御部について説明する。図２は、本第１実施形態に係る燃料電池システムの電気制御部を示すブロック図である。   Next, the electric control unit of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing an electric control unit of the fuel cell system according to the first embodiment.

図２に示すように、制御装置６は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。   As shown in FIG. 2, the control device 6 is composed of a well-known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM and the like and its peripheral circuits, and performs various calculations and processes based on an air conditioning control program stored in the ROM. And control the operation of various devices connected to the output side.

制御装置６の出力側には、各種シャットバルブ３３ａ、３３ｂ、３９、各種調圧バルブ３４、４４、空気ポンプ４２、開閉バルブ４６、パージバルブ３６１等が接続されている。   Various shut valves 33a, 33b, 39, various pressure regulating valves 34, 44, an air pump 42, an opening / closing valve 46, a purge valve 361, and the like are connected to the output side of the control device 6.

また、制御装置６の入力側には、燃料電池２の出力電流を検出する電流センサ２４、燃料電池２の出力電圧を検出する電圧センサ２５、燃料電池２から排出された酸素極側オフガスの温度を検出する空気温度センサ４７、燃料電池２から排出された酸素極側オフガスの圧力を検出する圧力センサ４８、燃料電池２から流出した冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５４、外気温度を検出する外気温センサ５５等が接続されている。   Further, on the input side of the control device 6, a current sensor 24 that detects the output current of the fuel cell 2, a voltage sensor 25 that detects the output voltage of the fuel cell 2, and the temperature of the oxygen electrode side off-gas discharged from the fuel cell 2 An air temperature sensor 47 for detecting the pressure, a pressure sensor 48 for detecting the pressure of the oxygen electrode side off-gas discharged from the fuel cell 2, a cooling water temperature sensor 54 for detecting the temperature of the cooling water flowing out from the fuel cell 2, and the outside air temperature. An outside air temperature sensor 55 to be detected is connected.

なお、制御装置６は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。   The control device 6 is configured integrally with control means for controlling various control target devices connected to the output side thereof, but has a configuration (hardware and software) for controlling the operation of each control target device. ) Constitutes a control means for controlling the operation of each control target device.

ところで、本実施形態の燃料電池システム１は、通常運転モードと低効率運転モードの２つのモードが切替可能に構成されている。ここで、図３により、上記構成における本実施形態の燃料電池システムの低効率運転モード時の作動を説明する。図３は、本第１実施形態に係る燃料電池システム１の低効率運転モード時の制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、燃料電池システム１の運転モードが低効率運転モードに切り替えられるとスタートする。   By the way, the fuel cell system 1 of the present embodiment is configured to be able to switch between two modes of a normal operation mode and a low efficiency operation mode. Here, the operation in the low-efficiency operation mode of the fuel cell system of the present embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a control process in the low efficiency operation mode of the fuel cell system 1 according to the first embodiment. This control process starts when the operation mode of the fuel cell system 1 is switched to the low efficiency operation mode.

まず、ステップＳ１では、低効率運転モード時の燃料電池２の目標動作点および目標動作点における酸素ストイキ比を算出し、ステップＳ２へ進む。ここで、燃料電池２の動作点とは、走行に必要とする電力量、および、暖機および車室内の暖房に必要な燃料電池２の発熱量の双方を満足させる燃料電池２の目標電圧値および目標電流値をいう。また、酸素ストイキ比とは、燃料電池で消費される酸素量に対する燃料電池に供給する酸素量の比である。   First, in step S1, the target operating point of the fuel cell 2 in the low efficiency operation mode and the oxygen stoichiometric ratio at the target operating point are calculated, and the process proceeds to step S2. Here, the operating point of the fuel cell 2 is the target voltage value of the fuel cell 2 that satisfies both the amount of electric power required for traveling and the amount of heat generated by the fuel cell 2 required for warming up and heating the passenger compartment. And the target current value. The oxygen stoichiometric ratio is the ratio of the amount of oxygen supplied to the fuel cell to the amount of oxygen consumed by the fuel cell.

ステップＳ２では、上述した各種センサ群の検出信号を読み込み、燃料電池２の温度、燃料電池２の圧力および外気温度を取得して、ステップＳ３へ進む。具体的には、燃料電池２の温度としては、冷却水温度センサ５４により検出された冷却水温度を用いることができる。また、燃料電池２の圧力としては、圧力センサ４８により検出されたカソードオフガスの圧力を用いることができる。   In step S2, the detection signals of the various sensor groups described above are read, the temperature of the fuel cell 2, the pressure of the fuel cell 2, and the outside air temperature are acquired, and the process proceeds to step S3. Specifically, the coolant temperature detected by the coolant temperature sensor 54 can be used as the temperature of the fuel cell 2. Further, as the pressure of the fuel cell 2, the cathode off-gas pressure detected by the pressure sensor 48 can be used.

ステップＳ３では、カソードオフガスに含まれる水蒸気量を算出し、ステップＳ４へ進む。このステップＳ３では、ステップＳ２で取得した燃料電池２の温度に基づいて、予め制御装置６に記憶された制御マップを参照して、カソードオフガスに含まれる水蒸気量を推定する。   In step S3, the amount of water vapor contained in the cathode off gas is calculated, and the process proceeds to step S4. In this step S3, based on the temperature of the fuel cell 2 acquired in step S2, the amount of water vapor contained in the cathode off-gas is estimated with reference to a control map stored in advance in the control device 6.

ステップＳ４では、空気循環配管４５を介して空気ポンプ４２の入口側に戻されるカソードオフガス（以下、循環カソードオフガスという）の流量を算出し、ステップＳ５へ進む。このステップＳ４では、ステップＳ２で取得した燃料電池２の圧力に基づいて、予め制御装置６に記憶された制御マップを参照して、循環カソードオフガスの流量を推定する。   In step S4, the flow rate of cathode off gas (hereinafter referred to as circulating cathode off gas) returned to the inlet side of the air pump 42 via the air circulation pipe 45 is calculated, and the process proceeds to step S5. In this step S4, based on the pressure of the fuel cell 2 acquired in step S2, the flow rate of the circulating cathode off gas is estimated with reference to the control map stored in the control device 6 in advance.

ステップＳ５では、外気から空気供給配管４０を介して燃料電池２に流入する空気流量を算出し、ステップＳ６へ進む。このステップＳ５では、ステップＳ２で取得した外気温度に基づいて、予め制御装置６に記憶された制御マップを参照して、外気から流入する空気流量を推定する。   In step S5, the flow rate of air flowing into the fuel cell 2 from the outside air via the air supply pipe 40 is calculated, and the process proceeds to step S6. In step S5, based on the outside air temperature acquired in step S2, the flow rate of air flowing in from outside air is estimated with reference to a control map stored in the control device 6 in advance.

ステップＳ６では、ステップＳ１にて算出された酸素ストイキ比になるように、空気ポンプ４２の空気吐出能力（具体的には、回転数（ｒｐｍ））を決定する。このステップＳ６では、ステップＳ５で算出した外気から流入する空気流量等に基づいて、予め制御装置６に記憶されている制御マップを参照して、空気ポンプ４２の回転数を決定する。また、続くステップＳ７では、開閉バルブ４６を開弁することに決定する。   In step S6, the air discharge capacity (specifically, the rotational speed (rpm)) of the air pump 42 is determined so as to be the oxygen stoichiometric ratio calculated in step S1. In step S6, the rotational speed of the air pump 42 is determined with reference to a control map stored in advance in the control device 6 based on the air flow rate flowing from the outside air calculated in step S5. In the subsequent step S7, it is determined to open the opening / closing valve 46.

次に、ステップＳ８では、上述のステップＳ６、Ｓ７で決定された制御状態が得られるように、制御装置６より各種機器４２、４６に対して制御信号および制御電圧が出力される。これにより、ステップＳ１にて算出された酸素ストイキ比になるように空気ポンプ４２が作動するとともに、開閉バルブ４６が開弁されてカソードオフガスの一部が空気循環配管４５を介して空気ポンプ４２の入口側（吸入側）に戻される。このため、カソードオフガスの一部が再び燃料電池２に供給される。   Next, in step S8, a control signal and a control voltage are output from the control device 6 to the various devices 42 and 46 so that the control state determined in the above-described steps S6 and S7 is obtained. As a result, the air pump 42 is operated so as to achieve the oxygen stoichiometric ratio calculated in step S 1, and the open / close valve 46 is opened so that a part of the cathode off-gas flows through the air circulation pipe 45. Returned to the inlet side (suction side). For this reason, a part of the cathode off gas is supplied to the fuel cell 2 again.

次に、ステップＳ９では、低効率運転モードが終了したか否かが判定される。ステップＳ９にて低効率運転モードが終了していないと判定された場合は、ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ９にて低効率運転モードが終了したと判定された場合は、そのまま処理を終了する。   Next, in step S9, it is determined whether or not the low efficiency operation mode has ended. If it is determined in step S9 that the low efficiency operation mode has not ended, the process returns to step S1. On the other hand, if it is determined in step S9 that the low-efficiency operation mode has ended, the process ends.

以上説明したように、低効率運転モード時に、燃料電池２に供給する空気に、空気および水素ガスの双方以外のガスであるカソードオフガスを混入させることで、燃料電池２に供給する空気（酸素）の流量を増加させることなく、燃料電池２に供給するガスの総流量を増加させ、燃料電池２の単セル２００内に滞留した生成水を排出させることができる。これにより、各単セル２００に供給される空気流量のバラツキを低減できるので、各単セル２００間での電圧のバラツキを抑制できる。   As described above, air (oxygen) supplied to the fuel cell 2 by mixing the cathode off-gas, which is a gas other than both air and hydrogen gas, into the air supplied to the fuel cell 2 in the low-efficiency operation mode. Without increasing the flow rate of the fuel cell 2, the total flow rate of the gas supplied to the fuel cell 2 can be increased, and the generated water retained in the single cell 200 of the fuel cell 2 can be discharged. Thereby, since the variation in the air flow rate supplied to each unit cell 200 can be reduced, the variation in voltage between each unit cell 200 can be suppressed.

このとき、燃料電池２に供給する空気（酸素）の流量は変わらないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。   At this time, since the flow rate of the air (oxygen) supplied to the fuel cell 2 does not change, the low-efficiency operation mode can be maintained, and the amount of heat necessary for the system can be supplied.

したがって、各単セル２００間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。   Therefore, it is possible to supply a necessary amount of heat to the system while suppressing voltage variation between the single cells 200.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、カソードオフガスを循環させるために空気循環用エジェクタを用いた点が異なるものである。図４は、本第２実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that an air circulation ejector is used to circulate the cathode off gas. FIG. 4 is an overall configuration diagram showing the fuel cell system according to the second embodiment.

図４に示すように、空気供給配管４０におけるエアフィルタ４３と燃料電池２との間には、空気循環用エジェクタ４９が設けられている。また、空気循環配管４５の出口側は、空気循環用エジェクタ４９に接続されている。すなわち、空気供給配管４０と空気循環配管４５との接続点に、空気循環用エジェクタ４９が設けられている。   As shown in FIG. 4, an air circulation ejector 49 is provided between the air filter 43 and the fuel cell 2 in the air supply pipe 40. The outlet side of the air circulation pipe 45 is connected to an air circulation ejector 49. That is, an air circulation ejector 49 is provided at a connection point between the air supply pipe 40 and the air circulation pipe 45.

空気循環用エジェクタ４９は、空気ポンプ４２から空気供給配管４０上に供給された空気の流れを駆動流として、燃料電池２から排出されたカソードオフガスの少なくとも一部を空気排出配管４１内から空気循環配管４５を介して吸い込み、カソードオフガスを再度燃料電池２に循環する循環手段である。空気循環用エジェクタ４９は、通路面積が固定された固定ノズル（図示せず）から空気を噴射することでカソードオフガスを吸引し、空気とカソードオフガスとを混合して吐出する。   The air circulation ejector 49 circulates at least a part of the cathode offgas discharged from the fuel cell 2 from the air discharge pipe 41 by using the flow of air supplied from the air pump 42 onto the air supply pipe 40 as a driving flow. This is a circulation means that sucks in through the pipe 45 and circulates the cathode off gas to the fuel cell 2 again. The air circulation ejector 49 sucks cathode off gas by injecting air from a fixed nozzle (not shown) having a fixed passage area, and mixes and discharges air and cathode off gas.

空気循環配管４５には開閉バルブ４６が設けられており、この開閉バルブ４６を開弁することにより、空気循環用エジェクタ４９にカソードオフガスを流入させて、カソードオフガスを燃料電池２に再度流入させることができる。   The air circulation pipe 45 is provided with an opening / closing valve 46. By opening the opening / closing valve 46, the cathode off gas flows into the air circulation ejector 49, and the cathode off gas flows again into the fuel cell 2. Can do.

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得つつ、カソードオフガスの少なくとも一部を燃料電池２に供給する空気に混入させる構成を、容易かつ確実に実現することが可能となる。   According to the present embodiment, it is possible to easily and surely realize a configuration in which at least a part of the cathode offgas is mixed into the air supplied to the fuel cell 2 while obtaining the same effect as the first embodiment. Become.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５および図６に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態と比較して、カソードオフガスを循環させるために空気循環用ポンプを用いた点が異なるものである。図５は、本第３実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The third embodiment is different from the first embodiment in that an air circulation pump is used to circulate the cathode off gas. FIG. 5 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system according to the third embodiment.

図５に示すように、空気循環配管４５の出口側は、空気供給配管４０におけるエアフィルタ４３と燃料電池２との間に接続されている。空気循環配管４５には、カソードオフガスを再度燃料電池２に循環させるための空気循環用ポンプ７０が設けられている。また、空気循環配管４５における空気循環用ポンプ７０に入口側（上流側）には、空気循環配管４５内を流れるカソードオフガスの逆流を防止するチェックバルブ７１が設けられている。   As shown in FIG. 5, the outlet side of the air circulation pipe 45 is connected between the air filter 43 and the fuel cell 2 in the air supply pipe 40. The air circulation pipe 45 is provided with an air circulation pump 70 for circulating the cathode off gas to the fuel cell 2 again. A check valve 71 is provided on the inlet side (upstream side) of the air circulation pump 70 in the air circulation pipe 45 to prevent the backflow of the cathode off-gas flowing in the air circulation pipe 45.

空気循環用ポンプ７０は、ポンプ室を形成するケーシング内に配置された羽根車を電動モータで駆動する電動式のポンプであり、制御装置６から出力される制御信号によって回転数（流量）が制御される。したがって、空気循環用ポンプ７０の回転数を制御することにより、燃料電池２に再循環させるカソードオフガスの流量を制御して、後述するカソード循環比を調整することができる。このため、本実施形態の空気循環用ポンプ（循環ポンプ）７０は、特許請求の範囲に記載された再循環量制御手段および循環比調整手段に対応する。   The air circulation pump 70 is an electric pump that drives an impeller disposed in a casing forming a pump chamber with an electric motor, and the rotation speed (flow rate) is controlled by a control signal output from the control device 6. Is done. Therefore, by controlling the rotation speed of the air circulation pump 70, the flow rate of the cathode off-gas recirculated to the fuel cell 2 can be controlled, and the cathode circulation ratio described later can be adjusted. For this reason, the air circulation pump (circulation pump) 70 of the present embodiment corresponds to the recirculation amount control means and the circulation ratio adjustment means described in the claims.

図６は、燃料電池２の温度とカソード循環比との関係を示す特性図である。カソード循環比とは、空気供給配管４０内を流れる空気流量に対する、空気供給配管４０内を流れる空気流量および空気循環配管４５内を流れるカソードオフガス流量の合計流量の比のことをいう。すなわち、空気供給配管４０内を流れる空気流量および空気循環配管４５内を流れるカソードオフガス流量の合計流量を、空気供給配管４０内を流れる空気流量で割った値をカソード循環比という。   FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the fuel cell 2 and the cathode circulation ratio. The cathode circulation ratio is the ratio of the total flow rate of the air flow rate flowing in the air supply piping 40 and the cathode off-gas flow rate flowing in the air circulation piping 45 to the air flow rate flowing in the air supply piping 40. That is, a value obtained by dividing the total flow rate of the air flow rate flowing through the air supply piping 40 and the cathode off-gas flow rate flowing through the air circulation piping 45 by the air flow rate flowing through the air supply piping 40 is called a cathode circulation ratio.

燃料電池２の温度が低い程、燃料電池２のスタックの内部（単セル２００の内部）に生成水が滞留し易い。このため、本実施形態では、図６に示すように、燃料電池２の温度が低い程、カソード循環比を増加させて、燃料電池２に供給される総ガス流量を増加させている。これにより、燃料電池２の単セル２００の内部に生成水が滞留し易い場合に、燃料電池２の単セル２００内に滞留した生成水をより確実に排出させることができるので、各単セル２００間での電圧のバラツキをより確実に抑制することが可能となる。   As the temperature of the fuel cell 2 is lower, the generated water tends to stay in the stack of the fuel cell 2 (inside the single cell 200). For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the lower the temperature of the fuel cell 2 is, the higher the cathode circulation ratio is increased and the total gas flow rate supplied to the fuel cell 2 is increased. Thereby, when the generated water tends to stay inside the single cell 200 of the fuel cell 2, the generated water staying in the single cell 200 of the fuel cell 2 can be discharged more reliably. It is possible to more reliably suppress the voltage variation between the two.

また、燃料電池２の電流が小さい程、空気供給配管４０内を流れる空気流量、すなわち空気ポンプ４２により圧送される空気流量自体が少なくなり、燃料電池２のスタックの内部（単セル２００の内部）に滞留した生成水が排出され難い。このため、本実施形態では、燃料電池２の電流が小さい程、カソード循環比を増加させて、燃料電池２に供給される総ガス流量を増加させている。これにより、燃料電池２の単セル２００の内部に滞留した生成水が排出され難い場合に、燃料電池２の単セル２００内に滞留した生成水をより確実に排出させることができるので、各単セル２００間での電圧のバラツキをより確実に抑制することが可能となる。   Further, as the current of the fuel cell 2 is smaller, the flow rate of air flowing through the air supply pipe 40, that is, the flow rate of air pumped by the air pump 42 itself is reduced, and the inside of the fuel cell 2 stack (inside the single cell 200). It is difficult for the product water staying in the tank to be discharged. For this reason, in the present embodiment, the smaller the current of the fuel cell 2 is, the larger the cathode circulation ratio is, and the total gas flow rate supplied to the fuel cell 2 is increased. Thereby, when the generated water staying inside the single cell 200 of the fuel cell 2 is difficult to be discharged, the generated water staying in the single cell 200 of the fuel cell 2 can be discharged more reliably. It becomes possible to more reliably suppress the voltage variation between the cells 200.

本実施形態によれば、空気循環用ポンプ７０の作動量（カソードオフガス圧送能力）を調整することで、燃料電池２に供給する空気に混入させるカソードオフガスの流量を調整することができる。なお、空気循環用ポンプ７０を停止させることで、燃料電池２に供給する空気にカソードオフガスを混入させないようにもできる。   According to the present embodiment, the flow rate of the cathode off gas mixed into the air supplied to the fuel cell 2 can be adjusted by adjusting the operation amount (cathode off gas pumping ability) of the air circulation pump 70. Note that the cathode off-gas can be prevented from being mixed into the air supplied to the fuel cell 2 by stopping the air circulation pump 70.

したがって、カソードオフガスの少なくとも一部を燃料電池２に供給する空気に混入させるとともに、燃料電池２に供給する空気に混入させるカソードオフガスの流量を調整する構成を、容易かつ確実に実現することが可能となる。   Accordingly, it is possible to easily and surely realize a configuration in which at least a part of the cathode offgas is mixed in the air supplied to the fuel cell 2 and the flow rate of the cathode offgas mixed in the air supplied to the fuel cell 2 is adjusted. It becomes.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第１実施形態と比較して、空気循環配管に気液分離器を設けた点が異なるものである。図７は、本第４実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that a gas-liquid separator is provided in the air circulation pipe. FIG. 7 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system according to the fourth embodiment.

図７に示すように、空気循環配管４５上には、気液分離器７２が備えられており、カソードオフガス中の過剰な水分を除去し、適切な状態のカソードオフガスを空気ポンプ４２の入口側に供給している。   As shown in FIG. 7, a gas-liquid separator 72 is provided on the air circulation pipe 45 to remove excess moisture in the cathode offgas, and the cathode offgas in an appropriate state is supplied to the inlet side of the air pump 42. To supply.

本実施形態によれば、空気循環配管４５上に気液分離器７２を設けることで、カソードオフガスに含まれる液体を分離回収することができるので、液体が燃料電池２に流入することにより各単セル２００に供給される空気流量のバラツキが増大することを抑制できる。   According to the present embodiment, by providing the gas-liquid separator 72 on the air circulation pipe 45, the liquid contained in the cathode offgas can be separated and recovered, so that each unit flows as the liquid flows into the fuel cell 2. It can suppress that the variation in the air flow rate supplied to the cell 200 increases.

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図８および図９に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第１実施形態と比較して、空気排出配管４１と空気循環配管４５との接続部の構成が異なるものである。図８は本第５実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図、図９は図８のＡ部拡大図である。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The fifth embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the connecting portion between the air discharge pipe 41 and the air circulation pipe 45. FIG. 8 is an overall configuration diagram showing the fuel cell system according to the fifth embodiment, and FIG. 9 is an enlarged view of a portion A in FIG.

図８および図９に示すように、空気循環配管４５の入口側は、空気排出配管４１の鉛直方向上側に接続されている。このため、空気排出配管４１の鉛直方向上側からカソードオフガスが空気循環配管４５へ流入する。   As shown in FIGS. 8 and 9, the inlet side of the air circulation pipe 45 is connected to the upper side in the vertical direction of the air discharge pipe 41. For this reason, the cathode off-gas flows into the air circulation pipe 45 from the upper side in the vertical direction of the air discharge pipe 41.

カソードオフガスに含まれる液体は、重力により空気排出配管４１の鉛直方向下側に滞留するので、空気排出配管４１の鉛直方向上側からカソードオフガスを空気循環配管４５へ流入させることで、液体が空気循環配管４５内に流入することを抑制できる。   Since the liquid contained in the cathode off-gas stays below the air discharge pipe 41 in the vertical direction due to gravity, the liquid flows into the air circulation pipe 45 by allowing the cathode off-gas to flow into the air circulation pipe 45 from above the air discharge pipe 41 in the vertical direction. Inflow into the pipe 45 can be suppressed.

このとき、気液分離器を別途設ける必要がないので、簡易な構成で、液体が燃料電池２に流入することにより各単セル２００に供給される酸化剤ガス流量のバラツキが増大することを抑制できる。   At this time, since it is not necessary to separately provide a gas-liquid separator, it is possible to suppress an increase in variation in the flow rate of the oxidant gas supplied to each single cell 200 due to the liquid flowing into the fuel cell 2 with a simple configuration. it can.

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図１０に基づいて説明する。本第６実施形態は、上記第１実施形態と比較して、燃料電池２に窒素ガスを供給可能に構成されている点が異なるものである。図１０は、本第６実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。 (Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The sixth embodiment is different from the first embodiment in that nitrogen gas can be supplied to the fuel cell 2. FIG. 10 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system according to the sixth embodiment.

図１０に示すように、空気供給配管４０におけるエアフィルタ４３と燃料電池２との間には、燃料電池２の各単セル２００に不活性ガスである窒素ガスを供給するための窒素供給配管８０が接続されている。   As shown in FIG. 10, between the air filter 43 and the fuel cell 2 in the air supply pipe 40, a nitrogen supply pipe 80 for supplying nitrogen gas that is an inert gas to each single cell 200 of the fuel cell 2. Is connected.

窒素供給配管８０には、その最上流部に、窒素ガスが充填された窒素タンク８１が設けられている。窒素タンク８１の窒素出口側には、シャットバルブ８２が設けられている。シャットバルブ８２は、制御装置６から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。本実施形態では、燃料電池２の運転モードが低効率運転モードの際に、シャットバルブ８２を開弁し、空気供給配管４０を介して燃料電池２に窒素ガスを供給している。   The nitrogen supply pipe 80 is provided with a nitrogen tank 81 filled with nitrogen gas at the most upstream portion. A shut valve 82 is provided on the nitrogen outlet side of the nitrogen tank 81. The operation of the shut valve 82 is controlled in accordance with a control signal output from the control device 6. In the present embodiment, when the operation mode of the fuel cell 2 is the low-efficiency operation mode, the shut valve 82 is opened and nitrogen gas is supplied to the fuel cell 2 via the air supply pipe 40.

シャットバルブ８２を開弁すると、窒素タンク８１から空気供給配管４０に窒素ガスが流入する。一方、シャットバルブ８２を閉弁すると、窒素タンク８１から空気供給配管４０に窒素ガスが流入しない、すなわち窒素タンク８１から空気供給配管４０に流入する窒素ガスの流量がゼロになる。   When the shut valve 82 is opened, nitrogen gas flows from the nitrogen tank 81 into the air supply pipe 40. On the other hand, when the shut valve 82 is closed, nitrogen gas does not flow into the air supply pipe 40 from the nitrogen tank 81, that is, the flow rate of nitrogen gas flowing into the air supply pipe 40 from the nitrogen tank 81 becomes zero.

したがって、シャットバルブ８２を開閉することにより、燃料電池２に供給する空気に混入させる窒素ガスの流量を制御することができる、すなわち後述する供給ガス比を調整することができる。このため、本実施形態のシャットバルブ８２は、特許請求の範囲に記載された不活性ガス流量制御手段および供給ガス比調整手段に対応する。なお、本実施形態の窒素タンク８１は、特許請求の範囲に記載された不活性ガス供給手段に対応する。 Therefore, by opening and closing the shut valve 82, the flow rate of nitrogen gas mixed into the air supplied to the fuel cell 2 can be controlled, that is, the supply gas ratio described later can be adjusted. For this reason, the shut valve 82 of the present embodiment corresponds to the inert gas flow rate control means and the supply gas ratio adjustment means described in the claims. Note that the nitrogen tank 81 of the present embodiment corresponds to the inert gas supply means described in the claims.

ここで、供給ガス比とは、燃料電池２に供給する空気流量に対する、燃料電池２に供給する空気流量および燃料電池２に供給する窒素ガス流量の合計流量の比のことをいう。すなわち、燃料電池２に供給する空気流量および燃料電池２に供給する窒素ガス流量の合計流量を、燃料電池２に供給する空気流量で割った値を供給ガス比という。   Here, the supply gas ratio refers to the ratio of the total flow rate of the air flow rate supplied to the fuel cell 2 and the nitrogen gas flow rate supplied to the fuel cell 2 to the air flow rate supplied to the fuel cell 2. That is, a value obtained by dividing the total flow rate of the air flow rate supplied to the fuel cell 2 and the nitrogen gas flow rate supplied to the fuel cell 2 by the air flow rate supplied to the fuel cell 2 is called a supply gas ratio.

燃料電池２の温度が低い程、燃料電池２のスタックの内部（単セル２００の内部）に生成水が滞留し易い。このため、本実施形態では、燃料電池２の温度が低い程、供給ガス比を増加させて、燃料電池２に供給される総ガス流量を増加させている。これにより、燃料電池２の単セル２００の内部に生成水が滞留し易い場合に、燃料電池２の単セル２００内に滞留した生成水をより確実に排出させることができるので、各単セル２００間での電圧のバラツキをより確実に抑制することが可能となる。   As the temperature of the fuel cell 2 is lower, the generated water tends to stay in the stack of the fuel cell 2 (inside the single cell 200). For this reason, in this embodiment, the lower the temperature of the fuel cell 2 is, the higher the supply gas ratio is increased, and the total gas flow rate supplied to the fuel cell 2 is increased. Thereby, when the generated water tends to stay inside the single cell 200 of the fuel cell 2, the generated water staying in the single cell 200 of the fuel cell 2 can be discharged more reliably. It is possible to more reliably suppress the voltage variation between the two.

また、燃料電池２の電流が小さい程、空気供給配管４０内を流れる空気流量、すなわち空気ポンプ４２により圧送される空気流量自体が少なくなる。このため、本実施形態では、燃料電池２の電流が小さい程、供給ガス比を増加させて、燃料電池２に供給される総ガス流量を増加させている。これにより、燃料電池２の単セル２００の内部に滞留した生成水が排出され難い場合に、燃料電池２の単セル２００内に滞留した生成水をより確実に排出させることができるので、各単セル２００間での電圧のバラツキをより確実に抑制することが可能となる。   Further, the smaller the current of the fuel cell 2 is, the smaller the flow rate of air flowing through the air supply pipe 40, that is, the flow rate of air fed by the air pump 42 itself. For this reason, in this embodiment, the supply gas ratio is increased as the current of the fuel cell 2 is smaller, and the total gas flow rate supplied to the fuel cell 2 is increased. Thereby, when the generated water staying inside the single cell 200 of the fuel cell 2 is difficult to be discharged, the generated water staying in the single cell 200 of the fuel cell 2 can be discharged more reliably. It becomes possible to more reliably suppress the voltage variation between the cells 200.

本実施形態では、燃料電池２の運転モードが低効率運転モードの際に、シャットバルブ８２を開弁し、空気供給配管４０を介して燃料電池２に窒素ガスを供給している。これによれば、低効率運転モード時に、燃料電池２に供給する空気に、酸化剤ガスおよび燃料ガスの双方以外のガスである窒素ガスを混入させることができるので、燃料電池２に供給する空気（酸素）の流量を変えることなく、燃料電池２に供給するガスの総流量を増加させ、燃料電池２の単セル２００内に滞留した生成水を排出させることができる。したがって、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。   In the present embodiment, when the operation mode of the fuel cell 2 is the low-efficiency operation mode, the shut valve 82 is opened and nitrogen gas is supplied to the fuel cell 2 via the air supply pipe 40. According to this, since the nitrogen gas, which is a gas other than both the oxidant gas and the fuel gas, can be mixed into the air supplied to the fuel cell 2 in the low efficiency operation mode, the air supplied to the fuel cell 2 Without changing the flow rate of (oxygen), the total flow rate of the gas supplied to the fuel cell 2 can be increased, and the generated water remaining in the single cell 200 of the fuel cell 2 can be discharged. Therefore, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention.

（１）上記第１、第２実施形態では、空気循環配管４５に開閉バルブ４６を設けた例について説明したが、これに限らず、空気循環配管４５に、当該空気循環配管４５内を流通するカソードオフガスの流量を調整する流量調整バルブを設けてもよい。これによれば、燃料電池２に供給する空気に混入させるカソードオフガスの流量を調整することが可能となる。   (1) In the first and second embodiments, the example in which the open / close valve 46 is provided in the air circulation pipe 45 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the air circulation pipe 45 is circulated in the air circulation pipe 45. A flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the cathode off gas may be provided. According to this, it becomes possible to adjust the flow rate of the cathode off gas mixed into the air supplied to the fuel cell 2.

（２）上記第２実施形態では、空気循環用エジェクタ４９として、通路面積が固定された固定ノズル（図示せず）を有するエジェクタを採用した例について説明したが、これに限らず、通路面積を調整可能な可変ノズルを有するエジェクタを採用してもよい。この場合、開閉バルブ４６を廃止することができるので、部品点数を低減しつつ、燃料電池２に供給する空気に混入させるカソードオフガスの流量を調整することが可能となる。   (2) In the second embodiment, an example in which an ejector having a fixed nozzle (not shown) with a fixed passage area is adopted as the air circulation ejector 49 is not limited to this. An ejector having an adjustable variable nozzle may be employed. In this case, since the on-off valve 46 can be eliminated, it is possible to adjust the flow rate of the cathode off gas mixed into the air supplied to the fuel cell 2 while reducing the number of parts.

２ 燃料電池
４０ 空気供給配管（酸化剤ガス供給流路）
４１ 空気排出配管（オフ酸化剤ガス流路）
４５ 空気循環配管（再循環流路）
４６ 開閉バルブ（流量調整弁、再循環量制御手段、循環比調整手段）
７０ 空気循環用ポンプ（循環ポンプ、再循環量制御手段、循環比調整手段）
７２ 気液分離器
８１ 窒素タンク（不活性ガス供給手段）
８２ シャットバルブ（不活性ガス流量制御手段、供給ガス比調整手段） 2 Fuel cell 40 Air supply pipe (oxidant gas supply flow path)
41 Air discharge piping (off-oxidant gas flow path)
45 Air circulation piping (recirculation flow path)
46 Open / close valve (flow adjustment valve, recirculation amount control means, circulation ratio adjustment means)
70 Air circulation pump (circulation pump, recirculation amount control means, circulation ratio adjustment means)
72 Gas-liquid separator 81 Nitrogen tank (inert gas supply means)
82 Shut valve (inert gas flow rate control means, supply gas ratio adjustment means)

Claims (8)

酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、
前記燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、前記燃料電池（２）の発電効率を前記第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池（２）に供給する酸化剤ガス供給流路（４０）と、
前記燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入可能な再循環流路（４５）と、
前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入させる前記オフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段（４６、７０）と、
前記酸化剤ガス供給流路（４０）を流れる酸化剤ガスの流量に対する、前記再循環流路（４５）を流れる前記オフ酸化剤ガスの流量の比である循環比を調整する循環比調整手段（４６、７０）とを備え、
前記再循環量制御手段（４６、７０）は、前記低効率運転モード時に、前記オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入させ、
前記循環比調整手段（４６、７０）は、前記燃料電池（２）の温度が低い程、前記循環比を増加させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (2) for generating electricity by electrochemical reaction of oxidant gas and fuel gas;
A normal operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a first efficiency and a low efficiency operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency can be switched. A fuel cell system,
An oxidant gas supply channel (40) for supplying the oxidant gas to the fuel cell (2);
A recirculation flow path (45) capable of mixing at least part of the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Recirculation amount control means (46, 70) for controlling the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Circulation ratio adjusting means for adjusting a circulation ratio which is a ratio of the flow rate of the off-oxidant gas flowing in the recirculation flow channel (45) to the flow rate of the oxidant gas flowing in the oxidant gas supply flow channel (40). 46, 70)
The recirculation amount control means (46, 70) mixes at least part of the off-oxidant gas into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) during the low-efficiency operation mode,
The circulation ratio adjusting means (46, 70) increases the circulation ratio as the temperature of the fuel cell (2) is lower . 前記再循環流路（４５）は、前記酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、
前記再循環量制御手段は、前記再循環流路（４５）を流通する前記オフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁（４６）を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The recirculation flow path (45) is connected to the oxidant gas supply flow path (40),
The recirculation amount control means includes a flow rate adjustment valve (46) for adjusting a flow rate of the off-oxidant gas flowing through the recirculation flow path (45). 2. The fuel cell system according to 1. 前記再循環流路（４５）は、前記酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、
前記再循環量制御手段は、
前記酸化剤ガス供給流路（４０）における前記再循環流路（４５）との接続点に設けられ、ノズルから前記酸化剤ガスを噴射することで前記オフ酸化剤ガスを吸引し、前記酸化剤ガスと前記オフ酸化剤ガスとを混合して吐出するエジェクタ（４９）と、
前記再循環流路（４５）を流通する前記オフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁（４６）とを有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The recirculation flow path (45) is connected to the oxidant gas supply flow path (40),
The recirculation amount control means includes:
The oxidant gas supply channel (40) is provided at a connection point with the recirculation channel (45), and the oxidant gas is sucked from the nozzle by injecting the oxidant gas, and the oxidant gas An ejector (49) for mixing and discharging a gas and the off-oxidant gas;
The fuel cell system according to claim 1 , further comprising a flow rate adjustment valve (46) for adjusting a flow rate of the off-oxidant gas flowing through the recirculation flow path (45). . 前記再循環流路（４５）は、前記酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、
前記再循環量制御手段は、前記オフ酸化剤ガスを前記再循環流路（４５）に循環させる循環ポンプ（７０）を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The recirculation flow path (45) is connected to the oxidant gas supply flow path ( 40 ),
The fuel according to claim 1 , wherein the recirculation amount control means includes a circulation pump (70) for circulating the off-oxidant gas to the recirculation flow path (45). Battery system. 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、
前記燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、前記燃料電池（２）の発電効率を前記第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池（２）に供給する酸化剤ガス供給流路（４０）と、
前記燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入可能な再循環流路（４５）と、
前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入させる前記オフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段（４９）とを備え、
前記再循環流路（４５）は、前記酸化剤ガス供給流路（４０）に接続されており、
前記再循環量制御手段は、前記酸化剤ガス供給流路（４０）における前記再循環流路（４５）との接続点に設けられ、通路面積を調整可能な可変ノズルから前記酸化剤ガスを噴射することで前記オフ酸化剤ガスを吸引し、前記酸化剤ガスと前記オフ酸化剤ガスとを混合して吐出するエジェクタ（４９）を有して構成されており、
前記再循環量制御手段（４９）は、前記低効率運転モード時に、前記オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (2) for generating electricity by electrochemical reaction of oxidant gas and fuel gas;
A normal operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a first efficiency and a low efficiency operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency can be switched. A fuel cell system,
An oxidant gas supply channel (40) for supplying the oxidant gas to the fuel cell (2);
A recirculation flow path (45) capable of mixing at least part of the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Recirculation amount control means (49) for controlling the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2),
The recirculation flow path (45) is connected to the oxidant gas supply flow path (40),
The recirculation amount control means is provided at a connection point of the oxidant gas supply flow path (40) with the recirculation flow path (45), and injects the oxidant gas from a variable nozzle whose passage area can be adjusted. And an ejector (49) configured to suck out the off-oxidant gas and mix and discharge the oxidant gas and the off-oxidant gas.
The recirculation amount control means (49) mixes at least a part of the off-oxidant gas into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) in the low-efficiency operation mode. Battery system. 前記再循環流路（４５）には、気体と液体とを分離して前記液体を回収する気液分離器（７２）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The gas-liquid separator (72) which isolate | separates gas and a liquid and collect | recovers the said liquid is provided in the said recirculation flow path (45), The any one of Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. The fuel cell system described in 1. 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、
前記燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、前記燃料電池（２）の発電効率を前記第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記燃料電池（２）から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入可能な再循環流路（４５）と、
前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入させる前記オフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段（４６、７０）と、
前記燃料電池（２）から排出される前記オフ酸化剤ガスが流通するオフ酸化剤ガス流路（４１）とを備え、
前記オフ酸化剤ガス流路（４１）の鉛直方向上方側に、前記再循環流路（４５）の入口側が接続されており、
前記再循環量制御手段（４６、７０）は、前記低効率運転モード時に、前記オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスに混入させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (2) for generating electricity by electrochemical reaction of oxidant gas and fuel gas;
A normal operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a first efficiency and a low efficiency operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency can be switched. A fuel cell system,
A recirculation flow path (45) capable of mixing at least part of the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
Recirculation amount control means (46, 70) for controlling the flow rate of the off-oxidant gas mixed into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2);
An off-oxidant gas flow path (41) through which the off-oxidant gas discharged from the fuel cell (2) flows,
The inlet side of the recirculation channel (45) is connected to the upper side in the vertical direction of the off-oxidant gas channel (41),
The recirculation amount control means (46, 70) mixes at least part of the off-oxidant gas into the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) in the low-efficiency operation mode. Fuel cell system. 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（２）を備え、
前記燃料電池（２）の発電効率を第１効率とする通常運転モードと、前記燃料電池（２）の発電効率を前記第１効率より低い第２効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記燃料電池（２）に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段（８１）と、
前記燃料電池（２）に供給する前記不活性ガスの流量を制御する不活性ガス流量制御手段（８２）と、
前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスの流量に対する、前記燃料電池（２）に供給する前記酸化剤ガスの流量および前記燃料電池（２）に供給する前記不活性ガスの流量の合計流量の比である供給ガス比を調整する供給ガス比調整手段（８２）とを備え、
前記不活性ガス量制御手段（８２）は、前記低効率運転モード時に、前記不活性ガスを前記燃料電池（２）に供給し、
前記供給ガス比調整手段（８２）は、前記燃料電池（２）の温度が低い程、前記供給ガス比を増加させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (2) for generating electricity by electrochemical reaction of oxidant gas and fuel gas;
A normal operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a first efficiency and a low efficiency operation mode in which the power generation efficiency of the fuel cell (2) is a second efficiency lower than the first efficiency can be switched. A fuel cell system,
An inert gas supply means (81) for supplying an inert gas to the fuel cell (2);
An inert gas flow rate control means (82) for controlling the flow rate of the inert gas supplied to the fuel cell (2);
The sum of the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2) and the flow rate of the inert gas supplied to the fuel cell (2) with respect to the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell (2). A supply gas ratio adjusting means (82) for adjusting a supply gas ratio which is a flow rate ratio;
The inert gas amount control means (82) supplies the inert gas to the fuel cell (2) in the low efficiency operation mode,
The fuel cell system, wherein the supply gas ratio adjusting means (82) increases the supply gas ratio as the temperature of the fuel cell (2) is lower .
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